中国北方农牧交错带中央支轴式灌溉强度对地下水位的影响

作者：奈曼站  更新时间：2022-06-23

地下含水层是集约化农业区抵御持续干旱必不可少的有效缓冲。1950年以来，由于世界人口和灌溉面积翻倍，灌溉用水增加了两倍并提供了全球40%的粮食产量，占全球消耗性用水的90%；其中，超过43%（545 km³ yr⁻¹）的灌溉水来自地下含水层。我国北方农牧交错带水资源可利用性不断降低，由于对区域灌溉强度缺乏深入认识，难以实施有效的地下水可持续利用和保护措施，长此以往将对农民收入可持续性和区域粮食安全产生深远影响。

为了探讨区域灌溉强度对地下水位（GL）动态的影响，本文以科尔沁沙地西北部的中央支轴式灌溉（CPI）核心区（约1000 km²）为研究对象，跟踪了2000年以来CPI系统的发展过程和相应的地下水位变化（ΔGL）。CPI系统的密度不断增加导致了区域天然草地向人工草地的转变（图1）。实测水位显示深水位组ΔGL（0.63 m yr⁻¹, GL > 20 m）显著高于浅水位组（0.38 m yr⁻¹, GL < 10 m）和中水位组（0.43 m yr⁻¹, 10 m < GL < 20 m）（图2）。克里金预测的ΔGL和GL分别与CPI井密度呈显著正相关（R² = 0.447和0.429，p < 0.001）（图3）。从土地生产力和NDVI变化趋势两方面来看，CPI系统的大规模实施，显著增加了区域的种植强度和灌溉强度（图4）。为了控制灌溉成本的增加和地下水枯竭的风险，长期确保地下水持续的可利用性，有必要调整灌溉井热点位置的CPI系统密度，同时在区域开展节水措施，平衡地下水取水和补给率，以实现地下水的可持续管理。

该成果以Effect of Center-Pivot Irrigation Intensity on Groundwater Level Dynamics in the Agro-Pastoral Ecotone of Northern China 为题发表在环境领域期刊Frontiers in Environmental Science上。西北研究院生态与农业研究室奈曼沙漠化研究站助理研究员连杰为第一作者。该研究获国家自然科学基金项目（41807525）资助。

文章链接：https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.892577

图1 中央支轴式灌溉系统的核密度动态

图2研究区排泄期、补给期的地下水位变化

图3 ΔGL、GL和灌溉系统核密度等变量之间的关系

图4 天然草地与栽培草地的NDVI和地上生物量比较