鹽漬化灌區(qū)水鹽田間尺度時(shí)空分布及關(guān)聯(lián)分析

馬金慧，楊樹青，史海濱，丁雪華，韓文光，杜麗云

(1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2 河套灌區(qū)永濟(jì)灌域管理局，內(nèi)蒙古 臨河 015000；3 鄂爾多斯市東勝區(qū)水政水資源局，內(nèi)蒙古 東勝 017000)

鹽漬化灌區(qū)水鹽田間尺度時(shí)空分布及關(guān)聯(lián)分析

馬金慧1，楊樹青1，史海濱1，丁雪華1，韓文光2，杜麗云3

(1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2 河套灌區(qū)永濟(jì)灌域管理局，內(nèi)蒙古 臨河 015000；3 鄂爾多斯市東勝區(qū)水政水資源局，內(nèi)蒙古 東勝 017000)

【目的】 分析干旱鹽漬化灌區(qū)非飽和-飽和帶水鹽的時(shí)空分布特征及其內(nèi)部關(guān)聯(lián)度，為內(nèi)蒙古河套灌區(qū)鹽漬化防治提供理論依據(jù)?！痉椒ā?運(yùn)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析了內(nèi)蒙古河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)作物播種前、生育期、收割后土壤水鹽的時(shí)空變異特征，并利用灰色關(guān)聯(lián)分析對不同地下水埋深條件下的土壤含水量、土壤含鹽量、地下水埋深和地下水礦化度進(jìn)行了交叉綜合排序。【結(jié)果】 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)在播種前、生育期、收割后的土壤含水量和地下水埋深均呈中度偏弱變異性，而表層(0～40 cm)土壤含鹽量和地下水礦化度均呈中度偏強(qiáng)變異性。表層土壤含水量、含鹽量均表現(xiàn)出北高南低的空間分布趨勢，地下水埋深呈北淺南深趨勢，地下水礦化度分布為西北高東南低。對不同地下水埋深條件下的水鹽因子進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)叵滤裆钅昃禐?.5 m時(shí)，對地下水埋深關(guān)聯(lián)度最大的因子為土壤含水量(關(guān)聯(lián)度為0.726 1)，土壤含水量、土壤含鹽量和地下水礦化度均以地下水埋深為最大關(guān)聯(lián)因子(關(guān)聯(lián)度依次為0.724 0，0.683 2，0.643 2)；在地下水埋深年均值為2.0 m條件下，各因素間灰色關(guān)聯(lián)度達(dá)到相對平衡狀態(tài)；當(dāng)?shù)叵滤裆钅昃禐?.5 m時(shí)，土壤含鹽量與土壤含水量、地下水埋深與地下水礦化度互為關(guān)聯(lián)度最大的因子?！窘Y(jié)論】 建議采取合理措施降低研究區(qū)北部地下水埋深，防止區(qū)域土壤鹽漬化加劇。

水鹽分布；鹽漬化灌區(qū)；灰色關(guān)聯(lián)分析；克里格插值；河套灌區(qū)

非飽和-飽和帶的水與鹽是干旱區(qū)農(nóng)田生態(tài)安全的兩大重要生態(tài)因子，探求田間尺度下非飽和帶水鹽(0～120 cm土層的含水量、含鹽量)與飽和帶水、鹽(地下水埋深、礦化度)的空間分布規(guī)律，研究影響土壤鹽漬化的各因子相互關(guān)聯(lián)度，可為區(qū)域種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度和鹽漬化防治措施的合理制定提供理論依據(jù)。目前，針對土壤水鹽空間變異性的研究較多[1-8]，相關(guān)研究多集中在土壤水鹽空間分布方面，對區(qū)域內(nèi)土壤水鹽和地下水、鹽時(shí)空變異的研究較少。灰色系統(tǒng)理論[9]作為新興學(xué)科，已在農(nóng)業(yè)[10]、水文[11]、水利[12]等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但對土壤與地下水鹽的灰色關(guān)聯(lián)研究[13]目前還較少涉及。

本研究針對作物生育期及前后時(shí)間段土壤水鹽的復(fù)雜動(dòng)態(tài)變化，在前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對內(nèi)蒙古河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)的土壤水鹽(非飽和帶)、地下水埋深與礦化度(飽和帶)在不同階段的空間分布進(jìn)行研究，利用灰色系統(tǒng)理論分析了不同地下水埋深條件下土壤水鹽因子的灰色關(guān)聯(lián)度，并對各因子進(jìn)行綜合排序，以期為河套灌區(qū)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和土壤鹽堿化防治提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

