豫东农田生态系统不同水体水质长期变化规律及影响因素分析

任文，谢坤，李中阳，刘安能，雍蓓蓓，张志新，丁大伟，4

（1.中国农业科学院农田灌溉研究所，河南 新乡 453002；2.河南商丘农田生态系统国家野外科学观测研究站/国家农业环境商丘观测实验站/国家农业绿色发展长期固定观测商丘试验站，河南 商丘 476000；3.西北农林科技大学草业与草原学院，陕西杨凌 712100；4.中国农业科学院研究生院，北京 100081）

豫东地区是我国重要的粮食主产区，其种植方式主要为冬小麦-夏玉米连作，区域农田土壤存在次生盐碱化的潜在风险[1]，有研究表明土壤次生盐碱化的形成与降雨及地下水位变化密切相关[2-3]，因此当地健康的水质状况对农业生产具有至关重要的意义。

土壤中离子迁移是影响水质状况的重要因素，而离子迁移规律、迁移途径（如地表径流[4]及淋溶过程[5]）与降雨量、地下水位及离子自身特性密切相关。有研究表明，降雨量增加会加剧土壤盐分的流失进而影响周边水体[6]。但不同离子迁移规律存在明显差异，Pleysier 等[7]指出，在降雨量相同的条件下，土壤中离子流失速率表现为K+

目前，豫东农田环境中不同类型水体中各离子长期变化过程及其对降雨和地下水位的响应规律有待进一步研究。本研究利用2010—2020年监测数据，对豫东平原农田地区不同类型水体水质状况进行了差异性分析，通过比较各离子的变化规律，判断引起其变化的主要影响因素，以期揭示区域农业生产中水质状况变化规律，进而选择适宜的农业灌溉用水策略。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

豫东地区是黄淮平原农田生态系统类型的典型代表，属暖温带半干旱、亚湿润季风气候。玉米生长季为6 月上旬至9 月下旬，小麦生长季为10 月中旬至次年6月上旬。以河南省商丘市西北方向12 km范围内典型农田作为观测区域（图1），当地多年平均降水量为708 mm，年蒸发量为1 735 mm，年平均气温13.9 ℃，≥0 ℃积温在4 723 ℃以上，无霜期206 d 左右。该区域平均海拔52 m，地貌类型为古黄河背河洼地、决口扇形地和河间微倾斜平地，具有典型的黄河泛滥区特征，大地貌相对平坦，微地形略有起伏，自西北向东南有1/5000～1/7000的坡降。研究区内地下水资源较丰富（近年来每年都引用黄河水补充地下水），以地下水作为农业生产的主要灌溉水源。土壤类型主要为黄河沉积物发育的潮土，并伴有部分盐土、碱土、沙土和沼泽土的交错分布。

图1 商丘市农田水体取样地点布置图Figure 1 Layout of agricultural water sample collection site in Shangqiu

选择王庄站区调查点（115° 36′03″E，34°30′52″N）、朱楼站区调查点（115° 34′07″E，34°31′30″N）、关庄站区调查点（115° 35′07″E，34°30′30″N）、陈菜园站区调查点（115°32′38″E，34°31′18″N）及张大庄站区调查点（115°36′03″E，34°30′54″N）作为浅层地下水（Shallow groundwater）长期定位观测点，而侯庄闸（115°34′23″E，34°31′59″N）、郑阁水渠（115°32′43″E，34°33′45″N）、郑阁水库（115°33′12″E，34°34′35″N）及邓斌口（115°35′39″E，34°29′39″N）作为流动地表水（Flowing surface water）长期定位观测调查点。气象数据由商丘站气象观测场（115°35′32″E，34°31′12″N）提供。

