利用δ18O信息分析冬小麦对浅埋深地下水的利用

黄河下游引黄灌区地下水埋深通常较浅,冬小麦生长季存在对地下水的利用,论文应用稳定同位素方法研究冬小麦对地下水的利用特征。在中国科学院禹城综合试验站开展实验,通过分析不同灌溉处理条件下土壤水和植物茎水δ¹⁸O值之间的关系,应用同位素线性混合模型估算了冬小麦不同生育期对地下水的利用比例。研究结果表明,水的¹⁸O信息能很好地揭示冬小麦对不同层次土壤水的利用特征,雨养处理,40%田间持水量处理和现行灌溉制度处理下冬小麦在返青后对地下水的利用分别占其总耗水量的28%,22%和4%左右。研究结果显示适度的灌溉有利于促进作物对不同层次土壤水分的稳定利用,而现行的大田灌溉方式则抑制了作物对地下水资源的利用。     

近10年中国典型农田生态系统水体pH和矿化度变化特征

选取中国生态系统研究网络(CERN)12个典型农田生态系统,2004—2006年和2014—2016年降水、地表水、地下水pH和矿化度的监测数据,分析中国典型农田生态系统10年间pH和矿化度的变化特征.结果表明,红壤丘陵区降水、地表水、地下水pH最低.10年间桃源、千烟洲降水pH显著降低,且2014—2016年pH5.60,为酸沉降;地表水pH为红壤丘陵区(6.33—6.89)低于其余地区(7.61—8.19),10年间桃源、海伦地表水pH降低1.39和0.35,而鹰潭、千烟洲地表水pH升高0.77和1.19;地下水pH为南方红壤丘陵区(5.55—7.45)、东北平原(6.71—7.46)低于其余地区(7.62—8.27).10年间栾城地下水pH降低0.60,而盐亭、千烟洲地下水pH增加0.47和0.78;地表水矿化度为黄淮海平原黄土高原东北平原长江三角洲川中丘陵红壤丘陵区.其中禹城(936—1183 mg·L~(-1))最高,鹰潭和千烟洲最低(25—87 mg·L~(-1)).10年间桃源和千烟洲地表水矿化度降低138 mg·L~(-1)和62 mg·L~(-1),其余农田生态系统变化不显著;地下水矿化度禹城(1594—2094 mg·L~(-1))最高,为Ⅳ类地下水(1000—2000 mg·L~(-1));封丘、栾城、安塞、常熟、盐亭、沈阳(319—750 mg·L~(-1))其次,为Ⅲ类(500—1000 mg·L~(-1))或Ⅱ类(300—500 mg·L~(-1));其余生态系统达Ⅰ类(300 mg·L~(-1))地下水标准.10年间禹城地下水矿化度增加500 mg·L~(-1),沈阳、长武、盐亭、千烟洲、常熟站、桃源降低102—384 mg·L~(-1).不同空间格局、地质结构差异、化石燃料燃烧、人类活动(耕作、施肥、灌溉)是造成农田生态系统各水体pH和矿化度变化的主要原因.本研究结果为生态系统水体酸碱度、矿化度评估及其长期动态变化提供数据依据.     

表面活性剂强化含水层修复模拟的尺度提升研究

为了寻找到能够在保证模拟精度的前提下,大大提高表面活性剂强化含水层修复（Surfactant-enhanced aquifer remediation,SEAR）模型计算效率的合适的渗透系数尺度提升方法,在概略介绍拉普拉斯-外壳法的基础上,利用算术平均尺度提升法与拉普拉斯-外壳法建立大尺度模型,与小尺度模型进行对比.结果表明,拉普拉斯-外壳法所建模型对含水层污染物残余质量的最大计算误差在所有情况下均优于算术平均尺度提升法,含水层非均质性越强,拉普拉斯-外壳法优越性越明显;并且拉普拉斯-外壳法对于污染羽质心位置与形状的刻画效果也更好.大尺度模型能大幅度减小SEAR的计算成本,应用算术平均尺度提升法可减少至原计算时间的6.5%左右,应用拉普拉斯-外壳法可减少至4.5%左右.