宁蒙河套引黄灌区节水与生态安全十点认识与判断

宁蒙河套引黄灌区是我国西北地区重要的生态安全屏障,也是区域绿色屏障建设和高质量发展的核心区,由于降水稀少,引黄水一直是支撑灌区经济社会发展和生态安全的“生命之水”。对宁蒙河套引黄灌区的用水量、灌溉用水效率、生态演变、地下水变化、地下水埋深阈值、秋浇冬灌、水稻种植规模、水盐平衡、节水潜力等方面进行分析,提出:过去20多年,宁蒙河套引黄灌区是农业用水水平提升幅度最大的区域之一,用水效率评价需综合考虑区域干旱缺水条件以及引黄灌溉的生态功能;持续高强度节水大幅度降低了引黄取水量,区域地下水补给量同步降低,导致地下水水位呈现大面积、持续性下降,深刻影响灌区生态安全,湖泊湿地水循环已经由自然补给转变为以人工补给为主,自然植被生态向人工生态转变趋势显著,研究认为维持生态健康的地下水平均适宜埋深为2.5~3.0 m;灌区地表盐渍化整体呈减轻趋势,但仍处于持续积盐状态;秋浇冬灌定额存在一定优化空间,但不可高估其节水潜力;水稻种植兼具经济与生态功效,大规模压减及适宜种植规模仍需结合实际情况综合论证;考虑经济技术可行和生态健康,宁夏引黄灌区、内蒙古河套引黄灌区的耗水节水潜力分别为0.6亿m3、2.2亿m3,再进一步节水会对灌区生态产生显著影响。提出“四水四定”原则下宁蒙河套引黄灌区深度节水路径与节水管控行动策略。

内蒙古河套灌区春小麦推荐施肥指标体系研究

为建立河套灌区春小麦施肥指标体系,指导科学施肥,2006～2008年在河套灌区分高、中、低土壤肥力水平设置春小麦"3414"肥料肥效试验141个。结果表明,河套灌区春小麦N、P2O5、K2O的农学效率平均分别为6.4、6.0、5.4 kg/kg;N的增产率为25.2%～40.9%,平均33.5%;P2 O5增产率为15.9%～21.1%,平均18.4%;K2 O增产率为7.2%～9.0%,平均8.0%;增产作用大小依次为氮肥>磷肥>钾肥;随着土壤肥力水平的降低,施肥增产率升高,但单位养分增产量下降。根据土壤养分测定值和相对产量的关系建立了河套灌区春小麦的土壤养分丰缺指标:全氮,极低(<0.63 g/kg)、低(0.63～0.85 g/kg)、中(0.85～1.15 g/kg)、高(1.15～1.56 g/kg)、极高(>1.56 g/kg);有效磷,极低(<5.9 mg/kg)、低(5.9～11.8 mg/kg)、中(11.8～23.8 mg/kg)、高(23.8～48.0 mg/kg)、极高(>48.0 mg/kg);速效钾,极低(<90.6 mg/kg)、低(90.6～129.1 mg/kg)、中(129.1～184 mg/kg)、高(184～262 mg/kg)、极高(>262 mg/kg)。根据肥料效应确定了氮、磷、钾养分最佳施肥量与土壤养分的关系,建立了河套灌区春小麦基于土壤全氮、有效磷和速效钾测定值的氮、磷、钾推荐施肥模型,初步构建了内蒙古河套灌区春小麦的推荐施肥指标体系。

内蒙古河套灌区水资源高效利用与盐渍化调控

内蒙古河套灌区是我国具有悠久历史的一个大型灌区。由于气候、地形和水文地质条件的影响,在兴建大规模灌区之前,当地已有严重的盐渍化问题,随着引水量增加,灌溉面积扩大,由于重灌轻排,灌排工程不配套,大水漫灌等原因,使灌区的地下水位迅速上升并超过临界水位,加剧土壤盐渍化;此后虽经积极治理,情况有所好转,但仍未得到根本改变。灌区盐碱化的发生、分布、治理在西北干旱地区具有典型意义。河套灌区现状年引黄水量在50亿m3左右,占内蒙引黄水量的90%,超出引黄指标10亿m3,节水任务十分艰巨。因此,必须高效地利用灌溉水资源,采用渠井灌排技术和实施节水灌溉制度,来调控灌区水盐动态,总体上能使河套灌区灌溉土壤逐步由积盐向脱盐的良性循环发展。