1.2 指标测定及方法

1.2.1 降雨量

2010 年1 月至2020 年12 月期间，利用雨量筒人工观测日降雨量数据（mm），通过累加日降雨量得到月降雨量，公式为：

式中：Pmonth表示月降雨量，mm；Pi表示日降雨量，mm；n表示当月降雨天数。

1.2.2 地下水埋深

2010 年1 月至2020 年12 月，采用测量尺测定浅层地下水埋深（m），每10 d 测定一次用以计算月平均地下水埋深。

式中：Gmonth表示月平均地下水位埋深，m；Gi表示每10 d测得的地下水埋深，m；n表示地下水埋深测定次数。

1.2.3 水质指标

2011—2020 年期间，于每年旱季（2、3 月或4 月）及雨季（8 月或9 月）使用专用取样水桶分别对浅层地下水、流动地表水取样，并于2 h内放入冰柜（-4 ℃）待测。

水体矿化度按照《矿化度的测定（重量法）》（SL 79—1994）测定；pH 按照《水质pH 值的测定 电极法》（HJ 1147—2020）测定；Ca2+及Mg2+按照《水质 钙和镁总量的测定EDTA滴定法》（GB/T 7477—1987）测定；K+（火焰光度法）、Na+（火焰光度法）、（双指示剂-中和滴定法）及HCO-3（双指示剂-中和滴定法）按照《食品安全国家标准饮用天然矿泉水检验方法》（GB 8538—2016）测定；Cl-按照《水质 氯化物的测定 硝酸银滴定法》（GB/T 11896—1989）测定；按照《水质硫酸盐的测定重量法》（GB 11899—1989）测定；全氮按照《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012）测定；全磷按照《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB/T 11893—1989）测定。

1.3 数据分析

通过对时间序列进行分解，可分别探究事件趋势性及周期性变化[13]。时间序列分解模型表达式为：

式中：T、P、η及ε分别表示趋势项、周期项、平稳随机项及误差项。

使用R语言（版本3.6.2）stats包对降雨量、地下水埋深、pH、电导率及离子浓度等各项指标数据进行时间序列分解，分析2010—2020年期间各指标发展趋势（T）及其关联性，并探究周期性（P）对各指标的影响。

运用SPSS 19.0 统计软件，分别对流动地表水及浅层地下水中pH、电导率、全氮、全磷及8 种离子在α=0.05 显著度水平上进行独立样本t检验（t-test），对浅层地下水及流动地表水中不同离子进行相关性检验（Pearson 相关系数）。使用Excel 进行绘图，数据用平均值±标准误表示，热力图使用R 语言ggplot2 包绘制用以表示不同离子峰值出现的时期。使用Origin 9.1 绘 制piper 图。

2 结果与分析

2.1 降雨量、地下水埋深变化及其周期性分析

观测期间内降雨量存在年际和月际差异（图2A）。2010—2020 年年降雨量的分布范围为570.6～911.8 mm，降雨量主要集中在7—9 月，占全年降雨量的32.7%～78.2%，整个观测期内月降雨量的平均值为63.6 mm；2012 年7—9 月累计降雨量高达613.5 mm，而在2019 年7—9 月累计降雨量最少，仅为256.7 mm。2010—2020 年间最大月降雨量变化范围为146.1～471.6 mm。通过时间序列降雨趋势值可知，2013 年2 月—2014 年11 月降雨趋势值明显低于其他时期，此期间降雨趋势值最小仅为45.9 mm；而2016年5 月—2019 年1 月降雨趋势值高于其他时期，在2018 年3 月达到最大（83.7 mm）。由周期性分析（图2C）得出，降雨量在8 月时最大（+119.8 mm），12 月时最小（-51.9 mm）。

图2 降雨量及地下水埋深动态变化及周期性分析Figure 2 Precipitation and groundwater depth dynamic change and seasonal analysis

