扎龙湿地形成演化与环境演化

扎龙湿地形成演化与环境演化

1扎龙湿地的保护现状湿地是三个自然生态系统之一，与海洋和森林相连。它不仅具有丰富的生物多样性,还在涵养水源、调节气候、补充地下水、降解环境污染、蓄洪防旱、维持区域生态平衡等方面有重要作用[1～4]。由于其特有的功能,近年来对它的保护越来越受到人们的重视。扎龙湿地位于黑龙江省西部,为乌裕尔河下游尾闾湖形成的苇草湖沼。前人认为扎龙湿地是在第四纪早更新世早期乌裕尔河地区大规模沉降,后来平原区整体抬升,受到河流和风力的影响,形成的众多风蚀浅平洼地和风成沙丘。近年来扎龙湿地开始面临诸多问题:(1)受区域气候影响,连续数年干旱缺水,湿地面积严重萎缩,水量枯竭。(2)受人类活动影响,湿地生态系统相应也发生了变化。(3)随湿地功能的逐渐下降,拦蓄洪能力降低,土壤盐碱化程度日益严重。(4)区域水资源不合理利用,加剧了湿地缺水状况[6～8]。因此扎龙湿地的保护近年来受到人们的高度重视,对扎龙湿地的水资源状况、景观格局变化[9～14],以及扎龙湿地生态环境的脆弱性、生态环境保护的对策[15～17]都开展了广泛的研究,然而最近有人开始“反思”湿地保护的必要性,尤其是最近有人针对扎龙湿地调水引发的湿地与农业抗旱、城市生活之间的用水矛盾提出保护扎龙湿地是否值得的疑问。为此我们试图从扎龙湿地地质环境背景、历史演化的角度,利用遥感信息和野外表土样品分析,通过分析沙地成因、河流与沙地、湿地与沙地的关系,来探讨该地区生态环境保护的意义。2学习方法2.1典型河滨湿地扎龙湿地位于黑龙江省西部松嫩平原,是乌裕尔河尾闾湖退化而成的苇草湖沼,地理坐标为46°52′～47°32′N,123°47′～124°37′E,距齐齐哈尔市东南约26.7km,横跨该市的富裕、泰来、铁锋等六县区。总面积2100km2,属于典型的河滨湿地,平均海拔144m,大体呈NE-SW向展布。其中湿地(湖泊、沼泽)面积1240km2,是我国珍稀鸟类和湿地生态类型的国家级自然保护区(图版Ⅱ,图1)。这里属中温带大陆性季风气候,年平均气温2～4.2℃,多年平均降雨量416mm,降水多集中在7～9月份。湿地内分布众多泡沼,蒸发强烈,土地盐碱化较普遍。乌裕尔河是扎龙湿地形成的主要水源,它发源于小兴安岭南麓,乌裕尔河流至该区,失去明显河道,河水漫溢形成永久性及季节性淡水沼泽地。2.2研究方法与样品分析(1)遥感分析:利用两景美国陆地卫星TM遥感图像(轨道编号120-027(1999年9月)和120-028(2000年6月)),采用543波段的假彩色合成方式,对研究区进行遥感岩相学研究,通过观察分析各种地质地貌单元的相互关系(如切割破坏、叠置继承、连接展布等),并结合该区的其它相关数据(如DEM数据、文献资料等),分析嫩江、乌裕尔河、沙地、连环湖与扎龙湿地的演化关系,并进而讨论扎龙湿地保护的环境生态学意义。(2)野外实地考察与样品分析:野外实地调查扎龙湿地及周边地区,并采集表土样品,样品在中国科学院地质与地球物理研究所粒度分析实验室利用Mastersizer2000仪器进行粒度分析。然后与采自松嫩与科尔沁沙地的典型沙丘样品、其他地区(如张家口三台河)的典型河流沙样品进行对比分析(表1),以确定扎龙地区沙地沙的成因和来源。