Using the concept of ecological groundwater level to evaluate shallow groundwater resources in hyperarid desert regions

This paper,based on the analysis and calculation of the groundwater resources in an arid region from 1980 to 2001,put forward the concept of ecological groundwater level threshold for either salinity c...     

生态输水对塔里木河下游植被恢复价值的影响

以生态输水后地下水动态变化引起的地表植被生物量差异为出发点,探讨生态输水对塔里木河下游植被恢复价值的影响。首先,利用生态输水前后地下水动态变化和地表植被响应的长期监测资料,以塔里木河下游考干断面为例,在垂直于河道方向上长2 000 m、平行河道方向宽100 m的样带内,选取2000年10月、2007年9—10月、2015年10月的植被监测与称重资料数据;其次,借鉴国内外生态经济价值量化方法,综合地表植被响应价值和地下水抬升的潜在价值计算输水后地表植被恢复价值。结果显示:(1)在塔里木河下游地区,生态输水使得地下水位明显抬升,水位的抬升幅度随着距河道距离的增加逐渐降低,植被盖度也随着距河道距离的增加呈现降低趋势;在距河道1 000 m以外,地下水位与植被盖度变化不明显;(2)2000—2007年植被新增生物量占2000—2015年植被新增生物量的57.02%,并且这两个时段植被新增生物量与距河道距离均呈现显著相关;(3)根据16次生态输水监测资料,计算出2007年与2015年该区间100 m宽的样带因输水而投入的水资源价值分别为8 266.5元、14805元,输水后植被总体恢复价值分别为53 811.67元、83 334.62元,投入产出比分别为1∶6.507、1∶5.63,说明生态输水的经济效益十分明显。     

钾肥类型与施用量对土壤持水特性的影响

采用压力膜法测定了单施磷酸二氢钾、单施草木灰和两者配施等3种钾肥类型在不同压力下的土壤质量含水率,拟合了它们在不同氧化钾含量的土壤持水曲线。结果表明,3种钾肥类型均降低了土壤的持水性,单施草木灰对土壤的持水力降低幅度最大,但采用两者配施对土壤持水力无显著影响,且施用量的多寡对土壤质量含水量的影响不显著。分析认为,钾肥类型应以草木灰与无机肥配施为好,施用量采用中肥水平即有效钾含量在100mg/kg左右,不仅避免连续大量施用无机肥对土壤结构的破坏,而且减小施用草木灰对土壤持水力的影响。     

水资源联合调度模型在额济纳绿洲生态环境建设中的应用

对日趋缺水的额济纳绿洲,进行河水与地下水进行联合运用的目的是:减少水资源浪费,恢复生态水位,保护绿洲。按照国家水利部(1997)496号文件:《现状工程条件下黑河干流水量分配方案》(简称“97甘蒙分水方案),不同保证率下分配给内蒙古的水量。根据狼心山水文断面入境水量丰枯变化的分析结果,建立水资源联合调度模型,对四种不同来水方案进行计算。结果表明,执行“甘蒙分水”,采用内蒙长衬砌渠道输水,当保证率P=50%时,入境狼心山水量为7.527×108m3,到2020年地下水位埋深回升到2.35m,相应绿洲面积将扩大到5005.01km2,绿洲植被总盖度可达到58%。基本满足天然非灌溉林草的需水,逐步回补到生态要求的限定水位,使绿洲逐步得到恢复。     

高寒针茅草原植物生长季土壤水分动态变化规律

利用1999～2007年青海省兴海县牧业气象观测站0～50 cm土壤水分观测资料分析了高寒针茅草原植物生长季土壤水分的年变化、月变化和旬际变化规律及垂直分布特征.结果表明:高寒针茅草原天然草地土壤水分年际变化振荡明显,呈多波动变化,与年降水量相关关系显著;植物生长季逐月土壤水分变化曲线基本呈"M"型分布,按土壤水分月变化曲线可分为春季缓慢增墒期、春夏快速增墒期、盛夏快速失墒期、秋季快速增墒期和秋末快速失墒期5个阶段;土壤水分在20～30 cm层最大,就其垂直变化而言,0～10 cm为多变层,10～50 cm为缓变层;根据植物根系对土壤水分利用情况将土层分为根系利用层和根系微利用层;土壤水分垂直剖面的季节变化按变异系数大小可分为两个阶段,土壤水分变异系数雨季(6～9月)大于干季.     

