標籤:植物

灌區耕地對地下水位的要求
如前所述,井渠結合的目的在於充分利用渠道滲漏和田間灌溉的入滲水量進行灌溉,解決季節性缺水問題,同時又可以有效地控制地下水位,防止土壤的次生鹽漬化。作物生長季節田面有作物植被覆蓋,科間蒸發所佔比重和土壤積鹽的可能性均較小, 而作物需水又需要有來自地下水對根層的補給,因此,此時地下水位可控制在較小的深度。秋收以後至春作物生長期以前,表土裸露,土壤蒸發強烈易於積鹽,地下水位應控制在較大的深度。西北地區春季河流缺水,地表水不能滿足灌溉用水的需要,為了解決供需矛盾,部分地區須利用地下水灌溉,而開採地下水又將會起到降低地下水位的作用。灌區需要根據不同季節對地下水位的控制要求,有計劃地安排井灌與渠灌的用水量和用水時間,以達到既利用地下水又防止土壤鹽鹼化的目的, 起到井灌井排的作用。
西北地區的新疆內蒙等地,冬季低溫,表土凍結,凍結期土壤鹽分隨水分向凍層聚集. 根據內蒙河套灌區等地的試驗資料和實踐經驗,為了防止春季積鹽,在土壤凍結期以前地下水位應不小於1.2-1.4m, 作物生長期為了獲得一定的地下水對根層的補給,地下水位可以保持較淺的埋深,但為了防止漬害,地下水埋深一般應至少控制在0.7-0.8m以上。
非耕地自然生態耗水及其對地下水位控制的要求
   西北乾旱地區蒸發強烈,土壤鹽漬化和荒漠化是地區的主要威脅。乾旱地區降雨稀少,天然植被主要靠地下水的補給而存活,地下水位的埋深是決定天然植被繁茂程度和土壤鹽漬化的關鍵因素,天然植被的生長情況和植被的蓋度又是決定土地荒漠化發生和發展的重要指標,因此,土地的荒漠化和鹽漬化均與地下水埋深有著十分密切的關係。
西北地區生態環境與水資源的合理配置密切有關,在水資源規劃與管理中需充分考慮生態用水,並遵循「水資源開發利用與生態環境保護並重」的原則。地下水埋深與作物和天然植被生長的關係,不同地下水埋深條件下作物與天然植被的耗水量是地區水資源規劃管理,特別是確定保證生態耗水條件下地下水可采水量和井渠用水比例的基本資料。目前有關乾旱地區天然植被的適宜地下水埋深的資料尚比較缺乏,特別是關於在天然狀態和人工灌溉條件下林木和植被群落的耗水問題還尚少研究,加強地下水動態的觀測和生態耗水的試驗研究,對指導當前的灌區管理和生態建設規劃都具有十分重要的意義。以下僅是少量文獻中提供的有關的地下水埋深和植被群落的耗水資料供參考。
地下水埋深與生態環境的關係
    旱生植物生長和土壤沙化程度與地下水埋深有密切關係。沙棗是淺根喬木,根深一般不超過4.5 m。胡楊是天然荒漠河岸林的典型喬木樹種。靠洪水攜帶種子萌芽更新,具有耐旱、耐鹽、生長速度快的特點,是優良的防風、固沙林木品種。這兩種植物的生長與地下水埋深關係見表1[8]。
表 1  沙棗和胡楊等的生長與地下水埋深關係[8][30]
地下水埋深
< 2m
2-3m
4-5m
5-6m
>6m
沙棗
生長情況
不佳
正常
不良,開始枯梢
大部枯梢,衰敗
基本無植物
沙化程度
鹽漬化
不沙化
輕度沙化
中度沙化
強度沙化
地下水埋深
< 4m
4-6m
6-10m
>10m
胡楊林
生長情況
影響不大
生長不良,頂禿,葉枯,少數枯死
大部死亡
全部植株死亡
沙化程度
基本不沙化
輕度沙化
中度沙化
強度沙化
地下水埋深
< 5m
5-7
7-10
> 10
檉柳、白刺
生長情況
正常
生長退化,枯梢,少數死亡
嚴重退化,大部枯死
全部植株死亡
沙化程度
基本不沙化
輕度沙化
中度沙化
強度沙化
根據有關野外調查和試驗資料,地下水埋深小於2m時,在強烈蒸發作用下 易發生土壤鹽漬化,而地下水埋深大於5m時, 植物無法得到正常生長所需要的水分, 造成植物開始衰敗, 發生土地沙化.因此, 進行西北地區地下水評價,應以地下水埋深2-5m 作為最佳生態環境埋深。