3分析与讨论3.1扎龙湿地内及其周边地区的表土样品特征扎龙湿地地处齐齐哈尔-大庆之间的沙地分布区,因此查明该沙地的成因和形成过程对于理解扎龙湿地形成的环境背景具有重要意义。齐齐哈尔-大庆沙地属于松嫩沙地的一部分,位于松嫩平原西部的嫩江沿岸,主要以大面积的平缓沙地为主。从形态上看,沙地基本由北西向展布的带状沙垄和垄间洼地构成,在连环湖一带沙垄-洼地地貌明显,洼地积水成湖,而在北部的东塔哈-小哈柏一带沙岗地已多被改造成耕地,但未被利用的垄间盐碱洼地仍保留了明显的北西走向(图版Ⅱ,图2)。空间上北西向沙垄的分布从北部的扎龙、连环湖,经齐齐哈尔的泰来、通辽-白城的舍力和通榆,向南直到内蒙的通辽赤峰地区,形成了一条由北西向带状沙垄和盐碱洼地组成的北北东向松嫩-科尔沁沙带。这个沙垄带平行于大兴安岭东麓展布,虽然中间有嫩江、洮儿河与霍林河切穿分割,但仍有显著的连续性和整体性,其北西向展布的沙垄和盐碱洼地在分布、走向和长宽比规模上都相对稳定,完全不受西辽河、霍林河、洮儿河和嫩江等河流的控制,显然应该是在同一环境下受相同地质营力所形成的。分布广阔、走向稳定、沙垄规模接近的北西向沙垄-盐碱洼地很难用松嫩盆地西部流向、流量都不相同的河流(嫩江、洮儿河、霍林河、新开河等)的阶地或古河道来解释。还有一种观点认为沙垄可能是古松嫩大湖湖退留下的湖滨沙堤,然而湖滨沙堤应该围绕湖心呈同心圆状,而实际上北西走向的沙垄在通辽-舍力一带垂直于东侧大安-乾安一带的古湖西岸走向,因此湖滨沙堤说不成立。最大的可能就是风力作用下形成的风成沙垄。科尔沁沙地南部,沙垄向东走向有由北西走向转变为北东走向特点(一般认为是由于南部和东南部风场变化导致),其西部的北西向沙垄与北侧北西向沙垄带完全是一个连续的整体,它们共同构成了松嫩-科尔沁沙地。科尔沁沙地南部北西向沙垄的风成成因,意味着北侧松嫩沙地内北西向沙垄应该具有相似的风成成因。为了进一步确定这些沙垄的地质成因,判别其是河湖相沉积(水成)还是风成沉积(风成),我们采集了扎龙湿地内及其周边地区的表土样品,以及科尔沁沙地的典型沙丘沙样品和其它地区的典型河流沙样品,对比分析这些样品的粒度分布特征。由于河流沙有跳跃、悬浮等组分,不同的河流环境下粒度分布曲线有所差异,通过对不同介质和动力条件的河流沙、湖泊沙、海沙、沙丘沙、黄土、风化壳的粒度特征分析,这里我们选取了和沙丘沙粒度曲线最相似的河流沙样品进行对比。河流沙通常分选较差,粒度分布存在跳跃和悬浮组分构成的多峰特征(如三台河),常存在<10μm和100μm±的两个峰,只有水动力很强、搬运距离大的河流沙才可能出现分选好、由跳跃组分构成的单峰(如长江),但其粒度通常偏粗,其峰值粒径通常在300μm±。而风成沙由于主要是风力作用下的跳跃颗粒,通常分选好,呈单峰特点,但因大气粘滞系数远小于水,颗粒明显较细,峰值粒径一般在200μm±(详细特点另有专文论述,这里不展开讨论)。松辽盆地西部的河流除嫩江较大外,其它河流规模都较小,分析发现扎龙湿地内及其周边地区的表土样品与典型沙丘沙的主要特征基本一致(图版Ⅲ,图3),而与河流沙样品在峰值粒径上存在明显差异,因此扎龙湿地内及其周边地区的表土样品具有风成特点,属于以跳跃组分为特征的沙漠沙类型。