鄂爾多斯高原毛烏素沙漠湖泊植被生態(tài)與地下水關(guān)系研究

韓旭　張瑞軍　康艾

摘要：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(xué)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，劃分四個生態(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。

關(guān)鍵詞：植被生態(tài) 地下水埋深 毛烏素沙漠 鄂爾多斯高原

1 選題依據(jù)及意義

鄂爾多斯高原干旱少雨，水資源短缺和生態(tài)環(huán)境脆弱成為當?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和研究區(qū)建設(shè)的兩個重要制約因素。由于不同植被根系生長長度不同，適合植被生長的地下水埋深就會不同，因此可以通過不同植被的分布來判斷地下水的埋深。另一方面沙漠地區(qū)地下水埋深淺，植被的蒸騰是主要的排泄途徑。因此還可以通過估算蒸發(fā)量，來判斷地下水的埋深情況?？傊?，估計蒸騰量是研究該地區(qū)水資源量的重要環(huán)節(jié)。依據(jù)生態(tài)水文地質(zhì)學(xué)原理，開展鄂爾多斯高原地下水與生態(tài)關(guān)系研究，揭示地下水與植被生態(tài)的相互依存關(guān)系，提出不同植被類型的適生水位和閾值范圍，為地下水資源合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護提供基礎(chǔ)依據(jù)，具有重要的理論與實際意義。

2 研究目的和任務(wù)

研究以關(guān)注干旱-半干旱地區(qū)地下水開發(fā)引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)為出發(fā)點，在論述研究區(qū)自然地理條件和水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過生態(tài)學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)有機結(jié)合，重點介紹區(qū)域植被類型與分布、蓋度與近年來演化情況，分析與探討了氣候、土壤、水文、人工等條件對區(qū)內(nèi)植被生態(tài)類型和長勢的影響，根據(jù)地下水水位埋深與植被類型與長勢的關(guān)系，研究不同植被類型與地下水的依賴關(guān)系，提出不同植被類型的適生水位和閾值范圍，定性分析預(yù)測地下水位變化可能引起的植被生態(tài)演化。為干旱——半干旱地區(qū)地下水合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護提供理論依據(jù)。

3 區(qū)域植被生態(tài)與地下水關(guān)系研究

3.1區(qū)域植被生態(tài)特征

本區(qū)地處草原-荒漠的過渡區(qū)域，植被類型主要包括地帶性與非地帶性兩大類。地帶性植被從東到西分布有典型草原、荒漠草原及草原化荒漠；非地帶性植被包括沙地植被、低濕地植被、鹽化植被等。東勝以東的黃土丘陵區(qū)和毛烏素沙地為典型草原，植被蓋度高；西部桌子山山前傾斜平原及庫布齊沙漠為草原化荒漠、植被覆蓋低；中部為的荒漠草原，植被蓋度介于典型草原和草原化荒漠之間。地帶性植被類型多，群系、群從復(fù)雜。

3.1.1地帶性植被類型

區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的地帶性植被類型的空間更替，從東部邊緣的典型草原，經(jīng)干草原、荒漠化草原，過渡到西部邊緣的草原化荒漠。

（一）典型草原

見于烏審旗的東南緣和準格爾旗東緣。原生植被以白羊草群落為代表，但目前已成為農(nóng)業(yè)區(qū)，原始植被均被破壞，該類型面積很小。

（二）干草原

分布在毛不拉孔兌——錫尼鎮(zhèn)——毛蓋圖——三段地一線以東。干草原群落發(fā)育在梁地和黃土丘陵的栗鈣土或黃綿土上。代表性群系為本氏針茅草原。由于人類的干擾，出現(xiàn)了以百里香為主的小半灌木群落，兩者鑲嵌分布；局部還有人為種植的檸條灌叢。黃土丘陵區(qū)的沖溝陡壁上，則廣泛發(fā)育了茭蒿群落。

（三）荒漠化草原

由一組強旱生的叢生禾草及小半灌木建群，反映了生境旱化，它們的廣泛分布，標志著氣候已由半干旱進入干早。荒漠草原主要分布于桌子山以東的高平原上，這里地形平坦，海拔1，300-1，500米，土壤為棕鈣土。由多年生矮叢生禾草層片建群，主要包括小針茅、短花針茅、無芒隱子草、冰草等?；哪菰闹饕合涤卸袒ㄡ樏┎菰⑿♂樏┎菰?、甘草群落與苦豆子群落。

