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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 4 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
围垦对南汇东滩湿地大型底栖动物的影响 马长安,徐霖林,田摇 伟,等 (1007)…………………………………
基于 ArcView鄄WOE的下辽河平原地下水生态系统健康评价 孙才志,杨摇 磊 (1016)…………………………
京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征 侯摇 勇,高志岭,马文奇,等 (1028)……………………
不同辐射条件下苹果叶片净光合速率模拟 高照全,冯社章,张显川,等 (1037)…………………………………
藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应 宋春桥,游松财,柯灵红,等 (1045)…………………
祁连山中段林草交错带土壤水热特征及其对气象要素的响应 唐振兴,何志斌,刘摇 鹄 (1056)………………
祁连山青海云杉林冠生态水文效应及其影响因素 田风霞,赵传燕,冯兆东,等 (1066)…………………………
呼伦贝尔沙地樟子松年轮生长对气候变化的响应 尚建勋,时忠杰,高吉喜,等 (1077)…………………………
结合激光雷达分析上海地区一次连续浮尘天气过程 马井会,顾松强,陈摇 敏,等 (1085)………………………
福建中部近海浮游动物数量分布与水团变化的关系 田丰歌 ,徐兆礼 (1097)…………………………………
香港巨牡蛎和长牡蛎幼虫及稚贝的表型性状 张跃环,王昭萍,闫喜武,等 (1105)………………………………
东海原甲藻与中肋骨条藻的种间竞争特征 李摇 慧,王江涛 (1115)………………………………………………
起始生物量比对 3 种海洋微藻种间竞争的影响 魏摇 杰,赵摇 文,杨为东,等 (1124)……………………………
不同磷条件下塔玛亚历山大藻氮的生态幅 文世勇,宋琍琍,龙摇 华,等 (1133)…………………………………
秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应 陈书军,陈存根,邹伯才,等 (1142)……………………
伊犁河谷北坡垂直分布格局及其与环境的关系———一种特殊的双峰分布格局
田中平,庄摇 丽,李建贵 (1151)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
濒危种四合木与其近缘种霸王水分关系参数和光合特性的比较 石松利,王迎春,周红兵,等 (1163)…………
干旱胁迫下黄土高原 4 种乡土禾草抗氧化特性 单长卷,韩蕊莲,梁宗锁 (1174)………………………………
施加角担子菌 B6 对连作西瓜土壤微环境和西瓜生长的影响 肖摇 逸,王兴祥,王宏伟,等 (1185)……………
内蒙古典型草原区芨芨草群落适生生境 张翼飞,王摇 炜,梁存柱,等 (1193)……………………………………
盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系 管孝艳,王少丽,高占义,等 (1202)…………
黄土高原水蚀风蚀交错区坡地土壤剖面饱和导水率空间异质性 刘春利,胡摇 伟,贾宏福,等 (1211)…………
松嫩平原玉米带农田土壤氮密度时空格局 张春华,王宗明,居为民,等 (1220)…………………………………
小麦冬性强弱评价体系的建立 王摇 鹏,张春庆,陈化榜,等 (1230)………………………………………………
唐家河自然保护区高山姬鼠和中华姬鼠夏季生境选择的比较 黎运喜,张泽钧,孙宜然,等 (1241)……………
西花蓟马在 6 种蔬菜寄主上的实验种群生命表 曹摇 宇,郅军锐,孔译贤 (1249)………………………………
同位素富集鄄稀释法研究食性转变对鱼类不同组织 N同位素转化率的影响
曾庆飞,谷孝鸿,毛志刚,等 (1257)
……………………………………
……………………………………………………………………………
基于生态网络分析的南京主城区重要生态斑块识别 许文雯,孙摇 翔,朱晓东,等 (1264)………………………
珠三角城市绿地 CO2通量的季节特征 孙春健,王春林,申双和,等 (1273)………………………………………
污染场地地下水渗流场模拟与评价———以柘城县为例 吴以中,朱沁园,刘摇 宁,等 (1283)……………………
专论与综述
湿地退化研究进展 韩大勇,杨永兴,杨摇 杨,等 (1293)……………………………………………………………
绿洲农田氮素积累与淋溶研究述评 杨摇 荣,苏永中,王雪峰 (1308)……………………………………………
问题讨论
抗辐射菌 Deinococcus radiodurans的多样性 屠振力,方俐晶,王家刚 (1318)……………………………………
平茬措施对柠条生理特征及土壤水分的影响 杨永胜,卜崇峰,高国雄 (1327)…………………………………
研究简报
祁连山典型灌丛降雨截留特征 刘章文,陈仁升,宋耀选,等 (1337)………………………………………………
野生鸭儿芹种子休眠特性及破除方法 喻摇 梅,周守标,吴晓艳,等 (1347)………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*348*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说: 遗鸥群飞来———遗鸥意即“遗落之鸥冶(几乎是最后才被发现的新鸥种,因此得名)。 1931 年,瑞典动物学家隆伯格
撰文记述在中国额济纳采到了标本。 1987 年,中国的鸟类学家在鄂尔多斯的 桃力庙获得了一对遗鸥的标本 。 1990
年春夏之交,发现了湖心各岛上大量的遗鸥种群。 近年来的每年夏季,大约全球 90%以上的遗鸥都会 到陕西省神
木县境内的沙漠 淡水湖鄄红碱淖上聚集。 遗鸥———国家一级重点保护、CITES附录一物种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 4 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 4
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中美国际科技合作资助项目 (2009DFA71850); 国家自然科学基金资助项目 (51009152,51079162,51109227); 水利部“948冶资助项
目(201119)和中国水利水电科学研究院科研专项资助项目(JSJ1005)
收稿日期:2010鄄12鄄28; 摇 摇 修订日期:2011鄄08鄄22
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: guanxy@ iwhr. com
DOI: 10. 5846 / stxb201012281863
管孝艳,王少丽,高占义,吕烨,付小军.盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系.生态学报,2012,32(4):1202鄄1210.
