修建防滲渠道對(duì)柴達(dá)木盆地戈壁區(qū)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響

李少華，王學(xué)全，崔向慧，高 琪

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 荒漠化研究所，北京 100091；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，呼和浩特 010019)

修建防滲渠道對(duì)柴達(dá)木盆地戈壁區(qū)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響

李少華1，王學(xué)全1，崔向慧1，高 琪2

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 荒漠化研究所，北京 100091；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，呼和浩特 010019)

為摸清修建防滲渠道對(duì)戈壁區(qū)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，以期能為柴達(dá)木盆地農(nóng)業(yè)綠洲制定可持續(xù)發(fā)展的政策提供依據(jù)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，以大格勒流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)野外取樣和室內(nèi)化驗(yàn)，對(duì)比分析了修建防滲渠道前后的地表河流水質(zhì)、河岸植被及土壤理化性狀。研究結(jié)果表明：①修建防滲渠道對(duì)河流水質(zhì)具有凈化作用，但效果不顯著(P>0.05)；②修建防滲渠道不利于戈壁區(qū)沿河植被繁殖生長(zhǎng)，流域內(nèi)植被平均蓋度降低4.5%，生物量減少330.2 kg/hm2，死亡率增加6.5%；河岸土壤質(zhì)地呈現(xiàn)退化趨勢(shì)(P<0.05)，其中砂粒含量增加8.68%，有機(jī)質(zhì)減少0.53 g/kg?；谝陨涎芯砍晒ㄗh在河流出山口處修建生態(tài)閘，洪水期引洪灌溉河岸植被；布設(shè)生態(tài)水利工程，以實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)環(huán)境與綠洲社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

柴達(dá)木盆地；大格勒流域；防滲渠道；生態(tài)系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展

1 研究背景

柴達(dá)木盆地的河流主要分布在盆地南部，以源區(qū)冰雪融水與山區(qū)降水補(bǔ)給為主，具有數(shù)目多、流程短和年徑流量小的特點(diǎn)[1]。山前戈壁區(qū)氣候干燥，降水少，蒸發(fā)量大，河水經(jīng)蒸發(fā)濃縮，鹽化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在盆地中部河流的尾閭處形成大量鹽湖[2]，如青海著名的察爾汗鹽湖即分布于此。近年來(lái)，柴達(dá)木盆地內(nèi)農(nóng)業(yè)綠洲區(qū)因大面積推廣種植枸杞，社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到迅速發(fā)展[3]。以盆地內(nèi)的大格勒地區(qū)為例，近8 a來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人均年收入增加56%，在2015年種植枸杞面積占到耕地總面積的95.8%，人均年收入超過(guò)5萬(wàn)元，并且衛(wèi)生所、中小學(xué)校及幼兒園等社會(huì)發(fā)展配套設(shè)施均已建好，達(dá)到小康水平[4]。但在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，隨著河流中下游防滲渠道的修建，渠系水利用系數(shù)增加，將大量的水資源用在農(nóng)業(yè)灌溉上，導(dǎo)致水資源在空間分配上出現(xiàn)問(wèn)題。其中在山前戈壁地區(qū)，由于人工渠道滲漏的水量大幅減少，造成河流沿途的灌木死亡，綠洲外圍的天然植被逐漸退化，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著下降，不利于戈壁綠洲的可持續(xù)發(fā)展[5]。

可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展的任務(wù)和最終目標(biāo)，在滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)必須兼顧環(huán)境的要求[6]。水是綠洲生存的主導(dǎo)因子，只有合理利用水資源，才能使區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。大格勒地區(qū)作為柴達(dá)木盆地農(nóng)業(yè)綠洲的典型，生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，一旦破壞就很難恢復(fù)，而且會(huì)引起一系列的惡性循環(huán)，最后可能導(dǎo)致綠洲消失[7]。因此，該區(qū)域水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有矛盾對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系。隨著種植枸杞的面積不斷擴(kuò)大，綠洲內(nèi)農(nóng)田灌溉措施的滯后，使得生產(chǎn)用水、生活用水和生態(tài)用水之間的矛盾日益明顯；并且修建防滲渠道導(dǎo)致天然河流變成了人工渠道，使天然河流生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變?yōu)樯鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)和自然組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，影響了流域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的演替，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全構(gòu)成威脅[8-9]。