地下水埋深的最大值通常出现在每年的6—7 月（图2B）。研究期间内，地下水埋深平均为4.1 m，最小值为0.9 m（2010-09），最大值为7.8 m（2015-06）。由地下水埋深变化（图2B橙色曲线）分析可得，2010—2020年间地下水埋深表现为先上升后下降的趋势，在2014 年6 月地下水埋深趋势值达到最大（5.9 m），随后地下水埋深开始逐步降低，但截至2018年8月仍高于地下水埋深平均值。从地下水埋深的周期性（图2D）分析可得，地下水埋深在每年的6 月份变化最大（1.9 m），表明此时地下水位通常最低。

2.2 流动地表水和浅层地下水水质变化特征

2.2.1 pH和电导率差异性、周期性及变化趋势分析

浅层地下水pH 通常要低于流动地表水（图3A），在2011 年4 月、2012 年3 月、2013 年3 月、2013 年9月、2014 年3 月、2018 年9 月—2020 年9 月，浅层地下水pH 显著低于流动地表水（P<0.05），为流动地表水pH的79.0%～96.0%。而在2014年9月—2018年3月，流动地表水与浅层地下水间pH 差距范围仅为-0.16～0.24。pH 受周期性影响较小，且流动地表水的变化幅度小于浅层地下水（表1）。

表1 水质状况指标周期性变化分析Table 1 Seasonal change analysis of water quality

图3 不同水体中pH及电导率（25 ℃）动态变化Figure 3 Dynamic change of the pH and conductivity（25 ℃）values of flowing surface water and shallow groundwater

与pH 不同，浅层地下水电导率通常要高于流动地表水（图3B），尤其在2011 年4 月、2011 年9 月、2012 年3 月、2013 年9 月、2014 年3 月、2018 年9 月—2019 年9 月及2020 年9 月，二者存在显著差异（P<0.05），流动地表水电导率仅为浅层地下水的25.2%～47.8%。在2020 年9 月，流动地表水与浅层地下水间电导率差距达到最大，为2 466.7µS·cm-1。电导率受周期性影响同样较小，流动地表水与浅层地下水变化频率一致，且流动地表水的变化幅度小于浅层地下水（表1）。

2.2.2 全氮和全磷差异性、周期性及变化趋势分析

2011 年9 月—2012 年9 月，流动地表水中全氮含量显著低于浅层地下水，此时仅为浅层地下水的12.1%～49.8%（图4A）。而在2013 年3 月—2017 年8月，浅层地下水和流动地表水中全氮含量均较低，二者间差距范围仅为-0.40～1.40 mg·L-1。在2018 年3月—2020 年9 月，二者间差距开始增大，流动地表水水体中全氮含量仅为浅层地下水的16.7%～72.7%，在2018 年9 月和2020 年9 月显著低于浅层地下水。在周期性分析（表1）中发现，不同水体类型中全氮周期性变化同步，流动地表水中全氮波动幅度通常小于浅层地下水。

图4 不同水体中全氮、全磷含量动态变化Figure 4 Dynamic change of total nitrogen and total phosphorus contents in flowing surface water and shallow groundwater

水体中全磷含量与水体类型关系较弱，在2011年4月—2015年3月和2018年3月—2020年9月水体中全磷含量极低，而在2015 年9 月—2017 年8 月，流动地表水中全磷含量范围为0.4～3.5 mg·L-1，浅层地下水中的范围为0.4～2.2 mg·L-1（图4B）。在周期性分析（表1）中发现，不同水体类型中全磷周期性变化不同步，且全磷波动幅度相差不大。

2.2.3 各离子差异性、周期性及变化趋势分析

Ca2+和Mg2+与水体硬度密切相关，而在本研究中两种离子受水体类型影响较大，浅层地下水中Ca2+和Mg2+含量通常高于流动地表水（图5A、图5B）。在2011 年4 月—2012 年9 月、2013 年9 月—2014 年9 月和2019 年2 月—2020 年9 月，浅层地下水Ca2+含量显著高于流动地表水（P<0.05），在整个研究周期内二者间差异最大值和最小值分别为139.0、4.2 mg·L-1。而不同水体类型中Mg2+存在显著差异的时间段分别为2011年4月—2011年9月、2012年9月—2015年3月、2016 年3 月、2017 年3 月和2018 年3 月—2020 年9 月（P<0.05），在整个周期内二者间差异最大值和最小值分别为132.7、15.1 mg·L-1。