Guan X Y,Wang S L,Gao Z Y,Lv Y,Fu X J. Spatio鄄temporal variability of soil salinity and its relationship with the depth to groundwater in salinization
irrigation district. Acta Ecologica Sinica,2012,32(4):1202鄄1210.
盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其
与地下水埋深的关系
管孝艳1,2,*,王少丽1,2,高占义1,2,吕摇 烨1,2,付小军3
(1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京摇 100038;
2. 国家节水灌溉北京工程技术研究中心,北京摇 100048;3. 内蒙古河套灌区解放闸灌域沙壕渠试验站,陕坝摇 015400)
摘要:土壤盐分空间变异特征和地下水埋深状况是指导灌区合理用水和防治土壤盐碱化的重要依据。 运用经典统计学和地质
统计学方法,结合 GIS技术,分析了河套灌区沙壕渠灌域 0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm土壤 EC值的空间变异特征及地下水
埋深对土壤盐分分布的影响。 结果表明:沙壕渠灌域土壤盐分 Cv值在不同灌溉时期和不同土壤深度均大于 36% ,表现为强变
异特征;各灌水时期和不同土壤深度土壤 EC值均表现为中等强度的空间自相关性,表层 0—20 cm土壤空间自相关程度最高;
秋浇前不同层次土壤 EC值的空间分布在灌域内从南到北呈增大趋势,秋浇后土壤含盐量的高值区在西北部或东北部;土壤盐
分受地下水埋深影响显著,灌域内地下水埋深南深北浅,土壤盐分随地下水埋深的增大而减小,二者之间满足指数关系。 因此,
应采取合理措施控制地下水埋深,防止区域土壤盐渍化加剧。
关键词:盐渍化灌区; 土壤盐分; 时空变异; 地下水埋深
Spatio鄄temporal variability of soil salinity and its relationship with the depth to
groundwater in salinization irrigation district
GUAN Xiaoyan1,2,*,WANG Shaoli1,2,GAO Zhanyi1,2,LV Ye1,2,FU Xiaojun3
1 State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing
100038, China
2 National Center of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research, Beijing 100048, China
3 Shahaoqu Experiment Station of Hetao Irrigation District,Shanba 015400, China
Abstract: The spatial distribution of soil salinity and the depth to groundwater are of great importance in guiding rational
irrigation water use and controlling soil salinization. The secondary saline鄄alkalization problem of soil is quite severe in
Hetao irrigation, Inner Mongolia due to increasing rise of groundwater table caused by unsuitable irrigation method and
incomplete drainage system, in particular under the specific arid and semi鄄climatic and hydrogeological conditions. This has
become one of the major constraints to local agricultural and social鄄economic development. In this paper, the Shahaoqu
irrigation district was chosen as an example for testing the spatial variability of soil salinity and its relationship to depth to
groundwater. Aiming at the complexity and spatial variability of the dynamic soil water and salinity in Shahaoqu irrigation
district, the classical statistics and geostatistics integrated with GIS were used in this study to analyze the spatial variability
of soil EC values in 0—20cm, 20—40cm and 40—60cm depths and the effect of the depth to groundwater on soil salinity
distribution in Shahao irrigation area of Hetao irrigation district. The results showed that the soil EC忆s Cv values were all
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more than 36% in Shahao irrigation area and had strong spatial variability in different irrigation periods and different soil
depths, Analysing the EC data with GS+ software, it was found that the spherical model, gaussian model and exponential
model were perfect in fitting Semi鄄variogram of soil EC values, the soil EC data had moderate spatial correlation, and the
spatial autocorrelation of soil EC values reached the highest in 0—20cm. After finishing the Kriging map of salt in three soil
layer respectively, it was found that the spatial distribution of soil EC values was in a trend of increase from south to north
in different soil depths before autumn irrigation, and the high soil EC values were in northwest or northeast areas after
autumn irrigation. Soil salinity is significantly affected by the depth to groundwater in Hetao irrigation district, and the detpt
to groundwater is a decisive factor affecting soil salization. From the Kriging map of the depth to groundwater, it was found
that the depth to groundwater was deep in the south and shallow in the north, and it reached the deepest 2. 71m on the
average before autumn irrigation. However, the average depth to groundwater reached the shallowest 0. 75m after autumn
irrigation due to groundwater recharge from irrigation water. Soil salinity decreases with the increase of the depth to
groundwater, they conform to exponential relations. In order to prevent the soil salinity from accumulating in the root layer,
controlling the depth to groundwater is an important fractor for controlling soil salinization in Hetao irrigation district.
