博斯騰湖濕地土壤特性空間變化規(guī)律研究

熱西地汗·依斯熱丁， 迪麗努爾·阿吉,2， 曼孜然·吐?tīng)栠d

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,新疆烏魯木齊 830054;2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆烏魯木齊 830054)

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博斯騰湖濕地土壤特性空間變化規(guī)律研究

熱西地汗·依斯熱丁1， 迪麗努爾·阿吉1,2， 曼孜然·吐?tīng)栠d1

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,新疆烏魯木齊 830054;2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆烏魯木齊 830054)

以博斯騰湖濕地為研究對(duì)象，按照濕地的實(shí)際情況和受人類活動(dòng)的影響程度等因素，將研究區(qū)分為黃水溝區(qū)、河口、大湖區(qū)、小湖區(qū)4個(gè)不同區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)野外調(diào)查的數(shù)據(jù)，對(duì)博斯騰湖濕地4個(gè)不同區(qū)域土壤的含水量、電導(dǎo)率和溫度特性的空間變化規(guī)律進(jìn)行了分析和研究。研究結(jié)果表明，①在水平方向上，博斯騰湖濕地土壤含水量平均為36%，各區(qū)域的相差不顯著；土壤電導(dǎo)率在黃水溝區(qū)和小湖區(qū)的變化較為明顯；土壤溫度在黃水溝區(qū)最高，小湖區(qū)為最低。②在垂直方向上，博斯騰湖濕地小湖區(qū)表層土壤和20 cm處土壤的含水量最高，而4個(gè)區(qū)域20 cm處土壤的含水量基本相差不大；黃水溝區(qū)20和40 cm處土壤的電導(dǎo)率顯著高于河口；黃水溝區(qū)土壤表層的溫度明顯高于20和40 cm處土壤的溫度，而小湖區(qū)土壤溫度則隨著深度的增加而升高，表層土壤溫度由高到低的順序依次為黃水溝區(qū)>河口>大湖區(qū)>小湖區(qū)，而4個(gè)區(qū)域20和40 cm處土壤溫度變化較小。③最后調(diào)查結(jié)果表明，人類活動(dòng)對(duì)博斯騰湖濕地土壤電導(dǎo)率的影響最為強(qiáng)烈。

博斯騰湖濕地；土壤特性；空間變化；人類活動(dòng)

土壤為作物根系的生長(zhǎng)提供物理空間和各種物質(zhì)資源，其中水、空氣、溫度及鹽分等特性對(duì)根的生長(zhǎng)和發(fā)育有著很大的影響。因此，為了作物根系有一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，了解土壤特性是極其重要的。人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到土壤是一個(gè)時(shí)空變異連續(xù)體，田間實(shí)測(cè)結(jié)果表明，土壤特性在不同空間位置上存在明顯的差異，即土壤特性的空間變異性[1]。土壤特性的空間變異是造成作物產(chǎn)量甚至作物品質(zhì)變異的重要因素。因此在干旱荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，尤其是在博斯騰湖濕地，了解土壤特性的空間變異性對(duì)保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率等方面具有重要的意義。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)概況博斯騰湖位于巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，地理位置(41°56′～ 42°14′ N，86°40′ ～87°56′ E)，主要入湖河流包括開(kāi)都河、黃水溝、清水河等，其中開(kāi)都河是唯一能經(jīng)常補(bǔ)給博斯騰湖水量的河流。根據(jù)湖區(qū)水域分布情況，博斯騰湖分為大、小湖區(qū)。湖區(qū)周圍生長(zhǎng)著茂密的蘆葦，是我國(guó)重要的蘆葦生產(chǎn)基地。這里還有大量的野生動(dòng)植物，可以說(shuō)是一個(gè)天然的自然資源寶庫(kù)。然而，近年來(lái)博斯騰湖的生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞，引起了眾多專家學(xué)者的關(guān)注。資料表明，除了每年有近1.0×108m3含鹽農(nóng)田肥水外，每年還有500萬(wàn)m3未經(jīng)處理的生活污水和2 000萬(wàn)m3污水以各種形式排入博斯騰湖[2]。這些生態(tài)問(wèn)題對(duì)博斯騰湖濕地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也帶來(lái)了重大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源該研究利用GPS定位技術(shù)和土壤三參數(shù)速測(cè)儀(HW-WET-3 英國(guó))，于2013年11月8～12日對(duì)博斯騰湖濕地進(jìn)行了全面調(diào)查。選擇條件允許的典型土壤樣點(diǎn)共10個(gè)，獲取了土壤表層，20、40 cm等不同深度土壤的含水量、電導(dǎo)率和溫度3個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