隆勝試驗(yàn)示范區(qū)位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)中部永濟(jì)灌域(臨河市隆勝鄉(xiāng))，地處北緯40°49′～40°54′，東經(jīng)107°27′～107°32′。研究區(qū)南北長約10.5 km，東西寬約3.8 km，總控制面積約2 800 hm2(圖1)。研究區(qū)屬于溫帶大陸性干旱、半干旱氣候帶，年平均氣溫6.9 ℃，多年平均降水量165 mm，年平均蒸發(fā)量為2 237 mm，多年平均地下水埋深為1.77 m，年平均地下水礦化度為1.74 g/L。如圖1所示，在隆勝試驗(yàn)示范區(qū)內(nèi)共布設(shè)17個(gè)觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)平面控制采用手持式GPS定位，高程控制采用水準(zhǔn)儀測定，觀測點(diǎn)基本均勻覆蓋整個(gè)試驗(yàn)區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)內(nèi)種植的主要作物為玉米，每年4月下旬播種，9月下旬收割。本研究采用2013年的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將分析時(shí)段分為播種前、生育期和收割后3個(gè)時(shí)間段，其時(shí)間段劃分分別為03-20-04-20、04-21-09-20和09-21-11-20。

1)采樣方案。取土深度為0～120 cm，平均分為6層。自第1次灌水開始前(04-20左右)，土壤剖面每10 d觀測1次(凍融期間停測)，灌水前和灌水后以及雨后加測1次。測定項(xiàng)目包括土壤含水量、含鹽量、地下水埋深和地下水礦化度。地下水埋深每5 d觀測1次(冬季改為每10 d觀測1次)，地下水礦化度每10 d觀測1次，雨后和灌水后均加測1次。

2)測定方法。土壤含水量采用烘干法測定，土壤含鹽量采用烘干稱質(zhì)量法測定，地下水埋深采用繩測法人工測定，地下水礦化度采用質(zhì)量法測定。

圖1 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)的相對位置示意圖Fig.1 Relative position of Longsheng test in Hetao Irrigation District

1.3 分析方法

灰色關(guān)聯(lián)分析是基于行為因子序列的微觀或宏觀幾何接近，以分析和確定因子間的影響程度或因子對主行為的貢獻(xiàn)測度而進(jìn)行的一種方法[9]。針對土壤中各因素周期性變化的灰色關(guān)聯(lián)分析以“小樣本”、“貧信息”的特點(diǎn)而優(yōu)于其他分析方法?；疑P(guān)聯(lián)分析的基本原理是根據(jù)各比較數(shù)列集構(gòu)成的曲線族與參考數(shù)列構(gòu)成的曲線之間的幾何相似程度，來確定比較數(shù)列集與參考數(shù)列構(gòu)成曲線的幾何相似程度，其形狀越相似，則其關(guān)聯(lián)程度越大。

設(shè)參考數(shù)列為Y0(k)，比較數(shù)列為Yi(k)，i=1，2，3，…，m，序列長度為N，采用灰色關(guān)聯(lián)分析研究Yi(k)與Y0(k)的密切程度，即求Yi(k)與Y0(k)序列的相關(guān)度。為保證灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果的正確性，首先對原數(shù)據(jù)變換進(jìn)行無量綱化處理。本研究采用標(biāo)準(zhǔn)化變換，即先分別求出各個(gè)序列的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，再將各個(gè)原始數(shù)據(jù)減去平均值后再除以標(biāo)準(zhǔn)差，得到的新數(shù)據(jù)序列xi(k)與x0(k)即為標(biāo)準(zhǔn)化序列，量綱為1，其均值為0，方差為1。經(jīng)數(shù)據(jù)變換后，計(jì)算各點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)的定義為：

(1)

式中：ξi(k)為第k時(shí)刻比較曲線xi對參考曲線x0的相對差值，這種形式的相對差值稱為k時(shí)刻xi對x0的關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ為分辨系數(shù)，其意義為削弱最大絕對差數(shù)值太大引起的失真，提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性，ρ越小，分辨力越大，ρ一般的取值區(qū)間為(0，1)，本研究中分辨系數(shù)ρ取0.5。

通過2個(gè)比較序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度r0i的計(jì)算公式為：

(2)