Therefore, some reasonable irrigation measures and agriculture technology measures should be adopted to control the depth
to groundwater, and thereby to prevent the aggravation of soil salinization in this irrigation area. This study could provide
lots of scientific support for soil salinity treatment and improvement, agricultural planning and adjustment, and irrigation
and drainage engineering planning in the future.
Key Words: salinization irrigation district; soil salinity; spatio鄄temporal variability; the depth to groundwater
随着人类活动对全球环境变化影响的加剧和粮食需求的日益紧张以及耕地资源的日趋匮乏,土壤盐渍化
已严重影响了现代农业的可持续发展[1鄄3]。 在地下水埋深较浅的我国北方干旱半干旱盐渍化灌区,由于传统
的灌溉农业引起地下水水位的抬高,加之干旱的气候条件,土壤水分和潜水强烈蒸发,土壤次生盐渍化危害尤
为突出[4鄄5]。 土壤盐分的时空变异性与地下水埋深之间的关系在一定程度上反映了土壤耕作层内的盐渍化
程度和状态[6],掌握其变异性与分布规律对于指导农业生产、提高农作物产量等具有十分重要的现实意义。
近年来,地质统计学与 GIS 技术日益成为研究土壤特性时空变异规律的有效手段[7鄄8],国内外许多学者
将地统计学用于研究地下水盐分和埋深的空间变异性中,在土壤盐分空间变异方面的研究也取得了一些进
展。 Panagopoulos 等将地质统计学与 GIS技术相结合对地中海地区面积为 2208 m2的区域进行了土壤盐分变
异性研究,并对 Kriging 插值方法进行了探讨,为农业生产管理提供了理论依据[9]。 Eldeiry 等[10]将地理信息
系统和遥感以及空间模型相结合,将最小二乘法模型、空间自回归模型和改进的 Kriging模型应用于土壤盐碱
化的遥感估算,结果表明具有较强统计特征的地理信息系统和遥感相结合,能够提高土壤盐碱化空间分布特
征的研究精度。 陈亚新、史海滨等[4鄄5]运用地质统计学及非参数统计理论,对河套灌区土壤水盐空间变异性
预测、条件模拟和变异函数稳健估计方法等进行了较全面、深入的研究。 阮本清[11]利用地质统计学模型对宁
夏青铜峡灌区地下水位埋深的时空变异的规律进行了探索。 土壤盐渍化与地下水埋深关系密切,现有研究成
果表明[12鄄13]:浅层地下水埋深位 1. 5—2. 5 m 时,有利于作物生长,但从控制土壤盐碱化的角度看,地下水埋
深宜控制在 2. 0 m左右。 地下水的矿化度对土壤积盐也具有较大影响,姚江荣[14]运用 GIS 和地统计学的原
理与方法从空间尺度对各分区地下水矿化度与耕层土壤积盐规律进行了定量分析,表明耕层土壤积盐与地下
水矿化度呈极显著的相关关系。 杜军等[15]研究了河套灌区年内地下水埋深与矿化度的时空变化,指出在特
定区域浅层地下水埋深的时空分布规律能够定性反映矿化度的时空分布规律。 因此,地下水埋深对土壤盐渍
化具有明显的影响作用。 总体上,土壤盐分空间变异性研究取得了一些重要的研究成果,为农业管理、生产提
供了理论指导,但是目前较多的是分别对土壤盐分和地下水埋深的空间变异性进行研究[16],但从时空变异的
角度对河套灌区地下水埋深与土壤盐渍化进行的研究还不多见。
3021摇 4 期 摇 摇 摇 管孝艳摇 等:盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系 摇
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本文采用地质统计学与 GIS相结合的方法对河套灌区沙壕渠灌域的土壤盐分在不同季节的空间变异特
征及其与地下水埋深的关系进行研究,以期为灌区农业水资源的合理利用和土壤盐碱化防治提供理论支持。
图 1摇 研究区域位置示意图
Fig. 1摇 Location of the research area
1摇 研究区域概况
试验区沙壕渠灌域位于内蒙古河套灌区解放闸灌
域中东部(图 1),属黄济渠灌域中游的分干渠灌排系
统。 近似为一狭长的三角形,南北平均长为 15 km,东
西平均宽约 4. 0 km,总控制面积 4. 93伊103hm2,其中农
田灌溉面积 3. 47 伊103 hm2。 地处干旱、半荒漠草原地
带,冬季严寒少雪,夏季高温干热,降雨稀少、蒸发量大,
无霜期短,土壤封冻期长,温差大,为典型的大陆性气
候、季节性冻土地区。 年平均降雨量 139—222 mm,5—
9 月份降水量占全年的 72. 6% ,年平均蒸发量 1999—
2346 mm,5—7 月蒸发量最大,占全年 50%以上,年均
蒸发是年降水的 13. 6 倍,春季比值可达 36. 3 倍,土壤
冻结期始于 11 月下旬,冻层深度 100—150 cm,冻结至
融通历时 180 余天。
2摇 数据来源与分析方法
2. 1摇 数据来源
沙壕渠灌域在全灌域均匀布置了 19 眼长期地下水
观测井测定地下水埋深,并同时对该点的土壤进行分层
取样,为获得更加精确的土壤盐分分布,在整个灌域范
围内加设 30 个土壤盐分监测点,每个点采用 GPS 定
位。 采样时间为 2009 年的五水前(7 月 21 日)、秋浇前
(9 月 10 日)和秋浇后(11 月 12 日)3 个时期(河套灌区
全年共灌水八次),土壤盐分的采样深度分别为 0—20
cm、20—40 cm、40—60 cm。 地下水位埋深用皮尺测定,