图5 流动地表水及浅层地下水水质状况动态变化Figure 5 Dynamic change of water quality of flowing surface water and shallow groundwater

在2012 年9 月—2014 年3 月 和2016 年3 月—2020年3月，浅层地下水中K+含量明显低于流动地表水，仅为流动地表水的18.7%～76.7%（图5C）。而在2011年9月—2012年3月、2014年9月、2015年9月和2020年9月，浅层地下水中K+含量均值远高于流动地表水，流动地表水中K+含量仅为浅层地下水的23.6%～90.3%。在2015 年3 月、2016 年3 月—9 月及2017 年8 月二者K+含量存在显著差异（P<0.05），表明水体类型对K+含量影响较大。观测期间，浅层地下水中Na+含量通常高于流动地表水（图5D），在2014年3月和2016年9月流动地表水中Na+含量高于浅层地下水，但二者间差距仅为0.1～1.9 mg·L-1。在2011 年4 月—2012年9月、2017年8月—2018年9月、2019年9月和2020年9月，二者间存在显著差异（P<0.05），差距范围分别为20.4～1 266.7、22.0～174.8、139.0 mg·L-1和270.2 mg·L-1。

流动地表水及浅层地下水水体中离子变化情况受季节周期性影响较弱（表1），说明干、湿两季的作用有限，而其长期趋势变化明显，部分离子（Ca2+、Mg2+、Na+、及Cl-）变化趋势不同步但存在一定相似性。

2.3 流动地表水和浅层地下水水质指标关联性分析

2.3.1 水化学类型分析

2010—2013 年，流动地表水水化学类型（图6A）主要为Ca-Cl·HCO3、Na-Cl、Na-SO4及Mg·Ca-SO4，而在2013 年3 月—2016 年9 月水化学类型主要为Na·Mg-HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3、Na-SO4、Na·Ca-SO4、Mg·Ca-Cl·HCO3·SO4、Na-Cl·SO4、Na·Ca·Mg-Cl·SO4，随后，水化学类型转变为Na·Mg-Cl·SO4、Na·Mg-Cl·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4、Na-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4。由此可见，多数时期Na+通常为流动地表水中主要阳离子，而通常为主要阴离子。

图6 不同时期内流动地表水及浅层地下水piper图分析Figure 6 Piper analysis of flowing surface water and shallow groundwater in different periods

浅层地下水水化学类型（图6B）主要为Mg·Ca-HCO3·SO4、Na-Cl、Na-SO4、Mg·Ca-SO4，在地下水水位降低后（2013—2016 年），水化学类型依次变为Na·Mg-HCO3·SO4、Mg·Ca-HCO3·SO4、Mg·Ca-HCO3·Cl、Na·Mg-Cl·SO4、Na·Mg-HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·SO4、Na·Mg-HCO3·SO4、Na·Mg·Ca-Cl·SO4，随着地下水位的抬升（2017—2020 年），水化学类型变为Na·Mg-Cl·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·SO4、Na·Mg-HCO3·SO4、Na·Mg·Ca-Cl·HCO3·SO4、Na·Ca-Cl·HCO3·SO4、Na·Mg-Cl·HCO3·SO4。这表明在浅层地下水中Na+、Cl-、表现出较强优势。

流动地表水和浅层地下水水化学类型均随时间推移而发生改变。根据地下水埋深划分，2013 年4月—2016年10月为地下水位较低时期，其余时期地下水位较高，且2010—2013 年地下水位是观测期间内最高的时期。当地下水位明显降低时，水化学类型的点由边缘向中心靠拢，表明各种离子的占比趋于平均。而当地下水位升高时则会偏向于边界，说明某些离子（如Cl-和）占据了主导地位。