柴達(dá)木盆地生態(tài)環(huán)境本身比較脆弱，任何水工程措施都與流域生態(tài)環(huán)境存在密切聯(lián)系，主要包括地表河流水質(zhì)和河岸植被土壤的變化，進(jìn)而促使河流景觀格局發(fā)生極大改變[10]。目前在河道整治工程對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的影響方面，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了較多的研究[11-16]，但多為綜述類(lèi)文章，沒(méi)有對(duì)河流沿岸土壤植被的變化進(jìn)行具體深入研究。鑒于此，本研究以柴達(dá)木盆地內(nèi)的大格勒流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)對(duì)比修建防滲渠道前后的地表河流水質(zhì)、沿岸表層土壤性質(zhì)及植被生長(zhǎng)狀況，探討了修建防滲渠道對(duì)柴達(dá)木盆地河流生態(tài)環(huán)境的影響，以期能促進(jìn)區(qū)域河道整治措施朝著生態(tài)治理方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)柴達(dá)木盆地河流生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)綠洲協(xié)同可持續(xù)發(fā)展。

2 概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地東南部的大格勒流域，屬于察爾汗鹽湖水系；河流源于布爾汗布達(dá)山北麓，由大格勒河與五龍溝組成；地貌類(lèi)型自南向北依次為山區(qū)—戈壁—綠洲—荒漠鹽堿草地—鹽湖[17]。流域多年年均徑流量為0.66×108m3，地理位置在95°23′E—96°12′E，35°56′N(xiāo)—36°34′N(xiāo)之間，海拔高度范圍為2 685～5 180 m；多年年均降水量為68.9 mm，近20 a來(lái)，年均降雨量的變異系數(shù)較??；多年年均蒸發(fā)量為2 430.8 mm，屬于典型的高寒大陸性荒漠氣候，年日照時(shí)數(shù)3 252.4 h，年平均氣溫4.3 ℃，晝夜溫差大，無(wú)霜期151 d，農(nóng)作物生長(zhǎng)季為5—9月份[18]。大格勒河長(zhǎng)約90 km，下游修建人工渠道20 km；五龍溝長(zhǎng)約70 km，下游修建人工渠道25 km，匯入大格勒河。

圖1 研究區(qū)取樣點(diǎn)分布情況Fig.1 Distribution of sampling points in the study area

2.2 研究方法

在結(jié)合2006年定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，于2015年9月上旬，沿五龍溝和大格勒河進(jìn)行水樣、植被和土壤的調(diào)查取樣，并使用GPS記錄取樣位置，取樣點(diǎn)分布情況如圖1所示，其基本概況如表1所示。在距河岸1倍河寬處進(jìn)行植被與土壤調(diào)查取樣，各取樣點(diǎn)處隨機(jī)設(shè)置3個(gè)樣方，用于統(tǒng)計(jì)分析。草本樣方為1 m×1 m，灌木樣方為10 m×10 m，測(cè)量植被蓋度(CD)、地上存活植被生物量(烘干稱(chēng)重)(BS)和統(tǒng)計(jì)死亡率(MR)。在各樣方內(nèi)沿“S型”曲線分別采集0～10 cm層土樣1 kg，用于測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)(SOC)含量和機(jī)械組成，測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)化分析(第三版)》[19]；水樣采集點(diǎn)在河中央距水面0.5倍水深處，并在其前后5 m處共取3組重復(fù)樣品，使用凈化的聚乙烯瓶采集1 L，然后加硫酸酸化至pH值<2，放在4 ℃恒溫箱中保存，用作測(cè)定地表水樣總懸浮泥沙(TSS)、化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)含量，測(cè)定方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)(增補(bǔ)版)》[20]。

表1 大格勒流域各取樣點(diǎn)概況Table 1 Overview of each sampling point in Dagele Basin

2.3 數(shù)據(jù)處理與作圖

本文采用ArcGIS 10.2進(jìn)行研究區(qū)圖形的繪制，所涉及的數(shù)據(jù)使用Excel 2007進(jìn)行初步整理；采用SPSS 19.0軟件中的單因素方差分析程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；使用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重因子間比較。

