黑河中游荒漠植物生长与降水、土壤水和地下水的关系

[目的]分析荒漠化防治中植物生长与降水、土壤水和地下水的关系,为荒漠区植被修复与保护提供科学依据。[方法]在黑河中游荒漠区建立荒漠化综合防治试验站进行长期定位监测,取得降水、土壤水、地下水、植物盖度、生物量等数据,采用特征参数算法、相关分析法和逐步多元回归方法,对植物生长和水分的年内、年际变化特征及相关回归模型进行分析。[结果](1)2006—2014年,土壤质量含水率、生物量、盖度变化接近且最大,降水量次之,地下水埋深最小;生物量、盖度呈波动性增大趋势较明显,降水、土壤水、地下水位变化呈波动性略有降低趋势,但不明显。(2)在植物生长季的3—11月期间,土壤各层含水率变化步调基本一致,植物平均生物量和盖度变化步调基本一致,降水量和地下水埋深变化步调基本一致。(3)建立了盖度与0—20cm土壤质量含水率、生物量与0—20cm土壤质量含水率回归方程,且均通过了R拟合检验,F方差检验,t回归系数检验,通过模型预测盖度、生物量的变差分别为99.0%和91.4%,预测盖度和生物量变化的准确率分别可达86.5%,78.9%。[结论]黑河中游荒漠植被的生长与环境水分变化关系十分密切,可通过水资源管理修复植被,也可根据植被生长状况评估水资源管理工作。     

标准化地下水指数法分析黑河中游地下水时空演变规律

地下水干旱威胁区域社会经济发展和生态环境健康。基于河西走廊黑河流域中游地区1985—2010年23眼井的月地下水位数据,选择4种不同的分布函数构建标准化地下水指数(standardized groundwater index,SGI),采用K-S检验(kolmogorov-smirnov test)和AIC准则(Akaike information criterion)进行分布函数的优选,对K-S检验未通过的井使用非参数法构建SGI,分析地下水时空演变规律。结果表明:1)不同拟合函数对参数化SGI拟合结果有强烈影响。2)研究区的最佳拟合函数为Beta分布(18眼井),其次为广义极值分布(3眼井),另有2眼井未通过K-S检验,使用非参数法构建SGI。3)张掖区SGI指数变化趋势总体上呈先下降后回升趋势(13眼井),临泽和高台区呈持续下降趋势(10眼井)。地下水指数的构建可为地下水资源的监测、管理及预报提供依据。     

集约化农业生产区浅层地下水埋深的时空变异规律(简报)

揭示区域地下水埋深的时空变异规律,可为地下水资源评价和管理提供科学依据.通过收集和实测河北南部平原一曲周县1990和1999年两个时期地下水埋深的资料,应用地统计学方法对其进行了分析.结果表明,两个时期地下水的平均埋深分别为4.64 m和9.81 m,它们的空间相关距离分别为13.6 km和10.4 km,呈递减趋势.由于该区地形地貌和种植业布局的转变,导致了地下水埋深空间分布呈南深北浅的趋势.从1990年到1999年,地下水埋深具体变化为＞9.81 m的区域从无增加到324.0 km2,＜4.6m的区域从281.8 km2减少至15.3 km2.地下水大量开采和种植业布局的转变是该区地下水位下降的主要原因.     

荒漠区地下水埋深数据获取方法研究

[目的]分析、遴选出获取荒漠区地下水埋深数据的几种快速、准确的技术与方法,为研究荒漠区植物与地下水埋深的关系、地下水资源查找提供技术参考。[方法]通过分析观测井实测法、土壤阻抗系数法、探地雷达法以及核磁共振技术、地震勘探技术等方法的原理、优缺点及适用情况,最后综合操作便利性、精度和仪器设备价格等因素,分析、遴选出获取荒漠区地下水埋数据的技术方法。[结果]探测荒漠区地下水埋深,应在熟悉这些技术方法的原理、优缺点及适用情况基础上,综合考虑操作便利性、数据精度和仪器设备价格、劳动力成本等因素,多角度权衡比较与遴选。[结论]在荒漠区已有观测井,使用观测井实测是最便宜且准确度最高的方法;在地形条件复杂,交通不便利的情况下,采用核磁共振、地震探测方法中的一种;如果测定沙地地下水埋深,可使用土壤阻抗测定仪探测。     

