基于地统计分析的河套灌区地下水埋深与矿化度时空变异规律研究

【目的】研究河套灌区地下水埋深和矿化度的时空变异规律。【方法】以内蒙古河套灌区为研究区域,应用地统计学方法和ArcGIS等工具分别研究了1998—2017年灌区地下水埋深和矿化度的时空变异性和空间分布及其影响因素。【结果】①从1998—2017年灌区地下水埋深及其空间变异性逐渐增大,地下水矿化度及其空间变异性先增大后减小。地下水埋深和矿化度的块金系数均较小,表明其主要影响因素为灌区的环境。地下水矿化度块金系数逐渐增大,空间结构性变差,受人为因素影响造成的随机变异性增强。地下水埋深及矿化度的空间自相关性距离逐渐增大,空间连续性逐渐增强;②灌区西南部沿黄河附近地下水埋深相对较浅,基本在2 m以下;西北部和东北部沿狼山山前地下水埋深相对较深,部分区域埋深可达10 m以上,机电井的分布与地下水埋深高值区域的分布相似。矿化度较高的区域分布在灌区西北部和东南部地区,西南及中部局部地区地下水矿化度较低;③丰水年大量的降雨对灌区整体地下水的补给作用,使得丰水年地下水埋深较浅,地下水得到淡化使其矿化度减小。【结论】地下水矿化度较高的区域地下水埋深相对较小,地下水矿化度较低的区域地下水埋深相对较大。     

地下水埋深对土壤剖面盐分离子分异的影响

采用室内土柱模拟试验研究了不同地下水埋深对土体盐分离子作用规律的影响。结果表明,在0～30 cm土层电导率随地下水埋深的变化呈现规律性变化,即:EC100 cmEC120 cmEC80 cm≥EC60 cmEC40 cm。且不同地下水埋深对不同盐分离子作用的影响不同,土壤盐分、Ca2+、Mg2+、Na+和SO42-表聚的敏感地下水埋深是100 cm,而Cl-表聚的敏感地下水埋深是60 cm。在相同地下水埋深条件下,Ca2+、Na+和SO42-迁移规律与土壤盐分的迁移规律一致。     

河套灌区土壤盐分时空变化特征及影响因素

为了研究河套灌区土壤含盐量演变特征及主要影响因素,以解放闸灌域为研究区,以0~100 cm深不同土层土壤含盐量及引排水量、地下水埋深、地下水矿化度、降雨量、蒸发量等数据为基础,结合研究区耕地及盐荒地面积变化情况,定量估算了2006—2016年耕地及盐荒地1 m深土层平均土壤盐分总量变化,定性分析了土壤含盐量变化动态,建立了1 m深土层土壤含盐量预测模型.结果表明:近10 a来,灌域年均积盐量为57.12万t/a,其中46.12%积累在1 m土层内,其余则迁移至1 m土层以下和地下水中积聚.1 m土层中,耕地盐分整体上减小6.34%,而盐荒地则增加86.8%;主成分分析结果表明灌区地下水埋深、排水量及年蒸发量对土壤含盐量影响最大,其次为地下水矿化度、引水量及降雨量;逐步回归分析表明采用地下水埋深单因子即可预测耕地1 m深土层土壤含盐量,相关系数可达0.732.     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

银北高水位盐碱地土壤盐分与地下水特征关系分析

根据银北灌区典型高水位盐碱地的土壤盐分与地下水特征的监测数据,运用相关分析法与主成分分析法,对土壤盐分与地下水埋深、地下水水化学特征之间的关系进行了分析。结果表明:(1)研究区土壤盐分垂直分布呈现明显表聚性,0~20 cm土层全盐含量均值为3.34 g/kg,p H均值为8.81;研究区内71%地下水样为微咸水,矿化度TDS均值为2.69 g/L;土壤全盐及盐分组成呈中等强度变异,土壤p H值呈弱变异。(2)耕层全盐含量与土壤中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-、SO42-等离子的相关系数大于0.9,与地下水中各指标相关性大小排序为;SO42->矿化度>Cl->Na+>地下水埋深;地下水矿化度与地下水中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-的相关系数大于0.9;土壤中的Na+和Cl-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈显著正相关,土壤中的SO42-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈极显著正相关。(3)主成分分析结果表明:影响研究区土壤盐渍化程度的主要因素依次为地下水含盐量及主要盐分离子、土壤中的主要盐分离子、地下水埋深。     