内蒙古河套灌区水盐平衡与干排水脱盐分析

内蒙古河套灌区由于气候和水文地质条件影响，外排水不畅。地下水位超过临界水位，土壤次生盐渍化严重。河套灌区续建配套和节水改造是防治土壤盐渍化根本工程措施。根据1987～1997年期间的水盐均衡计算。河套灌区，整体处于积盐过程。灌区荒地和低洼湿地有排水积盐作用，从而减轻耕地盐渍化，通过蒸发，可积聚进入灌区盐分的65％。这种干排盐技术，可作为灌区农田土壤盐渍化脱盐的一项重要措施。调整河套灌区种植结构，选择耐盐作物品种种植，可起生物排盐作用，增加土壤有机质，抑制土壤积盐。

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.

内蒙古河套地区多目标区域地球化学调查成果及其意义

报道了内蒙古河套地区多目标区域地球化学调查结果及其对当地资源勘察、古湖泊环境、城市污染和地方病研究等方面的意义。调查结果显示,河套地区土壤主要富集Mg、Ca等碱性物质,西部狼山一带的多金属矿区应重视Ga、Ge、Tl等分散元素矿床的研究,乌拉山到大青山一带是寻找绿岩型金矿的有利地区。-20目粒级的土壤元素含量反映了河套地区的元素地球化学特征,同时不同成土母质决定了不同的元素富集与贫化特征,狼山山前冲积扇中是一套以多金属及分散元素为主的异常组合。河套地区的城市区内存在Pb、Hg、C、Ag、Au、P、Cd等元素异常的共同特征。古湖泊区与现代乌梁素海均表现F、Mo、U、CaO、MgO、Sr、C、I为正异常、S iO2为负异常的特征。同时现代乌梁素海沉积物中富集有机碳、N、P、Se,pH值较低;古湖泊则相反。河套地区氟中毒区与古湖泊、古河道以及白垩系地层分布范围一致,发病程度与高氟地下水含量呈正比关系。砷中毒与砷的全量和As3+共同作用有关,砷的价态对砷中毒产生影响,As3+含量越高,病况越严重。

节水改造前后内蒙古河套灌区地下水水化学特征

为了研究大型灌区节水改造后区域农田水环境的变化,该文通过对内蒙古河套灌区上中下游地下水进行系统取样分析,综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和图解法(包括H.И.托尔斯基汉方格图解法、Piper三角图示法和多矩形图解法(multi-rectangular diagrams,MRD)),全面系统地研究节水改造前(2007年)后(2008,2009年)内蒙古河套灌区地下水水化学的时空变异特征与3 a演变规律。结果表明:蒸发浓缩和阳离子交换是控制灌区地下水水质演变的主要水文化学过程;与2007年(节水改造前)相比,2008和2009年HCO3-在河套灌区地下水中绝对含量由在阴离子中最小变为最大成为地下水的主要阴离子;Ca2+、Mg2+、HCO3-的变异系数相对较小,它们在地下水中含量相对稳定。Na+、Cl-、SO42-的变异系数较大,它们在地下水中的含量变化较大,是随环境因素而变化的敏感因子,是决定地下水盐化作用的主要变量。整个灌区地下水的主要化学类型为HCO3—Na型、SO4—Na型和Cl—Na型,Cl—Na型水和SO4—Na型水主要分布在灌区的上游和下游,HCO3—Na型水在灌区上中下游都有分布。与2007年(节水改造前)相比,2008年和2009年HCO3-浓度有所增加,Cl-和Na+的浓度有所减少,灌区地下水向着淡化,对作物危害减小的方向转变。全灌区地下水水化学类型时空变异十分复杂,沿着地下水总体水流的方向(灌区上游→灌区中游→灌区下游)Na+占主导地位的趋势越来越明显,在地下水化学类型上,2008年和2009年HCO3-在阴离子占主导地位的化学类型多于2007年(节水改造前)的。与皮伯三线图解法和H.И.托尔斯基汉方格图解法相比,多矩形图解法提供了更明晰、易懂的水化学类型的信息,对于处理复杂地下水化学系统,多矩形图解法的优点更为显著。研究结果为灌区节水改造规划实施对农田水环境的影响进行合理评价提供科学参考。

