新疆乌恰幅土地利用现状、土壤类型与生态环境资源关系

鲁 佳,方维萱,王 磊,刘增仁,郝贵宝

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院,昆明 650093;2.有色金属矿产地质调查中心,北京 100012;3.北京建工环境工程咨询有限责任公司,北京 100015)

干旱气候下生态系统与土壤盐渍化、土地利用关系是目前关注和研究热点[1-6]。新疆乌恰县地处干旱大陆性气候区,根据《中国土壤系统分类检索》[7],乌恰县地区土壤的土纲为干旱土、雏形土、盐成土、新成土、人为土等,与土壤发生学分类中灰漠土、灰棕漠土、盐土、碱土、粗骨土、灌淤土等[8-11]相参比。由于地形地貌、气候、水文、植被的变化,以及人类活动的差异,而出现垂直地带性土壤、隐域性土壤及灌溉耕作土壤等,大大丰富了该地区的土壤类型。同时,新疆乌恰地区是我国重要的生态屏障区,其南部的帕米尔高原和北部的西南天山不但是我国重要水源涵养源区,也是内陆地区重要的“水塔”。该区中低山区为防风固沙林区,荒漠绿洲孕育了数千年我国西域文明和保障了人类的发展[12-14],但却面临一些新问题,多数植被呈现剧烈退化现象,水储量减少、湖泊面积萎缩和地表土壤水下降,土壤盐渍化和土壤重金属污染逐渐加剧[15-17]。

乌恰幅位于乌恰县西部、康苏镇之间,拥有丰富的林草资源、土地资源和矿产资源,生态具有较强的多样性。同时,乌恰县现今也是我国边境国际通商口岸,成为一带一路建设重点城市区[14]。因此,对乌恰县区域土地利用现状和土地资源进行调查评价,为西北干旱地区生态文明建设和区域经济发展,具有积极推进意义。本文就乌恰幅中土地资源利用现状、土壤类型及其分布规律加以概述,探讨干旱气候条件下土壤类型与生态环境资源关系。

1 乌恰幅土地土壤调查方法和生态环境资源特征

1.1 调查评价方法

本次调查评价在遥感解译和实地调查的基础上进行地形地貌的划分, 结合2017年《克孜勒苏统计年鉴》、 《乌恰县志》、 土地利用和区内植被类型等资料综合对比研究, 通过路线调查进行土地利用现状划分。 以土壤系统分类学[7-8]为指导, 对新疆乌恰幅内(E 75°00′—75°15′, N 39°40′—39°50′)(图1)土壤进行土壤类型和分布规律的研究。

图1 工作区交通位置示意图Fig.1 Traffic location map of study area1—国界;2—地区界线;3—重要城市;4—县镇及道路;5—河流;6—乌恰幅位置

1.2 土壤类型划分与参比体系

土壤发生分类在我国土壤科学发展和生产实践的应用方面起了重要作用[7-8],同时存在一定的局限性[9]。根据文献[7]，对新疆乌恰幅土壤类型进行划分，如表1所示。

表1 新疆乌恰幅土壤类型划分Table 1 Soil type allocation of Wuqia in Xinjiang

1.3 生态环境资源特征

(1)自然地理特征。 研究区地处中温带干旱荒漠气候区, 气候干燥,降水稀少。 多年平均气温为7.5 ℃, 极高气温34.8 ℃, 极低气温-29.9 ℃; 多年平均年降水量178.6 mm, 多年平均年蒸发量为1 599.7 mm。 该地气候由南向北有着明显的变化规律， 随着海拔高度的增加而气温降低, 本区在海拔3 700 m以上保留了永久积雪带。

(2)地形地貌特征。本区主体为中高山区,一般海拔在2 038～3 934 m,相对高差达800～1 200 m,部分地段可达1 800 m。地势呈北高南低,形成由北向南的冲洪积扇区。自北向南可分为3 500 m以上的高山带,2 500～3 500 m的中高山带,2 038～2 345 m的冲洪积扇。从高山到冲积扇区,依次有古生代、中生代、新生代的各种地层出露,在广大的冲洪积扇区,则为第四纪沉积物所覆盖(图2)。其中,黑孜苇乡农耕地位于冲洪积扇扇缘地带。