2.3.2 各指标相关性分析

在整个监测周期内，流动地表水与浅层地下水相同指标（除K+外）均表现出正相关性，其中、全磷呈极显著正相关（P<0.01），而Ca2+、Cl-、pH呈显著正相关（P<0.05），表明流动地表水和浅层地下水以上指标变化趋势高度一致（表2）。K+、全氮和电导率相关性不显著，其中浅层地下水与流动地表水K+相关性系数为负值，说明二者变化不同步。

表2 流动地表水与浅层地下水各项指标相关性分析Table 2 Correlation analysis of each index of flowing surface water and shallow groundwater

2.3.3 流动地表水和浅层地下水水质变化规律

选取每年旱季和雨季地下水埋深数据，对各项指标进行均值标准化，结果（图7A）表明，2013 年9 月—2016 年9 月，流动地表水中表现出下降趋势，而在2017 年3 月后则表现出上升趋势。观测期间内降雨量对影响较为显著。不同离子达到最大值及最小值的时间存在明显差异。在2013年9月之前，各离子达到最大值的时间先后次序为03）。在2014 年9 月，地下水埋深变化趋势及地下水埋深均达到最大，不同离子亦表现出相同趋势，各离子达到最小值的时间先后次序为Na+（2013-09）、、Mg2+、Ca2+、K+、Cl-（2014-03），HCO-3（2015-03）。随着地下水位抬升和降雨量的增加，不同离子达到最大值的时间先后顺序为（2019-02）。

图7 降雨量、地下水埋深及水体各项指标峰值变化规律分析Figure 7 Peak value analysis of precipitation，groundwater depth and each index′s dynamic tendency

浅层地下水中离子含量变化比流动地表水稳定，同时规律性表现更为明显（图7B）。在2013 年9 月—2016年9月期间，浅层地下水中各离子含量表现出下降趋势，而随着降雨量的增加（2016-09 至2018-09）各离子含量同样表现出上升趋势。在研究中发现，浅层地下水中K+峰值的出现规律与观测期间内降雨量的最大峰值存在一定相似性（2011-09、2014-09 和2017-08）。浅层地下水中各离子达到极值的时间同样存在差异。在2013年9月之前，各离子达到最大值的时间先后次序为K+（2011-09）（2012-03），Ca2+（2012-09），（2013-03），（2013-09）。在2014 年9 月，地下水埋深变化趋势及地下水埋深均达到最大，不同离子亦表现出相同趋势，各离子达到最小值的时间先后次序为、，Cl-（2016-03）。随着降雨量的增加和地下水位的抬升，不同离子达到最大值的时间先后顺序为K+（2015-09），Na+（2020-09）。

3 讨论

3.1 浅层地下水和流动地表水水质差异性及原因

Zhang 等[14]指出，区域排水量会影响N、P 的流失速率，全氮、全磷的流失量受降雨量和地下水埋深的综合影响。研究发现，水体中全氮含量会随地下水埋深的变化而发生改变，当地下水位较高时，水体中全氮含量较高，其根本原因是N在土壤中迁移距离较短且迁移性较强，尤其在更新能力较弱的浅层地下水中表现更为明显[15]。全磷的变化趋势与全氮完全相反，有研究表明，pH 增大时含水层中矿物磷酸根解吸速率加快，使得更多内源P释放到水体中[16]。