若將r[x0(k)，xi(k)]用關(guān)聯(lián)系數(shù)ζi(k)代替，用ri代替r0i，則有：

(3)

1.4 統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)

1.4.1 變異系數(shù) 樣本的標(biāo)準(zhǔn)差對平均值的百分?jǐn)?shù)為樣本的變異系數(shù)(CV)，CV<0.1為弱變異性， 0.1≤CV<1為中等變異性，CV≥1為強(qiáng)變異性。

1.4.2 偏度系數(shù) 偏度系數(shù)(Skewness)衡量實(shí)數(shù)隨機(jī)變量概率分布的不對稱性，是無量綱的量。若數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布則偏度系數(shù)為0，其絕對值越大，表明偏斜程度越大。

1.4.3 峰度系數(shù) 峰度系數(shù)(Kurtosis)表征概率密度分布曲線在平均值處峰值高低的特征數(shù)，是無量綱的量。數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布時(shí)，峰度系數(shù)值為0；當(dāng)數(shù)據(jù)大多集中于平均值附近時(shí)，形成高窄尖峭峰，總體峰度系數(shù)大于0；當(dāng)數(shù)據(jù)較為分散，形成平坦寬闊峰時(shí)，總體峰度系數(shù)小于0。

2 結(jié)果與分析

2.1 水鹽信息的統(tǒng)計(jì)特征

按經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[14]分析，得到內(nèi)蒙古河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)土壤的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)參數(shù)見表1～4。由表1可知，研究區(qū)土壤含水量實(shí)測值變異系數(shù)均為0.2～0.3，呈中度偏弱變異性，0～40與40～120 cm土層含水量的變異系數(shù)差異不大；偏度系數(shù)、峰度系數(shù)均接近于0，數(shù)據(jù)基本滿足正態(tài)分布。

表2顯示，研究區(qū)0～40 cm土層土壤含鹽量的變異系數(shù)明顯高于40～120 cm土層，0～40 cm土層含鹽量的變異系數(shù)為0.6～0.9，呈中度偏強(qiáng)變異性；0～40 cm土層的偏度系數(shù)和峰度系數(shù)較大程度偏離了0，經(jīng)對數(shù)變換后，接近正態(tài)分布。

表1 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)土壤含水量觀測值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 Table 1 Statistics and analysis of soil moisture observations of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation District

表2 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)土壤含鹽量觀測值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 Table 2 Statistics and analysis of soil salinity observations of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation District

表3 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)地下水埋深觀測值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Statistics and analysis of groundwater depth observations of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation District

表4 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)地下水礦化度觀測值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 4 Statistics and analysis of groundwater salinity observations of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation District

表3和表4表明，研究區(qū)地下水埋深在播種前和生育期呈中度偏弱變異性，而在收割后變異性增大，從偏度系數(shù)、峰度系數(shù)來看，數(shù)據(jù)基本滿足正態(tài)分布；地下水礦化度在生育期及其前后均呈中度偏強(qiáng)變異性，從偏度系數(shù)、峰度系數(shù)來看，數(shù)據(jù)基本滿足正態(tài)分布。

總體來看，非飽和帶與飽和帶中鹽分的空間變異程度均大于水分，非飽和帶-飽和帶水鹽的變異程度由高到底的順序依次為土壤含鹽量>地下水礦化度>地下水埋深>土壤含水量。

2.2 水鹽信息的時(shí)空變異

基于2.1節(jié)的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析，可知河套灌區(qū)表層(0～40 cm)土壤水鹽觀測值的空間變異性較大，能更好地反映灌區(qū)土壤鹽分空間分布差異，故在水鹽信息的時(shí)空變異分析中采用0～40 cm土層的觀測數(shù)據(jù)。利用普通克里格法[15-16]，分別對研究區(qū)表層土壤的含水量、含鹽量及地下水埋深、礦化度進(jìn)行空間插值，得到內(nèi)蒙古河套灌區(qū)0～40 cm土層土壤含水量、含鹽量及地下水埋深、礦化度插值后的空間分布如圖2～5所示。

圖2 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)0～40 cm土層土壤含水量的空間分布 a．播種前；b.生育期；c.收割后Fig.2 Spatial distribution of soil moisture content among 0-40 cm soil layer of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation District a.Before sow；b.Growth period;c.Harvest

圖4 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)地下水埋深的空間分布
a．播種前;b.生育期;c.收割后
Fig.4 Spatial distribution of groundwater depth of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation District
a．Before sow;b.Growth period;c.Harvest

