Question

生态与地质环境演变

Answer 1

一、地质环境类型与质量状况

（一）地质环境类型

地下水水位埋深、包气带的特征（岩性、水分、含盐量）和自然景观等是影响地质环境变化的重要因素，又是划分地质环境类型的主要依据。黑河流域下游区的地质环境类型，由类、区、段和型组成，如表6-7所示。

（二）地质环境质量状况

在黑河流域下游区，地质环境质量状况主要考虑生态环境效益，分为较好、较差和恶劣3级。

1.“较好类型”地质环境主要特征

在黑河流域下游区，“较好类型”地质环境主要分布地下水水位浅埋的河岸细土乔灌木绿洲和河岸细土人工绿洲区，地下水水位埋深1.0～3.0 m，矿化度0.5～2.0 g/L，土壤岩性为灰棕荒漠土及砂土，土壤含水率较高，其中砂土含水率为2%～6%，粘性土为10%～15%，含盐量自上而下为1.5%～0.1%。植被是以胡杨、红柳、沙枣、芦苇、芨芨和禾草为主的乔灌木混合群落，生长状况良好，植被盖度为30%～60%。

2.“较差类型”地质环境主要特征

在黑河流域下游区，“较差类型”地质环境主要分布在地下水水位浅埋的砾砂荒漠、湖盆细土草甸绿洲和沙地荒漠区。这些地区地下水水位埋深2.0～5.0 m，土壤含水率低，砂砾为0.7%～2%，砂质土层为5%～10%。植被生长状况较差，植被是以泡泡刺、沙拐枣、麻黄、白刺和杉篙为主的半灌木和小灌木群落，植被盖度为10%～20%。该类型区，地下水水质和水量都宜于开采，具有人造绿洲的良好条件。在湖盆细土地带，地下水水位埋深1.0～3.0 m，地下水水质较差，矿化度大于3 g/L，土壤平均含水率为5%～30%，土壤含盐量达0.27%～10.41%，局部盐化可达33%，植被盖度为50%左右。

表6-7 黑河流域下游平原区地质环境类型

3.“恶劣类型”地质环境主要特征

在黑河流域下游区，“恶劣类型”地质环境主要分布在地下水水位深埋的砾石荒漠和沙丘荒漠区，地下水水位埋深5.0～30.0 m，土壤类型为灰棕荒漠土、石膏灰棕荒漠土、砂土，土壤含水率小于1%，生长极为稀疏的红柳、梭梭、沙嵩、麻黄和骆驼刺等，植被盖度低于5%。

二、生态环境退化机制

（一）生态环境退化

植被退化有自然因素和人类活动影响两个方面，包括包气带水分、岩性和盐分变化的影响。

1.包气带水分变化

实验研究表明，当岩土凋萎系数（毛管势）在负15个大气压左右，对应含水率分别为细砂土3.3%，亚砂土6.5%，亚粘土10.5%，粘土15.0%。凡低于此值，土壤水难被植被所利用。

在黑河流域下游区的十九号基地、建国营、额济纳旗及八道桥一线和东居延海，具有以下特点：

1）在植被根系生长集中的2.0 m土层范围内，中细砂、砂砾石的含水率一般为0.2%～3.5%，细砂、粉细砂为0.5%～20.0%，粘性土为2.0%～35.0%，大部分土壤含水率接近或低于凋萎系数。

2）相同的土壤，包气带水分在垂向上自地表向下渐增，接近地下水水位时趋于饱和状态。在沿河地带，包气带接受河水入渗补给时含水率会暂时呈现上下大、中间小的特征，有利于植被生长。

3）地域性水分状况差别显著。在八道桥至额济纳旗的东河细土地带，含水率为0.66%～32.91%。在建国营附近的西河细土地带，含水率一般为0.21%～21.33%，普遍低于东河。在建国营以西的戈壁地带，含水率普遍很低，为0.55%～3.91%。沙丘含水率最低，一般为0.23%～0.79%。

包气带水分条件的好坏，直接影响地表植被生长状况。在八道桥至额济纳旗的东河细土地带，土壤含水率较高，植被生长较为茂盛，老、中、幼各年龄段的乔灌木都生长良好。在西河细土地带，含水率低于东河，植被生长状况普遍较差，乔灌木枝叶稀少，地面草场稀疏凋零。在建国营以西的戈壁地带，含水率极低，只零星分布耐旱植被梭梭和麻黄等，长势差。

从表6-8可见，建国营北植被生长状况与土壤含水率之间存在密切的关系。由河岸至戈壁的样点266～271共6个试坑，在2.5 m土层范围内，平均含水率由5.17%减少至1.55%，相应的植被种类渐趋耐旱，长势由密变疏和由好至差。

