新疆喀什地下水浅埋区弃荒地表层土壤积盐与地下水的关系

为了研究新疆喀什地下水浅埋区弃荒地表层土壤积盐与地下水的定量关系,对试验区自然状况下的土壤含水量、表层土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度和潜水蒸发量进行了原位监测,模拟了潜水蒸发量与地下水埋深的关系,定量分析了弃荒地自然条件下地下水埋深、地下水矿化度对土壤表层盐分的影响,建立了表层土壤含盐量与地下水埋深、地下水矿化度的经验模型。结果表明:在5~50 cm土层,土壤质量含水率随土层深度增加而增大;地下水埋深、地下水矿化度对表层土壤盐分有显著的影响,当地下水埋深为定值时,表层土壤含盐量与地下水矿化度呈线性正相关;当地下水矿化度为定值时,表层土壤含盐量与地下水埋深呈线性负相关;土壤盐分表聚现象明显,不同地下水埋深条件下表层土壤含盐量随累计潜水蒸发量的增加而增大,表层土壤积盐速率随地下水埋深的增大而减小,地下水埋深为25 cm条件下表层土壤积盐速率约是地下水埋深为50 cm的表层土壤积盐速率的2倍多。     

排水地段土壤盐分变化特征分析

根据田间排水地段实测的土壤含盐量与地下水埋深和矿化度，分析了土壤盐分组成变化特征以及覆膜种植对抑制土壤积盐的效应。根据潜水蒸发特点，确定了建立地下水埋深与土壤含盐量间单一函数关系的方法，为根据土壤含盐量确定地下水临界深度提供指导。     

地下水埋深及矿化度对多枝柽柳幼苗光合特征及生长的影响

采用简易Lysimeter研究了不同地下水埋深(20,60,100 cm)和不同矿化度(<1.00 g/L淡水,1.0～3.0 g/L微咸水,3.0～10.0 g/L咸水)对多枝柽柳幼苗光合特征及生长的影响。结果表明,不同地下水埋深与矿化度对多枝柽柳幼苗的光合特征及生长均有影响;在地下水埋深20 cm,矿化度为3.0～10.0 g/L的咸水条件下,多枝柽柳幼苗的最大光合速率(Pnmax)为66.93μmol/(m2.s),光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、水分利用效率(WUE)及羧化速率(CE)对光强的响应均大于其它试验处理。不同的地下水埋深、矿化度可显著影响多枝柽柳幼苗的最大光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)、光饱和点(LSP)等光合特征。进一步分析表明,在地下水埋深20 cm,矿化度为3.0～10.0 g/L的咸水条件下,多枝柽柳幼苗的生态适应能力较强,幼苗能够适应生境变化迅速生长,获得竞争优势。     

地下水埋深对膜下滴灌棉田水盐动态影响及土壤盐分累积特征

为了探究不同地下水埋深条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律,于2012—2016年在新疆库尔勒绿洲,对采用膜下滴灌结合冬春灌压盐的棉田开展定位观测,在不同位置处150 cm深土壤剖面进行水盐监测,探究不同生育阶段地下水埋深与土壤水盐含量的关系。结果表明,膜下滴灌农田土壤水分呈反"S"型分布,土壤盐分呈"酒杯"状表聚型分布;试验期内地下水埋深从2~3 m增加到5~6 m,相应地苗期和非生育期返盐程度显著降低,收获期盐分含量下降;5a来土壤含盐量从6.5 g/kg下降到1 g/kg,土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系;深层水分交换量表明土壤水和地下水间的联系明显减弱。建议将类似地区的地下水埋深控制在3.5 m左右,膜下滴灌结合冬春灌淋洗可有效抑制土壤层盐分累积,并可保证自然植被的生态需水。     