3 結(jié)果與討論

3.1 修建防滲渠道對(duì)地表河流水質(zhì)的影響

隨著下游綠洲內(nèi)種植枸杞面積不斷擴(kuò)大，農(nóng)田灌溉需水量大幅增加，大格勒鄉(xiāng)政府于2010年9月底在河流中下游修建混凝土梯形明渠45 km，在出山口處將河水直接引到下游綠洲農(nóng)田中。從表2中可以看出，修建防滲渠道后，流入大格勒鄉(xiāng)農(nóng)田前的河水起到凈化的作用，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)均降低，但不顯著(P>0.05)，可能與河水沿途基本不再溶解土體、風(fēng)化殼中易溶鹽和礦物質(zhì)有關(guān)；在流經(jīng)農(nóng)田后(1#取樣點(diǎn))，河流水質(zhì)狀況顯著下降(P<0.05)，可能與枸杞地灌溉余水直接排入河道有關(guān)。通過(guò)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，可知2015年該流域河水能滿足農(nóng)田灌溉要求，但已不能達(dá)到人們生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，河流在流入綠洲前(2#取樣點(diǎn))的水質(zhì)屬于Ⅰ類(lèi)水，河流末端流經(jīng)農(nóng)田后(1#取樣點(diǎn))的水質(zhì)屬于Ⅳ類(lèi)水。

表2 大格勒流域地表河流水質(zhì)狀況Table 2 Water quality of surface rivers in Dagele Basin

注：表中數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，不同大寫(xiě)字母表示不同年份同一樣點(diǎn)之間顯著差異，不同小寫(xiě)字母表示同一年份不同樣點(diǎn)之間顯著差異(P<0.05)。下同。

表4 大格勒流域0～10 cm層土壤理化性狀Table 4 Physical and chemical properties of soils at 0-10 cm layer in Dagele Basin

3.2 修建防滲渠道對(duì)河岸植被的影響

修建防滲渠道對(duì)河流沿岸植被生長(zhǎng)狀況產(chǎn)生顯著不利影響(P<0.05)，流域內(nèi)平均蓋度降低4.5%，生物量減少330.2 kg/hm2，死亡率增加6.5%，如表3所示。

表3 大格勒流域植被生長(zhǎng)狀況Table 3 Vegetation growth condition in Dagele Basin

在2006年時(shí)，大格勒河與五龍溝的天然河道兩側(cè)紅柳沙包分布較廣，植被生長(zhǎng)良好，河岸100 m2范圍內(nèi)生長(zhǎng)8～12棵。河流擺動(dòng)形成的河漫灘，是紅柳主要的生長(zhǎng)地，并且該流域洪水期與紅柳種子成熟期相吻合，7—8月份成熟的紅柳種子隨風(fēng)飄落到河漫灘上，受到洪水漫溢灌溉而萌發(fā)，可以天然更新生長(zhǎng)。然而在戈壁區(qū)修建防滲渠道后，在2015年9月初的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，因洪水漫溢機(jī)率大幅降低，沿河沒(méi)有洪水沖刷已形成的干溝，最終導(dǎo)致河漫灘得不到洪水補(bǔ)給，從而影響紅柳種子萌發(fā)繁殖，使其更新能力減弱。并且紅柳因水分補(bǔ)給不足，開(kāi)始出現(xiàn)大面積退化死亡，導(dǎo)致戈壁地區(qū)(2#，3#，5#取樣點(diǎn))2015年植被的地上生物量顯著低于2006年，并且幼林無(wú)法自然更新，造成過(guò)熟林比例增加，林齡結(jié)構(gòu)趨于退化。在流經(jīng)農(nóng)田后的鹽堿草地處(1#取樣點(diǎn))蓋度雖然增加15.6%，但因主要生長(zhǎng)的植物是鹽爪爪，導(dǎo)致生物量增加不明顯，僅增加7.9%，河流末端的鹽堿草原也呈現(xiàn)出退化趨勢(shì)。