乾旱地區的灌木植物有梭梭,檉柳,白刺,沙拐棗,花棒;草本植物有蘆葦,岌岌等。由於它們的根系發育程度不同,對水鹽的適應程度也有很大差異。各種植物的適宜地下水埋深,或「最佳生態地下水埋深」也不同。例如,甘肅省民勤地區胡楊、沙棗、梭梭、檉柳、白刺、沙拐棗、岌岌和蘆葦的地下水最佳埋深分別為3m、3m、3-5m、5m、4m、4m、1-2m和1-2m。根據民勤沙井子地區試驗資料,木本植物蓋度與地下水埋深的關係如表2[27]所示。
表 2  民勤沙井子地區木本植物蓋度與地下水埋深的關係[27]
地下水埋深(m)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
13
木本植物蓋度(%)
70
60
40
18
7
7
8.5
17.7
10.1
9.2
自表可見,在地下水埋深小於7m時,木本植物的蓋度隨地下水埋深的加大而減少,在地下水埋深大於7m 時,木本植物的蓋度與地下水埋深並無顯著關係,而與降水量的大小可能有一定的關係。
塔里木河流域天然植被中喬木樹種有胡楊(Populous eupharitica)、灰楊(Populous pruinosa)、沙棗等,灌木主要為檉柳屬植物(tamarix)、鈴鐺刺、黑刺、白刺等。草本植物主要有蘆葦、甘草、花花柴、羅布麻、駱駝刺、苦豆子等。由於自然生態植被消耗的主要是地下水,自然生態植被與地下水埋深和地下水礦化度具有密切的關係,不同地下水埋深和不同地下水礦化度地區也將呈現不同的荒漠植被。 表3 表示荒漠植被群落生長狀態與地下水的關係, 地下水埋深2-4 m 對喬灌木是比較適宜的水位, 在地下水埋深達到4-6m時,喬灌木仍可生長,但草本植物將死去;超過6.0m,喬灌木生長不好; 當地下水達到10m時,胡楊林等樹種已達到生長極限。 灰楊雖然最適應於南疆的環境,但其生長狀況也與環境因子有密切關係,如表4所示。 根據新疆生態與地理研究所對塔里木河流域生態的研究,當地下水位埋深為3~5m時, 喬木生長狀態良好, 地下水位低於8.0m時,生長甚微,呈現衰敗現象。 灌木如紅柳等,有強大根系,且能適應地下水位的變化,當地下水埋深為2~4米時,灌木所佔比例增大,地下水位下降至6米時,有些灌木可把根部向更深層土壤延伸。當地下水位在1-2米時, 主要分佈的為草本植物,如蘆葦、甘草、羅布麻。當地下水位埋深為2-4米時,駱駝刺、苦豆子的比例加大,而蘆葦、甘草、羅布麻的比例變小, 草本植物種類也比地下水埋深為1-2米時明顯減少。當地下水埋深降至4.0米時,多數草本植物近於停止生長或死亡,只有少數深根植物(如駱駝刺等)仍能存活。塔里木河流域幾種典型植物總體存在的頻率與地下水埋深的關係如表5所示。
表3  荒漠植被群落生長狀態與地下水的關係[3]
植被群落
適宜範圍
生長極限
埋深(m)
礦化度(g/l)
埋深(m)
礦化度(g/l)
胡楊、灰楊林群落
1.0~5.0
0.5~3.0
10.0
5.0
白柳、灌木林群落
1.0~6.0
0.5~5.0
10.0
10.0
蘆葦灌叢草場群落
< 2.0
0.5~3.5
5.0
10.0
表4  灰楊林生長與環境因子關係[3]
灰楊林的生長狀態
地下水埋深(m)
土壤含鹽量(g/l)
1m土層含水率
生長旺盛
< 3.0
<3.0%
>15%
一般(或明顯變差)
3.0~4.0
3.0~6.0%
10~15%
衰退枯梢或死亡
>4.0
>10.0
<10%
表5 塔里木幹流區幾種典型植物在不同地下水埋深範圍內總體出現頻率
植物群落
地下水埋深 (m)
< 1 m
1-2m
2-3m
3-4m
4-5m
5-6m
6-7m