根据黑河流域下游平原区不同地点所测试的包气带含水率及其对应的植被生长状况（表6-9），也表明在不同含水率条件下植被生长状况存在较大的差异。以红柳为例，在2.0 m的土层范围内，在粘性土平均含水率为12.72%～15.59%、砂性土为3.15%～13.71%条件下，植被生长良好。在粘性土平均含水率为9.35%～12.39%、砂性土为2.0%左右时，植被生长一般。在粘性土平均含水率为6.74%、砂性土为1.55%～2.0%时，植被生长差。若将“生长一般”的含水率下限作为植被的凋萎含水率，则红柳在粘性土中的凋萎含水率为9.35%，在砂性土中为1.95%；胡杨在粘性土中的凋萎含水率为16.37%，在砂性土中为2.35%；沙枣在粘性土中的凋萎含水率为11.37%，在砂性土中为5.0%；梭梭在粘性土中的凋萎含水率为6.0%，在砂性土中为1.59%。

表6-8 黑河流域下游区建国营北植被生长状况与土壤含水率之间关系

表6-9 黑河流域下游区不同类型植被与土壤含水率之间关系

在黑河流域下游区，植被群落盖度与土壤含水率之间具有下列关系（武选民，2002a、b）：

西北内陆黑河流域水循环与地下水形成演化模式

式中：C_B——植被群落盖度（%）；

θ——10～30 cm的土壤含水率（%）。

当土壤含水率为1.0%时，植被群落盖度一般在5.0%～4.0%。当土壤含水率在5.0%左右时，植被群落盖度则达8.0%。当土壤含水率超过20.0%时，植被群落盖度超过30.0%。

2.包气带岩性

在黑河下游平原区，土壤的母质组成为冲洪积、湖积、坡积和风积的松散物质。土壤多为缺乏有机质和富含盐分的含砾荒漠砂质土、灰棕荒漠土和盐化草甸土。

在额济纳盆地南部，地下水水位埋藏深，砂砾石土质地坚硬，缺乏水分，不宜于植被生长。在中北部平原，地下水水位埋藏浅，地表砾石厚度薄，下部多为疏松的细砂和砂质土，结构松散，较宜于保存水分和植被生长。在沿河细土地带及湖盆细土地带，地下水水位埋藏浅，土层由亚粘土、亚砂土、粉细砂及细砂等细颗粒物质组成，结构松散，土质肥沃，为植被生长发育的良好场所。

据调查，不同的植被类型具有不同的生存土壤环境。例如胡杨、红柳、芨芨及苦豆子等多生长在荒漠河谷洪积平原、湖积平原及沙漠边缘的潮湿滩地上，岩性为亚砂土、砂土等。白刺、骆驼刺生长在地下水水位浅埋的盐渍化土壤中。梭梭、麻黄、红砂等植被则多生长在砂质、砂砾质和砾质戈壁上。沙拐枣等则生长在流沙、固定沙或砂砾质土壤中。

在地下水水位埋深相同条件下，植被的生长状况与包气带岩性及其组合特征有关（表6-10）。土壤颗粒细，毛细上升高度大，持水性好；土壤颗粒粗，毛细上升高度小，持水性差。粘性土的毛细上升高度可达4.0～5.0 m，有利植被生长。

表6-10 黑河流域下游区包气带岩性与红柳生长状况的关系

3.土壤盐分

土壤盐分的组成及其含量对植被的生长发育起着一定的抑制作用（表6-11）。当土壤盐分超过某一范围时，这种植被就会衰亡，被另一种适宜该盐分的植被所代替。例如在古日乃湖一带，无盐化地带的芦苇丛生密集，盐化地带的芦苇稀疏、苇株细瘦透光，盐土地带的芦苇稀疏低矮，盐壳地带的芦苇零星分布、地面基本裸露。

在东居延海，由湖滨至湖心，随着含盐量的增加，植被生长状况也表现出明显的分带性。在红柳生长良好地带，土壤含盐量较低，表土层含盐量为0.36%～0.86%。红柳生长一般的地带，表土层含盐量为0.75%～0.99%。红柳死亡区，表土层含盐量为1.20%～1.53%。在有芦苇生长区，表土层含盐量为1.02%～2.88%；在无植被覆盖区，表土层含盐量为1.48%～3.02%。

