生態地質環境的演變

壹、地質環境的類型和質量

(1)地質環境類型

地下水位埋深、包氣帶特征(巖性、水分、含鹽量)和自然景觀是影響地質環境變化的重要因素，也是劃分地質環境類型的主要依據。黑河流域下遊地質環境類型由類、區、段、型組成，見表6-7。

(2)地質環境質量現狀

黑河流域下遊地質環境質量主要考慮生態環境效益，分為好、差、差三個等級。

1.“較好型”地質環境的主要特征

在黑河流域下遊，“較好型”地質環境主要分布在地下水位較淺的河岸細土喬灌綠洲和河岸細土人工綠洲，地下水位1.0 ~ 3.0 m，鹽分0.5 ~ 2.0 g/L，土壤巖性為灰棕色荒漠土和沙土，土壤含水量高，其中沙土含水量2% ~ 6%，粘性土6544。植被是以胡楊、沙柳、沙棗、蘆葦、芨芨草和禾本科植物為主要成分的喬灌混交群落，生長良好，植被蓋度在30% ~ 60%之間。

2.“差型”地質環境的主要特征

在黑河流域下遊，“差型”地質環境主要分布在礫石沙漠、湖盆細土草甸綠洲和地下水位較淺的沙漠地區。這些地區地下水位2.0~5.0 m，土壤含水量低，礫石含量0.7% ~ 2%，砂質土層5% ~ 10%。植被生長條件較差，植被為以白刺、沙拐棗、麻黃、白刺和杉木為主的半灌木和小灌木群落，植被蓋度為10% ~ 20%。在這種類型的地區，地下水的質量和數量都適合開采，具有人工綠洲的良好條件。湖盆薄土帶，地下水位1.0 ~ 3.0 m，地下水水質較差，含鹽量大於3 g/L，土壤平均含水率5% ~ 30%，土壤含鹽量0.27% ~ 10.41%，局部鹽堿化可達33%，植被蓋度53%。

表6-7黑河流域下遊平原區地質環境類型

3.“不良型”地質環境的主要特征

在黑河流域下遊，“不良型”地質環境主要分布在地下水位深5.0~30.0 m的礫石荒漠和沙丘荒漠，土壤類型為灰棕色荒漠土、石膏灰棕色荒漠土和沙土，土壤含水量小於65438±0%，紅柳、梭梭、沙松、麻黃和駱駝刺生長極其稀疏，植被蓋度小於5%。

二、生態環境退化的機制

(壹)生態環境退化

植被退化受自然因素和人類活動的影響，包括包氣帶水分、巖性和鹽分的變化。

1.包氣帶中的水分變化

實驗研究表明，當巖土的枯萎系數(毛細管勢)約為-65，438+05 atm時，相應的含水量為:細砂3.3%，粘質粉土6.5%，壤土65，438+00.5%，粘土65，438+05.0%。低於這個值，土壤水分很難被植被利用。

黑河流域下遊的十九基、建國、額濟納旗、八道橋線、東巨鹽海有以下特點:

1)在植被根系集中的2.0 m土層中，中細砂和礫石的含水量壹般為0.2% ~ 3.5%，細砂和粉砂為0.5% ~ 20.0%，粘性土為2.0% ~ 35.0%，大部分土壤的含水量接近或低於枯萎系數。

2)對於同壹種土，包氣帶的含水量在垂直方向上從地表向下逐漸增加，接近地下水位時趨於飽和。在沿江地區，當包氣帶受到河水入滲補給時，含水量會暫時呈現上下大中間小的特點，有利於植被生長。

3)區域水狀況差異顯著。八道橋至額濟納旗東河細地帶，含水量0.66% ~ 32.9438+0%。在建國企附近的西河細地帶含水量壹般為0.21% ~ 21.33%，普遍低於東河。在建國企以西的戈壁地區，含水量普遍很低，在0.55%-3.91%之間。沙丘的含水量最低，壹般為0.23% ~ 0.79%。

包氣帶的水分狀況直接影響地表植被的生長。八道橋至額濟納旗的東河細地帶，土壤含水量高，植被生長茂盛，各齡喬灌木長勢良好。西河細土帶，含水量低於東河，植被生長普遍較差，喬灌木枝葉稀少，地面草地稀疏枯萎。在建國企以西的戈壁地區，含水量極低，僅有零星分布的耐旱植被梭梭和麻黃，長勢較差。

