太行山山前平原区地下水下降对该区土壤性质的影响

1、太行山山前平原区地下水下降对该区土壤性质的影响王 红，张爱军，张瑞芳，周大迈河北农业大学山区研究所，河北 保定 071001摘要：太行山山前平原区的地下水持续下降，对土壤成土条件产生了重大影响。通过对太行山山前平原区地下水及地下25 m内土层的土壤含水量进行研究，发现由于该区地下水下降引起饱和含水量土壤层由原来的地下1-2米，演变成现在的30-40米以下，土壤水库储水量显著降低；通过毛管水上升模拟试验，证实地下水已经不再参与土壤的形成过程，该区土壤的成土条件已经发生变化，土壤由潮土向褐土的方向发展。关键词：山前平原；地下水；土壤水；土壤性质中图分类号：S155 文献标识码：A 文章编号：167

2、2-2175（2007）05-1518-03地下水是太行山山前平原区农业赖以发展的主要水源，伴随着城市工业和人民生活对地表水资源的高度利用，地下水逐渐成为该区域农业发展除天然降水以外唯一的水源。地下水的连年超采，造成地下水位连年下降，这已成为山前平原区农业持续发展的重要障碍。调查显示，山前平原区浅层地下水位普遍比20世纪50年代下降30 m1。目前，华北平原自流水区已消失，深层地下水低于海平面的范围约为76732 km2；“华北平原环渤海复合大漏斗”覆盖了河北、北京、天津及山东的广大平原，占区域面积的52%2。地下水下降带来很多环境与社会问题。普遍认为，随着人口的增长、经济的发展和无节制地开发

3、利用水资源，地下水位大幅度下降，导致超采区地面沉降、裂缝和塌陷；海水入侵与咸水下移；机井报废加快，提水成本加大；地下水体质量下降；河道干涸断流，河口淤积退化；水域锐减，湿地萎缩，环境干化，土壤沙化，整体生态环境趋于干化等一系列生态环境问题和社会问题3-4。河北省这个人均水资源比以色列还少的地区，目前靠大量超采地下水，掩盖着极度缺水这一重要事实。“我们是用惨重的代价维持苟安，虚假的绿色使我们依然悠然自得。”由于地下水的下降，从而引起土壤水、地下土壤水库变化并对土壤成土条件产生重大影响，进而影响土壤形成过程。本文主要论述地下水下降对该区土壤性质的影响，可为该区农业生产、产业结构调整以及土壤分类的研

4、究提供重要的理论依据。1 材料及方法1.1 研究区概况研究主要在位于太行山山前平原区的清苑县进行。清苑县位于河北省中部，保定市南端。地理坐标为北纬38°3338°55，东径115°13115°45。气候属暖温带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温12.4 ，区内多年平均降水量为593 mm，最大为1261 mm，发生在1959年，最小为180.7 mm，发生在1975年，两者相差7倍，年际变化率为23%。年内降水分布不均，全年降水的83%集中在69月。境内河流系海河流域大清河水系。土壤类型以潮土为主。母质为河流冲积物，以壤质为主，有砂有粘，空间上变化很大

5、，剖面中交互成层。1.2 样品采集测定与分析方法地下水深度，采用农田机井水位观测调查。 研究区内典型样点的深层土壤水分测定，取样地点分别为清苑县城南的三个土坑，取样深度为25 m，用烘干法测定土壤含水量。1.3 毛管水上升模拟实验方法试验采用直径7.5 cm，高2 m的8根塑料管，装满山前平原实验区土壤（沙壤土），土壤水分含量为4.85%。每根塑料管装入的土壤重量相等，以保证塑料管中土壤的松紧度相对一致。实验中管底充分供水，模拟地下水的作用。土柱垂立，实验设三个重复，观测毛管水的强烈上升速率及上升高度。2 结果与分析2.1 地下水变化动态20世纪50年代，太行山山前平原区的地下水资源十分丰富，

