岱海湖滨缓冲带盐碱化特征及功能分区研究

邰 阳

（内蒙古生态环境科学研究院有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

湖滨缓冲带是在湖泊水位周期性变化过程中形成的水域与陆域生态系统之间的生态交错带[1]，具有拦截面源污染，改善水质，提升湖泊生态系统完整性等功能，是湖泊的重要生态屏障。近几年，随着气候变化和人类活动的干扰，湖滨缓冲带受到严重破坏，植被退化、鱼类绝迹、鸟类失去栖息地等现象频发，严重阻碍了区域生态可持续发展。特别是在干旱及半干旱区，因降雨量减少，蒸发量增加，内陆湖水位严重下降，盐分在土壤表层汇集，导致缓冲带土壤盐碱化日趋严重，生物多样性降低，生态功能受损，水体自净能力减弱，湖滨带景观美学价值降低[2]。因此，亟需开展湖滨缓冲带土壤现状调查工作，特别是干旱及半干旱地区湖滨缓冲带盐碱化分布特征分析，通过系统性湖滨湿地生态系统现状分析评价，开展有针对性的湖滨带恢复措施、制定科学管理体系，为湖滨缓冲带生态系统恢复提供重要的技术和管理支撑。

在湖泊面源污染逐渐严重的背景下，开展湖滨缓冲带修复与治理，对湖泊生态环境保护至关重要。截止目前，对湖滨缓冲带修复已经开展了一系列实践探索[3-5]。2021 年生态环境部印发《河湖生态缓冲带保护修复技术指南》为河湖缓冲带修复提供技术指导，但针对盐碱化湖泊缓冲带至今尚无有效的治理技术及相应规范。本研究在研究岱海缓冲带盐碱化分布特征的基础上，提出可行的修复方案，对盐碱化缓冲带修复起到示范作用。

岱海位于内蒙古乌兰察布市凉城县境内（40°30′～40°45′N，112°30′～112°52′E），属于半干旱区内陆湖，流域面积为2 312.75 km2[2]。该地区属于典型的温带大陆性气候，多年平均年降水量、增发量分别为395.8 mm、977.2 mm，水源补给以降水补给为主。根据研究显示，岱海湖面萎缩，距离湖区较近区域，土壤盐碱化严重，植被较少，湿地严重退化[3]。本研究主要对岱海湖滨缓冲带盐碱化及土壤养分分布特征进行分析，划定功能区，为岱海湖滨缓冲带修复提供理论指导，该研究对改善岱海水环境质量、维持区域生态系统稳定具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 样品采集

受人为活动的影响，岱海湖区被多条国道、省道围绕，阻隔外围区域与湖区的水文联系，因此本研究在路网范围内开展，于2021 年5 月15 日、9 月12 日分两次对岱海湖泊湿地进行取样，在湖泊西北、东、南、西、北，五个方向上根据离湖距离远近各采五个点，取样过程中选取具有代表性的区域，用平板铁锹挖取土壤，本次采样点位共计25 个（如图1 所示）。

图1 研究区域及采样点

1.2 测定方法

本次实验测定的指标包括土壤钙（Ca2+）、交换性钠（Na+）、交换性钾（K+）、镁（Mg2+）、碳酸根（CO32-）、重碳酸根（HCO3-）、氯（Cl-）浓度（质量分数），土壤有机质（OM）、有效磷（AP）、速效钾（AK）、碱解氮（AN）；测定方法参照《土壤农化分析》。

1.3 数据处理

钠质土壤和非钠质土壤划分的两个重要参数为钠吸附比（SAR，式中用RSA表达）和碱化度（ESP，式中用PES表达），因干旱地区对于含有大量碳酸钙和石膏的纳质土壤，测定碱化度非常困难，本研究采用公式计算得出，SAR 和ESP 具体计算公式见式（1）、式（2）：

根据李彬等人研究[8]，按照土壤碱化度（ESP）将土壤分为轻度碱化土壤、中度碱化土壤、重度土碱化土壤、碱土；分布区间分别为5%～10%、10%～15%、15%～20%、大于20%。土壤养分分类按照全国第二次土壤普查分级标准进行分类研究[2]。

