河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

内蒙古农业灌区夏、秋浇的氮磷流失变化

通过对内蒙古农业灌区引黄灌溉的2次主要大规模灌溉（夏浇、秋浇）的跟踪监测,研究了农业灌区的氮磷流失情况.分析了2次灌溉期的各引水渠和排水渠中总氮（TN）、氨氮（NH4＋-N）、硝氮（NO3--N）、总磷（TP）、溶解性无机磷（DIP）、溶解性有机磷（DOP）、颗粒磷（PP）的变化情况.研究表明：夏浇时,由于植物吸收、灌水量小等因素,基本不产生污染.而秋浇期间,由于灌水量大、土地裸露成为非点源污染产生的主要时期.在对第8排域的TN、TP的连续监测中发现,排干沟中的总氮总磷含量基本维持在4.16mg.L^-1和0.1725mg.L^-1,且氮为主要的污染控制因子;排干沟中的N/P为24,排入乌梁素海中极易引起水华发生.结合河套农业灌区的自然条件、耕作方式等因素,综合分析了河套灌区在夏浇及秋浇时期的非点源污染产生过程及污染特点.为该地区非点源污染管理和控制提供科学依据.     

内蒙古农业灌区秋浇的盐分流失变化

在农业废水产生量较大的秋浇期,选取14条引水和排水渠中的灌溉引水和秋浇退水进行盐份含量及组分分析,并针对重点渠段进行了45d 的连续监测.结果发现,在各引水渠中盐分含量都较低,全盐量基本在300mg·L-1左右.排水渠中全盐量较引水渠中有大幅升高,其中第8灌域与第9灌域的排干渠中的全盐量达到 6000mg·L-1以上.水质综合分析表明,灌溉后退水都为盐碱水和重盐碱水.同时,排水渠中高含盐量是随着灌区的秋浇活动而持续发生的,并且与灌溉引水量成比例关系.研究表明,内蒙古农业灌区的秋浇活动是导致乌粱素海以及黄河中下游水中盐分含量过高的主要原因之一.     

北方典型灌区不同灌期农田系统中氮素迁移特征分析

以内蒙古河套灌区杭锦后旗解放闸灌域为研究区,分析2009年夏灌和秋浇前后土壤中、浅层地下水和土壤渗滤液中的硝态氮、总氮的分布特征,研究不同灌期农田系统中氮素的迁移规律及其影响因素.结果表明:夏灌对氮素的稀释作用明显,反硝化作用也会降低地下水中硝态氮的浓度,此外玉米地块的氮流失在夏灌时相对明显;秋浇是农田氮素淋失的主要阶段,一方面是硝态氮 (NO3-N) 在灌水作用下向下淋失,另一方面是土壤中的NO3-N 在反硝化作用下转变成N2O、N2和O2释放;夏灌与秋浇两次灌水前后地下水中总氮 (TN) 的峰值滞后于NO3-N,表明氮素的流失除以NO3-N的形式发生之外,部分氨氮以及有机氮等其他形式的氮素在灌溉驱动下也发生一定程度的纵向流失.     

内蒙古河套灌区地下水矿化度的时空变异特征

利用内蒙古河套灌区义长灌域地下水水位、水质资料（1996-2005）,结合地理信息系统（G IS）技术,运用传统统计学和地统计学方法研究灌域10年间地下水矿化度时空变异性。结果表明：1.灌域内地下水矿化度在1996-2005年间呈下降趋势（从1996年的8.5 g/L下降到2005年的约5.3 g/L）,且变异系数不大;2.地下水矿化度的变化受降水、蒸发、地下水位和引黄水量等多种因素的影响,蒸发与地下水矿化度达到极显著相关;3.1996年和2005年两个时期的地下水矿化度的实际变异函数和理论变异函数（球状模型）拟合较好,F检验达到显著水平。Kriging差值结果显示,两个时期矿化度的空间分布差异不甚明显。     

西藏地区春青稞耗水特征及适宜灌溉制度探讨

以中科院拉萨高原生态试验站为依托,通过开展春青稞生长与土壤水分定位观测实验,利用SHAW模型实现对春青稞农田蒸散发与土壤水深层渗漏与补给过程模拟,分析了春青稞的耗水特征,并对其适宜的灌溉制度进行了初步探讨:①春青稞生长期间,耗水450 mm左右,其中,分蘖—拔节、拔节—抽穗、抽穗—蜡熟这3个阶段是春青稞的耗水旺期,耗水量占整个生长期的72%。把握住该时期的水分供应,对提高作物产量十分重要。②在春青稞的需水关键期降水量仅能满足作物需水的58%,必须补充人工灌溉;但现行的灌溉制度由于灌溉量较大,不仅加大土壤蒸发,更造成较大的深层渗漏。③在播种—出苗、拔节—抽穗期分别灌溉50 mm,抽穗—蜡熟期灌溉60 mm,共减少灌溉用水125 mm后,深层渗漏减少了81%(131 mm);深层土壤水向上补给量增加了55%(44 mm)。节水灌溉不仅减少了土壤蒸发与深层渗漏也促使深层土壤水向上补给根系层,应该大力推广这一灌溉制度。     