圖5 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)地下水礦化度的空間分布a．播種前;b.生育期;c.收割后Fig.5 Spatial distribution of salinity of the groundwater of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation Districta．Before sow;b.Growth period;c.Harvest

圖2表明，播種前研究區(qū)中部表層土壤含水量(160～200 g/kg)明顯低于北部(190～220 g/kg)與南部(180～200 g/kg)；生育期北部表層土壤含水量(180～220 g/kg)依舊高于中南部(120～200 g/kg)；收割后中南部表層土壤含水量(210～250 g/kg)較低?？傮w來看，播種前、生育期、收割后表層土壤含水量由北至南呈降低趨勢，研究區(qū)中部8#觀測點(diǎn)表層土壤含水量呈現(xiàn)漏斗形狀，其南部、北部地帶土壤含水量均較高。由于播種前降雨稀少且無灌溉，生育期有灌溉和耗水，水分波動(dòng)變化較大，在收割后按河套灌區(qū)灌水習(xí)慣有1次秋季灌溉，所以從時(shí)間上來看，研究區(qū)表層土壤含水量表現(xiàn)為收割后>生育期>播種前(表1、圖2)。

圖3顯示，播種前研究區(qū)北部表層土壤含鹽量(6～13 g/kg)明顯高于中南部(1～5 g/kg)；生育期表層土壤含鹽量整體降低，但依舊呈北高(4～6.6 g/kg)南低(1～4 g/kg)趨勢；收割后表層土壤含鹽量的空間分布除南部差異變小外，此時(shí)北部表層土壤含鹽量與生育期基本相同。研究區(qū)表層土壤含鹽量分布呈現(xiàn)較明顯的北高南低趨勢，研究區(qū)中部表層土壤含鹽量略低于南北兩側(cè)，北部表層土壤EC值為3～14 g/kg，南部表層土壤EC值為1～5 g/kg。在播種前由于土壤返鹽作用土壤鹽分值較高，作物生育期雖有幾次灌水，但是由于作物根系吸水，土壤中鹽分隨水分又返回地表，此時(shí)期土壤鹽分變化復(fù)雜，收割后進(jìn)行秋灌的主要目的是灌水洗鹽，此時(shí)期表層土壤的含鹽量開始下降，故研究區(qū)不同時(shí)期表層土壤的含鹽量由高到低依次為播種前>生育期>收割后(表2、圖3)。

圖4表明，地下水埋深在播種前呈現(xiàn)出北淺南深的空間分布趨勢，南北地下水埋深之差最大為 0.7 m；作物生育期地下水埋深空間分布趨勢與播種前大致相同，并在南部出現(xiàn)“地下漏斗”，最深處地下水埋深達(dá)2.6 m；在收割后研究區(qū)北部地下水埋深升高至0.2 m，南區(qū)“地下漏斗”處地下水埋深升高至1.3 m。在空間上，地下水埋深由北至南呈由淺及深的空間格局；在時(shí)間上，則播種前-生育期-收割后地下水埋深呈下降趨勢。地下水埋深呈北淺南深趨勢，這可能是由于研究區(qū)地勢為北低南高走向；另外，在研究區(qū)南部出現(xiàn)“地下漏斗”處為井灌區(qū)，此區(qū)域由于多年抽取地下水致地下水埋深逐年下降，這可能也是研究區(qū)南部地下水埋深低的另一關(guān)鍵因素。

從圖5可以看出，研究區(qū)地下水礦化度的空間分布在3個(gè)時(shí)期由西北向東南均呈“退潮”狀，從時(shí)間上來看研究區(qū)整體地下水礦化度表現(xiàn)為播種前>生育期>收割后。研究區(qū)地下水礦化度屬弱咸水范圍。研究區(qū)邊界條件為北側(cè)、西側(cè)和東側(cè)三面環(huán)溝(排水溝)，南側(cè)偏東邊界靠渠，由于特殊的邊界條件和地勢條件，導(dǎo)致研究區(qū)地下水礦化度西北高東南低。

綜上可知，研究區(qū)北部地下水埋深淺，地下水礦化度程度高，地表鹽漬化較嚴(yán)重，土壤含水量大；研究區(qū)南部地下水埋深較深，地下水礦化度程度高，但地表無鹽漬化，土壤含水量相對適宜。說明在地下水礦化度相同的情況下，地下水埋深是影響土壤鹽漬化的關(guān)鍵因素。

