Phân Tích Toàn Cầu Về Tái Nạp Nước Ngầm Liên Quan Đến Thực Vật, Khí Hậu và Đất

Vadose Zone Journal - Tập 11 Số 1 - 2012
John H. Kim1, Robert B. Jackson2
1University Program in Ecology, Duke Univ., Durham, NC, 27708
2Nicholas School of the Environment, Biology Dep., and Center on Global Change, Duke Univ., Durham, NC, 27708

Tóm tắt

Do nước ngầm là một nguồn tài nguyên thiết yếu cho con người và hệ sinh thái, cần có sự hiểu biết tốt hơn về các yếu tố kiểm soát cơ bản đối với quá trình tái nạp và sự tương tác của nó với sự biến đổi thực vật. Chúng tôi đã phân tích hơn 600 ước lượng về tái nạp nước ngầm để có được phân tích toàn cầu đầu tiên về tái nạp và các loại thực vật. Trên toàn cầu, đất canh tác có tỷ lệ đầu vào nước (WI = lượng mưa + tưới tiêu) chuyển hóa thành tái nạp cao nhất, tiếp theo là đồng cỏ, rừng và đất cây bụi (tỷ lệ tái nạp trung bình: 0.11, 0.08, 0.06 và 0.05, tương ứng; P < 0.0001). Một mô hình hồi quy theo từng bước đã chỉ ra rằng WI có mối liên hệ mạnh nhất với tái nạp nói chung, tiếp theo là loại thực vật, tiềm năng bốc hơi bay hơi (PET), độ dẫn nước bão hòa dựa trên kết cấu đất (Ks), và tính mùa vụ của lượng mưa (R2 = 0.29, 0.16, 0.12, 0.06, và 0.01, tương ứng; P < 0.0001). Tái nạp tăng lên khi tăng WI, Ks, và tính mùa vụ của lượng mưa nhưng giảm khi tăng PET. Sự khác biệt tương đối trong tái nạp giữa các loại thực vật lớn hơn ở các vùng khí hậu khô hạn và đất sét, cho thấy sự kiểm soát sinh học lớn hơn đối với dòng chảy nước trong đất dưới những điều kiện này. Để kiểm tra thêm mối quan hệ giữa tái nạp và thực vật, chúng tôi đã so sánh dữ liệu tổng hợp toàn cầu với các ước lượng tái nạp thực địa song song của chúng tôi ở các khu vực đồng cỏ, đất canh tác và rừng ở Pampas của Argentina và miền tây nam Hoa Kỳ. Các ước lượng tái nạp thực địa của chúng tôi tương tự như, và theo cùng một mô hình tái nạp dưới các loại thực vật trong dữ liệu tổng hợp, cho thấy rằng các thay đổi về sử dụng đất sẽ tiếp tục thay đổi động lực tái nạp và các quá trình trong vùng đất không bão hòa trên toàn cầu. Kết quả của nghiên cứu này nhấn mạnh những tác động của quản lý sử dụng đất đối với việc sử dụng nước ngầm bền vững và cũng nên giúp kiểm tra và cải thiện các ước lượng tái nạp trong các mô hình cân bằng nước và khí hậu quy mô lớn.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1002/hyp.6872

10.1007/s00254-007-0778-7

Allen A.J., 1981, Groundwater resources of the Swan Coastal Plain, 29

10.1016/0022-1694(90)90030-2

10.1016/0022-1694(72)90067-4

10.1071/SR9780181

10.1016/0022-1694(83)90019-7

10.1016/0022-1694(85)90088-5

Al‐Sagaby A., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions. IAEA TECDOC 1246. Int, 221

Amro H., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions, 171

10.1071/A97141

10.1016/S0022-1694(97)00008-5

10.1016/j.agwat.2006.01.017

10.1029/2001RG000103

10.1016/0022-1694(80)90019-0

10.1016/j.scitotenv.2004.11.005

Beekman H.E., 1996, Groundwater recharge at the fringe of the Kalahari: the Letlhakeng–Botlhapatou area, Botswana J. Earth Sci, 3, 19