7-8m
8-9m
9-10m
> 10m
胡楊
4.72
13.78
20.96
20.62
12.41
5.90
7.26
7.11
4.77
0.37
檉柳
4.34
19.96
26.11
22.12
13.59
3.92
0.92
5.17
0
2.31
1.56
蘆葦
14.29
36.93
29.45
16.85
6.02
1.81
0.77
羅布麻
4.01
12.20
41.15
13.95
20.85
4.97
0.96
1.93
甘草
2.7
18.9
40.5
24.3
10.8
0
2.7
駱駝刺
5.56
11.1
22.8
22.2
19.4
8.33
2.78
2.78
荒漠植被的生長狀態,除地下水埋深外,還與地下水質有密切關係.荒漠植被雖能適應較差的水質,但礦化度大於10g/l時, 除個別能適應鹽鹼地的草本植物外其他植被已難以存活。根據新疆生態和地理研究所初步資料,塔里木河幹流沿線植物生長狀況與地下水礦化度的關係如表5所示. 荒漠植被對水質的要求較低,礦化度小於5.0g/l時,適於生長良好的喬、灌、草;礦化度5.0-10.0g/l時, 可生長一般的喬、灌、草;大於10.0g/l的劣質水,還可用於灌溉紅柳等耐鹽植物.。
表6. 塔里木河幹流沿線主要植物生長狀況與地下水礦化度(g/l)[3]
植物種類
生長良好
生長一般
稀疏退化
枯萎死亡
胡楊
< 3.0
3.0-6.0
5.0-10.0
> 10.0
紅柳
< 5.0
5.0-25.0
25.0-35.0
> 35.0
蘆葦
< 3.5
3.5-7.0
7.0-10.0
> 10.0
羅布麻
< 3.0
3.0-6.0
6.0-10.0
> 10.0
甘草
< 3.5
3.5-5.5
5.5-10.0
> 10.0
駱駝刺
< 2.0
2.0-6.0
6.0-8.0
> 8.0
2).林草的灌溉用水量與天然植被的耗水量
根據新疆各地資料,葉爾羌河中下游胡楊林蒸發蒸騰量如表7所示(喀什地區林業處資料)。 塔里木河流域各類植被灌溉定額如表8 (新疆水利廳塔里木河勘測報告資料)。新疆生態和地理研究所根據生態植被區最大地下水埋深用不同潛水蒸發公式估算求得的生態耗水量為146-180 m3/畝.
表7  葉河中下游胡楊林蒸發蒸騰量 (m3/畝)
胡楊林林齡
幼齡林
中齡林
成過熟林
蒸發蒸騰量
654
745
677
表8   塔河流域各類植被耗水和灌溉定額
植被狀況
灌溉定額(m3/畝)
1. 綠洲植被利用地下水(地下水埋深 1-2 m)
275.8
2.自然植被洪水淹漫灌
258.7
3.自然植被利用地下水
102.3
4.農林牧凈灌溉定額
593.4
由於自然植被是在沒有人工供水的天然狀態下生長的,其供水水是不充分的,因此其水分消耗量相對較少,其生物生產量也較低. 根據渭干河流域的實際騰發量資料, 人工林地耗水達914mm,耕地為797mm, 自然植被(喬、灌、草綜合)實際騰發量為325mm,僅為人工林地的35.5%,耕地的40.7%。荒漠植被生長粗放,對水分供給在時間和數量上的要求較低,有些荒漠植被每年只要洪水期灌溉一次即可存活;胡楊林的存在主要靠洪水漫灌,即使幾年才漫灌一次仍可存活。有些自然植被的存在主要靠河流、水庫、渠道和田間滲漏補給形成的地下水,以及農田排水滋潤。生態用水雖然有與農業及其他用水部門爭水矛盾的一面,但自然生態主要是消耗在農田灌溉過程中地表水滲漏補給形成的地下水,和無法完全控制的在地表漫溢的洪水,對水質的要求又較農田灌溉為低,故其耗水與農業用水又有其可協調的一面。因此,從維護自然生態出發,不僅要將生態耗水列入水資源總體配置之中,而且要考慮水資源利用過程中水量和水質的轉化和變化.