2.3 水鹽動(dòng)態(tài)的灰色關(guān)聯(lián)分析

基于研究區(qū)水鹽時(shí)空變異的分析結(jié)論，取研究區(qū)內(nèi)地下水埋深年均值分別為1.5，2.0，2.5 m的3個(gè)觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。利用公式(1)～(3)依次將土壤含水量、土壤含鹽量、地下水埋深和地下水礦化度數(shù)據(jù)作為母序列，其余為子序列，計(jì)算關(guān)聯(lián)度并對因子進(jìn)行排序，結(jié)果如表5所示。

表5 河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)不同地下水埋深年均值下各土壤因素間的關(guān)聯(lián)度Table 5 Correlation among soil factor with annual average of different groundwater depths of Longsheng demonstration area in Hetao Irrigation District

表5表明，在地下水埋深年均值為1.5 m時(shí)各因子對地下水埋深的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋簉土壤含水量>r地下水礦化度>r土壤含鹽量，對地下水礦化度的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋簉地下水埋深>r土壤含鹽量>r土壤含水量，對土壤含水量的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋簉地下水埋深>r土壤含鹽量>r地下水礦化度，對土壤含鹽量的關(guān)聯(lián)序?yàn)椋簉地下水埋深>r土壤含水量>r地下水礦化度。

由表5還可知，在地下水埋深年均值為2.0 m條件下，對地下水埋深關(guān)聯(lián)度最大的因子為土壤含鹽量，對地下水礦化度關(guān)聯(lián)度最大的因子為地下水埋深，對土壤含水量關(guān)聯(lián)度最大的因子為土壤含鹽量，對土壤含鹽量關(guān)聯(lián)度最大的因子為土壤含水量。當(dāng)?shù)叵滤裆钅昃禐?.5 m時(shí)，地下水埋深與地下水礦化度、土壤含鹽量與土壤含水量互為關(guān)聯(lián)度最大的因子。

由上述分析可知，地下水埋深條件不同則土壤中水鹽各因子的關(guān)聯(lián)度也不同，在淺地下水埋深條件下(年均值為1.5 m)，非飽和帶土壤水鹽與飽和帶土壤水鹽關(guān)聯(lián)度交互密切，地下水礦化度與土壤含鹽量存在顯著的交互作用，說明當(dāng)年內(nèi)地下水埋深均值為1.5 m時(shí)，土壤含鹽量的主要影響因子為地下水礦化度。在地下水埋深年均值為2.5 m條件下，土壤非飽和帶和飽和帶中的水與鹽之間互為主關(guān)聯(lián)因子，說明在深地下水埋深條件下土壤水鹽與地下水鹽關(guān)聯(lián)較小，土壤中鹽分與地下水中可溶性鹽基本上不進(jìn)行交互作用。在地下水埋深年均值為2.0 m條件下，土壤含水量、土壤含鹽量、地下水埋深和地下水礦化度之間基本形成“循環(huán)型”關(guān)聯(lián)關(guān)系，各因素之間相互制約。

3 結(jié)論與討論

1)內(nèi)蒙古河套灌區(qū)隆勝試驗(yàn)示范區(qū)80%區(qū)域面積的地下水屬弱咸水，礦化度程度相對較高，地下水埋深呈北淺南深趨勢，研究區(qū)北部地表鹽漬化較嚴(yán)重，南部基本上無鹽漬化現(xiàn)象，說明相同礦化度條件下，較淺的地下水埋深是導(dǎo)致土壤鹽漬化的直接原因。

2)由不同埋深條件下水鹽關(guān)聯(lián)度的分析得知，當(dāng)?shù)叵滤裆顥l件為2.0 m時(shí)，研究區(qū)土壤含水量、土壤含鹽量、地下水埋深和地下水礦化度的灰色關(guān)聯(lián)度達(dá)到相對平衡狀態(tài)。

3)綜合以上研究結(jié)果，建議將研究區(qū)北部邊界排水溝加深1.0 m，以利于排水排鹽，使研究區(qū)北部地下水埋深降至2.0 m左右，以利于土壤中的鹽分側(cè)向排出。研究區(qū)南北部地下水埋深及土壤條件不同，建議研究區(qū)根據(jù)作物對土壤水分與鹽分的需求及地下水埋深條件，定量確定南北區(qū)各自的灌水決策，使水資源得到合理利用的同時(shí)又能防止土壤發(fā)生次生鹽堿化。

[1] Sylla M,Stein A,Van Breemen N.Spatial variability of soil salinity at different scales in the mangrove rice agro-ecosystem in West Africa [J].Agriculture,Ecologyments and Environment,1995,54(1):1-15.

