Грунтовые воды на какой глубине: Карта глубин грунтовых вод

Глубина Вашей скважины — «Гидрогеолог»

Как узнать примерную глубину скважины для водоснабжения на вашем участке, чтобы оценить затраты на бурение:

1) Определитесь с тем, какую задачу будет решать скважина и какой объем воды требуется. Для технического водоснабжения и полива можно использовать грунтовые воды. Грунтовые воды залегают на глубине около 8-10 м.  Они характеризуются отсутствием перекрывающего водоупора и подвержены загрязнению. Водообильность и мощность горизонтов грунтовых вод колеблется в широких пределах.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения необходимо использовать воду, качество которой соответствует требованиям санитарных правил и норм. Такую воду можно получить только из артезианских скважин, вскрывающих напорные водоносные пласты, перекрытые мощным водоупорным слоем. Глубина залегания напорных вод колеблется от 50 до 200 м.

2) Если в непосредственной близости от Вашего участка имеются водозаборные скважины, можно принять эту информацию к сведению.

Абсолютные отметки залегания водоносного горизонта могут быть близки на соседних территориях (но не всегда). Зная рельеф местности, можно оценить проектную глубину вашей скважины.

3) Вы можете позвонить нам 8-800-2222-916. Наши специалисты проанализируют гидрогеологический разрез в месте нахождения вашего участка и сделают прогноз по глубине бурения. 

4) В каждом конкретном случае оптимальная глубина скважины определяется только по результатам бурения и взятия проб воды.

Ниже представлена таблица средних глубин скважин по районам Московской области:

РайонНаселенный пунктГлубина
ВолоколамскийБолычёво80м
Волоколамск70м — 120м
Чисмена160м
Теряево160м
ДмитровскийНекрасовский120м
Рогачёво130м
Ольявидово145м
Яхрома180м
ДомодедовскийДомодедово45м — 60м
Барыбино50м — 70м
Добрыниха60м
ЕгорьевскийЕгорьевск80м — 90м
Рязановский80м
Бол. Гриднево90м
ЗарайскийМакеево70м
Алферьево60м — 80м
Протекино70м — 90м
ИстринскийДедовск115м
Истра120м
Новопетровское120м
Алёхново140м
Каширский
Каменка70м — 80м
Кашира80м
Барабаново100м — 140м
КлинскийСлобода110м — 120м
Кузнецово150м
Клин140м — 180м
КоломенскийПески40м
Коломна50м
Акатьево60м
КрасногорскийИльинское70м — 90м
Красногорск90м
Нахабино80м — 100м
ЛенинскийДесна30м
Видное70м — 100м
Переделкино110м
ЛотошинскийОшейкино60м
Лотошино60м
Введенское60м
ЛуховицскийБелоомут40м
Григорьевское 40м
Луховицы50м
МожайскийИвакино60м
Можайск70м
Поречье80м
МытищинскийГрибки90м
Мытищи45м — 100м
Протасово140м
Наро-ФоминскийВерея30м — 40м
Наро-Фоминск50м — 70м
Апрелевка60м — 70м
НогинскийЭлектроугли25м — 45м
Черноголовка80м
Ногинск30м — 90м
ОдинцовскийКубинка45м
Голицыно70м
Звенигород60м — 110м
Немчиновка120м
ОзёрскийБояркино60м — 80м
Клишино80м — 100м
Орехово-ЗуевскийКуровское60м
Савинская80м
Орехово-зуево80м
Павлово — ПосадскийПавловский посад50м — 60м
Электрогорск70м
Ново-Загорье80м
ПодольскийКузовлёво30м
Шишкин лес40м — 60м
Климовск60м — 80м
ПушкинскийПушкино90м — 100м
Ашукино130м — 140м
Красноармейск120м — 160м
РаменскийБронницы30м — 40м
Ульянино50м
Раменское40м — 80м
РузскийДорохово45м — 100м
Руза50м — 80м
Покровское100м — 120м
Сергиево-Посадский
Хотьково16м — 170м
Федорцово140м
Краснозаводск250м
Серебряно-ПрудскийСер-прудск70м
Крутое80м
Мочилы80м
СерпуховскойПролетарский30м — 45м
Пущино40м
Оболенск50м
СолнечногорскийЗеленоград130м
Солнечногорск140м — 160м
СтупинскийСтупино20м — 35м
Михнево60м — 70м
Малино70м
ТалдомскийТалдом110м
Запрудня120м
Ермолино130м
ХимкинскийКлязьма70м
Куркино80м
Чеховский
Новый быт30м
Стремилово50м — 60м
Троицкое60м — 70м
ШатурскийШатура60м — 100м
Бакшеево70м — 100м
Дмитровский погост100м
ШаховскойИвашково60м
Дор80м — 90м
Шаховская90м — 100м
ЩелковскийФрязино60м
Фряново70м
Щелково60м — 80м
Калужская областьКалуга40м — 120м
Тульская областьТула30м — 110м

Получите консультацию бесплатно!

Вся информация об услугах у наших менеджеров: +7 (800) 775-79-36

Африка таит гигантские запасы подземных вод

  • Мэтт Макграт
  • корреспондент Би-би-си по вопросам науки

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

По данным ООН, на каждого африканца приходится не более 40 литров чистой пресной воды в день, в то время как на каждого жителя США — 700 литров

Легендарно засушливый африканский континент обладает огромными запасами пресной воды в подземных горизонтах, утверждают британские ученые.

Под Ливией, Алжиром и Чадом накоплены грунтовые воды, которые могли бы покрыть территорию этих стран 75-метровым слоем.

Водные запасы под толщей земли в 100 раз больше, чем на поверхности, пишут исследователи в журнале Environmental Research Letters.

Они составили самую подробную на сегодняшний день карту водных ресурсов Африки с учетом скрытого потенциала подземных горизонтов.

Однако ученые призывают не торопиться с широкомасштабным бурением скважин: оно не поможет сразу решить проблемы 300 млн жителей Африки, которые по статистике не имеют доступа к чистой питьевой воде.

Спрос на воду только обострится в ближайшие десятилетия, поскольку население континента растет, и в засушливом климате необходимо орошать сельскохозяйственные земли.

Природные реки и озера Африки — ненадежный источник влаги для сельского хозяйства: они подвержены сезонным засухам и паводкам.

Только пять процентов пахотных земель на континенте имеют систему орошения.

75-метровый слой

Впервые специалистам Британского геологического общества и лондонского Университетского колледжа удалось собрать воедино информацию о водоносных горизонтах по всему континенту.

Геолог Хелен Бонсор — одна из авторов исследования — говорит, что до сих пор о запасах грунтовых вод никто «не заикался и не задумывался».

Автор фото, BBC World Service

Новая карта должна открыть глаза на скрытые в глубине возможности.

«Самые обширные запасы грунтовых вод скопились в северной Африке, в больших подземных резервуарах в глубине осадочных пород — под Ливией, Алжиром и Чадом», — рассказала Бонсор Би-би-си.

«Объемы этой воды таковы, что она могла бы покрыть территорию этих стран слоем в 75 метров толщиной, — уточняет она. — Это очень много».

Воды древности

Из-за перемены климата, за несколько веков превратившей Сахару в безжизненную пустыню, пополнение подземных водных резервуаров прекратилось.

Некоторые из них последний раз наполнялись более 5 тыс. лет назад.

Ученые собрали данные по гидрогеологическим картам, имеющимся в распоряжении правительств стран Африки, и по 283 исследованиям подземных водоносных горизонтов.

Новая детализированная карта показывает, что многие государства, ныне обозначенные как «не имеющие водных ресурсов», на самом деле располагают огромными запасами пресной воды.

Торопиться не надо

Однако исследователи призывают быть очень осторожными в том, как использовать эти запасы.

Подпись к фото,

Международные благотворительные организации предупреждают, что засуха в районе Сахель Западной Африки может вызвать полномасштабный гуманитарный кризис

Просто пробурить тысячи мощных скважин и качать оттуда воду по трубам, как нефть, в промышленных масштабах, не получится.

Руководитель исследования доктор Алан Макдональд объяснил в интервью Би-би-си, что бурить высокопроизводительные скважины нельзя без тщательного изучения условий и особенностей в конкретной местности.

«Правильно расположенные, выверенные небольшие скважины для добычи воды в малом количестве, для нужд местных крестьянских хозяйств, ручные помпы — скорее всего, это лучшее решение», — считает Макдональд.

Из-за отсутствия дождей водоносные горизонты почти не пополняются, поэтому широкомасштабная откачка пресной воды может опустошить их очень быстро, опасаются геологи.

Как говорит Хелен Бонсор, иногда медленнее — значит лучше.

Пережить засуху

«В странах южнее Сахары — наиболее бедствующих сейчас — запасы грунтовых вод ниже, однако наше исследование показало, что если вести разработки аккуратно, то подземных запасов в Африке хватит для покрытия ежедневных потребностей местного населения: для питья и орошения плантаций», — подчеркивает геолог.

Подземные резервуары могут смягчить последствия резких климатических изменений.

«Даже в скудных водоносных горизонтах в засушливых регионах, где очень мало дождей, по полученным нами данным, вода сохраняется от 20 до 70 лет», — говорит Хелен Бонсор.

«При нынешнем скромном уровне потребления — для питья и полива растений — грунтовых вод хватит, чтобы пережить засуху и другие временные бедствия».

Подземные воды

Подземные воды — это воды, находящиеся в верхней части земной коры (до глубины 12-16 км) в жидком, твердом и парообразном состояниях. Основная масса их образуется вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод. Подземные воды постоянно перемещаются как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Глубина их залегания, направление и интенсивность движения зависят от водопроницаемости пород. К водопроницаемым породам относят галечники, пески, гравий. К водонепроницаемым (водоупорным), практически не пропускающим воду — глины, плотные без трещин горные породы, мерзлые грунты. Слой горной породы, в котором заключена вода, называется водоносным.

По условиям залегания подземные воды подразделяют на три вида: почвенные, находящиеся в самом верхнем, почвенном слое; грунтовые, залегающие на первом от поверхности постоянном водоупорном слое; межпластовые, находящиеся между двумя водоупорными пластами. Грунтовые воды питаются просочившимися атмосферными осадками, водами рек, озер, водохранилищ. Уровень грунтовых вод колеблется по сезонам года и различен в разных зонах. Так, в тундре он практически совпадает с поверхностью, в пустынях находится на глубине 60-100 м. Распространены они почти повсеместно, не обладают напором, перемещаются медленно (в крупнозернистых песках, например, со скоростью 1,5-2,0 м в сутки). Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. По химическому составу различают пресные (до 1 г солей на 1 л воды) и минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды) подземные воды. Естественные выходы подземных вод на земную поверхность называется источниками (родниками, ключами). Они образуются обычно в пониженных местах, где земную поверхность пересекают водоносные горизонты. Источники бывают холодными (с температурой воды не выше 20°С, теплыми (от 20 до 37°С) и горячими, или термальными (свыше 37°С). Периодически фонтанирующие горячие источники называются гейзерами.

Они находятся в областях недавнего или современного вулканизма (Исландия, Камчатка, Новая Зеландия, Япония). Воды минеральных источников содержат разнообразные химические элементы и могут быть углекислыми, щелочными, соляными и т.д. Многие из них имеют лечебное значение.

Подземные воды пополняют колодцы, реки, озера, болота; растворяют различные вещества в породах и переносят их; вызывают оползни, заболачивание. Они обеспечивают растения влагой и население питьевой водой. Источники дают наиболее чистую воду. Водяной пар и горячая вода гейзеров служат для отопления зданий, теплиц и энергетических установок.

Запасы подземных вод очень велики — 1,7%, но возобновляются крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.

Как определить глубину фундамета


 При определении глубины заложения будущего фундамента следует обратить внимание на:

Глубина фундамента должна быть ниже глубины промерзания грунта. Исключение составляют грунты, не подверженные пучению при замерзании. В любом случае глубина должна быть не менее 500 мм.

Определяем глубину промерзания

Расчет глубины промерзания регламентируется СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»:

«  2.26. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов»

Также вышеуказанным нормативным документом предусмотрена возможность в случае отсутствия данных много летних наблюдений вычислять расчетным путем (пп. 2.27, 2.28).
Кроме того можно воспользоваться уже рассчитанными нормативными глубинами промерзания для конкретных местностей:

Городпески, супесиглина, суглинки
Архангельск176160
Астрахань8880
Брянск110100
Волгоград110100
Вологда154140
Воркута264240
Воронеж132120
Екатеринбург198180
Ижевск176160
Казань176160
Кемерово220200
Киров176160
Котлас176160
Курск110100
Липецк132120
Магнитогорск198180
Москва132120
Набережные Челны176160
Нальчик6660
Нарьян Мар264240
Нижневартовск264240
Нижний Новгород154140
Новокузнецк220200
Новосибирск242220
Омск220200
Орел110100
Оренбург176160
Орск198180
Пенза154140
Пермь198180
Псков8880
Ростов-на-Дону8880
Рязань154140
Салехард264240
Самара176160
Санкт-Петербург132120
Саранск154140
Саратов154140
Серов220200
Смоленск110100
Ставрополь6660
Сургут264240
Сыктывкар198180
Тверь132120
Тобольск220200
Томск242220
Тюмень198180
Уфа198180
Ухта220200
Челябинск198180
Элиста8880
Ярославль154140

Надо понимать, что реальная глубина промерзания будет отличаться от нормативной величины, так как нормативный показатель рассчитывается по наихудшему варианту – когда на грунте отсутствует снежный покров, поэтому при наличии покрова (как то – снег, лед, отапливаемый дом) грунт будет промерзать на величину меньшую, чем указанную в таблице на 20-40%.

Определяем уровень грунтовых вод


Грунтовые воды – подземный водоносный слой первый от поверхности земли, залегающий над первым водоупорным  слоем (глинистые и суглинистые породы).Источник грунтовых вод — воды рек и озер, атмосферные осадки, приток поверхностных вод. В течение года уровень меняется: максимальный – весной при таянии снега, летом уровень понижается, зимой – минимальный.

В идеале определять уровень грунтовых вод следует в процессе выбора участка под строительство дома, но если участок уже есть, а грунтовые воды находятся близко к поверхности, то возможно провести специальные мероприятия по их понижению.

Существуют несколько способов для определения уровня грунтовых вод самостоятельно:

  • вариант первый (самый точный) – находим близлежащий колодец и смотрим уровень воды – это то, что нам нужно, т.к. колодец глубиной 5-15 м наполняется из грунтовых вод;
  • вариант второй – делаем садовым буром скважину глубиной 2-2,5 м (при высоком уровне вод достаточно и неглубокой ямки выкопанной лопатой) и смотрим, скапливается вода на дне или нет. Если вода в скважине появилась  —  уровень грунтовых вод высокий, дно сухое —  грунтовые воды далеко. Имейте в виду, что вода может выступить только через некоторое время.

Так как фундамент лучше закладывать с учетом наихудшего варианта, то целесообразно все измерения проводить весной. Обращайте внимание также и на травяной покров – растительность ярче и сочнее там, где грунтовые воды залегают неглубоко.

Уровень грунтовых вод считается высоким, если они залегают на глубине менее 2м, такой показатель встречается в низинных и заболоченных местностях, на берегах рек и озер. Уровень ниже 2м считается низким и во многих случаях его можно не учитывать при определении глубины фундамента.

Высокий уровень грунтовых вод снижает несущую способность грунта, вода может заполнять вырытые котлованы и траншеи, что помешает заливать фундамент. Откачав воду и сделав гидроизоляцию на этапе заложения фундамента, от грунтовых вод мы все равно не избавимся, их воздействие будет постоянным: здесь и угроза затопления подвала и цокольного этажа, плесень от высокого уровня влажности. Поэтому лучше, чтобы расстояние между подошвой фундамента и грунтовыми водами составляло не менее чем 50 см.

Таким образом, опираясь на показатели глубины промерзания и типа грунта, уровня грунтовых вод, мы можем определить требуемую глубину фундамента.

стройка, ремонт, недвижимость, ландшафтный дизайн

Критическая глубина залегания минерализованных грунтовых вод и работа дренажа

Главным источником солей в почвах (если не применяются минерализованные поливные воды) являются близкие к поверхности грунтовые воды и соли подстилающих грунтов. Почвообразующие породы и подгумусовые горизонты почв аридных и субаридных областей практически всегда содержат легкорастворимые соли (хлориды, сульфаты, карбонаты), которые после начала орошения могут сравнительно быстро переместиться в поверхностные горизонты в виде капиллярных растворов. Особенно часто и в катастрофической, форме это происходит в результате подъема уровня грунтовых вод, вызванного орошением.
Опыт аридных областей Азии, Африки, Австралии, Америки показал, что при залегании уровня минерализованных грунтовых вод выше критической глубины (1,5-2,5 м) орошаемые почвы начинают сильно засоляться салями грунтовых вод. Только грунтовые воды, содержащие легкорастворимых сульфатно-хлоридных солей менее 3-2 г/л и имеющие отток, не вызывают практически при орошении вторичного засоления. Наоборот, при таких опресненных слабоотточных грунтовых водах и без орошения и особенно при орошении образуются высокоплодородные луговые гидроморфные почвы. Поэтому минерализация грунтовых вод 3-2 г/л для большинства областей хлоридно-сульфатного засоления должна рассматриваться как критическая, превышение которой не должно допускаться. Большие концентрации солей в грунтовых водах (10-150 г/л) играет в аридных областях определяющую роль в свойствах засоленных почв. Капиллярные растворы соленых грунтовых вод при высокой интенсивности испарения и транспирации, характерной для аридных стран, быстро, легко и непрерывно сменяет испаряющуюся влагу, принося токсические соли в корнеобитаемые горизонты почвы и вызывая гибель растений и разрушение плодородия почв. Эмпирическое обобщение большого фактического материала позволило установить, что в первом приближении для грубой оценки вероятной критической глубины залегания соленых грунтовых вод в условиях средних суглинков можно руководствоваться формулой, предложенной в 1956 г. В.А. Ковдой:

L = 170 + 8t + 15,


где L — критическая глубина, см;
t — средняя годовая температура, °C.
Чем выше среднегодовая температура региона, тем обычно выше суммарное испарение и более минерализованы сами грунтовые воды и поэтому при прочих равных условиях тем наибольшей глубине необходимо удерживать их уровень. С другой стороны, критическая глубина грунтовых вод зависит и от их концентрации: чем преснее воды, тем на меньшей глубине можно держать уровень грунтовых вод.
С глубины 4-5 м грунтовые воды в орошаемых условиях вообще практически не могут вызвать и поддерживать засоленность почв. Однако с помощью горизонтального дренажа опустить грунтовые воды на подобную глубину экономически и технически невозможно, так как для этого нужны дрены глубиною 5-5,5 м. Ho это возможно сделать с помощью откачек через вертикальный насосный дренаж из скважин. Горизонтальный дренаж, однако, при глубине дрен 3-3,5 м может за 4-5 лет работы успешно опреснить сами грунтовые воды и создать возможность поддержания их уровня на глубине 2,5-2,75 м. Таким образом, для устойчивого освоения орошаемых засоленных почв необходимо осуществить следующие мелиорации:
Если на вновь орошаемой территории грунтовые воды находятся на глубине 5-12 и, то для того, чтобы они не поднимались до критического уровня, должен быть сооружен и введен в действие (одновременно с оросительной сетью и орошением) глубокий горизонтальный или вертикальный насосный дренаж.
Если минерализованные грунтовые воды уже залегают близко к поверхности (1-2 м), то необходимо снизить их горизонт с помощью строительства глубокого дренажа до уровня ниже критического. В зависимости от климатических, геохимических, почвенных и агрофизиологических условий горизонт соленых грунтовых вод приходится держать на 1,75-3 и — на 25-50 см глубже критического.
С помощью капитальных промывок и дренажа снизить засоленность корнеобитаемого слоя почвы с 2-1% до содержания солей не более 0,2-0,3%.
С помощью вегетационных поливов поддерживать на полях нисходящие токи солевых растворов, не допускать или максимально снижать сезонное засоление почв.
С помощью промывок, поливов и работы глубокого дренажа постепенно рассолить грунтовые воды до величины, близкой к критической концентрации.
Только полное рассоление почв до содержания солей 0,2-0,3% и опреснение грунтовых вод до концентрации 2-3 г/л (или снижение их уровня до 4-5 м) гарантирует орошаемые почвы от реставрации засоленности и обеспечивает наиболее высокие урожаи.
Совместная работа промывок, горизонтального и вертикального дренажей выполняет при этом важнейшую задачу мелиорации и профилактики орошаемых почв, а именно удаление (эвакуация) токсических солей из системы почва⇔вода.
На рис. 37 и 37а приводятся иллюстрации эффективной мелиорации сильнозасоленных почв в Таджикистане и Румынии с помощью глубокого дренажа, промывок и орошения. Снижен уровень грунтовых вод на 1,5-2,½, в 10-5 раз уменьшен запас солей в почвах полей, резко снижена минерализация грунтовых вод с приближением ее к 5-3 г/л и даже к 2-1 г/л.

По завершению процесса рассоления почв и грунтовых вод начинается нормальный эксплуатационный период, когда работа дренажа должна продолжаться, но уже для систематического удаления вновь поступающих и образующихся солей от оросительных вод и выветривания минералов. К сожалению, дренажные каналы и скважины часто выходят из строя вследствие заиления, оползания, зарастания и т.д. Это вызывает реставрацию засоленности и заболоченности почв. Вертикальный насосный дренаж из скважин снижает не только напорность,но и уровень грунтовых вод, чем обеспечиваются нисходящие токи солей и их вынос. В случае, когда откачиваемые грунтовые воды мало засолены (1 г/л) их с успехом можно использовать для орошения прилегающих территорий (положительный опыт Калифорнии, Аризоны в США, Пакистана и Индии).
В тех случаях, когда откачиваемая подземная вода минерализована (5-7 г/л), ее использование для орошения должно быть очень осторожным и с условием промывного режима и отвода солей дренажем. Минерализованные воды с концентрацией солей 10-15 г/л лучше всего для орошения не использовать.

Артезианская вода — что это: химический состав, польза, недостатки

Распространенность железа в земной коре составляет 4,65%, и если железосодержащие минералы входят в состав водоупорных слоев, ограничивающих артезианский водоносный горизонт, вода насыщается ионами железа. Карбонатные породы, имеющие осадочное происхождение и состоящие преимущественно из кальцита и арагонита — скелетных останков живых организмов насыщают воду ионами кальция и магния и обычно в концентрациях в 2 и более превышающих норматив. То же самое происходит с ионами марганца, кальция, магния, кремния, фосфора, серы в значительном количестве, содержащихся в земной коре и насыщающих воду своими ионами. Земная кора неоднородна по своему составу, и химический состав артезианской воды также неоднороден. При использовании артезианского источника воды, в первую очередь необходим глубокий химический анализ ее состава, которые не должен ограничиваться проведением исследований на самые распространенные примеси. Только в этом случае можно получить точную картину состава воды и определить методы фильтрации, которые позволят наилучшим способом очистить воду до необходимых требований и гигиенических санитарных норм.

Польза артезианской воды

Большинство обывателей искренне считают артезианскую воду одной из самых чистых и полезных природных вод. Частично это соответствует истине, ведь на такой глубине практически отсутствуют микроорганизмы, нет органических примесей – источников питания для бактерий, вирусов и простейших. Как следствие отсутствует опасность бактериального или вирусного заражения инерциальными болезнями. Однако обилие химических веществ в растворенном виде, зачастую в концентрациях значительно превышающих рекомендованные значения для питьевых и технических вод, не позволяет употреблять воду сразу после извлечения из скважины. А вот что действительно имеет место быть, так это тот факт, что очистить артезианскую воду по многим параметрам гораздо легче и проще чем природную воду из открытых источников или грунтовую воду. После подобной подготовки артезианская вода действительно становится вкусной, полезной для здоровья и чистой.

Вода, употребляемая живыми организмами для питьевых целей, должна быть сбалансирована по составу минеральных микроэлементов. Их достаточное количество обеспечивает отсутствие в организме недостатков строительного материала для формирования скелета, поддержания минерального состава крови и лимфы, нормального формирования гормонов и ферментов.

В артезианской воде, несмотря на достаточно большое количество минеральных примесей, отсутствуют вещества, которые попадают в природную воду вследствие негативного воздействия человека на природу. Это используемые сельскохозяйственные удобрения и промышленные стоки и канализационные стоки населенных пунктов. Отсутствуют также кислые кислоты почв, органические примеси. Кроме того, эксплуатация артезианской напорной воды требует значительно меньше усилий, поскольку в отличие от грунтовых вод, она самопроизвольно поднимается на поверхность, подъем грунтовых вод с водоносных не напорных горизонтов приходится осуществлять с использованием насосных станций.