图2 新疆乌恰幅地形地貌特征Fig.2 Topographic features of Wuqia in Xinjiang

(3)植被。研究区气候干旱,生态环境极其脆弱,自然植被盖度较低。常见植物物种主要有高山绢蒿、针茅、梭梭、麻黄草、黑枸杞、沙棘、盐生假木贼、红柳、琵琶柴和盐生草等。人工植被主要为农田和防护林,种植有苜蓿、小麦、玉米、青稞等农作物。

(4)水文特征。山地主要为水源汇集区,发育树枝状的山区季节性河流,出山口后在冲洪积扇上分叉,呈散流状消失。区内河流以康苏河为主,康苏河河口以上集水面积673 km2,河长63.1 km,平均年径流量3 488万m3。因农垦引水,下游流水明显减少。

(5)水文地质概况。乌恰幅范围内北侧高山雪山融水-降水为河流补给源区,康苏河、季节性河流、泉等为径流排泄区。根据区内水文地质条件、地下水空间特征、水化学特征及地下水补径排状况,结合岩层渗透性、含水介质类型等,将本区水文地质单元可分为第四系松散岩类孔隙水单元、侏罗系-白垩系碎屑岩类裂隙孔隙层间水单元、泥盆系基岩裂隙水单元。

(6)主要矿产开发状况。在乌恰幅内,主要有铜矿、铅锌矿、铁矿、锶矿、石油天然气、煤矿和石膏等矿产,大多数矿床(点)都有个体业主开采利用。其中,乌拉根砂砾岩铅锌矿带上产出有乌拉根大型铅锌矿(铅锌资源量为594万t)。煤矿主要分布在康苏镇附近,目前均已关闭。

(7)人类经济活动。2018年, 乌恰县实现生产总值33.16亿元，增长7.2%。其中，第一产业1.03亿元，增长3.5%；第二产业20.51亿元，增长5.9%; 第三产业11.62亿元，增长8.8%[18]。

2 乌恰幅土地利用现状

按照《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)规定的土地利用类型和含义, 将新疆乌恰幅内的土地利用现状划分为水域及水利设施用地(1.22%)、 草地(77.11%)、 耕地(2.63%)、 园地(0.04%)、 林地(0.12%)、 住宅用地(0.99%)、 工矿仓储用地(6.84%)、 交通运输用地(0.22%)、 其他土地(10.81%)等9个一级类型，以及冰川及永久积雪、 河流水面、 水库水面、 水工建筑用地、 天然牧草地1(盖度>50%)、 天然牧草地2(盖度20%～50%)、 天然牧草地3(盖度5%～20%)、人工牧草地、水浇地、果园、其他林地、城镇住宅用地、农村宅基地、采矿用地、工业用地、公路用地、盐碱地、裸岩石砾地18个二级类型(图3，表2)。

表2 新疆乌恰幅土地利用现状类型Table 2 Type of land use status of Wuqia

图3 新疆乌恰幅土地利用现状Fig.3 Land use status of Wuqia1—冰川及永久积雪；2—河流水面；3—水库水面；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—水浇地；10—果园；11—其他林地；12—城镇住宅用地；13—农村宅基地；14—采矿用地；15—工业用地；16—公路用地；17—盐碱地；18—裸岩石砾地

3 土壤类型、特征及分布规律

3.1 土壤分布规律

本文研究的土壤分类主要以系统分类学原则为主[7-8],即土壤与其环境相统一,按照地形地貌、土壤形成机制、粒度大小等对研究区的土壤进行划分。结果显示,本区土壤具有一定的垂向分带特征(图4),其中,高山带以雏形土为主,中山带以雏形土、干旱土、 新成土为主, 冲积扇区以干旱土、新成土、盐成土为主,局部出露有潜育土、均腐土、人为土等,河流及其阶地以新成土和干旱土为主(图5)。

