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。

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。

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。

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。

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。

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。

内蒙古河套灌区节水对区域水盐平衡的影响分析

内蒙古河套灌区实施大型节水改造以来,渠系衬砌、田间节水和种植结构调整等节水措施影响了该区域原有的水盐平衡。通过比对灌区节水措施从1990年到2013年的实施历程和灌区引水量、排水量和耗水量等水盐循环要素在同时期的演进情况发现,随着节水措施的实施,多年平均引黄水量从1998年之前的49.7亿m3减少到1999—2013年的45.3亿m3;进一步分析了灌区地下水位和盐分变化情况,发现年平均地下水埋深从1990—1994年的1.70 m下降到2010—2013年的2.09 m;灌区长期处在积盐状态,但积盐量呈下降趋势。分析结果表明:节水最直接的结果是导致灌区水循环通量减少;随着节水措施的不断加强,地下水埋深不断增大;节水导致灌区引盐量减少、排盐量增加;节水对灌区生态的影响还有待进一步研究。

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。

内蒙古河套灌区田间水利用效率测试与区域分异规律

利用"田间实测法"对河套灌区上中下游不同灌域、不同土壤质地、不同田块大小的田间水利用效率进行测算,并对河套灌区田间水利用效率分异规律进行分析,证实了河套灌区相同区域内不同作物和相同作物的田间水利用效率以及不同区域的田间水利用效率随田块面积的增大而减小,说明了缩地(减少畦块面积)可以有效提高田间水利用效率,从而可以节约田间用水量;拟合出了内蒙古河套灌区不同区域田间水利用效率与田块大小的变化规律。这些结论对于提高灌区建设水平和灌溉管理水平,加强农业节水工作的指导,加快建设节水型社会,落实国家、内蒙古自治区政府"三条红线"考核指标等方面均具有重大现实意义。

提高小麦单产的田间排水暗管规格模拟

改进内蒙古河套灌区田间排水系统的规格对灌区提升作物产量和保障粮食生产有重要现实意义,因此,在河套灌区对所构建的分布式SWAP-WOFOST模型进行了参数率定和验证,然后,对2000—2010年灌区春小麦种植条件下适宜的田间排水暗管规格进行探讨,并模拟评价了该条件下作物产量和水分生产力(WP)的时空分布特征。结果表明,所构建的分布式模型在河套灌区具有较高的适应性。春小麦种植条件下,灌区大部分耕地面积推荐采用田间排水暗管的规格为间距100.0m或75.0m,埋深为2.5m。相比现有排水系统,采用推荐的排水暗管规格,春小麦多年平均作物产量提高了18.5%,多年平均WP提高5.2%。研究结果为进一步改进灌区田间排水系统的效果提供了一定的参考。

内蒙古河套灌区秋浇时间对水盐运移和农业环境的影响

土壤盐碱化是当前河套灌区的主要问题,解决这个问题的途径主要是合理灌溉,保证排水,加强管理。河套灌区特有的气候和农业生产条件,决定了灌区秋浇的两大目标,即为翌年春小麦播种和幼苗期生长贮墒及淋洗耕层盐分。本文根据实测资料,从机理上讨论了不同秋浇时间对河套灌区水盐运移和农业环境的影响,得出了早秋浇(白露前后)是河套灌区有效防治盐碱化、改善农业环境、节水节能、增产增收的好措施。

宁蒙河段水沙变化数值模拟及灌区引水对河道水沙变化的影响

利用非恒定水动力学水流泥沙方程,建立了黄河下河沿～头道拐河段一维水沙输移数学模型,分别采用1997-2002年和2003-2006年的黄河水文、泥沙等资料对模型进行了率定和验证;运用该模型模拟计算了1997-2006年宁蒙灌区引水对河道水沙变化的影响,分析认为:宁蒙灌区每引水1亿m3,头道拐断面相应径流减少量0.69亿m3,每净引水1亿m3头道拐断面径流则减少1.02亿m3;相应输沙减少量分别为40.9万t和60.7万t;河道淤积变化量1 432万t。汛期引水对河道输沙变化的影响大于对径流变化的影响,汛期引水引起的头道拐断面径流减少量占引水期径流减少总量的50%,而相应的输沙减少量则占输沙减少总量的73%。

内蒙古河套灌区耕地与盐荒地盐分变化规律研究

以内蒙古河套灌区为背景对耕地与盐荒地盐分变化展开研究。在野外实测和实验室检测数据的基础上,分析多因素影响下耕地和盐荒地盐分变化规律。结果表明,盐荒地和耕地0~100 cm土层中都含有60~80 meq/100 g的非水溶性钙盐,而盐荒地水溶性盐的含量明显升高。年度变化显示,耕地可溶盐年均提高了4.46%;盐荒地可溶盐年均提高了4.48%;耕地非可溶盐年均提高了2.99%;盐荒地非可溶盐年均提高了3.87%,灌区每年灌溉水带入的盐分有少量在盐荒地中积聚。盐分变化对作物生长的影响以及发展改良措施具有重要意义,为灌区水盐管理提供科学依据。

