黑河流域沙漠化過(guò)程中水土生態(tài)—環(huán)境變化研究.pdf

1、黑河流域是我國(guó)河西走廊地區(qū)三大內(nèi)陸河流域之一。目前流域綠洲內(nèi)土地利用存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)為平原地區(qū)的風(fēng)沙、干旱、鹽堿等。區(qū)內(nèi)人類不合理的水、土、生物資源開發(fā)利用是土地退化的主要原因，已引起了社會(huì)各界與學(xué)者的普遍關(guān)注和高度重視，加之黑河上中游地區(qū)需水量的日益增加，導(dǎo)致黑河下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境急劇惡化，致使額濟(jì)納綠洲地區(qū)湖泊干涸、水質(zhì)惡化，地下水礦化度升高，土壤鹽化加重，河岸胡楊林和灌木大片枯萎等一系列環(huán)境問(wèn)題。針對(duì)目前這種現(xiàn)狀，以西北干旱區(qū)內(nèi)陸

2、河流域—黑河為例，利用已有的遙感數(shù)據(jù)和調(diào)查資料，研究了黑河流域土地沙漠化的現(xiàn)狀，分析了該流域沙漠化土地土壤水理特征，目的在于為西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域水、土資源的合理、持續(xù)利用以及沙漠化土地的防治、恢復(fù)和逆轉(zhuǎn)提供理論依據(jù)。本研究論文在野外試驗(yàn)和室內(nèi)分析的基礎(chǔ)上提出以下結(jié)論： 1.有關(guān)土地沙漠化變化分析 在自然因素包括氣候、地質(zhì)地貌、風(fēng)沙活動(dòng)及自然災(zāi)害等影響下，歷史時(shí)期黑河流域綠洲和沙漠化土地交替發(fā)展。氣候溫暖期也正是沙漠化土

3、地減弱時(shí)期，寒冷期則是沙漠化發(fā)生強(qiáng)烈階段。 歷史時(shí)期黑河流域的土地退化、土地沙漠化表現(xiàn)為不同民族統(tǒng)治下土地利用方式的不斷更替，墾區(qū)的荒廢意味著土地退化的蔓延和擴(kuò)展，一些綠洲變成了沙漠；戰(zhàn)亂交加，人口遷徒，生產(chǎn)力發(fā)展十分緩慢。只在漢、隋、唐、元、明、清相對(duì)安定時(shí)農(nóng)業(yè)立之，而且除了漢、唐、清之外，農(nóng)業(yè)的規(guī)模和持續(xù)的時(shí)間也都十分有限。土地沙漠化、退化的主要原因可概括為水土資源開發(fā)利用在時(shí)間和空間上的不穩(wěn)定性，過(guò)墾、濫墾、戰(zhàn)爭(zhēng)等導(dǎo)致的墾

4、區(qū)荒廢及水資源的轉(zhuǎn)移；空間分布上人工綠洲的土地沙漠化基本吻合于人類活動(dòng)集中的流域下游的墾區(qū)，天然綠洲的土地沙化、退化主要與下游的河湖灘地相一致。土地沙漠化的總趨勢(shì)明顯表現(xiàn)為中游人工綠洲擴(kuò)展的同時(shí)，下游綠洲的退縮；而且目前的資源開發(fā)和土地沙漠化過(guò)程仍然承襲這一規(guī)律。 研究表明90年代與80年代中期相比，額濟(jì)納旗沙漠化土地面積增加29.1﹪，從26362km2增加到34038km2。相對(duì)而言，中游地區(qū)沙漠化發(fā)展速率相對(duì)較慢，1990

5、年以來(lái)，沙漠化呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。 2000年黑河流域中下游地區(qū)的沙漠化土地共有13508.4km2，占監(jiān)測(cè)區(qū)域的11.8﹪。其中黑河流域下游地區(qū)的土地沙漠化形勢(shì)嚴(yán)峻。 2.有關(guān)沙漠化土地土壤養(yǎng)分與鹽分 本區(qū)土壤沙化和水分條件分成四種類型?？傮w特征是土壤含鹽量低，剖面均重碳酸鹽為主要成分；嚴(yán)重沙漠化土地土壤水化學(xué)類型為Cl--SO42--Mg2+-Na+離子型鹽土，剖面的平均含鹽量為4.57﹪。總之，黑河下游沙漠化土地土

6、壤質(zhì)地粗，成土作用差，有機(jī)質(zhì)含量低，土壤含鹽量高，表聚性強(qiáng)，具有干旱區(qū)漠境土壤的典型特征。不同沙漠化土地土壤含鹽量、鹽分類型差異很大。 3.額濟(jì)納沙地土壤分析 對(duì)下游主要沙漠化土地類型分析得出土壤PH值在7.97-9.2之間，呈堿性。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，全N、全P、全k、PH和有機(jī)質(zhì)含量比較集中，速效N、速效P和速效K養(yǎng)分成分比較分散； 通過(guò)對(duì)主成分低維聚類分析方法，綜合養(yǎng)分等級(jí)的分異和類同性可將研究區(qū)的土壤大致劃分為