根據(jù)地形、水域面積等實(shí)際情況，將博斯騰湖濕地分為黃水溝區(qū)(A1、A2、A3)、河口(B1、B2、B3)、大湖區(qū)(B1、B2、B3、C1、C2)、小湖區(qū)(C2、D1、D2)4個(gè)不同區(qū)域(圖1)，對(duì)4個(gè)區(qū)域土壤的含水量、電導(dǎo)率及溫度等指標(biāo)在垂直與水平方向上的變化規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析與討論。其中B1、B2、B3點(diǎn)是共屬于河口和大湖區(qū)，C2點(diǎn)是共屬于大湖區(qū)和小湖區(qū)，因此在數(shù)據(jù)計(jì)算中雖然被重復(fù)使用，但是不影響土壤特性數(shù)據(jù)的精度。

1.3 研究方法使用arcGIS9.3系統(tǒng)軟件繪制出研究區(qū)域的采樣點(diǎn)分布圖，并對(duì)博斯騰湖濕地土壤的含水量、電導(dǎo)率、溫度等特性數(shù)據(jù)，和靜、和碩、焉耆、博湖4個(gè)縣1971～2010年的人口數(shù)據(jù)和1971～2007年的耕地面積數(shù)據(jù)，運(yùn)用Microsoft Excel繪制出土壤特性與人類活動(dòng)影響的變化趨勢(shì)圖。

2 博斯騰湖濕地土壤特性空間變化規(guī)律

2.1 土壤含水量的空間變化規(guī)律土壤水是植物吸收水分的主要來(lái)源，土壤水的來(lái)源是降水和灌溉[3]。由圖2可知，博斯騰湖濕地黃水溝區(qū)不同深度土壤的含水量變化不大；河口20 cm土壤處的含水量最高，表層土壤的含水量最低；大湖區(qū)40 cm處土壤的含水量最高，表層和20 cm處土壤的含水量基本一致；小湖區(qū)表層土壤含水量最低，而20和40 cm處土壤含水量基本一致，均比表層土壤含水量高?？傮w上說(shuō)，博斯騰湖濕地不同區(qū)域土壤在垂直方向上的含水量變化不大。在水平方向上，小湖區(qū)表層土壤和40 cm處土壤的含水量最高，河口土壤的表層含水量最低，而采樣的4個(gè)區(qū)域20 cm處土壤的含水量基本相差不大。

2.2 土壤電導(dǎo)率的空間變化規(guī)律土壤的電導(dǎo)率和鹽分呈正相關(guān)，也就是土壤電導(dǎo)率的數(shù)值能反映土壤鹽分的高低，土壤鹽分的高低是土壤鹽漬化度的指標(biāo)之一。土壤鹽漬化是目前威脅西北干旱區(qū)農(nóng)業(yè)的重大環(huán)境問(wèn)題，因此土壤電導(dǎo)率的研究對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)的生產(chǎn)活動(dòng)有著極其重要的作用[4]。