6、地下水埋深一般只有02 m，年开采量不足10亿m3，自流井、自流泉遍布全省，如保定的一亩泉、邢台的百泉等。随着深层水的开采，地下水位平均每年以12 m的速度下降。仅2005年一年，保定地区一亩泉水位较2004年就下降4 m多。1999年底，深层地下水位平均埋深，保定、邢台为40余m，其中较深的达70余m。地下水下降过程如图1所示。12 m3040 m地表60年代地 下 水 层毛 管 悬 着 水毛管上升水20世纪末图1 地下水下降过程示意图Fig. 1 The fig. of ground water dropping杨永辉等通过对太行山山前平原区地下水进行观测，发现该区70年代中期地下水还有升

7、有降；进入70年代末期，从1978年开始，地下水除发生30年一遇大雨的1996年度和雨量偏丰的1988年外，一直在下降，1988年的回升也十分有限5。如任由目前的地下水下降形势继续发展，地下水下降的趋势将完全无法逆转，这将成为影响该地区农业可持续发展的第一大因素。2.2 地下水对土壤性质的影响 地下水变化对土壤水分含量的影响土壤水是农业和生态环境中各种作物和植被赖以生存的基础，同时也是流域水循环中最为活跃的部分，影响着农作物生长、生态环境建设以及水资源的合理分配与高效利用。然而，由于土壤水并不像地表水、地下水那样集中分布或聚集，也不能由人工直接提取、运输和做各种用途的特性使其迟迟未被作为水资源

8、认识，更没能对其资源特性做出评价6。表1 太行山山前平原区地下25 m土壤含水量Table 1 Soil moisture of 0-25 meters in the piedmont region of Taihang Mountain深度/m0.41.01.52.02.53.04.05.010152025w(土壤水分)/%16.3516.2517.8121.1816.4820.5716.2716.1317.2016.0318.0622.08质地轻壤土粘土中壤土中壤土中壤土重壤土轻壤土粘土砂土重壤土粘土重壤土在20世纪50年代，该地区的土壤水分含量，2 m以下基本处于土壤饱和含水量状态，地下

9、水可以毛管水的形式上升，并参与土壤的形成过程。为了调查地下水下降对地表以下深层土壤水分含量的影响，2005年在研究区内进行了典型样点的深层土壤水分测定。取样点分别为清苑县城南的三个土坑，取样深度为25 m，测定土壤含水量为三个取样点的平均值。通过对该区地下25 m的土壤含水量进行调查，发现2 m以下土层的土壤含水量远远没有达到饱和。土壤含水量也没有发现随着取土深度的增加而增加的趋势（表1）。与20世纪50年代相比，土壤水库的存储量已大大降低。土壤水库的强大存储和调节能力不仅可将非播种期的水分积存于作物生长旺盛期，而且也有利于水循环过程的调节。土壤水库存量的大幅度降低，严重影响了该区土壤为人类提

10、供生产和生活资料的能力，同时也对生态环境的恢复和维护十分不利。 影响成土过程为了进一步明确地下水对土壤性质的影响，进行毛管水上升情况的模拟实验研究。观测持续进行6 a，实验结果如表2（下页）所示。通过观测试验开始后毛管水的上升速率及上升高度发现，试验开始后2 h，毛管水以8 cm·h-1的速率上升；随着时间的延长，上升速度逐渐降低，到试验的第4天即试验开始后约78 h，毛管水的上升速度降到0.22 cm·h-1，第6天测定毛管水的总上升高度为110 cm。后继续观测2天，毛管水上升高度不变。由于地下水目前已降至地表以下3040 m，甚至更深，而毛管水的上升高度只有110 c