罗玉沟流域水土保持植被工程效果评价

选取8个与植被工程效果紧密相关的评价指标,建立工程实施效果的评价指标体系,评价甘肃藉河流域罗玉沟世行二期项目实施情况。采用层次分析和综合指数相结合的方法,将罗玉沟流域水土保持植被工程实施效果综合指数等间距地划分为5个等级。结果表明：罗玉沟流域植被工程实施综合效果总体处于“良好”等级,但仍存在林分结构布局不合理、草地盖度偏小等问题,结合工程现状提出了今后的改进方向。     

晋北黄土丘陵区不同林草措施的蓄水保土和土壤水分效应研究

以设在山西省阳高县的大型径流观测场为依托,以2005-2009年的野外实测数据为依据,研究了晋北黄土丘陵区人工植被与鱼鳞坑配合的蓄水保土及土壤水分效应,并与荒坡、苜蓿地进行了对比。结果表明:在观测的5年内,柠条、沙棘、油松的蓄水保土能力随种植年限延长无明显增加趋势,但鱼鳞坑的蓄水能力和保土能力分别高达84.7%～96.0%和95.2%～99.7%;荒坡和苜蓿(Medicago sativa)第一年和第二年的蓄水保土能力较差,第三年和第四年随植被盖度增加能力急剧增强,第四年蓄水能力分别达82.8%和91.2%,保土能力达97.0%和98.0%;土壤水份分析结果表明:不同小区4～9月土壤水分变异系数为7.0%～19.1%,油松区变异系数最大,其次为沙棘、苜蓿和柠条区,荒坡区和裸坡区变异较小,不同小区土壤水分亏缺率为23.98%～52.66%,亏缺顺序为柠条区>苜蓿区>油松区>沙棘区>荒坡区>裸坡区;林草植被有效地减少了水土流失,亦增加了土壤水分的变异及亏缺程度,应注意林草植被的合理选择和配置。     

民勤绿洲水资源利用分析

民勤绿洲面临的生态危机已经受到人们的普遍关注.民勤绿洲出现生态危机的根源在于水资源危机,且危机还在进一步加剧.研究认为:民勤绿洲的地表来水量已经接近或达到最小极限,在今后的一段时间内将维持现有水平;地下水开采量超过原先的估计,但也会在较高的水平上保持稳定;地下水水质会进一步恶化,生态危机将会加剧.     

Coupling analysis of social-economic water consumption and its effects on the arid environments in Xinjiang of China based on the water and ecological footprints

In arid areas,ecological degradation aroused by over-exploitation of fresh water,expansion of artificial oasis and shrinkage of natural oasis,has drawn attention of many scholars and officials.The water and ecological footprints can be used to quantitatively evaluate the water consumption of social-economic activities and their influence on the eco-environments.In addition,increase of the water footprint indicates the expansion of artificial oasis,and the influence on the natural oasis could be reflected by the variation of the ecological footprint.This study was conducted to answer a scientific question that what is the quantitative relationship between the expansion of the artificial oasis and the degradation of the natural oasis in the arid environments of Xinjiang,China.Thus,based on the social-economic data,water consumption data and meteorological data during 2001–2015,we calculated the water and ecological footprints to express the human-related pressure exerted on the water resources and arid environments in Xinjiang(including 14 prefectures and cities),and explore the relationship between the water and ecological footprints and its mechanism by using the coupling analysis and Granger causality test.The results show that both the water and ecological footprints of Xinjiang increased significantly during 2001–2015,and the increasing rate of the ecological footprint was much faster than that of the water footprint.The coupling degree between the water and ecological footprints was relatively high at the temporal scale and varied at the spatial scale.Among the 14 prefectures and cities examined in Xinjiang,the greater social-economic development(such as in Karamay and Urumqi)was associated with the lower coupling degree between the two footprints.Increases in the water footprint will cause the ecological footprint to increase,such that a 1-unit increase in the consumption of water resources would lead to 2–3 units of ecological degradation.The quantitative relationship between the increases of the water and ecological footprints,together with the intensities of water consumption both in the natural and artificial oases of Tarim River Basin,have approved the fact that the formation and expansion of 1 unit of the artificial oasis would bring about the degradation of 2 units of the natural oasis.These conclusions not only provide a technical basis for sustainable development in Xinjiang,but also offer a theoretical guide and scientific information that could be used in similar arid areas around the world.     