本研究数据分析采用ArcGIS10.8 软件进行。

2 结果与分析

2.1 湖滨缓冲带土壤离子分布特征

为研究岱海湖滨缓冲带盐碱化特征，对土壤盐离子分布特征进行分析，结果显示，土壤表层阳离子中Na+含量（质量分数）最高，处于0.42～15.04 g/kg 之间，变异系数为2.27，整体上北部最高，西部最低，在东、西、南方向上靠近湖区方向均有变高的趋势。岱海是典型的NaCl 水体，近湖区Na+含量明显高于远湖区[2]。根据刘德福研究显示，Na+的增加会降低土壤的导水性和渗透性，影响作物根系发育，是形成盐碱土的关键因素。因此，北部盐碱化程度明显高于西部。土壤表层K+含量最低，处于0.036～0.059 g/kg 之间，变异系数为0.76，整体上西部最高，东部最低；土壤表层Mg2+、Ca2+含量相对较低，分别处于0.08～2.14 g/kg、0.08～0.26 g/kg 之间，变异系数分别为2.7、0.14，其中Mg2+整体上东北方含量最高，Ca2+西部最高，东部最低（见图2）。

图2 岱海湖滨缓冲带土壤盐离子分布插值图

该研究区域Na+、Mg2+的分布特征相似均为北高西低，且变异系数均较大；Ca2+、K+分布特征相似均为西高东低，且变异系数均较小。造成该现象的主要原因是西侧区域以耕地为主，作物对离子的吸收量较大，同时因为耕地灌溉的原因，导致Na+、Mg2+向东侧移动；东侧区域以草地为主，主要植物为耐盐碱植物生长，吸收离子较农作物少，且蒸发量大，反盐现象严重，北侧受路网影响，草地面积较小，导致Na+、Mg2+等阳离子含量均高，这与窦旭等人的研究一致。

土壤表层阴离子中Cl-含量（质量分数）最高，处于0.42～15.04 g/kg 之间，变异系数为2.4，整体上北部最高，西部最低，Cl-分布特征与Na+基本一致；土壤表层CO32-含量最低，处于0.00～0.034 g/kg 之间，变异系数为0.15，整体上东部最高，西部最低；研究区土壤表层HCO3-相对较低，处于0.40～0.60 g/kg 之间，变异系数为0.91，整体上东南部最高，北部最低（见图2），造成东南侧草地区域HCO3-含量较高的主要原因是植物根部和根际微生物作用，将有机碳转化为CO2[2-4]。

已有研究显示，变异系数可以反映研究区域样点的变异程度[5]。因此该研究区域土壤表层离子变异程度为Mg2+＞Cl-＞Na+＞HCO3-＞K+＞CO32-＞Ca2+，整体而言，研究区域土壤表层CO32-、Ca2+含量差异较小，说明CO32-、Ca2+受外界影响较小，空间分布差异相对不明显。

2.2 湖滨缓冲带土壤养分分布特征

岱海湖滨带表层土壤碱解氮含量（质量分数）在72.08～125.68 mg/kg 之间，分级属于较缺至较丰富之间，变异系数为0.75，整体上西北区域最高，东南方向除电厂区外碱解氮整体较低，电厂区出现高值是由于电厂排水渠营养物质的滞留引起的。土壤有效磷含量在61.83～162.74 mg/kg 之间，分级属于丰富，变异系数为0.94，整体上同样符合西北区域最高，在83.55～162.74 mg/kg 之间，最低值出现在湖滨带南部区域，有效磷整体较低，在61.83～85.20 mg/kg 之间。土壤速效钾含量在154.08～391.08 mg/kg 之间，分级属于较丰富与丰富之间，变异系数为0.86，整体上来看西部区域最高，在240.05～391.03 mg/kg 之间，在东部区域和南部区域除电厂区速效钾较低，在154.04～274.00 mg/kg之间，分级属于较丰富与丰富之间。土壤有机质含量在9.08～23.58 g/kg 之间，分级属于较缺至中等之间，变异系数为0.56，整体上分布与速效钾分布相一致，在西部区域最高，在东方向和南方向较低（见图3）。