Среди артезианских скважин встречаются такие, в которых уровень минерализации изначально соответствует гигиеническим требованиям СанПиН и рекомендациям ВОЗ, в этих случаях вода вообще не подвергается никакой очистки кроме удаления механических примесей.

Способы применения

Применяется вода из артезианских скважин для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд человека, в промышленных целях. По большому счету артезианская вода использоваться точно также как любая другая природная вода, которая используется человеком. Коттеджные поселки, в большом количестве появляющиеся рядом с большими городами, часто занимаются устроением собственной артезианской скважины, обеспечивающей водой сразу весь поселок, причем обычно водоподготовку подобной воды осуществляют сами жители в индивидуальном порядке. Промышленные предприятия, в производственный цикл которых обязательно должна входить вода с определенными характеристиками, особенно предприятия, находящиеся вдали от государственных магистралей водопроводной воды зачастую также используют артезианскую воду. В таких случаях особенно ценен факт того, что нет необходимости в насосных станциях и водоподготовка ограничена удалением ионов тяжелых и щелочноземельных металлов. Причем для ряда предприятий главенствующим является не наличие минеральных примесей, а отсутствие органических, тогда себестоимость воды для нужд производства значительно снижается. Также артезианская вода часто используется для обеспечения городской магистрали в городах, находящихся на значительном удалении от основных магистралей. К примеру, в Сибири и на дальнем востоке часто для питания городов и малых населенных пунктов широко используют артезианские скважины. Один из подмосковных городов — Зеленоград, до сих пор использует преимущественно артезианскую воду для обеспечения потребностей города. Обустройство артезианской скважины ограничено для применения частыми землевладельцами, поскольку стоимость бурения довольно высоко, и требуется получения разрешения и обязательна регистрация подобных сооружений. Однако при большом желании, отсутствии более доступных способов получения воды (сильном локальном загрязнение грунтовых вод, отсутствии доступа к государственным магистралям и т.п.) и наличии материальных ресурсов это вполне возможный вариант.

Недостатки артезианской воды

К недостаткам использования артезианской воды, кроме особенностей ее извлечения можно отнести сильную насыщенность этих вод солями. Это не удивительно, поскольку артезианские воды находятся в слоях, которым миллионы лет, а за эти сроки вода обязательно сильно насыщается содержимым водоупорных слоев. Именно поэтому к извлеченной артезианской воде практически всегда необходимо применять методы очистки от солей щелочноземельных и тяжелых металлов.

Подбор методов очистки артезианской воды должен только специалист, имеющий достаточный практический опыт реализации подобных проектов. Инженер проанализирует содержимое примесей в данной воде и подберет методы очистки, и оптимально необходимое оборудование по надежности, производительности, стоимости закупа оборудования и фильтрующих средств и стоимости последующей эксплуатации. Зачастую характеристики примесей таковы, что необходимо использовать несколько ступеней очистки. Особенно это касается ситуаций, когда в воде помимо общераспространенных загрязнений, присутствуют редкие трудно извлекаемые примеси. В таких случаях приходится использовать несколько ступеней очистки, каждая из которых будет постепенно уменьшать концентрацию трудно удаляемых примесей до допустимых концентраций по требованиям СанПиН.

Практически всегда необходимо удаление железа и марганца и умягчение, использование которых позволяет избавится от избытков ионов тяжелых металлов, а также кальция и магния, что предотвратит появление накипи и осадка а также ржавых подтеков.

Обустройство артезианских скважин и проектирование и монтаж системы водоподготовки на них требует немалых финансовых затрат, как и затрат на последующее обслуживание и чистку.

Вода требует периодического контроля специалистов, несмотря на тот факт, что артезианская вода обычно мало меняется по составу, этот вопрос требует постоянного контроля, поскольку вода используется потребителем.

Чистота артезианской воды не вызывает сомнений, ведь она не подвержена влиянию экологической ситуации в регионе и загрязнениям микроорганизмами. Однако необходимо помнить о необходимости очищать воду, чтобы не возникли проблемы связанные с излишней концентрацией химических веществ.

В Алтайском крае много лет использовалась преимущественно артезианская вода для питьевых и технических нужд населения, и как следствие у населения края повышенная заболеваемость различного рода заболеваниями костного аппарата, сердечно-сосудистых заболеваний, заболеваний почек и печени.

Второй пример, массовые заболевания населения в подмосковном Зеленограде. Особенно много было заболеваний мочеполовой системы у детей и подростков. Изначально считали, что эти заболевания имеют инфекционную природу. Позже определили, что виной служат сбросы предприятий и лабораторий микроэлектроники, которых несколько в Зеленограде. И только спустя четыре десятка лет выявлена настоящая причина – использование артезианской воды для водоснабжения города. Вода, этого плохо изученного подземного месторождения артезианской воды, содержит ранее не выявленные высокие концентрации ионов стронция, бария, лития и бора. Концентрации этих веществ во много раз превышающая требования российского СанПиН. Эти химические вещества не входят в стандартный анализ исследований воды, но именно их воздействие на организм человека привело к таким массовым и плохо объясняемым заболеваниям. Никто из специалистов не проводил селективный анализ на такие редкие вещества, и как только водоснабжение города перешло на использование очищенной поверхностной воды, ситуация с заболеваемостью детей и подростков значительно исправилась.

Закажите консультацию специалиста компании Гейзер

Остались вопросы? Мы всегда готовы предоставить консультацию по всем вопросам очистки воды!

Заказать консультацию

Грунтовые воды — чем опасны и как с ними бороться: tvin270584 — LiveJournal

Покупая участок для строительства дома, обращают внимание на его площадь и место расположения. При этом лишь профессионалы смотрят на то, какой на участке грунт, и интересуются уровнем залегания грунтовых вод. А ведь эти показатели крайне важны, так как именно от них зависит то, насколько легко будет возвести здесь постройку или разбить сад. Особенно важно расположение грунтовых вод, тем более что ответ на вопрос об этом параметре часто не знает и сам продавец.


В этой статье речь пойдет о грунтовых водах и последствиях их появления. Мастер сантехник расскажет вам про самые эффективные методы борьбы с этой проблемой. Следуя советам этой статьи, вы сможете полностью устранить проблему сырых подвалов и вымокшей почвы.

Что такое грунтовые воды

По сути, грунтовые воды – это жидкость, которая скапливается в верхних слоях почвы. Источниками формирования грунтовых вод являются:

  • Осадки в виде дождя и снега;
  • Уонденсат водяных паров, образующийся в почве.

Глубина залегания грунтовых вод зависит от рельефа местности и наличия водоемов вблизи вашего участка. В болотистых или низинных районах грунтовые воды находятся практически на поверхности – в 1-2 м, а то и в нескольких сантиметрах от нее.
Виды грунтовых вод

Уровень грунтовых вод может изменяться на протяжении года. Минимальных значений он достигает зимой. В это время почва замерзает и становится непроницаемой для осадков. К тому же снег тает только ближе к весне, лишая грунтовые воды основного источника наполнения.
В пределах частных домовладений обычно присутствуют два вида подземных вод.
Верховодка (автохтонные, «местные» подземные воды). Залегают на глубине от 0,5 до 3 м «пятнами» во впадинах или между пластами грунта. В засушливую погоду или холодной зимой верховодка практически исчезает. Но с возобновлением дождей и повышением влажности земли появляется вновь.
Иногда эти подземные воды образуются в местах протечек водопровода, канализации либо постоянного слива жидкости. Вода в верховодке – пресная, слабоминерализованная, обычно не пригодная для питья. Она часто бывает загрязнена токсичными металлами, вызывающими быстрое разрушение бетона.
Безнапорные грунтовые воды (аллохтонные, «внешние» воды). Залегают на глубине от 1 до 5 м и являются относительно постоянными. Именно безнапорные грунтовые воды доставляют строителям основную массу неудобств, поскольку все время пополняются за счет атмосферных осадков, близкорасположенных рек и озер, конденсата, а иногда и артезианских скважин.
Как определить уровень грунтовых вод
Перед началом любых работ на участке, связанных с проникновением под землю, нужно определить уровень грунтовых вод. Особенно важно учитывать данные геологической разведки при возведении фундамента. Но знать, какие процессы происходят на глубине от 1 до 5 м, необходимо еще и при бурении скважин и колодцев, устройстве погребов и даже перед посадкой растений. Близкорасположенные к поверхности грунтовые воды влияют на химический состав почвы, уровень ее кислотности и влажности.
Определять уровень грунтовых вод нужно ранней весной, когда он достигает максимальных значений.

Самостоятельно определить глубину залегания воды можно несколькими способами:

  • Просто заглянуть в близлежащие колодцы. Вода в них поступает только из подземных источников, поэтому определить глубину их залегания можно без труда. Расстояние определяется от уровня земли до зеркала воды;
  • Раньше определяли уровень залегания подземной воды по растениям. Участок земли внешне выглядит сухим, но если он покрыт влаголюбивой растительностью, то и грунтовые воды расположены близко к поверхности. Если на земле обильно произрастает крапива, осока, болиголов, камыш или наперстянка, то водоносный горизонт расположен очень близко – в пределах 2-3 м от поверхности. А вот полынь и солодка указывают на то, что до воды более 3 м. Растения, выращенные на грунтовых водах, всегда сочные, яркие и зеленые; 
  • Еще наши предки следили за поведением насекомых и животных. Мошкара и комары вьются над участками с повышенной влажностью. Кошки выбирают места, под которыми находится пересечение водных жил. Собаки, напротив, обычно отдыхают в стороне от подобных зон. Избегают близкого соседства с грунтовыми водами муравьи, кроты и мыши;
  • Можно наблюдать за естественными «подсказками». Природа постоянно «сообщает» о наличии в ландшафте грунтовых вод. Если вечером над землей стелется туман – грунтовые воды находятся пределах 1,5-2 м от поверхности. То же касается и случаев, когда в одних местах росы больше, чем в других.

Самый надежный способ узнать уровень грунтовых вод
Чем выше расположены грунтовые воды, тем тяжелее будет соорудить долговременные здания и сооружения. А учитывая, что фундамент часто занимает большую площадь, уровень грунтовых вод нужно замерить в нескольких местах. На участке в этом случае (а равно и в любом другом) лучше использовать методику бурения пробных скважин.
Для этого возьмите обыкновенный садовый бур и проделайте 3-4 скважины глубиной 2-2,5 м по периметру предполагаемого места строительства. Если в течение 2-3 дней на дне скважин не появляется вода, значит, она находится на достаточной глубине и можно смело проектировать прочное сооружение.
Как отличить верховодку от грунтовых вод

Хорошо, если вам при бурении пробных скважин не попались ни грунтовые воды, ни верховодка. В этом случае можно смело начинать строительство. Хуже, если скважины наполнились водой.
Но перед тем как принять решение о строительстве, вам нужно понять, что это за жидкость – верховодка (т.е. временное скопление воды) или грунтовые воды (относительно постоянные, занимающие большую площадь, скопления воды).
Сделать это, не видя целостной картины рельефа, непросто. В жаркое время года верховодка «уходит» и создается ложное впечатление, что почва сухая и с низким уровнем влаги. Однако после пары дней с продолжительными ливнями на участке может появится вода. Если так произошло и у вас, знайте, на участке именно верховодка, а не грунтовые воды.
Также обращайте внимание на характер рельефа. Участки, расположенные в нижней части склонов (точке водосбора) либо на самом склоне, но имеющие препятствия для стока воды в виде элементов дороги, стенок и т.д., как нельзя лучше подходят для образования верховодки.
Определить наличие и «рисунок» верховодки помогут специалисты, производящие замеры несколько раз в течение года.
Построить дом при высоком уровне грунтовых вод

Повлиять на природные процессы, в том числе и на наличие грунтовых вод на участке, довольно сложно. В разных регионах приняты свои строительные нормы, которые регламентируют уровень грунтовых вод, при котором можно начинать или, напротив, следует прекратить возведение капитальных сооружений.
Для сооружения фундамента любого типа оптимальными считаются условия, при которых уровень грунтовых вод находится ниже глубины промерзания грунта. При этом последний должен содержать минимальное количество глинистых и пылеватых (непучнистых) частиц. Фундамент нужно закладывать ниже точки промерзания грунта.
Обычно строительство не рекомендуется и даже прямо запрещено Строительными нормами и правилами (СНиП) в следующих случаях:

  • Между водоупорным слоем и верхней границей грунта лежат мелкозернистые пески с примесью илистых частиц. В этом случае он превращается в плывун и при строительстве разжижается на мелкие части. Нужно устанавливать заглубленные фундаменты, замораживать стенки или дополнительно укреплять их;
  • если средний слой занимает глинистый сланец, то фундамент будет неустойчивым, поскольку данный тип грунта быстро размягчается и распадается на мелкие частицы;
  • если уровень залегания грунтовых вод находится на глубине до 2 м. В этом случае от возведения долговременного строения, для которого нужно вырыть котлован или траншею, лучше отказаться. Котлован будет заливать даже при регулярной откачке воды, а установить фундамент в таких условиях практически невозможно. Не поможет и гидроизоляция – она даст лишь кратковременный эффект.

По СНиП между нижней точкой фундамента и грунтовыми водами должно быть не менее 0,5 м.
Как понять, что грунтовые воды разрушают фундамент
Бетонное основание «подтачивает» не столько жидкость, сколько растворенные в ней соли, сульфаты и другие соединения. Они приводят к образованию так называемой «цементной бациллы», растворяющей и разрыхляющей бетон. Понять, что бетон подвержен влиянию грунтовых вод можно по следующим признакам:

  • На поверхности бетона появился белый налет;
  • Материал отслаивается кусками, как после промерзания;
  • Заметна плесень и грибки;
  • Присутствует запах сырости;
  • Образуются бледно-желтые солевые пятна.

Если на фундаменте или в подвале наблюдается нечто подобное, можно смело утверждать, что грунтовые воды вступили во взаимодействие с основанием дома.
Строим дом без подвала
Самый простой и надежный способ ужиться с грунтовыми водами состоит в сооружении здания без подвального помещения – например, простой деревянный дом. А если подвал нужен только для хранения закаток и урожая, рядом с домом можно сделать хранилище «под холм».
Для пучинистых грунтов или почвы с большой глубиной промерзания подойдут столбчатый или свайный фундамент. Если планируется массивное здание, лучше соорудить мелкозаглубленный ленточный фундамент, или «плавающий фундамент».
На участках с высоким уровнем грунтовых вод можно подсыпать под будущее основание дома 0,5 м песка.
Что делать с грунтовыми водами на участке

С уровнем грунтовых вод можно «повоевать». Наиболее популярными являются мерами понижения уровень грунтовых вод являются:

  • Поверхностный водоотлив (открытый способ водопонижения) – вода, просачивающаяся через дно или откосы котлована, поступает в канавы-водосборники и откачивается оттуда насосами. Вариант не подходит, если водой постоянно вымываются частицы грунта, из-за чего он проседает;
  • Безтрубный дренаж. Для его организации по периметру участка выкапывается траншея, в нее активно начинает стекать грунтовая вода, поскольку отсутствует сопротивление грунта. Воду можно выкачивать при помощи насоса, например, в расположенный на участке пруд. Для укрепления стенок канавы ее можно засыпать гравием или щебнем;
  • Трубный дренаж – в дополнение к предыдущему методу используются перфорированные и гофрированные трубы из синтетических материалов, которые укладываются на дно канавы и также засыпаются сыпучими материалами. Вода по трубам в идеале должна выводиться за пределы участка;
  • Использование иглофильтровых установок. Подобные системы выводят грунтовые воды на глубину до 4-5 м. Насос откачивает грунтовые воды, и они по трубе уходят на большую глубину;
  • Эжекторные иглофильтровые установки. Усложненная версия предыдущей системы. Вода проходит по комплексу труб, насосов и фильтров и также отводится на глубину до 20 м или в место водостока.

Не пытайтесь самостоятельно проектировать и строить систему водоотвода, доверьте это специалистам.
Видео
В сюжете — Подземные воды

В сюжете — Попытка копки колодца при высоком уровне грунтовых вод

В сюжете — Строительство погреба в условиях высоких грунтовых вод

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Как выбрать септик для участка с высоким уровнем грунтовых вод

Источник

https://santekhnik-moskva.blogspot.com/2020/05/Gruntovyye-vody.html

Расчетная глубина до грунтовых вод и конфигурация уровня грунтовых вод в районе Портленда, штат Орегон

Расчетная глубина до грунтовых вод и конфигурация уровня грунтовых вод в районе Портленда, штат Орегон

Отчет о научных исследованиях 2008–5059

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ США
Отчет о научных исследованиях 2008–5059

Вернуться к содержанию

На оценки глубины воды и повышения уровня грунтовых вод влияет ряд переменных, включая типы, характеристики, время и ошибки, связанные с данными, а также эффекты, связанные с методом интерполяции.Следовательно, карты глубины до уровня воды и отметки уровня грунтовых вод являются приблизительными; значения представляют средние условия и связаны с неопределенностью. Кроме того, фактическое положение уровня грунтовых вод будет изменяться во времени в результате краткосрочных, сезонных или долгосрочных влияний. Файлы данных о глубине до воды, возвышении уровня грунтовых вод и относительной неопределенности положения уровня грунтовых вод доступны для загрузки, как описано в приложении B.

Расчетная глубина до грунтовых вод

Глубина до воды колеблется от 0 футов ниже поверхности вдоль крупных рек и ручьев до максимальной, по оценкам, на более чем 1200 футов ниже поверхности суши на южных склонах Лиственничной горы (табл.1). Глубина до воды почти для двух третей проанализированной области исследования была менее 100 футов. Области, где глубина до воды превышает 100 футов, включают горы Туалатин, холмы Скучно и предгорья Каскадного хребта. Глубина воды также превышает 100 футов в отложениях террас на большей части северной и восточной части Портленда. Глубина воды более 300 футов ограничена несколькими высокогорными участками и включает в себя части гор Туалатин, склоны горы Лиственница, хребет, простирающийся на юго-восток от озера Освего, и вершины Роки-Бьютт, гора Табор, гора Скотт, и несколько других Скучных холмов (пл.1). Визуальный осмотр карты глубины до воды показывает значительную корреляцию между глубиной и уровнем воды и высотой поверхности суши. Глубины до воды были более глубокими в областях с большой высотой, таких как Туалатинские горы, Скучные холмы и предгорья Каскадного хребта. Глубина воды была меньше в низменных районах вдоль рек и ручьев, таких как реки Колумбия, Уилламетт, Клакамас и Сэнди, а уровень грунтовых вод во многих местах находится на поверхности суши или вблизи нее. Пространственная корреляция между интерполированной глубиной до воды и высотой поверхности суши имеет коэффициент корреляции (значение R), равный 0.73 указывает на относительно высокую степень соответствия между ними; то есть по мере увеличения высоты поверхности суши увеличивается глубина до воды. Эти наблюдения согласуются с концепцией, согласно которой глубина воды обычно больше под холмами, чем под долинами (Fetter, 1994, стр. 114).

Районы с очень небольшой глубиной воды в дополнение к низменным районам вдоль крупных рек и ручьев включают большую часть территории, прилегающей к Джонсон-Крик, район вокруг ручья Фэйрвью, включая несколько небольших озер, район, простирающийся от западного конца озера Освего к юго-западу от реки Туалатин и области, состоящей из бывших аллювиальных каналов (Hogenson and Foxworthy, 1965, стр.10, 11 и 28), простирающаяся от слияния ручьев Джонсон и Кристал-Спрингс на север до реки Уилламетт и на юг до реки Клакамас. Другой участок, имеющий относительно небольшую глубину относительно воды, простирается на юго-запад от Фэрвью-Крик, через седловую зону между Келли и Пауэлл-Баттс, и пересекает Джонсон-Крик к западу от горы Скотт (табл. 1). Эту область описал Эллисон (1978b, стр. 193) как эрозионный канал, образованный наводнениями Миссулы. Этот район включает болото «Нищие клещи» и небольшую депрессию, расположенную в западном конце Пауэлл-Бьютта, местную известную как «Озеро Холгейт» (Lee, 2002).

Влияние на уровень грунтовых вод в результате определенных искусственных особенностей, когда вышележащая почва и скальные породы были удалены, создавая небольшие глубины для воды, можно увидеть на карте глубины до воды (табл. 1). К ним относятся песчаные и гравийные карьеры, например, к югу от международного аэропорта Портленда, к северу от Келли Батт, к западу от горы Скотт и вдоль западной стороны Грешема, а также выемки на автомагистраль между штатами 205 в северо-восточной части Портленда и железную дорогу. через северный Портленд, параллельный Н.Портленд-роуд. Другие влияния, вызванные искусственными особенностями, можно различить на карте глубины до воды, но на самом деле они являются артефактами, возникающими в результате обработки данных цифровой модели рельефа (см. Раздел «Допущения и оценка ошибок»). Эти особенности включают в себя основные надземные дороги и мосты, например, на автомагистралях между штатами, особенно недалеко от центра Портленда, которые создают глубину воды, которая невероятно превышает прилегающие районы.

Никаких опубликованных карт глубины до воды, покрывающих обширную часть исследуемой области, не было найдено для сравнения с текущим исследованием.Однако Геологическая служба США смоделировала высоту уровня грунтовых вод на основе региональной трехмерной конечно-разностной модели потока грунтовых вод (Morgan and McFarland, 1996). Смоделированную карту глубины до воды можно разработать путем вычитания смоделированных отметок уровня грунтовых вод из отметок поверхности суши, используемых в модели. Файлы выходных данных модели USGS доступны в Интернете (Геологическая служба США, 2006) и были проанализированы для оценки глубины до воды. Многие скважины и поверхностные водные объекты, использованные в модели, также использовались в текущем исследовании.Сравнение очень хорошее для центральной части исследуемой области, включая районы северного, северо-восточного и юго-восточного Портленда. Соглашение также выгодно в районе Скучных холмов. Однако результаты модели грунтовых вод указывают на значительную глубину воды вдоль реки Уилламетт; тогда как текущее исследование использует нулевую глубину для воды вдоль реки Уилламетт. Это различие может быть функцией относительно грубой горизонтальной дискретизации, используемой для модели грунтовых вод, в которой использовалась прямоугольная сетка с ячейками на 3000 футов на стороне.Другие области разногласий между текущим исследованием и моделью грунтовых вод включают территорию, простирающуюся от юго-востока Траутдейла до Сэнди и все районы к югу от Сэнди, где модель грунтовых вод, по-видимому, существенно завышает высоту грунтовых вод и, как следствие, сильно недооценивает глубину до воды из-за отсутствия доступных контрольных данных в этой области.

Влияние глубины на воду для подземных систем управления закачкой

Карта глубины до воды (табл.1) может использоваться для определения областей, в которых появление существующих или планируемых систем UIC может быть менее подходящим. Два фактора, обычно используемые для оценки пригодности систем МСЖД в конкретном месте, — это расстояние между уровнем грунтовых вод и дном системы МСЖД, а также размер частиц и характер промежуточных подземных материалов. Большие разделительные расстояния имеют тенденцию уменьшать или устранять определенные типы загрязнений, переносимых водой, и при той же толщине материала более мелкозернистые материалы, такие как глина, имеют тенденцию давать большее снижение загрязнения, чем более крупнозернистые материалы, такие как гравий.Типичная глубина системы UIC в районе Портленда составляет около 30 футов, хотя системы UIC обычно намного мельче. Предполагая, что расстояние между уровнем грунтовых вод и дном типичной системы UIC составляет 10 футов, минимальная необходимая глубина воды будет 40 футов (Oregon Department of Environmental Quality, 2005a, стр. 37; 2005b, стр. 4, 8). ). В регионах, где глубина воды меньше или равна 40 футов, может не быть 10-футового расстояния между уровнем грунтовых вод и любыми устройствами для закачки ливневой воды, которые могут присутствовать.Системы UIC, которые не соответствуют требованиям разделения, могут рассматриваться для одного или нескольких из следующих действий: дополнительная оценка в отношении способности промежуточных подземных материалов адекватно защищать грунтовые воды; модернизация, возможно, путем добавления материала, такого как наполнитель с регулируемой плотностью (CDF) (смесь цемента, летучей золы, песка и воды), на дно системы UIC для увеличения разделительного расстояния; или вывод из эксплуатации.