黑河流域不同生育期生态用水量变化分析

根据不同农作物、森林等植被的生物学特性,采用张掖和额济纳旗的气象资料,估算了3~10月各旬平均的作物生态需水量,分析了张掖人工绿洲近20 a来主要农作物的种植面积和灌溉面积、作物以及下游天然绿洲的生态需水量的生育期变化。结果表明,绿洲产业结构调整的结果是,经济作物种植面积有所增加,粮食作物种植面积下降了26.6%。通过对黑河流域中游人工绿洲和下游天然绿洲逐旬生态需水量的估算发现,人工绿洲的主要粮食作物小麦、玉米与下游天然绿洲的生态需水量在生育期上不同步,小麦、玉米需水高峰分别在6月中旬和8月中旬,用水量分别为6.14 mm/d和8.6 mm/d;天然绿洲的需水高峰出现在8月下旬,为8 mm/d。张掖人工绿洲的区域平均生态需水量高峰在6月中旬,为6.37 mm/d,天然绿洲的需水高峰在8月下旬,区域最大需水量为6.06mm/d。对于整个流域,最大需水量高峰在6月中下旬,为6.03 mm/d。中游人工绿洲与下游天然绿洲生态用水的时间差,为水资源的合理调配提供科学依据。     

低洼重度盐碱地滴灌水盐调控的环境效应

采用“咸水滴灌+高垄+覆膜”水盐调控技术模式,开发利用河套灌区水平排水困难的低洼重度盐碱撂荒地时,研究了该区浅层地下水埋深、浅层地下水电导率（ECw）、潜水层地下水电导率（ECi）、土壤饱和泥浆提取液电导率（ECe）、枸杞成活率和保存率等的变化。结果表明：研究区浅层地下水埋深、ECw和ECe明显受周边和研究区灌溉、降雨等的影响;随着枸杞种植年限的延长及植株蒸腾耗水的增加,整个研究区的浅层地下水埋深、ECw、ECi及ECe均逐年降低,0～40 cm土层土壤由极重度盐土转变为重度盐土;该技术模式下,枸杞成活率达到75.4%,保存率达到67.5%。即可以采用“咸水滴灌+高垄+覆膜”滴灌水盐调控技术模式,通过种植枸杞等耐盐碱的多年生林果,来开发利用传统方法难以有效开发利用的地下水浅埋且地下水为咸水的重度盐碱地,通过枸杞生长耗水可以显著降低整个区域的地下水位埋深,ECw和ECe也逐年降低。     

Quantification of groundwater recharge and evapotranspiration along a semi-arid wetland transect using diurnal water table fluctuations

Groundwater is a vital water resource in arid and semi-arid areas. Diurnal groundwater table fluctuations are widely used to quantify rainfall recharge and groundwater evapotranspiration(ET_g). To assess groundwater resources for sustainable use, we estimated groundwater recharge and ET_g using the diurnal water table fluctuations at three sites along a section with different depths to water table(DWT) within a wetland of the Mukai Lake in the Ordos Plateau, Northwest China. The water table level was monitored at an hourly resolution using a Keller DCX-22 A data logger that measured both the total pressure and barometric pressure, so that the effect of barometric pressure could be removed. At this study site, a rapid water table response to rainfall was observed in two shallow wells(i.e., Obs1 and Obs2), at which diurnal water table fluctuations were also observed over the study period during rainless days, indicating that the main factors influencing water table variation are rainfall and ET_g. However, at the deep-water table site(Obs3), the groundwater level only reacted to the heaviest rainfalls and showed no diurnal variations. Groundwater recharge and ET_g were quantified for the entire hydrological year(June 2017–June 2018) using the water table fluctuation method and the Loheide method, respectively, with depth-dependent specific yields. The results show that the total annual groundwater recharge was approximately 207 mm, accounting for 52% of rainfall at Obs1, while groundwater recharge was approximately 250 and 21 mm at Obs2 and Obs3, accounting for 63% and 5% of rainfall, respectively. In addition, the rates of groundwater recharge were mainly determined by rainfall intensity and DWT. The daily mean ET_g at Obs1 and Obs2 over the study period was 4.3 and 2.5 mm, respectively, and the main determining factors were DWT and net radiation.     