（四）草原化荒漠

分布在高平原最西部的桌子山山前傾斜平原及低山上。所處海拔1，140-2，100米，地表狀況差異明顯，從石質(zhì)、礫質(zhì)到沙質(zhì)地均有分布。植被類型多樣，地帶陛土壤類型為淡棕鈣土和灰漠土。草原化荒漠已屬超旱生植被類型，種類很貧乏，以超旱生灌木、半灌木占絕對優(yōu)勢，一、二年生植物占較大比重，并伴生一定數(shù)量的強旱生多年生草本植物。

3.1.2非地帶性植被類型

（一）沙地植被

區(qū)內(nèi)有毛烏素沙地、庫布齊沙地及局部覆沙地段。沙地的物理特征與地帶性生境有很大的不同，結(jié)構(gòu)松散，持水力弱，貧瘠，溫度日差較大，易流動等，使沙地植被與地帶性植被也有很大差別?？偟目磥恚杂洼餅橹鞯陌牍嗄局脖皇巧车刂脖坏拇?，一般見于固定沙地。但因沙地分布面積很廣，從東到西處于不同自然地帶。加之流動或固定程度的差異，使沙地植被的多樣性增加。

（二）低濕地植被

鄂爾多斯高原的低濕地主要有河漫灘、湖濱低地、灘地、丘間低地等。它們的共同特點是地下水位淺，除大氣降水外，依靠地下水來維系。此外，大部分土壤呈現(xiàn)鹽漬化，鹽漬化程度因地而異，從東到西隨氣候干旱程度增加而增加。

3.2植被生態(tài)影響因素分析

3.2.1氣候?qū)χ脖簧鷳B(tài)影響

氣候因素是控制區(qū)內(nèi)地帶性植被分布格局的主要因素。本區(qū)從東到西地帶植被依次出現(xiàn)了典型草原、荒漠化草原和草原化荒漠，在濕潤系數(shù)和年均降水量遞減的同時，年均溫度指標呈遞增趨勢。熱量和水分共同決定了高原群落類型的空間分布特點。就鄂爾多斯的暖溫性草原植被而言，熱量決定了它們與中溫類型在空間分布上的南北差異，而水分條件的改變則控制著其內(nèi)部在東西向的分異。

3.2.2地形地貌對植被生態(tài)影響

地形、地貌因素決定了研究區(qū)內(nèi)的小氣候，并且提供了滿足植物生長所需的條件，從而影響植被覆蓋度及類型的分布。統(tǒng)計研究區(qū)多年平均NDVI值，與研究區(qū)地貌界限疊加，將同一個地貌單元內(nèi)所有像素點NDVI值求平均值，記作這一地貌類型的平均值。

基巖臺地地貌區(qū)，植被指數(shù)均值相對較高為0.28，植物普遍長勢較好。在風(fēng)沙灘地區(qū)，地下水埋深淺，植物根系可以賦存大量水分，濕地植被較發(fā)育。在沙漠地區(qū)，氣候干燥，植被指數(shù)明顯下降，多年平均值0.19，植被覆蓋度非常低。山地這一地貌單元在研究區(qū)出現(xiàn)較少，只在庫不齊沙漠西緣有小面積分布；以毛烏素為主要沙地分區(qū)的地貌單元，由于近幾年當?shù)卣闹卫硪约氨旧淼陌鼩鈳Лh(huán)境，蓄水能力高，植被覆蓋呈良性發(fā)展。

根據(jù)野外考察，一般情況下，平緩地帶有利于植被生長，而坡陡地區(qū)，植被生長相對較差；一般陰坡植被發(fā)育較好，陽坡相對較差，這與陰坡蒸發(fā)量相對較小、容易保持水分有關(guān)。

3.3地下水與植被生態(tài)的關(guān)系

以典型植被覆蓋度與潛水埋深為研究對象，根據(jù)野外調(diào)查樣方數(shù)據(jù)，苔草等草本植物蓋度與地下水埋深相關(guān)的關(guān)系最為明顯，即在0-1.5m時蓋度最大，然后隨水位埋深增大而降低，在水位埋深大于3m后，蓋度不大于5%；沙蒿的地下水埋深最大為20m。在地下水埋深0-20m范圍內(nèi)都有分布，說明沙蒿蓋度與地下水位埋深聯(lián)系較弱，與野外認識一致。

沙柳蓋度與地下水埋深存在一定的關(guān)系，在0.5-5m埋深內(nèi)，相同埋深沙柳有高蓋度也有低蓋度，但在埋深1m左右時達到最大值，然后隨水位埋深增大而降低，相關(guān)性與野外認知相符。

