岱海湖濱緩沖帶鹽堿化特征及功能分區研究

邰 陽

（內蒙古生態環境科學研究院有限公司，內蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

湖濱緩沖帶是在湖泊水位周期性變化過程中形成的水域與陸域生態系統之間的生態交錯帶[1]，具有攔截面源污染，改善水質，提升湖泊生態系統完整性等功能，是湖泊的重要生態屏障。近幾年，隨著氣候變化和人類活動的干擾，湖濱緩沖帶受到嚴重破壞，植被退化、魚類絕跡、鳥類失去棲息地等現象頻發，嚴重阻礙了區域生態可持續發展。特別是在干旱及半干旱區，因降雨量減少，蒸發量增加，內陸湖水位嚴重下降，鹽分在土壤表層匯集，導致緩沖帶土壤鹽堿化日趨嚴重，生物多樣性降低，生態功能受損，水體自凈能力減弱，湖濱帶景觀美學價值降低[2]。因此，亟需開展湖濱緩沖帶土壤現狀調查工作，特別是干旱及半干旱地區湖濱緩沖帶鹽堿化分布特征分析，通過系統性湖濱濕地生態系統現狀分析評價，開展有針對性的湖濱帶恢復措施、制定科學管理體系，為湖濱緩沖帶生態系統恢復提供重要的技術和管理支撐。

在湖泊面源污染逐漸嚴重的背景下，開展湖濱緩沖帶修復與治理，對湖泊生態環境保護至關重要。截止目前，對湖濱緩沖帶修復已經開展了一系列實踐探索[3-5]。2021 年生態環境部印發《河湖生態緩沖帶保護修復技術指南》為河湖緩沖帶修復提供技術指導，但針對鹽堿化湖泊緩沖帶至今尚無有效的治理技術及相應規范。本研究在研究岱海緩沖帶鹽堿化分布特征的基礎上，提出可行的修復方案，對鹽堿化緩沖帶修復起到示范作用。

岱海位于內蒙古烏蘭察布市涼城縣境內（40°30′～40°45′N，112°30′～112°52′E），屬于半干旱區內陸湖，流域面積為2 312.75 km2[2]。該地區屬于典型的溫帶大陸性氣候，多年平均年降水量、增發量分別為395.8 mm、977.2 mm，水源補給以降水補給為主。根據研究顯示，岱海湖面萎縮，距離湖區較近區域，土壤鹽堿化嚴重，植被較少，濕地嚴重退化[3]。本研究主要對岱海湖濱緩沖帶鹽堿化及土壤養分分布特征進行分析，劃定功能區，為岱海湖濱緩沖帶修復提供理論指導，該研究對改善岱海水環境質量、維持區域生態系統穩定具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

受人為活動的影響，岱海湖區被多條國道、省道圍繞，阻隔外圍區域與湖區的水文聯系，因此本研究在路網范圍內開展，于2021 年5 月15 日、9 月12 日分兩次對岱海湖泊濕地進行取樣，在湖泊西北、東、南、西、北，五個方向上根據離湖距離遠近各采五個點，取樣過程中選取具有代表性的區域，用平板鐵鍬挖取土壤，本次采樣點位共計25 個（如圖1 所示）。

圖1 研究區域及采樣點

1.2 測定方法

本次實驗測定的指標包括土壤鈣（Ca2+）、交換性鈉（Na+）、交換性鉀（K+）、鎂（Mg2+）、碳酸根（CO32-）、重碳酸根（HCO3-）、氯（Cl-）濃度（質量分數），土壤有機質（OM）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）、堿解氮（AN）；測定方法參照《土壤農化分析》。

1.3 數據處理

鈉質土壤和非鈉質土壤劃分的兩個重要參數為鈉吸附比（SAR，式中用RSA表達）和堿化度（ESP，式中用PES表達），因干旱地區對于含有大量碳酸鈣和石膏的納質土壤，測定堿化度非常困難，本研究采用公式計算得出，SAR 和ESP 具體計算公式見式（1）、式（2）：

根據李彬等人研究[8]，按照土壤堿化度（ESP）將土壤分為輕度堿化土壤、中度堿化土壤、重度土堿化土壤、堿土；分布區間分別為5%～10%、10%～15%、15%～20%、大于20%。土壤養分分類按照全國第二次土壤普查分級標準進行分類研究[2]。