基于面积-高程积分的地下水动态分析——以泾惠渠灌区为例

为了研究泾惠渠灌区的地下水动态特征,探讨面积-高程积分在地下水动态分析中的可行性,利用ArcGIS空间分析工具计算了灌区地下水面积-高程积分数据,绘制了不同时期的地下水面积-高程积分曲线,分析了灌区地下水水位与储存量动态特征。结果显示:1978?—?2012年,泾惠渠灌区地下水面积-高程积分值为0.46、0.44、0.38、0.39,表明地下水水位与储存量整体呈下降趋势;1991?—?2012年,410.00?—?446.19 m水位区间面积由1978年的2.54下降为0,342.51?—?360.00 m水位区间面积多年持续增加,中等水位区间存在演化差异性,反映出不同时期地下水开发强度具有空间变异性;以1978年为基准,至2012年地下水储存量减少约7.08×10~8 m~3;降水、地表水引水量、人工开采是影响泾惠渠灌区地下水动态的重要因素,补排失衡是引起灌区地下水储存量下降的主要原因。研究表明:面积-高程积分曲线可以表征地下水水位空间结构特征和储存量的变化情况,利用面积-高程积分值能够近似估算地下水储存量变化量,证明了面积-高程积分在地下水动态研究中具有一定的实用性。     

地下水浅埋区作物对地下水利用与田间水分管理

禹城地区位于黄河下游冲积平原上，受引黄水影响，区内地下水埋深较浅。对冬小麦生长季节农田水分平衡的分析发现，在地下水浅埋区地下水对土壤水的补给为农田腾发的重要的水分来源，而现行的灌溉制度未考虑这一特点，造成了灌溉水的深层渗漏和动力能源的损耗。文中针对冬小麦提出了地下水对土壤水补给量与冬小麦腾发量之间的估算公式，并从农田灌溉和地下水位调控两个方面提出了田间水分管理措施，以提高作物的水分利用效率。     

排水循环灌溉下稻田磷素时空分布特征

排水循环灌溉具有提高降水资源利用率和减少农田面源污染的潜力,为缓解我国南方地区降雨分布与水稻作物需水时间不匹配和农田磷流失污染的问题,开展了排水循环灌溉条件下稻田磷素时空分布规律研究.采用田间试验的方法,监测藕塘水和鱼塘水循环灌溉下水稻田面水和渗漏水中总磷、可溶性磷和可溶性反应磷的质量浓度,及土壤剖面总磷与Olsen-P含量的变化.结果表明,排水循环灌溉下水稻田面水和渗漏水中不同形态磷素质量浓度沿程降低,尤其渗漏水磷质量浓度的减少趋势更为显著,排水循环灌溉水源中磷质量浓度在一定范围内的变化不会增加田面水和渗漏水中的磷质量浓度.田面水和渗漏水中不同形态磷质量浓度在不同灌溉时期的变化较大,8月田面水和渗漏水的磷质量浓度明显低于其它时期.表土Olsen-P含量随距进水口的距离的增加而减少,并随排水循环灌溉水中磷质量浓度的增加而增加;土壤剖面TP含量受排水循环灌溉的影响不明显.在8月水稻需肥高峰期进行排水循环灌溉或延长灌溉水的流程,可明显改善排水循环灌溉下稻田的磷素去除效率.     

雄安新区唐河污水库残留污染物对地下水水化学动态的作用机制

唐河污水库位于雄安新区白洋淀西侧,污水库渗漏和污水灌溉历时长达40 a,包气带中累积大量污染物.识别污水渗漏和灌溉复合系统残留污染物对地下水水化学动态的作用机制,对雄安新区的水环境保护至关重要.利用水化学离子示踪及改进的氯碱指数等水文地球化学方法,解析浅层地下水水化学时空特征及演化机制.结果表明,污水库区地下水水化学类型为SO₄ ·HCO₃-Na型,平均污水混合比例为48.4%,阳离子交替吸附作用和岩盐溶解作用分别为地下水提供了29.9%和8.6%的钠离子;污灌区地下水水化学类型为SO₄ ·HCO₃-Na ·Mg型,平均污水混合比例为58.3%,阳离子交替吸附作用降低了地下水中8.1%的钠离子;降水和灌溉水的混合稀释作用导致残留污水混合比例和矿物饱和指数降低,促进地下水中钠离子与土壤胶体吸附的钙镁离子的交换作用.含水层反硝化作用能有效减少地下水硝酸盐污染.此外,污水库修复前后污水比例分别为61.5%和49.3%.污水渗漏和灌溉复合系统中长期滞留的污染物将在降雨和灌溉模式驱动下以不同程度的污水物理混合和水岩相互作用持续影响浅层地下水水质.     