内蒙古河套灌区渠井优化调度水盐动态研究

根据内蒙古河套灌区引黄灌溉工程实际，对渠井联合运用优化调度地面水和地下水后的地下水位调控规律、土壤水盐动态特征、灌溉土壤盐分变化等进行了分析。通过渠井优化调度、以灌代徘利用地下水，改变了灌区水盐动态形成条件，地厂水位下降，夏灌期地下水平均埋深为１．８８ｍ，秋灌期为１．８７ｍ，秋浇期为１．５０ｍ，冻融期为１．７８ｍ。地下水矿化度逐渐减小，淋洗排盐作用增强，表层土壤积盐过程改变为土壤逐步脱盐过程，水盐动态进入良性循环。渠井联合运用的优化决策，可广泛应用于河套引黄灌区灌排工程配套及管理之中。

河套灌区不同秋浇年限对土壤细菌群落的影响

【目的】针对内蒙古河套灌区农民自愿放弃秋浇造成干地面积逐渐增多的现象,通过调查研究不同秋浇年限对盐碱土壤细菌群落组成差异的影响,为灌区盐碱地改良与秋浇制度改革提供科学依据。【方法】选取盐荒地(CK)、一直秋浇(AUI1)、隔2-3年秋浇(AUI2)、3-4年不秋浇(AUI3)以及6-7年不秋浇(AUI4)5种类型的典型地块,采用高通量测序(Illumina HiSeq)技术,分析不同秋浇年限处理下土壤细菌群落的变化特征,并对土壤化学性质与细菌群落进行了冗余分析以及与群落组成的相关性分析。【结果】AUI1和AUI2处理对降低0-30 cm土层盐分含量最显著,分别比CK、AUI3、AUI4降低了128.82%和29.04%、108.76%和17.72%、108.44%和17.55%,在30-40 cm土层AUI1处理的盐分含量显著低于其他处理;各个土层的pH值均以AUI2处理最低,其0-40 cm土层p H平均值较CK、AUI1、AUI3、AUI4处理分别显著降低了0.28、0.32、0.16、0.88个单位(P<0.05)。另外,AUI2处理0-40 cm土层微生物量碳平均含量分别较CK、AUI1、AUI3、AUI4提高了252.89%、148.59%、58.10%和60.10%,可溶性有机碳平均含量分别提高了48.41%、29.42%、6.01%和14.27%(P<0.05)。AUI1与AUI2处理间的丰富度指数(ACE和Chao1)显著高于CK、AUI3和AUI4处理(P<0.05)。变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为不同秋浇年限处理的3大优势菌门,占所有菌门的53.93%,而AUI2、AUI3处理分别有利于增加拟杆菌门、酸杆菌门的丰度(P<0.05)。相关性分析结果表明,变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)与土壤微生物量碳和可溶性有机碳均具有很强的负相关性,其中与微生物量碳的相关系数分别为(r=-0.559**和-0.522*),与可溶性有机碳的相关系数分别为(r=-0.795**和-0.820**);而放线菌门(Actinobacteria)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、厚壁菌门(Firmicutes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)均与土壤盐分呈显著负相关,与土壤微生物量碳和可溶性有机碳呈显著正相关。因子分析显示,土壤盐分、pH、微生物量和可溶性有机碳总共解释了97%的群落变化,成为土壤细菌群落组成变化的主控因子,贡献率依次为:土壤盐分>pH>微生物量碳>可溶性有机碳。【结论】隔2-3年秋浇(AUI2)处理不仅可以有效降低耕层土壤盐分并能使0-40 cm土层微生物量碳和可溶性有机碳含量显著增加,而且还可提高土壤优势菌群中拟杆菌门的相对丰度。综上所述,隔2-3年秋浇(AUI2)是河套地区兼顾盐碱土壤改良与节水的优化措施。

河套灌区土壤盐分对化肥氮素转化过程的影响研究

土壤盐渍化严重影响土壤养分利用与生产力提升,为阐明土壤盐渍化对河套灌区农田土壤肥料氮素转化关键过程的影响。以内蒙古河套灌区不同含盐量土壤为试验材料,通过室内恒温培养试验,分析了不同盐分梯度下土壤中氮素转化的水解和硝化过程。试验共设置了低盐(EC5:1=1.46 dS/m)、中盐(EC5:1=2.19 dS/m)、高盐(EC5:1=3.43 dS/m)3种盐分梯度,分别施用尿素和磷酸二铵两种化学氮肥。研究结果表明:①土壤盐分升高抑制了尿素的水解作用,高盐处理尿素的净水解量较中盐和低盐处理分别降低19.4%和27.1%,而土壤盐分在中盐时对磷酸二铵的水解表现出促进效应,中盐处理磷酸二铵净水解量较低盐、高盐处理分别提高33.6%和4.3%。②土壤高盐分会抑制硝化反应的开始,高盐处理相较低盐、中盐处理推迟3 d左右;土壤盐分升高对两种氮肥净硝化量的影响均表现为先促进后抑制的作用,中盐处理尿素的净硝化量,较低盐、高盐处理分别提高了8.6%和9.1%,中盐处理磷酸二铵的净硝化量,较低盐、高盐处理分别提高了19.1%和5.1%。③在等氮输入条件下,各土壤盐分梯度下磷酸二铵处理转化产生的铵态氮、硝态氮、无机氮均高于尿素处理。土壤盐分含量对化肥氮转化影响显著,不同肥料种类其影响存在差别;土壤盐分升高对肥料养分的释放存在抑制,适量的土壤盐分会促进硝化作用,这增加氮素淋溶损失的风险。