西辽河平原土地沙漠化地质环境演变研究.pdf

第 2 2 卷第 3 期 2 0 0 1 年 9月 内蒙古农业大学学报 l o u r n a l o f I n n e r Mo n g o l i a Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y VD 1 ． 2 2 No ． 3 S e p 2 0 01 文章编号 1 0 0 9 --3 5 7 5 2 0 0 1 O 3 一O 1 0 o O 5 西辽河平原土地沙漠化地质环境演变研究 刘祥 ， 侯兰英， 张志 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院， 呼和浩特0 1 0 0 1 8 摘要 以调查和试验为基础，研究气候于 湿波动与 气候地层的 关系； 土地沙漠化的 历史 过程及现代过程； 确立现 代时间所处的环境生态位{ 建立资源、 开发， 环境动态协调机； 5 | ， 以延缓环境系统的退化进程． 关键阗 西辽河平原{ 气候地层；土地沙漠化 中图分类号 8 2 1 2 文献标识码 A S TUDY oN DES ERTI ZATI oNAL GEoLoGI CAL ENVI RoNM ENT EVoLUTI oN I N PLAI N oF XI LI Ao RI VER L I U Xi n g，HOU L a ny i n g， Z HANG Zh i C o l l e g e o f Hy d r a u h c s a n d Ci v i J C o n s t r u c t i o n Eng i n e e r i ng ， I n n e r Mo ng o l i a Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y E Hu h h o t 0 1 0 01 8 Ab s t r t Ba s e d o n i n v e s t i g a t i o n a n d e x p e r i me n t s ， t h e r e l a t i o n o f t h e c l i ma t i c s t r a t i f i c a t i o n wa s t u d i e d； t h e h i s t o r i c p r o c e s s e s a n d p r e s e n t p r o c e s s e s o f d e s e r t i f i c a t i o n we r e p r o b e d i n t o {t h e e n v i r o n me n t e c o [ o g i c a [ s t a t i o n Wa S e s t a b l i s h e d；d y n a mi c c o o p e r a t i o n s y s t e m o f u t i l i z a t i o n o f r e s o u r c e s ，d e v e l o p me n t a n d e n v i r o n - me n t wa s b ui l t i n o r d e r t O p o s t p o n e t h e d e g r a d a t i o n p r o g r e s s o f e n v i r o n me n t s y s t e m． Ke y wo r d s P l a i n o f Xi Li a o Ri v e r ； c l i ma t i c s t r a t i f i c a t i o n； d e s e r t i f i c a t i o n 土地沙漠化发生在地质时期， 也发生在人类历史时期， 有不同的时间尺度； 发生在干旱荒漠、 半干旱草原 地区， 也发生在半湿润的森林草原地区， 并有不同的空间尺度。它是在各种因素影响下的气候地貌过程。在 诸多因素中， 人类活动是一个诱导因素， 而不是这过程的主导者。由于这种过程有不同的时、 空尺度 ， 故这 一 过程具有阶段交替性， 显示出气候的干湿波动。 