《Paddy and Water Environment》：Long-term dynamics of groundwater levels under rice-based irrigation systems in South-East Kazakhstan
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在干旱半干旱区，长期的水稻灌溉极大地改变了地下水文情势，影响农业生产力与生态安全。为解决此问题，研究人员基于哈萨克斯坦阿克达拉与卡拉塔尔灌区长序列监测数据，系统分析了地下水动态的时空演变模式、驱动因素及其对土壤与农业的影响。研究揭示了地下水位的阶段性下降趋势与复杂的空间异质性，为优化灌溉排水、应对水资源短缺与气候变化、增强水稻种植系统可持续性提供了关键科学依据。
在广袤而干旱的中亚地区，保障粮食安全是一项艰巨的挑战。哈萨克斯坦东南部，作为该国重要的水稻产区，长期依赖灌溉来维系这片“沙漠绿洲”的生机。然而，长达数十年的稻作灌溉在带来丰收的同时，也悄然改变了脚下大地的“脉搏”——地下水文情势。灌溉水的大量渗入、老旧失修的排水系统、叠加气候变化的压力，共同导演了一场关于地下水位的复杂戏剧：一些地方水位过高，导致土地渍涝和盐分累积，庄稼“呼吸困难”；另一些地方水位却又持续下降，可能引发土壤干旱和生态风险。这种“水多了是灾，水少了是害”的两难境地，直接威胁着区域农业的可持续性与生态安全。为了厘清这场“水之变局”的来龙去脉，寻找应对之道，一项聚焦于哈萨克斯坦东南部稻作灌区地下水长期动态的研究应运而生，其成果已发表于《Paddy and Water Environment》期刊。
这项研究主要运用了以下几种关键技术方法：基于阿克达拉（Akdala）和卡拉塔尔（Karatal）两大水稻灌区超过60年的长期水文地质监测数据；采用现代地图学处理与统计分析方法，对地下水观测井（平均深度10米）的数据进行空间制图与趋势分析；依据地下水形成机制，对研究区的地下水动态类型进行了系统分类（如水文型、气候型、灌溉型等）；并通过对不同时期地下水埋深、流向及面积分布的计算，揭示了其长期演变阶段与空间变异格局。
研究结果
阿克达拉与卡拉塔尔灌区地下水动态类型
研究首先对灌区地下水动态进行了类型学划分，识别出五种主要类型：1）水文型：受伊犁河水位波动控制，影响范围沿河岸分布；2）灌溉-水文型：介于灌溉区与河流之间，受两者共同影响；3）气候型：远离地表水体与人为干扰，主要受降水入渗和蒸发蒸腾控制；4）灌溉-气候型：分布于灌溉区与非灌溉区过渡带，自然与灌溉因素交互作用；5）灌溉型：灌区内部及周边0.5–1.5公里范围内，完全由灌溉活动主导，呈现与灌溉周期同步的周期性波动。
地下水动态的长期演变阶段
基于长期监测数据，研究揭示了地下水动态在过去几十年中经历了六个清晰的演变阶段。这些阶段与灌溉面积、供水量及排水系统状况的变迁密切相关：第一阶段为灌区开发初期的水位快速上升期（年升1.2–1.8米）；第二、三阶段为增速放缓直至在水位在水位在排水沟深度附近达到稳定；第四阶段（1990年代初期）因经济改革和付费用水导致水稻面积锐减，地下水位平均下降0.3–1.3米；第五阶段随经济好转，水位回归灌溉主导的循环波动；第六阶段（最近7–9年）因灌溉水持续短缺、作物多样化以及排水设施老化，地下水位呈现普遍下降趋势，两大灌区年均下降达25–45厘米。
地下水位的季节性动态
地下水动态呈现明显的季节性节律，受灌溉制度和气候条件控制，可划分为六个典型相位：1）非灌溉期水丘消散导致的缓慢下降；2）春融降水入渗引起的短暂回升；3）灌溉开始后，渠道和稻田淹水引发的水位快速上升；4）灌溉季节高水位稳定期；5）停水后水位急剧下降；6）排水系统调节下的缓慢下降期。在阿克达拉灌区，水稻生长期内地下水位变幅可达1.5–3.5米。
地下水埋深与流向的空间变异性
空间制图分析显示，两大灌区地下水埋深与流向存在显著时空差异。在阿克达拉灌区，2023年地下水埋深在1.28至6.15米之间，水流总体上从灌区中心向周边及排水沟、伊犁河方向运动。在卡拉塔尔灌区，2023年埋深在0.96至4.32米之间，水流主要沿K-1排水干渠方向运动。从长期看，阿克达拉灌区浅层地下水（<1.5米）面积有所减少，而卡拉塔尔灌区深层地下水（>3.0米）面积有所增加，反映了不同的演变轨迹。
对灌溉效率与农业生产力的启示
地下水动态直接影响农业生产力。过浅的地下水（<1.5米）增加渍涝和次生盐渍化风险，而过深的地下水（>3.0米）则可能限制毛细管上升水补给，导致作物水分胁迫。研究表明，近年来地下水位下降在一些区域改善了土壤条件，缓解了渍涝，但另一些区域仍受浅层水和盐渍化困扰。这种空间异质性要求采取差异化的管理策略。
结论与讨论
本研究系统阐明，长期灌溉已深刻改变了哈萨克斯坦东南部稻作灌区的水文地质条件，形成了一个受扰动且持续演变的地下水动态。研究识别出的六阶段演变模型、季节性相位及空间分异模式，清晰揭示了灌溉面积、供水量和排水网络效率是主要驱动因子。最近7–9年地下水位的普遍下降趋势（年均25–45厘米）是一把双刃剑：一方面有助于缓解部分区域的渍涝问题，改善土壤状况；另一方面也可能导致某些区域过度消耗，并因排水系统老化而无法有效调控，持续威胁着农业可持续性。
基于上述发现，研究提出了针对性的管理措施建议，旨在提升伊犁-巴尔喀什流域稻作系统的可持续性与韧性。这些措施包括：修复和升级老化的收集-排水网络；优化灌溉制度，推广节水技术如交替湿润干燥（AWD）和系统性水稻强化栽培（SRI）；实施作物多样化策略；加强以水用户协会（WUAs）为核心的参与式水治理；以及建立基于实时监测的适应性水盐管理框架。这些策略与国际上其他稻作区的成功经验相呼应，强调了向更高效、更可持续的灌溉实践转型的迫切性。
总之，这项研究不仅为理解干旱区灌溉农业下水文过程的复杂性提供了详实的案例，也为应对水资源短缺和气候变化背景下的农业可持续发展挑战提供了重要的科学依据和决策支持。未来研究需进一步整合地下水水质、作物产量数据及未来气候情景，以更全面地评估土壤退化过程并制定更具前瞻性的适应策略。
