新疆乌恰康苏地区典型小流域生态景观及生态环境研究

王磊，方维萱，刘增仁，鲁佳

（1.有色金属矿产地质调查中心 矿山生态环境资源创新实验室，北京 100012；2.有色金属矿产地质调查中心 新疆地质调查所，乌鲁木齐 650000）

0 引言

新疆乌恰地区地处干旱大陆性气候区，是我国重要的生态屏障区，为典型干旱荒漠生态系统。干旱荒漠生态系统是我国陆地上面积最大的生态系统（谢高地等，2001），在陆地生态系统中占有极其重要的地位，对防风固沙、改良土壤、涵养水源、净化空气、调节气候和保护生物多样性等有着重要的生态作用和生态功能（赵同谦等，2004；牛书丽和陈卫楠，2020）。干旱荒漠生态系统是典型草原生态系统向荒漠生态系统过渡的生态系统类型，发育于温带干旱-半干旱区，年降水量稀少，相对温差大，蒸发量大，植被较为稀疏，水资源总量有限，生态环境脆弱，其抵抗能力稳定性和恢复能力稳定性均较弱。荒漠生态系统主要受自然环境影响，同时人类对水土资源不合理的开发，荒漠草地生态系统结构缺陷和功能紊乱造成的生态系统退化，已成为新疆自然资源利用中的严重问题（樊自立等，2000；邓铭江，2014）。

同时，干旱荒漠区受地理位置和交通的限制，经济发展滞后，但矿产资源丰富、远景储量大，有望建设成大型的资源产业基地带动地区经济发展（王磊等，2017，2019；方维萱等，2018，2019）。但矿产资源的开发与社会-经济-自然的和谐发展面临着较为复杂的问题，一方面要实现资源基地到产业基地的转变，要不断发现和开发新的矿产资源：另一方面，资源勘查开发、地灾防治、环境保护和生态修复等问题相互交织、相互制约（王磊等，2020a）。荒漠生态系统的脆弱性又导致区域的矿业活动面临较大的生态环境问题，为实现新疆乌恰康苏地区生态-环境-资源基地的协调发展，2016年自然资源部中国地质调查局部署了《西南天山成矿带霍什布拉克-乌拉根地质矿产调查》项目，目的是以当地政府矿业开发与生态环境之间的关系问题为需求导向，开展《新疆乌恰县乌拉根-萨热克地区1∶5万资源环境综合调查》工作。本次在生态景观单元的划分与研究基础上，进行矿业开发对区域生态环境的影响评价，为更好地支撑干旱荒漠区大型资源基地矿产资源开发与生态环境保护的重大决策提供依据。

1 生态景观特征

乌恰康苏地区属高中山干旱荒漠地貌景观区，地势北高南低，高中山区基岩裸露，稀疏草原覆盖，冲积扇-盆地多为砂砾土中高植被覆盖。从高山到盆地具有明显的垂直自然带谱：高山冰川、高山冻原、高山草甸、山地草原、荒漠草原和河流阶地等，从而构成了独特的景观生态系统特征，具高中山景观-中山景观-山间冲积扇-盆地-绿洲-河谷垂直分带特征（图1）。

以景观生态学（肖笃宁等，2003）为理论依据，结合地理位置、地形地貌、气候、水系分布、植被、土壤、人类活动和景观特征，本区生态系统划分为干旱荒漠生态系统、雪山生态系统和河流生态系统3大类（图1）：（1）雪山生态系统，多分布在海拔3700 m以上，为主要水源涵养区和生态脆弱区（图2a）；（2）干旱荒漠生态系统，一般分布在海拔2000～3500 m范围内，为乌恰地区主要草场类型之一（图2b～d），这是本区主要生态系统类型，局部与河流生态系统形成了明显过渡和交织镶嵌关系；（3）河流生态系统，主要为康苏河（图2e）、克孜勒苏河（图2f）及支流流域，包括两处水库，为居民饮水源地和灌溉水源地，属于生态流、物质流、能量流的重要传输路径。

图1 研究区地貌三维图（a）及垂向生态系统特征（b）

按照景观生态单元的划分原则（肖笃宁等，2003），本区可划分为荒漠景观生态单元、草原景观生态单元。根据人类活动影响，又可划分为矿业景观生态单元（图2h）、农田景观生态单元（图2g）和城镇景观生态单元（图2i）等5类景观生态单元。它们呈镶嵌结构分布于干旱荒漠生态系统中，局部又形成了复合型景观生态单元，如草原景观生态单元和矿业景观生态单元，城镇景观生态单元和农田景观生态单元。

