灌区耕地对地下水位的要求

如前所述，井渠结合的目的在于充分利用渠道渗漏和田间灌溉的入渗水量进行灌溉,解决季节性缺水问题，同时又可以有效地控制地下水位，防止土壤的次生盐渍化。作物生长季节田面有作物植被覆盖,科间蒸发所占比重和土壤积盐的可能性均较小, 而作物需水又需要有来自地下水对根层的补给,因此，此时地下水位可控制在较小的深度。秋收以后至春作物生长期以前，表土裸露,土壤蒸发强烈易于积盐，地下水位应控制在较大的深度。西北地区春季河流缺水,地表水不能满足灌溉用水的需要，为了解决供需矛盾，部分地区须利用地下水灌溉,而开采地下水又将会起到降低地下水位的作用。灌区需要根据不同季节对地下水位的控制要求，有计划地安排井灌与渠灌的用水量和用水时间，以达到既利用地下水又防止土壤盐碱化的目的, 起到井灌井排的作用。

西北地区的新疆内蒙等地,冬季低温,表土冻结,冻结期土壤盐分随水分向冻层聚集. 根据内蒙河套灌区等地的试验资料和实践经验,为了防止春季积盐,在土壤冻结期以前地下水位应不小于1.2-1.4m, 作物生长期为了获得一定的地下水对根层的补给，地下水位可以保持较浅的埋深，但为了防止渍害,地下水埋深一般应至少控制在0.7-0.8m以上。

非耕地自然生态耗水及其对地下水位控制的要求

西北干旱地区蒸发强烈，土壤盐渍化和荒漠化是地区的主要威胁。干旱地区降雨稀少，天然植被主要靠地下水的补给而存活，地下水位的埋深是决定天然植被繁茂程度和土壤盐渍化的关键因素，天然植被的生长情况和植被的盖度又是决定土地荒漠化发生和发展的重要指标，因此，土地的荒漠化和盐渍化均与地下水埋深有着十分密切的关系。

西北地区生态环境与水资源的合理配置密切有关，在水资源规划与管理中需充分考虑生态用水,并遵循“水资源开发利用与生态环境保护并重”的原则。地下水埋深与作物和天然植被生长的关系，不同地下水埋深条件下作物与天然植被的耗水量是地区水资源规划管理，特别是确定保证生态耗水条件下地下水可采水量和井渠用水比例的基本资料。目前有关干旱地区天然植被的适宜地下水埋深的资料尚比较缺乏，特别是关于在天然状态和人工灌溉条件下林木和植被群落的耗水问题还尚少研究，加强地下水动态的观测和生态耗水的试验研究，对指导当前的灌区管理和生态建设规划都具有十分重要的意义。以下仅是少量文献中提供的有关的地下水埋深和植被群落的耗水资料供参考。

地下水埋深与生态环境的关系

旱生植物生长和土壤沙化程度与地下水埋深有密切关系。沙枣是浅根乔木，根深一般不超过4.5 m。胡杨是天然荒漠河岸林的典型乔木树种。靠洪水携带种子萌芽更新，具有耐旱、耐盐、生长速度快的特点，是优良的防风、固沙林木品种。这两种植物的生长与地下水埋深关系见表1[8]。

表 1 沙枣和胡杨等的生长与地下水埋深关系[8][30]

地下水埋深

< 2m

2-3m

4-5m

5-6m

>6m

沙枣

生长情况

不佳

正常

不良,开始枯梢

大部枯梢,衰败

基本无植物

沙化程度

盐渍化

不沙化

轻度沙化

中度沙化

强度沙化

地下水埋深

< 4m

4-6m

6-10m

>10m

胡杨林

生长情况

影响不大

生长不良，顶秃，叶枯，少数枯死

大部死亡

全部植株死亡

沙化程度

基本不沙化

轻度沙化

中度沙化

强度沙化

地下水埋深

< 5m

5-7

7-10

> 10

柽柳、白刺

生长情况

正常

生长退化，枯梢，少数死亡

严重退化，大部枯死

全部植株死亡

沙化程度

基本不沙化

轻度沙化

中度沙化

强度沙化

根据有关野外调查和试验资料,地下水埋深小于2m时,在强烈蒸发作用下 易发生土壤盐渍化,而地下水埋深大于5m时, 植物无法得到正常生长所需要的水分, 造成植物开始衰败, 发生土地沙化.因此, 进行西北地区地下水评价,应以地下水埋深2-5m 作为最佳生态环境埋深。

