新疆烏恰幅土地利用現狀、土壤類型與生態環境資源關系

魯 佳,方維萱,王 磊,劉增仁,郝貴寶

(1.昆明理工大學 國土資源工程學院,昆明 650093;2.有色金屬礦產地質調查中心,北京 100012;3.北京建工環境工程咨詢有限責任公司,北京 100015)

干旱氣候下生態系統與土壤鹽漬化、土地利用關系是目前關注和研究熱點[1-6]。新疆烏恰縣地處干旱大陸性氣候區,根據《中國土壤系統分類檢索》[7],烏恰縣地區土壤的土綱為干旱土、雛形土、鹽成土、新成土、人為土等,與土壤發生學分類中灰漠土、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,以及人類活動的差異,而出現垂直地帶性土壤、隱域性土壤及灌溉耕作土壤等,大大豐富了該地區的土壤類型。同時,新疆烏恰地區是我國重要的生態屏障區,其南部的帕米爾高原和北部的西南天山不但是我國重要水源涵養源區,也是內陸地區重要的“水塔”。該區中低山區為防風固沙林區,荒漠綠洲孕育了數千年我國西域文明和保障了人類的發展[12-14],但卻面臨一些新問題,多數植被呈現劇烈退化現象,水儲量減少、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、康蘇鎮之間,擁有豐富的林草資源、土地資源和礦產資源,生態具有較強的多樣性。同時,烏恰縣現今也是我國邊境國際通商口岸,成為一帶一路建設重點城市區[14]。因此,對烏恰縣區域土地利用現狀和土地資源進行調查評價,為西北干旱地區生態文明建設和區域經濟發展,具有積極推進意義。本文就烏恰幅中土地資源利用現狀、土壤類型及其分布規律加以概述,探討干旱氣候條件下土壤類型與生態環境資源關系。

1 烏恰幅土地土壤調查方法和生態環境資源特征

1.1 調查評價方法

本次調查評價在遙感解譯和實地調查的基礎上進行地形地貌的劃分, 結合2017年《克孜勒蘇統計年鑒》、 《烏恰縣志》、 土地利用和區內植被類型等資料綜合對比研究, 通過路線調查進行土地利用現狀劃分。 以土壤系統分類學[7-8]為指導, 對新疆烏恰幅內(E 75°00′—75°15′, N 39°40′—39°50′)(圖1)土壤進行土壤類型和分布規律的研究。

圖1 工作區交通位置示意圖Fig.1 Traffic location map of study area1—國界;2—地區界線;3—重要城市;4—縣鎮及道路;5—河流;6—烏恰幅位置

1.2 土壤類型劃分與參比體系

土壤發生分類在我國土壤科學發展和生產實踐的應用方面起了重要作用[7-8],同時存在一定的局限性[9]。根據文獻[7]，對新疆烏恰幅土壤類型進行劃分，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 生態環境資源特征

(1)自然地理特征。 研究區地處中溫帶干旱荒漠氣候區, 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, 多年平均年蒸發量為1 599.7 mm。 該地氣候由南向北有著明顯的變化規律， 隨著海拔高度的增加而氣溫降低, 本區在海拔3 700 m以上保留了永久積雪帶。

(2)地形地貌特征。本區主體為中高山區,一般海拔在2 038～3 934 m,相對高差達800～1 200 m,部分地段可達1 800 m。地勢呈北高南低,形成由北向南的沖洪積扇區。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。從高山到沖積扇區,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,則為第四紀沉積物所覆蓋(圖2)。其中,黑孜葦鄉農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。研究區氣候干旱,生態環境極其脆弱,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。人工植被主要為農田和防護林,種植有苜蓿、小麥、玉米、青稞等農作物。

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

(5)水文地質概況。烏恰幅范圍內北側高山雪山融水-降水為河流補給源區,康蘇河、季節性河流、泉等為徑流排泄區。根據區內水文地質條件、地下水空間特征、水化學特征及地下水補徑排狀況,結合巖層滲透性、含水介質類型等,將本區水文地質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)主要礦產開發狀況。在烏恰幅內,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,大多數礦床(點)都有個體業主開采利用。其中,烏拉根砂礫巖鉛鋅礦帶上產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附近,目前均已關閉。

(7)人類經濟活動。2018年, 烏恰縣實現生產總值33.16億元，增長7.2%。其中，第一產業1.03億元，增長3.5%；第二產業20.51億元，增長5.9%; 第三產業11.62億元，增長8.8%[18]。

2 烏恰幅土地利用現狀

按照《土地利用現狀分類》(GB/T 21010—2017)規定的土地利用類型和含義, 將新疆烏恰幅內的土地利用現狀劃分為水域及水利設施用地(1.22%)、 草地(77.11%)、 耕地(2.63%)、 園地(0.04%)、 林地(0.12%)、 住宅用地(0.99%)、 工礦倉儲用地(6.84%)、 交通運輸用地(0.22%)、 其他土地(10.81%)等9個一級類型，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、城鎮住宅用地、農村宅基地、采礦用地、工業用地、公路用地、鹽堿地、裸巖石礫地18個二級類型(圖3，表2)。

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

圖3 新疆烏恰幅土地利用現狀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—城鎮住宅用地；13—農村宅基地；14—采礦用地；15—工業用地；16—公路用地；17—鹽堿地；18—裸巖石礫地

