基于物種生存域的干旱半干旱區(qū)地下水與植被關(guān)系研究

張 俊, 趙振宏, 馬洪云, 王 冬

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 干旱半干旱區(qū)地下水與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心, 西安 710054)

基于物種生存域的干旱半干旱區(qū)地下水與植被關(guān)系研究

張 俊, 趙振宏, 馬洪云, 王 冬

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 干旱半干旱區(qū)地下水與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心, 西安 710054)

土壤水分和鹽分是干旱半干旱區(qū)植被生態(tài)最直接和最主要的環(huán)境因子，是地下水與植被相互作用關(guān)系的關(guān)鍵紐帶。以寧夏回族自治區(qū)鹽池縣的地下水淺埋區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)野外生態(tài)地質(zhì)調(diào)查，獲取了每個(gè)調(diào)查點(diǎn)的植被類型及土壤水分和鹽分含量，并以土壤含水率和含鹽量為變量，圈劃了5個(gè)優(yōu)勢(shì)物種的生存域，并根據(jù)不同物種生存域范圍疊加圖，分析了地下水位下降對(duì)植被的影響。生存域疊加圖分析表明，地下水位的下降將導(dǎo)致研究區(qū)植被類型出現(xiàn)以鹽蒿—芨芨草—苦豆子—駱駝蓬—沙蒿等優(yōu)勢(shì)種為代表的鹽生—濕生—旱生—沙生植被類型演替趨勢(shì)。研究表明，以土壤水鹽為變量繪制物種生存域范圍圖，能形象地刻畫干旱半干旱區(qū)不同植被物種的適生環(huán)境，并可用來(lái)預(yù)測(cè)地下水位變化后植被物種的演替趨勢(shì)。

干旱半干旱區(qū); 土壤含水率; 土壤含鹽量; 生存域; 植被類型

干旱半干旱區(qū)植被與地下水的關(guān)系是生態(tài)水文地質(zhì)學(xué)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容[1]。在區(qū)域尺度上，研究者應(yīng)用遙感、植被調(diào)查方法、水文地質(zhì)調(diào)查等方法，依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，提出了蓋度或植物類型與地下水位埋深相關(guān)的生態(tài)地下水位埋深、適宜地下水埋深、最佳地下水位埋深、鹽漬臨界深度、生態(tài)警戒地下水位埋深等概念[2-4]。然而，地下水位對(duì)植被并非直接影響，而是通過(guò)影響土壤水分和鹽分，對(duì)植被產(chǎn)生間接影響[5-6]。地下水與植被的關(guān)系實(shí)際上是地下水、土壤和植被三者的相互作用[7-8]。其中，土壤水分和鹽分作為影響植被生態(tài)最直接和最主要的環(huán)境因子，是地下水與植被相互作用關(guān)系的關(guān)鍵紐帶，研究干旱區(qū)地下水與植被的關(guān)系，需要從土壤水鹽入手[9-12]，首先對(duì)植被生長(zhǎng)與土壤水分、鹽分等生態(tài)因子的關(guān)系進(jìn)行深入分析，這樣才能從生態(tài)水文地質(zhì)學(xué)角度探討干旱區(qū)地下水與植被的關(guān)系[13]。

