鄂爾多斯高原毛烏素沙地湖盆周緣植被與地下水關(guān)系研究

侯榮哲，楊 娜，孟 甲，藺成龍，張姣姣

(石家莊經(jīng)濟學院工程學院，河北 石家莊050031)

鄂爾多斯高原毛烏素沙地湖盆周緣植被與地下水關(guān)系研究

侯榮哲，楊 娜，孟 甲，藺成龍，張姣姣

(石家莊經(jīng)濟學院工程學院，河北 石家莊050031)

受氣候變化和人類活動的兩重影響，鄂爾多斯高原湖泊呈現(xiàn)不同程度的萎縮趨勢，對本區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大影響。在鄂爾多斯高原毛烏素沙漠腹地選擇有代表性湖泊—布寨淖爾湖為研究區(qū)，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取典型剖面詳細研究優(yōu)勢植被與地下水的關(guān)系，系統(tǒng)總結(jié)湖盆周緣地形地貌、包氣帶巖性結(jié)構(gòu)、地下水水位埋深、水化學特征與植物類型和植被種群的關(guān)系，分析影響植被生態(tài)的主要因素，揭示湖盆周緣生態(tài)水文地質(zhì)分帶規(guī)律，劃分4個生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)，提出湖盆周緣優(yōu)勢植被沙蒿(Artemisia)、沙柳(Salix psammophila)和苔草(Carex)的適生地下水位埋深。

生態(tài)脆弱區(qū);植被;地下水;毛烏素沙漠;鄂爾多斯高原

在鄂爾多斯高原毛烏素沙地生態(tài)脆弱區(qū)，生態(tài)維持功能和資源供給功能是地下水系統(tǒng)的兩大重要功能［1］。生態(tài)維持功能主要表現(xiàn)在在一些湖盆灘地區(qū)地下水為一些濕生、水生草本植物以及喬木的生存生長提供主要水分來源，以維持這些喜水植物的生命和低濕地植物群落的穩(wěn)定［2］。資源供給功能表現(xiàn)在地下水系統(tǒng)能夠為人類的生存和生產(chǎn)活動提供所需的水源，區(qū)內(nèi)的人畜生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉與部分工業(yè)用水主要是開采地下水獲取。由于地下水系統(tǒng)可提供的地下水資源量有限，因此這兩大功能的實現(xiàn)受到地下水資源總量的制約［3］。在對地下水開發(fā)利用過程中，這兩大功能經(jīng)常是一對矛盾體，一個功能的加強可能會導致另一個功能的減弱甚至喪失。在鄂爾多斯高原這對矛盾是極其明顯的，處理好地下水資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護之間的關(guān)系是實現(xiàn)鄂爾多斯能源基地可持續(xù)發(fā)展的根本。

近年來隨著能源基地建設(shè)進程的加快，對水資源的需求不斷增加。受氣候變化和人類活動的兩重影響，鄂爾多斯高原湖泊呈現(xiàn)不同程度的萎縮趨勢［4］，對本區(qū)的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴重影響。本文在鄂爾多斯高原毛烏素沙漠腹地選擇有代表性湖泊—布寨淖爾湖為研究區(qū)，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取典型剖面詳細研究了優(yōu)勢植被與地下水的關(guān)系，系統(tǒng)總結(jié)了湖盆周緣地形地貌、包氣帶巖性結(jié)構(gòu)、地下水水位埋深、水化學特征與植物類型和植被種群的關(guān)系，分析影響植被生態(tài)的主要因素，揭示了湖盆周緣生態(tài)水文地質(zhì)分帶規(guī)律，并劃分為4個生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)，提出了毛烏素沙漠湖盆周緣優(yōu)勢植被沙蒿、沙柳和苔草的適生地下水位埋深。研究成果為鄂爾多斯盆地水資源合理開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護提供了依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯高原毛烏素沙地(也稱鄂爾多斯沙地)位于陜西省榆林市和內(nèi)蒙古自治區(qū)伊克昭盟之間，面積約4×104km2。毛烏素沙漠海拔多為1 100～1 300 m，西北部稍高，達1 400～1 500 m，個別地區(qū)可達1 600 m左右。東南部河谷低至950 m。毛烏素沙地是在白堊紀河流相、沙漠相和湖泊相古沉積盆地的基地上，經(jīng)長期風化、剝(風)蝕和再沉積作用而形成的現(xiàn)代地貌景觀。出露于沙地外圍和伸入沙地境內(nèi)的梁地主要是由白堊系下統(tǒng)保安群陸相砂巖組成［2］，由于該砂石呈膠結(jié)—半膠結(jié)狀態(tài)，結(jié)構(gòu)疏松，極易風化成松散砂層，經(jīng)風力搬運，形成易動流沙，是毛烏素沙地的主要物質(zhì)來源。

