水稻轮作区高强度抽水驱动下含水层的水文地球化学响应机制研究

针对孟加拉国水稻轮作区因高强度抽水导致的地下水化学特性改变问题，研究人员通过水文地球化学与地球物理联合分析，揭示了38米黏土层分隔的浅/深含水层系统在抽水作用下的弹性沉降（5.7–9.1 mm）及氮磷动态迁移规律（1–6.7 mg N/L，0.05–0.63 mg P/L），为农业水资源安全提供了关键数据支撑。

　　

在孟加拉国恒河-布拉马普特拉河冲积平原，密集的水稻种植正引发严峻的地下水危机。这里每年有770万公顷稻田依赖地下水灌溉，其中旱季Boro水稻需消耗800–1200 mm水量，而34040口高容量水泵与百万级小水泵的持续作业，导致含水层水位以惊人速度下降。更棘手的是，稻田作为面源污染主要来源，其氮(N)、磷(P)通过灌溉回渗进入含水层，而黏土层的存在使污染物迁移呈现复杂时空差异。这种"抽水-污染"双重压力下，含水层系统如何响应？水文地球化学特性会发生哪些不可逆改变？这正是孟加拉农业大学团队在《Groundwater for Sustainable Development》发表的研究要解决的核心问题。

研究团队采用多尺度技术联合作战：通过试验钻孔揭示80–145 m中砂层为抽水主含水层，其导水系数达2151 m²/day；设置2口观测井监测水位动态；利用田间渗漏仪量化灌溉回补量(占输入水量38–74%)；3次抽水试验记录到深层含水层0.8–1.1 m降深，同时引发浅层含水层因弹性沉降导致的5.7–9.1 mm地面下沉；分层采集0–145 m地质样品分析氮磷累积特征。

【Subsurface lithology and vadose zone properties】
钻孔数据揭示独特"三明治"结构：浅部15 m黏壤土与3 m黏土层构成天然防污屏障，其下56 m中砂层为主要开采层，而20 m厚黏土隔层(38–58 m)将浅层潜水与深层承压水完全隔离。这种分层结构使氮在雨季更易淋溶，而磷因黏土吸附呈现干季浓度峰值。

【Hydro-geophysical impacts】
抽水引发的水力联动令人意外——虽然深层含水层降深仅0.8–1.1 m，但弹性压缩导致浅层水位下降5.7–9.1 mm。监测显示10月水位峰值后，旱季灌溉使水位骤降，证实高强度抽水已改变天然补排平衡。

【Nutrient dynamics】
地质层氮储量(0.43–1.41 g/kg)显著高于磷(4.02–32.16 mg/kg)，但地下水中氮浓度呈现湿季高、干季低的"跷跷板"效应，磷则因滞后淋溶在干季超标。渗漏仪数据显示稻田回补水含氮量(1–6.7 mg/L)有时反超淋溶液，暗示含水层内存在二次污染机制。

这项研究首次系统量化了水稻轮作区"抽水-沉降-污染"三位一体效应：黏土隔层虽延缓污染物迁移，但持续抽水通过弹性沉降改变水力梯度；氮磷因降解速率差异形成互补污染模式；灌溉回补量虽大(38–74%)却携带污染物。这为制定基于含水层脆弱性的灌溉策略提供了科学依据——增加雨养水稻比例、优化施肥时机、建立含水层弹性恢复期等措施，或可缓解孟加拉国"粮食-水资源"的生存悖论。正如通讯作者M. G. Mostofa Amin强调的，只有将水文地球化学响应纳入管理模型，才能实现冲积平原农业的可持续发展。