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。     

淮北平原地下水埋深变化对气候变化的响应及预测

分析气候变化下的地下水埋深变化对区域未来的水资源利用和长期规划有着重要的意义。该研究利用五道沟水文实验站实测资料,分析淮北平原地下水埋深历史变化,在评估考虑了潜水蒸发的地下水埋深迭代算法在淮北平原的适用性的基础上,以CMIP5中三种气候模式的未来降水为主要影响因子,通过多模式集成方法,预估未来气候变化下淮北平原地下水埋深变化。结果表明：淮北平原地下水埋深年际变化波动较大,多年平均地下水埋深在季节上表现为春季（2.52 m）>冬季（2.49 m）>秋季（2.21 m）>夏季（2.17 m）,空间上整体呈由北向南逐渐变浅的变化趋势;考虑了潜水蒸发的地下水埋深迭代算法对淮北平原地下水埋深变化趋势的模拟结果与实际变化趋势基本一致;在RCP4.5情景下,未来降水量将持续增加的影响,地下水埋深年内月变化先降低后增加,7月最浅为0.73 m,1月最深为4.22 m;季节变化夏季最浅0.94 m,冬季最深为3.98 m,但年变化整体呈下降趋势,起伏相对较小。研究结果对合理调控区域水资源及水环境保护具有重要的借鉴和指导意义。     

河套灌区年内地下水埋深与矿化度的时空变化

该文以内蒙古河套灌区为研究区域,应用统计学方法、普通Kriging、Arc GIS9.0和GS+等工具,分析2003年3个不同特征季节的地下水位埋深和矿化度的时空分布规律。分析表明：在3月份灌区浅层地下水埋深平均为2.5 m,且绝大部分区域地下水矿化度＜4 000 mg/L;随着夏灌、秋灌、秋浇后,在11月时浅层地下水埋深减小为1.0 m,且大部分区域地下水矿化度＞5 000 mg/L。灌区浅层地下水埋深由灌区西南向东逐渐递减,且自南向北逐渐递增。灌区西北和东南部的地下水矿化度相对较高,中间部分相对较低。浅层地下水埋深与矿化度之间线性关系不明显,但是在特定地区浅层地下水埋深的时空分布规律能够定性地反映出矿化度的时空分布规律,即浅层地下水埋深较大时,相应的矿化度较小;浅层地下水埋深较浅时,相应的矿化度较大。     

石羊河下游民勤绿洲地下水埋深时空分布动态研究

以研究区近20年观测井地下水埋深观测数据分析了石羊河下游民勤绿洲地下水位的年际变化、季节变化动态及空间分布特征,结果表明:研究区地下水埋深年际变化以严格统计直线型加深;季节变化具有春秋季变化剧烈,地下水埋深剧烈加深和快速恢复.夏季地下水埋深加深达顶峰,冬季地下水缓慢恢复的特点;空间变化具有沿绿洲到荒漠方向距离绿洲中心越远地下水埋深越浅,沿石羊河古河道越到下游,地下水埋深越浅的特点.     

地下水埋深对春玉米田土壤水分及产量的影响

通过6种地下水位控制处理和对照春玉米试验,探讨了地下水埋深对春玉米农田土壤水分、产量以及水分利用效率的影响。结果表明,地下水埋深对春玉米0～100cm层次土壤水分的影响较大。地下水位越浅这种影响显得越明显;无论地下水埋深深浅,田间累计地下水补给量变化规律可分为4个阶段,即稳定增长期、缓慢增长期、快速增长期和趋于稳定期。地下水位越高,累计地下水补给量越大,土壤排水量越大。较大降雨后土壤开始排水日期随着地下水埋深加深而滞后;地下水埋深1.0m时春玉米产量和水分利用率最高。地下水位在1.0m以下时,水分利用效率随地下水位加深而减少。     

