新疆烏恰幅土地利用現(xiàn)狀、土壤類型與生態(tài)環(huán)境資源關(guān)系

魯 佳,方維萱,王 磊,劉增仁,郝貴寶

(1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院,昆明 650093;2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,北京 100012;3.北京建工環(huán)境工程咨詢有限責(zé)任公司,北京 100015)

干旱氣候下生態(tài)系統(tǒng)與土壤鹽漬化、土地利用關(guān)系是目前關(guān)注和研究熱點(diǎn)[1-6]。新疆烏恰縣地處干旱大陸性氣候區(qū),根據(jù)《中國(guó)土壤系統(tǒng)分類檢索》[7],烏恰縣地區(qū)土壤的土綱為干旱土、雛形土、鹽成土、新成土、人為土等,與土壤發(fā)生學(xué)分類中灰漠土、灰棕漠土、鹽土、堿土、粗骨土、灌淤土等[8-11]相參比。由于地形地貌、氣候、水文、植被的變化,以及人類活動(dòng)的差異,而出現(xiàn)垂直地帶性土壤、隱域性土壤及灌溉耕作土壤等,大大豐富了該地區(qū)的土壤類型。同時(shí),新疆烏恰地區(qū)是我國(guó)重要的生態(tài)屏障區(qū),其南部的帕米爾高原和北部的西南天山不但是我國(guó)重要水源涵養(yǎng)源區(qū),也是內(nèi)陸地區(qū)重要的“水塔”。該區(qū)中低山區(qū)為防風(fēng)固沙林區(qū),荒漠綠洲孕育了數(shù)千年我國(guó)西域文明和保障了人類的發(fā)展[12-14],但卻面臨一些新問題,多數(shù)植被呈現(xiàn)劇烈退化現(xiàn)象,水儲(chǔ)量減少、湖泊面積萎縮和地表土壤水下降,土壤鹽漬化和土壤重金屬污染逐漸加劇[15-17]。

烏恰幅位于烏恰縣西部、康蘇鎮(zhèn)之間,擁有豐富的林草資源、土地資源和礦產(chǎn)資源,生態(tài)具有較強(qiáng)的多樣性。同時(shí),烏恰縣現(xiàn)今也是我國(guó)邊境國(guó)際通商口岸,成為一帶一路建設(shè)重點(diǎn)城市區(qū)[14]。因此,對(duì)烏恰縣區(qū)域土地利用現(xiàn)狀和土地資源進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià),為西北干旱地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,具有積極推進(jìn)意義。本文就烏恰幅中土地資源利用現(xiàn)狀、土壤類型及其分布規(guī)律加以概述,探討干旱氣候條件下土壤類型與生態(tài)環(huán)境資源關(guān)系。

1 烏恰幅土地土壤調(diào)查方法和生態(tài)環(huán)境資源特征

1.1 調(diào)查評(píng)價(jià)方法

本次調(diào)查評(píng)價(jià)在遙感解譯和實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行地形地貌的劃分, 結(jié)合2017年《克孜勒蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》、 《烏恰縣志》、 土地利用和區(qū)內(nèi)植被類型等資料綜合對(duì)比研究, 通過路線調(diào)查進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀劃分。 以土壤系統(tǒng)分類學(xué)[7-8]為指導(dǎo), 對(duì)新疆烏恰幅內(nèi)(E 75°00′—75°15′, N 39°40′—39°50′)(圖1)土壤進(jìn)行土壤類型和分布規(guī)律的研究。

圖1 工作區(qū)交通位置示意圖Fig.1 Traffic location map of study area1—國(guó)界;2—地區(qū)界線;3—重要城市;4—縣鎮(zhèn)及道路;5—河流;6—烏恰幅位置

1.2 土壤類型劃分與參比體系

土壤發(fā)生分類在我國(guó)土壤科學(xué)發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用方面起了重要作用[7-8],同時(shí)存在一定的局限性[9]。根據(jù)文獻(xiàn)[7]，對(duì)新疆烏恰幅土壤類型進(jìn)行劃分，如表1所示。