本研究數據分析采用ArcGIS10.8 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 湖濱緩沖帶土壤離子分布特征

為研究岱海湖濱緩沖帶鹽堿化特征，對土壤鹽離子分布特征進行分析，結果顯示，土壤表層陽離子中Na+含量（質量分數）最高，處于0.42～15.04 g/kg 之間，變異系數為2.27，整體上北部最高，西部最低，在東、西、南方向上靠近湖區方向均有變高的趨勢。岱海是典型的NaCl 水體，近湖區Na+含量明顯高于遠湖區[2]。根據劉德福研究顯示，Na+的增加會降低土壤的導水性和滲透性，影響作物根系發育，是形成鹽堿土的關鍵因素。因此，北部鹽堿化程度明顯高于西部。土壤表層K+含量最低，處于0.036～0.059 g/kg 之間，變異系數為0.76，整體上西部最高，東部最低；土壤表層Mg2+、Ca2+含量相對較低，分別處于0.08～2.14 g/kg、0.08～0.26 g/kg 之間，變異系數分別為2.7、0.14，其中Mg2+整體上東北方含量最高，Ca2+西部最高，東部最低（見圖2）。

圖2 岱海湖濱緩沖帶土壤鹽離子分布插值圖

該研究區域Na+、Mg2+的分布特征相似均為北高西低，且變異系數均較大；Ca2+、K+分布特征相似均為西高東低，且變異系數均較小。造成該現象的主要原因是西側區域以耕地為主，作物對離子的吸收量較大，同時因為耕地灌溉的原因，導致Na+、Mg2+向東側移動；東側區域以草地為主，主要植物為耐鹽堿植物生長，吸收離子較農作物少，且蒸發量大，反鹽現象嚴重，北側受路網影響，草地面積較小，導致Na+、Mg2+等陽離子含量均高，這與竇旭等人的研究一致。

土壤表層陰離子中Cl-含量（質量分數）最高，處于0.42～15.04 g/kg 之間，變異系數為2.4，整體上北部最高，西部最低，Cl-分布特征與Na+基本一致；土壤表層CO32-含量最低，處于0.00～0.034 g/kg 之間，變異系數為0.15，整體上東部最高，西部最低；研究區土壤表層HCO3-相對較低，處于0.40～0.60 g/kg 之間，變異系數為0.91，整體上東南部最高，北部最低（見圖2），造成東南側草地區域HCO3-含量較高的主要原因是植物根部和根際微生物作用，將有機碳轉化為CO2[2-4]。

已有研究顯示，變異系數可以反映研究區域樣點的變異程度[5]。因此該研究區域土壤表層離子變異程度為Mg2+＞Cl-＞Na+＞HCO3-＞K+＞CO32-＞Ca2+，整體而言，研究區域土壤表層CO32-、Ca2+含量差異較小，說明CO32-、Ca2+受外界影響較小，空間分布差異相對不明顯。

2.2 湖濱緩沖帶土壤養分分布特征

岱海湖濱帶表層土壤堿解氮含量（質量分數）在72.08～125.68 mg/kg 之間，分級屬于較缺至較豐富之間，變異系數為0.75，整體上西北區域最高，東南方向除電廠區外堿解氮整體較低，電廠區出現高值是由于電廠排水渠營養物質的滯留引起的。土壤有效磷含量在61.83～162.74 mg/kg 之間，分級屬于豐富，變異系數為0.94，整體上同樣符合西北區域最高，在83.55～162.74 mg/kg 之間，最低值出現在湖濱帶南部區域，有效磷整體較低，在61.83～85.20 mg/kg 之間。土壤速效鉀含量在154.08～391.08 mg/kg 之間，分級屬于較豐富與豐富之間，變異系數為0.86，整體上來看西部區域最高，在240.05～391.03 mg/kg 之間，在東部區域和南部區域除電廠區速效鉀較低，在154.04～274.00 mg/kg之間，分級屬于較豐富與豐富之間。土壤有機質含量在9.08～23.58 g/kg 之間，分級屬于較缺至中等之間，變異系數為0.56，整體上分布與速效鉀分布相一致，在西部區域最高，在東方向和南方向較低（見圖3）。