近20年塔里木河干流区地下水埋深变化特征及其生态效应研究

基于塔里木河干流区近20年水文生态变化监测资料,研究了其地下水埋深时空变化特征与河道来水的相互关系及其生态效应。结果表明:塔河干流上中游段地下水埋深年度变化呈枯水期3—4月变幅在0.42～0.92 m,汛期7—9月变幅在1.06～3.67 m。经近20年的生态输水,2009—2017年9年间下游段地下水埋深平均抬升了3.75 m,地下水埋深随输水量的变化明显,总体上在输水停止后1月内达到峰值,而后逐渐降低,直至下一次输水才会明显回升。2009年之后的生态输水对下游植被恢复效果明显,下游NDVI平均值由0.05提升至0.15。本研究系统分析了塔里木河干流区生态输水以来区域生态环境对地下水的综合响应,可为区域水资源调控和进一步量化输水效益提供理论依据。     

黑河流域中下游地区土地沙漠化现状及其原因分析

利用最新的土地沙漠化遥感监测数据(2000年),研究分析了黑河流域中下游地区的土地沙漠化现状及土地沙漠化发展的原因,并提出了其土地沙漠化防治的具体对策和措施。结果表明,2000年黑河流域中下游地区共有沙漠化土地13508.4km2,土地沙漠化类型包括耕地、草场、砾质沙漠化以及沙丘活化4种,总面积占监测土地面积(114446km2)的11.8%,其中轻度沙漠化土地27.4km2,占沙漠化土地总面积的0.2%,中度沙漠化土地1321.4km2,占9.8%,重度沙漠化土地2274.3km2,占16.8%,严重沙漠化土地9885.3km2,占73.2%,区内土地沙漠化形势严峻,以严重沙漠化土地类型占优势,特别是在黑河流域下游地区。黑河流域中下游地区土地沙漠化的发生和发展是自然和人为因素共同作用的结果,其中人类对流域内水资源的不合理利用是其主要驱动力。     

黑河流域生态环境演变研究综述

随着生态环境问题的日益突出,区域生态环境演变研究成为生态环境研究领域的热点.黑河流域位于河西走廊农牧交错带上,是典型的生态敏感区.近年来流域生态环境严重退化,成为我国区域生态环境演变研究的重点地区之一.分别从黑河流域生态环境退化状况、生态环境演变及驱动力等方面对已有的研究成果进行总结:在气候变化与人类活动的共同作用下,黑河流域生态环境以不同的时间尺度在发展演变.近年来,人类不合理的活动导致一系列生态环境问题的出现.指出当前研究中存在的不足:主要集中于黑河流域生态环境现状研究,缺乏历史时期流域生态环境演变研究.期望为今后黑河流域及其他内陆河流域生态环境演变研究的深入提供参考.     

黑河上游天老池流域不同植被类型土壤物理性质异质性研究

土壤物理性质在一定程度上决定了土壤层的水文特征,而不同植被类型对于土壤物理性质的改造会导致不同区域土壤层蓄水保土功能表现出较大差异.以祁连山黑河流域上游的天老池小流域为研究区域,研究青海云杉、祁连圆柏、亚高山草甸、灌木和干草原5种植被对于土壤物理性质的影响.结果表明:(1)青海云杉林土壤的容重最小,孔隙度最大,颗粒组成主要以粉粒为主.干草原和草甸草原土壤的容重最大,孔隙度最小;同一种植被类型在不同坡位的容重和总孔隙度大小具有较好的一致性,各植被类型上中下坡位均表现出随土壤深度的增加容重增大,总孔隙度减小的趋势.(2)研究区草甸草原0-20 cm的土壤物理性质具有相似性,20-50 cm土壤层的物理性质具有较高的一致性.     

黑河流域森林生态系统湿热特征分析

利用2008年黑河流域典型森林生态系统土壤和空气温湿度观测资料,分析了不同层次土壤和大气温度和湿度的变化特征。结果表明:(1)各层土壤温度在2—3月达到一年中的最小值,在7—9月达到一年中最高值,土壤温度周年变化幅度以及年最低温度随土壤深度的增加而递减。(2)表层土壤含水量受春季融雪和降雨影响较大,在8月中、上旬达到最高值;20—40cm土壤含水量对春季融雪响应较弱,80—120cm土壤含水量较为稳定,不受冻融交替影响。(3)从当年7月中旬至次年1月下旬,林地各层气温呈下降趋势,2月上旬至7月上旬呈上升趋势;距离地表近2m高度全年各月份气温略高于10m和24m高度,气温最高值和最低值分别出现在14:30和6:30左右。(4)4—6月林内湿度相对较低,7—10月相对较高,空气相对湿度最高值和最低值分别出现在22:00和11:30左右;10m和24m处空气相对湿度变化规律与2m处基本一致。     