盐渍化灌区土壤水盐时空变异特征分析及地下水埋深对盐分的影响

针对盐渍化灌区土壤盐渍化问题,以河套灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测与室内试验分析结合,采用统计学方法地质统计学原理分析表层土壤(0-20,20-40 cm)及深层土壤(40-100 cm)含水率与盐分(EC值)时空分布和变异规律,以及探求地下水埋深对土壤盐分的影响。结果表明:(1)除6月0-20 cm(9.779%)外,表层土壤含水率变异系数均在12.384%~19.667%,属于中等变异性,深层土壤含水率变异系数较小,在3.513%~9.757%,属于弱变异性;表层土壤盐分(EC值)变异系数在100.845%~129.279%,属于强变异性,深层土壤盐分变异系数均在83.685%~98.853%,属于中等变异性;随着土壤深度的增加,含水率和盐分的变异性都相对减弱。(2)不同时期土壤含水率和盐分在一定范围内具有空间结构特征,均可用高斯模型模拟,各层土壤含水率空间相关度在0.038%~20.408%,各层土壤盐分空间相关度在0.043%~8.374%,均小于25%,说明具有强烈的空间相关性,可以认为主要是受结构性因素的影响,其自相关引起的空间变异性较强。(3)试验区土壤盐分主要集中在北侧盐荒地,由于蒸发强烈,包气带毛细水上升,把深层土壤以及地下水中的可溶性盐类带到土壤表层,致使盐分升高,属于典型的盐分表聚型土壤,需及时防治与治理,同时土壤盐分受地下水埋深的影响较大,随着地下水埋深减小而增大,荒地地下水埋深与土壤盐分满足线性关系,耕地地下水埋深与土壤盐分满足指数关系。荒地0-20 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较大,20-40,40-100 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较小,耕地地下水埋深在1~1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较大,当地下水埋深大于1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较小。研究结果为河套灌区下游盐渍化土壤的防治与改良提供了重要的理论基础和参考依据。     

西辽河流域通辽平原区地下水埋深与植被及土壤特征的关系

[目的]揭示地下水埋深与植物群落特征及土壤理化特性相关关系,为西辽河流域通辽平原区生态环境健康和谐发展提供依据。[方法]运用时空替代和土壤单重分形等方法,定量分析植被群落和土壤颗粒变化特征,并探讨二者对地下水埋深变化的响应机理。[结果]不同地下水埋深条件下植被特征与多样性指标值大小顺序为2—3m1—2m0—1m(4m)3—4m;研究区表层土壤粒度组成以粉粒为主,其中粉粒含量在52.03%～84.78%之间,土壤颗粒平均粒径从大到小依次为3—4m,4m,0—1m,1—2m和2—3m,颗粒分形维数分别为2.34～2.49之间;分选级别分别为较差、差、较差、较差和差;偏度等级分别为近于对称、近于对称、近于对称、负偏和负偏;各种样地峰态均属很尖窄。[结论]研究区植被群落的演替表现为随着地下水补给条件的变化呈非地带性草甸植被向地带性典型草原植被的演替过程,地下水埋深2—3m处为植被演替临界范围。     

土壤蒸发量与地下水作用条件的关系

利用两年室内模拟试验实测数据,对粉砂壤土蒸发量与地下水作用条件之间的关系进行了系统分析。定量分析了地下水埋深或地下水矿化度对土壤蒸发量的影响,分别获得了土壤蒸发量与地下水埋深或地下水矿化度的关系,深入研究了地下水埋深、地下水矿化度对土壤蒸发量的综合作用并建立相应模型。研究结果表明,土壤蒸发量随地下水埋深变化呈抛物线分布,与地下水矿化度呈典型幂函数关系。     

黑龙港流域微地貌与地下水埋深对土壤潜在盐渍化的影响

[目的]对近年河北省曲周县土壤潜在盐渍化进行多方位评价,为预防土壤盐渍化提供科学依据。[方法]通过微咸水灌溉试验、土壤剖面观测和土样分析,从海拔高度、土层深度、地下水埋深、土壤质地几个方面对黑龙港流域土壤盐分运移以及其对土壤潜在盐渍化的影响进行探讨。[结果]从区域角度分析,降雨和用微咸水灌溉加剧了表层盐分向下层淋洗的可能性,从而使土壤盐分多在40—100cm土层聚集。质地较为黏重的土层阻止了土壤盐分的运移而聚积在该土层之上,为土壤潜在盐渍化创造了条件。土壤盐分含量与海拔高度呈现出很好的相关性,其复相关指数R2=0.76。HCO_3~-的表聚现象比较明显,各土层土壤SO_4~(2-)离子和Ca~(2+)离子与全盐含量之间达到了显著和极显著相关(0.88*~1.00**,0.89*~0.97**),Ca~(2+)离子与SO_4~(2-)离子之间达到了显著和极显著相关(0.86*~0.97**)。[结论]微地貌和土体构型的变化将会影响到土壤盐分的重新分配,进而对土壤潜在盐渍化有重要影响。     

