蒲石河蓄能電站河岸帶土壤性質(zhì)分析

叢培東， 劉孝竹， 馬 紅

(遼東學(xué)院環(huán)境系，遼寧丹東 118003)

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蒲石河蓄能電站河岸帶土壤性質(zhì)分析

叢培東， 劉孝竹， 馬 紅

(遼東學(xué)院環(huán)境系，遼寧丹東 118003)

[目的]研究蓄能電站不同類型河岸帶土壤性質(zhì)的變化規(guī)律。[方法]選取草地、林地、耕地3種用地作為研究對(duì)象，分別在采樣線距水陸交界線1、2、3、4、5、6、7、10、15、20、25、30、35 m處布點(diǎn)。用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、土壤密度、毛管孔隙度等物理性質(zhì)。[結(jié)果]蒲石河蓄能電站河岸草地土壤容重為1.25～1.57 g/cm3，土壤總孔隙度隨著距水距離的增大呈先增加后降低的規(guī)律，距水5 m處為拐點(diǎn)。河岸帶林地田間持水率隨距水距離的增大呈先降低后升高的規(guī)律。林地土壤的總孔隙度、非毛管孔隙度最高。[結(jié)論]河岸帶林地的保水、持水能力最強(qiáng)。該研究為維護(hù)和保持蓄能電站河岸帶的生態(tài)平衡提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

河岸帶；土壤；持水量；蒲石河

河岸帶是河水與陸地交接的地帶，對(duì)污染物、沉積物和洪水具有一定緩沖能力，是維護(hù)陸地和水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要屏障[1-3]。水電開(kāi)發(fā)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響途徑依時(shí)間尺度而異。長(zhǎng)期來(lái)看，水電開(kāi)發(fā)首先改變了河道內(nèi)水域系統(tǒng)的水文、水質(zhì)、泥沙、水生生物等生態(tài)組分結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)水分梯度的漸變將這種影響由河道內(nèi)水域向河岸帶陸域逐漸傳遞，引起河岸帶陸域系統(tǒng)的植被、作物、土壤、聚落等生態(tài)系統(tǒng)組分結(jié)構(gòu)的改變；短期來(lái)看，水電大壩建設(shè)的前期準(zhǔn)備工作可能首先對(duì)河流兩岸的陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，如人口遷移、植被清除、道路修建等[4-5]。水電站的建立對(duì)河流最直接、最基本的影響是改變其水文水力特性[6]。蓄能電站對(duì)河岸帶的直接影響因素表現(xiàn)為水位在日間尺度的漲落。這種水位變化進(jìn)一步改變了水中懸浮物特性、懸浮物的河岸帶沉積特性及河岸帶土壤結(jié)構(gòu)[7]。目前，關(guān)于蓄能電站對(duì)河岸帶影響的研究國(guó)內(nèi)外鮮見(jiàn)報(bào)道。筆者以蒲石河蓄能電站為例，研究該電站河岸帶土壤的理化性質(zhì)，以期為維護(hù)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況蒲石河蓄能電站位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣長(zhǎng)甸鎮(zhèn)，距市區(qū)約60 km，總裝機(jī)容量1 200 MW，共4臺(tái)機(jī)組。蒲石河流域面積約1 212 km2，河流全長(zhǎng)121.8 km。

1.2樣地設(shè)置選取河岸帶草地、林地、耕地作為研究對(duì)象，分別在采樣線距水陸交界線1、2、3、4、5、6、7、10、15、20、25、30、35 m處布點(diǎn)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法用100 cm3環(huán)刀取樣，測(cè)定土壤容重、密度、毛管孔隙度、總孔隙度等[8]。用烘干法測(cè)定土壤毛管中的水分含量[9]。

2　結(jié)果與分析

2.1距水陸交界線不同距離不同土地類型的土壤水分-物理性質(zhì)比較距水陸分界線距離不同、高程不同、植被覆蓋程度不同可以造成水體中懸浮物沉積效果不同，河岸帶土壤也呈現(xiàn)不同的性質(zhì)。不同用地類型也能夠影響土壤結(jié)構(gòu)狀態(tài)。該研究調(diào)查范圍內(nèi)草地土壤松散、有較多的云母風(fēng)化物，部分土壤有砂的流動(dòng)性和土壤聚團(tuán)性的雙重特征。由于各取樣點(diǎn)土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地不同，導(dǎo)致河岸帶土壤的總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度存在較大差異[10]。