黄河中游窟野河流域水沙关系变化特征及其成因分析

为探讨人类活动和气候变化对窟野河流域水沙情势的影响,基于1956—2019年窟野河流域降水量、径流量和输沙量等监测数据,运用累积距平法、双累积曲线等方法对窟野河流域水沙变化的特征及其成因进行了分析。结果表明:窟野河流域降水量随时间变化呈不明显减小趋势,而径流量和输沙量随时间变化却呈显著减小趋势,流域水沙减少的因素不是气候变化引起的降水因素; 径流量和输沙量年际变化的转折年份为1979年和1997年; 同基准期A(1956—1979年)相比,B时期(1980—1997年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为14.25%,14.22%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为85.75%,85.78%,C时期(1998—2019年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为8.76%,6.65%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为91.24%,93.35%,降水变化和人类活动都是造成窟野河流域水沙减少的影响因素,其中流域内逐年增强的人类活动是窟野河流域径流和输沙减少的主要因素,而气候变化引起的降水减少是次要因素。     

分水后黑河中游地区土地利用结构优化研究

以黑河分水为背景,分析了分水后中游地区水资源所面临的紧缺形势和土地利用结构对其影响。由于在干旱区,水资源的合理利用与土地的合理利用密切相关,合理的土地利用结构可以使水资源的利用更为有效。有鉴于此,文章认为要缓解水资源的约束,黑河中游地区必须走土地利用结构优化之路,并提出了今后土地利用结构发展的重点方向。     

基于不同土壤分类系统的土壤景观格局分析——以我国西北黑河流域中游地区为例

对土壤景观格局进行的研究多是基于发生分类土壤图或通过参比转换得到的系统分类土壤图,尚无通过土壤系统分类调查直接得到的土壤图为基础进行相关研究的报道。本文依据目前可获得的我国西北黑河流域中游的20世纪80年代形成的发生分类土壤图和2012年及2013年通过系统调查采样形成的1︰50万系统分类土壤图,进行土壤景观格局分析对比。结果表明:无论系统分类还是发生分类,从类型水平来看,土壤的破碎化程度不高,被分割程度小、连通性高,土壤类型斑块形状偏简单;从景观水平来看,景观异质性较大,土壤类型数目较多,各土壤类型所占比例较均匀,土壤类型具有一定程度的积聚,土壤类型的连通度较高。与发生分类土壤图相比,系统分类的土壤类型斑块数较多,多样性指数和均匀度指数较高,蔓延度指数较低,说明在一定尺度和区域上,系统分类能更多地反映土壤类型空间上的差异,制图精度更高。     

黄河流域森林植被碳储量分布特征及动态变化

根据四次全国森林资源清查数据,结合生物量估算模型及植被含碳系数,研究了黄河流域森林植被碳储量、碳密度的分布特征及动态变化。结果表明:（1）1989-2008年期间黄河流域森林植被总碳储量由131.15 Tg C增加到265.63 Tg C,且占全国森林植被碳储量的比例从2.83%增加到4.18%;期间森林植被的平均碳密度为34.47~39.00 Mg/hm²。（2）从林龄来看,2004-2008年期间黄河流域森林植被碳储量在各林龄组的分布差异不大,介于46.64~68.31 Tg C之间;天然林碳储量主要分布在中龄林、过熟林、成熟林、近熟林;人工林碳储量主要集中在幼龄林和中龄林。流域内森林植被、天然林及人工林平均碳密度均随着林龄增加而表现出上升趋势。（3）从森林起源来看,黄河流域天然林碳储量是人工林的3.5~4.5倍,且随着时间推移,天然林和人工林的碳储量均表现出增加趋势。（4）从不同河段来看,黄河流域森林植被碳储量主要集中于黄河上中游地区,占全流域的97%以上;2004-2008年期间黄河流域上、中、下游的森林植被碳储量比1999-2003年期间分别增加了7.61%,13.13%和136.98%。研究表明黄河流域森林植被碳储量占同期全国碳储量的比例呈增加趋势,且未来固碳潜力巨大,将在全国森林碳汇中发挥重要作用。