结合北西向沙垄分布不受河流流向影响的特点,可以确定齐齐哈尔-大庆-泰来的北西向沙垄具有相同的风成成因。裘善文、李保林等[19～22]对该区沙丘沙地层的研究显示,已暴露的沙丘底部沙层年龄在11000～8500aB.P.之间,因此松嫩-科尔沁沙地的形成至少在全新世以前就已形成。孙广友(1991)认为,松辽盆地中更新世时期曾为一个统一大湖,直到中更新世末才随着松辽分水岭的形成而消亡,而沙地只能形成于湖退以后,因此晚更新世可能是风成沙地开始大规模形成的时期,即沙地形成主要始于末次冰期时期。3.2齐齐哈尔-大庆沙带的关系(1)古价值规划与风成沙地的关系遥感图像上显示在现在嫩江的东侧存在一条呈北北东方向展布的嫩江古河道,从黑龙江拉哈至富裕、经齐齐哈尔东侧的东塔哈、边屯、霍托气,向南一直到达连环湖西侧的官尔屯一带,图像上呈暗色调,地貌上由一系列的低洼地和古河曲构成,古河道贯穿了齐齐哈尔东侧的整个沙地,并明显切割破坏了北西向带状沙垄和盐碱洼地。这条古河道实际是受一条北北东向新华夏系断裂所控制,向南至连环湖西侧的江湾附近后,被另一条北北西向的断裂(现在嫩江的江桥-大安段)所终止。沿一条北东向断裂展布的乌裕尔河在富裕南侧的中和一带注入嫩江。这样古嫩江与沙地的相互关系就成为一个需要回答的问题,即风成沙地是风力改造该古嫩江河道的河流沙而来,还是先有风成沙地,嫩江后来才进入沙区并改造沙地?而实际上扎龙湿地内的表土样品采自水体环绕的小沙丘上(图版Ⅱ,图4),其所处位置表明其风成成因完全不能用风力改造湖沙或乌裕尔河河沙来解释,风成沙构成湿地表土母质的最好解释就是沙地形成早于河流的改造。其次,一般地说,若风成沙来自河流滩地,则沙地展布严格受河流河道展布的控制,风成沙地应主要分布于河流两岸的下风方向。相反,如先有沙地,后期河流进入并破坏改造沙地,则沙地展布不受河流河道所控制,并可能留下沙丘被河流改造的地貌特征。齐齐哈尔-大庆一带的北西向沙垄作为大兴安岭东侧一个长数百公里、北西向沙垄构成的北北东向沙垄带的北段,其分布不仅宏观上基本不受嫩江古河道的控制,而且细节上表现出嫩江古河道穿越松嫩沙地后,河道侵蚀破坏已有的北西向沙垄,并在沙地内形成复杂的蛇曲,因此显然沙地形成在先,然后嫩江进入沙地,破坏改造了原有的沙地地貌。而晚更新世沙地北西向沙垄形成时,嫩江是否存在或嫩江河道在什么位置则是另一个问题,本文讨论限于扎龙地区沙地形成以后的地质环境变化。如果沙地形成于末次冰期,我们由此推测这段嫩江古河道进入沙地可能大约是在末次冰期晚期或全新世早期。(2)扎龙湿地的起源现在的嫩江位于上述古河道以西,因此显然后期发生了河道迁移。由于地壳构造运动的影响,嫩江东北侧地壳缓慢抬升,致使嫩江被迫西迁改道,沿另一条北北东向断裂形成了现在的嫩江河道。嫩江西迁后,在整个扎龙地区留下大量大小不等、形态各异的牛轭湖,而乌裕尔河也因此出现分叉,向西注入嫩江的一支逐步萎缩,另一支则向南进入扎龙地区,成为现在扎龙湿地的主要水源。这次嫩江河道改道推测可能发生在全新世中期。3.3扎龙湿地存在的地质背景(1)扎龙湿地的成因。嫩江河道从扎龙地区西迁后,扎龙一带沦为乌裕尔河的尾闾湖,这个尾闾湖虽然也包含了原嫩江留下的古河道,但并不完全受古河道的控制,当乌裕尔河来水充沛时,水域可以覆盖广大的低洼地区。