[2] Cetin M,Kirda C.Spatial and temporal changes of soil salinity in a cotton field irrigated with low-quality water [J].Journal of Hydrology,2003,272(1/2/3/4):238-249.

[3] 張克新,劉普幸,霍華麗,等.敦煌綠洲天然胡楊林下土壤水鹽空間變化特征研究 [J].土壤通報(bào),2012,43(3):563-570.

Zhang K X,Liu P X,Huo H L,et al.The spatial variations of soil water and saline content under populus euphratica in dunhuang oasis [J].Chinese Journal of Soil Science,2012,43(3):563-570.(in Chinese)

[4] 姚榮江,楊勁松,劉廣明.黃河三角洲地區(qū)典型地塊地下水特征的空間變異性研究 [J].土壤通報(bào),2006,37(6):1071-1075.

Yao R J,Yang J S,Liu G M.Spatial variability of groundwater properties in some typical areas of the Yellow River Delta [J].Chinese Journal of Soil Science,2006,37(6):1071-1075.(in Chinese)

[5] 姚榮江,楊勁松,韓建均.海涂圍墾區(qū)土壤鹽分空間變異模擬的比較研究 [J].土壤學(xué)報(bào),2012,49(2):275-281.

Yao R J,Yang J S,Han J J.Comparative study of simulations of spatial variability of soil salinity in coastal polders [J].Acta Pedologica Sinica，2012,49(2):275-281.(in Chinese)

[6] 阮本清,許鳳冉,蔣任飛.基于球狀模型參數(shù)的地下水水位空間變異特性及其演化規(guī)律分析 [J].水利學(xué)報(bào),2008,39(5):573-578.

Ruan B Q,Xu F R,Jiang R F.Analysis on spatial and temporal variability of groundwater level based on spherical sampling model [J].Journal of Hydraulic Engineering,2008,39(5):573-578.(in Chinese)

[7] 王玉剛,肖篤寧,李 彥.流域尺度綠洲土壤鹽分的空間異質(zhì)性 [J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(12):5262-5270.

Wang Y G,Xiao D N,Li Y.Spatial heterogeneity of soil salinity in oasis at catchment scale [J].Acta Ecologica Sinica,2007,27(12):5262-5270.(in Chinese)

[8] 杜 軍,楊培嶺,李云開,等.河套灌區(qū)年內(nèi)地下水埋深與礦化度的時(shí)空變化 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(7):26-31.

Du J,Yang P L,Li Y K,et al.Analysis of spatial and temporal variations of groundwater level and its salinity in Hetao Irrigation District [J].Transactions of the CSAE,2010,26(7):26-31.(in Chinese)

[9] 袁嘉祖.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用 [M].北京:科學(xué)出版社，1991．

Yuan J Z.Grey system theory and application [M].Beijing:Science Press,1991.(in Chinese)

[10] 于國強(qiáng),李占斌,張 霞,等.洛惠渠灌區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)模擬研究 [J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,37(12):223-228.

Yu G Q,Li Z B,Zhang X,et al.Simulation study on groundwater level dynamic in Luohuiqu Irrigation District [J].Journal of Northwest A&F University:Nat Sci Ed,2009,37(12):223-228.(in Chinese)

[11] 張 倩,沈 利,蔡煥杰,等.基于灰色理論和回歸分析的需水量組合預(yù)測研究 [J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2010,38(8):223-227.

Zhang Q,Shen L,Cai H J,et al.Combination forecast research on water demand based on the grey theory and regression analysis [J].Journal of Northwest A&F University：Nat Sci Ed，2010,38(8):223-227.(in Chinese)

[12] 景亞平,張 鑫,羅 艷.基于灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與馬爾科夫鏈的城市需水量組合預(yù)測 [J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011,39(7):229-234.

Jing Y P,Zhang X,Luo Y.Forecasting of urban water demand based on combining Grey and BP neural network with Markov chain model [J].Journal of Northwest A&F University：Nat Sci Ed，2011,39(7):229-234.(in Chinese)

[13] 于國強(qiáng),李占斌,張 霞,等.土壤水鹽動(dòng)態(tài)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及灰色關(guān)聯(lián)分析 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(11):74-79.

