黄土塬区土地利用变化对地下水补给及水质的影响

摘要

黄土高原土地利用变化（LUC）剧烈，使地表覆盖状况始终处于动态更迭；与此对应，深厚黄土储备的“土壤水库”和“地下水库”出现干燥化和枯竭的问题。大量研究分析了LUC与土壤干燥化的关系，但LUC对地下水枯竭和水质的影响研究很少，不能满足生态建设和地下水资源管理的决策需要。为此，本研究选取黄土高原洛川塬、长武塬和白草塬三个典型塬区为研究区域，分别从定性和定量的角度探讨 LUC 对深层土壤水分运移的影响；基于氯质量平衡法(CMB)，量化土地利用变化下的地下水补给量；测定土壤中NO3-N浓度，分析LUC与NO3-N累积迁移的关系，评估塬区水体被NO3-污染的风险。主要研究结果如下： 1. 土壤含水量和土壤水分垂直分布对LUC有显著的响应。本研究中导致三个塬区土壤水分差异的主要原因是气候类型、土壤性质和植被分布状况的共同作用，整体而言，三个塬区的土壤水分分布状况与降雨量呈显著相关，与降雨量相对丰富的长武塬和洛川塬相比，白草塬的干燥化现象更为严重，多数样地达到强烈的干燥化程度，土壤干层厚度也更大；土壤黏粒含量高的地区具有更好的保水性能和优越的水分条件。而在同一地区，植被覆盖状况是导致土壤水分分布差异的主要原因，洛川塬和长武塬农地转果园后土壤水分明显减少(深层土壤水分减少量达27-47%)，并且随着果龄的增加土壤水分亏缺加重，并且出现不同程度干燥化现象。 2. 不同土地利用方式下补给量和入渗速率不同，且三个塬区的地下水补给量存在明显差异。洛川塬区和长武塬区荒地/农地转变成果园后，补给量显著减少，且补给量与果龄之间呈显著的负相关关系。白草塬气候干旱，土壤持续性干燥化阻断了降雨-土壤水-地下水系统的循环路径，补给量远小于其他两个塬区。基于活塞流补给的假定计算降水到达地下水的时间，洛川塬、长武塬和白草塬分别需要167-834年、106-568年和298-3345年，可见近几十年LUC对土壤水分的影响还不能达到地下水，但百年后将严重威胁地下水资源的可持续性。 3. LUC导致土壤氮素的累积与淋溶特征发生变化，进而影响地下水水质。洛川塬和长武塬果园 NO3?N 含量普遍大于荒地/农地，有明显的峰值出现，峰值的宽度和深度、NO3?N累积量随果龄增大而增大。白草塬农地以外的土地利用方式下NO3-N浓度较低，没有明显峰值。LUC导致NO3-进入地下水的速度和数量有所差异。洛川塬地下水NO3-输入量为撂荒地和低龄果园高于高龄果园，长武塬农地进入地下水的 NO3-总量略高于20年果园，白草塬LUC对地下水NO3-输入量影响不大。综合评估补给量和溶质浓度对地下水质的影响，发现补给量是影响干旱半干旱区地下水水质的首要因素。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的与内容

第二章 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 样品采集与分析方法

第三章 不同土地利用方式下土壤水分特征

3.1 土壤水分总体分布特征

3.2 土地利用变化对土壤水分的影响

3.3 不同土地利用方式下土壤干燥化特征

3.4 土壤水分影响因素探究

3.5 本章小结

第四章 黄土塬区地下水补给特征

4.1 各利用方式下Cl-浓度随深度变化特征

4.2 利用氯质量平衡法估测不同利用方式的深层渗漏量

4.3 本章小结

第五章 土地利用变化对地下水水质的影响

5.1 土地利用变化对土壤硝态氮累积与淋溶的影响

5.2 地下水硝酸根输入量的估算

5.3 影响地下水水质的主要因素

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 存在的问题与展望

参考文献

致谢

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