10.1080/08120090600686827

10.1016/S1464-1909(99)00013-1

10.1016/S0378-1127(00)00511-9

10.1071/EA04192

10.1071/EA03019

10.1007/s10661-005-6023-5

10.1007/978-94-015-7780-9_29

Bredenkamp D.B., 1982, Die Ontginbare Grondwater Potensiaal van die Atlantisgebied. DWAF Rep. GH 3227

Butler M.J., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions, 45

10.1029/2003WR002042

10.1890/0012-9658(2003)084[1115:PPAIAP]2.0.CO;2

10.1016/0022-1694(82)90120-2

Carlson D.H., 1988, Water yield improvement from rangeland watersheds, 51

10.1111/j.1745-6584.2005.tb02289.x

10.1016/j.agwat.2008.07.005

10.1029/WR014i004p00601

10.1016/0022-1694(72)90066-2

Conrad J., 2005, The challenges and implications of assessing groundwater recharge: A case study on northern Sandveld, Western Cape, South Africa, Water SA, 30, 75

Cook P.G., 1992, The spatial and temporal variability of groundwater recharge

10.1029/92WR01298

10.1016/S0022-1694(98)00181-4

Cook P.G., 1992, Recharge studies in the western Murray Basin: 5. Results of drilling programs at Maggea, Melevale, Pfeiffers and Boolgun. Publ. 92/8

10.1029/94WR00161

10.1029/92WR01560

Cook P.G., 2004, Groundwater recharge in the north‐east Mallee region, South Australia. CSIRO Tech. Rep. 25/04

10.1016/0022-1694(89)90260-6

10.1016/j.agwat.2006.08.009

10.5194/hess-12-1369-2008

Daniel J.A., 1999, Influence of wheat tillage practices on shallow groundwater recharge, J. Soil Water Conserv., 54, 560

Datta P.S., 1980, Hydrological investigations in Sabarmati Basin: 1. Groundwater recharge estimation using tritium tagging method, Proc. Indian Natl. Sci. Acad. A, 46, 84

10.1007/s11104-004-1994-5

10.1016/S0022-1694(00)00325-5

10.1071/SR01015

10.5194/hess-12-863-2008

10.1016/S0022-1694(02)00283-4

10.1071/AR06048

10.1007/s10040-007-0160-6

Duffková R., 2002, The effect of rainfall and extensive use of grasslands on water regime, Rostl. Vyroba, 48, 89

10.1023/A:1006271805222

10.2136/sssaj2003.4710

Edmunds W.M., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions. IAEA TECDOC 1246. Int

Edmunds W.M., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions, 7

10.1007/s10040-001-0179-z

10.1016/0022-1694(94)90070-1

10.2166/wst.2005.0570

10.1111/j.1365-2486.2005.01011.x

10.1029/2007WR006785

10.1111/j.1745-6584.2002.tb02499.x

10.2134/jeq1996.00472425002500030016x

10.1071/AR04278

10.1016/S0022-1694(98)00225-X

10.2134/jeq2006.0561

10.1007/978-94-011-7778-8

RAFouty S.C.1989.Chloride mass‐balance as a method for determining long‐term ground‐water recharge rates and geomorphic surface stability in arid and semi‐arid regions: Whisky Flat and Beatty Nevada. M.S. thesis. Univ. of Arizona. Tucson.

