作者：徐慧珍 李瑞敏 王轶 曹峰 马忠社 郭海全 刘久荣 林健 曹淑萍 张亚娜 刘峰川 赵婕
中图分类号：P641.1; X143 文献标志码：A 文章编号：1671-2552（2010）08-1201-09
The main soilgroundwater environmental problems and influencing factors in northern Haihe plain,
Abstract：Taking soil and unconfined groundwater as a interreaction system, soil acidification and groundwater alkaliNIzation and wetland degradation were analyzed in study area in this paper. The influencing factors of soil and unconfined groundwater environment were analyzed. Based on the realtest date of soil profiles and groundwater monitoring date, the research results were educed that soil environment was controlled mainly by natural factor, but the influence of human activity could not be ignored; unconfined groundwater environment was controlled by natural factor and human activity. The conclusion is very important for protecting soil and groundwater environment.
Key words：natural factor; human activity; soil acidification; groundwater alkalinization; wetland degradation; northern Haihe plain
海河平原北部地区人口密集，社会和经济发达，是中国重要的经济区。近30 年来，人类活动的影响使该区水土地质环境发生了显著变化， 环境质量更加脆弱，主要表现在以下几个方面：土壤和地下水遭受污染，环境质量下降；潜水下降，水资源衰竭；土地沙化和湿地退化严重等。针对这些问题，诸多学者在该区进行了许多研究[1-6]，但这些研究没有将水和土作为一个系统来考虑。
本文将土壤和潜水作为一个整体， 系统地分析了海河平原北部地区土壤环境和地下水环境的影响因素，土壤酸化和地下水碱化的趋势，土地沙化、湿地退化、土壤盐渍化的变化趋势和原因。为科学规划利用土壤和地下水资源、保护水土地质环境提供了重要的依据， 对保障社会经济可持续发展具有重要意义。
1 主要水土环境问题
1.1 土壤酸化和地下水碱化
据研究区41 个土壤剖面不同深度土壤样品的测试数据， 浅层土壤的pH 值明显小于深层土壤的pH 值，表明浅层土壤呈明显酸化的趋势（图1）。这一方面是人类石油、天然气等化石燃料利用量增加（1950—1990 年的40 年间增加了30 倍），金属冶炼（有色金属铜、铅、锌的冶炼）、化工生产（如硫酸和硝酸的生产）等排放大量的酸性物质（如SOx，NOx等），形成酸雨进入土壤，使土壤酸化；另一方面，农业生产活动增加了土壤中的有机质， 有机质分解使土壤酸化。
与土壤酸化相反， 海河流域潜水呈现碱化的趋势。对比海河流域北部平原潜水20 世纪80 年代初的pH 值和近年来的pH 值， 发现地下水明显趋于碱化（图2）。
1.2 土地沙化和湿地退化
海河平原土地沙化和湿地退化问题严重。解放初（1960 年前），大于100km2 的洼淀还有近10 个。自20 世纪80 年代以后，随着降水量的减少、地下水开采量的增加，海河流域地表河流、洼淀干枯，潜水下降，环境干化趋势明显，引发了土地沙化、湿地退化等水土地质环境问题。目前海河流域沙化土地以固定、半固定沙丘为主，主要分布在古河道及河流两岸。据统计[7]，海河平原北部地区青甸洼、黄庄洼、七里洼、大黄堡洼、白洋淀、团泊洼、北大港、南大港、大浪淀9 个主要洼淀， 从20 世纪50 年代开始水域面积呈显著缩小的趋势（图3）。
1.3 土地盐渍化