從表6-8可以看出，建國北部植被生長與土壤含水量有著密切的關系。從河岸到戈壁有266 ~ 271 * * 6個探坑。2.5 m土層內，平均含水量由5.17%降低到1.55%，相應的植被種類逐漸耐旱，生長趨勢由密到疏，由好到差。

根據黑河流域下遊平原區不同地方包氣帶的含水量及其對應的植被生長情況(表6-9)，也表明不同含水量條件下植被生長存在較大差異。以檉柳為例，在2.0 m土層中，在粘性土平均含水率為12.72% ~ 15.59%，沙土平均含水率為3.15% ~ 13.71%的條件下，植被生長良好。當粘性土平均含水量在9.35% ~ 12.39%，沙土平均含水量在2.0%左右時，植被生長壹般。當粘性土平均含水率為6.74%，砂土為1.55% ~ 2.0%時，植被生長較差。如果以“平均生長”含水量的下限作為植被的枯萎含水量，則粘性土中柳樹的枯萎含水量為9.35%，沙土中為1.95%。胡楊在粘性土壤中枯死含水率為65438±06.37%，在沙土中枯死含水率為2.35%。粘性土壤中沙棗的萎雕含水量為11.37%，沙土中為5.0%。梭梭在粘性土壤中的枯萎含水量為6.0%，在沙土中為65438±0.59%。

表6-8黑河下遊建國以北地區植被生長與土壤水分的關系

表6-9黑河流域下遊不同植被類型與土壤水分的關系

在黑河流域下遊，植被覆蓋度與土壤含水量之間的關系如下(吳選民，2002a，b):

黑河流域水循環與地下水形成演化模式

式中:CB——植被群落蓋度(%)；

θ-10 ~ 30 cm土壤含水量(%)。

當土壤含水量為65438±0.0%時，植被群落蓋度壹般為5.0% ~ 4.0%。當土壤含水量為5.0%左右時，植被群落蓋度達到8.0%。當土壤含水量超過20.0%時，植被群落蓋度超過30.0%。

2.包氣帶巖性

在黑河下遊平原地區，土壤母質由沖積物、湖積物、坡積物和風積物等松散物質組成。土壤多為礫質荒漠沙土、灰棕色荒漠土和鹽化草甸土，有機質缺乏，鹽分豐富。

額濟納盆地南部地下水位埋藏較深，砂礫石土壤堅硬，缺乏水分，不適宜植被生長。中北部平原地下水位較淺，表層礫石厚度較薄，下部多為疏松的細砂和沙土，適宜涵養水源和植被生長。在沿江細地帶和湖盆細地帶，地下水位較淺，土層由亞粘土、粘質粉土、粉細砂、細砂等細顆粒組成，結構疏松，土壤肥沃，是植被生長發育的良好場所。

據調查，不同植被類型有不同的生活土壤環境。例如胡楊、柳、芨芨草、苦豆子等。多生長於沙漠河谷沖積平原、湖泊平原及沙漠邊緣的濕灘，巖性為粘質粉土、砂等。唐古特白刺和唐古特駱駝刺生長在地下水位較淺的鹽漬土中。梭梭、麻黃、紅砂等植被多生長在沙質、沙質、礫質戈壁上。沙拐棗沙拐棗生長在流沙、固定沙或沙土中。

在相同地下水位下，植被的生長與包氣帶的巖性及其組合特征有關(表6-10)。土壤顆粒細，毛管上升高度大，持水能力好；土壤顆粒粗，毛細上升高度小，持水能力差。粘性土毛細上升高度可達4.0~5.0 m，有利於植被生長。

表6-10黑河流域下遊包氣帶巖性與紅樹林生長狀況的關系

3.土壤鹽漬度

土壤鹽分的組成和含量對植被的生長發育有壹定的抑制作用(表6-11)。當土壤鹽分超過壹定範圍，這種植被就會衰退，被另壹種適合這種鹽分的植被所取代。比如古裏乃湖壹帶，鹽化帶蘆葦叢生，鹽化帶稀疏，薄而透光，鹽土帶稀疏低矮，鹽殼帶星羅棋布，地面基本裸露。