土壤盐分 EC值测定过程为:称取过 2 mm 筛的风干土
试样 50—100 g,按土水比 1颐5 配制土壤饱和浸提液,采
用 DDS鄄307 型电导率仪测定土壤 EC值。
2. 2摇 分析方法
本研究采用地质统计学方法进行空间变异性分析,地质统计学是基于区域化变量,借助变异函数研究具
有空间相关性和依赖性的自然现象的一种分析方法。 采用克里格插值(kriging)对未测点进行插值估计,克里
格插值是以变异函数理论和结构分析为基础,在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的一种方法,其
实质是利用区域化变量的原始数据和变异函数的结构特点,对未知样点进行线性无偏、最优估计[17鄄19]。
设 Z(x1) , Z(x2) ,…, Z(xn) 是样本数据系列值,在固有假设条件下,即:
E[Z(x + h) - Z(x)] = 0
E{[Z(x + h) - Z(x)] 2} = 2酌(h)
样本的变异函数值 酌*(h) 通过下式进行计算:
酌*(h) = 12Nh
移
Nh
i = 1
[Z(xi + h) - Z(xi)] 2 (1)
式中, h为分离距离, Nh表示在 (xi + h,xi) 之间计算样本变异函数值的样本对数。 然后选取适当的理论模型
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对变异函数进行拟合,得到变异函数模型。
采用 SPSS17. 0 软件进行土壤盐分和地下水埋深的统计分析,变异函数模型的拟合采用地学统计软件 GS
+5. 0,各土层土壤 EC值、地下水位埋深的空间插值与图形绘制采用 ArcGIS9. 2 软件。
3摇 结果与分析
3. 1摇 土壤盐分的统计特征
按照经典统计学方法分析,样本的标准差对平均数的百分数为样本的变异系数(Cv),在某种程度上它可
以反映样本的变异程度,在土壤科学中,根据 Cv值可以对土壤性质的变异程度进行分类:Cv 值在 0—15%为
弱变异,16%—35%为中等变异,大于 36%为强变异。 Cv值对于估计结果可以提供一些预警信息,Cv 值大于
100%标识存在一些特别大的样本值,他们对变量的估计有很大的影响[7,20]。
通过对土壤盐分的统计结果分析(表 1)可知,沙壕渠灌域在不同灌溉时期和不同土壤深度的土壤盐分
Cv均大于 36% ,表现为强变异特征,尤其秋浇前和秋浇后表层 0—20 cm 土壤盐分 Cv 大于 100% ,变异性最
强,表明数据受较大土壤盐分 EC值的数据影响。 从不同灌溉时期来看,就其平均水平而言,空间变异强度秋
浇后最大,五水前最小,从不同土壤深度来看,随着土壤深度的增大,土壤 EC 值的空间变异程度减小,这主要
是受秋浇洗盐影响,土壤盐分降低,由于淋洗时间不一致、淋洗水量不均匀及盐荒地干排盐等原因,导致不均
匀性进一步提高。 同时表层土壤由于受人类活动影响大,因而其变异系数也最大。
表 1摇 土壤 EC值的统计分析结果
Table 1摇 Descriptive statistics of EC value of soil
时间
Time
深度
Depth
/ cm
均值
Mean
标准差
Standard
deviation
最大值
Maximum
最小值
Minimum
样本方差
Sample
variance
变异系数
Coefficient
of variation
偏度
Skewness
峰度
Kurtosis
K鄄S
检验系数
K鄄S
inspection
coefficient
五水前 0—20 0. 889 0. 747 2. 98 0. 04 0. 558 0. 84 0. 73 -0. 44 0. 403
Before the fifth 20—40 0. 574 0. 403 1. 64 0. 09 0. 163 0. 70 0. 77 -0. 39 0. 410
irrigation 40—60 0. 454 0. 273 1. 11 0. 10 0. 074 0. 60 0. 63 -0. 64 0. 630
秋浇前 0—20 0. 805 0. 932 4. 27 0. 10 0. 868 1. 16 1. 85 3. 10 0. 516
Before autumnal 20—40 0. 498 0. 393 1. 68 0. 09 0. 155 0. 79 1. 30 0. 94 0. 880
irrigation 40—60 0. 373 0. 244 1. 06 0. 08 0. 059 0. 65 1. 11 0. 58 0. 546
秋浇后 0—20 0. 604 0. 829 4. 63 0. 10 0. 687 1. 37 3. 27 11. 51 0. 329
After autumnal 20—40 0. 450 0. 401 1. 44 0. 07 0. 161 0. 89 1. 38 0. 69 0. 659
irrigation 40—60 0. 504 0. 386 1. 51 0. 06 0. 149 0. 77 1. 03 -0. 06 0. 833
3. 2摇 土壤盐分半方差函数的结构分析
半方差函数是地质统计学解释土壤特性空间变异结构的理论基础[7]。 C0表示块金效应,C0 +C1表示基台
值,滞后距表示参数的空间变异特性,如某变量观测值之间的距离大于该值时,则说明他们之间相互独立,若
小于该值时,则说明他们之间存在一定的相关关系;各土壤特性参数的空间相关性可根据块金值与基台值之
比 C0 / ( C0+C1)来划分,该比值高,说明由随机部分一起的空间变异性程度较大,相反则由结构性因素引起的
空间变异性程度较大。 当 C0 / ( C0 +C1) <25% ,变量具有强烈的空间相关性;C0 / ( C0 +C1)在 25%—75%之
间,变量具有中等的空间相关性,而当 C0 / ( C0+C1)>75%时,变量空间相关性很弱[21鄄22]。
根据 3. 2 中半方差函数理论模型的确定方法,土壤 EC 值的半方差函数模型和有关参数如表 2 所示,半