根據塔河專題96-912-02-01-02資料,採用多種潛水蒸發計算公式求得平均計算結果如表9所示(96-912-01-04-03西北地區生態保護研究)。新疆綠洲人工林生態耗水量如表10所示。塔里木河幹流區喬灌草植被蒸散量如表11。西北地區各種天然植被的生態需水定額見表12。
表9 新疆塔里木河流域潛水蒸發與地下水埋深關係[20]
地下水埋深(m)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
蒸發強度(mm/a)
1073.8
600.25
374.15
234.38
143.24
86.73
49.73
39.20
表10  新疆綠洲人工林生態耗水定額 (m3/畝)[20]
人工林類型
防護林
用材林
薪炭林
園林
地區
北疆
南疆
北疆
南疆
北疆
南疆
北疆
南疆
樹種
箭桿楊
新疆楊
箭桿楊
新疆楊
新疆楊
沙棗
蘋果、杏
蘋果、葡萄
灌溉定額
263
386
382
414
382
385
350
400
表11 塔里木河幹流區喬灌草植被的單位面積蒸散量(mm/a)[20]
植被類別
植被類型及生長狀況
地下水埋深(m)
地下水平均埋深(m)
潛水蒸發(mm/a)
喬木
幼林和中齡林,蓋度>0.4
1.0-3.0
2.0
374.15
近熟和成熟林,蓋度>0.2
2.0-4.5
3.0
143.24
過熟林,蓋度>0.2
3.0-6.0
4.0
49.73
衰敗和枯木林,蓋度<0.2
4.0-8.0
4.5
39.20
灌木
灌叢,蓋度>0.3
1.0-4.0
2.5
234.38
稀疏灌叢,蓋度>0.1
2.5-6.0
4.0
49.73
稀疏衰敗灌叢,蓋度<0.1
4.0-10.3
4.5
39.21
草地
沼澤草地,蓋度>0.6
=< 1.0
1.0
1073.80
草甸草地,蓋度>0.3
1.0-3.5
2.5
234.38
灌叢草地,蓋度>0.2
3.0-4.0
3.5
86.73
稀疏退化草地,蓋度<0.2
>4.0
4.5
39.21
表12  各種天然植被的生態需水定額 (m3/畝)
植被類別
植被類型
灌溉定額(m3/畝)
備註
荒漠河岸林
北疆胡楊幼林
227
南疆紅柳
200
北疆紅柳
133
低地草甸(鹽化草甸為主)
北疆芨芨草群落灌溉
160
雷特生等資料
北疆平原區天然芨芨草
98
南疆草甸
175
防風固沙林
黑河額濟納盆地
150
草甸草地
黑河額濟納綠洲灌溉草地
45 mm
當地地下水情況
林草複合群落
河岸林、灌叢與低濕草甸
212.77mm
黑河內蒙額濟納資料
河、湖低濕地的灌叢與草甸
116.10mm
鹽化灌叢與雜類草草地
39.05mm
根據「河西走廊可持續發展與水資源合理利用」資料,甘肅省張掖平原堡不同地下水埋深潛水蒸發強度如表13,民勤喬灌木蒸騰量如表14。
表13  張掖平原堡潛水蒸發強度(1986-1988)
地下水埋深m
0.25
0.5
1.0
1.5
2.0
3.0
5.0
6.8
潛水蒸發,mm
617.12
327.79
193.42
75.85
94.69
44.87
37.13
14.79
根據「九五」國家重點科技攻關項目96-912「西北地區水資源合理開發利用與生態環境保護研究」簡要報告,西北內陸乾旱區各類植被平均ET參考值如表14(報告之表6-3)。
表 14  西北內陸乾旱區各類植被平均ET參考值 (mm)
地區
林地
草地*
河湖水面
蒸發
有林地
灌木林
疏木林
高蓋度
中蓋度
低蓋度
北疆
490
540
285
470
190
115
1000
東疆
540
340
270
580
185
70
1200
南疆
520
340
280
530
188
90
1150
疏勒河
540
340
270
-
180
65
1200
黑河
510
340
280
520
185
74
1100
石羊河
440
330
285
430
188
114
900
柴達木盆地
540
340
270
580
180
60
1200
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