修建防渗渠道对柴达木盆地戈壁区河流生态系统的影响

李少华，王学全，崔向慧，高 琪

(1.中国林业科学研究院 荒漠化研究所，北京 100091；2.内蒙古农业大学 草原与资源环境学院，呼和浩特 010019)

修建防渗渠道对柴达木盆地戈壁区河流生态系统的影响

李少华1，王学全1，崔向慧1，高 琪2

(1.中国林业科学研究院 荒漠化研究所，北京 100091；2.内蒙古农业大学 草原与资源环境学院，呼和浩特 010019)

为摸清修建防渗渠道对戈壁区河流生态系统的影响，以期能为柴达木盆地农业绿洲制定可持续发展的政策提供依据，在社会经济调查的基础上，以大格勒流域为研究对象，通过野外取样和室内化验，对比分析了修建防渗渠道前后的地表河流水质、河岸植被及土壤理化性状。研究结果表明：①修建防渗渠道对河流水质具有净化作用，但效果不显著(P>0.05)；②修建防渗渠道不利于戈壁区沿河植被繁殖生长，流域内植被平均盖度降低4.5%，生物量减少330.2 kg/hm2，死亡率增加6.5%；河岸土壤质地呈现退化趋势(P<0.05)，其中砂粒含量增加8.68%，有机质减少0.53 g/kg。基于以上研究成果，建议在河流出山口处修建生态闸，洪水期引洪灌溉河岸植被；布设生态水利工程，以实现流域生态环境与绿洲社会经济的可持续发展。

柴达木盆地；大格勒流域；防渗渠道；生态系统；可持续发展

1 研究背景

柴达木盆地的河流主要分布在盆地南部，以源区冰雪融水与山区降水补给为主，具有数目多、流程短和年径流量小的特点[1]。山前戈壁区气候干燥，降水少，蒸发量大，河水经蒸发浓缩，盐化现象比较严重，在盆地中部河流的尾闾处形成大量盐湖[2]，如青海著名的察尔汗盐湖即分布于此。近年来，柴达木盆地内农业绿洲区因大面积推广种植枸杞，社会经济得到迅速发展[3]。以盆地内的大格勒地区为例，近8 a来的社会经济发展迅速，人均年收入增加56%，在2015年种植枸杞面积占到耕地总面积的95.8%，人均年收入超过5万元，并且卫生所、中小学校及幼儿园等社会发展配套设施均已建好，达到小康水平[4]。但在野外调查中发现，随着河流中下游防渗渠道的修建，渠系水利用系数增加，将大量的水资源用在农业灌溉上，导致水资源在空间分配上出现问题。其中在山前戈壁地区，由于人工渠道渗漏的水量大幅减少，造成河流沿途的灌木死亡，绿洲外围的天然植被逐渐退化，生态环境质量显著下降，不利于戈壁绿洲的可持续发展[5]。

可持续发展是一个地区协调发展的任务和最终目标，在满足社会经济发展的同时必须兼顾环境的要求[6]。水是绿洲生存的主导因子，只有合理利用水资源，才能使区域经济可持续发展。大格勒地区作为柴达木盆地农业绿洲的典型，生态系统十分脆弱，一旦破坏就很难恢复，而且会引起一系列的恶性循环，最后可能导致绿洲消失[7]。因此，该区域水资源利用与经济发展具有矛盾对立统一的关系。随着种植枸杞的面积不断扩大，绿洲内农田灌溉措施的滞后，使得生产用水、生活用水和生态用水之间的矛盾日益明显；并且修建防渗渠道导致天然河流变成了人工渠道，使天然河流生态系统逐渐演变为社会、经济和自然组成的复合生态系统，影响了流域生态系统结构和功能的演替，对区域生态安全构成威胁[8-9]。