内蒙古河套灌区地下水合理利用的方案分析

内蒙古河套灌区地下水位浅 ,合理利用地下水可以减少灌区引黄水量 ,保证黄河下游用水。根据灌区实际情况 ,制定了灌区地下水利用原则 ,提出了地下水插花开采形式 ,并计算了开采条件下的地下水补给量 ,分析了引黄水量、地下水开采量及地下水位的关系 ,在“三亩补一亩”的开采条件下 ,地下水开采量以 110 0～ 15 0 0 m3 / hm2 为宜。地下水合理开采可缓解灌区水资源紧张局面 ,对河套灌区水资源可持续开发利用具有重要意义。

基于ISAREG模型的小麦间作玉米优化灌溉制度研究

以内蒙古河套灌区农业综合节水示范区小麦间作玉米实测资料为基础,运用Penman-Monteith法确定了参考作物蒸发蒸腾量。考虑间作条件的立体种植特征,确定了小麦间作玉米的综合作物系数。同时利用ISAREG模型对小麦间作玉米灌溉制度进行了评价,得到连续中旱处理关键生育期97mm处理在全生育期深层渗漏量为2.67%,灌水效率为99.42%,产量下降11.50%,较其他7个处理合理。根据作物在不同时期作物需水强度运用ISAREG模型模拟优化灌溉制度,获得适合当地的优选灌溉制度,即全生育期灌水5次,灌水时间分别为5月10日、5月24日、6月17日、7月10日、7月30日,灌水定额分别为75、80、90、90、80mm,为灌区节水优化管理提供了技术支持。

内蒙古河套地区土壤环境质量评价

土壤污染已成为抑制农业可持续发展的一个重要因素,土壤环境质量与研究区的地质条件、自然物理化学条件和人类活动有关。以河套地区多目标区域地球化学调查取得的表层土壤元素资料为依据,参照《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn分级标准,对研究区土壤的单元素环境质量进行分级并评价。以单元素土壤环境质量分级为基础,以单元素中最差的级别作为该单元土壤环境质量综合分级,评价研究区的土壤综合环境质量。通过单元素评价及综合评价认为,研究区内土壤环境质量总体状况优良,大部分地区为绿色、无公害的环境。

不同土层土壤粒径及有机质含量空间变异的相关性研究

为了探讨土壤粒径和有机质空间分布特点及其相互关系伴随土层的变化规律,本研究以内蒙古河套灌区沙壕渠分干渠灌域为研究目标,以灌溉区域内间隔1 km等间距77个取样点共308个样本为基础进行综合探讨,结果表明:土壤粒径及有机质不同土层及其相互之间均存在极显著的相关性(P<0.01),且相关性随着土层间隔的增大而减小,同时有机质含量与黏粒含量的相关性最高,相关系数为0.583。土壤粒径及有机质在剖面上的层次组合及分布主要是成土过程和母质沉积过程所致,不同土层的空间变异性相关程度较高。而同一土层黏粒含量与有机质的空间变异性呈现出较强的正相关性;粉粒及砂粒含量体现出较强的负相关性。

河套灌区间作模式下水肥高效利用试验研究

通过2年田间试验,分析河套灌区田间作物常规灌溉施氮处理与优化施氮灌溉处理对产量的影响,得出在常规灌溉施氮基础上节水节氮20%后,小麦在2009年和2010年分别增产19.51%和31.85%,葵花花盘平均总质量在2009年和2010年分别增加16.37%和18.44%。表明河套灌区节水和节氮仍具有一定的空间,优化灌溉施氮技术应大力推广。

含水量对渠道保温板保温耐久性的影响及保温板厚度设计

北方渠道大多使用保温板防止混凝土衬砌受冻胀破坏。在计算保温板厚度时为了降低成本,容易忽略保温板使用过程中受各种因素的影响导致保温效果变差的情况,使混凝土衬砌达不到设计使用年限便提前被破坏。内蒙古河套灌区试验结果表明,由于受酸雨、冻融作用、含水量等因素的影响,保温板保温效果平均每年降低0.9℃,其中受含水量变化的影响最大。经试验测得:聚苯乙烯保温板(EPS)含水量每增加1%,会导致导热系数增大5%。基于多层材料串联热阻叠加原理和热阻等效原理,对保温板厚度计算公式进行完善,并提出相应的铺设方法和施工技术要求。该设计对保温板在季节性冻土区的推广应用具有一定参考价值。