據(jù)圖3可知，博斯騰湖濕地黃水溝區(qū)表層的電導(dǎo)率是最高的，隨著土壤深度的增加，土壤電導(dǎo)率減小，筆者認(rèn)為，博斯騰湖黃水溝區(qū)屬于開(kāi)都河流域，該區(qū)域受人類活動(dòng)的影響比較強(qiáng)，近年來(lái)的大規(guī)模農(nóng)田開(kāi)墾、農(nóng)業(yè)上大量使用化肥、工業(yè)用水的處理不合理等原因?qū)е铝送寥离妼?dǎo)率的增加；博斯騰湖入湖口的土壤電導(dǎo)率較低，在垂直方向上沒(méi)有明顯的變化，原因是該區(qū)域是入湖水量集中區(qū)，徑流量大，人類活動(dòng)的影響也不明顯，所以電導(dǎo)率的變化也小；在大湖區(qū)，表層的電導(dǎo)率最低，隨著深度增加，電導(dǎo)率有所增大；在小湖區(qū)，土壤表層的平均電導(dǎo)率達(dá)到769 mS/m，與20和40 cm處土壤的電導(dǎo)率相比，差異顯著。博斯騰湖濕地土壤電導(dǎo)率在垂直方向上，黃水溝區(qū)和小湖區(qū)的變化最為明顯，河口和大湖區(qū)的土壤電導(dǎo)率在垂直方向上基本保持一致。在水平方向上，黃水溝區(qū)和小湖區(qū)表層土壤的電導(dǎo)率最高，均顯著高于河口和大湖區(qū)表層土壤的電導(dǎo)率；大湖區(qū)和小湖區(qū)20和40 cm處土壤的電導(dǎo)率相差不大，電導(dǎo)率均值低于黃水溝區(qū)；在徑流集中的河口，土壤電導(dǎo)率還是最低，黃水溝區(qū)20和40 cm處土壤的電導(dǎo)率顯著高于河口。

2.3 土壤溫度的空間變化規(guī)律土壤的溫度在一定范圍內(nèi)直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量，土壤溫度越高，作物的生長(zhǎng)發(fā)育越快。作物必須在適宜的土壤溫度范圍內(nèi)才會(huì)萌發(fā)、生長(zhǎng)，所以土壤溫度的研究對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。

由圖4可知，博斯騰湖濕地黃水溝區(qū)土壤表層的溫度最高，達(dá)到11 ℃以上，高于20和40 cm處土壤的溫度；河口不同深度的土壤溫度差別不大，表層土壤溫度比20和40 cm處土壤溫度略高；大湖區(qū)不同深度土壤的溫度基本上無(wú)明顯變化；小湖區(qū)土壤溫度變化規(guī)律則與其他區(qū)域相反，隨著深度的增加，土壤溫度變高，40 cm處的土壤溫度高于表層土壤和20 cm處的溫度。不同的季節(jié)也對(duì)土壤溫度有著重要影響，該次調(diào)查時(shí)間是秋季。在水平方向上，表層土壤溫度黃水溝區(qū)>河口>大湖區(qū)>小湖區(qū)；而4個(gè)區(qū)域20和40 cm處土壤溫度變化較小。

3 人類活動(dòng)對(duì)博斯騰湖濕地土壤特性變化的影響

3.1 人口變化對(duì)博斯騰湖濕地土壤特性變化的影響自建國(guó)以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)文化不斷地發(fā)展，醫(yī)療衛(wèi)生條件明顯改善，人口也開(kāi)始急劇增加。博斯騰湖流域總?cè)丝?949年不到10萬(wàn)人，2010年已接近了50萬(wàn)人(圖5)，增長(zhǎng)了400%。為了解決人口的糧食問(wèn)題，人們一方面采取擴(kuò)大耕地面積的措施，這種做法雖然在近期內(nèi)對(duì)緩解糧食不足的問(wèn)題起到了一定的作用，但是由于破壞了生態(tài)平衡，引起了一系列的生態(tài)問(wèn)題。人類任意排放的大量的廢水和固體廢物等導(dǎo)致了土壤的化學(xué)污染和濕地淡水資源的減少，影響了土壤含水量與含鹽量等特性的變化。

3.2 耕地面積的變化對(duì)土壤特性變化的影響20世紀(jì)50年代以來(lái)，博斯騰湖濕地耕地面積也大量增加，由1958年的3.24×104hm2增加到90年代初的10.40×104hm2，2008年又猛增到了25.00×104hm2(圖6)。引水量從1949年初期的1.5×108m3增加到2000年的19.3×108m3。伴隨著耕地面積的不斷擴(kuò)大，農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜等農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)使用量增加，導(dǎo)致了污染物在土壤中大量殘留，直接影響了土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，博斯騰湖流域農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的TN、TP和COD的總量分別為5.86萬(wàn)、1.55萬(wàn)、10.06萬(wàn)t，95%的污染物來(lái)自畜禽養(yǎng)殖活動(dòng)和化肥的使用[5]。