表1 新疆烏恰幅土壤類型劃分Table 1 Soil type allocation of Wuqia in Xinjiang

1.3 生態(tài)環(huán)境資源特征

(1)自然地理特征。 研究區(qū)地處中溫帶干旱荒漠氣候區(qū), 氣候干燥,降水稀少。 多年平均氣溫為7.5 ℃, 極高氣溫34.8 ℃, 極低氣溫-29.9 ℃; 多年平均年降水量178.6 mm, 多年平均年蒸發(fā)量為1 599.7 mm。 該地氣候由南向北有著明顯的變化規(guī)律， 隨著海拔高度的增加而氣溫降低, 本區(qū)在海拔3 700 m以上保留了永久積雪帶。

(2)地形地貌特征。本區(qū)主體為中高山區(qū),一般海拔在2 038～3 934 m,相對(duì)高差達(dá)800～1 200 m,部分地段可達(dá)1 800 m。地勢(shì)呈北高南低,形成由北向南的沖洪積扇區(qū)。自北向南可分為3 500 m以上的高山帶,2 500～3 500 m的中高山帶,2 038～2 345 m的沖洪積扇。從高山到?jīng)_積扇區(qū),依次有古生代、中生代、新生代的各種地層出露,在廣大的沖洪積扇區(qū),則為第四紀(jì)沉積物所覆蓋(圖2)。其中,黑孜葦鄉(xiāng)農(nóng)耕地位于沖洪積扇扇緣地帶。

圖2 新疆烏恰幅地形地貌特征Fig.2 Topographic features of Wuqia in Xinjiang

(3)植被。研究區(qū)氣候干旱,生態(tài)環(huán)境極其脆弱,自然植被蓋度較低。常見植物物種主要有高山絹蒿、針茅、梭梭、麻黃草、黑枸杞、沙棘、鹽生假木賊、紅柳、琵琶柴和鹽生草等。人工植被主要為農(nóng)田和防護(hù)林,種植有苜蓿、小麥、玉米、青稞等農(nóng)作物。

(4)水文特征。山地主要為水源匯集區(qū),發(fā)育樹枝狀的山區(qū)季節(jié)性河流,出山口后在沖洪積扇上分叉,呈散流狀消失。區(qū)內(nèi)河流以康蘇河為主,康蘇河河口以上集水面積673 km2,河長(zhǎng)63.1 km,平均年徑流量3 488萬m3。因農(nóng)墾引水,下游流水明顯減少。

(5)水文地質(zhì)概況。烏恰幅范圍內(nèi)北側(cè)高山雪山融水-降水為河流補(bǔ)給源區(qū),康蘇河、季節(jié)性河流、泉等為徑流排泄區(qū)。根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件、地下水空間特征、水化學(xué)特征及地下水補(bǔ)徑排狀況,結(jié)合巖層滲透性、含水介質(zhì)類型等,將本區(qū)水文地質(zhì)單元可分為第四系松散巖類孔隙水單元、侏羅系-白堊系碎屑巖類裂隙孔隙層間水單元、泥盆系基巖裂隙水單元。

(6)主要礦產(chǎn)開發(fā)狀況。在烏恰幅內(nèi),主要有銅礦、鉛鋅礦、鐵礦、鍶礦、石油天然氣、煤礦和石膏等礦產(chǎn),大多數(shù)礦床(點(diǎn))都有個(gè)體業(yè)主開采利用。其中,烏拉根砂礫巖鉛鋅礦帶上產(chǎn)出有烏拉根大型鉛鋅礦(鉛鋅資源量為594萬t)。煤礦主要分布在康蘇鎮(zhèn)附近,目前均已關(guān)閉。

(7)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。2018年, 烏恰縣實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值33.16億元，增長(zhǎng)7.2%。其中，第一產(chǎn)業(yè)1.03億元，增長(zhǎng)3.5%；第二產(chǎn)業(yè)20.51億元，增長(zhǎng)5.9%; 第三產(chǎn)業(yè)11.62億元，增長(zhǎng)8.8%[18]。