毛烏素沙地東西和南北延伸均在200 km左右(圖1)。以固定、半固定沙丘為主。向東南方向，沙丘的活動性增加，風沙覆蓋度降低。沙丘的類型以新月形沙丘為主，間有格子狀沙丘和蜂窩狀沙丘。沙丘與沙丘相互連接，形成沙丘鏈，呈北東－南西向延伸。沙丘高度一般為10～15 m，最高可達30～40 m。

圖1 毛烏素沙地地貌及研究區(qū)范圍圖

毛烏素沙地內(nèi)部分布有許多呈串珠狀排列的湖盆或灘地，其特點是沙丘沙地環(huán)抱風沙湖盆灘地，沙丘高度一般高3～6 m，多為固定和半固定沙丘。湖盆灘地主要由沖積沙、粘土組成，地勢相對較低，地形較為平坦，在地形低洼處積水形成湖(淖)。湖盆灘地主要接受地表水和淺層地下水的補給，地下水從湖盆周邊向湖泊匯集，是淺層地下水的排泄基準面。每個湖盆灘地都是一個相對完整的地下水水流系統(tǒng)，地下水位埋深從湖盆向周邊地區(qū)不斷增大，地下水與植被生態(tài)存在明顯的依賴關(guān)系。因此，湖盆灘地夏季水草豐盛，在維持毛烏素沙地生態(tài)環(huán)境和防止沙漠化等方面發(fā)揮著重要的作用。

2 湖盆周緣植被種群與地下水關(guān)系

鄂爾多斯高原湖盆灘地眾多，據(jù)統(tǒng)計水面面積大于1 km2的湖泊就有57個，每個湖盆都具有相對獨立生態(tài)水文地質(zhì)特征，是一個相對完整的地下水與生態(tài)系統(tǒng)［5］。為詳細研究湖盆周緣生態(tài)水文地質(zhì)規(guī)律，本文在鄂爾多斯高原毛烏素沙漠腹地選擇有代表性湖泊—布寨淖爾湖為研究區(qū)，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，在湖盆西岸實測了一條1.5 km生態(tài)水文地質(zhì)剖面，在剖面線上施工了5個淺孔，詳細了解了包氣帶巖性結(jié)構(gòu)、潛水含水層特征、地下水水位埋深，采取了4組地下水水化學樣品，通過對調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，系統(tǒng)研究了湖盆周緣地形地貌、包氣帶巖性結(jié)構(gòu)、地下水水位埋深、水質(zhì)類型與植物類型和植被種群的關(guān)系。

2.1 湖盆生態(tài)水文地質(zhì)分帶規(guī)律

通過研究區(qū)植被分布與相應的地下水埋深進行分析可以看出:苔草、寸草、蘆草等喜水植物種群，主要分布在地下水埋深小于1 m的區(qū);沙蒿、沙柳、旱柳、楊樹等植被種群主在分布在地下水埋深大于1 m的地區(qū)。研究區(qū)植被的這種分布規(guī)律，與湖盆及其周緣的地貌特征密切相關(guān)，苔草、寸草、蘆草等植物種群呈環(huán)帶狀分布在地形相對平坦的湖盆灘地區(qū)，而沙蒿、沙柳、旱柳、楊樹等植被種群主在分布地盆地周緣地形相對起伏較大的波狀沙丘地區(qū)。