4 結(jié)論

(1)在垂直方向上，小湖區(qū)表層土壤和20 cm處土壤的含水量最高，入湖口土壤的表層含水量最低，而4個(gè)區(qū)域20 cm處土壤的含水量基本相差不大；在水平方向上平均為36%，各區(qū)域相差不顯著。

(2)博斯騰湖濕地垂直方向上的土壤電導(dǎo)率在黃水溝區(qū)和小湖區(qū)的變化表現(xiàn)得最為明顯，入湖口和大湖區(qū)的土壤電導(dǎo)率在垂直方向上變化不大；在水平方向上，黃水溝區(qū)和小湖區(qū)表層土壤的電導(dǎo)率最高，大湖區(qū)和小湖區(qū)20和40 cm處土壤的電導(dǎo)率相差不大，而黃水溝區(qū)20和40 cm處土壤的電導(dǎo)率顯著高于入湖口。

(3)博斯騰湖湖濕地黃水溝區(qū)土壤表層的溫度高于20和40 cm處土壤的溫度，入湖口表層土壤溫度比20和40 cm處土壤溫度略高，小湖區(qū)土壤溫度變化規(guī)律則與其他區(qū)域相反，隨著深度的增加，土壤溫度變高；在水平方向上，表層土壤溫度黃水溝區(qū)>入湖口>大湖區(qū)>小湖區(qū)，而4個(gè)區(qū)域20和40 cm處土壤溫度變化較小。

(4)焉耆盆地人口的劇增、耕地面積的不斷擴(kuò)大等人類活動(dòng)對(duì)博斯騰湖濕地土壤電導(dǎo)率的影響最為強(qiáng)烈。

[1] 劉繼龍，馬孝義，張振華，等.土壤水鹽空間異質(zhì)性及尺度效應(yīng)的多種分形[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010(1)：81-86.

[2] 劉愿英，張學(xué)真，柳富民，等. 人類活動(dòng)對(duì)博斯騰湖水環(huán)境變化影響分析[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(3):66-72.

[3] 雷志棟，楊詩(shī)秀，謝森傳，等.土壤水動(dòng)力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988.

[4] 譚芫，王亞俊，寧建忠，等.新疆博斯騰湖水生態(tài)環(huán)境變化分析[J].干旱區(qū)研究，2004(3):7-12.

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Spatial Variation of Soil Properties in Bosten Lake Wetlands

REXIDIHAN Yisireding1, DILINUER Aji1,2, MANZIRAN Tuerxun1

(1.Geographic Sciences and Tourism College of Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang 830054; 2. Laboratory of Xinjiang Arid Zone Lakes Environment and Resources, Urumqi, Xinjiang 830054)

With Bosten Lake Wetlands as study object, in accordance with the actual situation and the extent of the impact of wetlands by human activity factor, the study area is divided into Huangshuigou District, Hekou, Dahu District and Xiaohu District. According to data of the field survey, soil moisture, spatial variation of conductivity and temperature characteristics were analyzed and studied. The results showed that:①In the horizontal direction, the average amount of soil moisture is 36%, the difference is not significant in the regions; changes of soil electrical conductivity in Huangshuigou Region and Xiaohu District are obvious, soil temperature is the highest in Huangshuigou Region, and the lowest in Xiaohu Region.② In the vertical direction: the moisture content is the highest in surface and 20 cm soil in Xiaohu region; soil conductivity of 20 and 40 cm soil in Huangshuigou region is significant higher than that in Hekou region; temperature of surface soil in Huangshuigou District is obviously higher than that in 20 and 40 cm, while Xiaohu District soil temperature increases with soil depth increasing; ③The impact of human activities on soil conductivity is the most strongly.

Bosten Lake Wetland; Soil characteristics; Spatial variation; Human activities

自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014211A048)。

熱西地汗·依斯熱丁(1987- )，女，維吾爾族，新疆吐魯番人，碩士研究生，研究方向：自然資源開(kāi)發(fā)與規(guī)劃。

2014-11-25

S 152

A

0517-6611(2015)01-209-03