方差函数图如图 2 所示。
由表 2 和图 1 可知,五水前 0—20 cm、秋浇前 20—40 cm土壤 EC值可以用球状模型拟合,五水前 20—40
cm、40—60 cm、秋浇后 20—40 cm土壤 EC值可用高斯模型拟合,其他各层土壤 EC 值可以用指数模型拟合。
从空间自相关性来看,各灌水时期和不同土壤深度土壤 EC 值的 C0 / ( C0 +C1)在 25%—75%之间,表明土壤
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EC值均为中等强度的空间自相关性,相比而言,表层土壤空间自相关程度最高。 土壤盐分空间变异由上层到
下层逐渐减小。 结构性变异引起的变异占总空间变异的比例较灌溉中期都有所增大,造成土壤盐分不均匀性
的因素主要为区域结构性因素,而秋浇前灌溉、施肥和中耕等农业措施对土壤盐分空间变异性的影响减弱,没
有达到破坏原有空间格局的程度。 从变程来看,秋浇后较秋浇前都增大;由表层到下层,空间自相关尺度逐渐
减小,空间相关性减弱,反映在空间分布图上,表层土壤的空间分布格局更加连续和均匀。
表 2摇 土壤 EC值的半方差函数模型及其参数
Table 2摇 Semi鄄variogram types of soil EC value and their parameters
时间
Time
深度
Depth
/ cm
理论模型
Theoretical
model
C0 C0 +C C / (C0 +C)
变程
Range
/ m
R2 RSS
五水前 0—20 球状模型 0. 413 0. 827 0. 501 3013 0. 024 0. 115
Before the fifth 20—40 高斯模型 0. 565 1. 131 0. 500 2267 0. 058 0. 0789
irrigation 40—60 高斯模型 0. 068 0. 136 0. 500 1831 0. 139 9. 578伊10-4
秋浇前 0—20 指数模型 0. 887 2. 015 0. 560 3257 0. 531 0. 144
Before autumnal 20—40 球状模型 0. 464 0. 929 0. 501 2863 0. 672 0. 0235
irrigation 40—60 指数模型 0. 353 0. 457 0. 501 2162 0. 281 0. 0209
秋浇后 0—20 指数模型 0. 528 1. 104 0. 522 3920 0. 899 0. 013
After autumnal 20—40 高斯模型 0. 649 1. 299 0. 500 3150 0. 02 0. 061
irrigation 40—60 指数模型 0. 508 1. 530 0. 518 2499 0. 446 0. 0491
摇 摇 R2是 Regression coefficient of determination 回归系数, RSS是 Residual sums of squares 残差平方和
图 2摇 土壤 EC值的半方差函数图
Fig. 2摇 Semi鄄variogram of soil EC value
3. 3摇 土壤盐分和地下水埋深的空间格局
根据前面得到的土壤 EC值的半方差函数模型,利用 ArcGIS绘制了沙壕渠灌域土壤 EC 值的空间分布图
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(图 3)。 由图可知,五水前 0—20 cm和 20—40 cm土壤 EC值空间分布特征较复杂,空间分布呈条带状, 40—
图 3摇 土壤 EC值空间分布
Fig. 3摇 Spatial distribution of soil EC value
60 cm土壤 EC值分布较为连续,0—40 cm土壤 EC 值分布图中灌域中部和北部部分区域 EC 值偏高;秋浇前
不同层次土壤盐分含量的空间分布规律相似,灌域南部土壤盐分含量最小,从南到北含盐量呈增大的趋势,到
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灌域东北部达到最大值;秋浇后灌域土壤含盐量的高值区仍在西北部或东北部,0—20 cm土壤盐分在灌域中
西部达到最大值,20—60 cm土壤盐分在灌域中部达到最大值。 由于灌域下游秋浇灌水晚,由于土壤冻结导
致土壤盐分未得到充分淋洗;同时,土壤盐分在秋浇灌水过程中向下游转移,在沟渠出口两侧形成了土壤 EC
的高值区域。
根据地下水埋深数据的插值结果,得到地下水埋深的空间分布图(图 4)。 由图可知,由于灌域地形为南
高北低,灌溉水和地下水径流流向均为由南到北,并形成了区域地下水埋深南深北浅的格局。 秋浇前地下水
埋深最大,灌域平均约 2. 71 m,五水前地下水埋深次之,灌域平均约 2. 05 m,秋浇后地下水埋深最小,灌域平
均约 0. 75 m。 灌域上游地下水埋深最大,这主要由于灌域上游为杭锦后旗陕坝镇所在地,工业、人畜用水较
大,地下水有部分开采。 在灌域下游部分区域的地下水埋深较大,这主要是因为该区域在灌溉时由于地势原
因,黄河引水量无法满足本地区灌溉,采用抽取地下水灌溉导致。 秋浇时期,由于引水量的加大,秋浇对地下
水的补给作用十分明显,地下水埋深达到年内最小值。
图 4摇 地下水埋深空间分布
Fig. 4摇 Spatial distribution of groundwater depth
3. 4摇 地下水埋深对土壤盐渍化的影响
研究表明土壤盐分含量和土壤盐渍化状况受地下水位及地下水矿化度的控制和影响最大,地下水埋深是
土壤发生盐渍化的一个决定性条件[11,23]。 由图 3 和图 4 可知,土壤盐分与地下水埋深有着紧密的联系[16],地
下水位埋深愈浅,蒸发量越大,土壤积盐越严重,地下水位埋深较深的区域土壤盐分含量低。 这说明沙壕渠灌
域地下水埋深状况制约着土壤含盐量,“盐随水来,盐随水去冶,土壤盐分主要通过潜水蒸发由地下水带至土