土壤中含Na 矿物较少，Na+主要为生活污水及次生易溶性盐，且Na+易随地表径流及渗入过程进入环境水体中，因此水体中Na+变化规律与降雨量变化情况一致，且浅层地下水由于流通性较差更易汇集Na+。土壤中含K矿物溶解性通常较差，因此钾肥是当地环境中K+的重要来源，有研究表明K+主要富集在0～40 cm 表层土壤中[17]，较难迁移到浅层地下水分布层次，进而导致浅层地下水中K+含量通常低于流动地表水[18]，但本研究中2014—2016 年浅层地下水中K+含量高于流动地表水的原因仍待探究，其原因可能为K+更易随地表径流汇入流动地表水[15]。水体周边的环境及水体类型会影响Ca2+、Mg2+、及Cl-的含量[19]。本研究发现，随着降雨量增加及地下水位的抬升，水质状况整体表现为下降趋势。在2012—2020年期间流动地表水含量已超过250 mg·L-1而无法满足生活饮用水的标准（GB 3838—2002《地表水环境质量标准》），而浅层地下水已超过350 mg·L-1致使其不符合农业用水质量要求（GB/T 14848—2017《地下水质量标准》）。秸秆降解、生活污水中含S 有机物分解、化肥溶解（如K2SO4）、矿物分解及大气酸沉降是水体中的主要来源[20-21]。监测区域内实施秸秆还田，秸秆等有机物降解产生的H2SO4、HNO3及H2CO3可进一步溶解土壤和含水层中的矿物，导致水体中、Ca2+及Mg2+含量升高。左玉萍等[22]发现秸秆分解率与土壤含水量呈正相关，当降雨量增加时会提高土壤含水量，有利于秸秆分解产生酸性物质。随着降雨量增加和地下水位上升，酸性物质更易在渗入的过程中溶解土壤中方解石及白云石，可产生微溶性的CaSO4和MgSO4，使得水体中Ca2+、Mg2+含量升高[23]。当降雨量增加时，地表径流的汇集作用及渗入作用会提高不同类型水体中及其他离子含量，而浅层地下水流动性和更新能力弱于流动地表水，使得水体中离子浓度更易升高，这也是不同水体类型中Ca2+、Mg2+、Na+、及Cl-含量差异在2010—2013 年、2018—2020 年期间达到最大，而在2014—2017 年期间较小的原因。此外，降水会促进土壤矿物质的溶解进而提高地表水和地下水中Ca2+、Mg2+和的含量[24]。在2016 年9 月，流动地表水Cl-含量超过250 mg·L-1，2017 年及2019—2020 年浅层地下水中Cl-含量超过350 mg·L-1，此时地下水质量被划分为Ⅴ类用水，不符合生活饮用水及农业用水的标准。农药、化肥和生活污水是当地水体中Cl-的主要来源，据此得出当地农药及化肥的不合理使用及未经处理生活污水的随意排放是当地农业生产及居民饮水安全的隐患。

3.2 浅层地下水和流动地表水水质变化规律及影响因素

在对水化学类型的研究中发现，多数时期Na+为流动地表水中的主要阳离子，Cl-、通常为主要阴离子。伴随着降雨量减小，地下水位明显降低，水化学类型的点由边缘向中心靠拢，表明各种离子的占比趋于平均。原因是表层秸秆分解产生的有机酸迁移能力减弱，土壤矿物分解作用及土壤胶体解吸能力降低，同时易溶于水的K+、Na+不易随地表径流扩散、汇集，因此农田环境变化会不断影响甚至改变水体水化学类型。Rajendiran等[25]同样指出，降雨量会改变印度沿海地下水水化学类型，在降雨量较高的年份为Na-HCO3和Na-Cl，而在降雨量较少的年份为Na-Cl和Ca·Mg-Cl。同一时期的流动地表水和浅层地下水水化学类型具有高度相似性，其是由水体间关联性造成的还是由水环境类型所决定的仍待进一步探究。