在地表环境这个天然地质、 人类工程经济活动影响下多组份系统中， 可直接提取地表环境各要素信 息， 进而研究环境演变过程， 并对未来环境变化趋势作出预报。 随着古地磁、 孢粉分析、 C 测年、 热释光测年等资料的日 益积累， 特别是近些年， 开展各种时间及空间尺 度气候地层及环境变化的研究， 对于与人类经济生活息息相关问题的深入研究无疑是大为有益的。 1 形成大规模土地沙漠化的地质背景 形成环境退化的地质背景与第四纪时期两大地质事件的出现有关， 一是新构造运动， 使得青藏地块大幅 馨 屠 刘2 0 0祥 1 -- l 0 7 l-- ～ 0 5 ， 男 ．副 教 授 ． 长 期 从 事 工 程 地 质 与 水 文 地 赍 ， 环 境 地 质 的 教 学 ．矸 究 ． 维普资讯 第 3期 刘祥等 西辽河平原土地沙漠化地质环境演变研究 1 O 1 度隆起 ， 季风环流系统开始建立， 这不仅改变了青藏高原本身的气候特征， 从根本上也改变了围绕我国的大 气环流格局， 阻挡了印度洋湿润空气北上， 并迫使干冷的西伯利亚冬季风转向东南， 与太平洋进行水热交换， 导致并诱发东南亚季风环流； 另个重要地质事件是第四纪冰期的到来， 特别是中更新世以后的冰期， 无论 就其规模和深刻程度都是空前的， 最终导致地球水体不断被固结， 洋面下降， 海岸线东移， 大陆腹地离海洋愈 来愈远。 由于上述地质因素的影响， 气候E l 趋干旱而寒冷， 并导致动植物及其他地表各要素亦随之变化。通过对 古季风地质记录的分析， 本区的局部气候则是在冀北辽西山地阻挡了湿润气流的北进， 北部的大兴安岭山地 使得湿润气流再次受阻的情况下形成干燥多风的小气候环境， 并且风向自更新世至今始终未变。 新构造活动不仅使我国西部地区隆起， 而且对松辽平原作用也是强烈的， 特别是松辽分水岭以南地区， 全新世以来平均 0 ． 0 2 mm ／ a 0 ． 3 m m／ a 幅度抬升， 致使晚更新世地层出露地表， 遭受剥蚀， 周边带已多呈 波状平原或半丘陵状地貌， 大青沟则缺失了晚更新世地层， 老哈河、 教来河、 西辽河下游发育两级阶地； 多处 湖泊萎缩干涸， 如查干泡子、 大布苏泡子以及莫力庙古湖泊等。这些表明， 由于构造原因使沙质平原上升， 沙 层裸露地表， 为沙漠化的发生和发展提供了物质基础。 2 平原沙化环境变化的历史过程 在第四系沉积中， 古气候变迁及气候地层沉积信息被完整地保存下来。 由于新构造活动， 地貌单元、 气候 波动的差异， 在沉积特征上因地有所差异。但通辽市腹地剖面的黑土堆积具有区域性环境意义。 对通辽及科左后旗全新世古沙丘剖面 图 1 ， 2 与下伏地层的接触关系进行研究， 查明了该区气候地貌 演化过程， 即沙漠化期与沙漠化逆转期交替演变过程， 其地层划分见表 1 。 寰 1 气懦地层层序 土地沙漠化的发生与发展受多因素制约。但气候因子则是导致沙漠化发生的直接原因， 即气候干燥， 沙 漠化就发生、 扩展， 形成风蚀地、 沙丘等气候地貌} 气候湿润， 沙丘固定， 湖泊水系发育， 地表生物量增加， 代表 暖湿气候环境的地层则形成。 这种由于气候波动所形成的地层交替沉积在西W F 原反映明显；图 1 、 2 剖面 显示了8 0 0 0 a ， B ． P ． 有 4 层黑土堆积， 其间发育了 4 期风积层， 这种韵律堆积完整真实记录了干冷与暖湿气 候交替与循环过程。 第 1 层黑土堆积 A 层 相当于中全新统 Q ， 5 3 0 0 a ， B ． P ． 3 5 0 0 a ， B ． P ． ， 持续时间 1 8 0 0 a 士2 0 0 a ， 黑土 不仅具有单一的环境意义， 而且对研究区沙漠化的发生下限时间提供依据。黑土 A层 具区域性分布的特 点， 下伏地层为晚更新世顾乡屯组冲积层， 说明沙化发生的时间应晚于 A层黑土。 黑土主要由黑灰色粉细砂 和黑灰色亚砂土组成， 厚 0 ． 2 m～2 ． O r n 。 奈曼旗、 科左后旗、 开鲁县、 通辽市、 瞻榆及康平等地均有分布。 上覆 地层为全新世风积层或漫滩冲积层。 在二来营子等地的黑土中发现了石镞、 梯形石片、 石网坠等， 经鉴定属新 石器晚期， 5 0 0 0 a ， B ． P ． ， 为中全新世中期 Q i 。桦树皮 c “ 测年和树木轮校正为距今后 5 3 0 0 a 士1 4 5 a 。 