内蒙古河套灌区沈乌灌域生态系统健康评价和时空变化分析

基于生态健康理论和景观生态学理论,使用土地利用和遥感数据,采用空间自相关分析和空间关联规则挖掘方法,分析内蒙古河套灌区沈乌灌域2000—2015年生态系统健康的时空变化。结果表明:2000—2015年沈乌灌域生态系统健康水平呈先缓慢提高、再迅速提高的态势,这与该区域土地利用结构变化由沙地转变为耕地、草地和林地以及由建设用地转变为耕地和草地密切相关。2000,2015年的Moran's I分别为0.627,0.606,空间集聚现象显著,高生态健康区分布在西部、中部和东部呈南北走向的水域湿地范围内,低生态健康区主要分布在北部、中部和南部的沙地以及东南角的城镇建成区。2000—2015年区域生态健康空间格局未发生显著变化。干渠近距离范围内基本不存在低生态健康区,区域内的灌溉设施对生态健康格局有重要影响。

基于Bayes判别理论的地下水化学分类的分析方法

将Bayes判别分析方法应用于地下水化学类型判别与分类中,建立了地下水化学类型综合评判的Bayes判别分析模型。模型选用Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、Cl-、SO42-等6个指标作为判别因子;将地下水化学类型分为3种,作为Bayes判别分析的3个正态总体;以内蒙古河套灌区地下水实测数据作为训练样本,建立Bayes线性判别函数;以Bayes线性判别函数计算待判样品的Bayes判别函数值,以最大值对应的总体作为样品所归属的总体;最后以刀切法对判别准则进行评价以检验模型的优良性。结果表明,Bayes判别分析模型误判率低,识别正确率达82.5%,输出结果正确率达86.6%。与传统分类方法相比,Bayes判别分析模型提供的判别分类结果,具有更明晰、易懂的水化学类型信息。

内蒙古通辽膜下滴灌玉米棵间蒸发量SIMDual_Kc模型模拟

为明确内蒙古东北部地区玉米膜下滴灌棵间蒸发的变化规律,探索玉米膜下滴灌节水增产机制,在田间试验的基础上,采用经过参数率定与验证的双作物系数SIMDual_Kc模型,模拟分析了土壤含水率、土壤棵间蒸发及作物系数的变化规律,结果表明:1)双作物系数SIMDual_Kc模型模拟内蒙古东北部地区滴灌玉米土壤含水率与实测值具有很好的一致性;2)利用双作物系数SIMDual_Kc模型估算出该地区覆膜玉米生育初期、中期和后期作物系数分别为0.15、1.05、0.4,无膜滴灌玉米初期、中期和后期作物系数分别为0.15、1与0.4;3)根据双作物系数模型SIMDual_Kc模拟了2014和2015年滴灌玉米棵间蒸发量占作物蒸散发的比例,覆膜滴灌较无膜滴灌少,说明覆膜能有效降低作物棵间蒸发量,具有降低作物耗水量的潜在优势。研究结果可以为内蒙古东北部地区玉米滴灌生产实践提供科学依据。

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.

内蒙古河套灌区不同土层有机质空间变异的分形

以内蒙古河套灌区解放闸灌域为研究对象,以区域内间隔4 km等间距112个取样点共448个样本为基础,通过多重分形及联合多重分形方法,对有机质含量在不同土层(0~20 cm、20~40 cm、40~70 cm与70~100cm)的空间变异特性及其相互关系进行研究。结果显示,有机质含量0~20 cm至70~100 cm土层的多重分形谱宽度依次为0.933、0.795、0.824、0.805,即在0~20 cm土层空间变异性最大,而20~40 cm土层空间变异性最小。不同土层多重分形谱曲线均表现为左钩状(Δf>0),表明在灌域内土壤有机质的空间分布中,数值较大的数据占主导地位。同时从土壤表层到埋深1 m处D(1)/D(0)依次为0.983、0.980、0.973、0.965,其值逐渐减小,即空间分布逐渐由密集区域向稀疏区域转化。联合多重分形分析表明0~20 cm土层与20~40 cm、40~70 cm土层空间变异相关程度较高,而与70~100 cm土层空间变异相关程度较低。