11、m，因而地下水能影响到的土层至少是地下30 m位置的土层，地下水已经不能再参与土壤的形成过程。在暖温带半湿润气候条件下，受地下水影响而形成的草甸型土壤是潮土。实验区土壤母质为河流冲积物，以壤质为主，有砂有粘，空间上变化很大，剖面中交互成层。20世纪50年代以前，山前平原汇集地下水，地下水丰富，有自流水（泉），地下水埋深1 m左右，受地下毛管水影响而形成的弱腐殖化半水成土，土体有铁锈斑纹，并经人为耕种熟化形成潮土。由于地下水位的不断下降，地下水不能够再参与土壤的形成过程。土壤的形成条件逐渐向褐土的成土条件靠拢，该区的土壤类型也由潮土向褐土的方向转变。3 结论太行山山前平原区地下水下降十分迅速，如

12、任其发展其趋势将无法逆转，这将成为影响该地区农业可持续发展的第一大因素。与20世纪50年代相比，土壤水库的存储量已大大降低，这严重影响了农业生产，同时也对生态环境的恢复和维护十分不利。加强地下水资源管理，节约用水，调整农业种植结构，发展节水型农业已经势在必行。地下水已经不再参与土壤的形成过程，该区土壤的成土条件已经发生变化，土壤正由潮土向褐土的方向发展。土壤性质的变化对该区作物种植方式、种植结构等农业生产实际问题将产生一系列的重大影响，同时为土壤分类学提供了新鲜素材。参考文献：1 刘昌明. 发挥南水北调的生态效益修复华北平原地下水J. 南水北调与水利科技, 2003, 24(1): 17-19

13、.LIU Changming.Exploring an Ecological Benefit of South-to-North Water Transfers for Rehabilitating Groundwater Systems in The North China Plain J.South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology, 2003, 24(1):17-19.表2 山前平原土壤毛管水上升情况Table 2 Character of soil capillary water rising in

14、the piedmont region实验开始后时间/h运移速率/(cm·h-1)上升高度/cm0002.00821.07.253.1940.7523.251.9474.7925.831.1278.729.920.8972.3545.830.6393.454.580.5198.7569.420.48104.9577.580.22109.7514401102 刘昌明, 何希吾. 中国 21 世纪水问题方略M. 北京: 科学出版社, 1996.LIU Changming, HE Xiwu. China's strategy of the 21st century water is

15、sues M. Beijing: Science Press, 1996.3 朱大奎.环境地质学M.北京: 高等教育出版社,2000. ZHU Dakui. Environmental geology M. Beijing: Higher Education Press, 2000.4 范宝俊.中国自然灾害与灾害管理M.哈尔滨: 黑龙江教育出版社,1998.FAN Baojun. China's natural disasters and disaster management M.Haerbin: Heilongjiang Education Press, 1998.5 杨永辉, 郝

16、小华. 太行山山前平原区地下水下降与降水、作物的关系J. 生态学杂志 , 2001, 20(6): 4-7.YANG Yonghui, HAO Xiaohua. The Relationship between Precipitation, Crop Growth and Groundwater Dropping in the Piedmont Region of Taihang MountainJ.Chinese Journal of ecology, 2001,20(6):4-7.6 程伍群, 郄志宏. 河北省农用水资源可持续利用若干问题的探讨J. 农业工程学报, 2001, 17(6):

17、 34-38.CHENG Wuqun, QIE Zhihong. Research on Several Problems about Sustainable Utilization of Agricultural Water Resources in Hebei ProvinceJ. Transactions of The Chinese Society of Agricultural Engineering, 2001, 17(6): 34-38.Influence of groundwater dropping on soil propertiesin the piedmont regi

18、on of Taihang MountainWANG Hong, ZHANG Aijun, ZHANG Ruifang, ZHOU DamaiMountainous Areas Research Institute Agriculture University of Hebei, Baoding 071001, ChinaAbstract: The continuing dropping of groundwater in the piedmont region of Taihang Mountain has influenced the soil-forming conditions. The groundwater and soil moisture of 025 m soil layers have been studied .The results showed that the groundwater dropping made the layer lowered from 12 m to 3040 m which had saturated water and the soil water res