矿业生态景观单元，是以矿山生产和相关区域为主，以资源开发为主导的资源经济产业区，主要有铜矿、铅锌矿、铁矿、锶矿、石油天然气、煤矿和石膏等矿产资源。本区矿产资源以开采铜铅锌为主，主要为乌拉根大型砂砾岩型铅锌矿区和吾合沙鲁铜矿区。

农田景观生态单元，在乌恰-康苏高速公路南侧（帕米尔高原山前冲积扇区）、康苏镇和乌恰县西侧山前冲积扇区等区域，农田区生态系统主要分布在近水源区和地下水水位较低区域。

城镇景观生态单元，是城市发展基础的房屋建筑和其他设施，以及作为城市主体的居民及其活动，本区主要是乌恰县城区和康苏镇为主。

2 样品采集测试

2.1 样品采集

水样：在河流中部及下部，沿河水流向及其支流采集。取样前将塑料瓶用所取水体清洗3次，用石蜡密封并标注样号。采样时利用GPS记录点位坐标，并现场测定浊度、pH值、水温、电导率等物理化学指标。

土壤样：按S形线路采集植物根系0～20 cm的土壤，并去除杂物。取4点混合，四分法取得1 kg样品，置于样品袋内然后带回实验室登记编号，将其风干、磨细、过筛、混匀、装瓶备用。

2.2 样品测试

水样：样品水化学分析在国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心完成。分析项目包括Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42+、HCO3-以及溶解性总固体、TDS等。水质分析中阳离子采用火焰原子吸收分光光度法（K+、Na+）、乙二胺四乙酸二钠滴定法（Ca2+、Mg2+）测定；阴离子采用乙二胺四乙酸二钠滴定法（SO42-）、双指示剂中和法（HCO3-）、硝酸银容量法（Cl-）测定；溶解性总固体（TDS）采用干燥-重量法测定。分析样品的每一批次，均插入标样、重复试样和空白样同时分析。

土壤样：采集的土壤样品于60℃条件下烘干或自然风干后弃去杂物，并研磨至200目待分析。样品分析由华北有色地质勘查局燕郊中心实验室完成，分析方法如下：土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Ni用原子吸收分光光度法分析，Hg、As用原子荧光分光光度法分析，Cr用二苯碳酰二肼分光光度法分析。

3 分析评价

3.1 水质量评价

康苏地区形成了以康苏河、克孜勒苏河为主要廊道，以矿山、农业、城镇、草地为基质斑块的景观格局。肖尔布拉克河为康苏河汇水支流，硝若布拉克河为克孜勒苏河汇水支流，源头均为泉水。

本次研究按照《地表水环境质量标准（GB 3838-2002）》①，通过计算综合污染监测指标进行地表水的水环境质量评价。综合污染指数评价项目选取：pH、COD、总硬度、溶解性总固体、Hg、Pb、Cd、As、Cu、Zn、Cr3+等（表1）。

表1 主要流域各项监测指标特征及评价

续表

克孜勒苏河，pH 值7.49～8.11，COD 为1.04～2.18 mg/L，总硬度为292～536 mg/L，溶解性总固体为460～886 mg/L。水质类型为I～Ⅲ类，各项监测指标年均值均未超标，监测项目达标率100%。

康苏河，pH值8.02～8.23，COD为1.37～2.49 mg/L，总硬度为168～327 mg/L，溶解性总固体为239～596 mg/L。中下游DW0022点，重金属Zn含量较高为101 μg/L。水质类型为I～Ⅲ类，各项监测指标年均值均未超标，监测项目达标率100%。

肖尔布拉克河，pH值7.64～7.96，COD 为2.28～3.44 mg/L，总硬度为454～1491 mg/L，溶解性总固体为1050～4172 mg/L。水质类型为I～Ⅲ类，各项监测指标年均值均未超标，监测项目达标率100%。

硝若布拉克河，pH值7.93～7.97，COD 为2.04～3.83 mg/L，总硬度为1098～2018 mg/L，溶解性总固体为2416～3858 mg/L。尾矿库拦截坝内水质类型为V类，有2项超标，主要污染物为Zn、Cd，Zn含量为1093 μg/L、1418 μg/L，Cd含量为23.2 μg/L、28.6 μg/L。评价指标中Ⅰ～Ⅲ水质类别达到67%，Ⅴ类为33%。河流水质类型为I～Ⅲ类，各项监测指标年均值均未超标，监测项目达标率100%。