2 烏恰幅土地利用現(xiàn)狀

按照《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)規(guī)定的土地利用類型和含義, 將新疆烏恰幅內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀劃分為水域及水利設(shè)施用地(1.22%)、 草地(77.11%)、 耕地(2.63%)、 園地(0.04%)、 林地(0.12%)、 住宅用地(0.99%)、 工礦倉儲(chǔ)用地(6.84%)、 交通運(yùn)輸用地(0.22%)、 其他土地(10.81%)等9個(gè)一級(jí)類型，以及冰川及永久積雪、 河流水面、 水庫水面、 水工建筑用地、 天然牧草地1(蓋度>50%)、 天然牧草地2(蓋度20%～50%)、 天然牧草地3(蓋度5%～20%)、人工牧草地、水澆地、果園、其他林地、城鎮(zhèn)住宅用地、農(nóng)村宅基地、采礦用地、工業(yè)用地、公路用地、鹽堿地、裸巖石礫地18個(gè)二級(jí)類型(圖3，表2)。

表2 新疆烏恰幅土地利用現(xiàn)狀類型Table 2 Type of land use status of Wuqia

圖3 新疆烏恰幅土地利用現(xiàn)狀Fig.3 Land use status of Wuqia1—冰川及永久積雪；2—河流水面；3—水庫水面；4—水工建筑用地；5—天然牧草地1；6—天然牧草地2；7—天然牧草地3；8—人工牧草地；9—水澆地；10—果園；11—其他林地；12—城鎮(zhèn)住宅用地；13—農(nóng)村宅基地；14—采礦用地；15—工業(yè)用地；16—公路用地；17—鹽堿地；18—裸巖石礫地

3 土壤類型、特征及分布規(guī)律

3.1 土壤分布規(guī)律

本文研究的土壤分類主要以系統(tǒng)分類學(xué)原則為主[7-8],即土壤與其環(huán)境相統(tǒng)一,按照地形地貌、土壤形成機(jī)制、粒度大小等對(duì)研究區(qū)的土壤進(jìn)行劃分。結(jié)果顯示,本區(qū)土壤具有一定的垂向分帶特征(圖4),其中,高山帶以雛形土為主,中山帶以雛形土、干旱土、 新成土為主, 沖積扇區(qū)以干旱土、新成土、鹽成土為主,局部出露有潛育土、均腐土、人為土等,河流及其階地以新成土和干旱土為主(圖5)。

圖4 烏恰幅地形與土壤類型分布關(guān)系Fig.4 Topography and soil type distributions of Wuqia

圖5 烏恰幅地形與土壤類型分布關(guān)系Fig.5 Typical soil profiles of Wuqia1—灌淤旱耕人為土(黑孜葦鄉(xiāng)); 2—擾動(dòng)人為新成土(康蘇煤礦); 3—鈣積正常干旱土(沖積扇區(qū)); 4—干旱砂質(zhì)新成土(沖洪積扇區(qū)); 5—石質(zhì)濕潤(rùn)新成土(河流區(qū)域)

3.2 不同地區(qū)的土壤類型及特征

(1)山地區(qū)。隨海拔高度的不同,氣候急劇變化,出現(xiàn)類似從極地到溫帶的不同自然景觀土壤帶[9](表3), 依次為高山帶的永久冰雪帶(海拔>3 700 m)、 草氈寒凍雛形土(>3 500 m), 中山帶的簡(jiǎn)育寒凍雛形土(2 700～3 100 m), 山地草原帶的鈣積干潤(rùn)雛形土(2 500～2 700 m), 山地半荒漠帶和荒漠帶的鈣積正常干旱土、 干旱正常新成土(2 200～2 500 m)。受降水、雪山融水和泉水的影響,在山間洼地或沖溝邊主要分布鈣積干潤(rùn)均腐土,形成條帶狀的山地草原帶,現(xiàn)有小面積已被開墾,主要為人工牧草地。

表3 新疆部分土壤垂直帶譜對(duì)比Table 3 Comparison of vertical soil spectrum of some soils in Xinjiang 海拔/m