Yu G Q,Li Z B,Zhang X,et al.Dynamic simulation of soil water-salt using BP neural network model and grey correlation analysis [J].Transactions of the CSAE,2009,25(11):74-79.(in Chinese)

[14] 唐啟義,馮明光．實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) [M].北京:科學(xué)出版社,2002.

Tang Q Y,Feng M G.Practical statistical analysis and DPS data processing system [M].Beijing:Science Press,2002.(in Chinese)

[15] 侯景儒,黃競先.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論與方法 [M].北京:地質(zhì)出版社,1989.

Hou J R,Huang J X.The theory and method of geostatistics [M].Beijing:Geology Press,1989.(in Chinese)

[16] 張仁鐸.空間變異理論及應(yīng)用 [M].北京:科學(xué)出版社,2005.

Zhang R D.Theory and application of spatial variation [M].Beijing:Science Press,2005.(in Chinese)

Field scale spatiotemporal distribution and correlation analysis of water-salt in salinization irrigation district

MA Jin-hui1,YANG Shu-qing1,SHI Hai-bin1,DING Xue-hua1,HAN Wen-guang2,DU Li-yun3

(1WaterConservancyandCivilEngineeringCollege,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010018,China;2YongjiAdministrationBureauExperimentStation,Linhe,InnerMongolia015000,China;3ErdosCityDongshengDistrictofWaterAdministrationandWaterResourcesBureau,Dongsheng,InnerMongolia017000,China)

【Objective】 Spatial and temporal distribution characteristic and inner correlation of water-salt in unsaturated-saturated zone at regional scale in drought and salinization irrigation area were analyzed to provide theoretical basis for salinization prevention and control in Inner Mongolia Hetao Irrigation District.【Method】 The spatial and temporal distribution characteristics of water and salt were analyzed at the stages of before sowing,plating season and after harvest in Longsheng experimental demonstration zone in Inner Mongolia Hetao Irrigation District using classical statistics and geostatistics.Besides,grey relational degree method was used to conduct cross comprehensive sorting on soil moisture content,soil salinity,groundwater table,and groundwater salinity at different depths.【Result】 In Longsheng test demonstration region in Hetao Irrigation District of Inner Mongolia,soil water content and groundwater depth before seeding,at planting date and after harvest had moderate to weak variability.The surface soil (0-40 cm) salt content and groundwater salinity showed strong to moderate variability.Surface soil moisture and salt content showed high variability in north and low in south,and groundwater depth distribution was characterized by low in north and high in south,while the groundwater salinity distribution was characterized by low in southeast and high in northwest.The relational grade analysis between water and salt under different depths of groundwater showed that the highest correlation factor for the depth of groundwater was soil moisture (correlation of 0.726 1) when the groundwater depth average was about 1.5 m.Groundwater depth was also the maximum correlation factor for soil moisture,salt content and groundwater salinity in groundwater with correlation coefficients of 0.724 0,0.683 2,and 0.643 2,respectively.When the groundwater depth average was 2.0 m,the grey relational degree between every factor reached relative balanced state.When the groundwater depth was 2.5 m,soil water content and salt content had the biggest correlation factor as well as between groundwater depth and mineralization of groundwater.【Conclusion】 Taking reasonable measures to lower the groundwater level in northern was suggested to prevent the enhancement of regional soil salinization.

distribution of the water and salt;salinization irrigation district;grey relational analysis;Kriging interpolation;Hetao Irrigation District

2014-01-27

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“內(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)田水土環(huán)境安全因子限制下引黃水量閾值與環(huán)境預(yù)報(bào)研究”(51469021)；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目“河套灌區(qū)影響農(nóng)田生態(tài)安全的環(huán)境因子試驗(yàn)研究”(2014MS0335)；內(nèi)蒙古水利科技項(xiàng)目“河套灌區(qū)影響作物生長的限制因子篩選研究”(NSK201407)

馬金慧(1984-)，女(滿族)，內(nèi)蒙古通遼人，博士，主要從事水土環(huán)境模擬與預(yù)測研究。E-mail：nmmajinhui@yeah.net

楊樹青(1966-)，女，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源利用與水土環(huán)境調(diào)控研究。 E-mail:nmndysq@126.com

時(shí)間:2015-06-30 13:47

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.08.013

S181

A

1671-9387(2015)08-0165-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150630.1347.013.html