3 土壤類型、特征及分布規律

3.1 土壤分布規律

本文研究的土壤分類主要以系統分類學原則為主[7-8],即土壤與其環境相統一,按照地形地貌、土壤形成機制、粒度大小等對研究區的土壤進行劃分。結果顯示,本區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系Fig.5 Typical soil profiles of Wuqia1—灌淤旱耕人為土(黑孜葦鄉); 2—擾動人為新成土(康蘇煤礦); 3—鈣積正常干旱土(沖積扇區); 4—干旱砂質新成土(沖洪積扇區); 5—石質濕潤新成土(河流區域)

3.2 不同地區的土壤類型及特征

(1)山地區。隨海拔高度的不同,氣候急劇變化,出現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), 中山帶的簡育寒凍雛形土(2 700～3 100 m), 山地草原帶的鈣積干潤雛形土(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均腐土,形成條帶狀的山地草原帶,現有小面積已被開墾,主要為人工牧草地。

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

(2)山前沖洪積扇區。在西南天山造山帶抬升作用下,本區形成由北向南的山前沖洪積扇區,主要分布于吐伊高速公路南北兩側,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新成土,土質較薄,厚度<50 mm。 在沖洪積扇扇緣部位, 分布干旱砂質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30～80 cm的灌淤層。 另外, 由于地下水位逐漸上升, 達到3～5 m, 出現小面積條帶狀的干旱正常鹽成土, 局部位置出露灌淤干潤雛形土(圖4)。

(3)河流階地區。 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新成土+鈣積正常干旱土+石質濕潤新成土的土壤組合。 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構,腐殖質含量約0.6%～1%,下接粘化層。在60 cm以下鹽分增加,有石膏積聚現象,有的鹽分含量可達1%左右。

4 討 論

4.1 山前沖積扇成土特征

在研究區內,廣泛發育山前沖積扇,主要由多個沖積扇形成(約8 086 hm2), 土壤礫質性較強,礫石含量較高(25%～50%), 且沖積扇的坡度較大(>5°),說明本區山地抬升強,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,最后變為較大范圍的沖洪積扇,形成鈣積正常干旱土和干旱正常新成土。本區地層中富含泥巖、砂巖,成土作用良好,對中高山區草原土壤的貢獻較大。在圖幅北側海拔3 500 m以上分布1.87 km2的積雪區,山坡上有大量徑流補給河水,地下水有著明顯的分布規律。在沖洪積扇扇根區,地表水逐漸下滲,在沖洪積扇中部達到最深,約>50 m,扇緣帶地下水位逐漸上升,沿斷裂帶以泉水的形式出露。另外,區內氣候干旱,蒸發量大,且本區農業用水主要為引水渠灌溉,造成了次生鹽漬化現象,如在黑孜葦鄉耕地南側低洼地帶,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]。在康蘇鎮東側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充,其源頭為康蘇河,河水的pH值為8.02～8.34,水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型,屬于弱堿性水。由于本區的蒸降比高,地表水分蒸發強烈,鹽分在地表匯集,造成土壤鹽漬化。因此,荒漠綠洲的保護和發展,需要考慮人工干預與自然恢復相結合來進行。

4.3 工礦區土壤及礦山生態環境

礦區是由資源、環境、經濟和社會等子系統構成的復雜生態系統,工礦區土壤是在自然因素的風化作用和人為因素的促進下形成,礦業活動對當地土壤造成不同程度損害,生態環境修復多采用客土方式進行植被種植[18]。

(1)金屬礦區。本區金屬礦區以鉛鋅礦區和天青石礦區為主,土壤類型主要為含鉛-鋅-鍶的碎屑巖系。在長期風化成土作用下,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化成土作用,也給土壤中傳輸了Pb、Zn和Sr等重金屬元素,導致土壤退化。另外,在天青石礦區擾動人為新成土中,鹽生草類植物個體較大,蓋度較高,生長勢態明顯優于其他地區,對于高鍶類擾動人為新成土的生境和生態環境地球化學效應,尚需進一步研究。

(2)非金屬礦區。本區非金屬礦區以煤礦為主,位于康蘇鎮北側和東側以及烏恰縣城北側。該區煤系地層主要為高有機質、高鉀、高硫等含煤碎屑巖系,在長期風化成土作用和礦業活動下,形成富營養成分的土壤。經過多年的煤礦開采活動,礦區堆積了大量煤矸石和粉煤灰,降雨后形成的季節性地表徑流,擴大了含煤碎屑物在土壤中的分布范圍,同時,也給土壤中增加了有機質、鉀和硫等營養成分,對于土壤生境具有正向效應的改良作用,為植物生長提供了人工-自然復合擾動因素下的土壤和土壤生境,有利于旱生鹽生植物群落生長發育。

5 結 論

本文對新疆烏恰幅內的土壤進行系統分類研究,確定烏恰幅內的土地利用現狀,并對土壤類型、特征及分布規律進行概述,主要結論如下:

(1)根據土壤系統分類學,并與土壤發生學相參比,將烏恰幅內土壤劃分為14種土類,主要分布于山地區、山前沖洪積扇區、河流階地區和工礦區,且具有明顯的垂直分帶特征。土地利用現狀可劃分為9個一級類型和18個二級類型,主要以草地為主。

(2)本區荒漠綠洲的土壤水分補給主要為引水渠和大氣降水,由于干旱區的蒸降比高,地表水分蒸發強烈,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)工礦區土壤類型定義為擾動人為新成土。碎屑巖系在風化成土作用和人為擾動作用下,金屬礦區土壤受Pb、Zn、Sr等的重金屬污染,導致土壤退化;非金屬礦區煤系地層中高有機質、鉀和硫等營養成分,對于土壤生境具有正向效應的改良作用。