7、4類：貧瘠土壤、林地土壤、林地和草地土壤，而4類土壤與四種沙漠化土地類型相一致。 4.水分條件變化對(duì)土壤的可溶鹽的意義 干旱內(nèi)陸河地區(qū)隨著上中游水量的減少，在強(qiáng)蒸發(fā)作用下，地表水與淺層地下水的礦化度顯著升高。水文過(guò)程的改變，使維系綠洲的水資源由平衡到失衡，水循環(huán)的多個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生連鎖變化，形成河流水量減少→斷流期加長(zhǎng)→湖泊干涸→地下水位下降→礦化度增高→水質(zhì)惡化的連鎖反應(yīng)過(guò)程，最終導(dǎo)致綠洲水環(huán)境惡化。在水環(huán)境的惡化過(guò)程中使綠

8、洲內(nèi)一些濕生、中生植被類型退化、演變?yōu)榛哪参锖望}生植物。濕生草本和鹽生、旱生灌木逐漸被旱生、強(qiáng)旱生、超旱生荒漠植物替代，并由草甸景觀向河岸林景觀→灌叢景觀→半灌木荒漠景觀→草灌叢沙質(zhì)荒漠景觀演變。通過(guò)周期性積鹽作用，使綠洲內(nèi)的非鹽漬化土壤向輕鹽土發(fā)展，沿河和湖灘地的鹽化潮土、鹽化林灌草甸土向輕鹽土→中鹽土→重鹽土發(fā)展，鹽堿化土地不斷擴(kuò)展。上述各過(guò)程共同構(gòu)成綠洲荒漠化復(fù)雜的地表動(dòng)力學(xué)過(guò)程。其結(jié)果，使天然綠洲的地表形態(tài)-植被-土地生物生產(chǎn)

9、力系統(tǒng)退化，綠洲萎縮，生態(tài)惡化，土地沙漠化。因此，這種山地—盆地組合的內(nèi)陸河流域，上中游的水體化學(xué)特征的變化必然導(dǎo)致中下游的水質(zhì)的變化，從而影響土壤化學(xué)和植被的生長(zhǎng)，所以加強(qiáng)對(duì)本地區(qū)水體化學(xué)的研究是評(píng)價(jià)地表水資源，合理利用和保護(hù)水資源所不可缺少的重要方面，也是評(píng)價(jià)由水質(zhì)優(yōu)劣而決定的土壤和植被環(huán)境條件的重要內(nèi)容之一。 5.流域水體化學(xué)特征 大氣降水的共同特征是礦化度很低，但離子含量和化學(xué)組成不全相同。大氣降水離子總量有隨海

10、拔降低而增長(zhǎng)的趨勢(shì)，水化學(xué)類型由HCO-3型變?yōu)镾O42--HCO-3型。海拔愈低，荒漠氣候的影響愈強(qiáng)烈，反映了垂直地帶性規(guī)律。 由于降水量隨海拔升高而遞增，降雨量愈多礦化度則愈低，呈現(xiàn)明顯的地帶性分異，這里氣象水文條件對(duì)水體化學(xué)的影響占主要地位。反之隨海拔降低，熱量增高，巖石物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈，礦化度增高，水體化學(xué)類型由碳酸鹽型向碳酸鹽-硫酸鹽型再向硫酸鹽-氯化物型過(guò)渡。 分析地下水水體化學(xué)特征可將其特征劃分為

11、山區(qū)裂隙水及山前礫石帶-重碳酸鹽帶，山前沖、洪積、湖積平原-硫酸鹽帶，荒漠區(qū)及積鹽洼地—氯化物帶。 通過(guò)對(duì)地下水變化分析看出，研究區(qū)淺層地下水礦化度的高低與距離補(bǔ)給源的遠(yuǎn)近密切相關(guān)，在整個(gè)河道礦化度變化幅度小；在遠(yuǎn)離河道，隨離補(bǔ)給源距離的增減而升降，從而說(shuō)明礦化度的高低主要依賴于上游補(bǔ)給水量。地下水的水化學(xué)類型遵循干旱半干旱區(qū)地下水的運(yùn)移規(guī)律，其化學(xué)成分的形成作用主要是溶濾作用、蒸發(fā)和濃縮作用、混合作用和離子交換吸附作用。人類活

12、動(dòng)對(duì)淺層地下水的水環(huán)境變化起著重要的作用，從宏觀上說(shuō)，它使的地下水水位從有長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)資料(1989-2001)以來(lái)不斷下降，微觀上，使的額旗淺層地下水的礦化度不斷升高，而這種影響又反作用于生態(tài)環(huán)境，使得環(huán)境惡化。 6.不同類型土地沙漠化驅(qū)動(dòng)力分析 沙漠化是干旱區(qū)基本地理過(guò)程之一。額濟(jì)納綠洲的現(xiàn)代沙漠化過(guò)程是由水環(huán)境惡化過(guò)程、土壤干燥化過(guò)程、植被退化與生物多樣性衰減過(guò)程、土地沙漠化過(guò)程和土壤鹽堿化過(guò)程構(gòu)成的地表動(dòng)力學(xué)過(guò)程

