岱海湖濱緩沖帶鹽堿化特征及功能分區(qū)研究

邰 陽

（內(nèi)蒙古生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院有限公司，內(nèi)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(tài)系統(tǒng)之間的生態(tài)交錯(cuò)帶[1]，具有攔截面源污染，改善水質(zhì)，提升湖泊生態(tài)系統(tǒng)完整性等功能，是湖泊的重要生態(tài)屏障。近幾年，隨著氣候變化和人類活動(dòng)的干擾，湖濱緩沖帶受到嚴(yán)重破壞，植被退化、魚類絕跡、鳥類失去棲息地等現(xiàn)象頻發(fā)，嚴(yán)重阻礙了區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。特別是在干旱及半干旱區(qū)，因降雨量減少，蒸發(fā)量增加，內(nèi)陸湖水位嚴(yán)重下降，鹽分在土壤表層匯集，導(dǎo)致緩沖帶土壤鹽堿化日趨嚴(yán)重，生物多樣性降低，生態(tài)功能受損，水體自凈能力減弱，湖濱帶景觀美學(xué)價(jià)值降低[2]。因此，亟需開展湖濱緩沖帶土壤現(xiàn)狀調(diào)查工作，特別是干旱及半干旱地區(qū)湖濱緩沖帶鹽堿化分布特征分析，通過系統(tǒng)性湖濱濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析評(píng)價(jià)，開展有針對(duì)性的湖濱帶恢復(fù)措施、制定科學(xué)管理體系，為湖濱緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供重要的技術(shù)和管理支撐。

在湖泊面源污染逐漸嚴(yán)重的背景下，開展湖濱緩沖帶修復(fù)與治理，對(duì)湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。截止目前，對(duì)湖濱緩沖帶修復(fù)已經(jīng)開展了一系列實(shí)踐探索[3-5]。2021 年生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《河湖生態(tài)緩沖帶保護(hù)修復(fù)技術(shù)指南》為河湖緩沖帶修復(fù)提供技術(shù)指導(dǎo)，但針對(duì)鹽堿化湖泊緩沖帶至今尚無有效的治理技術(shù)及相應(yīng)規(guī)范。本研究在研究岱海緩沖帶鹽堿化分布特征的基礎(chǔ)上，提出可行的修復(fù)方案，對(duì)鹽堿化緩沖帶修復(fù)起到示范作用。

岱海位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市涼城縣境內(nèi)（40°30′～40°45′N，112°30′～112°52′E），屬于半干旱區(qū)內(nèi)陸湖，流域面積為2 312.75 km2[2]。該地區(qū)屬于典型的溫帶大陸性氣候，多年平均年降水量、增發(fā)量分別為395.8 mm、977.2 mm，水源補(bǔ)給以降水補(bǔ)給為主。根據(jù)研究顯示，岱海湖面萎縮，距離湖區(qū)較近區(qū)域，土壤鹽堿化嚴(yán)重，植被較少，濕地嚴(yán)重退化[3]。本研究主要對(duì)岱海湖濱緩沖帶鹽堿化及土壤養(yǎng)分分布特征進(jìn)行分析，劃定功能區(qū)，為岱海湖濱緩沖帶修復(fù)提供理論指導(dǎo)，該研究對(duì)改善岱海水環(huán)境質(zhì)量、維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)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(dòng)的影響，岱海湖區(qū)被多條國道、省道圍繞，阻隔外圍區(qū)域與湖區(qū)的水文聯(lián)系，因此本研究在路網(wǎng)范圍內(nèi)開展，于2021 年5 月15 日、9 月12 日分兩次對(duì)岱海湖泊濕地進(jìn)行取樣，在湖泊西北、東、南、西、北，五個(gè)方向上根據(jù)離湖距離遠(yuǎn)近各采五個(gè)點(diǎn)，取樣過程中選取具有代表性的區(qū)域，用平板鐵鍬挖取土壤，本次采樣點(diǎn)位共計(jì)25 個(gè)（如圖1 所示）。

圖1 研究區(qū)域及采樣點(diǎn)

1.2 測(cè)定方法

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)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(zhì)量分?jǐn)?shù)），土壤有機(jī)質(zhì)（OM）、有效磷（AP）、速效鉀（AK）、堿解氮（AN）；測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)化分析》。

1.3 數(shù)據(jù)處理

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

根據(jù)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(qū)間分別為5%～10%、10%～15%、15%～20%、大于20%。土壤養(yǎng)分分類按照全國第二次土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類研究[2]。