地下水埋深和灌水频率对土壤溶质（Br^-）运移的影响

通过室内均质土柱试验,以Br^-为示踪剂,研究了90 mm/15 d和30 mm/5 d两种灌水频率下,1.7,1.2,0.8 m地下水埋深土壤中溶质（Br^-）的运移规律。结果表明：不同地下水埋深或同一地下水埋深条件下,高、低灌水频率土壤中溶质运移快慢的趋势是变化的。地下水埋深由深变浅,高灌水频率土壤中溶质（Br^-）运移由慢于低灌水频率逐渐转变为快于低灌水频率;高灌水频率土壤中Br^-较集中地向下运移,低灌水频率土壤中地下水埋深越大,Br^-分布越均匀分散;高灌水频率不利于土壤溶质（Br^-）积聚于土表。     

复垦土壤盐分污染的微波频谱分析

复垦工程完成后,复垦土壤的结构、层次等受到破坏,易发生盐碱化,微波的穿透性为土地质量的监测提供可能。该试验通过对复垦土壤在不同水分条件下,不同盐分污染程度的探地雷达探测,旨在揭示盐分污染下,微波信号的变化规律。结果表明：中心频率为400 MHz的天线在不同程度的盐分污染下,主频发生偏移,出现在250 MHz。随着盐分污染的加重,出现双峰现象,次主频出现在530 MHz,且随着盐分污染的加重次主频的相对振幅逐渐加强,不同的水分含量系列下,出现相同的现象。由于探地雷达可以快速、大面积的无损探测,因此,能够及时提供复垦土壤盐分变化的信息,可以对复垦土地的质量实时监测、及时治理。     

Sample volume effect on determination of soil salinity

Abstract

Five pedons from a 200 hectare area were sampled to study the effect of the soil sample volume on determination of salinity. Four sample sizes, 5, 50, 500 and 5000 g, were used, with five to ten replicates each, for the top 25 cm of the profiles. These samples were prepared and analyzed for soil salinity, soluble cations and anions in 1: 2 (soil: water) extracts. Data revealed that the variations due to the different sample sizes were highly significant. Highest values of EC, cations and anions were obtained when using 5‐g samples. The confidence intervals tended to be lowest for the 5000‐g samples in most of the EC, cation and anion determinations. The 500‐g sample size was awkward and apparently the 5‐g sample size was too small.     

基于指示Kriging法的土壤盐渍化与地下水埋深关系研究

在北方干旱、半干旱的地下水浅埋区,土壤盐渍化是土地资源退化的主要原因,防治土壤盐渍化是农业和生态环境可持续发展的重要保障。该文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为例,运用指示Kriging法绘制并比较了不同阈值下地下水位埋深和土壤表层含盐量的概率分布图,从概率空间分布的角度分析研究了土壤盐渍化与地下水位埋深之间的关系,从而将这方面的研究从通常的农田尺度扩大到灌域尺度。结果表明:1)土壤盐分和地下水位埋深空间变异强度均为中等,且具有中等的空间自相关性,球状模型拟合变异函数的效果较好;2)在灌域尺度上,解放闸灌域4月底土壤表层发生中度、轻度盐渍化时地下水位临界埋深分别为2.0、2.5m,西南及中东部地下水位埋深小于临界埋深的概率较大,是土壤返盐的高风险区;3)3月底地下水位埋深对土壤返盐的影响比4月底更大一些,这表明地下水位埋深对土壤返盐的影响具有一定滞后效应,只有地下水位埋深小于临界深度的状态维持一段时间,才会造成土壤中度或轻度盐渍化。     

设施蔬菜土壤剖面氮磷钾积累及对地下水的影响

针对设施栽培中传统施肥灌溉带来的养分浪费和环境污染问题,采集河北省定州市设施蔬菜、农田土样及相应的地下水样品,分析了不同设施蔬菜种植年限土壤剖面中速效养分的累积规律及地下水受硝酸盐污染的程度。结果表明:0～200cm和0～400cm设施土壤的速效养分累积均高于对照农田。低龄棚硝态氮、速效磷、速效钾及水溶性磷含量分别为377.2mg·kg-1、448.8mg·kg-1、1405.6mg·kg-1、30.6mg·kg-1,分别是对照农田的4.7倍、4.6倍、1.4倍和11.5倍;老龄棚硝态氮、速效磷、速效钾及水溶性磷含量分别为629.1mg·kg-1、555.0mg·kg-1、2567.1mg·kg-1、35.2mg·kg-1,分别为对照农田的6.4倍、16.3倍、2.7倍和12.0倍。设施土壤速效养分深层累积比例随棚龄增加而增加。设施蔬菜栽培区表层地下水(地下饮用水,20m)受硝态氮污染严重,超标率和严重超标率为39.3%和7.1%;而深层地下水(农田和大棚灌溉水,40m)硝态氮含量7.4mg·L-1和9.6mg·L-1,超标率分别为25.0%和37.5%,无严重超标水样。     