壤耕层。 地下水位较浅,即使地下水盐分含量较少,由于蒸发进入土壤中的水分较多也会携带较多的盐分,使
土壤积盐。 因此,只有将地下水控制在不致因蒸发而使土壤积盐的深度,土壤才不会发生盐渍化。
选取灌域内 19 眼地下水观测井的浅层地下水埋深与土壤盐分数据来分析二者之间的关系(图 5)。 由图
可知,土壤盐分随浅层地下水埋深的增大而减小,二者之间满足指数关系,且二者的相关性较好,R2 >0. 93。
当地下水埋深在 0—1. 5 m时,且随着土壤深度的增大,土壤盐分的变化趋势减小;当地下水埋深超过 1. 5m
时,对不同土壤深度土壤盐分的变化影响较小,当地下水埋深大于 1. 5 m 时,土壤电导率小于 0. 8 ms / cm,根
据作物的耐盐程度[24],对玉米和小麦等影响较小,基本不会造成作物的减产。 但是关于如何控制地下水埋深
的临界深度,保证不影响作物生长和不加剧土壤盐碱化,还需考虑及气候、土壤、作物耐盐、水文地质、人为因
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素以及灌水季节等的综合影响,受数据量限制,本研究只探讨地下水埋深与土壤盐分的关系。 此外,由于秋浇
期灌水量较大,导致地下水埋深变浅,对翌年土壤盐分增大影响较大,因此,在保证秋浇洗盐的同时,应尽可能
减少秋浇水量,这将有利于控制土壤盐碱化的发展。
图 5摇 地下水埋深与土壤 EC值的关系
Fig. 5摇 Relationship between groundwater depth and soil EC values
土壤盐分的空间变异性与地下水埋深的空间分布密切相关[3鄄4,14],因此,在河套灌区为了保持根系层土壤
不积盐,控制农田土壤盐渍化的一个重要因素是控制灌区地下水埋深,而农业生产活动频繁,作物类型、施肥
措施和灌溉水量及时间差异也是影响土壤盐分和地下水埋深的重要因素。 但是河套灌区地下水埋深较浅、地
下径流不畅,大水漫灌使地下水埋深变浅,由于地下水中含有较多可溶性盐,在蒸发量大于降水量的条件下,
使土壤表层盐分增加,引起土壤盐化。 防治的关键在于控制地下水位,故应健全灌排系统,采取合理灌溉等农
业技术措施,防止地下水位抬升和土壤返盐[25]。 但灌区要求的地下水埋深是随季节变化而变化的,在控制灌
区内地下水埋深也不是控制灌区土壤盐碱化的唯一标准,还应结合其他土壤改良方法,多渠道联合控制土壤
的盐碱化。
4摇 结论
(1)沙壕渠灌域在不同灌溉时期和不同土壤深度的土壤盐分表现为强变异特征,Cv 均大于 36% ,由于受
到秋浇淋洗不均匀的影响,秋浇后土壤盐分 EC值的空间变异强度最大,表层土壤由于受人类活动影响大,变
异系数也最大,随着土壤深度的增大,土壤 EC值的空间变异程度减小。
(2)从空间自相关性来看,各灌水时期和不同土壤深度土壤 EC值的 C0 / ( C0+C1)在 25%—75%之间,表
明土壤 EC值均为中等强度的空间自相关性,土壤盐分空间变异性由上层到下层逐渐减小,从变程来看,随着
土壤深度的增大,土壤盐分空间自相关尺度逐渐减小,空间相关性减弱,表层土壤的空间分布格局连续且
均匀。
(3)五水前 0—40 cm 土壤 EC 值空间分布呈条带状,秋浇前不同层次土壤盐分含量的空间分布规律相
似,从南到北含盐量呈增大的趋势,秋浇后灌域土壤含盐量的高值区在西北部或东北部,0—20 cm 土壤盐分
在灌域中西部达到最大值,20—60 cm土壤盐分在灌域中部达到最大值。 由于土壤盐分在秋浇灌水过程中向
下游转移,在沟渠出口两侧形成了土壤 EC的高值区域。 区域地下水埋深南深北浅,由于引水量的加大,秋浇
对地下水的补给作用十分明显,地下水埋深达到年内最小值灌域平均约 0. 75 m。
(4)土壤盐分与地下水埋深有着紧密的联系,土壤盐分随浅层地下水埋深的增大而减小,二者之间满足
指数关系,沙壕渠灌域地下水埋深状况制约着土壤含盐量,为了保持根层土壤不积盐,控制农田土壤盐渍化的
一个重要因素是控制灌区地下水埋深,应健全灌排系统,采取合理灌溉等农业技术措施,防止地下水位抬升和
土壤返盐。
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0121 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 4 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The influence of a reclamation project on the macrobenthos of an East Nanhui tidal flat
MA Changan, XU Linlin, TIAN Wei, et al (1007)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Ecological health assessment of groundwater in the lower Liaohe River Plain using an ArcView鄄WOE technique
SUN Caizhi, YANG Lei (1016)
………………………
……………………………………………………………………………………………………
Nitrogen flows in intensive “crop鄄livestock冶 production systems typically for the peri鄄urban area of Beijing
HOU Yong, GAO Zhiling, MA Wenqi, et al (1028)
……………………………
………………………………………………………………………………
The simulation of leaf net photosynthtic rates in different radiation in apple canopy