研究區(qū)植被分帶規(guī)律的特點是:從灘地到沙丘呈現(xiàn)出從苔草、寸草、蘆草等喜水植物種群到沙蒿、沙柳、旱柳、楊樹等植被種群過渡的生態(tài)分帶規(guī)律，自湖面向周緣依次可劃分為以下4個生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)。

1)湖泊生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)(Ⅰ):是湖盆水文地質(zhì)單元的排泄基準面，湖底巖性結(jié)構(gòu)為灰色粘土，為相對隔水層。湖水面積呈季節(jié)性變化，在雨季積水，湖水面積增大，旱季湖水面積減小，甚至干涸。在調(diào)查期間(2011年7月20日)湖水呈干涸狀態(tài)，因此未能采集到湖水的水化學樣品。

2)湖盆灘地生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)(Ⅱ):呈環(huán)帶狀分布湖泊周圍，地形微向湖面頒斜，坡度1～2度。根據(jù)地下水位埋深和植物種群分布狀況，可進一步劃分為2個亞區(qū)。

(1)低灘地生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)(Ⅱ1):緊鄰湖泊水體呈環(huán)帶狀分布，地貌類型為低湖盆灘地，距湖泊水面的距離為200 m左右。含水層巖性結(jié)構(gòu)為:0～0.3 m為第四系全新統(tǒng)風積沙，0.3～0.8 m為灰色粘土或富含腐殖質(zhì)的中細砂;地下水位埋深0.2～ 0.8 m，水化學類型為:HCO—Mg—Ca—Na型，礦化度為851 mg/L。植被種群主要為苔草，在地下水出露處多生長寸草，植被覆蓋度為80% ～100%。

(2)高灘地生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)(Ⅱ2):由低灘地生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)向外逐步過渡到本區(qū)，地貌類型為高湖盆灘地，呈寬約200～250 m的環(huán)帶狀分布。包氣帶及含水層巖性結(jié)構(gòu)為:0～0.6 m為第四系全新統(tǒng)風積沙，0.6～1.0 m為灰色粘土或富含腐殖質(zhì)的中細砂，為含水層，地表有鹽咸化現(xiàn)象;地下水位埋深0.8～ 1.0 m，水化學類型為:HCO—Ca—Na型，礦化度為982 mg/L。植被種群主要為寸草、蘆草和菊科雜草等多年生草本植物，植被覆蓋度為70% ～80%。

3)湖盆灘地與沙丘過渡生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)(Ⅲ):本區(qū)為湖盆灘地與沙丘過渡地帶，地表被風積沙覆蓋，地形稍有起伏，寬度在100～200 m左右。包氣帶及含水層巖性結(jié)構(gòu)為:0～1.0 m 為第四系全新統(tǒng)風積沙(包氣帶)，1.0～1.5 m 為灰色粘土或富含腐殖質(zhì)的中細砂，為含水層;地下水位埋深1.0～1.5 m，水化學類型為:HCO—Ca型，礦化度為612 mg/L。植被種群主要為沙蒿，植被覆蓋度為30%～50%。

灘地與沙丘的過渡帶，除了地形和土壤類型的變化(由灘地的富含有機質(zhì)的沙質(zhì)壤土轉(zhuǎn)化為沙丘的風積砂)外，變化最為明顯的是地下水埋深明顯增大，隨著地下水埋深的增大，植被種群存在著明顯的分帶規(guī)律，即植被類型也從水生、中生的草本轉(zhuǎn)化為旱生、沙生的沙蒿等灌木。這種植被種群的分帶明顯地表現(xiàn)出了植被與地下水埋深的關(guān)系。

4)沙丘生態(tài)水文地質(zhì)區(qū)(Ⅳ):呈大面積分布在湖盆外緣，地貌類型為沙丘與丘間洼地相間分布，在較大的丘間洼地有家田，地形起伏相對較大，所見沙丘高度可達15 m左右。地表全被第四系全新統(tǒng)風積沙覆蓋，厚度大于1.5 m，地下水位埋深大于2.0 m。植被種群主為沙蒿、沙柳沙生灌木，并出現(xiàn)了旱柳、楊樹等喬木;在沙丘頂部以沙蒿為主，丘間洼地沙柳生長茂盛，并有少量的旱柳、楊樹等，植被覆蓋度為30% ～40%。