潜水埋藏浅、气候干旱、蒸发强烈导致水中盐分在土壤中累积，形成盐渍化土地。过去海河流域由于地形平坦、潜水埋藏浅等原因，土地盐渍化普遍；20世纪80 年代以来，由于地下水开采量增加，潜水大幅下降，同时利用水利排涝工程进行盐碱地改良，土地盐渍化面积大大缩小，盐渍化程度大大减轻。目前中部平原盐渍化土地主要分布在洼地周边及古河道两侧，在滨海平原沿海湾呈带状分布。
2 土壤环境影响因素分析
2.1 自然因素的控制
海河平原北部地区土壤成因主要受自然因素的控制，即在气候和时间尺度的前提下，主要受母质、地形、生物作用等因素的控制。
山前平原地区的山前冲洪积物主要是侵蚀堆积作用形成的，物质来源主要为丘陵山区残坡积物，沉积物颗粒较粗； 中部平原区主要为黄河冲洪积作用形成的，沉积物主要来源于黄河中上游沿岸的物质，沉积物颗粒较细； 东部滨海平原区为河流和海洋海陆交互作用形成的。这种沉积环境控制着区域的土壤特点。从山前到滨海，浅层土壤颗粒由粗变细（图4），粒径为0.075~0.05 和0.05~0.01 的百分含量有减少趋势， 粒径为0.075~0.05 的百分含量从山前的30%减少到滨海的20%，粒经为0.05~0.01 的百分含量从山前的50%左右减少到滨海的40%左右； 粒径为小于0.002 的百分含量有增加的趋势， 从山前的6%增加到滨海的20%左右。次生粘土矿物伊利石一般在胶粒中富集，剖面中伊利石含量较高（达到或超过25%）的有4 个样品：P-4、P-5、P-15 和P-16，前2 个样品位于白洋淀冲湖积平原区洼地区， 后2 个样品位于滨海区（图5）。
通过区域分析和剖面分析， 海河平原北部地区主要受自然因素控制的土壤元素有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、Ce、Co、I、La、Mn、Mo、Sc、Ti、Y 等， 这些土壤元素在区域分布上呈明显的分带性，如沿西北部山前地带SiO2含量高，到海边逐渐减少，从山前到滨海，浅层土壤中Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O 等的百分比含量均有增加的趋势（图6）； 这些元素在剖面不同深度上则基本均匀分布（图7）。
2.2 人类活动的影响
人类活动对海河流域土壤性质的影响非常明显，这从土壤元素的区域分布和剖面分布特点可以得到体现。
受人类活动影响的土壤元素的区域分布表现为在城市地区集中分布的特点。如Hg、Pb、Se、Zn、Cu、Cd 等重金属元素均在北京、天津、保定等城市及周边区浅层土壤中集中富集，这主要是城市工业发达、人口密集、重金属污染严重所致。
对41 个剖面5 个不同深度（20cm、35cm、50cm、100cm、150cm）的土壤样品34 种元素的测试数据进行了统计分析， 分别求取不同深度各元素的平均值（表1）。结果显示： 受人类活动影响较大的元素如Cd、Cu、Hg、Pb、Se、Zn、N、P、S、Corg 等变化明显，由土壤浅部到深部这些元素含量变化明显， 特别是到了人类活动影响很小的150cm深部，这些元素的含量与受人类活动影响较大的20cm浅部相比衰减明显；而主要受自然因素控制的常量组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O 等， 在不同深度平均值变化则很小（图8）。
表1 海河流域剖面不同深度元素均值对比
Table 1 The element mean comparison of different depths for the soil profiles
人类活动对土壤元素剖面分布的影响在单个剖面上反映更为突出，Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Se、Zn、Ni、N、P、S、Corg 等元素含量在单个剖面上， 从浅部到深部呈现显著变少的趋势， 大多在剖面60cm深度以浅部分的土壤元素含量高， 表明浅部土壤受人类活动的影响明显，60cm深度以深部分的土壤元素含量变少明显，表明深部土壤受人类活动的影响小（图9、图10）。
2.3 自然因素和人类活动双重因素的影响
土壤的形成往往受到自然因素和人类活动双重因素的影响。研究区受自然因素和人类活动双重因素影响明显的土壤元素有Cl、Br， 在区域上从山前到滨海呈明显的分带性； 受海陆交互作用的影响，Cl、Br 在滨海平原的含量高（图11），呈带状分布，从滨海到山前递减。浅层土壤与深层土壤相比，在城市地区（如北京、保定等）受人类活动的影响，Cl、Br 在浅层土壤中呈现明显的富集现象。
3 潜水环境影响因素分析
3.1 潜水水位变化的原因
