河套灌区乌拉特灌域春季土壤盐碱化空间分布特征

盐碱化状况是干旱区灌区水盐合理调控及水土资源合理利用的基础。为掌握内蒙古河套灌区下游乌拉特灌域春季耕地土壤盐碱化状况的空间分布,通过野外调查采样和实验室检测,对0~20 cm和20~40 cm土层中的全盐量(Total Salt,TS)、pH值、CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)+Na^(+)含量、交换性Na^(+)含量、阳离子交换量(Cation Exchange Capacity,CEC)、碱化度(Exchangeable Sodium Percentage,ESP)等反映土壤盐碱化特征的指标进行了测定和计算,采用经典统计学、地统计学和多指标综合评价方法对土壤盐碱化指标的空间分布特征进行分析。结果表明:1)0~20 cm土层中的TS含量更大一些,可溶性盐分离子主要以HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、Na^(+)为主。HCO_(3)^(-)、CEC、交换性Na^(+)和ESP的变异系数在10%~100%之间,属于中等变异,其中交换性Na^(+)和ESP的变异系数接近100%;TS、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和Na^(+)的变异系数均大于100%,属于强变异。2)土壤pH、TS和ESP的空间分布规律基本一致,在东西方向上,各指标西部低,东部高;在南北方向上,中间低,南、北两侧高。土壤pH值基本在7.5~8.5之间,从TS空间分布来看,灌域内有32%的土壤存在盐渍化问题,且以轻度盐渍化土为主,约占26%;从ESP分布来看,有97%的土壤存在碱化问题,其中轻度碱化土约占40%,中度碱化土和碱土均约占23%。因此灌域内土壤碱化问题比盐化问题更为突出。3)通过因子分析得出TS、Cl^(-)、Na^(+)、交换性Na^(+)、ESP和CEC是乌拉特灌域土壤盐碱化程度的主要影响因子,公因子综合得分值在-0.78~3.38之间,公因子综合得分能排除指标间个体差异,比较客观地评价土壤盐碱化整体水平。

乌拉特灌域表层土壤盐分空间变异及季节性分布特征

为揭示乌拉特灌域土壤盐分的时空变化特征,明确影响土壤盐渍化的主导因子,运用主成分分析和Kriging插值法,分析研究区0-40 cm土层土壤pH、全盐量及盐基离子的季节性变化特征及空间分布。结果表明:研究区土壤主要为轻中度盐化土,春夏秋季土壤全盐量平均值在2 g/kg以上,属于中度盐化土;0-20cm土层土壤全盐量比20-40 cm土层土壤高0.807 g/kg,是盐分的积累层。土壤阳离子以K^(+)+Na^(+)为主,阴离子以SO_(4)^(2-)和Cl^(-)为主。各层土壤盐基离子表现为春季>秋季>夏季;阳离子Mg^(2+)、K^(+)+Na^(+)和Ca^(2+)的变异系数在99.73%-191.20%之间,具有较强的变异性;阴离子中SO_(4)^(2-)和Cl^(-)变异系数在116.75%-193.78%之间,表现出极强的变异性;HCO_(3)^(-)在春夏秋季变异系数均介于10%-100%之间,属中等变异。主成分分析表明,全盐量、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、K^(+)+Na^(+)在第一主成分上的因子载荷较大,与土壤盐渍化关系密切;pH和HCO_(3)^(-)在第二主成分相对其他因子的载荷较高,说明第二主成分主要影响土壤的碱度,表征土壤碱性特征。0-40cm土层非盐化土占研究区面积的0.1%左右;春夏秋季轻中度盐化土面积最大,占总面积的75%以上,4与10月在研究区东部存在少量轻度盐化土,且10月(341.1 km^(2))大于4月(147.8 km^(2)),7月的轻度盐化土面积为761.3 km^(2)。因此,确定土壤盐渍化主导因子及其时空分布特征可为乌拉特灌域土壤盐渍化治理和土地资源可持续利用提供理论依据。