干旱区灌排条件下田间土壤盐分动

根据干旱地区实测的田间土壤含盐量、地下水埋深和矿化度以及灌溉量，分析了土壤盐分的时间动态变化及空间分布特征，确定了土壤盐分与地下水矿化度的线性正相关关系，建立了土壤盐分与地下水埋深和矿化度的统计模型。     

暗管排水对鄂尔多斯地区重度盐碱地盐分迁移规律的影响

【目的】探究暗管排水对鄂尔多斯市达拉特旗重度盐碱地土壤盐分运移的影响机制。【方法】按照暗管间距18 m、吸水管埋深1.2～1.5 m、集水管埋深1.8～2.0 m的参数,铺设暗管进行田间小区试验,利用空间插值、线性回归、主成分分析等统计方法,对2019年5—10月暗管排水条件下1 m土层的土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度、灌排水水质、盐分离子等数据及其相互关系进行分析。【结果】(1)试验区1 m土层的盐分空间分布属于中等变异(25%～75%),土壤盐分类型为表聚型。(2)铺设暗管使地下水埋深增加了50～60 cm,试验结束时土壤盐分较试验开始时土壤盐分平均降低10%左右。(3)暗管铺设条件下,土壤盐分的主导离子为K~++Na~+、SO_4~(2-)和Cl~-,地下水中主导离子为K~++Na~+、Cl~-和HCO_3~-。(4)暗管铺设下黄河水灌溉后,土壤中HCO_3~-量增加56%,而其他盐离子量降低,SO_4~(2-)、K~++Na~+、Cl~-降幅较大分别为36%、34%、31%;灌水淋洗后,排水、地下水中各离子量均增加,排水矿化度增加幅度是地下水矿化度增加幅度的3.43倍。【结论】重度盐碱地铺设暗管,能控制地下水埋深,并降低土壤含盐量,有效促进土壤中SO_4~(2-)、K~++Na~+、Cl~-的淋洗排出,但同时要注意黄河水灌溉中HCO_3~-可能引起的土壤碱化问题。     

渭-库绿洲土壤剖面盐分分布特征及驱动因子分析

[目的]监测渭-库绿洲土壤盐渍化的空间分布特征,探究驱动因子作用机理,对当地因地制宜进行土壤盐渍化调控。[方法]采用决策树、克里金插值和灰色关联度分析研究了渭-库绿洲土壤盐渍化的剖面分布特征,着重分析了样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TW( I 地形湿度指数)、地下水矿化度5个驱动因子对土壤盐渍化的影响。[结果]①研究区表层土壤(0~10 cm)属于重度盐渍化土壤,10~20、20~40、40~60 cm各深度剖面土壤属于中度盐渍化土壤。土壤EC1:5有强的空间变异性,其分布格局受灌溉等人为驱动因素的影响较大。②绿洲内部(即耕作区)表层土壤属于非盐渍化区域,绿洲东部10~20、20~40、40~60cm土层有轻、中度的盐渍化现象。绿洲内部表层以下土壤盐分高于表层,绿洲存在潜在的盐渍化风险。耕作区外围绿洲-荒漠交错带区域各剖面层均属于盐渍化区域,随着剖面深度的增加,盐渍化程度在不断减弱。③样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TWI、地下水矿化度与土壤EC1:5的灰色关联度大小次序为:0~10 cm土层:地下水矿化度>TWI>样本点的海拔>植被覆盖度>地下水位;10~20、20~40 cm土层:地下水矿化度>样本点的海拔>TWI>植被覆盖度>地下水位。[结论]渭-库绿洲土壤盐渍化主要分布在绿洲-荒漠交错带区域,土壤盐分表聚强烈,地下水矿化度是造成该研究区土壤盐渍化问题的首要原因。     