(2)山前沖洪積扇區(qū)。在西南天山造山帶抬升作用下,本區(qū)形成由北向南的山前沖洪積扇區(qū),主要分布于吐伊高速公路南北兩側(cè),可劃分為扇根、扇中、扇緣。其地面坡度為沖洪積扇扇根>5%,扇中約2%～5%,扇緣約為0.8%～2%。在沖洪積扇扇根和扇中部位,主要分布鈣積正常干旱土和干旱砂質(zhì)新成土,土質(zhì)較薄,厚度<50 mm。 在沖洪積扇扇緣部位, 分布干旱砂質(zhì)新成土和灌淤旱耕人為土。 在扇緣部位, 多年灌溉水中帶來的泥沙在耕地中沉積, 形成淤積層厚度達(dá)30～80 cm的灌淤層。 另外, 由于地下水位逐漸上升, 達(dá)到3～5 m, 出現(xiàn)小面積條帶狀的干旱正常鹽成土, 局部位置出露灌淤干潤(rùn)雛形土(圖4)。

(3)河流階地區(qū)。 沖洪積物組成的山前沖積扇, 因河流下切及地形抬升, 形成了河流階地, 主要分布在康蘇河兩岸, 其河間高地由于河流下切, 在寬廣的河間高地分布了干旱砂質(zhì)新成土+鈣積正常干旱土+石質(zhì)濕潤(rùn)新成土的土壤組合。 其地下水位多在5～8 m以下, 地面坡度約為2%～5%。 土壤上層呈多孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu),腐殖質(zhì)含量約0.6%～1%,下接粘化層。在60 cm以下鹽分增加,有石膏積聚現(xiàn)象,有的鹽分含量可達(dá)1%左右。

4 討 論

4.1 山前沖積扇成土特征

在研究區(qū)內(nèi),廣泛發(fā)育山前沖積扇,主要由多個(gè)沖積扇形成(約8 086 hm2), 土壤礫質(zhì)性較強(qiáng),礫石含量較高(25%～50%), 且沖積扇的坡度較大(>5°),說明本區(qū)山地抬升強(qiáng),且屬于多次間歇性抬升,造成了沖積扇的多次重疊。近山處高差最大,向北漸減,最后變?yōu)檩^大范圍的沖洪積扇,形成鈣積正常干旱土和干旱正常新成土。本區(qū)地層中富含泥巖、砂巖,成土作用良好,對(duì)中高山區(qū)草原土壤的貢獻(xiàn)較大。在圖幅北側(cè)海拔3 500 m以上分布1.87 km2的積雪區(qū),山坡上有大量徑流補(bǔ)給河水,地下水有著明顯的分布規(guī)律。在沖洪積扇扇根區(qū),地表水逐漸下滲,在沖洪積扇中部達(dá)到最深,約>50 m,扇緣帶地下水位逐漸上升,沿?cái)嗔褞б匀男问匠雎?。另?區(qū)內(nèi)氣候干旱,蒸發(fā)量大,且本區(qū)農(nóng)業(yè)用水主要為引水渠灌溉,造成了次生鹽漬化現(xiàn)象,如在黑孜葦鄉(xiāng)耕地南側(cè)低洼地帶,形成了條帶狀分布的干旱正常鹽成土。

4.2 荒漠綠洲土壤特征

在康蘇河至黑孜葦鄉(xiāng)的引水渠附近,局部滲漏形成以牧草地和人工林地為主的綠洲土壤，呈斑狀分布。綠洲土壤一般為排水良好、含水率較高的砂壤。土壤的含水量和pH值是影響本區(qū)荒漠綠洲形成的重要因素,具有荒漠綠洲典型的土壤-植被體系[12]。在康蘇鎮(zhèn)東側(cè)綠洲土壤的含水量為4.76%～6.41%,pH值為7.85～8.24。植被種類為沙棘、紅柳、鹽生草等,蓋度約25%～80%。土壤水分主要依靠引水渠滲水補(bǔ)充,其源頭為康蘇河,河水的pH值為8.02～8.34,水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型,屬于弱堿性水。由于本區(qū)的蒸降比高,地表水分蒸發(fā)強(qiáng)烈,鹽分在地表匯集,造成土壤鹽漬化。因此,荒漠綠洲的保護(hù)和發(fā)展,需要考慮人工干預(yù)與自然恢復(fù)相結(jié)合來進(jìn)行。