在東居延海，從湖濱到湖心，隨著含鹽量的增加，植被生長也表現出明顯的分帶性。檉柳生長良好的地區，土壤含鹽量較低，表層土壤含鹽量為0.36% ~ 0.86%。檉柳普遍生長的地區，表層土壤含鹽量為0.75% ~ 0.99%。檉柳死亡區表層土壤含鹽量為1.20% ~ 1.53%。在有蘆葦生長的地區，表層土壤含鹽量為1.02% ~ 2.88%；在無植被覆蓋的地區，表層土壤含鹽量為1.48% ~ 3.02%。

表6-11黑河流域下遊部分植被生長的適宜鹽度範圍

據統計，植被群落的物種數與土壤含鹽量之間存在著密切的關系，如以下公式所示(吳，2002a，b):

黑河流域水循環與地下水形成演化模式

式中:n——植被種類數；

S——土壤電導率(×103)，反映土壤含鹽量。

4.包氣帶供水條件

植被生長依靠包氣帶供水，這與包氣帶的供水情況密切相關。在黑河流域下遊的河岸綠洲和湖盆綠洲，地表水入滲和地下水毛細支持補給包氣帶水分，導致植被生長良好。在遠離河床和地下水位較深的戈壁灘沙丘中，冷凝水的滲透和補給是植被生長的源泉。在幹旱氣候下，冷凝水對戈壁和沙丘耐旱植被的生長有積極作用。

地表水(包括灌溉水)入滲作為地下水的主要補給來源，對包氣帶的水分狀況也起著重要作用。包氣帶毛細水能否被植被利用，取決於地下水位埋深和植被根系浸沒深度。根據野外調查，當植被根系與地下水位的距離小於毛細水上升高度時，通過毛細水的持續供應，植被可以正常生長。超過這個範圍，植被生長就很難得到足夠的水分，然後就會衰退，被另壹種植被群落取代。因此，根據植被正常根系深度和土壤毛細血管上升高度，初步確定了“植被枯萎地下水位”和“適宜地下水位”，見表6-12。

根據以上分析，黑河流域下遊河岸植被和湖盆植被的演變趨勢可以概括為:在沿河細土帶，從河岸到戈壁，隨著地下水位的升高，植被群落由蘆葦、蠓、草甸(水位0 ~ 3.0 m)向胡楊、沙棗、雜草叢群落(水位3.0 m左右)的河岸林景觀變化。甚至到紅樹林和雜草叢景觀(水位埋深3.0 ~ 5.0 m) →枸杞鹽生植物和鹽爪群落景觀(水位埋深5.0 m左右)→荒漠化景觀(水位埋深5.0 m以上)。目前，沿河大面積的植被景觀處於紅樹林和雜草灌木階段。

表6-12黑河流域額濟納盆地主要植被生長與地下水埋深的關系

在湖盆內，從湖盆中心到湖盆外圍，隨著地下水位的升高，植被群落的演變趨勢為:蘆葦沼澤(水位約0 m) →晉代水葫蘆苗草甸沼澤(水位0 ~ 0.5 m)→蘆葦草甸(水位0.5 m以上)→蘆葦鹽化草甸(水位1.0 ~ 3。在風沙堆積區，植被群落的演變趨勢為:蘆葦草甸(水深1.0 ~ 3.0 m) →梭梭、紅柳、白刺半流動沙丘(水深3.0 ~ 5.0 m) →梭梭、紅砂沙化沙丘(水深大於5.0 m)。

目前，在黑河流域下遊，河岸植被和湖盆植被景觀的存在形式要麽是多群落，要麽是單群落，處於上述進化鏈中。對於戈壁灘植被(如麻黃、沙拐棗、駱駝刺、紅霸王等。)，與地下水埋藏條件關系不密切。

5.人性因素

人為因素的破壞主要表現在四個方面:砍柴、亂砍濫伐、藥材采挖、過度馱畜。在管理不嚴的情況下，居民以樹木和灌木為燃料，砍伐樹木和灌木來修復房屋和圍欄，嚴重破壞了植被。藥材對植被的危害主要是指肉蓯蓉對梭梭的危害。肉蓯蓉常寄生在梭梭根部，肉蓯蓉常使梭梭根部裸露，使植被幹枯。據額濟納旗林業局粗略統計，各種植被的破壞加起來每年毀林上千畝。