本研究數(shù)據(jù)分析采用ArcGIS10.8 軟件進(jìn)行。

2 結(jié)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(duì)土壤鹽離子分布特征進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，土壤表層陽離子中Na+含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）最高，處于0.42～15.04 g/kg 之間，變異系數(shù)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(qū)方向均有變高的趨勢(shì)。岱海是典型的NaCl 水體，近湖區(qū)Na+含量明顯高于遠(yuǎn)湖區(qū)[2]。根據(jù)劉德福研究顯示，Na+的增加會(huì)降低土壤的導(dǎo)水性和滲透性，影響作物根系發(fā)育，是形成鹽堿土的關(guān)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(shù)為0.76，整體上西部最高，東部最低；土壤表層Mg2+、Ca2+含量相對(duì)較低，分別處于0.08～2.14 g/kg、0.08～0.26 g/kg 之間，變異系數(shù)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(qū)域Na+、Mg2+的分布特征相似均為北高西低，且變異系數(shù)均較大；Ca2+、K+分布特征相似均為西高東低，且變異系數(shù)均較小。造成該現(xiàn)象的主要原因是西側(cè)區(qū)域以耕地為主，作物對(duì)離子的吸收量較大，同時(shí)因?yàn)楦毓喔鹊脑?，?dǎo)致Na+、Mg2+向東側(cè)移動(dòng)；東側(cè)區(qū)域以草地為主，主要植物為耐鹽堿植物生長(zhǎng)，吸收離子較農(nóng)作物少，且蒸發(fā)量大，反鹽現(xiàn)象嚴(yán)重，北側(cè)受路網(wǎng)影響，草地面積較小，導(dǎo)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）最高，處于0.42～15.04 g/kg 之間，變異系數(shù)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(shù)為0.15，整體上東部最高，西部最低；研究區(qū)土壤表層HCO3-相對(duì)較低，處于0.40～0.60 g/kg 之間，變異系數(shù)為0.91，整體上東南部最高，北部最低（見圖2），造成東南側(cè)草地區(qū)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(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO2[2-4]。

已有研究顯示，變異系數(shù)可以反映研究區(qū)域樣點(diǎn)的變異程度[5]。因此該研究區(qū)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(qū)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(duì)不明顯。

2.2 湖濱緩沖帶土壤養(yǎng)分分布特征

岱海湖濱帶表層土壤堿解氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在72.08～125.68 mg/kg 之間，分級(jí)屬于較缺至較豐富之間，變異系數(shù)為0.75，整體上西北區(qū)域最高，東南方向除電廠區(qū)外堿解氮整體較低，電廠區(qū)出現(xiàn)高值是由于電廠排水渠營養(yǎng)物質(zhì)的滯留引起的。土壤有效磷含量在61.83～162.74 mg/kg 之間，分級(jí)屬于豐富，變異系數(shù)為0.94，整體上同樣符合西北區(qū)域最高，在83.55～162.74 mg/kg 之間，最低值出現(xiàn)在湖濱帶南部區(qū)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(jí)屬于較豐富與豐富之間，變異系數(shù)為0.86，整體上來看西部區(qū)域最高，在240.05～391.03 mg/kg 之間，在東部區(qū)域和南部區(qū)域除電廠區(qū)速效鉀較低，在154.04～274.00 mg/kg之間，分級(jí)屬于較豐富與豐富之間。土壤有機(jī)質(zhì)含量在9.08～23.58 g/kg 之間，分級(jí)屬于較缺至中等之間，變異系數(shù)為0.56，整體上分布與速效鉀分布相一致，在西部區(qū)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(yǎng)分分布特征

根據(jù)竇旭等人研究顯示，Na+對(duì)土壤養(yǎng)分的影響最大，且與速效鉀、有機(jī)質(zhì)、有效磷呈負(fù)相關(guān)，與本研究結(jié)果相吻合，速效鉀、有機(jī)質(zhì)、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(shù)可以反映研究區(qū)域樣點(diǎn)的變異程度，因此研究區(qū)域表層土壤各養(yǎng)分含量變異程度為有效磷＞速效鉀＞堿解氮＞有機(jī)質(zhì)。有效磷、速效鉀、堿解氮、有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)介于0.5～1.0 之間，表明空間分布差異相對(duì)明顯。

2.3 湖濱緩沖帶的功能區(qū)劃

岱海湖濱帶鹽漬化程度嚴(yán)重，不僅影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還會(huì)使湖濱帶緩沖性能下降，造成持續(xù)性的環(huán)境惡化。為了解湖濱緩沖帶土壤不同區(qū)域鹽堿化程度，采用ESP 對(duì)湖濱緩沖帶進(jìn)行分區(qū)。

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

圖4 岱海湖濱帶ESP 分布及功能分區(qū)圖

2.4 湖濱緩沖帶分區(qū)修復(fù)

目前國內(nèi)外較常用的土壤鹽堿化修復(fù)技術(shù)包括水利改良、農(nóng)業(yè)措施、生物技術(shù)、化學(xué)技術(shù)等，生物技術(shù)以其成本較低，次生風(fēng)險(xiǎn)較少等優(yōu)勢(shì)被廣泛采用[3]。根據(jù)岱海湖濱緩沖帶土壤含鹽情況、土壤養(yǎng)分情況調(diào)查結(jié)果，該區(qū)域湖濱緩沖帶修復(fù)采用以鹽分控制、土壤改良為目標(biāo)的低蒸騰噬鹽植被為主的修復(fù)技術(shù)。

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

3 結(jié)論

1）岱海湖濱緩沖帶表層土壤鹽分離子分布呈現(xiàn)明顯的區(qū)域差異，優(yōu)勢(shì)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(duì)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(qū)域、東南區(qū)域較缺；研究區(qū)域內(nèi)有效磷含量豐富，西北區(qū)域最高，最低值出現(xiàn)在湖濱帶南方向；速效鉀分級(jí)屬于較豐富與豐富之間，西部區(qū)域最高，在東部區(qū)域和南部區(qū)域除電廠區(qū)速效鉀較低；土壤有機(jī)質(zhì)分級(jí)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(qū)域最高，在東方向和南方向較低。表層土壤各養(yǎng)分含量變異程度為有效磷＞速效鉀＞堿解氮＞有機(jī)質(zhì)。有效磷、速效鉀、堿解氮、有機(jī)質(zhì)空間分布差異相對(duì)明顯。

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