2.2 湖盆優(yōu)勢植物的適生水位

通過對鄂爾多斯高原布寨淖爾湖盆及周緣優(yōu)勢植被與地下水關(guān)系的調(diào)查和研究，得出研究區(qū)主要植被種群的適生水位埋深。苔草、寸草、蘆草等喜水植物種群主要分布在湖泊周邊的灘地區(qū)，它們與地下水關(guān)系較為密切，苔草(Carex)等適生的地下水埋深小于1.0 m;沙蒿(Artemisia)在地下水埋深小于1.0 m的灘地區(qū)幾乎沒有分布，而地地下水位埋深大于1.0 m的沙丘區(qū)均有分布，且生長良好，說明沙蒿所需的水份來源主要依靠大氣降水，與地下水位埋深關(guān)系不大，沙蒿的適生的地下水埋深為大于1.0 m;沙柳(Salix psammophila)在地下水埋深大于1.5m沙丘區(qū)均有分布，且在丘間洼地生長茂密，說明沙柳與地下水位埋深存在著一定的關(guān)系，通過本次研究，結(jié)合前人研究成果［5］，認為沙柳適生的地下水水位埋深為1.5～3.0 m。

3 結(jié)語

1)通過對鄂爾多斯高原布寨淖爾湖盆及周緣優(yōu)勢植被種群與地形地貌、包氣帶或含水層巖性結(jié)構(gòu)、地下水位埋深、水化學類型、礦化度等關(guān)系的綜合研究，從湖泊水域到湖盆周緣可劃分為4個生態(tài)水文地質(zhì)分區(qū)，每個區(qū)均有各自的生態(tài)水文地質(zhì)規(guī)律。

2)提出了布寨淖爾湖盆及周緣優(yōu)勢植被種群的適生地下水水位埋深。其中。苔草等適生的地下水埋深小于1.0 m;沙蒿為大于 1.0 m;沙柳為 1.5 ～3.0 m 。

［1］楊澤元，王文科，王雁林，等.禿尾河流域地表環(huán)境評價指標體系研究［J］.水資源保護.2006，22(5):22－27.

［2］黃金廷，侯光才，陶正平，等.鄂爾多斯高原植被生態(tài)分區(qū)及其水文地質(zhì)意義［J］.地質(zhì)通報.2008，27(8):1330－1334.

［3］王雁林，王文科，張徽，等.陜北風沙灘地區(qū)面向生態(tài)的地下水可持續(xù)開發(fā)方案［J］.地質(zhì)通報.2008，27(8):1323－1329.

［4］張茂省，盧娜，陳勁松.陜北能源化工基地地下水開發(fā)的植被生態(tài)效應及對策［J］.地質(zhì)通報.2008，27(8):1299－1312.

Relation Between Vegetation and Groundwater in the Marginal Area of a Lake Basin of the Maowusha Sandy Land，the Ordos Plateau

HOU Rong － zhe，YANG Na，MENG Jia，LIN Cheng － long，ZHANG Jiao － Jiao
(School of Engineering，Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang 050031，Hebei)

The shrinkage of lake due to climate changed and human activities in the plateau threats the eco－environments this area.Based on the field survey，a typical section was selected to study the relation between groundwater and the dominant vegetation in the Buzai Lake，a typical lake in the center of the Mu Us desert.It is deeply studies about the relation among topography，geomorphology，vadose zones，the depth to water table，hydrochemistry，and vegetation type and vegetation community.The major factors of plant ecology were identified and the pattern of eco－h(huán)ydrological zonation was summarized.Four eco－h(huán)ydrological zones were delineated and the optimal depth to water table was proposed for the dominant vegetation，including Artemisia，Aaliz psammophila and Carex.

Ecologically fragile area;Vegetation;Groundwater;Maowusu Sandy land and the Ordos Plateau

P641.1

A

1004－1184(2012)03－0010－02

2012－02－13

石家莊經(jīng)濟學院第七屆學生科技基金科研項目:XG201104;中荷國際合作項目:OR/394/VDO。

侯榮哲(1989－)，男，山東青州人，大學本科，主攻方向:地下水科學與工程專業(yè)。