Районы с глубиной до 40 футов или менее включают территорию, прилегающую к большинству рек и ручьев, включая реки Колумбия, Уилламетт, Клакамас, Туалатин и Сэнди, а также реки Джонсон, Фэрвью, Бивер, Келлог и Маунт-Скотт Крикс ( пл.1). Другие области, вызывающие озабоченность, — это территория между Колумбийским Слау и обрывом на юге, район вокруг ручья Фэрвью и несколько небольших озер в западной части Грешема, район, состоящий из бывшего аллювиального канала, простирающегося к северу от слияния рек Джонсон и Кристал-Спрингс-Крик (Trimble, 1963, стр. 71-72), территория, состоящая из бывшего аллювиального канала, простирающегося на юг от устья Келлог-Крик до реки Клакамас, областей вокруг и между озером Холгейт и Маршем Нищих клещей, а также область непосредственно к югу от западной оконечности озера Освего.Небольшие глубины до воды могут возникать на высотах от средних до высоких, но обычно связаны с врезанными руслами ручьев. Сезонные колебания уровня грунтовых вод могут привести к появлению дополнительных районов, где расстояние разнесения может оказаться недостаточным для систем МСЖД на основе ранее обсужденных предположений. Пользователи, которым требуется информация о сезонных экстремумах глубины воды, могут добавить или вычесть половину диапазона сезонных колебаний уровня грунтовых вод (выбранных на основе соответствующей гидрогеологической единицы для данного района, см. Раздел «Расчетные сезонные колебания уровня грунтовых вод») из расчетная глубина до воды.

Расчетная конфигурация водяного столба

Высота уровня грунтовых вод варьировалась от 11 футов по шкале NAVD 88 вдоль большей части рек Колумбия и Уилламетт до более чем 2000 футов по шкале NAVD 88 на южных склонах горы Лиственница (табл. 2). Визуальный осмотр карты уровня грунтовых вод показывает, что конфигурация уровня грунтовых вод аналогична конфигурации поверхности суши. Тонкие детали, а также крупные, очевидные особенности топографии узнаваемы и представлены.Коэффициент корреляции (значение R) для пространственной корреляции между интерполированным возвышением уровня грунтовых вод и возвышением поверхности суши составил 0,96, что указывает на высокую степень соответствия между ними; то есть по мере увеличения уровня поверхности суши повышается уровень грунтовых вод. Высота уровня грунтовых вод высока для топографических объектов с большой высотой, таких как горы Туалатин, холмы Скучные и предгорья Каскадного хребта. Подъем уровня грунтовых вод низок для районов на низких высотах, прилегающих к рекам Колумбия и Уилламетт.Эти наблюдения согласуются с концепцией, обсуждаемой в разделе «Определение уровня грунтовых вод», о том, что уровень грунтовых вод часто является приглушенной копией поверхности суши.

Сравнения с предыдущими оценками уровня грунтовых вод в районе Портленда в целом благоприятны. Самая большая часть недавних работ, которые предоставляют обширные карты уровней грунтовых вод, — это исследование гидрологии грунтовых вод Портлендского бассейна Геологической службой США. Карты, состоящие из нарисованных от руки контуров возвышенностей грунтовых вод, полученных в результате полевых измерений, представлены МакФарландом и Морганом (1996, 20-22, pl.2-5) для основных гидрогеологических единиц бассейна. Многие скважины и поверхностные водные объекты, использованные в их анализе, также использовались для текущего исследования. Контурная карта высот грунтовых вод для рыхлого осадочного водоносного горизонта (McFarland and Morgan, 1996, стр. 20-21, табл. 2) демонстрирует скромное согласие с оценками из текущего исследования в районе к северу и западу от Пауэлл-Бьютта. хотя в некоторых областях разница может превышать 50 футов. Однако контуры, представленные Макфарландом и Морганом (1996, табл.2) указаны как приблизительные и относительно неограниченные из-за нехватки данных в этой области, что затрудняет сравнение. Уровни грунтовых вод для гравийного водоносного горизонта Траутдейл (McFarland and Morgan, 1996, p. 22, pl. 3) демонстрируют высокую степень сходства для этого района, а также для всей территории, ограниченной реками Колумбия и Клакамас на севере и юг и реки Уилламетт и Сэнди на запад и восток. Эти контуры обычно более ограничены, чем контуры рыхлого осадочного водоносного горизонта, особенно в центральной части района, из-за большей доступности скважинных данных для этого водоносного горизонта.Хотя гравийный водоносный горизонт Траутдейл лежит в основе рыхлого осадочного водоносного горизонта на всех террасированных участках в восточной части Портленда и округа Малтнома, высота кровли единицы обычно близка к отметке уровня грунтовых вод, оцененной в этом исследовании. Гравийный водоносный горизонт Troutdale образует поверхностный водоносный горизонт во многих областях к юго-востоку. Многие из скважин, используемых в текущем исследовании для оценки уровня грунтовых вод, которые имеют открытые интервалы в гравийном водоносном горизонте Траутдейл, также использовались МакФарландом и Морганом (1996) при разработке карт уровня грунтовых вод.

Контуры смоделированных отметок уровня грунтовых вод для рыхлого осадочного водоносного горизонта (Morgan and McFarland, 1996, стр. 29-30, табл. 3), разработанные на основе модели потока грунтовых вод, хорошо согласуются с разработанными отметками уровня грунтовых вод. в текущем исследовании для большей части территории. Однако в районе к северу от Пауэлла Батта текущее исследование указывает на наличие седловины на уровне грунтовых вод между Келли и Пауэллом Баттсом, которая не представлена ​​в работе Моргана и МакФарланда (1996, pl.3), хотя это может быть результатом разрешения модели грунтовых вод или используемого интервала изолиний. Контуры гравийного водоносного горизонта Траутдейл, представленные Морганом и МакФарландом (1996 г., стр. 29-32, табл. 4), хорошо согласуются с текущим исследованием для большей части территории, за исключением области к югу и востоку от города. Сэнди. Отметки уровня грунтовых вод для модели грунтовых вод в этой области значительно выше, чем значения, полученные в этом исследовании. В этой области мало измерений уровня грунтовых вод, и, как следствие, модель потока грунтовых вод и настоящий анализ не ограничены в этой области.

Градиенты уровня грунтовых вод (наклон уровня грунтовых вод), показанные на карте возвышений уровня грунтовых вод, являются функцией рельефа поверхности суши, проницаемости геологических материалов и изменений в подпитке и разгрузке. Более крутые (более высокие) горизонтальные уклоны указываются там, где контуры уровня грунтовых вод расположены ближе друг к другу. Относительно крутые градиенты уровня грунтовых вод возникают там, где геологические материалы имеют проницаемость от низкой до умеренной, такие как горы Туалатин, холмы Боринг и предгорья Каскадного хребта, которые часто связаны с большим топографическим рельефом.Более пологие градиенты, возникающие в областях с более высокой проницаемостью и более мягким рельефом, наиболее распространены в низменных районах вдоль основных рек и ручьев и в террасных отложениях, простирающихся в районе, приблизительно ограниченном рекой Колумбия на севере и рекой Уилламетт на западе. и Скучные холмы на юго-востоке.

Приблизительное направление неглубокого горизонтального потока грунтовых вод можно осторожно определить по градиентам, изображенным на карте высотных отметок уровня грунтовых вод (табл.2). Направление потока грунтовых вод указывается как направление, перпендикулярное контурам возвышения уровня грунтовых вод, перемещающееся от областей с высокими отметками к низким уровням грунтовых вод. Карта возвышения уровня грунтовых вод указывает направление потока на поверхности насыщенной зоны, но не дает информации о боковых или вертикальных градиентах в насыщенной зоне и о том, как направления потока могут изменяться с глубиной в системе потока. Такая информация необходима для определения правильного пути потока грунтовых вод из указанного места.Карта может служить полезными указателями возможного направления неглубокого потока грунтовых вод на короткие расстояния; однако использование модели потока грунтовых вод, такой как модель Morgan and McFarland (1996), разработанная для Портлендского бассейна, обеспечит более разумное изображение фактического направления потока грунтовых вод в трех измерениях на больших расстояниях.

Общее направление потока грунтовых вод — к основным областям разгрузки грунтовых вод, состоящим из рек Колумбия, Уилламетт и Клакамас (табл.2). Местные направления потока грунтовых вод обычно направлены к соседним ручьям и рекам и в большинстве случаев, по-видимому, следуют схемам поверхностного дренажа; однако Джонсон-Крик — заметное исключение. Направления неглубокого потока грунтовых вод указывают на движение к реке Сэнди в верховьях дренажа поверхностных вод, к реке Колумбия в верхней части среднего течения и к реке Уилламетт в некоторых частях нижней части среднего течения. Хотя эти модели указывают только на неглубокий сток грунтовых вод, они могут дать представление о низком расходе на единицу площади (расход воды, деленный на площадь водосборного бассейна), наблюдаемом для некоторых частей Джонсон-Крик (К.К. Ли, Геологическая служба США, письменное сообщение, 2007).

Изучение карты уровня грунтовых вод также выявляет наличие насыпей и впадин грунтовых вод. Курганы грунтовых вод — это участки, где грунтовые воды движутся радиально от центра насыпи. Присутствие насыпей может быть результатом топографии, менее проницаемых материалов водоносного горизонта и (или) наличия зон подпитки либо из-за инфильтрации осадков, либо из-за какого-либо другого источника, такого как водотоки, системы UIC, септические системы, ирригация. , или нагнетательные скважины.Курганы грунтовых вод в Портлендской котловине обычно связаны с областями подпитки, расположенными на вершинах холмов или гор, таких как горы Туалатин, гора Табор или Скучные холмы (табл. 2). Многие из этих холмов получают большое количество осадков, а также могут состоять из менее проницаемых материалов.

Закрытые впадины грунтовых вод — это области, где грунтовые воды движутся радиально к центру впадины, что указывает на расход грунтовых вод, возможно, в результате потерь в набирающих потоках, источниках, эвапотранспирации или водозаборных колодцах.В качестве альтернативы депрессия грунтовых вод может быть результатом разгрузки грунтовых вод из поверхностного водоносного горизонта в результате нисходящего движения грунтовых вод в нижележащий водоносный горизонт. Несколько небольших закрытых впадин в районе Портленда связаны с гравийными карьерами и карьерами. Другие небольшие впадины грунтовых вод могут включать территорию на юго-западной стороне Роки-Бьютт и несколько областей, расположенных между западной стороной горы Скотт и Милуоки (табл. 2). Две самые большие замкнутые впадины грунтовых вод — это территория, примыкающая к северо-западной стороне Пауэлл-Бьютта, и район возле Саншайн-Вэлли (пл.2). Впадина возле Пауэлл-Бьютта может быть результатом откачки муниципальных грунтовых вод для коммунального водоснабжения, которая до недавнего времени происходила в этом районе. Неизвестно, приведет ли недавнее прекращение откачки к восстановлению уровня грунтовых вод в этой области или же депрессия грунтовых вод будет продолжаться и, следовательно, может быть объяснена другими причинами. Глубина и протяженность большой впадины (показанной только как почти замкнутая впадина из-за интервала изолиний) около Солнечной долины в значительной степени основаны на измерении уровня воды в одной скважине.Неизвестно, является ли эта депрессия разумным представлением уровня грунтовых вод в этой области или это результат использования одной или нескольких скважин, которые могут быть замкнутыми, или иметь высокие уровни воды. Многие замкнутые впадины плохо ограничиваются доступными данными и могут быть результатом несоответствий в методе интерполяции. Необходим дальнейший сбор и анализ данных, чтобы лучше определить глубину и протяженность замкнутых впадин грунтовых вод и понять причины, способствующие возникновению этих впадин.

127 скважин, используемых для оценки сезонных колебаний уровня грунтовых вод, имеют срезанные диапазоны колебаний уровня воды, которые колеблются от 1 до 22 футов, в среднем 7 футов. Небольшие сезонные колебания уровня грунтовых вод происходят по всей исследуемой территории, но концентрируются в большей степени. сильно в террасированных областях между реками Уилламетт и Колумбия к северу и западу от холмов Боринг (рис. 10), где скважины обычно получают воду из рыхлого осадочного водоносного горизонта. Наибольшие сезонные изменения обычно происходят в районах Сэнди, Скурины и Дамаска, за некоторыми исключениями.Эти большие колебания, достигающие 22 футов, произошли в гравийном водоносном горизонте Траутдейла и более старых гидрогеологических единицах горных пород. Величина колебаний уровня грунтовых вод в первую очередь зависит от изменений в подпитке, разгрузке и эффективной пористости водоносного горизонта. Среднегодовая подпитка в районе Портленда (Снайдер и др., 1994, стр. 30) несколько выше в районах с большими колебаниями уровня грунтовых вод. Сброс из-за больших объемов воды, перекачиваемой для сельскохозяйственных нужд, также больше (Collins and Broad, 1993, стр.11). Однако различия в подпитке и разгрузке значительно увеличиваются в этой области больших колебаний уровня грунтовых вод из-за более низкой эффективной пористости неглубоких водоносных горизонтов.

Классификация сезонных колебаний уровня грунтовых вод по гидрогеологическим единицам была оценена и разработана в результате качественной связи, наблюдаемой между сезонными колебаниями уровня грунтовых вод и имеющейся гидрогеологической единицей. Была определена гидрогеологическая единица в диапазоне колебаний уровня грунтовых вод (называемая «зоной колебаний» и определяемая как часть водоносного горизонта между минимальным и максимальным усеченными значениями измеренной глубины до воды для каждой скважины).Минимальные и максимальные глубины обводнения для каждой скважины, использованные в анализе сезонных колебаний уровня грунтовых вод, сравнивались с глубиной и мощностью гидрогеологических единиц, определенных для каждой скважины (Swanson и другие, 1993, стр. 8), чтобы определить гидрогеологические характеристики. агрегат в зоне колебания. Гидрогеологические единицы для некоторых скважин, расположенных за пределами объема работ Свансона и других (1993), были определены на основе гидрогеологических классификаций Конлона и других (2005, стр.7-23), и гидрогеологические единицы впоследствии были соотнесены с гидрогеологическими единицами, определенными в текущем исследовании (Конлон и другие, 2005, стр. 8).

Эффективная пористость гидрогеологических единиц в Портлендском бассейне была оценена Хинклом и Снайдером (1997, стр. 14 и стр. 39-47) на основе значений гидравлической проводимости, откалиброванных для модели потока грунтовых вод Портлендского бассейна USGS (Morgan and McFarland). , 1996, с. 17-19). Средняя эффективная пористость для каждой гидрогеологической единицы в Портлендском бассейне показана в таблице 2.Среднее сезонное колебание уровня грунтовых вод по гидрогеологическим единицам можно оценить, разделив среднюю скорость пополнения 22,0 дюйма / год для Портлендского бассейна (Снайдер и другие, 1994, стр. 30) на эффективную пористость, оцененную для каждой гидрогеологической единицы. Результирующие значения расчетных сезонных колебаний уровня грунтовых вод, рассчитанные по пористости и подпитке, аналогичны среднему значению измеренных значений сезонных колебаний уровня грунтовых вод для каждой гидрогеологической единицы (таблица 2 и рис. 11). Это соглашение помогает поддержать концептуальное представление о том, что колебания уровня грунтовых вод сильно зависят от гидравлических свойств гидрогеологической единицы в зоне колебаний.

Вернуться к содержанию

Мелкие подземные воды — Руководство по ливневым водам Миннесоты

Схема, показывающая, как рассчитывается глубина до воды. Обратите внимание, что временная насыпь, образовавшаяся в результате инфильтрации, не учитывается при определении глубины до воды. (Источник: CDM Smith)

Неглубокие грунтовые воды — это состояние, при котором сезонный высокий уровень грунтовых вод или насыщенная почва находится на расстоянии менее 3 футов от поверхности земли. Есть большая часть штата (более 50 процентов), где сезонный высокий уровень грунтовых вод расположен менее чем в 3 футах от поверхности.В этих областях может оказаться невозможным получить 3 фута разделения от дна инфильтрационной установки до сезонного высокого уровня грунтовых вод, ТРЕБУЕМЫХ в соответствии с Генеральным разрешением на строительство (CGP) NPDES. Неинфильтрационные ЛМУ, такие как облицованная фильтрация или отстаивание, следует рассматривать в районах с неглубокими грунтовыми водами.

Почему неглубокие грунтовые воды вызывают беспокойство?

Удаление некоторых загрязняющих веществ (например, бактерий) может происходить в зоне вадозы под основанием BMP.Удаление загрязняющих веществ в зоне вадозы достигается за счет биологической активности, химического разложения, адсорбции загрязняющих веществ почвой и поглощения растениями. Неглубокие грунтовые воды уменьшают глубину ненасыщенной почвы, доступной для обработки, что приводит к повышению вероятности загрязнения грунтовых вод. Зона вадозы еще больше уменьшается, когда образуется насыпь грунтовых вод. Эти участки создают проблемы для управления ливневыми водами, однако с этими проблемами можно справиться. Общие рекомендации по расследованию и лечению представлены в следующих разделах.

Как исследовать неглубокие подземные воды

Рекомендуется провести исследования для всех предлагаемых сооружений ливневой канализации, расположенных на участках с предполагаемым неглубоким залегом грунтовых вод. Расследование должно быть двояким. Во-первых, для определения вероятности того, что уровень грунтовых вод неглубокий, следует использовать соответствующие инструменты скрининга, такие как исследования почвы, геологические атласы или записи скважин. Если имеется неглубокий слой грунтовых вод, необходимо провести геотехническое исследование.

Геотехнические исследования рекомендуются для всех предлагаемых сооружений ливневой канализации, расположенных на участках, где есть подозрения, что вертикальное разделение на 3 фута между основанием БМП и уровнем грунтовых вод может быть недостижимо. Это необходимо, чтобы показать, что требования CGP выполнены. Рекомендации по поиску неглубоких подземных вод кратко изложены ниже. Рекомендации по исследованию всех потенциальных физических ограничений для проникновения на сайт представлены в таблице по этой ссылке.Эти правила не следует рассматривать как всеобъемлющие. Размер и сложность проекта будут определять масштабы любых геологоразведочных работ. Независимо от результатов первоначального обследования участка, необходимо провести испытания на просверливание почвы и инфильтрацию, чтобы проверить состояние почвы на участке.

Исследование недр

Исследование предназначено для определения характера и толщины подземных материалов, включая глубину до коренных пород и уровня грунтовых вод.Подземные данные о глубине залегания грунтовых вод могут быть получены путем бурения почвы или изучения существующих скважин на участке, если таковые имеются. Эти полевые данные должны быть дополнены методами геофизических исследований, которые квалифицированный специалист сочтет целесообразными, которые покажут расположение пластов подземных вод под поверхностью. Перечисленные ниже данные должны быть получены под непосредственным наблюдением квалифицированного геолога, инженер-геолога или почвоведа, имеющего опыт проведения таких исследований.Соответствующая информация о сайте должна включать следующее:

  • Известная глубина грунтовых вод или характеристики коренных пород (тип, геологические контакты, разломы, геологическая структура, конфигурация поверхности породы)
  • Характеристика грунта (тип, мощность, нанесенная на карту единицу)
  • Площади обнажения коренных пород

Расположение выработок грунта

Буровые скважины следует располагать таким образом, чтобы обеспечить репрезентативную зону покрытия предлагаемых объектов БМП. Расположение отверстий должно быть:

  • в пределах каждого отдельного основного типа почвы, как показано на картах почвенных съемок;
  • рядом с участками обнажения коренных пород и / или в районах с известными неглубокими грунтовыми водами, если таковые имеются;
  • рядом с краями и центром предлагаемой практики и разнесены на равном расстоянии друг от друга; и
  • рядом с любыми участками, идентифицированными как аномалии в результате существующих геофизических исследований.

Количество грунтовых скважин

Количество рекомендуемых отверстий описано ниже.

  • Траншеи для инфильтрации, биозадержание и фильтры — минимум 2 на практику. Обратите внимание, что для инфильтрационных BMP рекомендуется больше буровых отверстий площадью более 5000 квадратных футов. См. Здесь рекомендации по количеству отверстий для инфильтрационных BMP в зависимости от размера BMP.
  • Пруды / водно-болотные угодья — минимум 3 на тренировку или 3 на акр, в зависимости от того, что больше.
  • Дополнительные буровые скважины — по мере необходимости для определения поперечной протяженности ограничивающих горизонтов или конкретных условий площадки, если применимо.

Глубина проходки грунта

Буровые скважины должны быть расширены до минимальной глубины на 5 футов ниже минимального предлагаемого уклона в практике, если только не произойдет отказ шнека / обратной лопаты.

Обозначение материала

Весь материал, через который просверлено отверстие, должен быть идентифицирован следующим образом.

  • Предоставьте описания, регистрацию и отбор проб по всей глубине бурения.
  • Обратите внимание на любые пятна, запахи или другие признаки ухудшения состояния окружающей среды.
  • Выполните лабораторный анализ минимум 2 образцов почвы, репрезентативных для материала, вскрытого, включая потенциальные ограничивающие горизонты, с результатами, сопоставленными с описаниями полей.
  • Укажите характеристики почвы, включая, как минимум: цвет; минеральный состав; размер, форма и сортировка зерна; и насыщенность.
  • Запишите все признаки водонасыщенности, включая уровни залегания и уровня грунтовых вод, а также описания пятнистых или глеевых почв (липкие глинистые почвы, обычно встречающиеся в заболоченных почвах).
  • Измерьте уровень воды во всех скважинах во время завершения и еще раз через 24 часа после завершения. Отверстие должно оставаться полностью открытым на всю глубину этих измерений.
  • Оцените инженерные характеристики грунта, включая «N» или расчетную прочность на неограниченное сжатие, при проведении стандартного испытания на проникновение (SPT).

Оценка результатов

Должен быть предоставлен по крайней мере один (1) рисунок, показывающий поперечное сечение подповерхностного профиля почвы в рамках предлагаемой практики, показывающий ограничивающие слои, глубину до коренных пород и уровень грунтовых вод (если встречаются).Он должен охватывать центральную часть предлагаемой практики с использованием фактических или прогнозируемых скучных данных. Эскизная карта или формальный план строительства с указанием местоположения и размеров предлагаемой практики и линии поперечного сечения должны быть включены для справки или в качестве базовой карты для представления геологических данных.

Справочная информация для проведения инженерно-геологических изысканий

Информация: Раздел, содержащий информацию о грунтовых скважинах, разрабатывается для Руководства и должен быть доступен в начале 2016 года.

Следующие ниже ссылки предоставляют полезную информацию для проведения инженерно-геологических изысканий.Обратите внимание, что некоторые из этих документов были написаны для исследований на загрязненных участках.

Каковы общие правила управления ливневыми водами для территорий с неглубокими грунтовыми водами?

НАСТОЯТЕЛЬНО РЕКОМЕНДУЕТСЯ следующие исследования и варианты конструкции для инфильтрационных БМП, предлагаемых для размещения в районах с неглубокими грунтовыми водами:

  • Проведите тщательные геотехнические исследования с геотехническим анализом, аналогичным тем, которые рекомендованы для карстовых регионов.
  • Сделать вывод о невозможности проведения инфильтрационных BMP на площадке, где невозможно обеспечить минимальное расстояние в 3 фута между нижней частью BMP и грунтовыми водами.CGP запрещает проникновение BMP на расстояние менее 3 футов.
  • Рассмотрите ливневые водно-болотные угодья, для которых требуется меньшая глубина водозабора, чем для ливневых водоемов. Недостаток ливневых водно-болотных угодий заключается в том, что небольшая глубина водно-болотных угодий часто оставляет следы, которые больше, чем пруды.
  • Рассмотрим пруд с ливневой водой, который перехватит уровень грунтовых вод. Этот подход требует тщательного изучения землепользования, чтобы оценить возможность возникновения очагов ливневых вод или других источников высококонцентрированного стока, которые будут вносить избыточные загрязнители в грунтовые воды.Если район является потенциальной горячей точкой ливневых вод и расстояние до уровня моря составляет менее 3 футов, или если район является подтвержденной горячей точкой ливневых вод, рекомендуется использовать лайнер уровня 1 для защиты от загрязнения грунтовых вод.

MPCA часто спрашивают, почему он позволяет построить пруд-отстойник (без облицовки), который может перекрывать уровень грунтовых вод, но при этом требуется расстояние не менее 3 футов от дна любой построенной системы инфильтрации и уровня грунтовых вод.Процессы лечения для этих двух практик очень разные и могут помочь объяснить требования. Пруд с ливневой водой обеспечивает удаление загрязняющих веществ за счет осаждения взвешенных твердых частиц. Если бассейн достаточно большой, содержит растительность и имеет длительное время содержания, также может проводиться дополнительная обработка за счет биологического поглощения и микробного воздействия. Практика инфильтрации удаляет загрязняющие вещества посредством фильтрации, которая происходит в ненасыщенном слое почвы минимум 3 фута под практикой наряду с биологической и микробной активностью, которая имеет место в слое в аэробных условиях.