干旱地区的灌木植物有梭梭，柽柳，白刺，沙拐枣，花棒；草本植物有芦苇，岌岌等。由于它们的根系发育程度不同，对水盐的适应程度也有很大差异。各种植物的适宜地下水埋深，或“最佳生态地下水埋深”也不同。例如，甘肃省民勤地区胡杨、沙枣、梭梭、柽柳、白刺、沙拐枣、岌岌和芦苇的地下水最佳埋深分别为3m、3m、3-5m、5m、4m、4m、1-2m和1-2m。根据民勤沙井子地区试验资料，木本植物盖度与地下水埋深的关系如表2[27]所示。

表 2 民勤沙井子地区木本植物盖度与地下水埋深的关系[27]

地下水埋深（m）

2

3

4

5

6

7

8

9

10

13

木本植物盖度(%)

70

60

40

18

7

7

8.5

17.7

10.1

9.2

自表可见，在地下水埋深小于7m时，木本植物的盖度随地下水埋深的加大而减少，在地下水埋深大于7m 时，木本植物的盖度与地下水埋深并无显著关系，而与降水量的大小可能有一定的关系。

塔里木河流域天然植被中乔木树种有胡杨(Populous eupharitica)、灰杨(Populous pruinosa)、沙枣等,灌木主要为柽柳属植物(tamarix)、铃铛刺、黑刺、白刺等。草本植物主要有芦苇、甘草、花花柴、罗布麻、骆驼刺、苦豆子等。由于自然生态植被消耗的主要是地下水,自然生态植被与地下水埋深和地下水矿化度具有密切的关系,不同地下水埋深和不同地下水矿化度地区也将呈现不同的荒漠植被。 表3 表示荒漠植被群落生长状态与地下水的关系, 地下水埋深2-4 m 对乔灌木是比较适宜的水位, 在地下水埋深达到4-6m时,乔灌木仍可生长,但草本植物将死去;超过6.0m,乔灌木生长不好; 当地下水达到10m时,胡杨林等树种已达到生长极限。 灰杨虽然最适应于南疆的环境,但其生长状况也与环境因子有密切关系,如表4所示。 根据新疆生态与地理研究所对塔里木河流域生态的研究,当地下水位埋深为3~5m时, 乔木生长状态良好, 地下水位低于8.0m时,生长甚微,呈现衰败现象。 灌木如红柳等,有强大根系，且能适应地下水位的变化,当地下水埋深为2~4米时,灌木所占比例增大,地下水位下降至6米时,有些灌木可把根部向更深层土壤延伸。当地下水位在1-2米时, 主要分布的为草本植物,如芦苇、甘草、罗布麻。当地下水位埋深为2-4米时,骆驼刺、苦豆子的比例加大,而芦苇、甘草、罗布麻的比例变小, 草本植物种类也比地下水埋深为1-2米时明显减少。当地下水埋深降至4.0米时,多数草本植物近于停止生长或死亡,只有少数深根植物(如骆驼刺等)仍能存活。塔里木河流域几种典型植物总体存在的频率与地下水埋深的关系如表5所示。

表3 荒漠植被群落生长状态与地下水的关系[3]

植被群落

适宜范围

生长极限

埋深(m)

矿化度(g/l)

埋深(m)

矿化度(g/l)

胡杨、灰杨林群落

1.0~5.0

0.5~3.0

10.0

5.0

白柳、灌木林群落

1.0~6.0

0.5~5.0

10.0

10.0

芦苇灌丛草场群落

< 2.0

0.5~3.5

5.0

10.0

表4 灰杨林生长与环境因子关系[3]

灰杨林的生长状态

地下水埋深(m)

土壤含盐量(g/l)

1m土层含水率

生长旺盛

< 3.0

<3.0%

>15%

一般(或明显变差)