秋浇对内蒙古农业灌区磷元素迁移转化的影响

通过对内蒙古农业灌区一年中水量最大的一次灌溉（秋浇）期间,灌、排水干渠和农田土壤中总磷（TP）、无机磷（IP）以及有机磷（OP）进行分析监测,考察了秋浇对灌区磷元素迁移转化的影响.研究表明,秋浇使灌区土壤水分得到极大地补充,促进了土壤磷元素的溶解.由于灌溉引水中携带了大量泥沙,附着了较高含量的颗粒态磷（PP）,并沉积在农田土壤中,使灌区土壤总磷含量略有升高,排水中总磷浓度降低.原有土壤中有机磷在碱性环境中与土壤中钙离子形成难溶性盐类,促进反应平衡向有机磷增加的方向进行,使灌区有机磷含量大幅增加.同时,在周期较长的淹灌期间,土壤潮湿的厌氧环境增强,促进了厌氧微生物对溶解态磷的吸收利用,将其转变成有机态磷,因而在灌区土壤和排水中有机磷含量均有显著提高.     

气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的影响

借助Mann-Kendall趋势检验和突变检验对气象水文序列进行一致性分析,划分基准期（1961—1979年）和影响期（① 1980—1989年、② 1990—1999年、③ 2000—2016年）,利用基准期校准的可变下渗容量（VIC）模型,采用步进式方法,探究气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的波动影响过程。结果表明:研究区近56年年均气温显著升高,年降水量无明显变化趋势,流域年径流量下降趋势明显,季节尺度上流域非汛期降水量增加显著。气候变化和人类活动均会对径流产生显著影响且作用机理复杂,步进式方法对影响机理的研究较传统方法更能体现其变化过程;在降水丰沛的影响 ② 期,冬季降水量增加会显著增加流域径流量,而在降水略少的影响 ① 期和 ③ 期,蒸发量增加以及土壤含水量降低使得流域径流减少;人类活动耗水在影响 ① 期和 ③ 期引起流域径流减少并且影响作用逐渐增强,影响 ② 期由于城镇化和耕地扩张使得流域产流能力增强导致径流增加。深入研究气候变化和人类活动对径流的影响机制,可为流域水资源管理和规划提供理论依据。     

复杂景观中营养型非点源污染物时空变异特征分析

非点源污染的形成不仅受到地表物质来源、景观格局的影响,同时还受到土壤侵蚀过程、降雨过程、灌溉过程、地表和地下水文过程的影响.由于影响非点源污染的因子复杂多样,从而导致它的时空变化较大.正确认识非点源污染的时空变异特征对于科学布设监测点和研究它的变化规律具有重要意义.本文通过野外定点监测,研究了非点源污染的时空变异.结果发现:①干旱年份各种污染物空间变异小于降雨正常年份.②对于不同污染物,无论在干旱年份还是正常年份,地表水中固体悬浮颗粒物的空间变异均较大,其他污染物的空间变异相对较小.③对于固体悬浮颗粒物,干旱年份不同水文期之间的空间变异比较接近,而正常年份的空间变异不同水文期之间差异较大.④非点源污染季节变异较小的监测点主要出现在具有稳定水源和地表径流季节变化较小的地区;而非点源污染空间变异较大的监测点主要出现在山区河流上游地表径流季节变化明显、农业用地面积较大且地表径流季节变化较大和明显受到点源污染影响的地区.     

油脂对红壤结构性质与水流运动特征的影响

本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水油脂浓度（0,1.0,3.0和10.0g/L）、灌水频率（1d1次,2d1次,4d1次）和灌溉模式（纯清水灌溉,纯含油脂灌溉水灌溉,含油脂灌溉水-清水交替灌溉）对受灌土壤结构性质与水流运动特征的影响.结果显示,随灌水进入到受灌土壤中的油脂主要集中在优先流通道中快速运动,优先流湿润锋处的土壤油脂浓度较高且不受灌溉水中油脂浓度的影响,表明即便是采用较低油脂浓度的灌溉水灌溉,依然对地下水系统存在较高的污染风险;高频率、低定额的含油脂灌溉水灌溉有利于进入到受灌土壤中的油脂向深层土壤运动,使得斥水性土层厚度增大,从而导致入渗水流运动的不确定性及地下水系统的污染风险均增大;油脂对受灌土壤团聚体的再团聚作用只有在其浓度较高时才能形成,含油脂灌溉水-清水交替灌溉因降低了受灌土壤的油脂浓度反而导致土壤团聚体分散和破碎.研究成果对再生水和原污水农田灌溉制度设计具有参考价值.     