Связанные страницы

Глобальные закономерности глубины залегания подземных вод

Относительно: Глобальные закономерности глубины залегания грунтовых вод, Science, 339 (6122): 940-943, DOI: 10.1126 / science.1229881

Учитывая постоянную загрузку и применение наших более ранних модельных оценок глобальных закономерностей глубины залегания грунтовых вод (1), здесь мы предоставляем читателям наши недавно пересмотренные оценки и предлагаем, чтобы будущие приложения использовали этот новый набор данных, который существенно отличается от более ранних оценок.

Пополнение запасов подземных вод в предыдущей модели (1) основывалось на среднемноголетнем пополнении запасов подземных вод (2), рассчитанном на основе вертикального водного баланса почвы на высоте 2 м: осадки минус эвапотранспирация (P-ET). Он не учитывал (а) боковую конвергенцию между ячейками сетки, (б) поглощение корнями растений почвенной воды на глубине менее 2 м или грунтовых вод, и (в) сезонную динамику. Последствий несколько, но все они привели к завышенной смещенной оценке уровня грунтовых вод (слишком мелкой). Во-первых, без бокового потока от более влажных возвышенностей к более сухим низменностям в модели подпитки (2) ЕТ не может превышать местного P, что неверно в зонах разгрузки подземных вод в засушливом климате; это уменьшило потерю грунтовых вод для ET или завышенное восполнение запасов грунтовых вод, что привело к смещенному высокому уровню грунтовых вод в засушливых бассейнах.Во-вторых, не учитывается поглощение растительностью ниже 2 м почвы и поглощение грунтовых вод в результате капиллярного подъема, что еще больше снижает потерю грунтовых вод, переоценку подпитки и приводит к смещенному высокому уровню грунтовых вод. В-третьих, с использованием долгосрочного среднегодового пополнения, наша предыдущая модель не отражает сезонную динамику, усредняя сильную ET в засушливый сезон из грунтовых вод, недооценивая потребление подземных вод и приводя к смещенному высокому уровню грунтовых вод. В-четвертых, мы реализовали реки, которые вписаны в топографию, обеспечивая базовый уровень дренажа грунтовых вод ниже поверхности земли (базовый уровень в нашей предыдущей модели) ячейки сетки, тем самым увеличивая расход грунтовых вод и еще больше понижая уровень грунтовых вод.

В недавнем исследовании обратного моделирования (3) мы полностью соединили вертикальный водный баланс почвы с пополнением и сбросом грунтовых вод, подъемом и падением уровня грунтовых вод и адаптивной глубиной поглощения корнями растений для удовлетворения потребности в ET, выведенной из спутниковых наблюдений индекса площади листьев, запуск модели с часовыми шагами по времени в течение десятилетия (2004-2014 гг.) на той же 30-дюймовой глобальной сетке. Эта модель сняла все ограничения нашего более раннего подхода, описанного выше, и позволяет динамическое взаимодействие между почвенными водами, поверхностными водами (ручьями и поймы), использование грунтовых и растительных вод.

Смоделированную месячную глубину зеркала грунтовых вод для каждого континента можно скачать по ссылке ниже:
http://thredds-gfnl.usc.es/thredds/catalog/GLOBALWTDFTP/catalog.html
, который содержит два подкаталога:
ежемесячных средних / (более 10 лет прогона модели)
среднегодовых / (заменяет равновесный уровень грунтовых вод в предыдущем исследовании)
Все файлы организованы по континентам. Формат — NetCDF, который может быть прочитан ArcGIS версии 9 или новее.

Артикул:

1.Fan, Y., H. Li, G. Miguez-Macho (2013) Глобальные закономерности глубины залегания грунтовых вод, Science, 339 (6122): 940-943, DOI: 10.1126 / science.1229881

2. П. Дёлль, К. Фидлер (2008), Глобальное моделирование пополнения подземных вод. Hydrol. Earth Syst. Sci. 12, 863 (2008). DOI: 10.5194 / hess-12-863-2008

3. Fan, Y., G. Miguez-Macho, E.G. Джоббади, Р. Б. Джексон, К. Отеро-Казал (2017) Гидрологическое регулирование глубины укоренения растений, Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, Том 114, № 40, 10572–10577, DOI: 10.1073 / пнас.1712381114.

Глубина экологических подземных вод для наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод, в засушливых / полузасушливых регионах: обзор

Int J Environ Res Public Health. 2019 Март; 16 (5): 763.

Фэн Хуанг

1 Колледж гидрологии и водных ресурсов, Университет Хохай, Нанкин 210098, Китай; [email protected]

Yude Zhang

2 China Water Resources Beifang Investigation, Design and Research Co.Ltd, Тяньцзин 300222, Китай; [email protected]

Данронг Чжан

1 Колледж гидрологии и водных ресурсов, Университет Хохай, Нанкин 210098, Китай; [email protected]

Си Чен

3 Институт науки о системах поверхность-Земля, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай; [email protected]

1 Колледж гидрологии и водных ресурсов, Университет Хохай, Нанкин 210098, Китай; [email protected] 2 China Water Resources Beifang Investigation, Design and Research Co.Ltd, Тяньцзин 300222, Китай; [email protected] 3 Институт науки о системах поверхность-Земля, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай; [email protected]

Поступило 12.01.2019; Принято 25 февраля 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Эта статья цитировалась другими статьями в PMC. .

Abstract

Подземные воды в засушливых / полузасушливых регионах играют решающую роль в обеспечении питьевого водоснабжения, поддержке орошаемого земледелия и устойчивости важных местных наземных экосистем.Глубина грунтовых вод контролирует доступность воды для растительности и имеет важное значение для сохранения наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод. Глубина подземных вод в окружающей среде может быть определена как средняя глубина или диапазон глубин, удовлетворяющий росту естественной растительности, которая не подвергается стрессу из-за недостатка воды, кислородного голодания или засоления почвы. Сообщается о пяти методологиях оценки глубины подземных вод в окружающей среде: прямые основаны на функциях реагирования, которые связаны с состоянием растительности, e.g., физиологические параметры, частота появления, структура сообщества и физические показатели, полученные с помощью дистанционного зондирования, к изменениям глубины грунтовых вод; косвенный оценивает глубину подземных вод в окружающей среде на основе порогового значения влажности почвы. Чтобы заполнить пробел в знаниях об уникальной признанной методологии, была предложена концептуальная основа, которая включает первоначальную оценку (сбор данных, оценка ответов и оценка) и корректировку обратной связи (реализация и модификация). Ключевым компонентом схемы является количественная оценка связи между экологическими условиями и геогидрологическими особенностями.Этот обзор может предоставить справочные материалы по управлению ресурсами подземных вод, охране окружающей среды и устойчивому развитию в засушливых / полузасушливых регионах.

Ключевые слова: глубина подземных вод окружающей среды, определение, методологии, рамки, экологический режим подземных вод, засушливые / полузасушливые регионы

1. Введение

Водные ресурсы тесно связаны с благополучием человечества. Нехватка воды стала серьезной проблемой в засушливых / полузасушливых регионах, где нехватка воды является определяющей характеристикой [1,2].Ресурсы подземных вод подвергаются синтетическому воздействию глобального климата и антропогенной деятельности, особенно чрезмерной эксплуатации подземных вод [3,4]. При повышении температуры подпитка грунтовых вод в большинстве мест уменьшится; тем не менее, подпитка подземных вод была увеличена в некоторых районах из-за чрезмерного возвратного стока для орошения [5]. Изменчивость климата в межгодовых временных масштабах, связанная с повышенным количеством осадков и повышенным стоком, связанным с Южным колебанием Эль-Ниньо (ЭНСО), вызвала усиление подпитки водоносных горизонтов в Аризоне, Калифорнии и Аргентине, о чем свидетельствует повышение уровня грунтовых вод [6].Спутниковые измерения силы тяжести в рамках эксперимента по гравитационному восстановлению и климату зафиксировали значительное истощение подземных вод во многих водоносных горизонтах или регионах по всему миру, включая Северо-Западную Индию, водоносный горизонт Высоких равнин и Центральную долину в США, Северо-Китайскую равнину, Ближний Восток и Южный бассейн Мюррей-Дарлинг. в Австралии [7]. Чтобы уменьшить растущую нагрузку на водные ресурсы, важно внедрить устойчивое управление водными ресурсами, чтобы сбалансировать как социально-экономические, так и экологические потребности в воде [8].

В зависимости от экологической ценности подземных вод экосистемы, зависящие от подземных вод, можно разделить на три типа: (а) водоносные горизонты и пещерные экосистемы; (б) родники, водно-болотные угодья, реки, эстуарии и прибрежные морские экосистемы; и (c) экосистемы наземной растительности [9]. Наземные экосистемы, зависящие от грунтовых вод, состоят из глубоко и / или неглубоко укоренившихся растительных сообществ и фауны, которая использует среду обитания, сформированную растительными сообществами, например рептилиями, млекопитающими и птицами [10].Растительность в засушливых / полузасушливых регионах может полностью или частично зависеть от грунтовых вод [11]. Изменения в ресурсах подземных вод вызовут колебания глубины подземных вод, что является ключевым экологическим фактором, контролирующим доступность воды для растительности [12]. Водный стресс растений и сокращение живой биомассы вызваны снижением уровня грунтовых вод; однако обратное не всегда верно для увеличения уровня грунтовых вод, которое может убить затопленные корни. Фактически, большинство видов не переносят чрезвычайно низкие уровни кислорода [13].Растительность может реагировать на колебания доступности грунтовых вод с точки зрения следующих процессов: фотосинтез листовой чешуи, устьичная проводимость, проводимость кроны, потенциал воды в листьях и стеблях, транспирация, устойчивость к ксилемной эмболии, скорость роста, индекс площади листьев, плотность растений, отмирание кроны , смертность и др. [14]. В засушливых / полузасушливых регионах колебания уровня грунтовых вод будут влиять не только на рост растительности, но также на структуру сообществ и экосистемы; в то время как рост растительности может предотвратить эрозию почвы и опустынивание земель [15].При устойчивом использовании водных ресурсов необходимые запасы не будут истощены, и экосистемы, зависящие от грунтовых вод, не будут повреждены [16].

Следовательно, разумная глубина грунтовых вод необходима для защиты наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод, и требуется лучшее понимание глубины подземных вод в окружающей среде, чтобы можно было определить экологические резервы до того, как план водных ресурсов может быть утвержден или возобновлен. Чжао и Ченг [17] сделали обзор некоторых достижений в изучении экогидрологических процессов в аридных зонах.Они выдвинули концепции и методы определения следующих параметров: критическая экологическая потребность в воде, оптимальная экологическая потребность в воде и насыщенная экологическая потребность в воде. Цуй и Шао [15] обсудили роль грунтовых вод в засушливых / полузасушливых экосистемах, касающуюся влияния глубины грунтовых вод на рост растений и степень засоления почвы. Они пришли к выводу, что глубина грунтовых вод является ключевым фактором в борьбе с опустыниванием земель и засолением почв на северо-западе Китая.Eamus et al. [11] предложили функциональную методологию определения режима подземных вод, необходимого для поддержания здоровья зависящей от подземных вод растительности. Rohde et al. [18] рассмотрели глобальное управление зависимыми от подземных вод экосистемами в рамках устойчивой политики в отношении подземных вод. Насколько нам известно, важность разумной глубины грунтовых вод для устойчивого развития хорошо известна; однако необходим обновленный и синтетический обзор того, как можно оценить разумную глубину подземных вод, а уникальная признанная методология остается пробелом в знаниях.

Таким образом, в данном исследовании были рассмотрены соответствующие исследования, представленные в рецензируемой международной литературе, индексируемой Web of Science Core Collection и Chinese Science Citation Database, и нацеленные на: (a) обобщение определения глубины грунтовых вод в окружающей среде; (b) обзор существующих методологий оценки глубины подземных вод в окружающей среде; (c) предложить концептуальную основу для расчета глубины грунтовых вод в окружающей среде; и (г) обсудить будущие работы. Результаты будут полезны при управлении водными ресурсами и охране окружающей среды в засушливых / полузасушливых регионах.

2. Определение глубины грунтовых вод в окружающей среде

Важность глубины грунтовых вод для растительности в засушливых / полузасушливых регионах была признана несколько десятилетий назад, и было предложено несколько концепций для определения разумных диапазонов глубины грунтовых вод для поддержания наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод. экосистемы. Эти концепции в основном включают критическую глубину грунтовых вод [19], экологический уровень грунтовых вод [20], пороговое значение глубины грунтовых вод [14] и критический уровень грунтовых вод [21].Хотя буквальные выражения различаются, эти утверждения имеют ту же суть в отношении глубины грунтовых вод в окружающей среде.

Вкратце, глубина подземных вод в окружающей среде может быть определена как средняя глубина или диапазон глубин подземных вод, которые удовлетворяют рост естественной растительности, не подвергающейся стрессу из-за нехватки воды, аноксии или засоления почвы [10,17]. отображает схематическое определение глубины грунтовых вод в окружающей среде, которую можно разделить на следующие категории: желательная, приемлемая и неприемлемая глубина грунтовых вод.В пределах желаемого диапазона капиллярная кайма находится рядом с корневой зоной растительности; растительность хорошо растет, и изменение глубины грунтовых вод оказывает незначительное влияние на рост растительности. За пределами желаемого диапазона небольшое изменение глубины грунтовых вод может существенно повлиять на растительность; переход от здоровой зоны к смертельной зоне может быть линейным или нелинейным, в зависимости от конкретных экологических и гидрологических процессов и их взаимодействия. Когда уровень грунтовых вод слишком низкий, капиллярное действие не может поднять грунтовые воды вверх через корневую зону растений.Это может вызвать высыхание почвы, деградацию растительности и опустынивание земель. Однако, когда уровень грунтовых вод слишком высок, растения могут пострадать от аноксии; кроме того, соли накапливаются на поверхности почвы, что приводит к засолению почвы за счет испарения, что может отрицательно сказаться на росте растений. Нижний порог допустимого диапазона является критическим для доступности воды, а верхний порог допустимого диапазона является критическим для засоления почвы и аноксии растительности [15].

Эскизная карта для определения глубины грунтовых вод в окружающей среде.

3. Методологии оценки глубины подземных вод в окружающей среде

Определение глубины подземных вод в окружающей среде имеет решающее значение при интеграции экологических соображений в устойчивое управление водными ресурсами в засушливых / полузасушливых регионах. Для определения необходима разумная и надежная методология. перечисляет методы и их типичные приложения. Было обнаружено, что глубина подземных вод в окружающей среде была различной для разных районов исследования, в основном из-за специфических местных характеристик следующих объектов: климата, гидрологии, геологии, почвы и растительности.Более того, результаты исследований были разными даже для одной и той же области исследования, вероятно, из-за различий в источниках данных и методологиях исследования.

Таблица 1

Типичные достижения экологической глубины подземных вод.

Глубина воды в реке
Методология Область исследования Глубина подземных вод в окружающей среде Ссылка
Желательно Приемлемо Неприемлемо
Подборка , США> 2.5–3,0 м [22]
Оазисы Эцзина в нижнем течении реки Хэйхэ, Китай <0,5–1,5 м
> 3,5–4,0 м
[23]
Моделирование зависимости между частотой появления и глубиной подземных вод Средняя и нижняя часть реки Тарим, Китай 2–4 м 4– 6 м> 6 м [24]
Определение реакции структуры растительного сообщества на изменение глубины грунтовых вод Нижняя часть реки Тарим, Китай 2–4 м 4–8 м> 8 м [25]
Оазисы Эцзина в нижнем течении реки Хэйхэ, Китай 2–5 м> 5.5 м [26]
Изучение взаимосвязи между физическими показателями растительности, полученными с помощью дистанционного зондирования, и глубиной грунтовых вод Долина Оуэнс, Калифорния, США> 2,5 м [27]
Пустыня Атакама, север Чили> 20 м [28]
Оценка на основе порогового значения влажности почвы Нижнее течение реки Тарим, Китай <4 м [29]

3.1. Согласование функций между физиологическими параметрами и глубиной подземных вод

3.1.1. Принципы

В засушливых / полузасушливых регионах грунтовые воды имеют большое значение для роста растительности, которая может быть охарактеризована физиологическими параметрами, например, устьичной проводимостью листьев, чистой скоростью фотосинтеза, водным потенциалом побегов, состоянием полога, а также радиальным приростом и приростом ветвей. Например, в районе буровой скважины Кангалун в Новом Южном Уэльсе на юго-востоке Австралии структурные (индекс площади листа, базальная площадь, плотность ствола, высота дерева, значение Хубера и надземная биомасса) и функциональные (чистая первичная продуктивность над землей) атрибуты обследованы семь лесных участков, различающихся глубиной залегания грунтовых вод.Между сайтами наблюдались значительные различия в структурных и функциональных характеристиках. Три самых мелководных участка с глубиной грунтовых вод 2,4 м, 4,3 м и 5,5 м имели значительно большую надземную биомассу и чистую надземную первичную продуктивность, чем четыре самых глубоких участка с глубиной грунтовых вод ≥ 9,8 м [30]. Физиологические параметры могут быть связаны с глубиной грунтовых вод с помощью диаграмм рассеяния и методов регрессии. Основываясь на соотношении, можно подобрать функцию, и тогда можно будет наблюдать резкое изменение, которое указывает на глубину грунтовых вод в окружающей среде.

3.1.2. Заявки

В свободно текущей реке Хассаямпа в Аризоне (США) физиологическая реакция и реакция роста местных прибрежных деревьев ( Populus fremontii S. Wats. и Salix gooddingii Ball ) на доступность грунтовых вод были исследованы в засушливую (1997 г.) ) и влажный (1998) годы. В более засушливый год деревья испытывали значительный водный стресс, о чем свидетельствовали низкий потенциал воды в побегах, низкая скорость газообмена листьев и большое количество усыхания кроны.Эти параметры были существенно связаны с глубиной грунтовых вод. Трехпараметрическая сигмоидальная функция лучше всего описывает взаимосвязь между усыханием полога и глубиной грунтовых вод и предполагает, что глубина грунтовых вод в окружающей среде составляет 2,5–3,0 м, после чего усыхание полога местных деревьев быстро увеличивается [22].

В оазисах Эцзина в низовьях реки Хэйхэ проводился мониторинг сети пунктов наблюдения за глубиной подземных вод, и градиент влажности окружающей среды отражался на физиологических характеристиках растений.Для контроля засоления порог глубины грунтовых вод варьировался в пределах 0,5–1,5 м. Порог глубины грунтовых вод для экологического предупреждения варьировался в пределах 3,5–4,0 м [23].

3.2. Моделирование зависимости между частотой появления и глубиной подземных вод

3.2.1. Принципы

Растительность имеет тенденцию расти в подходящей среде обитания, где на это может указывать высокая частота появления растительности, и частота появления будет уменьшаться с уменьшением пригодности среды обитания.Следовательно, как ключевой фактор среды обитания наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод, глубина подземных вод в окружающей среде может быть исследована путем моделирования взаимосвязи между частотой появления и глубиной грунтовых вод. Высокая частота появления соответствует приемлемой глубине грунтовых вод в окружающей среде и наоборот. Гауссовская регрессия — широко используемая модель для моделирования взаимоотношений между видами и окружающей средой [31]. Из-за сложных отношений между растительностью и окружающей средой в сообществах естественной растительности, эта взаимосвязь может не полностью соответствовать гауссовой регрессии, а преобразованной регрессии, т.е.g., логнормальное распределение. Диапазоны глубины подземных вод, соответствующие частоте появления выше 20%, выше 10% и ниже 10%, можно оценить как желаемую, приемлемую и неприемлемую глубину подземных вод для окружающей среды, соответственно. Конкретные пороги частоты появления определяются местными целями охраны окружающей среды.

3.2.2. Заявки

Мониторинг среднего и нижнего течения реки Тарим велся в течение двух лет (2006 и 2007), и были собраны данные о грунтовых водах, участках растительности и профилях почвы.Взаимосвязи между растительностью и факторами окружающей среды были исследованы с использованием анализа экологической ниши и анализа канонических соответствий без тренда. Используя теорию экологической пригодности, данные предыдущих исследований были проанализированы для нескольких основных видов растений в районе исследования. Модель логнормального распределения была построена, чтобы показать взаимосвязь между ростом растений и глубиной грунтовых вод. Исследование показало, что разнообразие растений было самым высоким, когда глубина грунтовых вод составляла 2–4 м, затем глубина грунтовых вод составляла 4–6 м, а затем — 0–2 м.Разнообразие видов резко сократилось, когда глубина грунтовых вод увеличилась до глубины более 6 метров. Для роста основных растений оптимальная глубина грунтовых вод находилась в диапазоне 2–4 м; порог глубины грунтовых вод составлял около 6 м. Для восстановления растительности и экосистемы нижнего течения реки Тарим необходимо поддерживать глубину до уровня грунтовых вод на минимальном уровне 6 м. Глубина грунтовых вод должна поддерживаться на уровне 2–4 м вблизи водотока и 4–6 м на остальной части этой засушливой территории [24].

3.3. Определение реакции структуры растительного сообщества на изменения глубины подземных вод

3.3.1. Принципы

Распространение растительности в засушливых / полузасушливых регионах тесно связано с глубиной грунтовых вод. Существует хорошая корреляция между глубиной подземных вод и гипергенным экологическим типом [32]. Например, в китайском оазисе Селе, когда глубина подземных вод изменяется от большой до мелкой, растительные сообщества трансформируются со следующими последовательностями сообществ Alhagi , Tamarix spp.сообществ, сообществ Populus, сообществ, сообществ Phragmites, сообществ и сообществ Sophora, [33]. Различные виды обладают разной способностью адаптироваться и реагировать на изменения в доступности грунтовых вод, которые постепенно влияют на рост, воспроизводство, смертность и структуру сообщества растительности. Несмотря на то, что растительность выработала сложные физиологические и биохимические приспособления к дефициту воды или стрессу от наводнения, адаптации могут стать неадекватными и привести к сдвигу в структуре сообщества растительности, если стресс настолько велик, что превышает устойчивость растительности.Когда уровень грунтовых вод продолжает хронически снижаться, растительное сообщество может выродиться из деревьев / кустарников / трав в редкие деревья и даже просто бесплодные. Следовательно, определяя реакцию структуры растительного сообщества на изменения глубины грунтовых вод, пороговое значение глубины грунтовых вод, соответствующее значительному вырождению экосистемы, можно установить в качестве цели управления окружающей средой.

3.3.2. Заявки

На основе наблюдений на местах за глубиной подземных вод, а также длиной, шириной и сырым весом 50 листьев выбранных растений в июле 2010 года, реакция растительных сообществ была исследована путем изменения глубины подземных вод.Результаты показали, что травы демонстрировали деградацию, когда глубина грунтовых вод составляла 4–6 м, тогда как деревья не демонстрировали деградацию, пока глубина грунтовых вод не превышала 6 м в нижнем течении реки Тарим. Смешанное распределение деревьев / кустарников / трав было заметно в районах, где глубина грунтовых вод находилась в диапазоне 2–4 м; распределение деревьев / кустарников было заметным в районах, где глубина грунтовых вод находилась в диапазоне 4–8 м. В районах, где глубина подземных вод превышала 8 м, преобладала простая структура деградировавшего Populus euphratica / Tamarix chinensis [25].

В оазисах Эцзина в низовьях реки Хэйхэ в июне 2000 года была исследована взаимосвязь между растительностью и глубиной грунтовых вод путем сочетания дистанционного зондирования с измерениями подземных вод на месте. Результаты показали, что глубина грунтовых вод, пригодная для растительности в этом регионе, находилась в диапазоне 2–5 м, в зависимости от видового состава. При глубине грунтовых вод ниже 5,5 м растительность практически не появлялась, поскольку глубина укоренения нынешних видов была ограниченной. Следовательно, они не могли поддерживать достаточный запас воды для своих навесов [26].

3.4. Исследование взаимосвязи между физическими показателями растительности и глубиной подземных вод с помощью дистанционного зондирования

3.4.1. Принципы

Дистанционное зондирование обеспечивает надежное и пространственно определенное средство для оценки земного покрова и его временных изменений. Покрытие растительностью, которое сильно коррелирует с наличием грунтовых вод в засушливых / полузасушливых регионах, как правило, больше, когда доступность грунтовых вод выше. Индексы растительности, полученные с помощью дистанционного зондирования, включают нормализованный разностный индекс растительности (NDVI), улучшенный индекс растительности (EVI), индекс перпендикулярной растительности (PVI), индекс растительности с поправкой на почву (SAVI) и индекс растительности с поправкой на почву (TSAVI) [34,35 , 36,37,38].Связь между показателями дистанционного зондирования и глубиной грунтовых вод может быть линейной, криволинейной или ступенчатой; они, скорее всего, специфичны для конкретного случая из-за локальных изменений в растительных сообществах, гидрогеологических условиях и климатических режимах. Используя эти зависимости, глубина подземных вод в окружающей среде может быть оценена через точку разрыва, если она существует в ступенчатой ​​зависимости, или на основе цели управления по охране окружающей среды.