4 典型湖盆植被與地下水關(guān)系研究

鄂爾多斯高原湖盆灘地眾多，據(jù)統(tǒng)計水面面積大于1km²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)。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1.5km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(xué)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。

4.1布寨淖爾湖盆植被群落概況

4.1.1沙蒿群落

分布在布寨淖爾湖盆的大部分沙丘地區(qū)，是該生態(tài)系統(tǒng)的主要植物種群。沙蒿為菊科多年生草本灌叢，是典型的沙生植物，在流動、半流動及固定露沙地生長旺盛、繁殖迅速，葉片成線線，根系發(fā)達，具有適應(yīng)干旱沙漠的生長特性。根地徑2-3cm的垂直主根系可深達2.0m左右，水平根系延半徑可達1.5m以上，植株耐沙埋，能產(chǎn)生不定根，可生長在沙丘頂部，種子結(jié)實量多，遇水能產(chǎn)生膠質(zhì)和沙粒粘結(jié)成球，不易被風(fēng)刮走，以促進發(fā)芽。

4.1.2檸條群落

豆科多年生半灌木，分布范圍廣，主要分布在薄覆沙基巖、梁和波狀起伏的老固定沙地，與沙蒿伴生，具有強大的根系和高大的地上叢生枝。在風(fēng)蝕強烈、基巖露出地方，檸條根系能穿過石縫，深入到基巖空隙，吸水生長發(fā)育，株叢高，萌生能力強，萌生直徑可形成1.5-3m大灌叢，是一種優(yōu)良的固沙植物和優(yōu)質(zhì)牧草，蓋度一般在20-50%，牧區(qū)群眾正在大力發(fā)展。在波狀起伏的固定沙地，由于地表強烈風(fēng)蝕，檸條固土阻沙能力極強，形成了大小、高低不等的檸條土包，成為地貌一大景觀。

4.1.3芨芨草種群

芨芨草為主要種群，分布廣，范圍大，有的寬達幾公里，長達幾十公里，形成大面積芨芨草灘，在多度、蓋度、生物量等方面都占絕對優(yōu)勢，分布均勻，高矮正齊，平均密度3-5叢/m²，平均高1.5-2.0m，蓋度30-90%，植物種群層次表現(xiàn)清楚。

4.1.4沙生根莖植被種群

指多年生根莖植物，如馬藺等。在水位較淺的露沙地帶生長良好。在潛水位較高的地方，馬藺成片、成塊分布，生長良好，蓋度20-50%不等，生長稠密地段，局部形成馬藺灘。總蓋度30-70%。

4.2湖盆周緣植被種群與地下水關(guān)系

通過研究區(qū)植被分布與相應(yīng)的地下水埋深進行分析所見：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1m的區(qū)；沙蒿、沙柳、旱柳、楊樹等植被種群主要分布在地下水埋深大于1m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、楊樹等植被種群主要分布在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。

（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200m左右。含水層巖性結(jié)構(gòu)為：0-0.3m為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙，0.3-0.8m為灰色粘土或富含腐殖質(zhì)的中細砂；地下水位埋深0.2-0.8m，水化學(xué)類型為：HCO-Mg-Ca-Na型，礦化度為851mg/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200-250m的環(huán)帶狀分布。包氣帶及含水層巖性結(jié)構(gòu)為：0-0.6m為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙，0.6-1.0m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0.8-1.0m，水化學(xué)類型為：HCO-Ca-Na型，礦化度為982mg/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(fēng)積沙覆蓋，地形稍有起伏，寬度在100-200m左右。包氣帶及含水層巖性結(jié)構(gòu)為：0-1.0m為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙（包氣帶），1.0-1.5m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1.0-1.5m，水化學(xué)類型為：HCO-Ca型，礦化度為612mg/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(fēng)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15m左右。地表全被第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙覆蓋，厚度大于1.5m，地下水位埋深大于2.0m。植被種群主要為沙蒿、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%。

5 結(jié)論

5.1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。

（1）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1.0m；

（2）沙蒿（Artemisia）在地下水埋深小于1.0m的灘地區(qū)幾乎沒有分布，而地下水位埋深大于1.0m的沙丘區(qū)均有分布，且生長良好，說明沙蒿所需的水分來源主要依靠大氣降水，與地下水位埋深關(guān)系不大，沙蒿適生的地下水埋深為大于1.0m；

（3）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，認為沙柳適生的地下水水位埋深為1.5-3.0m。

5.2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(xué)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。