GAO Zhaoquan,FENG Shezhang, ZHANG Xianchuan, et al (1037)
……………………………………………………
………………………………………………………………
Phenological variation of typical vegetation types in northern Tibet and its response to climate changes
SONG Chunqiao, YOU Songcai, KE Linghong, et al (1045)
………………………………
………………………………………………………………………
Soil moisture and temperature characteristics of forest鄄grassland ecotone in middle Qilian Mountains and the responses to
meteorological factors TANG Zhenxing, HE Zhibin, LIU Hu (1056)………………………………………………………………
Eco鄄hydrological effects of Qinghai spruce (Picea crassifolia) canopy and its influence factors in the Qilian Mountains
TIAN Fengxia, ZHAO Chuanyan, FENG Zhaodong, et al (1066)
………………
…………………………………………………………………
Response of tree鄄ring width of Pinus sylvestris var. mongolica to climate change in Hulunbuir sand land,China
SHANG Jianxun, SHI Zhongjie, GAO Jixi, et al (1077)
………………………
…………………………………………………………………………
Analysis of a dust case using lidar in Shanghai MA Jinghui, GU Songqiang, CHEN Min, et al (1085)………………………………
Relating the distribution of zooplankton abundance in the coastal waters of central Fujian Province to the seasonal variation of
water masses TIAN Fengge, XU Zhaoli (1097)……………………………………………………………………………………
Phenotypic traits of both larvae and juvenile Crasstrea hongkongensis and C. gigas
ZHANG Yuehuan, WANG Zhaoping, YAN Xiwu, et al (1105)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Inter鄄specific competition between Prorocentrum donghaienseand Skeletonema costatum LI Hui, WANG Jiangtao (1115)……………
Effects of initial biomass ratio on the interspecific competition outcome between three marine microalgae species
WEI Jie,ZHAO Wen,YANG Weidong,et al (1124)
……………………
…………………………………………………………………………………
On the ecological amplitude of nitrate of Alexandrium tamarense at different initial phosphate concentrations in laboratory cultures
WEN Shiyong,SONG Lili,LONG Hua,et al (1133)
…
…………………………………………………………………………………
Time lag effects and rainfall redistribution traits of the canopy of natural secondary Pinus tabulaeformis on precipitation in the
Qinling Mountains, China CHEN Shujun, CHEN Cungen, ZOU Bocai, et al (1142)……………………………………………
The vertical distribution of vegetation patterns and its relationship with environment factors at the northern slope of Ili River Valley:
a bimodal distribution pattern TIAN Zhongping, ZHUANG Li, LI Jiangui (1151)………………………………………………
Comparative analysis of water related parameters and photosynthetic characteristics in the endangered plant Tetraena mongolica
Maxim. and the closely related Zygophyllum xanthoxylon (Bunge) Maxim.