河套灌区不同地类盐分迁移估算及与地下水埋深的关系

针对河套灌区引水量逐年减少、输入灌区的盐分无法有效排出、仅能在灌区内部重新分配的现状,以河套灌区耕地-荒地-海子为研究对象,通过野外实测和室内试验分析相结合,基于地质统计学、溶质动力学理论,研究了耕地-荒地-海子系统土壤剖面、不同土层盐分和地下水盐分的时空变化特征,定量估算了不同时期的盐分变化,揭示了系统盐分的表观平衡,分析了地下水埋深对土壤盐分的影响。结果表明:在耕地-荒地-海子系统中,灌溉期,耕地大量盐分随地下水迁移到荒地,秋浇前荒地含盐量是耕地的2倍,秋浇后荒地脱盐量是耕地的3倍。整个生育期耕地1 m土体盐分通过灌溉期淋洗,积盐率仍为56%,秋浇后盐分没有完全排出,脱盐率为44%,土壤深层有轻微积盐现象;荒地1 m土体积盐率为63%,秋浇后脱盐率为62%,荒地盐分全年基本保持平衡。地下水和海子盐分时空分布呈条带状,存在较强的空间相似性,海子是系统的储盐区。应采取有效措施将灌区目前地下水埋深降低0.2 m,研究区地下水埋深控制在1.7～2.3 m之间更佳。在生育期(5月15日—9月15日),荒地1 m土体积盐量为377 705 kg/hm~2。地下水补给荒地20～100 cm土壤盐量为17 985 kg/hm~2,占积盐量的5%; 0～20 cm土壤盐量增加202 395 kg/hm~2,占积盐量的54%;耕地地下水迁移给荒地深层土壤盐量为114 015 kg/hm~2,占积盐量的30%;耕地水平渗透给荒地的盐量为43 305 kg/hm~2,占积盐量11%。本研究可为灌区水盐运移提供理论依据。     

暗管排水控盐对盐渍化灌区土壤盐分淋洗有效性评价

【目的】解决盐渍化灌区土壤盐渍化较严重问题,明确暗管排水控盐对土壤盐分淋洗效果的影响。【方法】以灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测和室内试验分析结合,采用经典统计学与地质统计原理,分析收获后、春灌前后暗管排水土壤盐分统计特征和空间异质性,及其土壤盐分和盐分离子脱盐效率和暗管排水对地下水埋深的影响。【结果】暗管排水0～20、20～40、40～100 cm土壤平均脱盐率分别为61.14%、52.78%、40.37%,随着土壤深度的增加,脱盐率减小。春灌后土壤盐分变异系数降低、空间自相关性增强,说明春灌后土壤盐分空间异质性均有所下降。土壤中除CO_3~(2-)表现为上升趋势外,其余各离子均表现为下降趋势,且HCO_3~-脱盐率最小,几乎不变,土壤各盐分离子脱盐率大小表现为:Cl~-K~++Na~+SO_4~(2-)Mg~(2+)Ca~(2+)HCO_3~-。暗管排水地下水埋深在灌后7 d开始下降,且下降速率较快,排水明沟深1.5 m,对地下水埋深的控制效果较好。【结论】利用暗管排水均能降低土壤含盐量,弱化土壤含盐量的空间异质性,土壤盐分由"高盐异质性"向"低盐均质性"转变,有效降低土壤盐分离子量,避免盐渍化过程中离子平衡失调,防止盐类向单一化方向发展。利用暗管排水技术降低河套灌区土壤盐分,控制地下水埋深,保证作物正常生长,防止土壤次生盐渍化具有重要意义;暗管排水技术可在河套灌区农业生产中推广应用。     