干旱半干旱區(qū)地下水對(duì)植被的影響主要體現(xiàn)在一些灘地、河谷等地下水埋深較淺的低洼地區(qū)[14]，這些地區(qū)植被以濕生、喜水、耐鹽植被為主，地下水開采引起的地下水位下降首先影響該區(qū)的土壤水鹽環(huán)境，繼而對(duì)這些植被的生存造成影響。在地下水淺埋區(qū)，以實(shí)地調(diào)查為手段，獲取不同植被類型生長(zhǎng)所需的土壤水分、鹽分等生態(tài)因子狀況，從而確定不同植被生存所必須具備的土壤水分、鹽分等限制性生態(tài)因子的閾值——即生存域[15]。由于不同植物物種的生存域范圍各不相同，當(dāng)某一區(qū)域的生境條件在外界作用(如地下水開采引起地下水位下降)下發(fā)生明顯改變，使某一物種生境超出其生存域時(shí)，該物種就會(huì)消亡，另一些植物物種則可能會(huì)出現(xiàn)。如果知道生境條件的變化方向，結(jié)合各物種生存域的相對(duì)位置，就能進(jìn)行植物物種演替序列的分析，預(yù)測(cè)地下水位下降對(duì)植被生態(tài)的影響，為干旱區(qū)地下水資源合理利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣，地處鄂爾多斯高原西部。地理坐標(biāo)37°40′N，107°05′E，海拔約1 480 m。屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量320 mm，蒸發(fā)量2 000 mm。研究區(qū)地形總體西高東低，為一東西向長(zhǎng)條形梁間洼地。地下水埋深受地形控制，在洼地內(nèi)埋深較淺，局部以泉水形式出露地表，由東向西匯流，并在低洼地形成濕地、鹽堿地。沙生、旱生、中生、濕生、鹽生植被均有分布，具備相對(duì)完整的干旱區(qū)植被空間演替序列。地勢(shì)較高處為干旱荒漠，土壤類型以風(fēng)積細(xì)砂、粉細(xì)砂為主，植被以沙蒿、苦豆子、駱駝蓬等沙生、旱生植被為主。地勢(shì)低洼處為濕地和鹽堿地，土壤類型為粉土、粉質(zhì)黏土，植被以芨芨草、白刺和鹽蒿等濕生和鹽生植被為主。

2 研究方法

依托國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目，通過(guò)野外生態(tài)地質(zhì)調(diào)查，開展典型區(qū)生態(tài)地質(zhì)填圖，精細(xì)刻畫典型區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)和植被生態(tài)各要素的空間分布特征和變化規(guī)律。在研究區(qū)內(nèi)，沿地形地貌、植被分帶或地下水埋深變化最大方向，按線距為1 km平均布設(shè)10條調(diào)查路線。每條調(diào)查路線按點(diǎn)距200 m設(shè)置調(diào)查點(diǎn)，共調(diào)查123個(gè)點(diǎn)。每個(gè)調(diào)查點(diǎn)均進(jìn)行植被樣方調(diào)查，記錄樣方內(nèi)出現(xiàn)的全部植被物種及優(yōu)勢(shì)物種，每個(gè)樣方內(nèi)采用手工鉆鉆探至潛水位，記錄包氣帶巖性結(jié)構(gòu)及潛水水位埋深值。每個(gè)淺井內(nèi)，按20 cm為間隔分層取土壤含水率、易溶鹽樣品。土壤含水率樣品用鋁盒及保鮮膜封裝，并在12 h內(nèi)采用烘干法計(jì)算含水率。易溶鹽樣品送實(shí)驗(yàn)室委托測(cè)試。

以土壤含水率和含鹽量(易溶鹽含量)為橫縱坐標(biāo)，建立二維平面坐標(biāo)系。以某一植物物種為單位，將出現(xiàn)該物種的所有樣地歸為同一類，統(tǒng)計(jì)這些樣地中50～100 cm深度范圍內(nèi)的土壤含水率和含鹽量，在平面坐標(biāo)系內(nèi)繪制散點(diǎn)圖，即可圈劃出該物種的生存域。由于該物種出現(xiàn)的樣地既包含其適應(yīng)性較好的情況，又包含了適應(yīng)性一般和較差的情況，且樣地?cái)?shù)目具有一定的統(tǒng)計(jì)意義，所圈劃的生存域能夠全面反映該物種的生存范圍。每個(gè)物種均有一定數(shù)量的樣地，滿足統(tǒng)計(jì)分析所要求的樣本數(shù)量，保證所圈劃的生存域能夠反映該物種的生存范圍。

3 結(jié)果與分析

3.1 優(yōu)勢(shì)物種生存域

選擇典型區(qū)內(nèi)具有代表性的沙蒿、苦豆子、駱駝蓬、芨芨草和鹽蒿5個(gè)優(yōu)勢(shì)物種進(jìn)行分析，繪制得到5個(gè)優(yōu)勢(shì)物種的生存域。