海河平原北部地区潜水水位分布特征主要受自然因素的控制， 呈现出从山前平原到滨海平原潜水水位标高由高变低、水位埋深由大变小的特点。海河流域潜水总体变化表现为周期性下降的趋势，年际变化为下降趋势，年内变化为季节性周期变化的特征。这种水位变化的特征受自然因素和人为因素双重作用的控制， 主要原因有以下几个方面。
（1）降水量年际变化减少，年内呈季节波动状态区域性降水量减少是海河平原北部地区潜水下降的主要原因。受自然和人为因素的影响，海河平原北部地区降水量在逐步减少。1956 年至1989 年期间海河流域降水量平均减少3.85mm/a[8]；20 世纪90年代降水量有所增加，但与50 年代相比，海河流域降水量仍减少了100mm（图12）。降水量减少，首先直接导致研究区地下水的直接降水入渗补给量减少；第二，导致地表水减少，大多数河流干枯断流，使地表水入渗补给地下水水量减少；第三，导致区外山区对海河流域平原区的地下水侧向径流补给量减少。这些均导致潜水水位下降。
（2）开采量增加的影响20 世纪50 年代初至60 年代末，研究区供水以地表水为主；70 年代，地表水资源供应严重不足，开始大规模开采地下水， 地下水开采量逐渐超过了地表水供水量；80 年代以来， 随着人口的增加和国民经济的迅速发展，城市用水日益紧张，京、津等大中城市开始引水解决困难。90 年代中后期开始改善供水结构，改进工艺，提倡节约用水，总用水需求量近几年趋于稳定。如北京市1995 年以前总需水量有增加的趋势[9]，而1996 年至2001 年基本稳定在40×108m3/a 左右，2002 年至今基本稳定在35×108m3/a 的水平。由于降水量的减少，地表供水量减少，因此地下水开采量不断增加（图13），地下水长期处于超采状态，得不到恢复和补充，加剧了潜水水位下降的趋势。
（3）上游拦蓄地表水的影响
平原区上游拦蓄地表水导致常年河流变为季节性河流甚至干枯，河流径流量减少，河道沿线补给地下水量明显减少，也是潜水水位下降的原因之一。海河平原12 个水文断面河流水文站1950—2000 年实测年径流量显示[10]，年径流量呈明显下降的趋势（图14）。1956—1980 年海河流域山前平原的多年平均地下水补给量为66.2×108m3/a， 其中河道渗漏补给占7.29%；1980—2000 年河道渗漏补给量所占比例减少至3%。
（4）农业灌溉量减少的影响
20 世纪80 年代开始， 农业灌溉中不断强化渠系防渗功能，改进农业灌溉技术，从大水漫灌逐渐变为喷灌和滴灌，农业灌溉量在逐年减少（图15）；同时潜水水位下降，包气带厚度加大，灌溉水大多以蒸发、蒸腾的形式消散于大气中，大大减少了渠系渗漏补给量和灌溉回归补给量，影响了地下水的补给。这都导致了潜水水位的下降。
3.2 地下水环境的影响因素
海河平原北部地区地下水水化学的分布特征受自然因素和人类活动双重因素的控制。20 世纪80年代，受人类活动影响相对较小，地下水主要受自然因素的控制， 表现为溶解性总固体从山前平原的小于500mg/L 过渡到滨海平原的大于2000mg/L。近20 年来，人类活动对地下水的影响加剧，溶解性总固体虽然仍有原来带状分布的特点， 但溶解性总固体明显增加，尤其在西北部山前平原的北京、保定等地区，溶解性总固体从以前的小于500mg/L 变为目前的大于500mg/L（北京地区），甚至大于1000mg/L（保定地区）， 地下水水化学类型从重碳酸盐型水逐步过渡到氯化物型水。在山前平原区，洪冲积沉积物颗粒较粗，地下储水介质具有较强的渗透能力，地下水流速较快，循环条件好，地下水为重碳酸盐型、重碳酸硫酸盐型低矿化度淡水； 中部平原区沉积物颗粒较细，同时地势平缓，地下水流速变缓，地下水以硫酸盐型微咸水为主；在滨海平原区，地势平缓，沉积物颗粒细，透水性差，水循环缓慢，再加上海洋的影响，地下水以氯化物型为主，矿化度往往大于3g/L，为咸水[11]。
人类活动对海河平原北部地区地下水质和水化学类型的影响，还表现在工业发达、人口密集的城市地区，地下水存在点状和小片状污染，水化学类型趋于复杂化，如北京、保定等城市地下水局部变为硫酸盐型水。
4 结语
海河平原北部地区土壤环境主要受地形地貌、物质来源、成因类型等自然因素的控制，部分地区，尤其是人口集中的城市地区， 人类活动对土壤环境的影响也很显著；潜水环境受自然因素（成因类型、降水量、蒸发量等）和人类活动（开发利用等）双重作用的控制。多年来研究区土壤呈酸化的趋势，地下水呈碱化的趋势；土地沙化和湿地退化趋势明显；土地盐渍化得到明显的控制。
致谢：本文承蒙任福弘研究员、王瑞久研究员审阅和指导，在此表示诚挚的感谢。
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作者简介：徐慧珍（1966- ），女，博士，教授级高级工程师，从事水土环境地质调查、监测和研究。