区域表层土壤EC_s和pH时空变异性分布及其相关性

应用地质统计学原理与方法,在山东簸箕李灌区开展区域表层土壤盐性和碱性分布状况的研究,描述表层土壤EC_s和pH的空间与时间变化分布趋势和特征,分析二者间的相关性。研究结果表明,表层土壤EC_s和pH在周年内表现出相近的区域时间变异分布趋势和相反的区域空间分布状况。EC_s和pH在灌区上游的西南方向和下游的分布状况相对稳定,而在中游的变化却呈现出各自的时间季节性差异,表层土壤盐性的区域空间分布状况似乎影响到其碱性的空间分布趋势。EC_s和pH间存在的负相关性不仅表观上与表层土壤盐化程度有关,还受到其它诸多因子的影响。受当地季风气候影响,EC_s在夏玉米收获期内明显低于冬小麦收获期,而pH在湿润的初秋时节则高于干旱的初夏季节,表层土壤质地类型差异对土壤盐性和碱性的影响较为明显。研究成果为灌区制定合理的区域农田水土管理策略和作物种植模式提供了科学的依据。     

引黄春灌对盐碱土区地下水动态及理化性质的影响

[目的]探究引黄春灌对区域浅层地下水动态及地下水理化性质的影响.[方法]通过监测试验区盐碱地春灌前后地下水位、八大离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-)质量浓度、地下水EC值、pH值、土壤电导率等指标,运用数理统计和水文地球化学分析的方法,分析春灌前后地下水动态及春灌后地下...     

Assessment of alternative water management options for irrigated agriculture

A simulation study on alternative water management strategies was carried out for Sirsa Irrigation Circle in Haryana, covering an area of about 4800 km². Results showed that crop evapotranspiration and soil salinity development under reduction in canal water supply and increase in groundwater use, are largely influenced by the amount and distribution of rainfall. Reduction in canal water supply by 25% during the rainy season is unlikely to have any adverse effect on the salinity development in the study area. Reduction in crop evapotranspiration due to decreased canal water supply can partly be compensated by the increase in groundwater use. Leaching of salts due to monsoon rains in the study area shows that groundwater of even relatively poor quality can be used for irrigation without excessive long-term build up of soil salinity under deep groundwater depth conditions. However, increased groundwater extraction without associated actions will not be very effective to solve the problem of rising groundwater levels.     

Soil properties and their spatial pattern in an oasis on the lower reaches of the Tarim River, northwest China

In this study, classical, geostatistical methods and a geographical information system have been used to identify soil properties including soil organic carbon (SOC), total nitrogen (total N), salt content (SC) and soil moisture (SM), and their spatial variation as well as their relationships with groundwater, land use, and soil texture. The data came from 36 soil samples from 0 to 20 cm depth, and 36 groundwater samples in the Tikanlik Oasis on the lower reaches of the Tarim River, northwest China. The objective was to provide a scientific basis for understanding the heterogeneity of the spatial distribution of soil properties on a large scale with the goal of accelerating the sustainable development of agriculture in the oasis. The results showed that the SC and SM of the surface soil varied greatly, but the SOC and total N varied very little. A possible reason for the low variability of SOC and total N was the relatively consistent human activities within the typical agricultural oasis with more than 75% land used as cropland and orchards, because there was no significant effect of land use types on soil total N and SOC. Geostatistical analysis and the kriging estimator showed that SC and SM had a strong spatial autocorrelation. One-way ANOVA and LSD suggested that land use was the main structural indicator that resulted in the spatial autocorrelation of SC and SM within the 0-20 cm soil depth through its significant differences in soil texture, irrigation and groundwater. In particular, croplands and orchards had significantly higher SM, silt and clay particle percentages and lower SC compared to other land uses due to regular irrigation. Additionally, irrigation could effectively relieve the degree of the hazard from soil salt and soil water stress in cropland.     