表6-11 黑河流域下游区一些植被生长所适宜的含盐量范围

据资料统计，植被群落的物种数目与土壤含盐量之间有密切的关系，如下式所示（武选民，2002a、b）：

西北内陆黑河流域水循环与地下水形成演化模式

式中：N——植被物种数；

S——土壤电导率（×10³），反映土壤含盐量状况。

4.包气带水分补给条件

植被生长依靠包气带供给水分，与包气带水分补给状况密切相关。在黑河流域下游区的河岸绿洲和湖盆绿洲地带，地表水入渗补给和地下水毛细支持补给包气带水分，致使植被生长良好。在远离河床、地下水水位深埋的戈壁沙丘地带，凝结水入渗补给是植被生长的源泉。在干旱气候条件下，凝结水对戈壁和沙丘耐旱植被的生长具有积极作用。

地表水（包括灌溉水）入渗作为地下水的主要补给来源，对包气带水分状况也具有不可忽视的作用。包气带毛细水是否能被植被利用，取决于地下水水位埋藏深度和植被根系下潜深度。据野外调查，当植被根系与地下水水位之间距离小于毛细水上升高度时，植被就可通过毛细水的持续补给而正常生长；当超过这个范围时，植被生长难以获取足够的水分而出现衰退，继而被另一类植被群落所代替。因此，根据植被正常根系深度与土壤毛细上升高度，初步确定“植被凋萎地下水水位”和“适生地下水水位”，如表6-12所示。

根据上述分析，黑河流域下游区河岸植被和湖盆植被随地下水水位而演变的趋势，可概括为：在沿河细土地带，自河岸向戈壁，随地下水水位埋深的增加，植被群落由芦苇、芨芨和草甸（水位埋深0～3.0 m）向胡杨、沙枣和杂类草群落河岸林景观（水位埋深3.0 m左右）转变，以至向红柳、杂类草灌丛景观（水位埋深3.0～5.0 m）→苏枸杞、盐爪爪群落盐生植被景观（水位埋深5.0 m左右）→荒漠化景观（水位埋深大于5.0 m）转变。目前，沿河地带大面积的植被景观处于红柳、杂类草灌丛阶段。

表6-12 黑河流域额济纳盆地主要植被生长状况与地下水水位埋深之间关系

在湖盆地带，自湖心至湖盆外围，随地下水水位埋深的增加，植被群落的演变趋势为：芦苇沼泽（水位埋深0 m左右）→ 金代代、水葫芦苗草甸沼泽（水位埋深0～0.5 m）→ 芦苇草甸（水位埋深大于0.5 m）→ 芦苇盐土草甸（水位埋深1.0～3.0 m）→ 零星芦苇结壳盐土（水位埋深3.0 m左右）。在风沙堆积地段，植被群落的演变趋势为：芦苇草甸（水位埋深1.0～3.0 m）→ 梭梭、红柳、白刺半流动沙丘（水位埋深3.0～5.0 m）→ 梭梭、红砂荒漠化沙丘（水位埋深大于5.0 m）。

目前在黑河流域下游区，河岸植被、湖盆植被景观的存在形式或以多群落出现，或以单群落出现，处于上述演化的链条中。对戈壁荒漠植被（如麻黄、沙拐枣、骆驼刺、红霸王等）来说，与地下水埋藏条件无紧密关系。

5.人为因素

人为因素的破坏主要表现在樵采、滥伐、采挖药材和过度载畜等4个方面。在管理不严状况下，居民樵采乔灌木做燃料，伐取乔灌木修房、围栏等，对植被的破坏程度相当严重。采挖药材对植被的破坏主要指采挖苁蓉对梭梭的破坏，苁蓉往往寄生于梭梭的根部，采挖苁蓉往往使梭梭的根部裸露尽而使植被干枯。据额济纳旗林业局的粗略统计，对各种植被的破坏加起来，每年毁林面积可达数千亩。

额济纳旗77%的牲畜集中在沿河地带，平均每万只牲畜占有乔灌木草场约为0.78×10⁴ hm²。据1974年内蒙古、宁夏考察队统计的天然草场资源记载，额济纳盆地草场面积约 83490 km²，有效面积27060 km²，每公顷草地产草量约6.23 t，每公顷草地载畜量12头羊，若草场全部利用可养24×10⁴只羊。据1988年统计资料，仅东西河载畜量已达16.75×10⁴头，远远超过了理论允许载畜量。一方面草场不断退化，另一方面畜量逐年增加，胡杨、红柳和梭梭的林幼苗被吞食，成片林木变成了荒滩。

（二）土壤盐渍化与沙化

地下水水位下降不仅是植被退化的主要因素，也是土壤发生沙化的主要原因。而植被稀疏，使地面蒸发增强，地下水在强烈的蒸发作用下，盐分聚集于地表，使土壤发生盐渍化。强烈蒸发作用和地下水水位浅埋是产生盐渍化的根本原因。