將各物種生存閾值空間進(jìn)行疊加，可生成生存閾值疊加圖。將沙蒿、苦豆子、駱駝蓬、芨芨草和鹽蒿等優(yōu)勢(shì)種群的土壤水鹽環(huán)境閾值疊加到一張圖上，生成優(yōu)勢(shì)物種生存域疊加圖(圖2)。不同植物物種的生存域不完全重疊，說(shuō)明區(qū)域地境條件異質(zhì)性的存在決定了種群類型的差異。某一地點(diǎn)可能只適宜幾個(gè)特定物種的生存，這些物種就組成了該地特定的植物群落，從而形成了植被的分布規(guī)律和格局。多個(gè)物種生存域范圍重疊的部位，說(shuō)明這一處的水鹽條件對(duì)這多個(gè)物種都是最佳適應(yīng)，這些物種具有相似的生活習(xí)性，要求的水鹽宏觀條件比較一致，具有共生關(guān)系。各物種的生存域之間可能是相交關(guān)系，交集內(nèi)的地境條件對(duì)兩物種都適宜，二者可以共生；而交集之外的地境條件只能允許某一物種生存，即二者不能共生。

泡沫混凝土獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性賦予其優(yōu)異的物理力學(xué)性能和使用功能，在保溫隔熱工程、大體積回填工程、輕質(zhì)制品制造等方面得到廣泛應(yīng)用。目前北京市掘路回填材料普遍優(yōu)先選用泡沫混凝土，使用效果良好，為保證結(jié)構(gòu)層以下回填質(zhì)量要求，且便于管線后期維護(hù)，回填材料建議采用泡沫混凝土等自密實(shí)材料。

由各物種的生存域圖(圖1)可以發(fā)現(xiàn)，每一物種的生存域包含了野外調(diào)查的多個(gè)樣地，不同樣地該物種地境穩(wěn)定層內(nèi)的理化指標(biāo)組態(tài)各不相同，說(shuō)明該種植物可在多種水、鹽條件下生存，不同的水鹽條件對(duì)同一植物可能有相同的適宜性。物種的生存域圖在二維坐標(biāo)中多為橢圓或近似橢圓，而不是矩形，即說(shuō)明植物的生存條件不是水、鹽因子的簡(jiǎn)單疊加，而是多個(gè)因子對(duì)植物的協(xié)同作用。

3.3地下水位下降對(duì)植被的影響分析

圖1 優(yōu)勢(shì)物種生存域圖

圖2 優(yōu)勢(shì)物種生存域及土壤水鹽演變趨勢(shì)

在上面的3個(gè)例子中，喬都是作為動(dòng)詞而出現(xiàn)的，都有“假裝”的義項(xiàng)?！皢虋y”就是打扮、裝扮的意思，而打扮、裝扮就有為了達(dá)到某種目的而掩蓋某種最真實(shí)狀態(tài)的隱含意義，自然而然的，喬字“打扮、裝扮”的含義就引申出了“假裝”的義項(xiàng)。

為驗(yàn)證不同規(guī)模的貨位分配問(wèn)題對(duì)EMBBO算法解集質(zhì)量的影響，另外選取3種規(guī)模的貨位分配任務(wù)對(duì)算法進(jìn)行測(cè)試，上述其他參數(shù)保持不變，4類貨物的貨物數(shù)量如表6所示。

然后進(jìn)行超聲引導(dǎo)下盆腔腫塊穿刺活檢，未進(jìn)行超聲引導(dǎo)下盆腔腫塊穿刺活檢為排除病例。術(shù)前對(duì)盆腔腫塊行常規(guī)超聲評(píng)估，觀察盆腔腫塊與周圍臟器及血管的關(guān)系，盆腔腫塊內(nèi)部血供分布?；颊呷∑脚P位或膀胱結(jié)截位，可選經(jīng)腹部或經(jīng)陰道穿刺。根據(jù)穿刺目標(biāo)大小選取合適的切割槽，在超聲實(shí)時(shí)引導(dǎo)下進(jìn)針穿刺活檢，見圖2。通常采用單點(diǎn)多角度或多方向活檢，穿刺活檢次數(shù)2-3次，送檢。術(shù)后觀察病人情況，記錄并發(fā)癥發(fā)生情況，做好交接、病例資料隨訪等工作。