Spatial and temporal trends in soil salinity for identifying perched and deep groundwater systems

Characterization of spatial and temporal variability in water flow and solute transport to foster better land management in salt‐affected landscapes requires direct hydrological observation, for example using suites of nested piezometers and dip wells. Such methods are costly to install and produce data with low spatial density, so are not ideal for supporting within‐field scale land management decisions. We present a new methodology to characterize water‐flow systems in salt‐affected landscapes using trends in shallow (<1 m) down‐profile soil salinity based on electrical conductivity of saturated paste extract (EC_se) and salts (that is the water extractable major ions of Ca, K, Mg, Na, P, Cl and S mg/kg) from a range of topographic settings. This involved coupling seasonal (late winter and late summer) salinity trends with clay percent (for soil morphology) and terrain patterns to understand the connectivity between perched and deep groundwater systems in a 120 ha catchment in the Mount Lofty Ranges, South Australia. From investigations at 19 sites in the catchment comprising toposequences or paired sites (in close proximity, but in different topographic settings), soil salinity trends revealed four hydro‐pedological systems: (i) a perched freshwater system with no hydraulic connectivity to the deep groundwater in upper slopes, (ii) an intermediate system comprising perched freshwater connected to a deep groundwater system in mid and upper slopes, (iii) a deep groundwater system in upper slopes, and (iv) a deep groundwater system in lower slopes. Although most of the 19 sites proved non‐saline, seasonal changes in EC_se and ion concentration along with topography and soil morphology were sufficient to characterize the hydro‐pedological systems. We assigned these systems to a newly developed salinity classification based on dominant soil‐regolith‐hydrological processes and designed to support land management decisions. Conceptual hydro‐pedological models for each system were constructed to illustrate and explain the important interactions in each and how these relate to the new salinity classification. We propose that the methodology based on seasonal monitoring offers a new approach to landscape‐based hydro‐pedological characterization without reliance on the traditional groundwater monitoring methods. The new method offers wider access to catchment hydro‐pedological information to support better land management decisions in sloping landscapes subject to salinity.     

不同地下水埋深与灌水量对玉米生长效应及产量的影响

为探究不同地下水埋深与灌水量对玉米生长效应调控及产量的影响,在河套灌区开展了2年的田间试验。试验通过设置地下埋深1.4 m(S1)、1.8 m(S2)、2.2 m(S3)和灌水量90 mm(W1)、110 mm(W2)、135 mm(W3)2个因素,共9种处理,对玉米生长指标、产量及水分利用效率等进行分析。结果表明,玉米株高和茎粗在生育期前期增速最快,拔节期株高较苗期平均提高近3倍,茎粗增加31.5%～46.8%;叶面积指数在整个生育期呈快速增长到相对平缓、再到衰减的趋势,各处理间差异显著（P<0.05）;S2W2处理整体效果较好,水分利用效率提高8.9%～34.4%,增产7.8%～26.4%;通径分析表明,百粒质量是玉米产量的主要决策因子,茎粗是限制因子,地下水埋深与灌水量通过增加叶面积指数、促进光合作用从而提高百粒质量促使玉米增产,并基于地下水埋深与灌水量对水分利用效率和玉米产量影响的分析,建议河套灌区玉米生育期平均地下水埋深控制在1.75～1.85 m之间,灌水量为107.3～116.5 mm。研究成果可为河套灌区及类似地区不同地下水埋深条件下节水灌溉和提高作物产量提供科学...     

不同地下水矿化度条件下柽柳土柱的水盐分布特征

通过探讨土壤水盐分布特征对地下水矿化度的响应规律,为泥质海岸带盐碱土的合理利用和水土保持防护林的栽植管理提供科学依据.以栽植3年生柽柳苗木的土壤柱体为研究对象,在1.8m的地下水水位下,分别模拟设置淡水(0 g/L)、微咸水(3 g/L)、咸水(8 g/L)和盐水(20 g/L)4种地下水矿化度,并以不栽植柽柳的土壤柱体为对照,测定分析不同地下水矿化度处理的土壤水分、盐分以及溶液绝对浓度等水盐参数.结果表明:地下水矿化度可显著影响不同剖面的土壤水盐参数.随地下水矿化度的升高,整个土柱的含水量和含盐量均呈现升高趋势,而土壤溶液绝对浓度呈下降趋势.其中:柽柳土柱相对含水量均值在4种矿化度下,分别比对照下降24.4％、20.6％、11.3％和4.7％;微咸水、咸水和盐水矿化度下,柽柳土柱的含盐量均值,分别比对照下降6.7％、5.6％和8.7％.不同地下水矿化度条件下,随土壤深度的增加,土壤水分呈升高趋势,土壤溶液绝对浓度呈下降趋势,土壤盐分则表现为先下降再升高,并在80 cm土壤深度下,盐分达最低值.地下水矿化度的升高,有利于盐分随水分向土壤表层迁移.栽植柽柳可显著降低土柱的含水量、含盐量和土壤溶液绝对浓度,但随地下水矿化度的升高,栽植柽柳对土壤水分的降低作用在减弱,而抑制盐分作用在增强.     