新疆水资源生态足迹核算与预测

根据水资源生态足迹的基本原理和计算模型,引入水资源负载指数,对新疆2005—2014年水资源生态足迹、水资源生态承载力进行计算,并运用灰色预测模型GM(1,1)对2015—2025年的生态赤字/盈余趋势进行预测。结果表明:(1)新疆历年水资源生态足迹大于水资源承载力,处于生态赤字状态,从2005年的-7.83×10~7hm~2下降至2013年的-9.06×10~7hm~2,水资源开发率很低;(2)2005—2014年新疆水资源生态足迹和承载力均呈上升趋势,人均生态足迹和人均承载力呈上下波动状态,生产用水生态足迹在三个水资源账户中比例最大,远远超出其它两部分,占总水资源足迹的95.86%;(3)水资源负载指数总体呈上升趋势,表明水资源的利用程度逐渐加强,2005—2012年负载指数在2~5之间,表明新疆水资源利用程度中等;2013—2014年负载指数在5~10之间,表明新疆水资源利用程度高,开发条件困难;(4)新疆水资源存在分布不均匀的状态,南疆、北疆、东疆差异较大,南疆、北疆水资源生态足迹、水资源承载力均大于东疆,而南、北疆万元GDP水资源生态足迹则小于东疆;(5)对2015—2025年水资源进行预测,新疆水资源一直处于生态赤字状态,而且水资源生态赤字呈逐年减小的趋势,水资源生态赤字越来越严重,今后的形势越来越严峻,在利用中提高节水意识。     

黑河流域生态环境变化及其影响因素分析

对黑河流域水土资源开发利用现状、生态环境恶化状况及其成因进行了深入地分析 ,并着重研究了流域水文条件与水资源对生态环境的制约与影响 .结果表明 ,土地沙漠化和盐碱化是该流域最为严重的生态环境问题 ,植被的退化贯穿于其中 ,其结果不仅直接威胁下游天然绿洲的存亡 ,而且制约中下游人工灌溉绿洲的稳定与发展 .此外 ,水体污染在局部地带也是十分严重的环境问题 .所有这些问题都是以水资源为核心要素的生态问题 ,是由于水资源总量不足而且分配不均衡所导致的负面效应。由于事关民族稳定和发展及国防建设等重大问题 ,流域的生态环境保护尤其是下游绿洲的维护显得更为重要和迫切。据此 ,提出了若干改善黑河流域生态环境的建议与对策。     

Seasonal dynamics of soil water content in the typical vegetation and its response to precipitation in a semi-arid area of Chinese Loess Plateau

Soil water content is a key limiting factor for vegetation growth in the semi-arid area of Chinese Loess Plateau and precipitation is the main source of soil water content in this area. To further understand the impact of vegetation types and environmental factors such as precipitation on soil water content, we continuously monitored the seasonal dynamics in soil water content in four plots (natural grassland, Caragana korshinskii, Armeniaca sibirica and Pinus tabulaeformis) in Chinese Loess Plateau. The results show that the amplitude of soil water content fluctuation decreases with an increase in soil depth, showing obvious seasonal variations. Soil water content of artificial vegetation was found to be significantly lower than that of natural grassland, and most precipitation events have difficulty replenishing soil water content below a depth of 40 cm. Spring and autumn are the key seasons for replenishment of soil water by precipitation. Changes in soil water content are affected by precipitation, vegetation types, soil evaporation and other factors. The interception effect of vegetation on precipitation and the demand for water consumption by transpiration are the key factors affecting the efficiency of soil water replenishment by precipitation in this area. Due to artificial vegetation plantation in this area, soil will face a water deficit crisis in the future.     

无定河流域植被恢复对土壤团聚体及碳固定的影响

对无定河流域坡耕地和4、5、10、30、50年植被恢复样地土壤水稳性团聚体含量,全土样及不同直径水稳性团聚体中的有机质、速效磷含量进行了测定分析,计算了土壤有机碳密度,旨在评价植被恢复对土壤结构、养分及土壤固定的影响。结果表明:各样地全土样有机质和速效磷含量分别介于6.73~31.83 g·kg-1和1.93~14.72 mg·kg-1之间,不同直径团聚体有机质和速效磷含量分别介于7.15~26.03 g·kg-1和3.71~16.64 mg·kg-1之间。相对农地,植被恢复能明显增加表层土壤有机质含量和有机碳密度,杜梨群落增加幅度最高,增加值分别为24.93 g·kg-1和91.98 mg·cm-2;水稳性团聚体以0.05 mm和0.05~0.1 mm为主,含量分别在37.06%~57.22%和21.71%~29.76%之间;不同直径水稳性团聚体中有机质含量表现为2 mm至0.2~0.5 mm之间,直径愈小,有机质含量愈高,0.2~0.5 mm至0.05 mm之间,粒径愈小,有机质含量愈低;除1~2 mm团聚体中的速效磷含量最高外,2 mm至0.05 mm团聚体之间,粒径愈小,速效磷含量愈低。土壤有机碳密度与植被恢复年限呈线性正相关关系。相对于土壤碳固定,土壤抵抗水力侵蚀的能力需更长时间才能显著提高。相对慢速湿润,快速湿润条件下各直径水稳性团聚体有机质含量均较高。研究区大雨或暴雨是造成该区域土壤结构恶化和有机碳损耗的主要原因。     