3.2 土壤质量评价

本区是以矿山、农田-城镇、草地为基质斑块的景观格局，不同生态景观单元的土壤类型、性质和质量等具有较大的差异性（鲁佳等，2020）。

中高山草地土壤类型为含砾沙土-亚砂土，pH值7.71～7.83，水溶性盐度0.68～2.00 mg/g。植被类型以麻黄草、骆驼刺、盐生假木贼、盐爪爪、盐生草等耐旱耐盐植被为主。冲积扇草地为砾质砂土，pH值7.96～8.27，水溶性盐度2.04～2.68 mg/g，为碱土。

黑孜苇农田耕地黏土-灌淤土pH值8.25～8.36，水溶性盐度1.29～1.35 mg/g，为碱土；黑孜苇农田积水盐碱地主要为芦苇，pH值8.78左右，水溶性盐度13.20～13.26 mg/g，为中盐度碱土；黑孜苇农田东侧盐沼地主要以芦苇、甘草、马莲、芨芨草为主，盐沼土pH值7.96～8.14，水溶性盐度47.90～68.89 mg/g，为高盐度碱土。

矿区及周边土壤，从表2可以看出，与乌恰县土壤重金属元素背景值（黑孜苇乡北侧冲洪积扇中土壤中重金属元素平均值，n=43）比较，矿区内部土壤中的重金属Zn、Pb、Cd的含量严重超标，分别是乌恰县土壤重金属元素背景值的12.2、7.1、12.8倍，其中在采矿场、堆矿场中Zn、Pb、Cd含量是乌恰康苏地区土壤重金属元素背景值的41.8、28.1、72.0倍，Zn、Pb、Cd在土壤中的积累程度更为强烈，尤其是采矿场。根据变异系数可知，除Cu、Cr、Ni外，其余重金属元素的变幅均大于100%，且Pb、Zn的标准差变化显著（413.80、562.10），属于高等变异强度范围。一般认为，变异系数越大，表明该区域人为活动的干扰作用越强烈或受污染的程度越严重（尹德涛等，2004）。由此可见，该区域污染严重的重金属为Zn、Pb，其次为Cd。从各个样点的重金属实测均值与背景值的比较结果来看，采矿场的Zn、Pb、Cd含量最高，堆矿场、排土场、尾矿库B周边、选矿厂等处的Zn、Pb含量较高。就样点而言，矿区内的土壤中Zn、Pb、Cd、As、Cu等元素超标较为严重，而矿区周边草地中的元素含量普遍较低，说明矿区的土壤重金属污染主要来源于矿业活动，当然与矿区的地层及岩体也有一定的关系，但仅限于矿山内部区域。

表2 矿区及周边土壤主要重金属的平均含量（mg/kg）

4 讨论

4.1 主要地质环境问题

根据《新疆乌恰县地质灾害防治规划（2013—2020年）》，结合野外调查工作，将乌恰康苏地区划为地质灾害中易发区。而矿业开发活动对矿山地质环境产生或重或轻的负面影响，尤其是不合理、粗放式的开发活动，导致资源毁损，诱发地质灾害，污染矿区环境（武强，2003；徐友宁，2008；徐友宁等，2011）。对矿区及其周边等典型矿山调查研究表明，该区主要的地质环境问题为露天开采、排土场、矿石堆、尾矿库等造成的地形地貌景观破坏和土地资源的挖损及压占破坏，地质灾害不发育。因露天开采造成的土地压占以及地形地貌景观破坏主要集中分布在矿业活动频繁区域，如采场、工业广场和废石堆场周边等。工作区裸地主要为荒漠、戈壁，环境易修复；草地，植被盖度低，一般在20%左右，物种单一，环境较易恢复。流域内矿山及其周边区域水土质量良好，土壤环境质量基本满足国家土壤环境质量（GB 15618-2018）②二级标准；矿业活动周边及主要河流地表水质量良好，基本符合国家地表水环境质量标准（GB 3838-2002）①Ⅲ类水标准。将矿山作为独立的单元，通过外围的典型流域水土壤重金属元素衰减特征，确定资源基地敏感因素缓冲区范围750～1000 m。目前在排土场、尾矿库等比较敏感区域外围，矿山都进行了挡土墙的修砌，形成二次防护。因此在矿山责任区范围内，敏感源区范围是有限的，可控的。