柴达木盆地生态环境本身比较脆弱，任何水工程措施都与流域生态环境存在密切联系，主要包括地表河流水质和河岸植被土壤的变化，进而促使河流景观格局发生极大改变[10]。目前在河道整治工程对河流生态环境的影响方面，国内外已经开展了较多的研究[11-16]，但多为综述类文章，没有对河流沿岸土壤植被的变化进行具体深入研究。鉴于此，本研究以柴达木盆地内的大格勒流域为研究对象，通过对比修建防渗渠道前后的地表河流水质、沿岸表层土壤性质及植被生长状况，探讨了修建防渗渠道对柴达木盆地河流生态环境的影响，以期能促进区域河道整治措施朝着生态治理方向发展，最终实现柴达木盆地河流生态系统与农业绿洲协同可持续发展。

2 概况与研究方法

2.1 研究区概况

研究区位于柴达木盆地东南部的大格勒流域，属于察尔汗盐湖水系；河流源于布尔汗布达山北麓，由大格勒河与五龙沟组成；地貌类型自南向北依次为山区—戈壁—绿洲—荒漠盐碱草地—盐湖[17]。流域多年年均径流量为0.66×108m3，地理位置在95°23′E—96°12′E，35°56′N—36°34′N之间，海拔高度范围为2 685～5 180 m；多年年均降水量为68.9 mm，近20 a来，年均降雨量的变异系数较小；多年年均蒸发量为2 430.8 mm，属于典型的高寒大陆性荒漠气候，年日照时数3 252.4 h，年平均气温4.3 ℃，昼夜温差大，无霜期151 d，农作物生长季为5—9月份[18]。大格勒河长约90 km，下游修建人工渠道20 km；五龙沟长约70 km，下游修建人工渠道25 km，汇入大格勒河。

图1 研究区取样点分布情况Fig.1 Distribution of sampling points in the study area

2.2 研究方法

在结合2006年定位监测数据的基础上，于2015年9月上旬，沿五龙沟和大格勒河进行水样、植被和土壤的调查取样，并使用GPS记录取样位置，取样点分布情况如图1所示，其基本概况如表1所示。在距河岸1倍河宽处进行植被与土壤调查取样，各取样点处随机设置3个样方，用于统计分析。草本样方为1 m×1 m，灌木样方为10 m×10 m，测量植被盖度(CD)、地上存活植被生物量(烘干称重)(BS)和统计死亡率(MR)。在各样方内沿“S型”曲线分别采集0～10 cm层土样1 kg，用于测定土壤有机质(SOC)含量和机械组成，测定方法参照《土壤农化分析(第三版)》[19]；水样采集点在河中央距水面0.5倍水深处，并在其前后5 m处共取3组重复样品，使用净化的聚乙烯瓶采集1 L，然后加硫酸酸化至pH值<2，放在4 ℃恒温箱中保存，用作测定地表水样总悬浮泥沙(TSS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)含量，测定方法参照《水和废水监测分析方法(第四版)(增补版)》[20]。

表1 大格勒流域各取样点概况Table 1 Overview of each sampling point in Dagele Basin

2.3 数据处理与作图

本文采用ArcGIS 10.2进行研究区图形的绘制，所涉及的数据使用Excel 2007进行初步整理；采用SPSS 19.0软件中的单因素方差分析程序进行统计分析；使用最小显著差数法进行多重因子间比较。

3 结果与讨论

3.1 修建防渗渠道对地表河流水质的影响

随着下游绿洲内种植枸杞面积不断扩大，农田灌溉需水量大幅增加，大格勒乡政府于2010年9月底在河流中下游修建混凝土梯形明渠45 km，在出山口处将河水直接引到下游绿洲农田中。从表2中可以看出，修建防渗渠道后，流入大格勒乡农田前的河水起到净化的作用，各监测指标均降低，但不显著(P>0.05)，可能与河水沿途基本不再溶解土体、风化壳中易溶盐和矿物质有关；在流经农田后(1#取样点)，河流水质状况显著下降(P<0.05)，可能与枸杞地灌溉余水直接排入河道有关。通过参照《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)进行水质评价，可知2015年该流域河水能满足农田灌溉要求，但已不能达到人们生活饮用水标准，河流在流入绿洲前(2#取样点)的水质属于Ⅰ类水，河流末端流经农田后(1#取样点)的水质属于Ⅳ类水。