3.0~4.0

3.0~6.0%

10~15%

衰退枯梢或死亡

>4.0

>10.0

<10%

表5 塔里木干流区几种典型植物在不同地下水埋深范围内总体出现频率

植物群落

地下水埋深 （m）

< 1 m

1-2m

2-3m

3-4m

4-5m

5-6m

6-7m

7-8m

8-9m

9-10m

> 10m

胡杨

4.72

13.78

20.96

20.62

12.41

5.90

7.26

7.11

4.77

0.37

柽柳

4.34

19.96

26.11

22.12

13.59

3.92

0.92

5.17

0

2.31

1.56

芦苇

14.29

36.93

29.45

16.85

6.02

1.81

0.77

罗布麻

4.01

12.20

41.15

13.95

20.85

4.97

0.96

1.93

甘草

2.7

18.9

40.5

24.3

10.8

0

2.7

骆驼刺

5.56

11.1

22.8

22.2

19.4

8.33

2.78

2.78

荒漠植被的生长状态,除地下水埋深外,还与地下水质有密切关系.荒漠植被虽能适应较差的水质,但矿化度大于10g/l时, 除个别能适应盐碱地的草本植物外其他植被已难以存活。根据新疆生态和地理研究所初步资料,塔里木河干流沿线植物生长状况与地下水矿化度的关系如表5所示. 荒漠植被对水质的要求较低,矿化度小于5.0g/l时,适于生长良好的乔、灌、草;矿化度5.0-10.0g/l时, 可生长一般的乔、灌、草;大于10.0g/l的劣质水,还可用于灌溉红柳等耐盐植物.。

表6. 塔里木河干流沿线主要植物生长状况与地下水矿化度（g/l）[3]

植物种类

生长良好

生长一般

稀疏退化

枯萎死亡

胡杨

< 3.0

3.0-6.0

5.0-10.0

> 10.0

红柳

< 5.0

5.0-25.0

25.0-35.0

> 35.0

芦苇

< 3.5

3.5-7.0

7.0-10.0

> 10.0

罗布麻

< 3.0

3.0-6.0

6.0-10.0

> 10.0

甘草

< 3.5

3.5-5.5

5.5-10.0

> 10.0

骆驼刺

< 2.0

2.0-6.0

6.0-8.0

> 8.0

2)．林草的灌溉用水量与天然植被的耗水量

根据新疆各地资料,叶尔羌河中下游胡杨林蒸发蒸腾量如表7所示(喀什地区林业处资料)。 塔里木河流域各类植被灌溉定额如表8 (新疆水利厅塔里木河勘测报告资料)。新疆生态和地理研究所根据生态植被区最大地下水埋深用不同潜水蒸发公式估算求得的生态耗水量为146-180 m3/亩.

表7 叶河中下游胡杨林蒸发蒸腾量 (m3/亩)

胡杨林林龄

幼龄林

中龄林

成过熟林

蒸发蒸腾量

654

745

677

表8 塔河流域各类植被耗水和灌溉定额

植被状况

灌溉定额(m3/亩)

1. 绿洲植被利用地下水(地下水埋深 1-2 m)

275.8

2.自然植被洪水淹漫灌

258.7

3.自然植被利用地下水

102.3

4.农林牧净灌溉定额

593.4

由于自然植被是在没有人工供水的天然状态下生长的,其供水水是不充分的,因此其水分消耗量相对较少,其生物生产量也较低. 根据渭干河流域的实际腾发量资料, 人工林地耗水达914mm,耕地为797mm, 自然植被(乔、灌、草综合)实际腾发量为325mm,仅为人工林地的35.5%,耕地的40.7%。荒漠植被生长粗放,对水分供给在时间和数量上的要求较低,有些荒漠植被每年只要洪水期灌溉一次即可存活;胡杨林的存在主要靠洪水漫灌,即使几年才漫灌一次仍可存活。有些自然植被的存在主要靠河流、水库、渠道和田间渗漏补给形成的地下水,以及农田排水滋润。生态用水虽然有与农业及其他用水部门争水矛盾的一面,但自然生态主要是消耗在农田灌溉过程中地表水渗漏补给形成的地下水,和无法完全控制的在地表漫溢的洪水,对水质的要求又较农田灌溉为低,故其耗水与农业用水又有其可协调的一面。因此,从维护自然生态出发,不仅要将生态耗水列入水资源总体配置之中,而且要考虑水资源利用过程中水量和水质的转化和变化.