3.4.2. Приложения

В долине Оуэнс, Калифорния, США, безоблачный тематический картограф Landsat и расширенный тематический картограф плюс спутниковые данные предоставили информацию о растительном покрове.На основании корреляционного анализа растительного покрова и глубины грунтовых вод пороговое значение глубины грунтовых вод было оценено в 2,5 м; он представляет собой среднюю глубину укоренения растений и предотвращает неблагоприятное воздействие на растительный покров и сообщества растений [27].

В сверхзасушливой пустыне Атакама на севере Чили изображения Landsat были дополнены цифровой инвентаризацией и оценкой доли зеленого полога всех деревьев. Новые индикаторы стресса засухи, полученные с помощью дистанционного зондирования, были определены на основе NDVI.Пространственно-временная оценка состояния воды у деревьев Tamarugo показала, что парагелиотропное движение листьев было ограничено, когда глубина грунтовых вод превышала 12 м. Это вызвало обезвоживание и потерю листвы. Tamarugos на глубине 12–16 м грунтовых вод подвергся умеренному стрессу от засухи, в то время как сильный стресс от засухи был нанесен на глубину 16–20 м грунтовых вод. Таким образом, 20 м глубины грунтовых вод считались критическим порогом для выживания деревьев тамаруго [28].

3.5. Оценка B на основе порогового значения влажности почвы

3.5.1. Принципы

Влага почвы — один из важнейших компонентов почвы и основное условие, от которого зависит выживание растительности. В засушливых / полузасушливых регионах, особенно в засушливые периоды с редкими осадками, грунтовые воды оказывают существенное влияние на содержание влаги в почве, что влияет на местную экологическую стабильность. Следовательно, исходя из порогового значения влажности почвы, которое может выдержать растительность, и взаимосвязи между содержанием влаги в почве и глубиной грунтовых вод, можно оценить глубину грунтовых вод в окружающей среде.Этот метод является косвенным, тогда как перечисленные выше четыре метода являются прямыми.

3.5.2. Заявки

В низовьях реки Тарим (Китай) изменчивость содержания влаги в почве и взаимосвязь между содержанием влаги в почве, глубиной грунтовых вод и растительностью были проанализированы с использованием методов коэффициента вариации, корреляции Пирсона и регрессии. соответственно. Полученные данные свидетельствуют о том, что растительный покров и видовое разнообразие значительно улучшились с увеличением содержания влаги в почвенном слое на 100–260 см.Растительный покров и видовое разнообразие приблизились к максимальным значениям, и 92,3% основных видов растений могли расти, когда содержание влаги в почве превышало 10%. Для восстановления экосистемы пустынных прибрежных лесов в низовьях реки Тарим необходимо было поддерживать глубину грунтовых вод на уровне <4 м вблизи водотока и около 4 м на остальной части этого засушливого региона [29].

4. Концептуальная основа для расчета глубины экологических подземных вод

На основе обзора существующих методологий оценки экологической глубины подземных вод была предложена концептуальная основа для руководства практикой управления водными ресурсами и достижения устойчивого развития в засушливых / полузасушливых регионах.Процессы оценки в основном включают пять шагов (), которые можно разделить на два процесса: предварительная оценка и адаптивная корректировка.

Концептуальная основа для расчета глубины грунтовых вод окружающей среды. Примечание: сплошные линии обозначают предварительные процессы, а пунктирные линии обозначают последующие процессы обратной связи.

Шаг 1. Мониторинг и сбор данных

Долгосрочная программа мониторинга как гидрологических процессов, так и состояния наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод, является основой для устойчивого управления водными ресурсами.Данные могут быть собраны с помощью полевых исследований на месте, технологий дистанционного зондирования и комбинации этих двух методов.

Уровни подземных вод очень динамичны по своей природе, и для измерения уровней подземных вод требуется систематическая сеть наблюдательных скважин; Эффективный дизайн сети мониторинга подземных вод необходим для предоставления более точной качественной и количественной информации о сложных системах водоносных горизонтов для оптимального управления подземными водами [39]. Обычно применяемые методологии для проектирования сетей мониторинга подземных вод — это анализ главных компонентов, моделирование отжига, теория энтропии и геостатистика [40,41,42,43,44].

Реакция на изменения глубины грунтовых вод может быть определена количественно на всех экологических уровнях, включая индивидуальный, популяционный и общинный уровни; реакция отдельного вида имеет последствия для реакции популяции, которая в дальнейшем влияет на состав или структуру сообщества. При принятии решения о том, какие характеристики наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод, следует учитывать, необходимо учитывать несколько критериев: наличие определенной взаимосвязи с глубиной грунтовых вод, характеристика риска для окружающей среды, рентабельность и практичность, наличие возможностей раннего предупреждения и отражение эффекты «запаздывания» [11].Eamus et al. [11] обсудили, какие характеристики растительности можно измерить для мониторинга функции экосистемы, и предоставили ряд доступных методов для измерения аспектов функции экосистемы.

Шаг 2: Оценка экологической реакции на гидрологические изменения

Собранные данные используются для определения того, как колебания грунтовых вод влияют на наземные экосистемы, зависящие от грунтовых вод; взаимосвязь между экологическими характеристиками и глубиной грунтовых вод можно проанализировать, взяв глубину грунтовых вод как движущий фактор экологических реакций.Это ключевой шаг для изучения экологической реакции на изменение глубины грунтовых вод и моделирования функций реакции, которые могут во многом зависеть от условий участка, которые в основном включают климат, топографию, почву и виды растительности [13,45,46]. Такие соотношения могут предоставить научную справочную информацию для оценки глубины подземных вод в окружающей среде для других регионов с аналогичными условиями участка, где данные долгосрочного мониторинга недоступны.

Ответы были тщательно изучены в масштабе листа, дерева, кроны, популяции и сообщества; и функции отклика для отдельных признаков растительности очевидны [14].При интеграции многомасштабных откликов и разработке функции отклика в масштабе экосистемы для глубины грунтовых вод практический подход заключается в нормализации откликов (от 0 до 1), так что отклик 1 указывает на отсутствие влияния различий в глубине грунтовых вод, а 0,5 указывает на 50. % снижение / увеличение максимального / минимального значения определенного признака [47]. При применении статистического анализа для выявления взаимосвязей между состоянием экосистемы и глубиной грунтовых вод необходимо уделять особое внимание возможным временным лагам экологической реакции на колебания уровня грунтовых вод.Гибель прибрежных деревьев может показывать запаздывание от нескольких лет до десятилетий, прежде чем станет очевидной, потому что для этого требуются исключительные засухи, прежде чем деревья преодолеют пороговые значения стресса и умрут [48].

Шаг 3. Оценка глубины грунтовых вод в окружающей среде

После установления связи между процессами экологии и геогидрологии становится возможным определять глубину подземных вод в окружающей среде для поддержания определенного состояния экосистем. Оценка принимает две формы:

(i) Обнаружение значимой «точки скачка», если она существует, для определения порогового значения глубины грунтовых вод, при превышении которого происходит заметная экологическая деградация.Применимы статистические методы для определения пороговых значений, например, подход байесовского вывода в сочетании с методом выборки Марковской цепи Монте-Карло для упрощенной динамической модели растительности и анализ таксонов пороговых индикаторов [49,50]. Андерсен и др. [51] представили обзор подходов и программного обеспечения для определения экологических пороговых значений и смены режима.

(ii) Анализ глубины подземных вод в окружающей среде на основе графика зависимости между экологическими индексами и глубиной подземных вод и заранее установленной целью сохранения окружающей среды.Этот метод применим независимо от того, существует ли «точка перехода» на графике отношения или нет. Задача сохранения окружающей среды может быть определена бассейновыми менеджерами, которые могут консультироваться с заинтересованными сторонами в водосборе в процессе принятия решений и принимать во внимание относительную важность наземных экосистем, зависящих от грунтовых вод.

Шаг 4: Внедрение в управление водными ресурсами

Экологическая глубина подземных вод, которая является целью управления водными ресурсами, ограничивает количество воды, которая может быть забрана из водоносного горизонта, и сообщает менеджеру, сколько воды должно оставаться.После предварительной оценки глубина подземных вод в окружающей среде может быть использована в управлении водными ресурсами. Приложение обеспечивает обратную связь для адаптивного управления.

Шаг 5: обратная связь и корректировка

Первоначальная оценка является частью многоэтапной концептуальной основы, которая завершается окончательным определением глубины подземных вод в окружающей среде. Когда применяется предварительно оцененная глубина подземных вод в окружающей среде, стратегия мониторинга будет осуществляться непрерывно для поддержки адаптивного управления.Обновленные данные будут способствовать уточнению или дальнейшему подтверждению экологической реакции на гидрологические изменения. Экологический мониторинг показывает, была ли достигнута цель по сохранению окружающей среды. Если исходная глубина подземных вод в окружающей среде не может поддерживать заданные экологические условия или установлена ​​новая цель сохранения окружающей среды, глубину подземных вод в окружающей среде необходимо скорректировать с использованием обновленного графика связи между экологией и геогидрологией. Пересмотренная глубина подземных вод в окружающей среде также будет применяться при управлении водными ресурсами.Обратная связь и корректировка будут продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто устойчивое развитие.

5. Обсуждение экологического режима подземных вод

Уровень подземных вод обычно испытывает суточные, сезонные и межгодовые колебания, которые следует учитывать при расчете глубины грунтовых вод в окружающей среде. Однако опубликованные статьи в основном касались статических пороговых значений глубины грунтовых вод () и еще не принимали во внимание естественный режим грунтовых вод, оставляя пробел в знаниях о динамической глубине грунтовых вод в окружающей среде.

Естественный режим подземных вод включает величину, время, продолжительность, скорость изменения и частоту геогидрологического события, аналогично естественному режиму стока в реке [11,52]. Величина — это величина глубины грунтовых вод, которая меняется в зависимости от месяцев или сезонов. Время характеризует, когда происходит конкретное геогидрологическое событие. Например, когда в гидрологический год бывает самый высокий и самый низкий уровень грунтовых вод? Продолжительность — это общее количество дней, в течение которых продолжается геогидрологическое мероприятие.У растительности могут быть некоторые адаптивные стратегии, позволяющие выдерживать краткосрочную засуху; однако он может не выжить из-за продолжительной засухи без наличия грунтовых вод. Скорость изменения определяет, насколько быстро уровень грунтовых вод повышается или понижается. Некоторая растительность способна адаптироваться к падению уровня грунтовых вод из-за высокой скорости роста корней; корневая система будет адаптирована для поддержания контакта с опускающимся уровнем грунтовых вод [10,53,54,55]. Однако, если скорость падения уровня грунтовых вод слишком велика, корневая система не успеет приспособиться и может привести к гибели растительности.Частота показывает, сколько раз конкретное геогидрологическое событие, например, засуха и наводнение, происходит в году.

Наземные экосистемы, зависящие от грунтовых вод, адаптировались к естественному режиму грунтовых вод, который не должен полностью разрушаться при эксплуатации ресурсов грунтовых вод. Экологический режим подземных вод, который полностью аналогичен естественному, может лучше способствовать сохранению окружающей среды. Следовательно, в будущих работах предлагается уделять больше внимания экологическому режиму подземных вод.Структура для проектирования экологического режима подземных вод аналогична структуре, определяющей глубину экологической глубины подземных вод. Улучшение воплощено в расширенном анализе связи между процессами экологии и геогидрологии. На графике экологической реакции на изменения грунтовых вод факторы, вызывающие экологические изменения, включают не только глубину грунтовых вод, которая является величиной режима грунтовых вод, но также время, продолжительность, скорость изменения и частоту колебаний грунтовых вод.

6. Выводы

Глубина подземных вод в окружающей среде, которая является важным гидрогеологическим параметром, контролирующим доступность воды для растительности, имеет решающее значение для сохранения окружающей среды в засушливых / полузасушливых регионах. Его важность широко признана, и в рецензируемых публикациях сообщается о пяти методах его количественной оценки, среди которых четыре прямых метода и один косвенный метод. Четыре прямых метода обычно основаны на реакции растительности на изменение глубины грунтовых вод; различие заключается в применяемых характеристиках растительности, которые включают физиологические параметры, частоту появления, структуру сообщества и физические показатели, полученные с помощью дистанционного зондирования.Косвенный метод сначала определяет пороговое значение влажности почвы для роста растительности; затем анализируется глубина подземных вод в окружающей среде на основе зависимости между содержанием влаги в почве и глубиной подземных вод. Прямые методы дешевле косвенных и могут широко применяться; однако они предоставляют только начальную оценку, а корректировка обратной связи отсутствует. Поэтому была предложена концептуальная основа для расчета глубины грунтовых вод в окружающей среде. Существующие методологии могут быть включены в эту структуру для предварительной оценки, результат которой будет применен к управлению водными ресурсами, а исходная глубина подземных вод в окружающей среде будет скорректирована с использованием обновленной кривой экогидрологической реакции, если цель сохранения окружающей среды не будет достигнута. фактически достигнуто.Эта основа будет практичной для устойчивого развития засушливых / полузасушливых регионов.

Глубина грунтовых вод в окружающей среде в основном связана с величиной глубины до уровня грунтовых вод, игнорируя естественные вариации геогидрологических процессов. Было предложено уделять больше внимания экологическому режиму подземных вод, пять компонентов которого включают величину, время, продолжительность, скорость изменений и частоту. Необходима дальнейшая разработка количественной информации об экологических реакциях на изменения режима подземных вод.Адаптивная оценка также применима для расчета экологического режима подземных вод.

Настоящее исследование сосредоточено на рецензируемых публикациях; однако, из-за наличия данных, в этом обзоре не могли быть рассмотрены неопубликованные материалы, например, отчеты об исследованиях и академические презентации. Следовательно, недостатком является то, что синтез методологий для оценки глубины подземных вод в окружающей среде может быть неполным.

Вклад авторов

Концептуализация, Ф.ЧАС.; методология, F.H. and Y.Z .; расследование, F.H. and D.Z .; письменная форма — подготовка оригинального черновика, F.H .; написание — просмотр и редактирование, X.C.

Финансирование

Это исследование финансировалось Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, номер гранта 2017YFC0406101; и Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов, номер гранта 2017B10714.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

1. Ботай К.М., Ботай Дж.О., Мучуру С., Нгвана И. Гидрометеорологические исследования в Южной Африке: обзор. Воды. 2015; 7: 1580–1594. DOI: 10.3390 / w7041580. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Рейнольдс Дж. Ф., Стаффорд Смит Д. М., Ламбин Е. Ф., Тернер Б. Л., Мортимор М., Баттербери С. П. Дж., Даунинг Т. Е., Доулатабади Х., Фернандес Р. Дж., Херрик Дж. Э. и др. Глобальное опустынивание: создание науки для развития засушливых земель. Наука. 2007; 316: 847–851. DOI: 10.1126 / science.1131634. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 3. Грин Т.Р., Танигучи М., Куи Х., Гурдак Дж. Дж., Аллен Д. М., Хискок К. М., Трейдел Х., Аурели А. Под поверхностью глобальных изменений: Воздействие изменения климата на грунтовые воды. J. Hydrol. 2011; 405: 532–560. DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2011.05.002. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Ашраф Б., АгаКучак А., Ализаде А., Байги М.М., Мофтахари Х.Р., Мирчи А., Анджилели Х., Мадани К. Количественная оценка антропогенной нагрузки на ресурсы подземных вод. Sci. Отчет 2017; 7: 12910. DOI: 10.1038 / s41598-017-12877-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 5.Шривастава Р. Ресурсы подземных вод в условиях меняющегося климата. J. Indian Inst. Sci. 2013; 93: 251–263. [Google Scholar] 6. Скэнлон Б.Р., Киз К.Э., Флинт А.Л., Флинт Л.Э., Гейе С.Б., Эдмундс В.М., Симмерс И. Глобальный синтез подпитки подземных вод в семиаридных и засушливых регионах. Hydrol. Процесс. 2006. 20: 3335–3370. DOI: 10.1002 / hyp.6335. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Chen J.L., Famiglietti J.S., Scanlon B.R., Rodell M. Изменения запасов подземных вод: текущий статус по наблюдениям GRACE. Surv. Geophys.2016; 37: 397–417. DOI: 10.1007 / s10712-015-9332-4. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Ван Мехелен К., Дютуа Т., Херми М. Адаптация методов орошения зеленых крыш для устойчивого будущего: обзор. Поддерживать. Cities Soc. 2015; 19: 74–90. DOI: 10.1016 / j.scs.2015.07.007. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Wang W.K., Yang Z.Y., Kong J.L., Cheng D.H., Duan L., Wang Z.F. Экологические воздействия, вызванные грунтовыми водами и их порогами в засушливых районах на северо-западе Китая. Environ. Англ. Manag. J. 2013; 12: 1497–1507. DOI: 10.30638 / eemj.2013.184. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Орельяна Ф., Верма П., Лохейде С.П., II, Дейли Э. Мониторинг и моделирование взаимодействия воды и растительности в экосистемах, зависящих от грунтовых вод. Rev. Geophys. 2012; 50: RG3003. DOI: 10.1029 / 2011RG000383. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Имус Д., Фроенд Р., Лумес Р., Хосе Г., Мюррей Б. Функциональная методология определения режима грунтовых вод, необходимого для поддержания здоровья зависящей от грунтовых вод растительности. Aust. J. Bot. 2006; 54: 97–114. DOI: 10.1071 / BT05031.[CrossRef] [Google Scholar] 13. Наумбург Э., Мата-Гонсалес Р., Хантер Р.Г., МакЛендон Т., Мартин Д.В. Фреатофитная растительность и колебания грунтовых вод: обзор текущих исследований и применения моделирования реакции экосистемы с акцентом на растительность Большого бассейна. Environ. Manag. 2005. 35: 726–740. DOI: 10.1007 / s00267-004-0194-7. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Эамус Д., Золфагар С., Вильялобос-Вега Р., Клеверли Дж., Хуэте А. Экосистемы, зависящие от грунтовых вод: недавние выводы из спутниковых и полевых исследований.Hydrol. Earth Syst. Sci. 2015; 19: 4229–4256. DOI: 10.5194 / hess-19-4229-2015. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Цуй Ю.Л., Шао Дж.Л. Роль грунтовых вод в засушливых / полузасушливых экосистемах, Северо-Западный Китай. Грунтовые воды. 2005; 43: 471–477. DOI: 10.1111 / j.1745-6584.2005.0063.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Маккей Х. Защита и управление экосистемами, зависящими от грунтовых вод: новые проблемы и потенциальные подходы к политике и управлению. Aust. J. Bot. 2006. 54: 231–237. DOI: 10.1071 / BT05047.[CrossRef] [Google Scholar] 17. Чжао В.З., Ченг Г.Д. Обзор ряда проблем по изучению экогидрологических процессов в аридных зонах. Подбородок. Sci. Бык. 2002; 47: 353–360. DOI: 10.1360 / 02tb9084. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Роде М.М., Фроенд Р., Ховард Дж. Глобальный синтез управления экосистемами, зависящими от грунтовых вод, в рамках устойчивой политики в отношении грунтовых вод. Подземные воды. 2017; 55: 293–301. DOI: 10.1111 / gwat.12511. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Юань К.Дж. Определение критической глубины грунтовых вод.J. Hydraul. Англ. 1964; 3: 50–53. [Google Scholar] 20. Чжан К.С., Шао Дж.Л., Ли С.Дж., Цуй Ю.Л. Исследование экологического уровня грунтовых вод на равнине Северного Китая. J. Jilin Univ. 2003. 33: 323–326. [Google Scholar] 21. Ляо З.Л., Ма З.З., Ченг С.Х., Се X.M., Хэ Х. Доминирующий критический уровень грунтовых вод и метод его определения. Водный ресурс. Hydropower Eng. 2018; 49: 26–32. DOI: 10.13928 / j.cnki.wrahe.2018.03.004. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Хортон Дж. Л., Колб Т. Е., Харт С. С. Реакция прибрежных деревьев на межгодовые колебания глубины грунтовых вод в полузасушливом речном бассейне.Plant Cell Environ. 2001; 24: 293–304. DOI: 10.1046 / j.1365-3040.2001.00681.x. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Feng Q., Peng J.Z., Li J.G., Xi H.Y., Si J.H. Использование концепции экологического уровня подземных вод для оценки ресурсов неглубоких подземных вод в гипераридных пустынных регионах. J. Засушливые земли. 2012; 4: 378–389. DOI: 10.3724 / SP.J.1227.2012.00378. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Хао Х.М., Ли В.Х., Хуан Х., Чжу К.Г., Ма Дж.Х. Оценка порога грунтовых вод для пустынной прибрежной лесной растительности в среднем и нижнем течении реки Тарим, Китай.Hydrol. Процесс. 2010. 24: 178–186. DOI: 10.1002 / hyp.7432. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Ли В.Х., Чжоу Х.Х., Фу А.Х., Чен Ю.П. Экологическая реакция и гидрологический механизм пустынных прибрежных лесов во внутренней реке, северо-запад Китая. Экогидрология. 2013; 6: 949–955. DOI: 10.1002 / eco.1385. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Jin X.M., Schaepman M.E., Clevers J.G.P.W., Su Z.B., Hu G.C. Глубина подземных вод и растительность в районе Эджина, Китай. Arid Land Res. Manag. 2011; 25: 194–199. DOI: 10.1080 / 15324982.2011.554953. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Элмор А.Дж., Мэннинг С.Дж., Мастард Дж.Ф., Крейн Дж.М. Снижение щелочного лугового растительного покрова в Калифорнии: последствия добычи подземных вод и засухи. J. Appl. Ecol. 2006; 43: 770–779. DOI: 10.1111 / j.1365-2664.2006.01197.x. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Чавес Р.О., Клеверс Дж., Декайпер М., де Бруин С., Герольд М. 50 лет добычи воды в бассейне Пампа-дель-Тамаругал: могут ли деревья Prosopis tamarugo выжить в гиперзасушливой пустыне Атакама (север Чили)? Дж.Arid Environ. 2016; 124: 292–303. DOI: 10.1016 / j.jaridenv.2015.09.007. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Ма X.D., Чен Ю.Н., Чжу К.Г., Ли В.Х. Разница во влажности почвы и соответствующем уровне грунтовых вод для пустынных прибрежных лесов вдоль реки Нижний Тарим. J. Geogr. Sci. 2011; 21: 150–162. DOI: 10.1007 / s11442-011-0835-8. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Золфагар С., Вильялобос-Вега Р., Клеверли Дж., Цеппель М., Румман Р., Эамус Д. Влияние глубины грунтовых вод на структуру и продуктивность эвкалиптовых лесов.Aust. J. Bot. 2014; 62: 428–437. DOI: 10.1071 / BT14139. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Coudun C., Gegout J.-C. Построение кривых ответа видов с помощью гауссовой логистической регрессии чувствительно к интенсивности выборки и характеристикам кривой. Ecol. Модель. 2006; 199: 164–175. DOI: 10.1016 / j.ecolmodel.2006.05.024. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Шан Х.М., Ван В.К., Дай З.Х., Дуань Л., Чжао Ю.К., Чжан Дж. Экологически ориентированный режим эксплуатации ресурсов подземных вод в северных горах Тянь-Шань, Китай.J. Hydrol. 2016; 543: 386–394. DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2016.10.012. [CrossRef] [Google Scholar] 33. Ли X.Y., Lin L..S., Zhao Q., Zhang X.M., Thomas F.M. Влияние глубины подземных вод на видовой состав и структуру сообществ в переходной зоне оазиса Целе. J. Засушливые земли. 2010; 2: 235–242. DOI: 10.3724 / sp.j.1227.2010.00235. [CrossRef] [Google Scholar] 34. Bean W.T. Нормализованный разностный вегетационный индекс. J. Wildl. Manag. 2015; 79: 169–170. DOI: 10.1002 / jwmg.805. [CrossRef] [Google Scholar] 35.Скотт Р.Л., Кейбл В.Л., Хаксман Т.Е., Наглер П.Л., Эрнандес М., Гудрич Д.К. Многолетняя эвапотранспирация и использование грунтовых вод для полузасушливых водоразделов. J. Arid Environ. 2008. 72: 1232–1246. DOI: 10.1016 / j.jaridenv.2008.01.001. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Саиди С., Луппе Д., Ле Бель С. Оценка плотности деревьев с помощью индекса перпендикулярной растительности: приложение к древесным саваннам северной Танзании. Bois Et For. Des Trop. 2018; 337: 39–51. DOI: 10.19182 / bft2018.337.a31629. [CrossRef] [Google Scholar] 37.Рен Х.Р., Чжоу Г.С., Чжан Ф. Использование отрицательного коэффициента поправки на почву в индексе растительности с поправкой на почву (SAVI) для оценки надземной живой биомассы на засушливых пастбищах. Remote Sens. Environ. 2018; 209: 439–445. DOI: 10.1016 / j.rse.2018.02.068. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Шен Л., Хэ Й.Х., Го X.L. Пригодность нормализованного разностного индекса растительности и скорректированного преобразованного индекса растительности с поправкой на почву для пространственной характеристики местообитаний сорокопута в смешанных прериях Северной Америки.J. Appl. Дистанционное управление. 2013; 7: 073574. DOI: 10.1117 / 1.JRS.7.073574. [CrossRef] [Google Scholar] 39. Сингх С.К., Катпатал Й.Б. Оценка контроля различных гидрологических факторов при выборе сетей мониторинга уровня подземных вод на орошаемых территориях с использованием геопространственного подхода. J. Irrig. Осушать. Англ. 2017; 143: 05017003. DOI: 10.1061 / (ASCE) IR.1943-4774.0001213. [CrossRef] [Google Scholar] 40. Gangopadhyay S., Das Gupta A., Nachabe M.H. Оценка сети мониторинга подземных вод с помощью анализа главных компонентов.Грунтовые воды. 2001; 39: 181–191. DOI: 10.1111 / j.1745-6584.2001.tb02299.x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 41. Трики И., Заири М., Бен Дия Х. Геостатистический подход к оптимизации сети мониторинга напора подземных вод: пример поверхностного водоносного горизонта Сфакс (Тунис) Water Environ. J. 2013; 27: 362–372. DOI: 10.1111 / j.1747-6593.2012.00352.x. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Нараны Т.С., Рамли М.Ф., Фахарян К., Арис А.З., Сулейман В.Н.А. Многоцелевой подход к оптимизации сети мониторинга качества подземных вод.Водный ресурс. Manag. 2015; 29: 5141–5156. DOI: 10.1007 / s11269-015-1109-5. [CrossRef] [Google Scholar] 43. Мондал Н.С., Сингх В.П. Оценка сети мониторинга подземных вод бассейна реки Кодаганар из Южной Индии с использованием энтропии. Environ. Науки о Земле. 2012; 66: 1183–1193. DOI: 10.1007 / s12665-011-1326-z. [CrossRef] [Google Scholar] 44. Нунес Л.М., Паралта Э., Кунья М.С., Рибейро Л. Оптимизация сети мониторинга нитратов подземных вод с отсутствующими данными. Водный ресурс. Res. 2004; 40: W02406. DOI: 10.1029 / 2003WR002469.[CrossRef] [Google Scholar] 45. Мата-Гонсалес Р., МакЛендон Т., Мартин Д.В., Трлика М.Дж., Пирс Р.А. Растительность под влиянием глубины грунтовых вод и микрорельефа в мелководном водоносном горизонте Большого бассейна. Экогидрология. 2012; 5: 54–63. DOI: 10.1002 / eco.196. [CrossRef] [Google Scholar] 46. Ding J.Y., Zhao W.W., Daryanto S., Wang L.X., Fan H., Feng Q., Wang Y.P. Пространственное распределение и временная изменчивость пустынных прибрежных лесов и их влияющие факторы в нижнем течении реки Хэйхэ, Китай.Hydrol. Earth Syst. Sci. 2017; 21: 2405–2419. DOI: 10.5194 / hess-21-2405-2017. [CrossRef] [Google Scholar] 47. Золфагар С. к.э.н. Тезис. Сиднейский технологический университет; Сидней, Австралия: 2014. Сравнительная экофизиология эвкалиптовых лесов вдоль градиента глубины грунтовых вод. [Google Scholar] 48. Ле Мэтр Д.К., Скотт Д.Ф., Колвин С. Обзор информации о взаимодействиях между растительностью и грунтовыми водами. Вода Sa. 1999. 25: 137–152. [Google Scholar] 49. Хань М., Чжао С.Ю., Фэн Г., Ши Ф.З. Байесовский вывод о пороге глубины грунтовых вод в динамической модели растительности: тематическое исследование, нижнее течение, река Тарим. Quat. Int. 2015; 380: 207–215. DOI: 10.1016 / j.quaint.2015.02.035. [CrossRef] [Google Scholar] 50. Кэт Дж., Рирдон-Смит К., Ле Брок А.Ф., Дайер Ф.Дж., Дафни Э., Фриц Л., Баттерхэм М. Уменьшение уровня грунтовых вод и изменение деревьев в пойменных ландшафтах: определение нелинейных пороговых реакций в состоянии растительного покрова. Glob. Ecol. Консерв. 2014; 2: 148–160. DOI: 10.1016 / j.gecco.2014.09.002. [CrossRef] [Google Scholar] 51. Андерсен Т., Карстенсен Дж., Эрнандес-Гарсия Э., Дуарте К.М. Экологические пороги и смены режимов: подходы к идентификации. Trends Ecol. Evol. 2009; 24: 49–57. DOI: 10.1016 / j.tree.2008.07.014. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 52. Пофф Н.Л., Аллан Дж.Д., Бейн М.Б., Карр Дж.Р., Престегаард К.Л., Рихтер Б.Д., Спаркс Р.Э., Стромберг Дж.К. Режим естественного потока. Биология. 1997; 47: 769–784. DOI: 10,2307 / 1313099. [CrossRef] [Google Scholar] 53. Краньчек Я., Махони Дж. М., Руд С. Б. Реакция трех прибрежных видов тополя на снижение уровня грунтовых вод. Для. Ecol. Manag. 1998. 110: 77–87. DOI: 10.1016 / S0378-1127 (98) 00276-X. [CrossRef] [Google Scholar] 54. Фонлантен Б., Чжан Х., Брюлхайде Х. В бегах за водой — рост корней двух фреатофитов в пустыне Такла-Макан. J. Arid Environ. 2010; 74: 1604–1615. DOI: 10.1016 / j.jaridenv.2010.07.004. [CrossRef] [Google Scholar] 55. Хортон Дж., Кларк Дж. Л. Снижение уровня грунтовых вод влияет на рост и выживаемость сеянцев Salix gooddingii и Tamarix chinensis.Для. Ecol. Manag. 2001. 140: 239–247. DOI: 10.1016 / S0378-1127 (00) 00314-5. [CrossRef] [Google Scholar]

