黑河流域沙漠化過程中水土生態(tài)—環(huán)境變化研究.pdf

1、黑河流域是我國河西走廊地區(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)境問題。針對目前這種現(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)沙活動及自然災(zāi)害等影響下，歷史時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、地減弱時期，寒冷期則是沙漠化發(fā)生強烈階段。 歷史時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、清相對安定時農(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)利用在時間和空間上的不穩(wěn)定性，過墾、濫墾、戰(zhàn)爭等導(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明顯表現(xiàn)為中游人工綠洲擴展的同時，下游綠洲的退縮；而且目前的資源開發(fā)和土地沙漠化過程仍然承襲這一規(guī)律。 研究表明90年代與80年代中期相比，額濟納旗沙漠化土地面積增加29.1﹪，從26362km2增加到34038km2。相對而言，中游地區(qū)沙漠化發(fā)展速率相對較慢，1990

5、年以來，沙漠化呈穩(wěn)定態(tài)勢。 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)的土地沙漠化形勢嚴峻。 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。總體特征是土壤含鹽量低，剖面均重碳酸鹽為主要成分；嚴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，有機質(zhì)含量低，土壤含鹽量高，表聚性強，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.額濟納沙地土壤分析 對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)計結(jié)果看，全N、全P、全k、PH和有機質(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； 通過對主成分低維聚類分析方法，綜合養(yǎng)分等級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)的多個環(huán)節(jié)發(fā)生連鎖變化，形成河流水量減少→斷流期加長→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)過程，最終導(dǎo)致綠洲水環(huán)境惡化。在水環(huán)境的惡化過程中使綠

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，鹽堿化土地不斷擴展。上述各過程共同構(gòu)成綠洲荒漠化復(fù)雜的地表動力學(xué)過程。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，所以加強對本地區(qū)水體化學(xué)的研究是評價地表水資源，合理利用和保護水資源所不可缺少的重要方面，也是評價由水質(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、拔降低而增長的趨勢，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。 通過對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給源的遠近密切相關(guān)，在整個河道礦化度變化幅度??；在遠離河道，隨離補給源距離的增減而升降，從而說明礦化度的高低主要依賴于上游補給水量。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、動對淺層地下水的水環(huán)境變化起著重要的作用，從宏觀上說，它使的地下水水位從有長期連續(xù)觀測資料(1989-2001)以來不斷下降，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)動力分析 沙漠化是干旱區(qū)基本地理過程之一。額濟納綠洲的現(xiàn)代沙漠化過程是由水環(huán)境惡化過程、土壤干燥化過程、植被退化與生物多樣性衰減過程、土地沙漠化過程和土壤鹽堿化過程構(gòu)成的地表動力學(xué)過程

13、，也是黑河中下游人地關(guān)系演進過程中復(fù)雜的作用過程。額濟納綠洲的現(xiàn)代沙漠化過程是氣候暖干化、不合理的人為活動同脆弱的環(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、經(jīng)濟等多因子共同作用的綜合過程。自然驅(qū)動力與人為驅(qū)動力的多數(shù)因子對綠洲沙漠化的影響效力都比較大，過度的人為活動是沙漠化的主導(dǎo)驅(qū)動因素。受沙漠化形成的地域性和地表動力過程復(fù)雜性的影響，內(nèi)、外在驅(qū)動力在時間與空間上的耦合性形成沙漠化的區(qū)域機制，驅(qū)動力因子團的互動-

14、激發(fā)作用形成沙漠化的動力機制，驅(qū)動力與沙漠化土地間的響應(yīng)又形成正反饋機制，三種作用機制組合成現(xiàn)代沙漠化過程的復(fù)雜的驅(qū)動機制。 7.沙漠化土地綜合評價與指標體系 根據(jù)環(huán)境質(zhì)量評價體系與評價對象的構(gòu)成要素，本研究選用綜合模式和景觀生態(tài)學(xué)分析法兩種評價來評價沙漠化土地。 根據(jù)對生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的基本分析和評價，確定了本地區(qū)以下分類類型或指標：地表水水質(zhì)按國家有關(guān)標準和模糊聚類分析法劃分出5級水質(zhì)，并相應(yīng)給出對應(yīng)的評分；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，劃分出6級地下水水質(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描述，共產(chǎn)生11個評價指標。植被生態(tài)系統(tǒng)包括總蓋度等5種，在社會、經(jīng)濟環(huán)境因素中，根據(jù)研究區(qū)實際情況，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價因子來表征，這樣共篩選出典型的生態(tài)環(huán)境評價因子共

16、34個。 8.總結(jié)和展望 通過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水土資源的不合理利用等經(jīng)濟活動所造成的。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，提出了以下對策：提高人口素質(zhì)，控制人口增長，減輕對土地的壓力；建立現(xiàn)代化草牧場，加快綠洲生態(tài)型經(jīng)濟建設(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；加大保護力度，加強水土保持法制宣傳及監(jiān)督管理的力度。同時大力開展節(jié)水灌

17、溉，發(fā)展節(jié)水型社會、保護水源地，促進林地的涵養(yǎng)功能、改變傳統(tǒng)畜牧業(yè)，建設(shè)小經(jīng)濟生物圈等長期對策。 今后在沙漠化研究中應(yīng)強調(diào)下面幾個領(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、人文因素對沙漠化作用機理及貢獻率，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)與能量流動規(guī)律，以及未來人類活動和全球變化趨勢研究成果，建立自然因素、人文因素和沙漠化相互耦合的過程動力學(xué)模型，預(yù)測未來沙漠化發(fā)展態(tài)勢；沙區(qū)水土資源：研究典型類型區(qū)不同時空尺度