内蒙古河套灌区排水干沟微塑料赋存特征及质量估算

陆地径流中微塑料污染因其与人类联系更紧密已越来越受到人们的广泛关注,为分析内蒙古河套灌区排水干沟和总排水干沟微塑料的赋存特征并对其质量进行估算,通过现场采样、密度悬浮法分离、显微镜观察、傅里叶红外光谱测定和比例流量法等,鉴定了河套灌区排水干沟和总排水干沟水体和沉积物中微塑料的丰度分布、形状、颜色、粒径和化学成分,并估算了总排水干沟日输送微塑料的质量.结果表明,河套灌区排水干沟和总排水干沟水体中微塑料丰度值范围为2880~11200 n ·m^-3,沉积物中微塑料丰度值范围为100~292 n ·kg^-1;纤维状为最常见的微塑料形态,分别占据水体和沉积物的34.98%~70.39%和42.24%~58.56%;微塑料颜色以透明为主,分别占据水体和沉积物的46.43%~61.51%和40.41%~57.44%;微塑料粒径以<0.5 mm粒径最多,分别占据水体和沉积物微塑料的46.43%~61.51%和43.27%~54.79%;利用傅里叶红外光谱得出聚乙烯是最常见的类型（43%）,其次是聚苯乙烯（34%）和聚丙烯（16%）;通过估算得出河套灌区总排水干沟每天可向乌梁素海排放的微塑料质量达到116.06 kg,并在乌梁素海积蓄后产生严重的微塑料污染效应.本研究可为内蒙古河套灌区微塑料的污染提供参考和借鉴.     

Water footprint: methodologies and a case study for assessing the impacts of water use

The methodologies, approaches and indicators for assessing the impacts of freshwater usage are still evolving. The development of the water footprint concept has been an important step in this direction but the existing methodologies mainly assess the quantity of water used rather than the related impacts. Although there is a recognised need to consider the latter, particularly on a life cycle basis, the difficulty is that there are little or no reliable data on water usage in life cycle databases; furthermore, there is no agreed life cycle impact assessment method for estimating impacts related to freshwater use. However, there have been some methodological developments which propose methods for inventory modelling and impact assessment for water use in life cycle assessment. This paper reviews some of these approaches and discusses their strengths and limitations through a case study, which considers the impacts of freshwater consumption from corn-derived ethanol produced in 12 different countries. The results show a huge variation in the results between different methods and demonstrate the need for a standardised methodology for assessing the impacts of water use on a life cycle basis. Specific recommendations for further research in this field have been made accordingly.     

内蒙古生态环境敏感性综合评价

针对内蒙古土地沙化、土壤侵蚀、土壤盐渍化和生物多样性减少等区域自然环境演变过程中出现的生态问题,采用遥感和地理信息系统技术,构建敏感性评价指标体系与评价模型,对内蒙古生态环境敏感性进行综合研究,定量揭示研究区生态环境敏感性程度和空间分布特征.结果表明:土地沙化不敏感区、极敏感区分别占研究区面积35.9%和10.1%;土地沙化敏感性等级高的区域集中分布在内蒙古辖区内主要沙漠边缘和沙地;土壤基质多为沙粒、冬春季节多大风且植被覆盖度较低是土地容易发生沙化的主要原因.土壤侵蚀轻度、中度和高度敏感区分别占研究区面积的43.9%、30.2%和19.2%;受降水空间差异影响,土壤侵蚀敏感性等级自东南向西北呈逐步下降趋势.土壤盐渍化不敏感区、极敏感区分别占研究区面积的57.6%和14.6%,盐渍化明显地区主要分布在内蒙古西北部和东部;蒸发量远大于降水量,人类活动影响较明显,是土壤盐渍化高发的主要原因.生境不敏感、高度和极敏感区分别占研究区面积的30.5%、25.1%和10.6%,敏感性等级高的区域主要分布在大小兴安岭地区;这些区域水热条件相对较好,植被覆盖度高,物种数量较为丰富,是生物多样性重点保护区域.综合生态环境高度和极敏感区分别占研究区面积的27.9%和9.6%;敏感性等级高的区域位于内蒙古中北部,等级较低的区域位于内蒙古西北、东北和东南部.