生物炭对塿土持水能力的影响

通过连续6年定位试验,探究较长时间施用生物炭对土壤保水作用的影响,以期为塿土区水土保持和土壤改良提供理论参考。田间试验于2011年开始,设4个生物炭施用梯度：对照,不施生物炭（B0）;5 t·hm^-2（B5）;10 t·hm^-2（B10）;20 t·hm^-2（B20）。在2017年测定了土壤含水量、土壤基础理化性质和水分累积蒸发量等。结果表明：生物炭能够显著减小土壤容重、增加土壤孔隙度、饱和含水量和田间持水量,且随着生物炭施入量的增加,各指标变化幅度也增大,B20与B0处理相比,土壤容重减少了8.28%,毛管孔隙度增加了20.17%,饱和含水量与田间持水量分别增加了22.17%和14.86%;生物炭显著增加了土壤团聚体稳定性,B20与B0处理相比,土壤水稳性团聚体含量增加了19.00%,团聚体破坏率和不稳定团粒指数分别降低了11.34%和9.61%;生物炭还可有效抑制土壤水分的蒸发,B10和B20处理的土壤累积蒸发量分别比B0处理减少了7.45%和10.18%。结合逐步回归分析与通径分析发现,生物炭对土壤结构的改良是其促进土壤持水能力的主要原因。土壤孔隙度和有机碳含量是影响土壤饱和含水量的主要因子,影响土壤毛管持水量的主要因子为有机碳含量和土壤毛管孔隙度,而毛管孔隙度与水稳性团聚体含量则解释了绝大部分土壤田间持水量的变化。研究表明生物炭施用可以显著改良土壤结构,提升塿土持水性能,增加干旱半干旱地区土壤的蓄水保墒能力。     

额济纳盆地地下水时空变化特征

依据1988-2006年地下水位长期观测资料和近年来在额济纳盆地开展的地下水位调查资料,结合地质统计学方法,分析额济纳盆地地下水位时空变化,探讨地下水埋深的地统计变化特征和异质性,并用地统计模型对地下水埋深变化的异质性进行拟合。结果表明：额济纳盆地地下水位自20世纪40年代开始整体上呈不断下降趋势,且河流下段区域的下降...     

东北农牧交错带小流域不同林草植被类型水源涵养功能综合评价

以内蒙古赤峰市敖汉旗大五家流域内林草植被为研究对象,从林冠层、枯落物层、土壤层和林分生产力等方面选择评价指标,通过层次分析法确定评价指标的权重,应用主成份分析方法对不同林草植被涵养水源功能进行综合评价。旨在评价不同林草植被类型水源涵养功能的差异,为探寻低功能涵养水源型林草植被更新改造途径提供依据。研究结果表明:华北落叶松白榆混交类型涵养水源功能较高,其次是杨树柠条混交类型,油松沙棘混交类型涵养水源功能最差,在该流域应提倡营造针阔混交林。     

有机质对黄土善土持水性与水肥效应的影响

黄土高原南部台塬地区有机质对土壤含水量的影响试验研究表明土壤水势相等时,随着土壤有机质含量提高,土壤水分含量增加。土壤水分能量(土壤水势)水平不同,有机质对土壤水分含量的效应值不同,在土壤水势为-40～-50kPa时,有机质对土壤水分含量的效应值最大,土壤水势大于-40kPa小于-50kPa,有机质对土壤水分含量的效应值逐渐变小;在不同土壤含水量条件下,土壤肥力(土壤有机质含量)与水势呈显著负相关,其直线斜率值能更好反映土壤水肥效应状况,并随着土壤含水量的降低,土壤水肥效应值增大,在低肥力土壤中,增施有机肥土壤水肥效应值增加最为显著。