图3 岱海湖滨缓冲带土壤养分分布特征

根据窦旭等人研究显示，Na+对土壤养分的影响最大，且与速效钾、有机质、有效磷呈负相关，与本研究结果相吻合，速效钾、有机质、有效磷分布特征与Na+分布特征正好相反。因此，为提高湖滨带土壤肥力，需降低土壤中Na+含量。

变异系数可以反映研究区域样点的变异程度，因此研究区域表层土壤各养分含量变异程度为有效磷＞速效钾＞碱解氮＞有机质。有效磷、速效钾、碱解氮、有机质变异系数介于0.5～1.0 之间，表明空间分布差异相对明显。

2.3 湖滨缓冲带的功能区划

岱海湖滨带盐渍化程度严重，不仅影响农业生产，还会使湖滨带缓冲性能下降，造成持续性的环境恶化。为了解湖滨缓冲带土壤不同区域盐碱化程度，采用ESP 对湖滨缓冲带进行分区。

本研究湖滨缓冲带功能区划分的目的是为湖滨缓冲带修复提供理论依据，因此本次功能区划分范围为扣除耕地面积后的研究区域。通过核算岱海湖滨缓冲带碱化度（ESP）将研究区域划分为轻盐区、中盐区及重盐区。岱海湖滨缓冲带西部、西南部ESP 在20%～50.78%，划分该区域为重盐区，面积为45.18 km2；南部ESP 在15%～20%之间，划分为中盐区，面积为25.02 km2；西北和东部ESP 在0%～15%，划分为轻盐区，面积为28.86 km2（见图4）。

图4 岱海湖滨带ESP 分布及功能分区图

2.4 湖滨缓冲带分区修复

目前国内外较常用的土壤盐碱化修复技术包括水利改良、农业措施、生物技术、化学技术等，生物技术以其成本较低，次生风险较少等优势被广泛采用[3]。根据岱海湖滨缓冲带土壤含盐情况、土壤养分情况调查结果，该区域湖滨缓冲带修复采用以盐分控制、土壤改良为目标的低蒸腾噬盐植被为主的修复技术。

岱海湖滨带现有植被群落中聚盐能力较强的植物群落为碱蓬群落[5]，为逐步恢复湖滨带生态功能，移除湖滨盐分，建议在重盐区、中盐区加大碱蓬群落种植面积，并在秋冬季（9 月—次年3 月）实施刈割；在轻盐区，针对现有的芦苇群落秋冬季实施刈割，移除该区域盐分。岱海湖滨带现有盐生植物柽柳无法在体内积盐，且收割会影响其生长，建议移除，待湖滨带土壤盐分降低后，根据生态及景观需求种植相应的植物。

3 结论

1）岱海湖滨缓冲带表层土壤盐分离子分布呈现明显的区域差异，优势离子为Na+、Cl-，分布特征均为北部含量高西部含量低。K+离子含量最低，CO32-、Ca2+受外界影响较小，空间分布差异相对不明显。

2）湖滨缓冲带表层土壤碱解氮属于较缺至较丰富，其中西北区域、东南区域较缺；研究区域内有效磷含量丰富，西北区域最高，最低值出现在湖滨带南方向；速效钾分级属于较丰富与丰富之间，西部区域最高，在东部区域和南部区域除电厂区速效钾较低；土壤有机质分级属于较缺至中等之间，整体上分布与速效钾分布相一致，在西部区域最高，在东方向和南方向较低。表层土壤各养分含量变异程度为有效磷＞速效钾＞碱解氮＞有机质。有效磷、速效钾、碱解氮、有机质空间分布差异相对明显。

3）岱海湖滨缓冲带按照盐碱化程度划分为轻盐区、中盐区及重盐区，面积分别为45.18、25.02、28.86 km2。为逐步恢复湖滨带生态功能，建议在重盐区、中盐区加大碱蓬群落种植面积，并在秋冬季（9 月—次年3 月）实施刈割；在轻盐区，针对现有的芦苇群落秋冬季实施刈割。