10.1029/1998WR900047

10.1007/s10040-007-0264-z

10.1007/BF00770438

10.2172/10194920

10.2136/sssaj1994.03615995005800010009x

George R.J., 1988, Preliminary groundwater and salinity investigations in the eastern wheatbelt: 2. Merredin catchment. Resour. Manage. Tech. Rep. 89

10.1016/j.jhydrol.2003.09.029

Gieske A., 1992, Dynamics of groundwater recharge: A case study in semi‐arid eastern Botswana

Gieske A., 1995, Application of tracers in arid zone hydrology: Proc. Symp, 373

Goni I.B., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions. IAEA TECDOC 1246, 85

10.1029/009WSA06

10.2134/jeq2007.0010

10.1071/EA9920845

10.1080/02626668409490932

10.1016/S0378-3774(99)00026-8

10.1127/njgpa/225/2002/85

10.1023/A:1006215620243

10.2136/vzj2005.0002

10.1046/j.1365-2389.2001.00386.x

Holmes J.W., 1968, Proc. Trans. Congr. Int. Soil Sci. Soc, 39

10.1016/0022-1694(70)90053-3

10.1016/0022-1694(70)90054-5

Holmstead G.L., 1988, Water yield improvement from rangeland watersheds, 73

10.1016/0022-1694(82)90010-5

10.1016/0022-1694(92)90201-6

10.1016/j.agwat.2006.03.009

Hughes M.W., 1988, Recharge studies in the western Murray Basin: 1. Results of a drilling program at Borrika

Hume I.H., 1997, Proc. Dryland Forum, 19

Hussein M.F., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions, 231

10.1016/S0022-1694(98)00255-8

10.1016/0022-1694(87)90086-2

10.1038/nature00910

10.1890/1051-0761(2001)011[1027:WIACW]2.0.CO;2

10.1126/science.1119282

10.1088/1748-9326/3/4/044006

10.1890/1051-0761(2000)010[0470:BCOVCA]2.0.CO;2

10.1016/j.jhydrol.2006.07.010

10.1023/A:1005308930871

10.1029/2006JG000246

10.1016/0022-1694(87)90033-3

10.1016/0022-1694(87)90036-9

10.1016/0022-1694(89)90270-9

Jolly J.L., 1992, The geohydrology of the Graafwater Government Subterranean Water Control Area

RAJoshi B.1997.Estimation of diffuse vadose zone soil‐water flux in a semi‐arid region. Ph.D. diss. Univ. of Saskatchewan Saskatoon SK Canada.

Julien P.A., 1988, Water yield improvement from rangeland watersheds, 92

10.1175/1520-0469(1958)015<0417:TCOCSP>2.0.CO;2

10.1029/2004WR003841

Kendall H.W., 1994, Constraints on the expansion of the global food supply, Ambio, 23, 198

10.1002/hyp.1240

10.1002/hyp.5529

10.1016/0022-1694(94)90213-5

Kennett‐Smith A.K., 1990, The effect of lucerne on the recharge to cleared mallee lands. Rep. 27

Kennett‐Smith A.K., 1992, Groundwater recharge beneath woodlands cleared for grazing, south western New South Wales

Kennett‐Smith A.K., 1992, Comparison of recharge under native vegetation and dryland agriculture, in the Big Desert region of Victoria

Kennett‐Smith A.K., 1993, Comparison of recharge under native vegetation and dryland agriculture near Goroke, Victoria. Ctr. for Groundwater Stud

10.1016/S0022-1694(98)00211-X

10.1071/S97001

Kienzle S.W., 1992, A simulation model to assess the effect of afforestation on ground‐water resources in deep sandy soils, Water SA, 18, 265

Klein Goldewijk C.G.M., 1997, A hundred year (1890–1990) database for integrated environmental assessments (HYDE, version 1.1). Rep. 28‐02‐1997

10.2136/sssabookser5.1.2ed

10.1023/A:1021350321058

Kohavi R., 1995, Int. Joint Conf. on Artificial Intelligence, 1137

10.1016/0022-1694(88)90207-7

10.1029/1999GB001138

Külls C., 2000, Groundwater of the north‐western Kalahari, Namibia: Estimation of recharge and quantification of the flow systems

10.1016/j.jhydrol.2004.05.003

10.1016/S1474-7065(02)00064-5

10.1016/0022-1694(86)90201-5

10.1016/0022-1694(94)02488-W

Leaney F.W.J., 1999, The origin of fresh groundwater in the SW Murray Basin and its potential for salinisation. Tech. Rep. 7/99