根据塔河专题96-912-02-01-02资料，采用多种潜水蒸发计算公式求得平均计算结果如表9所示（96-912-01-04-03西北地区生态保护研究）。新疆绿洲人工林生态耗水量如表10所示。塔里木河干流区乔灌草植被蒸散量如表11。西北地区各种天然植被的生态需水定额见表12。

表9 新疆塔里木河流域潜水蒸发与地下水埋深关系[20]

地下水埋深（m）

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

蒸发强度（mm/a）

1073.8

600.25

374.15

234.38

143.24

86.73

49.73

39.20

表10 新疆绿洲人工林生态耗水定额 （m3/亩）[20]

人工林类型

防护林

用材林

薪炭林

园林

地区

北疆

南疆

北疆

南疆

北疆

南疆

北疆

南疆

树种

箭杆杨

新疆杨

箭杆杨

新疆杨

新疆杨

沙枣

苹果、杏

苹果、葡萄

灌溉定额

263

386

382

414

382

385

350

400

表11 塔里木河干流区乔灌草植被的单位面积蒸散量（mm/a）[20]

植被类别

植被类型及生长状况

地下水埋深（m）

地下水平均埋深(m)

潜水蒸发(mm/a)

乔木

幼林和中龄林，盖度>0.4

1.0-3.0

2.0

374.15

近熟和成熟林，盖度>0.2

2.0-4.5

3.0

143.24

过熟林，盖度>0.2

3.0-6.0

4.0

49.73

衰败和枯木林，盖度<0.2

4.0-8.0

4.5

39.20

灌木

灌丛，盖度>0.3

1.0-4.0

2.5

234.38

稀疏灌丛，盖度>0.1

2.5-6.0

4.0

49.73

稀疏衰败灌丛，盖度<0.1

4.0-10.3

4.5

39.21

草地

沼泽草地，盖度>0.6

=< 1.0

1.0

1073.80

草甸草地，盖度>0.3

1.0-3.5

2.5

234.38

灌丛草地，盖度>0.2

3.0-4.0

3.5

86.73

稀疏退化草地，盖度<0.2

>4.0

4.5

39.21

表12 各种天然植被的生态需水定额 （m3/亩）

植被类别

植被类型

灌溉定额（m3/亩）

备注

荒漠河岸林

北疆胡杨幼林

227

南疆红柳

200

北疆红柳

133

低地草甸（盐化草甸为主）

北疆芨芨草群落灌溉

160

雷特生等资料

北疆平原区天然芨芨草

98

南疆草甸

175

防风固沙林

黑河额济纳盆地

150

草甸草地

黑河额济纳绿洲灌溉草地

45 mm

当地地下水情况

林草复合群落

河岸林、灌丛与低湿草甸

212.77mm

黑河内蒙额济纳资料

河、湖低湿地的灌丛与草甸

116.10mm

盐化灌丛与杂类草草地

39.05mm

根据“河西走廊可持续发展与水资源合理利用”资料，甘肃省张掖平原堡不同地下水埋深潜水蒸发强度如表13，民勤乔灌木蒸腾量如表14。

表13 张掖平原堡潜水蒸发强度（1986-1988）

地下水埋深m

0.25

0.5

1.0

1.5

2.0

3.0

5.0

6.8

潜水蒸发，mm

617.12

327.79

193.42

75.85

94.69

44.87

37.13

14.79

根据“九五”国家重点科技攻关项目96-912“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”简要报告，西北内陆干旱区各类植被平均ET参考值如表14（报告之表6-3）。

表 14 西北内陆干旱区各类植被平均ET参考值 （mm）

地区

林地

草地*

河湖水面

蒸发

有林地

灌木林

疏木林

高盖度

中盖度

低盖度

北疆

490

540

285

470

190

115

1000

东疆

540

340

270

580

185

70

1200

南疆

520

340

280

530

188

90

1150

疏勒河

540

340

270

-

180

65

1200

黑河

510

340

280

520

185

74

1100

石羊河

440

330

285

430

188

114

900

柴达木盆地

540

340

270

580

180

60

1200