秋浇前后地下水营养盐与水化学演变特征——以乌拉特灌域为例

为明确秋浇前后地下水营养盐变化特征,探究其水化学组成的演变及来源问题,选取乌拉特灌域为研究区,2018年8-11月跟踪监测地下水及灌溉水,收集地下水样160个,采用空间插值、Piper三线图、Gibbs图等方法,分析了灌域地下水与引黄灌溉水中氮磷元素及水化学组成的动态变化特征,对当地农业生产及地下水环境保护具有一定的指导意义.结果表明,乌拉特灌域地下水TN、TP含量差异较大,TN含量受秋浇影响8-11月逐月升高;人类活动差异使秋浇前TN含量呈现非平稳的空间分布特征,秋浇活动及渠系排干密集地区地下水中TN含量明显高于其它地区;由于土壤对磷素的固定能力较强,地下水中TP含量秋浇前后时空间变化无明显规律,TP含量基本不受秋浇影响.根据地下水中主要盐分离子含量分布情况,将乌拉特灌域主要分为4个区,其中,Ⅲ区盐分含量最高,且秋浇后明显增加,11月Na^+、Cl^-均值分别达857.52 mg·L^-1、1246.09 mg·L^-1.灌域地下水水化学类型以Na^+-Mg^2+-Cl^--SO4^2-型、Na^+-Cl^-型为主,各月地下水水化学补给来源基本相同,灌溉水补给及土壤淋融作用使Cl^-和Na^+在地下水化学组成中占主导地位.Gibbs图表明,引黄灌溉水水化学组成主要受岩石风化和蒸发作用共同控制,地下水水化学来源主要受蒸发作用和人类活动控制,阴离子受人类活动影响更显著.其中,农田灌溉、污水排放是最主要的影响因素.

乌拉特灌域地下水水化学离子特征评价及来源分析

为探究盐渍化种植区农田地下水主要化学组成及来源,保证灌溉用水安全、实现水资源合理利用,选取乌拉特灌域为研究对象,对其地下水进行系统取样及分析,综合运用描述性统计分析、克里金空间插值、Piper三线图、综合危害指数评价、pearson相关系数法、离子比例系数及Gibbs图等方法,对乌拉特灌域地下水化学组分的含量、分布、组成、来源进行综合分析及评价,结果表明:①乌拉特灌域阴、阳离子含量特征分别为Cl^->HCO3^->SO4^2-、Na^++K^+>Ca2+>Mg^2+,SO4^2-、Na^+、Cl^-空间变异最明显,受环境影响较大且含量较高,是决定地下水盐化的主要影响因子。②研究区地下水整体呈弱碱性,部分地区pH出现点状高值区,主要由于人类活动空间差异导致,TDS呈块状分布,空间变异性较大,西南部受深层盐卤水上涌影响,TDS值明显高于其他地区。③灌域地下水主要水化学类型是Na^++Mg^2++HCO3^-+Cl^-型,且研究区地下水超过70%属于综合危害系数法评价的四级水质,用于灌溉时需适量,否则容易导致土壤盐碱化。Piper三线图结合舒卡列夫分类法使用,能有效弥补其不足之处,在弄清离子组成结构的同时,使化学组成类型清晰明了。④灌域地下水主要受人类活动及蒸发作用的影响;TDS及pH值的大小是影响离子浓度的重要因素,当地下水中pH及TDS满足一定条件时,会产生CaCO3沉淀及CaMg(CO3)2沉淀使离子含量发生变化;当TDS<2 000 mg/L时,促使Na^+的水解使其含量增大,反之其变化则相反。

乌拉特荒漠区植被类型及土壤特征

以乌拉特荒漠为研究区,通过10 km×10 km网格均匀布设点位,采用样方法对自然植被展开调查并对研究区土壤特征进行分析。结果表明:(1)研究区共137种植物,隶属于25科80属;生活型以草本为主,占总植物种数的67.88%;水分生态类型以旱生植物为主,占总数的76.64%。(2)依据《中国植被》将乌拉特荒漠植被类型划分为3个植被亚型、5个群系组、14个群系,主要以珍珠猪毛菜荒漠群系占优势,其含样点数占全部荒漠样点数的16.35%。(3)植被物种组成相对单一,分布范围为5~25种。(4)物种多样性指数与土壤养分存在不同程度的相关性,均匀度指数与土壤容重、含水率、孔隙度等均呈负相关关系,丰富度指数、多样性指数与土壤容重及全氮、全磷、有机质含量均呈负相关关系,土壤含水率为该区植物丰富度指数的决定性因子。