由表1可知，距水陸交界線不同距離河岸帶草地的土壤田間持水率為26.62%～55.52%，1～15 m田間持水率有較大變化，從15 m往外迅速降低，在30 m為26.62%；土壤容重為1.25～1.57 g/cm3，除了15 m處的土壤容重僅為1.25 g/cm3外，其余距離的土壤容重均處在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)(1.40～1.80 g/cm3)；土壤總孔隙度隨距離的增加呈先上升后降低的規(guī)律，以5 m處最高，為49.62%，成為變化的拐點(diǎn)。

蒲石河在夏季形成較高的洪水水位，河岸帶植被對(duì)懸浮物沉積起到重要作用，沉積帶最厚處在距水陸交界線5 m處，沉積范圍在距水距離10～60 m。洪水中攜帶的懸浮物在近岸處不同水力條件下產(chǎn)生了沉積的分選效應(yīng)。在草地地塊中平均距水陸交界線15 m外沉積較少，采集樣品中含有洪水前原有粗沙較多，這是造成草地距水陸交界線15 m外土壤田間持水率降低，土壤比重達(dá)到3.10以上(一般土壤為2.60～2.70)的原因。新沉積形成的土壤經(jīng)過(guò)雨水淋溶和生物踩踏較少，沒(méi)有壓縮過(guò)程，由動(dòng)植物殘?bào)w形成的腐殖質(zhì)較少，這些因素造成草地表層土壤毛管孔隙度總體較低，非毛管孔隙度相對(duì)較高。

河岸帶林地土壤田間持水率隨距水距離的增加變化較大。距水陸交界線近的區(qū)域林木稀疏、草地生態(tài)特征明顯，田間持水率較高，隨著距水距離的增加，草本植物數(shù)量急劇減少，喬木數(shù)量增多，田間持水率也呈現(xiàn)先減少后增加的規(guī)律，土壤田間持水率最高達(dá)到71.31%。河岸帶林地土壤容重較低，除了距水30 m處外，其他各點(diǎn)均低于1.10 g/cm3。隨著距水距離的增加，總孔隙度、非毛管孔隙度呈現(xiàn)先減少后增加的規(guī)律[11]。

蒲石河蓄能電站庫(kù)區(qū)原有耕地距水距離遠(yuǎn)，與水面高程較大，受水體影響較小，但土壤中沙粒較多，比重均大于3.00。

表1　距水陸交界線不同距離不同土地類型的土壤性質(zhì)比較

2.2距水陸交界線相同距離不同土地類型的土壤水分-物理性質(zhì)比較由表2可知，在距水陸交界線5 m時(shí)，草地和林地的總孔隙度和毛管孔隙度差異不大，但是其他幾項(xiàng)指標(biāo)的差異明顯；在距水陸交界線10 m時(shí)，土壤田間持水率、容重較距水陸交界線5 m小，草地和林地的土壤比重相差不大，其余指標(biāo)差異明顯；在距水陸交界線25 m時(shí)，林地和田地的各項(xiàng)指標(biāo)差異較大；在距水陸交界線30 m時(shí)，草地、林地和田地的容重變化不大，其余指標(biāo)有較大波動(dòng)。新形成的草地表層土壤大孔徑多，通透性好，黏粒含量少，易于耕作，一般入滲率大，達(dá)到穩(wěn)定入滲的時(shí)間短，但是對(duì)水分和養(yǎng)分的保蓄能力差。距水陸交界線近的區(qū)域林木稀疏、草地生態(tài)特征明顯，毛管孔隙度較小，持水能力差，但土壤通透性較好。

表2　距水陸交界線相同距離不同土地類型的土壤水分-物理性質(zhì)比較

各土地類型中，以林地的土壤田間持水率最大，達(dá)50.92%。田間持水率是緩沖地表水下滲的關(guān)鍵指標(biāo)。不同質(zhì)地的土壤顆粒大小、黏性和孔徑結(jié)構(gòu)不同，持水能力也不同[12]。在土壤各種孔隙中，以非毛管孔隙對(duì)降水水分疏通作用最大。林地土壤的總孔隙度、非毛管孔隙度最大，可以看出河岸帶中林地的保水、持水能力最強(qiáng)。

土壤容重能夠綜合反映土壤結(jié)構(gòu)、通透性等物理性質(zhì)[13-14]。從容重方面考慮，草地與田地土壤的生態(tài)性質(zhì)相似。田地的土壤比重最高，也高于一般土壤比重，這是調(diào)查地塊中含沙較多及常年耕作所致。