SHI Songli, WANG Yingchun, ZHOU Hongbing, et al (1163)
………………………………………………………
……………………………………………………………………
Antioxidant properties of four native grasses in Loess Plateau under drought stress
SHAN Changjuan, HAN Ruilian, LIANG Zongsuo (1174)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
The effects of the addition of Ceratobasidum stevensii B6 and its growth on the soil microflora at a continuously cropped water鄄
melon (Citrullus lanatus) site in China XIAO Yi, WANG Xingxiang, WANG Hongwei, et al (1185)…………………………
Suitable habitat for the Achnatherum splendens community in typical steppe region of Inner Mongolia
ZHANG Yifei, WANG Wei, LIANG Cunzhu, et al (1193)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Spatio鄄temporal variability of soil salinity and its relationship with the depth to groundwater in salinization irrigation district
GUAN Xiaoyan,WANG Shaoli,GAO Zhanyi,et al (1202)
…………
…………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of soil saturated hydraulic conductivity on a slope of the wind鄄water erosion crisscross region on the Loess
Plateau LIU Chunli, HU Wei, JIA Hongfu, et al (1211)…………………………………………………………………………
Spatial and temporal variations of total nitrogen density in agricultural soils of the Songnen Plain Maize Belt
ZHANG Chunhua, WANG Zongming, JU Weimin, et al (1220)
…………………………
…………………………………………………………………
The evaluation system of strength of winterness in wheat WANG Peng, ZHANG Chunqing, CHEN Huabang, et al (1230)…………
A comparison of summer habitats selected by sympatric Apodemus chevrieri and Apodemus draco in Tiangjiahe Nature Reserve,
China LI Yunxi, ZHANG Zejun, SUN Yiran,et al (1241)…………………………………………………………………………
Life tables for experimental populations of Frankliniella occidentalis on 6 vegetable host plants
CAO Yu, ZHI Junrui, KONG Yixian (1249)
………………………………………
………………………………………………………………………………………
Effect of diet switch on turnover rates of tissue nitrogen stable isotopes in fish based on the enrichment鄄dilution approach
ZENG Qingfei, GU Xiaohong,MAO Zhigang,et al (1257)
……………
…………………………………………………………………………
Recognition of important ecological nodes based on ecological networks analysis: A case study of urban district of Nanjing
XU Wenwen, SUN Xiang, ZHU Xiaodong, et al (1264)
…………
……………………………………………………………………………
Seasonal characteristics of CO2 fluxes above urban green space in the Pearl River Delta, China
SUN Chunjian, WANG Chunlin, SHEN Shuanghe, et al (1273)
………………………………………
…………………………………………………………………
Simulation and evaluation of groundwater seepage in contaminated sites:case study of TuoCheng County
WU Yizhong, ZHU Qinyuan, LIU Ning, LU Genfa, DAI Mingzhoet al (1283)
………………………………
……………………………………………………
Review and Monograph
Recent advances in wetland degradation research HAN Dayong, YANG Yongxing, YANG Yang, LI Ke (1293)……………………
A review concerning nitrogen accumulation and leaching in agro鄄ecosystems of oasis
YANG Rong, SU Yongzhong, WANG Xuefeng (1308)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Discussion
The diversity of the radio鄄resistant bacteria Deinococcus radiodurans TU Zhenli, FANG Lijing, WANG Jiagang (1318)………………
Effect of pruning measure on physiology character and soil waters of Caragana korshinskii
YANG Yongsheng, BU Chongfeng, GAO Guoxiong (1327)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Scientific Note
Characteristics of rainfall interception for four typical shrubs in Qilian Mountain
LIU Zhangwen, CHEN Rensheng, SONG Yaoxuan, et al (1337)
………………………………………………………
…………………………………………………………………
Dormancy break approaches and property of dormant seeds of wild Cryptotaenia japonica
YU Mei, ZHOU Shoubiao, WU Xiaoyan, et al (1347)
………………………………………………
……………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
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法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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第 32 卷摇 第 4 期摇 (2012 年 2 月)
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