不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果

为了比较盐渍化土壤不同改良措施的治理效果,以新疆新开垦的重度盐渍化农田为研究对象,设置5个处理分别为农业改良措施、根区隔盐+农业改良措施、暗管排盐+农业改良措施、化学改良+农业改良措施和天然对照区,通过3 a的试验研究土壤盐分运移的影响因素、动态变化与不同改良措施脱盐效果。结果表明:人为灌溉、农田蒸散量、地下水埋深与土壤盐分均达到极显著相关,生育期灌水对耕层土壤盐分影响最大,相关系数为-0.871。整个改良过程中农业改良措施处理表层和底层盐分含量较高,根区隔盐处理盐分表聚现象明显,暗管排盐、化学改良处理均表现出底层盐分明显高于表层。从各处理3a的脱盐效果来看,第1年脱盐效果均不理想,第2年脱盐率显著提升,其中根区隔盐和暗管排盐处理各土层脱盐率均超过44%,改良效果最好,由于土壤总盐分含量减少第3年各措施脱盐率明显降低。总体来看,各改良措施均能够有效降低耕层土壤盐分,根区隔盐、暗管排盐处理在0~80 cm耕层脱盐率分别为61.33%、59.37%,优于其他处理;化学改良处理0~40 cm土层脱盐效果优于底层,其脱盐率为55.32%,明显高于农业改良处理的脱盐率45.42%,但0~80 cm土层脱盐率2处理间差异不大。新疆盐碱化程度重,农田根区隔盐、暗管排盐工程改良结合农业深耕、秸秆还田、增施有机肥等措施是综合治理重度盐渍化土壤的有效途径,研究结果能够为新疆干旱区盐渍化土壤有效改良和合理开发利用提供理论依据和参考。     

基于模糊神经算法的区域地下水盐分动态预测

为探讨前馈型人工神经网络BP-ANN(back propagation artificial neural network)和模糊神经NF(neuro-fuzzy)2种神经网络算法在区域地下水盐分动态预测中的应用过程与效果,首先通过经典统计分析确定区域地下水盐分动态的主要驱动因子以及可用的模型输入因子组合,采用"试错法"确定神经网络模型的最优结构,进而开展地下水盐分中长期动态的有效模拟预测。结果表明,在长江河口寅阳和大兴地区以降水动态为单输入的NF(5-gbellmf-160)和以降水与内河水盐分动态为双输入的NF(4-gaussmf-100)为最优预测模型。研究表明神经网络模型对地下水盐分动态的预测精度优于常规线性模型,其中,NF、BP-ANN、线性模型在寅阳测点的预测相关系数分别为0.565、0.445、0.261,在大兴测点的预测相关系数分别为0.886、0.784、0.543。与BP-ANN、线性模型相比,基于模糊神经算法的NF模型具有更好的误差纠错和仿真能力,在寅阳和大兴测点的预测误差分别降低了30%以上和50%以上。相关研究结果在区域水盐动态科学预警研究领域有较好地应用前景。     

埋深与形状对土中结构自由冻拔的影响

冻拔破坏是季节性冻土地区土中结构常见的破坏形式。为了探明季节性冻土地区土中结构冻拔位移与结构埋深、结构截面形状的关系,利用挤塑保温板加工成长度不等的圆柱体与长方体,埋置于室外冻胀土中,模拟土中结构,开展一个冻融周期的室外自由冻胀试验。观测气温、地温、冻深及土体、圆柱体、长方体的冻拔位移等参数,对比试件的冻胀位移,分析自由冻拔的影响因素。结果表明：当埋深小于临界埋深时,一个冻融周期后2种截面的残余冻胀位移均随埋深增加而快速增大,而当埋深大于临界埋深时,残余冻胀位移随埋深增加无明显变化;埋深相同的长方体与圆柱体的残余冻胀位移相对差均值为10%,考虑到试验过程中其它偶然因素的影响,截面形状对土中结构的自由冻拔无明显影响。