2.3不同土地類型不同土層土壤水分-物理性質(zhì)比較距水陸交界線不同、土壤類型不同、植被覆蓋程度不同都可以影響土壤含水率。由表3可知，田地的土壤含水率較低，為5.86%～20.16%，這是由于田地植被較少，土壤水分以各種形式散發(fā)到空氣中，導(dǎo)致土壤含水率較低；草地的含水率較高，為11.32%～21.43%，這是由于植被覆蓋面積大，類型豐富，發(fā)達(dá)的根系具有存水蓄水功能，致使含水率較高；林地土壤含水率隨土層的加深總體呈遞減規(guī)律，這是由于表層土壤有草本植物，保水能力強(qiáng)，隨著深度的增加，草本植物影響減弱，土壤保水能力也隨之變?nèi)鮗15]。田地的土壤含水率呈先升高后降低的趨勢(shì)，大于30 cm深的土壤含水率逐漸降低。草地在距水陸交界線15 m處，土壤含水率逐漸降低，當(dāng)距離為20 m時(shí)，土壤含水率呈增減互現(xiàn)的狀況，在0～40 cm含水率變化較大，為11.32% ～ 21.43% 。

表3不同土地類型不同土層土壤水分-物理性質(zhì)比較

Table 3Comparison of soil moisture-physical properties at different soil depths among different land types

土地類型Landtype距水陸交界線距離Distancefromtheborderlineofwaterandland∥m土層Soillayercm土壤含水率Soilmoisturecontent%林地100～1038.25Forestland10～2033.5520～3038.7330～4028.7440～5027.2550～6014.5460～7022.3670～8021.61田地250～105.86Cultivatedland10～2018.4120～3020.1630～4016.05300～1012.5710～2018.5320～3018.24草地150～1021.22Grassland10～2011.37200～1011.3210～2018.0720～3014.3330～4021.43

河岸帶土壤組成復(fù)雜，縱向各層次土壤中沙石含量不同。在復(fù)雜的水文條件下，植被生長(zhǎng)也受到影響。植被的枯枝落葉受水力條件影響，沉積和腐殖化過(guò)程均難以順利進(jìn)行。在該條件下形成的土壤保水、保肥能力均較差[16]。由于不同年代沉積情況不同，土壤各層保水能力相差也較大。由此導(dǎo)致下層土壤含水量和含水率較小。由此可知，河岸帶土壤含水率與地表植被類型及土壤含水狀況密切相關(guān)。

3　結(jié)論

(1)蒲石河蓄能電站河岸帶結(jié)構(gòu)與功能受頻繁起落的水位影響較大。在距水陸交界線不同距離處河岸帶土壤呈現(xiàn)不同性質(zhì)。河岸帶草地土壤容重為1.25～1.57 g/cm3，土壤總孔隙度隨著距水距離的增大呈先升高后降低的規(guī)律，距水陸交界線5 m處為拐點(diǎn)。林地的田間持水率隨距水距離的增大呈先降低后升高的規(guī)律，林地土壤容重較低，最低為0.68 g/cm3。不同類型的河岸帶土壤性質(zhì)存在差異，其中林地的田間持水率、總孔隙度、非毛管孔隙度高，土壤容重、比重低，而草地、耕地性質(zhì)比較接近。生態(tài)功能上河岸帶林地地位較為特殊。

(2)河岸帶草地的植被類型豐富且覆蓋面積大，保水和蓄水能力比林地低，比田地高，表層土壤含水率為11.32%～21.22%。河岸帶特殊的成土原因?qū)е峦寥辣Ｋ芰Σ睿顚油寥篮士傮w較表層土壤含水率低。

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Soil Properties in Riparian Zone of Storage Power Station in Pushi River

CONG Pei-dong, LIU Xiao-zhu, MA Hong

(Department of Environment, Eastern Liaoning University, Dandong, Liaoning 118003)

[Objective] To find the changing rules of soil properties in riparian zone of storage power station in Pushi River. [Method] Grassland, forest land and cultivated land were selected as the research objects, points were set where the distances between sampling line and the border line of water and land were 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 15, 20, 25, 30 and 35 m. Soil bulk density, soil density and capillary porosity were detected by ring-cutting method. [Result] Soil bulk density of grassland in storage power station of Pushi River was 1.25-1.57 g/cm3. Soil total porosity firstly enhanced and then reduced as the distance from water enhanced. And there was an inflection point when the distance from water was 5 m. As for the forest land in riparian zone, field capacity firstly reduced and then enhanced as the distance from water enhanced. Soil in forest land had the highest total porosity and noncapillary porosity. [Conclusion] Forest land in riparian zone has the strongest water-holding capacity. This research provides basic data for the maintaining of ecological balance of riparian zone of storage power station.

Riparian zone; Soil; Water-holding capacity; Pushi River

叢培東(1972- )，男，遼寧丹東人，講師，從事生態(tài)環(huán)境及修復(fù)研究。

2016-07-22

S 153

A

0517-6611(2016)27-0172-03