图4 乌恰幅地形与土壤类型分布关系Fig.4 Topography and soil type distributions of Wuqia

图5 乌恰幅地形与土壤类型分布关系Fig.5 Typical soil profiles of Wuqia1—灌淤旱耕人为土(黑孜苇乡); 2—扰动人为新成土(康苏煤矿); 3—钙积正常干旱土(冲积扇区); 4—干旱砂质新成土(冲洪积扇区); 5—石质湿润新成土(河流区域)

3.2 不同地区的土壤类型及特征

(1)山地区。随海拔高度的不同,气候急剧变化,出现类似从极地到温带的不同自然景观土壤带[9](表3), 依次为高山带的永久冰雪带(海拔>3 700 m)、 草毡寒冻雏形土(>3 500 m), 中山带的简育寒冻雏形土(2 700～3 100 m), 山地草原带的钙积干润雏形土(2 500～2 700 m), 山地半荒漠带和荒漠带的钙积正常干旱土、 干旱正常新成土(2 200～2 500 m)。受降水、雪山融水和泉水的影响,在山间洼地或冲沟边主要分布钙积干润均腐土,形成条带状的山地草原带,现有小面积已被开垦,主要为人工牧草地。

表3 新疆部分土壤垂直带谱对比Table 3 Comparison of vertical soil spectrum of some soils in Xinjiang 海拔/m

(2)山前冲洪积扇区。在西南天山造山带抬升作用下,本区形成由北向南的山前冲洪积扇区,主要分布于吐伊高速公路南北两侧,可划分为扇根、扇中、扇缘。其地面坡度为冲洪积扇扇根>5%,扇中约2%～5%,扇缘约为0.8%～2%。在冲洪积扇扇根和扇中部位,主要分布钙积正常干旱土和干旱砂质新成土,土质较薄,厚度<50 mm。 在冲洪积扇扇缘部位, 分布干旱砂质新成土和灌淤旱耕人为土。 在扇缘部位, 多年灌溉水中带来的泥沙在耕地中沉积, 形成淤积层厚度达30～80 cm的灌淤层。 另外, 由于地下水位逐渐上升, 达到3～5 m, 出现小面积条带状的干旱正常盐成土, 局部位置出露灌淤干润雏形土(图4)。

(3)河流阶地区。 冲洪积物组成的山前冲积扇, 因河流下切及地形抬升, 形成了河流阶地, 主要分布在康苏河两岸, 其河间高地由于河流下切, 在宽广的河间高地分布了干旱砂质新成土+钙积正常干旱土+石质湿润新成土的土壤组合。 其地下水位多在5～8 m以下, 地面坡度约为2%～5%。 土壤上层呈多孔隙的蜂窝状结构,腐殖质含量约0.6%～1%,下接粘化层。在60 cm以下盐分增加,有石膏积聚现象,有的盐分含量可达1%左右。

4 讨 论

4.1 山前冲积扇成土特征

在研究区内,广泛发育山前冲积扇,主要由多个冲积扇形成(约8 086 hm2), 土壤砾质性较强,砾石含量较高(25%～50%), 且冲积扇的坡度较大(>5°),说明本区山地抬升强,且属于多次间歇性抬升,造成了冲积扇的多次重叠。近山处高差最大,向北渐减,最后变为较大范围的冲洪积扇,形成钙积正常干旱土和干旱正常新成土。本区地层中富含泥岩、砂岩,成土作用良好,对中高山区草原土壤的贡献较大。在图幅北侧海拔3 500 m以上分布1.87 km2的积雪区,山坡上有大量径流补给河水,地下水有着明显的分布规律。在冲洪积扇扇根区,地表水逐渐下渗,在冲洪积扇中部达到最深,约>50 m,扇缘带地下水位逐渐上升,沿断裂带以泉水的形式出露。另外,区内气候干旱,蒸发量大,且本区农业用水主要为引水渠灌溉,造成了次生盐渍化现象,如在黑孜苇乡耕地南侧低洼地带,形成了条带状分布的干旱正常盐成土。