4.2 生态景观环境分区

本区是以干旱荒漠生态系统为主要的生态特征，环境基础脆弱，受干旱气候控制，土壤贫瘠、植被较为稀疏，作为生存命脉的水绝大部分来源于山地。以雪山生态系统和河流生态系统为纽带，山地、绿洲、荒漠三个差异很大的子系统就构成了相互依存又相互制约的复合生态系统。其中，雪山生态系统为干旱荒漠生态系统提供水资源、能量-物质流，为水源涵养区。河流生态系统为干旱荒漠系统的支撑和能量供给的廊道，为重要生态保护区。草原景观生态单元、矿业景观生态单元等呈镶嵌结构分布于干旱荒漠生态系统中，局部又形成复合型景观生态单元。前人根据生态区划、植被分区及水文分区进行叠加分析，将乌恰康苏地区分为高中山荒漠基岩裂隙水生态水文景观、中山侵蚀山地裂隙孔隙层间水生态水文景观、山前洪冲积扇盆地孔隙水生态水文景观、河流阶地孔隙水生态水文景观四个主要生态水文景观类型（王磊等，2020b）。按照全国生态功能区划（2015年修编版）的原则和划分方法，本区可划分为水源涵养功能区、荒漠化控制功能区、水土保持功能区、水域河流功能区、城镇功能区、农业功能区、资源基地功能区等7个生态功能区（图3）。

图3 乌恰康苏地区生态功能区划分图

以生态学、景观生态学系统理论为理论指导，结合国土空间生态保护修复规划，进行生态-资源-环境功能区划分（杨爱民等，2008；邓铭江等，2017；岳文泽和王田雨，2019；詹龙圣等，2021）。在规划期内按照矿产资源供需关系、国家产业政策、相关规划要求，以及资源环境承载能力等，对矿产资源开发利用活动进行功能定位。对于有一定探明资源储量、开发利用程度较高、对国民经济具有一定影响和生态环境影响较小的区域划分为鼓励开采区；对于资源潜力达中型以上、潜在经济效益中等和生态环境影响较小的区域划分为限制开采区；对于生态保护红线内的区域划分为禁止开采区，包括水涵养区（常年积雪区）、水源地、基本农田保护区、高速公路、重要引水渠首坝址、重要桥梁等处。

本区划分了1处鼓励开发区，以乌拉根铅锌矿区为代表；3处限制开发区，以萨里塔什铅锌矿区、加斯铅锌矿区和吾合沙鲁铜矿区等为代表；6处禁止开采区，以乌恰县北侧和克孜勒苏河南侧雪山区（水源涵养区），克孜勒苏河和康苏河等（河流保护区），以及黑孜苇乡、恰特村、玛依喀克村等基本农田保护区为主。另外，在克孜勒苏南侧河流阶地上分布有中国重点保护的第一批珍稀濒危物种——沙冬青，是古第三纪孑遗种、亚洲中部特有物种，也是中国西北荒漠地区惟一的超旱生常绿阔叶灌木树种，因此克孜勒苏南侧河流阶地也被化为禁止开采区（表3，图4）。

图4 乌恰康苏地区矿产资源开发规划功能区划分示意图

表3 乌恰-康苏地区矿产资源开发规划

5 结语

（1）康苏地区形成了以康苏河、克孜勒苏河为主要廊道，以矿山、农业、城镇、草地为基质斑块的景观格局。划分为水源涵养功能区、荒漠化控制功能区、水土保持功能区、水域河流功能区、城镇功能区、农业功能区、资源基地功能区等7个生态功能区。

（2）克孜勒苏河、康苏河、肖尔布拉克河水质类型为I～Ⅲ类，各项监测指标年均值均未超标。矿区内土壤中Zn、Pb、Cd、As、Cu等元素与乌恰县土壤重金属元素背景值比较，超标较为严重，而矿区周边草地中的元素含量普遍含量较低，土壤质量良好。通过典型流域土壤重金属元素衰减特征，确定资源基地敏感因素缓冲区范围750～1000 m。在责任区范围内，敏感源区范围是有限的，可控的。

（3）在生态功能划分基础上结合水土评价及地质环境特征，将康苏地区划分为1处鼓励开发区，3处限制开发区，6处禁止开采区，以期为当地政府矿业开发与生态环境保护提供决策依据。

注 释

①国家环境保护总局.国家质量监督检验检疫总局.2002.地表水环境质量标准:GB 3838-2002[S].北京:中国环境科学出版社.

② 中华人民共和国生态环境部.国家市场监督管理总局.2018.土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）:GB 15618-2018[S].北京:中国标准出版社.