圖3 岱海湖濱緩沖帶土壤養分分布特征

根據竇旭等人研究顯示，Na+對土壤養分的影響最大，且與速效鉀、有機質、有效磷呈負相關，與本研究結果相吻合，速效鉀、有機質、有效磷分布特征與Na+分布特征正好相反。因此，為提高湖濱帶土壤肥力，需降低土壤中Na+含量。

變異系數可以反映研究區域樣點的變異程度，因此研究區域表層土壤各養分含量變異程度為有效磷＞速效鉀＞堿解氮＞有機質。有效磷、速效鉀、堿解氮、有機質變異系數介于0.5～1.0 之間，表明空間分布差異相對明顯。

2.3 湖濱緩沖帶的功能區劃

岱海湖濱帶鹽漬化程度嚴重，不僅影響農業生產，還會使湖濱帶緩沖性能下降，造成持續性的環境惡化。為了解湖濱緩沖帶土壤不同區域鹽堿化程度，采用ESP 對湖濱緩沖帶進行分區。

本研究湖濱緩沖帶功能區劃分的目的是為湖濱緩沖帶修復提供理論依據，因此本次功能區劃分范圍為扣除耕地面積后的研究區域。通過核算岱海湖濱緩沖帶堿化度（ESP）將研究區域劃分為輕鹽區、中鹽區及重鹽區。岱海湖濱緩沖帶西部、西南部ESP 在20%～50.78%，劃分該區域為重鹽區，面積為45.18 km2；南部ESP 在15%～20%之間，劃分為中鹽區，面積為25.02 km2；西北和東部ESP 在0%～15%，劃分為輕鹽區，面積為28.86 km2（見圖4）。

圖4 岱海湖濱帶ESP 分布及功能分區圖

2.4 湖濱緩沖帶分區修復

目前國內外較常用的土壤鹽堿化修復技術包括水利改良、農業措施、生物技術、化學技術等，生物技術以其成本較低，次生風險較少等優勢被廣泛采用[3]。根據岱海湖濱緩沖帶土壤含鹽情況、土壤養分情況調查結果，該區域湖濱緩沖帶修復采用以鹽分控制、土壤改良為目標的低蒸騰噬鹽植被為主的修復技術。

岱海湖濱帶現有植被群落中聚鹽能力較強的植物群落為堿蓬群落[5]，為逐步恢復湖濱帶生態功能，移除湖濱鹽分，建議在重鹽區、中鹽區加大堿蓬群落種植面積，并在秋冬季（9 月—次年3 月）實施刈割；在輕鹽區，針對現有的蘆葦群落秋冬季實施刈割，移除該區域鹽分。岱海湖濱帶現有鹽生植物檉柳無法在體內積鹽，且收割會影響其生長，建議移除，待湖濱帶土壤鹽分降低后，根據生態及景觀需求種植相應的植物。

3 結論

1）岱海湖濱緩沖帶表層土壤鹽分離子分布呈現明顯的區域差異，優勢離子為Na+、Cl-，分布特征均為北部含量高西部含量低。K+離子含量最低，CO32-、Ca2+受外界影響較小，空間分布差異相對不明顯。

2）湖濱緩沖帶表層土壤堿解氮屬于較缺至較豐富，其中西北區域、東南區域較缺；研究區域內有效磷含量豐富，西北區域最高，最低值出現在湖濱帶南方向；速效鉀分級屬于較豐富與豐富之間，西部區域最高，在東部區域和南部區域除電廠區速效鉀較低；土壤有機質分級屬于較缺至中等之間，整體上分布與速效鉀分布相一致，在西部區域最高，在東方向和南方向較低。表層土壤各養分含量變異程度為有效磷＞速效鉀＞堿解氮＞有機質。有效磷、速效鉀、堿解氮、有機質空間分布差異相對明顯。

3）岱海湖濱緩沖帶按照鹽堿化程度劃分為輕鹽區、中鹽區及重鹽區，面積分別為45.18、25.02、28.86 km2。為逐步恢復湖濱帶生態功能，建議在重鹽區、中鹽區加大堿蓬群落種植面積，并在秋冬季（9 月—次年3 月）實施刈割；在輕鹽區，針對現有的蘆葦群落秋冬季實施刈割。