4.2 荒漠绿洲土壤特征

在康苏河至黑孜苇乡的引水渠附近,局部渗漏形成以牧草地和人工林地为主的绿洲土壤，呈斑状分布。绿洲土壤一般为排水良好、含水率较高的砂壤。土壤的含水量和pH值是影响本区荒漠绿洲形成的重要因素,具有荒漠绿洲典型的土壤-植被体系[12]。在康苏镇东侧绿洲土壤的含水量为4.76%～6.41%,pH值为7.85～8.24。植被种类为沙棘、红柳、盐生草等,盖度约25%～80%。土壤水分主要依靠引水渠渗水补充,其源头为康苏河,河水的pH值为8.02～8.34,水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型,属于弱碱性水。由于本区的蒸降比高,地表水分蒸发强烈,盐分在地表汇集,造成土壤盐渍化。因此,荒漠绿洲的保护和发展,需要考虑人工干预与自然恢复相结合来进行。

4.3 工矿区土壤及矿山生态环境

矿区是由资源、环境、经济和社会等子系统构成的复杂生态系统,工矿区土壤是在自然因素的风化作用和人为因素的促进下形成,矿业活动对当地土壤造成不同程度损害,生态环境修复多采用客土方式进行植被种植[18]。

(1)金属矿区。本区金属矿区以铅锌矿区和天青石矿区为主,土壤类型主要为含铅-锌-锶的碎屑岩系。在长期风化成土作用下,铅锌硫化物、天青石和其他少量硫化物等矿物在土壤中形成黄钾铁矾化-高岭石化-含锶盐类等酸性次生矿物,增加了碎屑岩类的风化成土作用,也给土壤中传输了Pb、Zn和Sr等重金属元素,导致土壤退化。另外,在天青石矿区扰动人为新成土中,盐生草类植物个体较大,盖度较高,生长势态明显优于其他地区,对于高锶类扰动人为新成土的生境和生态环境地球化学效应,尚需进一步研究。

(2)非金属矿区。本区非金属矿区以煤矿为主,位于康苏镇北侧和东侧以及乌恰县城北侧。该区煤系地层主要为高有机质、高钾、高硫等含煤碎屑岩系,在长期风化成土作用和矿业活动下,形成富营养成分的土壤。经过多年的煤矿开采活动,矿区堆积了大量煤矸石和粉煤灰,降雨后形成的季节性地表径流,扩大了含煤碎屑物在土壤中的分布范围,同时,也给土壤中增加了有机质、钾和硫等营养成分,对于土壤生境具有正向效应的改良作用,为植物生长提供了人工-自然复合扰动因素下的土壤和土壤生境,有利于旱生盐生植物群落生长发育。

5 结 论

本文对新疆乌恰幅内的土壤进行系统分类研究,确定乌恰幅内的土地利用现状,并对土壤类型、特征及分布规律进行概述,主要结论如下:

(1)根据土壤系统分类学,并与土壤发生学相参比,将乌恰幅内土壤划分为14种土类,主要分布于山地区、山前冲洪积扇区、河流阶地区和工矿区,且具有明显的垂直分带特征。土地利用现状可划分为9个一级类型和18个二级类型,主要以草地为主。

(2)本区荒漠绿洲的土壤水分补给主要为引水渠和大气降水,由于干旱区的蒸降比高,地表水分蒸发强烈,盐分在地表汇集,造成地表土壤盐渍化和pH值较高,形成了以沙棘、红柳和盐生草为主的植物群落,为荒漠绿洲典型的土壤-植被体系。

(3)工矿区土壤类型定义为扰动人为新成土。碎屑岩系在风化成土作用和人为扰动作用下,金属矿区土壤受Pb、Zn、Sr等的重金属污染,导致土壤退化;非金属矿区煤系地层中高有机质、钾和硫等营养成分,对于土壤生境具有正向效应的改良作用。