3.3 修建防滲渠道對(duì)沿岸0～10 cm層土壤性狀的影響

河岸表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量及各粒徑級(jí)所占比例如表4所示。參照第二次全國(guó)土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可以看出在修建防滲渠道前，沿岸0～10 cm層土壤有機(jī)質(zhì)含量為中等或以上水平；修建防滲渠道后，山前戈壁區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量為匱乏水平，有機(jī)質(zhì)平均減少0.53 g/kg，僅在流經(jīng)農(nóng)田后的1#取樣點(diǎn)處增加32.7%，其余點(diǎn)平均減少50.8%。將表層土壤粒徑組成參照國(guó)際制土壤質(zhì)地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，可以明顯地看出，黏粒平均減少4.65%，砂粒平均增加8.68%，并且2#—6#取樣點(diǎn)處表層土壤黏粒含量顯著減少，砂粒含量顯著增加(P<0.05)，說(shuō)明山前戈壁地區(qū)河岸表層土壤正朝向砂?；l(fā)展，土壤質(zhì)地整體上由砂質(zhì)壤土向砂土轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)出退化趨勢(shì)。

4 結(jié)論與建議

(1) 在柴達(dá)木盆地河流中下游修建防滲渠道對(duì)河流水質(zhì)具有凈化作用，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)均降低(P>0.05)；但是對(duì)山前戈壁地區(qū)沿河植被繁殖生長(zhǎng)和表層土壤性狀產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響(P<0.05)。

(2) 與2006年植被與土壤的調(diào)查數(shù)據(jù)相比，2015年流域內(nèi)植被平均蓋度降低4.5%，生物量減少330.2 kg/hm2，死亡率增加6.5%；土壤砂粒含量增加8.68%，有機(jī)質(zhì)減少0.53 g/kg。

(3) 建議在出山口處修建生態(tài)閘，采用水渠“新舊兩用，適時(shí)放水”的方式，在洪水期引洪灌溉沿岸植被。修建生態(tài)水利工程，以實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境同步發(fā)展，達(dá)到保證綠洲可持續(xù)發(fā)展的目的。

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(編輯：羅 娟)

Impacts of Anti-seepage Channel Construction on River Ecosystemin Gobi Area of Qaidam Basin

LI Shao-hua1，WANG Xue-quan1，CUI Xiang-hui1，GAO Qi2

(1.Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China;2. College of Grassland, Resources and Environment, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, China)

In order to investigate the impacts of anti-seepage channel construction on the river ecosystem in Gobi area and to provide reference for the sustainable development policy of agricultural oasis in Qaidam Basin, we compared the water quality of surface rivers, the riparian vegetation, and the physical and chemical properties of soil before and after the construction of anti-seepage channels in Dagele watershed through field sampling and laboratory analysis based on socio-economic surveys. Results reveal that 1) constructed anti-seepage channels could purify river water quality, but the effect is insignificant (P>0.05); 2) anti-seepage channels are not conducive to the reproduction and growth of riparian vegetation in Gobi area, with the average coverage ratio decreased by 4.5%, biomass decreased by 330.2 kg/hm2, and vegetation mortality increased by 6.5%; 3) the soil texture displayed a degrading trend (P<0.05), with the sand content increasing by 8.68% and organic substances decreased by 0.53 g/kg. Ecological sluices at the outlet of mountains are recommended for the flood diversion and irrigation in flood season. Ecological water conservancy projects should also be constructed to achieve a sustainable development of eco-environment in the basin.

Qaidam Basin; Dagele river watershed; anti-seepage channels; ecosystem; sustainable development

2016-01-07;

2016-02-24

林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201404304-03)

李少華(1992-)，男，河南濮陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)榛哪鷳B(tài)學(xué)，(電話)15010771613(電子信箱) 2227401357@qq.com。

王學(xué)全(1965-)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，研究員，博士，主要從事干旱區(qū)水文方面的研究，(電話)13520031015(電子信箱)wxq@caf.ac.cn。

10.11988/ckyyb.20160012

2017,34(4):28-32

X321

A

1001-5485(2017)04-0028-05