Определение контролируемого предельного значения глубины уровня грунтовых вод и практика управления в Сиане, Китай

Районы исследования

Сиань расположен в центральном бассейне Шэньси в середине бассейна реки Вэйхэ между 107,40–109,49 ° восточной долготы и 33,42–34,45 ° северной широты, граничит с рекой Вэйхэ и Лессовым плато на севере и горами Циньлин на юге.Сиань имеет длину примерно 204 км с востока на запад и 116 км в ширину с юга на север, занимая площадь 9 983 км 2 . Согласно Плану разграничения и защиты зон чрезмерной эксплуатации подземных вод в провинции Шэньси, в Сиане имеется 5 зон чрезмерной эксплуатации, площадь чрезмерной эксплуатации которых составляет 601,3 км 2 . На основании данных существующих мониторинговых скважин в качестве исследовательских скважин для анализа и расчета выбрано 68 мониторинговых скважин с непрерывными данными, в том числе 50 исследовательских скважин на террасе реки, 14 исследовательских скважин в конусе выноса и 4 исследовательских скважины на лёссовом плато. (Инжир.1).

Рис. 1

Область исследования Карта была создана с помощью ArcGIS 10.2 (https://www.esri.com/sofware/arcgis/arcgis-for-desktop).

Водоносный горизонт террасы, который в основном расположен по обе стороны реки Вэйхэ и ее притоков, состоит из песчано-гравийных пород толщиной 10–70 м и глубиной грунтовых вод 3–70 м. Водоносный горизонт делювиального конуса, который в основном распространен в делювиальном секторе на севере гор Циньлин, сложен песком и песчано-гравийным слоем толщиной 10–50 м и глубиной грунтовых вод 5–25 м.Лёссовое плоскогорье в основном распространено на Лёссовом плато и долине реки Наллювий на северной окраине бассейна разлома Вэйхэ, относящейся к поровым и трещинным водам Лёссового плато. Литология подземного водоносного горизонта состоит в основном из лёссовидной глины, толщиной 50–100 м, а глубина уровня грунтовых вод обычно составляет 20–60 м.

Методы

Основываясь на различных типах геоморфических единиц в Сиане и методах пополнения подземных вод различных геоморфологических единиц, цель состоит в том, чтобы обеспечить устойчивое развитие и использование подземных вод, гарантировать естественные свойства и предотвратить засоление. .В зоне выноса конуса выноса и лёссового плато будет обеспечен непрерывный сток рек из горных районов, будет определен минимальный экологический сток каждого притока, будет проанализирована взаимосвязь между экологическим базовым стоком и уровнем грунтовых вод и будет проанализирована нижняя граница Величина контроля трубы подземных вод для конуса выноса и площади лёссового плато будет определяться в сочетании с принципом подпитки и отвода русла реки и подземных вод. Что касается террасы, исследование в основном учитывает, что осадки могут непрерывно подпитывать грунтовые воды, не прерывая связи между дождевыми и грунтовыми водами.В этом исследовании также используется метод стратификации почвы для расчета глубины, когда скорость инфильтрации дождевых осадков в фронт увлажнения равна нулю, чтобы определить нижнее предельное значение контроля подземного водопровода террасы. Кроме того, теоретическая формула расчета максимальной высоты капиллярного подъема воды используется для определения контрольного показателя глубины грунтовых вод, вызывающего засоление почвы. В зависимости от условий выпадения осадков рассчитываются верхние и нижние пределы индексов контроля уровня подземных вод в разных регионах для определения контрольных целей различных геоморфологических единиц.Наконец, разумные индексы контроля уровня подземных вод для различных регионов Сиань разграничены с использованием геоморфологических единиц в административном районе.

Нижние предельные значения глубины уровня грунтовых вод
Терраса

В соответствии с теорией инфильтрации грунтовых вод определяется критическая глубина подпитки подземных вод за счет инфильтрации дождевых осадков, и ключевым моментом является анализ процесса перераспределения инфильтрации дождевых осадков и почвенная вода после инфильтрации.Согласно теории насыщенной и ненасыщенной инфильтрации, инфильтрация делится на две стадии, а именно инфильтрацию дождевых осадков и перераспределение почвенной воды, и устанавливается модель для расчета глубины инфильтрации дождевых осадков. На стадии инфильтрации дождевых осадков движение почвенных вод происходит по методу движения насыщенных почвенных вод. Когда почвенная вода входит в стадию перераспределения, глубина инфильтрации на стадии перераспределения почвенной воды рассчитывается посредством стратификации почвы с использованием метода движения ненасыщенной почвенной воды.

Стадия инфильтрации осадков На основе теории насыщенной инфильтрации и принципа водного баланса:

$$ H_ {P} = \ frac {F} {{\ theta_ {s} — \ theta_ {1}}} / 1000 $ $

, где H p — положение фронта смачивания при насыщенной инфильтрации, м; F — инфильтрация осадков, мм; θ с — влажность насыщенной почвы, см 3 / см 3 , выраженная в процентах; и θ i — начальное содержание влаги в почве, см 3 / см 3 , выраженное в процентах.

Стадия перераспределения почвенной влаги Используя теорию ненасыщенной инфильтрации и на основании закона Дарси движения ненасыщенной почвы, каждый слой почвы принимается за расчетную единицу по методу стратификации почвы, верхняя часть слоя почвы принимается за расчетную единицу. положение фронта увлажнения, а влажность почвенного слоя — исходная влажность. Когда движение единицы закончено, она входит в нижнюю границу единицы, то есть верхнюю границу следующей единицы вычисления.В это время фронт увлажнения сместился вниз на один слой, а содержание влаги в почве над фронтом увлажнения все еще равномерно распределено в ненасыщенном состоянии. Под воздействием разности потенциалов в градиенте фронт смачивания продолжает двигаться до тех пор, пока фронт смачивания не войдет в следующий расчетный блок в определенный момент с отрицательной скоростью движения, то есть перестанет двигаться вниз. В это время глубина перемещения является максимальной глубиной проникновения на стадии перераспределения.

Исходя из условий влажности почвы, основная формула расчета выглядит следующим образом:

$$ \ begin {align} \ nu = & — \ frac {{K (\ theta_ {i — 1}) + K (\ theta_ {i})}} {2} \ left [{\ frac {{\ psi_ {m, i} — \ psi_ {m, i — 1} + \ psi_ {g, i} — \ psi_ {g , i — 1}}} {\ Delta z}} \ right] = \ frac {{K (\ theta_ {i — 1}) + K (\ theta_ {i})}} {2} \ left [{\ гидроразрыв {{h_ {m, i} — h_ {m, i — 1} + \ Delta z}} {\ Delta z}} \ right] \\ \ theta_ {t} = & \ theta_ {t — 1} \ frac {{h_ {t — 1}}} {{h_ {t — 1} + \ Delta z}} \\ \ end {align} $$

, где v — скорость фронта смачивания; K — Ненасыщенная гидравлическая проводимость; Ψ м — потенциал почвенной матрицы; Ψ г — гравитационный потенциал; θ t — влажность почвы в верхней части фронта увлажнения в момент времени t; θ t − 1 — содержание влаги в почве в верхней части фронта увлажнения в момент времени t − 1; и h t-1 — толщина смачивающего слоя в момент времени t-1; где h вычисляется по формуле ван Генухтена и выглядит следующим образом: 15 :

$$ h = \ frac {1} {\ alpha} \ left [{\ left ({\ frac {{\ theta_ { s} — \ theta_ {r}}} {{\ theta — \ theta_ {r}}}} \ right) ^ {\ frac {1} {m}} — 1} \ right] ^ {\ frac {1} {n}} $$

, где h — всасывание почвы, cmH 2 O; θ с — влажность насыщенной почвы; θ r — влажность насыщенной увядшей почвы; θ — фактическая влажность почвы; и \ (г = [1.581 (n — 39,5 \%) + 0,079] \ cdot d \), m, n — параметр.

Аллювиальный конус В сухой сезон река имеет низкий и стабильный минимальный период стока без осадков. В настоящее время река зависит только от подпитки грунтовых вод. Если глубина грунтовых вод будет слишком низкой, произойдет экологическая катастрофа или даже отключение. Для поддержания способности реки выжить в засушливый сезон используются такие показатели, как средний многолетний уровень воды в реке, соответствующий среднему многолетнему потоку, минимальный экологический уровень воды в реке, соответствующий минимальному экологическому потоку, и Высота дна реки, принята в качестве нижнего предела контрольных показателей грунтовых вод.

Отметка дна реки напрямую относится к данным большого разреза каждой реки. По данным суточных наблюдений за речным стоком главного притока реки Вэйхэ определяется средний многолетний сток и минимальный экологический сток участка гидрологической станции каждой реки. Во-вторых, кривая зависимости уровня воды от расхода основных притоков получается путем подбора данных об уровне воды и расходе каждой гидрологической станции, с помощью которых определяется средний многолетний уровень воды и минимальный экологический уровень воды на участке гидрологической станции каждой реки. определяются соответственно.Наконец, с учетом потребностей управления и наиболее экстремальной ситуации, средний многолетний уровень воды и минимальный экологический уровень воды на участке гидрологической станции каждой реки преобразуются в край конуса выноса через региональную топографию и речной градиент наносного слоя. вентилятор, а нижние предельные контрольные индексы подземных вод в соответствующих округах и городах в аллювиальных конусных регионах получены путем наложения административных единиц.

Основываясь на геоморфологическом распределении и распределении гидрологических станций в Сиане, в расчетах полностью выбраны 4 основных рукава реки Вэйхэ, которые будут использоваться при расчете индекса контроля нижнего предела грунтовых вод в делювиальных конусных областях, которые, соответственно, являются реки Хэйхэ, реки Бахэ, реки Фенхэ и реки Лаохэ. Кроме того, главные контрольные гидрологические станции на этих реках принимаются в качестве реперов для расчетов, а контрольные точки устанавливаются и конвертируются в край делювиального конуса в качестве индекса контроля подземных вод в соответствующих округах и городах зоны делювиального конуса.

Лессовое плоскогорье

На основе геоморфного распределения и распределения гидрологических станций в Сиане, Луоликун и Мавангду гидрологические станции полностью выбраны в расчетах для использования в расчетах нижнего предельного контрольного индекса подземных вод на лессовых равнинах.

Метод расчета лёссового плато в основном такой же, как и метод расчета площади выноса конуса, а основные параметры расчета и влияющие факторы такие же, как и параметры площади выноса конуса.Метод определения минимального экологического стока и среднего многолетнего стока соответствует методу для делювиальной зоны веера, а Луоликун используется в качестве контрольных гидрологических станций в делювиальной зоне веера. Поэтому минимальный экологический сток станции Мадуванг рассчитывается ниже. Окончательный средний поток и минимальный экологический поток каждой станции за многие годы в районе лессовой террасы, подобной равнине, показаны в Таблице 1.

Таблица1 Максимальные глубины инфильтрации осадков при различных условиях.

Средний уровень воды и минимальный экологический уровень воды в разрезе на каждой гидрологической станции в течение многих лет равномерно пересчитываются на край лёссового плато по склону реки и в зависимости от топографических условий. Согласно ранее перечисленному соответствию административный регион-река, окончательный нижний предел контрольного индекса подземных вод в районе лёссового плато показан в Таблице 2.

Таблица2 Средний сток и минимальный экологический сток гидрологических станций.
Верхние предельные значения глубины уровня грунтовых вод

Верхние предельные значения глубины уровня грунтовых вод устанавливаются для предотвращения засоления региона, вызванного высоким уровнем грунтовых вод. Ключом к вычислению индекса контроля верхнего предела является определение высоты подъема испарения фреатической воды, то есть максимально возможной высоты подъема капиллярной воды.

Основываясь на теории капилляров, Лаплас предложил формулу расчета высоты капиллярного подъема следующим образом:

$$ \ frac {h} {r} = 2 \ left (\ frac {a} {r} \ right) ^ {2 } \ cos \ theta $$

, где h — высота подъема капиллярной воды; α — параметр; γ — диаметр трубы; и θ — угол контакта между жидкостью и стенкой трубы.

Для грунтовой воды поверхностное натяжение связано с температурой воздуха, свойства почвы доступны в подготовленной таблице, а плотность и гравитационное ускорение воды известны. Когда капилляр поднимается до своей наивысшей точки, поверхность капиллярной воды, контактирующей с воздухом, становится сферической под действием поверхностного натяжения, поэтому угол контакта вода-воздух составляет 0 °. Диаметр поры капилляра почвы является эквивалентным диаметром пор R почвы, и формула для расчета максимальной высоты подъема капилляра H может быть выражена следующим образом:

$$ H = \ frac {2 \ gamma} {{\ rho gR}} $$

Ключевым параметром, который должен быть определен в теоретической формуле расчета максимальной высоты подъема капиллярной воды, является эффективный диаметр пор почвы (а именно эквивалентный диаметр пор).

Формула для расчета зависимости между эффективным диаметром пор почвы и размером частиц почвы;

$$ r = [1,581 (n — 39,5 \%) + 0,079] \ cdot d $$

, где r — эффективный диаметр пор; n — пористость грунта; d — размер частиц масла.

С помощью приведенной выше формулы можно выбрать разумную структуру почвы на основе известной пористости почвы и при условии эффективного размера частиц для расчета эффективного диаметра пор, чтобы обеспечить надежные параметры теоретической формулы капилляра для расчета подъемной силы. высота капиллярной воды.

Предельные значения риска глубины уровня грунтовых вод

Учитывая влияние различных комбинаций осадков и влажности почвы на инфильтрацию дождевых осадков и предотвращение засоления, три линии управления разграничиваются с поверхности, а именно, верхнее предельное контрольное значение глубины грунтовых вод ( критическое верхнее предельное контрольное значение глубины грунтовых вод без засоления), значение раннего предупреждения о глубине грунтовых вод и нижнее предельное контрольное значение глубины грунтовых вод (максимальная глубина инфильтрации дождевых осадков при нормальных и экстремальных условиях).В свете особых засушливых лет устанавливается линия защиты от рисков.

Когда глубина грунтовых вод превышает контрольное значение, происходит чрезмерная эксплуатация и дисбаланс, и река сокращается. Подземные воды еще долго будут находиться под контрольным значением, и даже поток будет прерываться. В чрезвычайно засушливые годы уровень грунтовых вод может преодолевать нижний предел контрольного значения и устанавливать линию защиты от риска (1-2 м для лессовых плато и 3-5 м для аллювиального конуса), чтобы допустить снижение в пределах границы риска. , но уровень грунтовых вод не может продолжать пересекать границу.Когда состояние водоснабжения улучшится, уровень грунтовых вод должен подняться выше контрольной линии. Развитие и использование подземных вод должно контролироваться в максимально возможной степени в этой области, необходимо принимать во внимание меры по откачке давления, чтобы контролировать тенденцию к снижению глубины подземных вод, и диапазон уменьшения должен ежегодно сокращаться до тех пор, пока уровень грунтовых вод не повысится до нижний предел.

Границы | Глубина грунтовых вод влияет на фосфор, но не на концентрацию углерода и азота у пустынных фреатофитов на северо-западе Китая

Введение

В экологической стехиометрии исследуются отношения между несколькими ключевыми элементами в различных экологических системах (Elser et al., 2000; Cross et al., 2005; Ронг и др., 2015; Жан и др., 2017). Экологическая стехиометрия листа, особенно стехиометрия углерода (C), азота (N) и фосфора (P), является важным аспектом при анализе изменений в соответствующих сообществах и составах, структурах и функциях экологических систем (Han et al., 2005; Venterink, Güsewell, 2010; Gao et al., 2013; Rong et al., 2015; Li et al., 2017; Zeng et al., 2017). С биологической точки зрения C, N и P являются жизненно важными химическими элементами и основными веществами для роста растений (Sterner, 1995; Elser et al., 1996; Vrede et al., 2004; Wang et al., 2015; Батлер и др., 2017). C остается относительно стабильным при 50% сухой массы и обеспечивает структурную основу для растений. N является важным белковым элементом, который играет важную роль в активности ферментов. P участвует в передаче энергии в клетках растений. N и P являются важнейшими основными элементами нуклеиновых кислот (Marschner, 2012; Yan et al., 2016). Концентрации C, N и P обычно изменяются по мере роста растений, поскольку растения различаются по фотосинтетической способности, потребностям в питании и адаптации к окружающей среде (Elser et al., 1996; Ронг и др., 2015; Wang et al., 2015; Zeng et al., 2017).

C, N и P связаны с точки зрения их биохимических функций в растениях. Массовые отношения C: N и C: P являются важными индикаторами, которые представляют состояние роста и метаболические характеристики растений и отражают способность фотосинтетической фиксации углерода при одновременном поглощении азота и фосфора (Wang et al., 2015). Rong et al. (2015) показали, что массовые отношения C: N и C: P могут представлять баланс между конкурентными и защитными жизненными стратегиями растений.Высокие концентрации N и P в растениях, вероятно, приводят к низким массовым отношениям C: N и C: P, что позволяет предположить, что растения применяют конкурентную стратегию с высокой скоростью фотосинтеза. Напротив, высокие массовые отношения C: N и C: P предполагают, что растения применяют сильную защитную жизненную стратегию с низкой скоростью фотосинтеза (Sterner and Elser, 2002; Wright et al., 2004; Poorter and Bongers, 2006; Shipley et al. др., 2006; Ронг и др., 2015). Например, массовое соотношение C: P в листьях пустынного растения T. chinensis положительно связано с концентрацией соли в почве, что позволяет предположить, что T.chinensis использует защитную стратегию жизненного цикла в условиях солевого стресса с высокими массовыми отношениями C: N и C: P (Rong et al., 2015; Wang et al., 2015; Zeng et al., 2017).