第 1 期风沙堆积I 期 发生于中全新世晚期 Q { ， 3 5 0 0 a ， B ． P ． 3 0 0 0 a ， B P ． ， 这是全新世时期本区第 维普资讯 l O 2 内蒙古农业大学学报 2 0 0 ] 1 次大规模沙漠化过程。 颗分表明， 黄色风成沙带有一定的原始性。 本期沙化过程持续时间较短 ，但它对沙区 原始地貌进行了相当程度的改造。 代表这一时期的气候环境为干燥少雨气候 。基本上为气候风沙物理过程。 ， - I l l I I I ． I ． 9 m 图 1 通辽第四纪地质实测剖面图 第 2 层黑土堆积 B层 相当于中全新 世 Q 晚期， 3 0 0 0 a ， R P ． 2 2 0 0 a ， B ． P ． ， 持续时间 8 0 0 a 士l O O a ， 本层黑土在研究区 广泛分布。 C “ 测年为 2 6 0 0 0 a ， 13 ． P ． 。 此外 库伦旗、 科左后旗沉积了代表这一时期典 型湿润气候的 1 ～2 层泥炭层。 第 2 期风沙堆积 I 期 相当于晚全 4 新世 Q{ ， 2 2 0 0 a ， B ． P ． 1 4 0 0 a ， B ． P ． 这是 发生在公元元年前后近 3 0 0 a 中， 干燥期持 0 续时间最长的 1 次沙化过程。 其作用强度、 规模及堆积厚度远超过前期， 物质组成以 粉沙、 细粉沙为主， 灰白色。根据粒度参数 统计特征， 风力搬运堆积作用极其明显。 使 ‘ 得古地貌再次受到改造。这一时期为气候 ． 人类干扰风沙物理过程。 第 3层黑土堆积 C层 A ． D 6 0 0 a ～ 1 0 0 0 a 。 为最适宜期， 是自秦、 汉至今气候史 0 ． 8 m 厚的黑色沙土。C “ 测定 1 2 6 5 a ， B ． P ． 。 m 7 Ⅳ 期 摹四凤抄嚣 辫 ＼＼＼＼＼＼ 5 D 屡 第 四 凤 抄 鼍 窟 期 5 I 期 第三风抄话删 啊 4 c屡 第三吼抄奠定斯 3 l 相 第二凤抄糟删 啊 ‘ 2 B 蜃 第凤抄苇 l 皇期 l I | - I 第一风抄糟喇 ∞ l 黄色风 a 黄色且血砂 厂] 图2 科左后旗沙丘地质剖面图 上出现的最湿润气候期， 在长达 4 0 0 a 4 - 5 0 a中， 沉积了 0 ． 5 m～ 第 3 期风沙堆积 t 期 A D - l O 0 0 a 1 3 0 0 a ， 为干燥气候期， 发生了C层黑土之上的第 3 期沙漠化沉积 过程。这一时期为人为诱导风沙物理过程。 第 4 层黑土堆积 D层 A ． D ． 1 3 0 0 a 1 6 0 0 a 。进入湿润期， 形成 D期薄层黄沙土。 1 6 0 0 年至今， 正处于 1 个极端的干燥期， 即现代沙漠化强烈发生期， 人类干扰作用显著加强。分布在本 区众多的湖泊、 水系正是在这一时期逐渐干涸， 分散成孤立零散的泡子、 千甸子或干河床 。通辽六合屯剖面表 明 4 0 0 a ， B P - 以来的风沙活动极其强烈。经测定， 风蚀速度及堆积速度远远超过历史上任何 1 次风沙活动 的强度。 ． 圜 l 皿 维普资讯 第 3 期 刘祥等 西辽河平原土地沙漠化地质环境演变研究 1 0 3 图3 科左后旗山檎年轮指教曲线 图4 科尔沁抄地各世纪干旱次数绕计曲线 3 1 O 。 年来气候的干湿波动与环境演变 3 ． 1 旱化趋势 近百年环境的变化趋向均与降水变化趋向一致。 湖泊的面积、 河流径流量等亦呈现与降水变化相同的趋 向， 各环境问题的消长也体现出彼此协调的特点。环境演变的规律与自 然演变的规律密切相关， 特别是与气 候波动的规律十分吻合， 而人类活动的影响则使其环境变化程度加剧或缓解。 树木年轮指数反映了活体植物 对地表环境变化过程的记录， 特别是对气候变化过程的反映。科左后旗山榆年轮指数曲线见图 3 ， 清楚地反 映出本世纪以来， 风力相对加强， 干旱频率在增加， 气候趋于旱化， 降水在缓慢波动中减少。 科左后旗固定沙地的活化主要是近百年来发展起来的。 从 1 9 5 8 年到期 1 9 8 1 年的2 3 年内， 流动沙丘、 半 流动沙丘的面积分别以 6 ． Z 3 和5 ． O 8 递增； 而半固定沙丘、 固定沙丘的面积则以年 1 ． 8 和 5 ． 7 9 递减。 