10.1016/S0022-1694(00)00403-0

10.1002/hyp.5673

Lin R., 2001, Isotope Based Assessment of Groundwater Renewal in Water Scarce Regions. IAEA TECDOC 1246, 101

10.1016/0378-3774(81)90052-4

Lull H.W., 1950, Effect of land use practices on ground water, J. Soil Water Conserv., 5, 169

Lvovitch M.I., 1970, Proc. Symp. World Water Balance, 401

10.1016/j.jhydrol.2006.02.022

10.1016/j.jhydrol.2008.11.006

10.1007/s00442-004-1687-z

10.1071/EA02230

10.1029/2005WR004417

McMahon P.B., 2003, Water movement through thick unsaturated zones overlying the central High Plains aquifer, southwestern Kansas, 2000–2001

Meyer W.B., 1994, Changes in land use and land cover: A global perspective

10.1016/j.jhydrol.2008.06.007

10.1029/94WR00586

10.1029/96GL03968

10.1016/j.fcr.2008.02.008

10.2166/wst.2005.0475

Müller J., 2009, The use of lysimeters in forest hydrology research in north‐east Germany, Landbauforschung (vTI Agric. For. Res.), 59, 1

Navada S.V., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions, 119

10.2307/1942028

10.3354/cr021001

10.1016/S0022-1694(96)03320-3

10.1016/S0022-1694(01)00337-7

10.1029/2006JD007522

10.1071/AR02079

Ojeda C.G., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions. IAEA TECDOC 1246, 23

10.1111/j.1475-2743.2000.tb00185.x

10.1002/hyp.6809

10.1029/WR009i003p00648

10.1016/0378-3774(81)90045-7

10.1016/S0022-1694(01)00438-3

10.1071/SR00057

10.2136/sssaj1994.03615995005800010003x

Piñeiro G., 2007, RP‐RainNet: The Rio de la Plata atmospheric deposition network: Set up and preliminary results

Postel S., 1997, Nature's services: Societal dependence on natural ecosystems, 95

10.1029/2004WR003697

10.1071/AR02084

Prych E.A., 1998, Using chloride and chlorine‐36 as soil‐water tracers to estimate deep percolation at selected locations on the U.S. Department of Energy Hanford Site, Washington. Water‐Supply Pap. 2481

10.1016/j.jhydrol.2009.09.040

10.1016/S0022-1694(96)03067-3

Rangarajan R., 2009, Estimation of natural recharge and its relation with aquifer parameters in and around Tuticorin town, Tamil Nadu, India, Curr. Sci., 97, 217

10.13031/2013.33720

Renard K.G., 1993, Agricultural impacts in an arid environment: Walnut Gulch studies, Hydrol. Sci. Technol., 9, 145

10.1002/jpln.19861490403

Renger M., 1990, Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen und Nutzungsänderungen auf die Grundwasserneubildung, Mitt. Inst. Wasserwesen, 386, 295

10.1016/0378-3774(95)01183-8

10.1071/A96157

10.1144/1470-9236/04-076

10.2134/jeq2004.4760

10.1016/0022-1694(95)02843-9

10.1029/2009WR008784

10.1016/0022-1694(91)90135-5

10.1029/97WR01332

10.1029/2006WR005486

10.1002/hyp.6335

10.1029/98WR02769

10.1029/2008WR006991

10.1111/j.1365-2486.2005.01026.x

10.1029/2006WR005769

10.1890/0012-9615(2002)072[0311:TGBOR]2.0.CO;2

10.1016/j.geoderma.2004.11.018

10.1214/aos/1176344136

Selaolo E.T., 1998, Tracer studies and groundwater recharge assessment in the eastern fringe of the Botswana Kalahari: The Letlhakeng–Botlhapatlou area