地下水埋深对春玉米需水量及需水系数的影响

采用排水式蒸渗仪试验,研究了不同地下水埋深时,春玉米需水量和地下水利用量的变化规律,对春玉米需水系数进行了计算。结果表明,在全生育期内,春玉米需水量最大值出现在地下水埋深为0.5 m时,1.0 m时最小;地下水埋深对春玉米需水量的阶段分配没有太大影响,不同地下水埋深处理的规律基本一致,即拔节到抽穗期最小,灌浆到收获期最大;不同地下水埋深的春玉米日需水量变化规律也基本一致,即前期较小,生长盛期达到最大;春玉米需水系数在播种-拔节期最小,在抽穗-灌浆期最大。研究结果可为春玉米节水灌溉制度的制定和高效灌溉管理提供参考。     

平原水库周边天然生态林地水盐动态变化特征分析

为揭示平原水库周边无灌溉生态林地水盐分布特征,2013-2014连续两年开展生态林地的地下水埋深、矿化度、土壤含水率及含盐量逐月监测。结果表明:周边生态林地地下水埋深变化范围在1.18~1.82m之间,水位变化幅度不大,地下水位随季节性变化较小;地下水矿化度变化范围在0.42~4.92g/L之间,呈周期性变化。土壤水分含水量整体随着土层深度的增加而增加。土壤总盐含量在0.24~8.9g/kg之间变化,其中10~40cm土层含盐量变化最为显著,具有明显的盐分表聚现象。     

Analysis of salinization dynamics by remote sensing in Hetao Irrigation District of North China

Remote sensing can provide base information for documenting salinity change and for predicting its future evolution trend. The spatial and temporal distributions of soil salinization of Jiefangzha Irrigation Sub-district, the western part of Hetao Irrigation District of Inner Mongolia in northern China, were determined through analysis of satellite-based remote sensing images. Three Landsat TM/ETM+ satellite images taken during 14 years (1991 ∼ 2005) coupled with field observations were chosen as the basic data sources. Supervised classification and visual interpretation were used to analyze salinity classification and statistical method was applied to analyze the relationship between salinity and groundwater depth. From 1991 to 2005 the area of heavy saline land decreased from 191 to 136 km², or 3.9 km² per year; the moderate saline land decreased from 318 to 284 km², or 2.5 km² per year; the slight saline land decreased from 510 to 394 km², or 8.2 km² per year. Therefore, soil salinization in Jiefangzha Irrigation Sub-district is decreasing in general. The electrical conductivity (EC) values measured from field have the following relationship with the reflectance composition obtained from LANDSAT Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) data: EC = 5.653(band5 − band7)/(band5 + band7) + 0.246. In addition, an r² value between EC values and groundwater depth is 0.72, which indicates groundwater depth is the major factor for the regional soil salinity control. The paper can serve as a theoretical reference for optimal allocation of irrigation water resource and salinization control in Hetao Irrigation District.     

Shallow groundwater use by Safflower (Carthamus tinctorius L.) in a semi-arid region

Two-year lysimeter experiments were conducted to determine groundwater contributions by safflower (Carthamus tinctorius L.) crop. The plants were grown in twenty columns each with a diameter of 0.40 m packed with Silty Clay soil. The experiments were carried out in a complete randomized blocks design with four replicates. In each experiment, five treatments were applied by maintaining groundwater salinity to a control treatment with EC 1 dS/m, while the groundwater salinity of the other treatments was 2, 5, 8 and 10 dS/m, and 0.8 m water table level, respectively. The use of groundwater as a part of crop evapotranspiration was characterized by using daily measurements of the water level in Mariotte tubes. The extra magnitude of irrigation water requirement for each treatment was applied by water with EC of 1 dS/m. The results of experiments showed that for different control treatments with 1 dS/m, 2, 5, 8 and 10 dS/m, the groundwater contributions were achieved as 59, 51, 38, 32 and 19% of the total plant water requirements, respectively.