利用两期航片测得， 1 7 年期间， 缓起伏粱窝状固定沙丘上各地表形态年遵变率的平均值为8 ． 2 2 ％， 平沙地则 1 0 ． 8 1 。 3 ． 2 降水 图4 提示 1 0 0 a ， B ． P ． 来降水在 日益减少， 气候变干的环境信息， 在这个尺度内仍存在着小尺度的降水 波动。1 9 8 6 年前后进入 1 个 2 0 年的湿润多雨期。1 9 9 8 年后进入 1 个少雨变干的阶段图 5 。 通辽地气候变化其规律是显著的， 降水量存在着 2 0 年左右的变化周期 1 8 8 6 1 9 O 6 干旱少雨段1 9 0 6 1 9 2 6 湿润多雨段 1 9 2 6 1 9 4 6 干旱少雨段1 9 4 6 1 9 6 6 湿润多雨段 1 9 6 6 1 9 8 6 干旱步雨段1 9 8 6 2 0 o 6 湿润多雨段 湿润多雨段会出现干旱极值年 ， 干旱少雨段会出现洪涝年份。 在未来十几年内， 本区以干旱少雨为主， 大 风频率增加， 风蚀风积地质作用加强。 沙尘暴作为1 种地质灾害， 自1 9 9 9 年以来， 颇度和强度都 在明显 增加， 范围也在扩大， 估计 2 1 世纪初已进入了 1 个以沙尘暴为特征的干旱多发时段。 4 结语 沙漠化的形成与发展是由于降水减少、 气候变干、 下垫面性质改变所致， 气候的千湿波动形成了特有的 气候地层， 郎 “ 黑土沙土” 交互式沉积建造。虽然气候的变化是长期的变迁或短期的波动才是招致沙漠 化的主导因子， 但目前人类对环境扰动的强度已超过环境系统的自然调控能力 无论在速率和容量上皆是如 此 。 当务之急是认清人类在环境系统中的双重身份 ， 在更高的层次上找到人类的“ 生态位” ， 进而控制并重新 设计人类自 身活动， 实现在优化自然环境中求发展。 西辽河平原正处在 1 个强烈的风沙活动期内， 气候干旱， 生态环境脆弱， 人们的经济活动最易触发沙漠 化的发生。 充分认识环境演变过程， 在遵循环境演变规律的同时， 建立资源环境开发动态协调机制。 扭转自然资源破坏和生态恶化的趋势， 认识并采取适宜的政策与措施予以切实解决比较突出的环境问题。 确 维普资讯 1 0 4 内 蒙古农业大学学报 2 0 0 1 拄 保本区经济可持续发展， 经济发展与环境建设相同步． 经济效益、 生态效益、 社会效益相统一。 4 ． 1 目 前， 应调整现有的土地利用结构和资源， 退耕还牧， 主要是固定沙丘的经济作物， 改善生产经营方式 减少对沙漠化土地的压力， 同时大力发展节水农业。 ； 、 广 -’、 ／ ⋯ V 1 ’＼＼ 1 9 L 0 i 9 即L 9 “3 I ， 4 O l ， 0 ， 6 口 1 9 7 0 1 肿 I ， 钟 删 a 图5 通辽地区 2 O 世纪以来年降水量变化 4 ． 2 严禁滥垦、 滥牧、 滋伐， 减少天然草场载畜量， 将牲畜限制在规定的半干旱区的临界指标内。 4 ． 3 水资源作为环境系统的 1 个重要要素， 它的变化对其它要素的变化将产生重要的影响。 采取有效措施， 经常维持水库以及河道中有足以维持环境系统所需求的水量， 使其渗漏补给地下水， 使局部强度开采造成的 水位下降得到补给。丰水期充分利用地表水灌溉， 增加对地下水的渗漏补给， 减少地下水开采量 。提倡非饮 食工业使用地表水， 从而减轻局部开采强度。 4 ． 4 加强水资源的涵养和保护， 进行地表水、 土壤水、 地下水的协调利用和科学管理， 把握水资源在环境系 统中所起的重要作用， 控制地下水位在环境系统所允许的弹性深度内， 增辟新的水资源或跨流域、 地区调水， 以控制或缓解地下水位持续下降的现状。 参考文献 [ 1 ] [ 2 ] E 3 3 [ 4 ] [ 5 ] 董光荣． 中国沙漠形成演化酌初步研究 J ] ． 中国沙漠， 1 9 9 1 1 ． 史培军． 地理环境演变研究的理论与实践[ M] ． 北京 ； 科学出版社， 1 9 9 1 胡孟春． 全新世科尔沁沙地环境演变的初步研究 J ] 、 干旱区资源与环境， 1 9 8 9 ， 3 4 ． 王绍武． 近百年气侯变化与变率的诊断研究口 ] ． 气象学报， 1 9 9 4 4 ． 夏玉梅． 三江平原第四纪孢糟组舍特征与气侯关系的探讨 ] ． 第四纪地质论文集 三 ． 地质出版社， 1 9 8 7 降 承 t 神 枷瑚 枷 蓍 i{言 维普资讯