Selaolo E.T., 2003, Groundwater recharge estimation in southern Africa, 33

10.5337/2011.0051

10.1016/j.jhydrol.2006.02.015

10.1080/02626668709491206

Shiklomanov I.A., 1997, Comprehensive assessment of the freshwater resources of the world

10.1016/j.jhydrol.2009.05.012

Singh J., 1984, Challenges in African hydrology and water resources, 37

10.1007/BF01094403

Sloots R.R., 1990, Results of a survey of the Molepolole‐East wellfield

Smettem K.R.J., 1998, Deep drainage and nitrate losses under native vegetation and agricultural systems in the Mediterranean climate region of Australia

10.1071/A97076

10.1016/S0378-3774(98)00086-9

10.1007/s10040-004-0385-6

10.1111/j.1752-1688.1987.tb00849.x

10.2172/5746149

Stonestrom D.A., 2007, Ground‐water recharge in the arid and semiarid southwestern United States. Prof. Pap. 1703

10.2172/811972

10.1016/0022-1694(88)90058-3

Sumioka S., 2004, Estimating ground‐water recharge from precipitation on Whidbey and Camano islands, Island County, Washington, water years 1998 and 1999

10.1002/hyp.5617

10.1071/SR9860343

10.1016/0022-1694(95)02899-4

10.1016/0022-1694(91)90005-3

Thornthwaite C.W., 1957, Publ. Climatol

Thorpe P.M., 1987, Proc. Symp. on Ground Water Recharge, 41

Timmerman L.R.A., 1985, Possibilities for the development of groundwater from the cenozoic sediments in the Lower Berg River region

Timmerman L.R.A., 1986, Sandveld region: Possibilities for the development of a groundwater supply scheme from a primary aquifer northwest of Graafwater

10.1002/hyp.6813

10.1071/AR03049

Vandoolaeghe M.A.C., 1982, Atlantis grondwatersisteem: Herevaluasie van versekerde lewering

10.1002/(SICI)1099-1085(19990228)13:3<295::AID-HYP739>3.0.CO;2-O

Vegter J.R., 1995, An explanation of a set of national groundwater maps

Verhagen B.T., 1994, Int. Symp. on Application of Tracers in Arid Zone Hydrology, 245

10.1126/science.289.5477.284

Walker G., 1999, Effectiveness of current farming systems in the control of dryland salinity

Walker G.R., 1992, Preliminary results of recharge investigations in the upper south‐east region of South Australia

Walker G.R., 1990, Groundwater recharge beneath open woodlands in south western New South Wales

Walker G.R., 1992, Preliminary results of recharge and discharge investigations at Cooke Plains, South Australia

10.1016/0022-1694(91)90131-Z

Walker G.R., 1990, Estimation of diffuse recharge in the Naracoorte Ranges Region, South Australia: An evaluation of chlorine‐36 for recharge studies

10.1016/j.jhydrol.2003.12.029

10.1016/j.jhydrol.2008.04.011

10.1623/hysj.49.2.283.34841

10.1007/s11269-007-9217-5

10.1016/S0378-3774(01)00157-3

Watson A.J., 2004, Drainage to groundwater under a closed‐canopy radiata pine plantation on the Canterbury Plains, South Island, New Zealand, J. Hydrol., 43, 111

10.1007/s00271-005-0106-5

10.2134/jeq2007.0245

10.1016/S0169-2046(00)00108-0

10.1002/jpln.200700244

10.2307/4002503

White R.E., 1997, Soil water and nitrogen dynamics under perennial and annual pastures: Final report to the program coordinator and the corporations on the results of this project from 1 October 1993 to 30 September 1997

10.1071/EA02239

White W.B., 1995, Karst lands, Am. Sci., 83, 450

10.2136/vzj2004.1007

Wright T.A., 1988, Water yield improvement from rangeland watersheds, 42

10.1111/j.1399-3054.2006.00674.x

10.1016/S0378-3774(99)00034-7

10.1029/2000WR900172

Zouari K., 2001, Isotope based assessment of groundwater renewal in water scarce regions, 71