額濟納旗77%的牲畜集中在沿河兩岸，平均每萬頭牲畜0.78×104 hm2。根據內蒙古、寧夏調查隊在1974年記錄的天然草地資源，額濟納盆地草地面積約83490 km2，有效面積27060 km2，每公頃產草量約6.23 t，每公頃載畜量12只羊。如果充分利用草地，可飼養24×104只羊。根據1988的統計數據，僅東西向河流的載畜量就達到了16.75×104，遠遠超過了理論容許載畜量。壹方面是草原在惡化，另壹方面是牲畜數量逐年增加，胡楊、紅柳、梭梭的幼苗被吞噬，壹片森林變成了荒地。

(2)土壤鹽堿化和荒漠化

地下水位下降不僅是植被退化的主要因素，也是土壤荒漠化的主要原因。而稀疏的植被增強了地面蒸發，在地下水的強烈蒸發下，鹽分堆積在地表，使土壤鹽堿化。強蒸發和地下水位淺是鹽堿化的根本原因。

野外調查表明，土壤含鹽量與地下水位埋深有密切關系。隨著地下水位的下降，含鹽量迅速增加(圖6-29)。從圖6-29可以看出，如果以0 ~ 0.3 m深度的表層土壤含鹽量作為土壤鹽漬化的標誌，則土壤鹽漬化的臨界地下水位深度約為1.90 m..然而，不同土壤的鹽漬化臨界深度是不同的。礫石層中的鹽化地下水位較淺，壹般小於1.60 m，而砂壤土層中的鹽化地下水位約為2.50 m..

圖6-29黑河流域下遊地表含鹽量(0 ~ 0.3 m)與地下水埋深的關系

在黑河流域下遊，地下水位下降引起的荒漠化是壹個十分突出的環境地質問題。地下水位下降時，包氣帶土壤的含水量會降低，土壤顆粒間的粘聚性會減弱。根據前人的研究資料(王讓輝等，1997，2000；趙等，1999)，荒漠化等級可分為六個等級:未荒漠化(N)、潛在荒漠化(I)、輕度荒漠化(II)、中度荒漠化(III)、重度荒漠化(IV)、極重度荒漠化(V)。如表6-13所示。

表6-13黑河流域下遊地下水位埋深分布頻率(%)與荒漠化等級的關系

從表6-13可以看出，非荒漠化與地下水位埋深有壹定的關系，但不是線性關系。地下水位在1.0 ~ 2.0 m之間時，不沙化的概率最大，占27.0%。隨著荒漠化等級的增加，地下水位的範圍由寬變窄，荒漠化等級開始出現時，地下水位由淺變深。

黑河流域下遊綠洲區枯水水位埋深為5.0 m，土地荒漠化臨界水位埋深為5.0 m..但不同土質地下水位埋深不同，細砂為0.35 ~ 1.0m，粘質粉土為1.0 ~ 1.5m，壤土為1.5 ~ 4.0m，粘性土為4.0 ~ 5.0m。對於土壤巖性復雜的地區，上述數值的平均值為2.0~2.5 m，作為土地荒漠化的臨界水位。

以上研究表明，地下水位和水環境質量的變化必然會引起生態環境的響應，它們的連鎖效應關系如圖6-30所示。

圖6-30黑河流域下遊地下水位及其環境變化的生態環境鏈效應示意圖

三、生態環境保護和管理方法

合理開發利用水資源是保護生態環境的關鍵。鑒於黑河下遊荒漠平原植被和草地沙化、鹽漬化、退化嚴重，如不及時治理，綠洲將有消失的危險。因此，有計劃地合理開發利用水資源，可以有效地保護和治理生態環境。

(壹)地表水和地下水的聯合開發利用

1.地表水的合理利用

在目前條件下，通過朗心山水文站進入黑河下遊荒漠平原區的水量難以滿足下遊平原生產發展和綠洲保護的需要。黑河流域水資源的開發利用必須兼顧中下遊利益，統籌規劃。根據計算，通過朗心山水文站向下遊綠洲輸送的生態需水量應為7.0×108 m3/a，以保證下遊綠洲的生存和正常發展。

2.地下水的科學開發

黑河流域下遊平原地區，單純依靠地表水難以維持生態環境和發展農林牧業，必須科學利用和保護地下水。

(2)保護自然綠洲，發展人工綠洲。

1.自然綠洲的保護與合理利用

首先，堅決制止亂砍濫伐、濫墾濫牧、濫采濫藥等破壞喬灌木的行為，結合畜群承包責任制劃定草地，固定草地使用權，做到利用、保護、建設相結合。