表2 大格勒流域地表河流水质状况Table 2 Water quality of surface rivers in Dagele Basin

注：表中数值为“平均值±标准差”，不同大写字母表示不同年份同一样点之间显著差异，不同小写字母表示同一年份不同样点之间显著差异(P<0.05)。下同。

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

3.2 修建防渗渠道对河岸植被的影响

修建防渗渠道对河流沿岸植被生长状况产生显著不利影响(P<0.05)，流域内平均盖度降低4.5%，生物量减少330.2 kg/hm2，死亡率增加6.5%，如表3所示。

表3 大格勒流域植被生长状况Table 3 Vegetation growth condition in Dagele Basin

在2006年时，大格勒河与五龙沟的天然河道两侧红柳沙包分布较广，植被生长良好，河岸100 m2范围内生长8～12棵。河流摆动形成的河漫滩，是红柳主要的生长地，并且该流域洪水期与红柳种子成熟期相吻合，7—8月份成熟的红柳种子随风飘落到河漫滩上，受到洪水漫溢灌溉而萌发，可以天然更新生长。然而在戈壁区修建防渗渠道后，在2015年9月初的调查中发现，因洪水漫溢机率大幅降低，沿河没有洪水冲刷已形成的干沟，最终导致河漫滩得不到洪水补给，从而影响红柳种子萌发繁殖，使其更新能力减弱。并且红柳因水分补给不足，开始出现大面积退化死亡，导致戈壁地区(2#，3#，5#取样点)2015年植被的地上生物量显著低于2006年，并且幼林无法自然更新，造成过熟林比例增加，林龄结构趋于退化。在流经农田后的盐碱草地处(1#取样点)盖度虽然增加15.6%，但因主要生长的植物是盐爪爪，导致生物量增加不明显，仅增加7.9%，河流末端的盐碱草原也呈现出退化趋势。

3.3 修建防渗渠道对沿岸0～10 cm层土壤性状的影响

河岸表层土壤的有机质含量及各粒径级所占比例如表4所示。参照第二次全国土壤普查养分分级标准，可以看出在修建防渗渠道前，沿岸0～10 cm层土壤有机质含量为中等或以上水平；修建防渗渠道后，山前戈壁区土壤有机质含量为匮乏水平，有机质平均减少0.53 g/kg，仅在流经农田后的1#取样点处增加32.7%，其余点平均减少50.8%。将表层土壤粒径组成参照国际制土壤质地分类标准进行分级，可以明显地看出，黏粒平均减少4.65%，砂粒平均增加8.68%，并且2#—6#取样点处表层土壤黏粒含量显著减少，砂粒含量显著增加(P<0.05)，说明山前戈壁地区河岸表层土壤正朝向砂粒化发展，土壤质地整体上由砂质壤土向砂土转变，呈现出退化趋势。

4 结论与建议

(1) 在柴达木盆地河流中下游修建防渗渠道对河流水质具有净化作用，各监测指标均降低(P>0.05)；但是对山前戈壁地区沿河植被繁殖生长和表层土壤性状产生显著的负面影响(P<0.05)。

(2) 与2006年植被与土壤的调查数据相比，2015年流域内植被平均盖度降低4.5%，生物量减少330.2 kg/hm2，死亡率增加6.5%；土壤砂粒含量增加8.68%，有机质减少0.53 g/kg。

(3) 建议在出山口处修建生态闸，采用水渠“新旧两用，适时放水”的方式，在洪水期引洪灌溉沿岸植被。修建生态水利工程，以实现社会经济与生态环境同步发展，达到保证绿洲可持续发展的目的。

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(编辑：罗 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

林业公益性行业科研专项(201404304-03)

李少华(1992-)，男，河南濮阳人，硕士研究生，研究方向为荒漠生态学，(电话)15010771613(电子信箱) 2227401357@qq.com。

王学全(1965-)，男，内蒙古呼和浩特人，研究员，博士，主要从事干旱区水文方面的研究，(电话)13520031015(电子信箱)wxq@caf.ac.cn。

10.11988/ckyyb.20160012

2017,34(4):28-32

X321

A

1001-5485(2017)04-0028-05