野外调查表明，土壤含盐量的大小与地下水水位埋深之间关系密切。随着地下水水位埋深的减小，含盐量迅速增加（图6-29）。从图6-29可以看出，若以表土层0～0.3 m深的含盐量作为土壤发生盐渍化的标志，则土壤发生盐渍化的地下水水位埋深的临界深度为1.90 m左右。但是不同土壤发生盐渍化的临界深度不同，砂砾地层发生盐渍化的地下水水位埋深较浅，一般小于1.60 m，砂质壤土地层则为2.50 m左右。

图6-29 黑河流域下游区表层（0～0.3 m）含盐量与地下水水位埋深关系

在黑河流域下游区，地下水水位降低引起的沙化现象是一个非常突出的环境地质问题。地下水水位下降，就会使包气带土壤的含水率降低，土粒间的粘结性减弱。据前人研究资料（王让会等，1997、2000；赵元杰等，1999），沙漠化等级可分为6级：非沙漠化（N），潜在沙漠化（Ⅰ），轻度沙漠化（Ⅱ），中度沙漠化（Ⅲ），重度沙漠化（Ⅳ），极重度沙漠化（Ⅴ）。如表6-13所示。

表6-13 黑河流域下游区地下水水位深度分布频率（%）与沙漠化等级关系

从表6-13可以看出，非沙漠化与地下水水位埋深之间存在一定的联系，但不是线性关系。在地下水水位埋深1.0～2.0 m之间，非沙漠化的概率最大，占27.0%。随着沙漠化等级的增加，地下水水位埋深范围出现由宽变窄，各沙漠化等级开始出现时的地下水水位埋深由浅变深。

黑河流域下游绿洲区趋于沙化的凋萎地下水水位埋深为5.0 m，土地发生沙化的临界地下水水位埋深即为5.0 m。但是，不同质地土壤发生沙化的地下水水位埋深是不同的，细砂土为0.35～1.0 m，亚砂土为1.0～1.5 m，亚粘土为1.5～4.0 m，粘性土为4.0～5.0 m。对于土壤岩性综合体来说，可取上述数值的平均值2.0～2.5 m作为土地沙漠化的临界水位。

通过上述研究表明，地下水水位和水环境质量的变化，必然引起生态环境的响应，它们的链条效应关系如图6-30所示。

图6-30 黑河流域下游区地下水水位及其环境变化的生态环境链条效应示意图

三、生态环境保护及治理方法

合理开发与利用水资源是保护生态环境的关键。鉴于黑河下游荒漠平原区目前土地沙化、盐渍化和植被及草场退化已相当严重，如不及时治理，绿洲就会有消失的危险。因此，有计划的合理开发利用水资源，才能有效地保护及治理生态环境。

（一）地表水与地下水联合开发利用

1.合理利用地表水

在现状条件下，通过狼心山水文站进入黑河下游荒漠平原区的水量，很难满足下游平原生产的发展及绿洲保护的需要。黑河流域内水资源的开发利用必须要兼顾中下游的利益，统筹规划。据计算表明，经过狼心山水文站输送给下游绿洲的生态需水量应为7.0×10⁸ m³/a，才能保证下游绿洲的生存及适当发展。

2.科学开发地下水

在黑河流域下游平原区，单纯依靠地表水维持生态环境和发展农林牧业生产，是难以可持续发展的，还需要科学地利用和保护地下水。

（二）保护天然绿洲，发展人工绿洲

1.保护及合理利用天然绿洲

首先，应坚决制止胡乱采樵、滥垦、滥牧和采药对乔灌木的破坏活动，结合畜群的承包责任制，对草场进行划管，固定草场使用权，使利用、保护和建设三者相结合。

其次，应该严格按照草场载畜能力调节牲畜的数量和放牧时间，实施“以草定牧”合理利用和保护草场的政策。

第三，应围栏封育，轮流放牧，对天然草场加强涵养与虫害防治。

2.建设新兴的人工绿洲

在沿河地带、湖盆地带及黑城垦区废弃的土地上，建立小面积人工草场。在天然绿洲的外围地带，尤其是东西河西岸乔灌木林边缘地带，营造和培育防风护沙林带，以保护天然草场、人工草场及农业耕地不受风沙侵害。

（三）保护土地资源，防止土地的盐渍化

在远离河床、地下水水位埋藏较浅的地段，修建完善的排水系统，有效降低地下水水位，防治和改良土壤盐渍化的土地。

在沿河地带，平整土地和合理灌溉作为防治次生盐渍化的重要手段。在傍河盐渍化地带，采用地下水与引灌河水混合灌溉办法进行有效洗盐，改良土壤质量。

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