13、，也是黑河中下游人地關(guān)系演進(jìn)過(guò)程中復(fù)雜的作用過(guò)程。額濟(jì)納綠洲的現(xiàn)代沙漠化過(guò)程是氣候暖干化、不合理的人為活動(dòng)同脆弱的環(huán)境、貧乏的水、土、生物資源之間不相協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，是涉及自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多因子共同作用的綜合過(guò)程。自然驅(qū)動(dòng)力與人為驅(qū)動(dòng)力的多數(shù)因子對(duì)綠洲沙漠化的影響效力都比較大，過(guò)度的人為活動(dòng)是沙漠化的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素。受沙漠化形成的地域性和地表動(dòng)力過(guò)程復(fù)雜性的影響，內(nèi)、外在驅(qū)動(dòng)力在時(shí)間與空間上的耦合性形成沙漠化的區(qū)域機(jī)制，驅(qū)動(dòng)力因子團(tuán)的互動(dòng)-

14、激發(fā)作用形成沙漠化的動(dòng)力機(jī)制，驅(qū)動(dòng)力與沙漠化土地間的響應(yīng)又形成正反饋機(jī)制，三種作用機(jī)制組合成現(xiàn)代沙漠化過(guò)程的復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。 7.沙漠化土地綜合評(píng)價(jià)與指標(biāo)體系 根據(jù)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系與評(píng)價(jià)對(duì)象的構(gòu)成要素，本研究選用綜合模式和景觀生態(tài)學(xué)分析法兩種評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)價(jià)沙漠化土地。 根據(jù)對(duì)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的基本分析和評(píng)價(jià)，確定了本地區(qū)以下分類類型或指標(biāo)：地表水水質(zhì)按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和模糊聚類分析法劃分出5級(jí)水質(zhì)，并相應(yīng)給出對(duì)應(yīng)的評(píng)分；地下

15、水水質(zhì)劃分主要依據(jù)礦化度與水化學(xué)類型兩種指標(biāo)，劃分出6級(jí)地下水水質(zhì)。草地生態(tài)系統(tǒng)選擇產(chǎn)草量和草地；土壤環(huán)境可用土壤養(yǎng)分狀況，有效土層厚度，土壤質(zhì)地，土壤沙化程度等因素來(lái)描述，共產(chǎn)生11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。植被生態(tài)系統(tǒng)包括總蓋度等5種，在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)環(huán)境因素中，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，篩選出農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值、林業(yè)及畜牧業(yè)總產(chǎn)值、澆灌面積與耕地面積比率、平均單位耕地產(chǎn)出效益、教育普及以及人均收入等評(píng)價(jià)因子來(lái)表征，這樣共篩選出典型的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)因子共

16、34個(gè)。 8.總結(jié)和展望 通過(guò)以上研究和分析得出，黑河流域中下游地區(qū)土地沙漠化的發(fā)生、發(fā)展主要是由于人類對(duì)水土資源的不合理利用等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所造成的。因此，為了流域生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展，有效的防治土地沙漠化，提出了以下對(duì)策：提高人口素質(zhì)，控制人口增長(zhǎng)，減輕對(duì)土地的壓力；建立現(xiàn)代化草牧場(chǎng)，加快綠洲生態(tài)型經(jīng)濟(jì)建設(shè)的步伐；合理利用流域內(nèi)有限的水資源，確保生態(tài)用水；加大保護(hù)力度，加強(qiáng)水土保持法制宣傳及監(jiān)督管理的力度。同時(shí)大力開展節(jié)水灌

17、溉，發(fā)展節(jié)水型社會(huì)、保護(hù)水源地，促進(jìn)林地的涵養(yǎng)功能、改變傳統(tǒng)畜牧業(yè)，建設(shè)小經(jīng)濟(jì)生物圈等長(zhǎng)期對(duì)策。 今后在沙漠化研究中應(yīng)強(qiáng)調(diào)下面幾個(gè)領(lǐng)域：結(jié)合風(fēng)沙物理與沙漠環(huán)境的研究：研究自然因素、人文因素對(duì)沙漠化作用機(jī)理及貢獻(xiàn)率，結(jié)合現(xiàn)代沙漠化土地相鄰生態(tài)系統(tǒng)界面上的物質(zhì)與能量流動(dòng)規(guī)律，以及未來(lái)人類活動(dòng)和全球變化趨勢(shì)研究成果，建立自然因素、人文因素和沙漠化相互耦合的過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)未來(lái)沙漠化發(fā)展態(tài)勢(shì)；沙區(qū)水土資源：研究典型類型區(qū)不同時(shí)空尺度