4.3 工礦區(qū)土壤及礦山生態(tài)環(huán)境

礦區(qū)是由資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng),工礦區(qū)土壤是在自然因素的風(fēng)化作用和人為因素的促進(jìn)下形成,礦業(yè)活動(dòng)對(duì)當(dāng)?shù)赝寥涝斐刹煌潭葥p害,生態(tài)環(huán)境修復(fù)多采用客土方式進(jìn)行植被種植[18]。

(1)金屬礦區(qū)。本區(qū)金屬礦區(qū)以鉛鋅礦區(qū)和天青石礦區(qū)為主,土壤類型主要為含鉛-鋅-鍶的碎屑巖系。在長(zhǎng)期風(fēng)化成土作用下,鉛鋅硫化物、天青石和其他少量硫化物等礦物在土壤中形成黃鉀鐵礬化-高嶺石化-含鍶鹽類等酸性次生礦物,增加了碎屑巖類的風(fēng)化成土作用,也給土壤中傳輸了Pb、Zn和Sr等重金屬元素,導(dǎo)致土壤退化。另外,在天青石礦區(qū)擾動(dòng)人為新成土中,鹽生草類植物個(gè)體較大,蓋度較高,生長(zhǎng)勢(shì)態(tài)明顯優(yōu)于其他地區(qū),對(duì)于高鍶類擾動(dòng)人為新成土的生境和生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)效應(yīng),尚需進(jìn)一步研究。

(2)非金屬礦區(qū)。本區(qū)非金屬礦區(qū)以煤礦為主,位于康蘇鎮(zhèn)北側(cè)和東側(cè)以及烏恰縣城北側(cè)。該區(qū)煤系地層主要為高有機(jī)質(zhì)、高鉀、高硫等含煤碎屑巖系,在長(zhǎng)期風(fēng)化成土作用和礦業(yè)活動(dòng)下,形成富營(yíng)養(yǎng)成分的土壤。經(jīng)過多年的煤礦開采活動(dòng),礦區(qū)堆積了大量煤矸石和粉煤灰,降雨后形成的季節(jié)性地表徑流,擴(kuò)大了含煤碎屑物在土壤中的分布范圍,同時(shí),也給土壤中增加了有機(jī)質(zhì)、鉀和硫等營(yíng)養(yǎng)成分,對(duì)于土壤生境具有正向效應(yīng)的改良作用,為植物生長(zhǎng)提供了人工-自然復(fù)合擾動(dòng)因素下的土壤和土壤生境,有利于旱生鹽生植物群落生長(zhǎng)發(fā)育。

5 結(jié) 論

本文對(duì)新疆烏恰幅內(nèi)的土壤進(jìn)行系統(tǒng)分類研究,確定烏恰幅內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀,并對(duì)土壤類型、特征及分布規(guī)律進(jìn)行概述,主要結(jié)論如下:

(1)根據(jù)土壤系統(tǒng)分類學(xué),并與土壤發(fā)生學(xué)相參比,將烏恰幅內(nèi)土壤劃分為14種土類,主要分布于山地區(qū)、山前沖洪積扇區(qū)、河流階地區(qū)和工礦區(qū),且具有明顯的垂直分帶特征。土地利用現(xiàn)狀可劃分為9個(gè)一級(jí)類型和18個(gè)二級(jí)類型,主要以草地為主。

(2)本區(qū)荒漠綠洲的土壤水分補(bǔ)給主要為引水渠和大氣降水,由于干旱區(qū)的蒸降比高,地表水分蒸發(fā)強(qiáng)烈,鹽分在地表匯集,造成地表土壤鹽漬化和pH值較高,形成了以沙棘、紅柳和鹽生草為主的植物群落,為荒漠綠洲典型的土壤-植被體系。

(3)工礦區(qū)土壤類型定義為擾動(dòng)人為新成土。碎屑巖系在風(fēng)化成土作用和人為擾動(dòng)作用下,金屬礦區(qū)土壤受Pb、Zn、Sr等的重金屬污染,導(dǎo)致土壤退化;非金屬礦區(qū)煤系地層中高有機(jī)質(zhì)、鉀和硫等營(yíng)養(yǎng)成分,對(duì)于土壤生境具有正向效應(yīng)的改良作用。