Массовое соотношение N: P

представляет собой динамический баланс между питательными веществами почвы и потребностями растений в питании и указывает на ограничение питательных веществ растений на уровне сообщества (Koerselman and Meuleman, 1996; Aerts and Chapin, 1999; Güsewell, 2004; He et al., 2008; Николич и др., 2014; Ронг и др., 2015). Например, в среде обитания, подверженной солевому стрессу, массовое отношение N: P листа составляет T.chinensis меньше 14, что указывает на то, что рост T. chinensis ограничен N в начале вегетационного периода; однако массовое отношение N: P в листьях больше 16, что позволяет предположить ограничение фосфора в середине и последнем вегетационном сезоне (Rong et al., 2015). Следовательно, массовые отношения C: N, C: P и N: P являются важными индикаторами эффективности фиксации углерода и использования питательных веществ в растениях. Таким образом, исследования вариаций массовых соотношений C, N, P и C: N, C: P и N: P в растениях помогают прояснить стратегию роста растений и приспособляемость к изменениям в окружающей среде и среде обитания и, таким образом, обеспечивают основу для разработка стратегий и политики, способствующих сохранению окружающей среды и охране окружающей среды (Rong et al., 2015; Wang et al., 2015; Zeng et al., 2017).

Экологическая стехиометрия конкретного вида растений и ее адаптация к экстремальным условиям окружающей среды широко исследовались. Также изучались вариации концентраций азота и фосфора в листьях на уровне рода или вида (Reich and Oleksyn, 2004; Kang et al., 2011; Wu et al., 2012; Rong et al., 2015; Zeng et al., 2017). ). Многие исследования экологической стехиометрии проводились в присутствии различных факторов окружающей среды, таких как питательные вещества, свет, предписанное сжигание и возраст плантации (Herbert et al., 2003; Striebel et al., 2008; Xing et al., 2013; Батлер и др., 2017; Zeng et al., 2017). Ли В. и др. (2013) и Li W. et al. (2015) также обнаружили, что градиенты глубины воды значительно влияют на концентрации C, N и P и массовые отношения макрофитов в озере Эрхай.

Экологическая стехиометрия наземных растений, особенно пустынных фреатофитов с глубокой корневой системой, при пониженной глубине грунтовых вод в засушливых регионах сообщается редко. В засушливом регионе на юго-западе Синьцзяна в Китае уровень грунтовых вод постепенно достигает более глубоких слоев в экотоне перехода пустыня-оазис из-за интенсивного вмешательства человека, что указывает на нехватку водных ресурсов (Liu, 2007).Уменьшение глубины грунтовых вод влияет на физиологические адаптации растений, такие как накопление биомассы, фотосинтез и эффективность использования воды, тем самым влияя на видовой состав и структуру сообществ в экосистемах (Nilsson et al., 1997; Rood et al., 2000; Horton et al. , 2003; Imada et al., 2008; Li et al., 2010; Chen et al., 2011; Gui et al., 2013; Li CJ et al., 2015).

Как один из доминирующих фреатофитов в экосистеме засушливых пустынь, Alhagi sparsifolia Shap.Колючая трава, принадлежащая к семейству Fabaceae, произрастает в Китае, Западной Азии, Америке, Северной Африке и регионах Средиземноморья (Zeng and Liu, 2012). A. sparsifolia — доминирующий многолетний вид, который стабилизирует песчаные дюны, предотвращает эрозию земель в засушливых и полузасушливых регионах между оазисами и пустынями и поддерживает хрупкую экосистему пустыни (Zeng and Liu, 2012; Li C.J. et al., 2015). A. sparsifolia имеет высокую концентрацию сырого протеина и служит основным источником пищи для стад в прибрежных районах оазиса.Таким образом, A. sparsifolia является жизненно важным кормом для крупного рогатого скота местных фермеров; таким образом, он имеет значительную экономическую ценность (Li H.F. et al., 2013; Zhang et al., 2018).

Глубокая корневая система A. sparsifolia может достигать грунтовых вод, которые являются основным источником воды и питательных веществ (Arndt et al., 2004; Zeng et al., 2006). В наших предыдущих исследованиях уменьшение глубины грунтовых вод влияет на физиологические параметры листьев, характеристики корней, клональный рост и признаки размножения A.sparsifolia (Liu et al., 2009; Zhang et al., 2011; Gui et al., 2013; Zeng et al., 2013; Peng et al., 2014). Таким образом, в настоящем исследовании мы предположили, что глубина залегания грунтовых вод будет иметь большое влияние на экологическую стехиометрию A. sparsifolia за счет своего влияния на поглощение и использование питательных веществ, а именно C, N и P.

Материалы и методы

Область исследования

Место исследования было расположено на территории Национальной станции наблюдений и исследований экосистем пустынь и пастбищ Селе (станция Селе; 37 ° 00′56.37 ″ с.ш., 80 ° 43′81 ″ в.д.) на южной окраине пустыни Такла-Макан в Синьцзян-Уйгурском автономном районе Китая. Эта станция находится в экотоне перехода пустыня-оазис, который характеризуется 5–10-километровым поясом редких видов фреатофитов, среди которых преобладают A. sparsifolia (Zeng et al., 2013). Глубина грунтовых вод в этом районе колеблется от 2,5 до 15,0 м. Место исследования имеет высоту 1366 м (над уровнем моря), среднегодовую температуру 11,9 ° C, среднегодовое потенциальное испарение 2600 мм и среднее годовое количество осадков всего 35 мм (Gui et al., 2013; Лю и др., 2016). Экстремальные температуры могут достигать -31 ° C зимой и 49 ° C летом. Таким образом, климат засушливый, с жарким и сухим летом и холодной и сухой зимой. Почвы в этом районе песчаные с насыпной плотностью 1,35 г / см 3 (Liu et al., 2013, 2016).

Были выбраны три участка с различной глубиной подземных вод: 2,5 (37 ° 01′18 ″ с.ш., 80 ° 42′29 ″ в.д.), 4,5 (37 ° 00′40 ″ с.ш., 80 ° 42′13 ″ в.д.) и 11,0 м (37 ° 00′33 ″ N, 80 ° 42′25 ″ E). Каждый участок имеет большую площадь около 2 гектаров.На каждом этапе отбора проб отбирались три участка площадью 9 м 2 для каждой глубины подземных вод. В экспериментальный период с июня по октябрь в 2015 и 2016 гг. Отбор проб проводился ежемесячно. Таким образом, с каждого участка было отобрано всего 30 растений, и каждый год было выполнено 45 отборов. В этом исследовании большой площади участка и количества повторов было достаточно, чтобы свести к минимуму влияние разницы в месте проведения исследования. Таким образом, типичный рандомизированный полный блочный дизайн не использовался.Такой экспериментальный план используется в аналогичных экологических исследованиях, изучающих приспособляемость растений к неблагоприятным условиям окружающей среды (Wang et al., 2015; Zeng et al., 2017). Осадки на станции Cele составили 34,2 мм в 2015 году и 43,4 мм в 2016 году. Средние температуры с июня по октябрь составляли 21,4 ° C в 2015 году и 21,3 ° C в 2016 году. Глубина подземных вод на трех участках существенно не колебалась между 2015 и 2016.

Отбор проб и химический анализ в полевых условиях

На каждую выборку по три А.sparsifolia растений с одинаковыми размерами, высотой и количеством стеблей были отобраны с каждого участка. Были собраны зрелые листья аналогичного размера. Образцы листьев с четырех сторон и разных частей были собраны путем исследования (Rong et al., 2015). Образцы листьев сушили в печи при 105 ° C в течение 15 мин, а затем при 70 ° C до постоянного веса. Затем все листья измельчали ​​с помощью мельницы и просеивали через сито с размером ячеек 1 мм для анализа химических элементов. Общую концентрацию органического углерода экстрагировали 0.8 моль / л K 2 C r 2O 7 и определено модифицированным методом Мебиуса (Nelson and Sommers, 1982). Концентрацию N в листьях экстрагировали 10 моль / л NaOH и идентифицировали с помощью кислотного переваривания Кьельдаля (Sparks et al., 1996). Концентрацию P в листьях получали с помощью колориметрического анализа после того, как образцы переваривали 0,008 л H 2 SO 4 (Thomas et al., 1967).

В предыдущем исследовании мы не наблюдали значительной разницы в содержании органического углерода в почве, общего и доступного азота и фосфора ниже 50 см на глубине почвы около A.sparsifolia укореняется на глубине 2,5, 4,5 и 11,0 м на тех же участках исследований (Liu, 2011). Однако концентрации органического углерода в почве, общего и доступного азота и фосфора на глубине более 20 см существенно различались на разных глубинах подземных вод. Таким образом, каждый образец почвы вокруг полога A. sparsifolia был собран только на глубине 0–20 см в соответствии со стандартными протоколами сбора в этом исследовании с июня по октябрь. Каждый месяц на каждой глубине подземных вод собирали девять образцов почвы, сушили на воздухе, измельчали ​​и пропускали через сито 2 мм.Органический углерод почвы определяли путем разложения 0,8 моль / л K 2 Cr 2 O 7 (Nelson and Sommers, 1975). Доступный (минеральный) N почвы определялся анализатором непрерывного потока после того, как была проведена экстракция 2 M раствором KCl (Li et al., 2011). Содержание фосфора в почве определяли колориметрическим методом после экстракции 0,5 М раствором NaHCO 3 (Olsen et al., 1954).

Анализ данных

Тест Турции проводился для множественных сравнений лечебных средств.Корреляционный анализ Пирсона был проведен для анализа корреляций стехиометрии C, N и P листа A. sparsifolia и соответствующей стехиометрии C, N и P. Все анализы были выполнены с помощью SPSS 19.0.

Результаты

Биомасса

A. sparsifolia , подверженная влиянию глубины подземных вод

Глубина подземных вод значительно повлияла на сухую биомассу A. sparsifolia (Рисунок 1). В 2015 и 2016 годах сухая биомасса А.sparsifolia на высоте 2,5 м была значительно ниже, чем на высоте 4,5 и 11,0 м (Рисунки 1A, B).

РИСУНОК 1. Вариации сухой биомассы Alhagi sparsifolia при различных глубинах подземных вод 2,5, 4,5 и 11,0 м в 2015 г. (A) и 2016 (B) вегетационные сезоны. Вертикальные полосы представляют собой стандартные отклонения, а * указывает на значительную разницу на уровне p <0,05 между разными глубинами подземных вод.

Стехиометрические закономерности C, N и P почвы под влиянием глубины подземных вод

В оба года глубина грунтовых вод значительно повлияла на концентрации углерода, азота и фосфора в почве (рисунки 2A – F). В то время как массовые отношения C: N, C: P и N: P практически не зависели от глубины грунтовых вод (Рисунки 2G – L). Концентрации C, N и P в почве на высоте 11,0 м были значительно выше, чем на 2,5 и 4,5 м в оба года (Рисунки 2A – F). Никаких значительных изменений этих концентраций не наблюдалось между 2.5 и 4,5 м.

РИСУНОК 2. Вариации стехиометрии C, N и P почвы при различной глубине грунтовых вод 2,5, 4,5 и 11,0 м в 2015 г. (A, C, E, G, I, K) и 2016 (B , D, F, H, J, L) вегетационных сезонов. Вертикальные полосы представляют собой стандартные отклонения, а * указывает на значительную разницу на уровне p <0,05 между разными глубинами подземных вод.

Стехиометрические модели листьев C, N и P, подверженные влиянию глубины грунтовых вод

В оба года глубина грунтовых вод значительно повлияла на концентрацию фосфора в листьях и массовые отношения C: P и N: P, но не повлияла на концентрации C, N и массовое соотношение C: N в листьях в A.sparsifolia (рис. 3). Концентрация фосфора в листьях на высоте 4,5 м была значительно ниже, чем на 2,5 и 11,0 м (рисунки 3E, F). Напротив, массовые отношения C: P и N: P на высоте 4,5 м были значительно выше, чем на 2,5 и 11,0 м (Рисунки 3I – L).

РИСУНОК 3. Вариации стехиометрии листа C, N и P у A. sparsifolia при различной глубине подземных вод 2,5, 4,5 и 11,0 м в 2015 г. (A, C, E, G, I, K) и 2016 (B, D, F, H, J, L) вегетационных сезонов.Вертикальные полосы представляют собой стандартные отклонения, а * указывает на значительную разницу на уровне p <0,05 между разными глубинами подземных вод.

Концентрации азота и фосфора в листьях A. sparsifolia на всех глубинах подземных вод были самыми высокими в июне, но эти концентрации значительно снизились с июля по октябрь (Рисунки 3C – F). Соотношения масс C: N и C: P увеличивались по мере продолжения вегетационного периода (Рисунки 3G – J). Соотношения масс C и N: P в листьях были относительно стабильными в вегетационные сезоны 2015 и 2016 годов (Рисунки 3A, B, K, L).

Корреляция стехиометрии C, N и P почвы и стехиометрии C, N и P листа

Концентрация C в почве положительно коррелировала с концентрациями N и P в почве в оба года (Таблица 1). Концентрация азота в почве положительно коррелировала с концентрацией фосфора в почве. Однако связь между стехиометрическими параметрами почвы и растений в целом была незначительной, но концентрация фосфора в почве положительно коррелировала с концентрацией фосфора в листьях в 2015 году (таблица 2). Например, концентрации C и N в растениях не были связаны с их соответствующими концентрациями в почвах.Концентрация азота в почве положительно коррелировала с концентрацией фосфора в листьях, а массовое соотношение C: N в почве отрицательно коррелировало с концентрацией фосфора в листьях в 2015 и 2016 годах (таблица 2).

ТАБЛИЦА 1. Корреляция стехиометрии C, N и P.

ТАБЛИЦА 2. Корреляция стехиометрии C, N и P у A. sparsifolia и стехиометрии C, N и P.

Обсуждение

На биомассу и доступные питательные вещества почвы повлияла глубина грунтовых вод

В нашем исследовании биомасса A.sparsifolia увеличился на 4,5 м по сравнению с 2,5 м, тогда как этот параметр снизился на 11,0 м (Рисунки 1A, B). Этот результат согласуется с выводами Peng et al. (2014), которые сообщили, что биомасса A. sparsifolia при искусственном моделировании глубины подземных вод увеличивается с 0,4 до 1,2 м и уменьшается на 1,8 и 2,2 м. Эти результаты также согласуются с наблюдением, что грунтовые воды являются основным источником питательных веществ и воды для A. sparsifolia (Arndt et al., 2004; Zeng et al., 2006), тем самым подтверждая, что изменение глубины грунтовых вод может значительно повлиять на рост A. sparsifolia. Следовательно, если ресурсы подземных вод оазиса Целеле будут постоянно сокращаться, то рост A. sparsifolia может быть серьезно остановлен.

В этом исследовании концентрации C, N и P в почве на высоте 11,0 м были значительно выше, чем на 2,5 и 4,5 м в 2015 и 2016 годах (рисунки 2A – F). Этот результат согласуется с предыдущими выводами, которые показали увеличение концентрации азота в почве с уменьшением глубины грунтовых вод в слабых почвах дюн (Rhymes et al., 2016). Увеличение концентрации азота в почве на большой глубине грунтовых вод, вероятно, вызвано снижением влажности почвы, что может замедлить темпы денитрификации, что приведет к усилению удержания азота и эффекту эвтрофикации (Rhymes et al., 2016). Точно так же мы полагали, что сухая почва с уменьшающейся глубиной грунтовых вод влияет на движение и цикл почвенных C и P, что приводит к усилению удержания и эффекта эвтрофикации в почве C и P. Следовательно, концентрации C и P в почве были выше на высоте 11,0 м, чем на высоте 2 м. .5 и 4,5 м.

Глубина грунтовых вод повлияла на концентрацию P, но не C и N в листьях

Концентрация фосфора в листьях и массовые отношения C: P и N: P у A. sparsifolia в значительной степени зависели от глубины грунтовых вод в оба года (Рисунок 3). Эти результаты аналогичны предыдущим результатам, показывая, что на концентрации фосфора в листьях и массовые отношения C: P и N: P погруженных макрофитов влияет увеличение глубины грунтовых вод (Li W. et al., 2015). Влияние глубины грунтовых вод на концентрацию фосфора в листьях, вероятно, связано с почвой и грунтовыми водами, которые служат единственными источниками фосфора, поглощаемого A.sparsifolia в настоящем исследовании; таким образом, на это явление может существенно влиять внешняя среда (Hedin, 2004; Rong et al., 2015). Наши результаты аналогичны наблюдениям Zhang et al. (2018), которые продемонстрировали, что концентрация фосфора в почве существенно влияет на рост A. sparsifolia в пустынях. Напротив, наши предыдущие исследования показали, что высокие концентрации NO3– и PO32– в ксилемном соке A. sparsifolia указывают на достаточное поступление питательных веществ через грунтовые воды (Arndt et al., 2004; Zeng et al., 2006). Однако в настоящем исследовании концентрация фосфора в почве также показала значительное влияние на поглощение фосфора A. sparsifolia в 2015 году. Таким образом, почва и глубина грунтовых вод выступали в качестве источников поглощения фосфора A. sparsifolia . Концентрация фосфора в листьях на высоте 4,5 м была явно пониженной, что соответствовало более низкой концентрации азота в почве. Этот результат согласуется с результатом Wang et al. (2015), которые обнаружили, что недостаток азота препятствует поступлению фосфора из почвы в растения.

Концентрация С в листьях A. sparsifolia была относительно стабильной при 400 г кг -1 независимо от глубины грунтовых вод. Наши результаты согласуются с предыдущими выводами, которые продемонстрировали, что концентрация C T. chinensis , растения пустыни, также стабильна в ответ на стрессы окружающей среды (Rong et al., 2015). Стабильный C в тканях растений обусловлен накоплением C, определяемым фиксацией C посредством фотосинтеза (Wang et al., 2015). Следовательно, для концентрации углерода в листьях фотосинтез более важен, чем концентрация питательных веществ в почве.Как и концентрация C, концентрация N A. sparsifolia не зависела от глубины грунтовых вод. Казалось, что N не является ограничивающим фактором роста для A. sparsifolia при адаптации к уменьшающейся глубине грунтовых вод в пустынной среде обитания, потому что A. sparsifolia — бобовое растение, которое может фиксировать атмосферный N 2 . Этот результат согласуется с предыдущими выводами, которые показали, что фиксация N 2 из воздуха составляет более 80% от общего азота листа для почти половины из A.sparsifolia в пустыне Такламакан (Arndt et al., 2004).

В этом исследовании массовые отношения C: P и N: P зависели от глубины грунтовых вод из-за изменений концентрации фосфора в A. sparsifolia . Массовые отношения C: N и C: P отражают способность растений усваивать C, когда они одновременно поглощают N и P (Koerselman and Meuleman, 1996; Aerts and Chapin, 1999; Güsewell, 2004; He et al., 2008; Rong et al. др., 2015). Здесь массовое соотношение C: P листа увеличилось на 4,5 м, а затем уменьшилось на 11.0 м, что свидетельствует о том, что значительное снижение уровня грунтовых вод может препятствовать способности растений поглощать P. Предыдущие исследования показали, что соотношение N: P в листьях является жизненно важным индикатором ограничивающих питательных элементов растений и широко используется в ряде экологических исследований. стехиометрические исследования (Koerselman, Meuleman, 1996; Tessier, Raynal, 2003; Güsewell, 2004; Wu et al., 2012). Например, Güsewell (2004) считает, что массовое отношение N: P ниже 10 указывает на ограничение по N для наземных растений, в то время как массовое отношение N: P больше 20 соответствует ограничению по фосфору.Zhang et al. (2004) предположили, что массовое отношение N: P ниже 21 означает ограничение по N, в то время как массовое отношение N: P больше 23 указывает на ограничение по Р. Однако в экосистемах водно-болотных угодий рост растений ограничивается P, когда N: P> 16, и N, когда N: P <14. Рост растений также ограничивается N и P, когда 14 A. sparsifolia на высоте 2,5, 4,5 и 11,0 м находилось в пределах 13.20 и 19,34, между 16,53 и 27,15, и между 11,34 и 23,14 в 2015 году, соответственно, и между 9,64 и 14,70, между 12,15 и 17,90, и между 9,51 и 14,96 в 2016 году соответственно. Эти результаты свидетельствуют о том, что ни N, ни P не были ограничивающими факторами для роста A. sparsifolia на разных глубинах подземных вод. Этот результат согласуется с предыдущим открытием, которое показало, что A. sparsifolia — бобовое растение, способное улавливать атмосферный N 2 из атмосферы; атмосферный N 2 фиксация составляет более 80% от общего азота листа, что составляет почти половину A.sparsifolia в пустыне Такламакан (Arndt et al., 2004). Таким образом, A. sparsifolia не ограничивалась N в своей среде обитания.

Массовое отношение N: P в листьях A. sparsifolia на высоте 4,5 м было значительно выше, чем на высоте 2,5 и 11,0 м (Рисунки 3I – L). Концентрация фосфора в листьях на высоте 4,5 м была значительно ниже, чем на 2,5 и 11,0 м (рисунки 3E, F). Эти результаты предполагают, что рост A. sparsifolia на высоте 4,5 м зависел от концентрации фосфора, вероятно, из-за концентрации фосфора в A.sparsifolia на высоте 4,5 м может быть разбавлена ​​увеличенной биомассой растений (рис. 1). Это предположение подтверждается тем фактом, что концентрация фосфора в почве на высоте 4,5 м была аналогична таковой на высоте 2,5 м. Более того, этот результат согласуется с предыдущим выводом, который показал, что концентрация фосфора в почве значительно влияет на рост A. sparsifolia в пустынях (Zhang et al., 2018).

Взаимосвязь между питательными веществами почвы и стехиометрией C, N и P растений

Хотя предыдущие исследования показали, что между питательным статусом почвы и концентрацией питательных веществ в растениях существует значительная положительная корреляция, эти исследования не пришли к выводу о прочной взаимосвязи между концентрацией питательных веществ в почве и стехиометрией C, N и P растений (Wang et al., 2015; Zeng et al., 2017). В нашем исследовании наблюдалась положительная взаимосвязь между концентрациями азота и фосфора в почве у A. sparsifolia (таблица 2), что свидетельствует о том, что повышенный уровень азота в почве мог увеличивать поглощение азота растениями; в результате A. sparsifolia поглощает больше фосфора из-за элементарного гомеостаза у растений (Elser et al., 2000; Cross et al., 2005; Rong et al., 2015; Zhan et al., 2017). Таким образом, в нашем исследовании почвенный азот был ключевым фактором, повлиявшим на стехиометрию углерода, азота и фосфора, равную A.sparsifolia на разных глубинах подземных вод, поскольку концентрация азота в почве также значимо коррелировала с концентрацией фосфора в почве и массовым соотношением углерода и фосфора (таблица 1). Кроме того, этот результат был подтвержден предыдущими выводами, показывающими, что концентрация P в почве положительно связана с почвенным азотом (Cleveland and Liptzin, 2007; Hume et al., 2016), а нехватка азота в почве влияет на поглощение фосфора растениями ( Wang et al., 2015). Таким образом, глубина грунтовых вод значительно влияла на питательные вещества почвы, особенно почвенный азот, что приводило к колебаниям концентрации фосфора в листьях, массового отношения C: P, равного A.sparsifolia из-за взаимодействия почвенных C, N и P. В отличие от предыдущих исследований, наше исследование показало, что источником питательных веществ, поглощаемых A. sparsifolia , были не только грунтовые воды, но и почва.

Адаптивные стратегии: оборонительные или соревновательные?

Предыдущие исследования показали, что конкурентные и защитные жизненные стратегии определяются изменениями массовых соотношений C: N и C: P (Rong et al., 2015). Более высокая скорость роста растений в основном сопровождается низким массовым соотношением C: N и C: P.Эти два параметра также эффективны для отражения статуса роста и состояния здоровья растений; например, быстрая скорость роста сильно коррелирует со снижением массового отношения C: P (Elser et al., 2000; Sterner and Elser, 2002). Rong et al. (2015) сообщили, что высокие массовые отношения C: N и C: P на средней стадии роста T. chinensis указывают на защитную стратегию растений, выращиваемых на прибрежных водно-болотных угодьях из-за высоких температур, интенсивного испарения почвы и транспирации растений.В нашем исследовании массовые отношения C: N и C: P у A. sparsifolia на высоте 4,5 м были значительно выше, чем у листьев на 2,5 и 11,0 м (рисунки 3G, J), что позволяет предположить, что A. sparsifolia на высоте 4,5 м. м, вероятно, применил оборонительную стратегию. Этот результат также согласуется с выводом о том, что наибольшая биомасса (рис. 1) и наименьшая концентрация фосфора в листьях у A. sparsifolia наблюдались на 4,5 м среди различных глубин подземных вод (рис. 3E, F). A. sparsifolia at 2.Глубина подземных вод 5 и 11,0 м, вероятно, использовала конкурентную стратегию из-за более низких соотношений C: N и C: P в листьях (Рисунки 3G, J), более низкой биомассы A. sparsifolia (Рисунок 1) и более высокой концентрации P в листьях ( Рисунки 3E, F), чем на 4,5 м.