随着这个乌裕尔河尾闾湖的逐步萎缩,最终演化成为现在的扎龙湿地,在遥感图像上湿地内生长的大量芦苇表现为暗绿色,而水体为蓝色、深蓝色。由于全新世适宜期有较丰富的降水,特别利于湿地的形成,由此推测扎龙湿地形成于嫩江西迁之后,大约属于全新世中晚期。(2)扎龙湿地与连环湖。连环湖位于扎龙湿地以南,由众多长轴为北西向的水域构成,仅在其西北部才有河流遗留的牛轭湖蛇曲遗迹存在,显示嫩江古河道从连环湖西北侧经过。表土粒度特征、宏观走向和野外调查(图版Ⅱ,图5)表明这里的北西向沙垄同样具有风成成因。因此连环湖主体不是嫩江古河道留下的牛轭湖,而是在北西向沙垄间低洼地里(图版Ⅱ,图6)积水形成的湖泊。现在连环湖的湖水来源通道主要就是其西北部与扎龙湿地相连的古河道,当乌裕尔河来水充沛时,扎龙湿地湖水通过这些古河道下泄进入连环湖,因此连环湖供水远不如扎龙湿地。可见连环湖具有与扎龙湿地不同的地质背景。它与扎龙湿地虽然相连,但却形成于沙垄间低洼地内,而扎龙湿地则形成于古河道改造沙地后形成的低洼地内。归纳以上分析,我们可以总结出扎龙地区各主要地质地貌自沙地形成以来的时间演化序列为:风成沙地形成→嫩江进入、并改造破坏沙地→嫩江西迁、乌裕尔河分流→乌裕尔河在扎龙地区形成尾闾湖→尾闾湖退化,扎龙湿地形成。3.4扎龙湿地环境的重要作用(1)扎龙地区是嫩江流域的一个生态环境关键区。扎龙湿地和连环湖均发育在风成沙地上,加之这里气候干旱、年降雨量少、植被覆盖度偏低,沙地面积巨大,潜在沙漠化、盐碱化严重,极有可能成为沙尘暴物源地,扎龙湿地的这种环境背景决定了这里是整个嫩江流域环境最为脆弱的一个生态环境关键区。(2)齐齐哈尔-大庆之间的整个地区都属于生态环境脆弱区。扎龙湿地的影响并非仅仅局限于湿地保护区,实际上湿地保护区外的连环湖以及其它一些小面积低洼湿地对整个地区的生态环境都有重要影响,扎龙湿地只是其中兼具有生物多样性的一个重要地区。(3)扎龙-连环湖地区生态环境退化直接影响齐齐哈尔和大庆两市的生态环境安全。在扎龙湿地和连环湖的东西两侧是齐齐哈尔和大庆两大城市,发育在沙地上的湿地和湖泊一旦退化消亡,则意味着低洼地的盐碱化和岗地的沙漠化,这将对两城市尤其是大庆造成直接的生态环境威胁。实际上大庆市区附近已有沙丘开始活化,并影响城区。因此保护扎龙湿地和维系连环湖,是防止这一地区原有沙地沙化和低洼地盐碱化的重要保证,也是维系齐齐哈尔和大庆两大城市生态环境安全的重要保证。(4)气候变化和人类过度取水是导致扎龙湿地退化的两个重要原因。一方面近年来伴随全球气候的变化,东北地区气温增加,降雨量偏少,造成乌裕尔河河水流量明显降低,另一方面乌裕尔河中上游地处农业区,从遥感图像上可以看到沿河两岸人们修建了大量的引水工程和农田,近年来的大量农业用水,已造成乌裕尔河流量的大量减少,中上游用水过度已是不争的事实。自然与人为两方面的原因导致乌裕尔河进入扎龙湿地的水量近年来显著下降,已严重威胁到湿地的生存。4扎龙湿地公园齐齐哈尔-大庆沙地由北西走向的纵向沙垄和低洼盐碱带组成,与科尔沁沙地一起构成了一个北北东向展布的沙带,其形成可能主要始于晚更新世的末次冰期时期。其后嫩江进入沙地,并对沙地进行改造,在扎龙地区留下众多牛轭湖。后期由于构造抬升嫩江河道西迁,乌裕尔河成为内流