水质状况通常与周边环境密切相关，且区域内不同水体类型间同样存在一定的关联性[26-27]。本研究发现，浅层地下水中整体变化趋势与流动地表水保持一致，说明在同一个农田生态系统中不同水体水质状况会相互影响。不同水体中离子成分由矿物溶解作用、离子交换作用和蒸发作用共同控制，而降雨量会间接影响这些过程进而改变水体中离子的含量[28]。有研究表明，流动地表水和浅层地下水水质会受到季节性影响[10，28]。本研究发现，监测区域内不同时期的降雨量存在明显的周期性，而多数离子周期性变化并不明显，说明降雨对局部区域农田环境水质状况的影响并非即时的。通过地下水位与离子含量变化的高度相似性可以推断，降雨可以通过影响地下水埋深进而间接改变水体中部分离子含量。持续性强降雨（2016年9月—2018年9 月）会促使地下水位回升，并提高水体中离子含量，但浅层地下水中K+、Ca2+峰值出现时期滞后于强降雨阶段，同时明显晚于其他离子。这种现象可能与土壤中离子的迁移规律有关，作物秸秆降解形成的酸性溶液随雨水不断渗入到浅层地下水中，酸性溶液对含钙土壤矿物的溶解作用及H+对土壤胶体吸附K+的置换效应致使浅层地下水中K+、Ca2+浓度升高。关共凑等[29]在研究中同样发现，在最大降雨量发生后的第3 个月时，土壤Ca2+、Mg2+流失量达到最大，降雨量对土壤中两种离子含量的影响存在滞后性。由此可见，降雨量会影响流失离子的类型，进而间接影响水质状况。此外，孔晓乐等[30]的研究表明，补充水分对浅层地下水和流动地表水会产生不同的影响，且二者部分离子峰值出现时期存在差异性。不同离子的淋失速率亦存在明显差异，丁克冲等[31]发现，脱盐过程中盐渍土Na+的淋失速率快于Ca2+，表明花碱土对Na+的吸附能力较弱。离子流失速率存在差异性会导致其在水体中峰值出现时间存在差异性。本研究发现，当降雨量增加且地下水位较高时，浅层地下水中K+及流动地表水中Na+、Ca2+率先达到峰值。部分离子（流动地表水：Na+、；浅层地下水：K+）除受地下水位变化的长期影响外，还对当月降雨量变化较为敏感。其原因可能为表层秸秆分解产生，且表层硫酸盐矿物在酸性环境下的溶解作用使得易随地表径流实现迁移，而酸性环境下H+对土壤胶体吸附的Na+、K+具有强烈的置换效应，致使其易随地表径流流失。

通过对豫东平原农田流动地表水和浅层地下水离子变化规律研究得出，降雨及地下水位会影响甚至改变农田环境水体离子含量及水化学类型，其本质原因在于降雨增强了易溶性离子及秸秆降解产生有机酸的迁移性，尤其在降雨量增加及地下水位明显上升时，矿物溶解性提高，浅层地下水更新能力弱于流动地表水，致使其离子含量更高。故可根据降雨情况、地下水位及水体特质选择适合农业生产的水源进行利用，同时对降雨及地下水位变化可能引发的水质问题进行预警。

4 结论

（1）降雨量增多导致地下水位上升，离子在土壤中迁移距离变短，同时浅层地下水更新能力弱于流动地表水，导致浅层地下水中Cl-含量及电导率通常高于流动地表水。

（2）干、湿两季循环（周期性变化）对水体中不同离子含量影响较小，离子变化趋势主要由降雨和地下水位长期变化趋势所调控。

（3）不同时期流动地表水和浅层地下水水化学类型表现出较强相似性，Na+为主要阳离子，Cl-、为主要阴离子，随着降雨量减小地下水位会明显降低，此时水化学类型的点由边缘向中心靠拢，表明降雨量是造成水体化学类型改变的主要因素。

（4）水体中离子浓度峰值发生时间存在差异，当降雨量增加且地下水位较高时，浅层地下水中K+及流动地表水中Na+、Ca2+、率先达到峰值。水体类型也会对峰值出现时间产生影响，流动地表水中K+和Cl-峰值出现时间通常晚于浅层地下水。