Необходимы дальнейшие специальные исследования для изучения эффективности всасывания и использования C, N и P при уменьшении глубины подземных вод. Это исследование способствует сохранению окружающей среды и защите окружающей среды экотона пустыня-оазис на южной окраине пустыни Такламакан в Китае.

Заключение

Глубина подземных вод значительно повлияла на биомассу, концентрацию углерода, азота и фосфора в почве и концентрацию фосфора в листьях A. sparsifolia . A. sparsifolia имела большую биомассу и более низкую концентрацию фосфора в листьях на высоте 4,5 м, чем на глубине 2,5 и 11,0 м грунтовых вод. Концентрации C, N и P в почве на высоте 4,5 м были значительно ниже, чем на высоте 11,0 м. Концентрация азота в почве достоверно и положительно коррелировала с концентрацией фосфора в листьях на всех глубинах грунтовых вод.Концентрация P в листьях A. sparsifolia была ниже на высоте 4,5 м, чем на 2,5 и 11,0 м, вероятно, из-за эффекта разбавления биомассы. Напротив, на концентрации C и N в листьях, как правило, не влияет глубина грунтовых вод, подтверждая, что накопления C и N у A. sparsifolia преимущественно определялись фиксацией C посредством фотосинтеза и биологической фиксации атмосферного N 2 соответственно. В результате массовые отношения C: N и C: P у A. sparsifolia составляют 4.5 м были выше, чем на глубине грунтовых вод, что подразумевает защитную стратегию жизненного цикла. Напротив, у A. sparsifolia , вероятно, была принята конкурентная стратегия на глубинах 2,5 и 11,0 м, на что указывают более низкие соотношения масс C: N и C: P по сравнению с показателями на 4,5 м. Наши результаты могут облегчить понимание стехиометрии C, N и P пустынных фреатофитов и их реакции на уменьшение глубины грунтовых вод в экотоне пустыни-оазиса на северо-западе Китая. Это исследование могло бы еще больше обогатить существующие стехиометрические исследования.

Авторские взносы

БЗ и ФЗ: концепция и дизайн, анализ и интерпретация, критический пересмотр статьи и общая ответственность; XG и MS: отредактировать рукопись; LL, YL, GL и CH: анализ данных; DG: сбор данных.

Финансирование

Это исследование было поддержано ключевой программой совместных фондов Национального фонда естественных наук Китая и правительства Синьцзян-Уйгурского автономного района Китая (№ U1603233), Национального фонда естественных наук Китая (№31500367, 41371516) и China 1000 Talent Program (№ Y472171).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить доктора Бо Лю, Шэнлун Чжао, Ханьлинь Ло, Шиминг Ли и Бо Ван за помощь в полевых работах на станции Селе; Минфан Ху за помощь в элементном анализе почвы и растений; Ронг Хуанг за изменения в этой статье.Мы также благодарны трем анонимным рецензентам за рецензирование этой рукописи.

Список литературы

Aerts, R., and Chapin, F. III. (1999). Еще раз о минеральном питании дикорастущих растений: переоценка процессов и закономерностей. Adv. Ecol. Res. 30, 1–67. DOI: 10.1016 / S0065-2504 (08) 60016-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Арндт, С.К., Кахмен, А., Арампацис, К., Попп, М., и Адамс, М. (2004). Фиксация и метаболизм азота многолетними растениями, зависящими от грунтовых вод, в гипераридной пустыне. Oecologia 141, 385–394. DOI: 10.1007 / s00442-004-1655-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Батлер, О. М., Льюис, Т., и Чен, К. Р. (2017). Предписанный огонь изменяет стехиометрию листвы и резорбцию питательных веществ в подлеске субтропического эвкалиптового леса. Почва растений 410, 181–191. DOI: 10.1007 / s11104-016-2995-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю. П., Чен, Ю. Н., Сюй, К. К., и Ли, В.Х. (2011). Фотосинтез и эффективность использования воды Populus euphratica в ответ на изменение глубины подземных вод и концентрации CO 2 . Environ. Науки о Земле. 62, 119–125. DOI: 10.1007 / s12665-010-0502-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кливленд, К. К., Липцин, Д. (2007). Стехиометрия C: N: P в почве: существует ли «коэффициент Редфилда» для микробной биомассы? Биогеохимия 85, 235–252. DOI: 10.1007 / s10533-007-9132-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кросс, W.Ф., Бенстед Дж. П., Фрост П. К. и Томас С. А. (2005). Экологическая стехиометрия в пресноводных бентосных системах: последние достижения и перспективы. Freshw. Биол. 50, 1895–1912. DOI: 10.1111 / j.1365-2427.2005.01458.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эльзер Дж., Стернер Р., Горохова Э., Фаган В., Марков Т., Котнер Дж. И др. (2000). Биологическая стехиометрия от генов до экосистем. Ecol. Lett. 3, 540–550. DOI: 10.1046 / j.1461-0248.2000.00185.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эльзер, Дж. Дж., Добберфул, Д. Р., Маккей, Н. А., и Шампель, Дж. Х. (1996). Размер организма, история жизни и стехиометрия N: P. Bioscience 46, 674–684. DOI: 10.2307 / 1312897

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, Ю., Ю., Г., и Хэ, Н. (2013). Уравновешивание земных циклов воды, азота и углерода: отстаивание порога здоровья для хранения углерода. Ecol. Англ. 57, 366–374. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2013.04.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуй, Д. В., Цзэн, Ф. Дж., Лю, З., и Чжан, Б. (2013). Характеристики клонального размножения Alhagi sparsifolia Shap. (Fabaceae) под разными глубинами подземных вод в Синьцзяне, Китай. Rangeland J. 35, 355–362. DOI: 10.1071 / RJ13004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хань, W. X., Fang, J. Y., Guo, D.Л., Чжан Ю. (2005). Стехиометрия азота и фосфора в листьях 753 видов наземных растений Китая. New Phytol. 168, 377–385. DOI: 10.1111 / j.1469-8137.2005.01530.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хе, Дж. С., Ван, Л., Флинн, Д. Ф., Ван, X., Ма, В., и Фанг, Дж. Ю. (2008). Азот в листьях: стехиометрия фосфора в биомах китайских лугов. Oecologia 155, 301–310. DOI: 10.1007 / s00442-007-0912-y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Герберт, Д.А., Уильямс, М., и Растеттер, Э. Б. (2003). Модельный анализ ограничения N и P на накопление углерода во вторичных лесах Амазонки после отказа от альтернативного землепользования. Биогеохимия 65, 121–150. DOI: 10.1023 / A: 1026020210887

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хортон, Дж. Л., Харт, С. К., и Колб, Т. Е. (2003). Психологическое состояние и использование источников воды прибрежных деревьев пустыни Сонора на реке Билл Вильямс, Аризона, США. Isotopes Environ.Стад здоровья. 39, 69–82. DOI: 10.1080 / 1025601031000096772

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хьюм, А., Чен, Х. Ю., Х., Тейлор, А. Р., Кайахара, Г. Дж., И Ман, Р. (2016). Почва C: N: P динамика во время вторичной сукцессии после пожара в бореальных лесах центральной Канады. Для. Ecol. Manag. 369, 1–9. DOI: 10.1016 / j.foreco.2016.03.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Имада, С., Яманака, Н., и Тамай, С.(2008). Глубина водного зеркала влияет на рост мелких корней Populus alba и биомассу всего растения. Funct. Ecol. 22, 1018–1026. DOI: 10.1111 / j.1365-2435.2008.01454.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кан, Х., Чжуан, Х., Ву, Л., Лю, К., Шен, Г., Берг, Б., и др. (2011). Изменения в стехиометрии азота и фосфора в листьях у Picea abies по всей Европе: анализ, основанный на местных наблюдениях. Для. Ecol. Manag. 261, 195–202.DOI: 10.1016 / j.foreco.2010.10.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Керсельман В. и Меулеман А. Ф. (1996). Соотношение N: P растительности: новый инструмент для определения характера ограничения питательных веществ. J. Appl. Ecol. 33, 1441–1450. DOI: 10.2307 / 2404783

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, C.J., Zeng, F.J., Zhang, B., Liu, B., Guo, Z.C., Gao, H.H., et al. (2015). Оптимальные стратегии корневой системы для сеянцев пустынных фреатофитов в поисках грунтовых вод. J. Arid Land 7, 462–474. DOI: 10.1007 / s40333-015-0006-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Х. Ф., Цзэн, Ф. Дж., Гуй, Д. В., Чжан, Л. Г., Сонг, К., Луо, В. С. и др. (2013). Влияние резки и сжигания на регенерацию Alhagi sparsifolia Shap. на южной окраине пустыни Такла-Макан, Северо-Западный Китай. Rangeland J. 34, 389–397. DOI: 10.1071 / RJ12020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Л., Гао, X. П., Гуй, Д. В., Лю, Б., Чжан, Б., и Ли, X. Y. (2017). Стехиометрия надземных и тонких корней Seriphidium korovinii на пустынных пастбищах в ответ на искусственное добавление азота. J. Plant Res. 130, 689–697. DOI: 10.1007 / s10265-017-0930-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли В., Цао Т., Ни, Л. Ю., Чжан, X., Чжу, Г. Р., и Се, П. (2013). Влияние глубины воды на стехиометрию углерода, азота и фосфора пяти погруженных макрофитов в эксперименте in situ. Ecol. Англ. 61, 358–365. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2013.09.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, В., Цао, Т., Ни, Л. Ю., Чжу, Г. Р., Чжан, X. Л., Фу, Х. и др. (2015). Зависимая от размера стехиометрия C, N и P трех погруженных макрофитов вдоль градиентов глубины воды. Environ. Науки о Земле. 74, 3733–3738. DOI: 10.1007 / s12665-015-4295-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, X. Ф., Ван, Дж., Хуанг, Д., Ван, Л.X. и Ван К. (2011). Аллелопатический потенциал Artemisia frigida и сукцессионные изменения растительных сообществ степей северного Китая. Почва растений 341, 383–398. DOI: 10.1007 / s11104-010-0652-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, X. Y., Лин, Л. С., Чжао, Q., Чжан, X. М., и Томас, Ф. М. (2010). Влияние глубины подземных вод на видовой состав и структуру сообществ в переходной зоне оазиса Целе. J. Arid Land 2, 235–242.

Google Scholar

Лю Б., Хе Дж. Х., Цзэн Ф. Дж., Лей Дж. К. и Арндт С. К. (2016). Продолжительность жизни и структура эфемерных корневых модулей различных функциональных групп из пустынной системы. New Phytol. 211, 103–112. DOI: 10.1111 / nph.13880

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Б., Цзэн Ф.-Дж., Арндт С.-К., Хе Ж.-Х., Луо В.-К. и Сонг К. (2013). Закономерности адаптации корневой архитектуры многолетнего пустынного фреатофитного растения в условиях гипераридной пустыни. S. Afr. J. Bot. 86, 56–62. DOI: 10.1016 / j.sajb.2013.02.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Б., Цзэн Ф. Дж., Го Х. Ф. и Цзэн Дж. (2009). Влияние уровня грунтовых вод на характеристики роста Alhagi sparsifolia Shap. саженцы. Подбородок. J. Ecol. 28, 237–242.

Лю М. (2007). Исследование закона пространственно-временного распределения подземных вод и его воздействия на окружающую среду в Хотанском оазисе. Магистерская диссертация, Сианьский технологический университет, Шэньси.

Лю, З. (2011). Корневое распространение Alhagi sparsifolia Shap. Реакция на различные водные условия. Магистерская диссертация, Китайская академия наук, Пекин.

Google Scholar

Маршнер П. (2012). Минеральное питание высших растений Маршнера: функции макроэлементов. Лондон: Academic Press, 135–189.

Google Scholar

Нельсон Д. и Соммерс Л. Э. (1982). «Общий углерод, органический углерод и органическое вещество», в Методы анализа почвы: химические и микробиологические свойства , Pt 2, ред.Л. Пейдж, Р. Х. Миллер и Д. Р. Кини (Мэдисон, Висконсин: Американское почвенное общество), 539–579.

Google Scholar

Нельсон Д. У. и Соммерс Л. Э. (1975). Быстрый и точный метод оценки содержания органического углерода в почве. Proc. Indiana Acad. Sci. 84, 456–462.

Google Scholar

Николич, Н., Бёкер, Р., Костич-Кравлянац, Л., и Николич, М. (2014). Процессы сборки при жесткой абиотической фильтрации: механизмы адаптации сорной растительности к градиенту почвенных ограничений. PLoS One 9: e114290. DOI: 10.1371 / journal.pone.0114290

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Олсен, С. Р., Коул, К. В., Ватанабе, Ф. С. и Дин, Л. А. (1954). Оценка доступного органического углерода в почве. Proc. Indiana Acad. Sci. 84, 456–462.

Google Scholar

Peng, S. L., Zeng, F. J., Wang, H. T., Guo, J. H., Gao, H. H., Luo, W. C., et al. (2014). Влияние глубины грунтовых вод на морфологию листьев и рост сеянцев Alhagi sparsifolia . J. Desert Res. 34, 390–404.

Портер, Л., и Бонгерс, Ф. (2006). Характеристики листьев являются хорошими предикторами продуктивности растений 53 видов тропических лесов. Экология 87, 1733–1743. DOI: 10.1890 / 0012-9658 (2006) 87 [1733: LTAGPO] 2.0.CO; 2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райх П. Б., Олексин Дж. (2004). Глобальные закономерности N и P листьев растений в зависимости от температуры и широты. Proc. Natl. Акад. Sci. U.S.A. 101, 11001–11006. DOI: 10.1073 / pnas.0403588101

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рифм, Дж., Джонс, Л., Уоллес, Х., Джонс, Т. Г., Данн, К., и Феннер, Н. (2016). Небольшие изменения уровня воды и питательных веществ грунтовых вод изменяют процесс обработки азота и углерода в слабых почвах дюн. Soil Biol. Biochem. 99, 28–35. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2016.04.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ронг, Q.Q., Лю, Дж.Т., Цай, Ю. П., Лу, З. Х., Чжао, З. З., Юэ, В. К. и др. (2015). Стехиометрия углерода, азота и фосфора листьев Tamarix chinensis Lour. в прибрежных водно-болотных угодьях залива Лайчжоу, Китай. Ecol. Англ. 76, 57–65. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2014.03.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Руд, С. Б., Заневич, К., Стефура, К., и Махони, Дж. М. (2000). Влияние снижения уровня грунтовых вод на распределение прироста и эндогенные гиббереллины в черном тополе. Tree Physiol. 20, 831–836. DOI: 10.1093 / treephys / 20.12.831

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шипли Б., Лехович М. Дж., Райт И. и Райх П. Б. (2006). Фундаментальные компромиссы, порождающие мировой спектр листовой экономики. Экология 87, 535–541. DOI: 10.1890 / 05-1051

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Спаркс, Д. Л., Пейдж, А., Хельмке, П., Лёпперт, Р., Солтанпур, П., Табатабай М. и др. (1996). Методы анализа почвы: химические методы , Pt 3. Мэдисон, Висконсин: Американское общество почвоведов, Inc.

Google Scholar

Стернер Р. В. (1995). Элементная стехиометрия видов в экосистемах. Связывание видов и экосистем. Берлин: Springer, 240–252. DOI: 10.1007 / 978-1-4615-1773-3_23

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стернер, Р. У., и Эльзер, Дж. Дж. (2002). Экологическая стехиометрия: биология элементов от молекул до биосферы. Princeton, NJ: Princeton University Press.

Google Scholar

Стрибель М., Спорл Г. и Стибор Х. (2008). Изменения роста и стехиометрии планктона под действием света: эксперименты с естественными сообществами фитопланктона. Лимнол. Oceanogr. 53, 513–522. DOI: 10.4319 / lo.2008.53.2.0513

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тессье, Дж. Т., и Рейнал, Д. Дж. (2003). Использование отношения азота к фосфору в тканях растений как индикатор ограничения питательных веществ и насыщения азотом. J. Appl. Ecol. 40, 523–534. DOI: 10.1046 / j.1365-2664.2003.00820.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Томас Р., Шеард Р. и Мойер Дж. (1967). Сравнение традиционных и автоматизированных процедур анализа растительного материала на азот, фосфор и калий с использованием однократного переваривания. Agron. J. 59, 240–243. DOI: 10.2134 / agronj1967.00021962005

0010x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вентеринк, Х.О., и Güsewell, S. (2010). Соревновательные взаимодействия двух луговых трав при ограничении азота и фосфора. Funct. Ecol. 24, 877–886. DOI: 10.1111 / j.1365-2435.2010.01692.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вреде Т., Добберфул Д. Р., Коойман С. и Эльзер Дж. Дж. (2004). Фундаментальные связи между стехиометрией C: N: P организма, макромолекулярным составом и ростом. Экология 85, 1217–1229. DOI: 10.1890 / 02-0249

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, З., Лу, Дж., Ян, М., Ян, Х., и Чжан, К. (2015). Стехиометрические характеристики углерода, азота и фосфора в листьях разновозрастных насаждений люцерны ( Medicago sativa ). Фронт. Plant Sci. 6: 1062. DOI: 10.3389 / fpls.2015.01062

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райт, И. Дж., Райх, П. Б., Вестоби, М., Акерли, Д. Д., Барух, З., Бонгерс, Ф. и др. (2004). Спектр листовой экономики во всем мире. Природа 428, 821–827.DOI: 10.1038 / nature02403

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, Т. Г., Ю, М. К., Ван, Г. Г., Донг, Ю., и Ченг, X. Р. (2012). Стехиометрия азота и фосфора в листьях сорока двух древесных пород Юго-Восточного Китая. Biochem. Syst. Ecol. 44, 255–263. DOI: 10.1016 / j.bse.2012.06.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Син В., Ву Х. П., Хао Б. Б. и Лю Г. Х. (2013). Стехиометрические характеристики и реакция погруженных макрофитов на эвтрофикацию в озерах среднего и нижнего течения реки Янцзы. Ecol. Англ. 54, 16–21. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2013.01.026

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янь В. М., Чжун Ю. В., Чжэн С. X. и Шангуань З. П. (2016). Связь питательных веществ / стехиометрии листьев растений с эффективностью использования воды на Лессовом плато в Китае. Ecol. Англ. 87, 124–131. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2015.11.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн, Ф. Дж., Блеби, Т. М., Ландман, П. А., Адамс, М. А., и Арндт, С.К. (2006). Динамика воды и питательных веществ в поверхностных корнях и почвах не изменяется из-за кратковременного затопления фреатофитных растений в гипераридной пустыне. Почва растений 279, 129–139. DOI: 10.1007 / s11104-005-0498-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн Ф. Дж. И Лю Б. (2012). Экология корней Alhagi sparsifolia. Пекин: Science Press, 1-2.

Zeng, F. J., Song, C., Guo, H. F., Liu, B., Luo, W. C., Gui, D. W., et al.(2013). Реакции роста корней Alhagi sparsifolia Shap. (Fabaceae) на различные смоделированные глубины подземных вод на южной окраине пустыни Таклимакан, Китай. J. Arid Land 5, 220–232. DOI: 10.1007 / s40333-013-0154-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн, К. К., Лал, Р., Чен, Ю. Н., и Ан, С. С. (2017). Экологическая стехиометрия почвы, листьев и корней Caragana korshinskii на Лессовом плато Китая в зависимости от возраста насаждений. PLoS One 12: e0168890. DOI: 10.1371 / journal.pone.0168890

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, С. X., Ван, Ю., Чжу, З. К., Ли, В. Х., и Бай, Ю. Ф. (2017). Обогащение азотом изменяет стехиометрию N: P растений и усиливает ограничение фосфора в степной экосистеме. Environ. Exp. Бот. 134, 21–32. DOI: 10.1016 / j.envexpbot.2016.10.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Б., Гуй, Д.В., Гао, Х.П., Шариф, М., Ли, Л. и Цзэн, Ф. Дж. (2018). Регулирование почвенного фактора роста растений и солеустойчивости бобовых растений Alhagi sparsifolia Shap. в солончаковых пустынях северо-западного Китая. Contemp. Пробл. Ecol. 11, 111–121. DOI: 10.1134 / S199542551801002X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Л. X., Бай, Ю. Ф., и Хань, X. Г. (2004). Дифференциальные ответы стехиометрии N: P у Leymus chinensis и Carex korshinskyi на добавки N в степной экосистеме в неймонгол. Acta Bot. Грех. 46, 259–270.

Google Scholar

Чжан, X. Л., Цзэн, Ф. Дж., Лю, Б., Чжан, Х., Лю, З., и Ан, Г. X. (2011). Световой ответ физиологических параметров листа Alhagi sparsifolia Shap. под разной глубиной грунтовых вод. Arid Land Geogr. 34, 229–235.

Google Scholar

Количественная оценка воздействия глубины грунтовых вод на суммарное испарение в полузасушливых пастбищах

Исследовательская статья 07 марта 2011 г.

Исследовательская статья | 07 марта 2011 г.

М.Сойлу Э. 1 , Э. Истанбуллуоглу 2 , Дж. Д. Лентерс 1 и Т. Ван 1,2 M. E. Soylu et al. M. E. Soylu 1 , E. Истанбуллуоглу 2 , Дж. Д. Лентерс 1 и Т. Ван 1,2
  • 1 Школа природных ресурсов, Университет Небраски-Линкольн, Линкольн, Небраска, США
  • 2 Гражданская и экологическая инженерия, Вашингтонский университет, Сиэтл, Вашингтон, США
  • 1 Школа природных ресурсов, Университет Небраски-Линкольн, Линкольн, Небраска, США
  • 2 Гражданская и экологическая инженерия, Вашингтонский университет, Сиэтл, Вашингтон, США
Скрыть сведения об авторе Получено: 12 августа 2010 г. — Начало обсуждения: 14 сентября 2010 г. — Исправлено: 26 февраля 2011 г. — Принято: 1 марта 2011 г. — Опубликовано: 7 марта 2011 г.

Взаимодействие между процессами на мелководных грунтовых водах и земной поверхностью играет важную роль в экогидрологии прибрежных зон.Некоторые недавние модели поверхности земли (LSM) включают взаимодействие грунтовых вод и поверхности суши с использованием параметризации на различных уровнях детализации. В этой статье мы исследуем чувствительность эвапотранспирации (ЭП) поверхности земли к глубине зеркала грунтовых вод, текстуры почвы и двух обычно используемых наборов данных гидравлических параметров почвы с использованием четырех моделей с разным уровнем сложности. Выбранные модели: Hydrus-1D, которая решает основанное на давлении уравнение Ричардса, интегрированный симулятор биосферы (IBIS), который моделирует взаимодействия между несколькими слоями почвы, используя вариант уравнения Ричардса (водосодержание), и две формы модель стационарного капиллярного потока в сочетании с одноковшовой моделью влажности почвы.Эти модели сначала оцениваются с использованием полевых наблюдений за климатом, влажностью почвы и уровнями грунтовых вод в полузасушливом районе на юге центральной части штата Небраска, США. Было обнаружено, что все четыре модели достаточно хорошо сравниваются с данными наблюдений, особенно с учетом воздействия грунтовых вод. Затем мы исследуем чувствительность смоделированного ЕТ к глубине зеркала грунтовых вод для различных формулировок модели, расстояния между узлами и текстуры почвы (используя значения гидравлических параметров почвы из двух разных источников, а именно Ролза и Клаппа-Хорнбергера).Результаты указывают на сильное влияние текстуры почвы и глубины грунтовых вод на вклад грунтовых вод в ET. Кроме того, различия в конкретных по текстуре, усредненных по классу параметрах почвы, полученных из двух литературных источников, приводят к большим различиям в моделируемой глубине и толщине «критической зоны» (т. Е. Зоны, внутри которой колебания глубины уровня грунтовых вод сильно влияют на поверхность ET). В зависимости от глубины залегания грунтовых вод это также может привести к большим расхождениям в смоделированных ЭТ (в некоторых случаях более чем в два раза).Когда используется набор данных параметров почвы Клаппа-Хорнбергера, критическая зона становится значительно глубже, а показатели поверхностного ET становятся намного выше, что приводит к более сильному влиянию глубинных грунтовых вод на энергию поверхности земли и водный баланс. В целом, мы обнаруживаем, что смоделированная чувствительность ЕТ к выбору набора данных гидравлических параметров почвы больше, чем чувствительность к текстуре почвы, определенной в каждом наборе данных, или даже к выбору формулировки модели. Таким образом, наши результаты подчеркивают необходимость будущего моделирования и полевых исследований для улучшения предсказуемости взаимодействий грунтовых вод и поверхности суши в численных моделях, особенно в том, что касается параметризации гидравлических свойств почвы.

.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *