共和盆地干涸湖盆植被分布格局及土壤粒度組成特征

田麗慧，強明瑞，張登山，王俏雨，汪海嬌

(1.省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室，青海大學，青海 西寧 810016；2.華南師范大學地理科學學院，廣東 廣州 510631)

青藏高原東北部地處中國東部季風區(qū)、西北干旱區(qū)與青藏高寒區(qū)的交匯區(qū)域和現(xiàn)代亞洲季風影響區(qū)域的北緣，對氣候變化響應(yīng)尤為敏感[1-3]。青藏高原湖泊眾多，湖泊對氣候變化響應(yīng)更為明顯[4]。英德海為咸水湖，是晚更新世末或全新世初期，沙珠玉河由南向北擺動、下切過程中在階地面上遺留下來的古河道或牛軛湖，同時，在共合組地層和一系列的階地面上，形成了大量的風蝕地貌和風積地貌[5]，湖盆地表覆蓋物多樣化，既有濕地(泥質(zhì))，又有沙地，也有礫石。在此地表格局影響下，英德海湖盆的植被具有典型的空間分異特征，而針對英德海盆地內(nèi)部典型條帶狀植被分布格局及其影響因素一直都未見有深入研究。因此，對內(nèi)陸咸水湖盆植被空間分異的研究可豐富區(qū)域植被對全球變化響應(yīng)的研究內(nèi)容。

土壤粒徑組成影響著土壤的侵蝕、堆積和物理化學進程，換言之，土壤顆粒組成是最重要的土壤物理性質(zhì)之一，直接影響土壤水分運移，進而影響植被的分布格局[6]。土壤粒度組成是土壤最基本物理指標，主要受到成土母質(zhì)、物理化學風化過程的影響，是衡量土壤質(zhì)地的依據(jù)。植被對土壤粒度組成也有影響，主要表現(xiàn)為兩個方面：一是不同類型植被土壤腐殖質(zhì)層、根系和分泌物不同，致使土壤理化和生物性能不同，使土壤粒度組成產(chǎn)生差異[7]。二是由于植被截留降雨和減少地表土壤侵蝕的能力在不同植被林冠郁閉度和蓋度下不同，導(dǎo)致表層土壤顆粒的保存量不同[8]。對于湖盆植被分布而言，土壤粒度的組成特征不僅與風成過程相關(guān)，還與水文過程具有明顯的相關(guān)性[9]，已有研究表明，灌叢沙堆的形成明顯與當?shù)厮牡刭|(zhì)條件有關(guān)[10]。因此，在降水稀少的高寒區(qū)，探究干涸湖盆地貌的植被分布格局以及影響植被分布的土壤因素，是對湖泊干涸過程進行深入研究亟待解決的基礎(chǔ)科學問題，這對理解極端脆弱區(qū)氣候變化對生態(tài)環(huán)境的影響，以及湖泊干涸過程中植被的變化具有十分重要的科學意義。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1研究區(qū)概況英德海位于青海省共和盆地中部，在全新世早期湖泊面積21.7 km2，至20世紀50年代縮為2.1 km2，60年代只有1.3 km2，至1980 年礦化度達到3.46 g/L。1990 年，英德海已完全干涸，流沙侵入干涸的湖床，并形成數(shù)個2～3 m高的新月形沙丘[11]。本區(qū)屬于高寒干旱荒漠草原區(qū)，以西北風為主，年均氣溫2.4 ℃，年均降水量246.3 mm，降水季節(jié)分配不均，干濕季明顯，降水主要集中在5—9月。野外考察發(fā)現(xiàn)，英德海西南部有一條季節(jié)性河流，但在湖盆邊緣已斷流，流域西側(cè)地下水廣泛出滲。在湖盆西側(cè)草地茂密，只有少數(shù)幾戶牧民在此放牧。而在湖盆中間和東側(cè)，分布著典型的荒漠景觀。

1.2研究方法2016年7月，在圖1所示的2條樣帶中(沿著湖盆及邊緣方向設(shè)置，①表示湖盆西側(cè)，稱之為W系列；②表示湖盆東側(cè)，稱之為E系列)，依照圖2所示的4個地貌部位(底部B、中部M、上部U和頂部T)布設(shè)3個10 m×10 m的樣方，總計24個樣方。在此樣方內(nèi)，測量灌木的冠幅、高度、株數(shù)(叢數(shù))，計算灌木蓋度；同時，隨機布設(shè)5個1 m×1 m的草本樣方，測定草本的高度和株數(shù)，測算其蓋度。在不同的斑塊內(nèi)，記錄地表覆蓋物特征(結(jié)皮層、枯枝落葉、礫石含量等)。在已經(jīng)選定的樣地內(nèi)，按照0～10、10～20、20～40、40～60 cm深度采集3組重復(fù)樣品，由于湖盆西部底部(WB)土壤深度40 cm處為地下水位線，土壤樣品只采集表層0～40 cm，保證每個樣品大約100 g，用5號自封袋封裝并且編號，帶回實驗室風干、充分混合均勻。對采集的各分層的土樣利用英國Malven公司生產(chǎn)的Mastersize 2000型激光粒度儀進行粒度組成測定。土壤粒度組成按照美國制粒度分級[12]：黏粒<0.002 mm，粉粒0.002～0.063 mm，極細砂0.063～0.125 mm，細砂0.125～0.25 mm，中砂0.25～0.50 mm，粗砂0.50～1.00 mm，極粗砂1.00～2.00 mm。

圖1 英德海湖盆土壤及植被調(diào)查樣帶Fig.1 Investigated soil and vegetation area of Yingdehai lake basin

圖2 英德海湖盆東側(cè)地貌景觀分異Fig.2 Landscape differentiation in the east of Yingdehai lake basin

2 結(jié)果分析

2.1湖盆植被分布特征通過調(diào)查可知，在英德海湖盆西側(cè)有地下水出露，水草豐茂。而湖盆中部地表裸露，鹽堿度較高，生長著耐鹽堿的豬毛菜(SalsolacollinaPall.)等。白刺(NitrariatangutorumBor.)灌叢在湖盆東側(cè)鹽堿地上廣泛發(fā)育，高度可達(1.15±0.62)m，蓋度高達74%。本區(qū)湖盆邊緣分布著以刺葉柄棘豆(OxytropisaciphyllaLedeb.)為優(yōu)勢種的荒漠草原，在強勁的西風作用下，刺葉柄棘豆已發(fā)育成典型的灌叢沙堆，其上伴生著大量的草本植物，比如芨芨草(Achnatherumsplendens)、賴草(Leymussecalinus)、青藏苔草(Carexmoorcroftii)等。英德海湖盆從底部至北部邊緣，垂直高度為65 m，在湖盆內(nèi)部，表現(xiàn)出不同的植被分布格局(表1，圖3)。在湖盆西側(cè)，從底部到邊緣呈現(xiàn)出莎草(CyperusrotundusL.)草地—馬藺(IrislacteaPall.)草地—芨芨草草地—刺葉柄棘豆灌叢的植被分布模式(W系列)；在湖盆東側(cè)，從底部到邊緣植被表現(xiàn)為白刺灌叢—賴草草地—新月形沙丘—刺葉柄棘豆灌叢的空間分布特征(E系列)；且在湖盆底部，從東向西表現(xiàn)出明顯的水平分布格局，從白刺灌叢沙地—鹽堿裸地—鹽生草地—濕生草地。

表1 英德海湖盆地植被特征Tab.1 Vegetation characteristics of Yingdehai lake basin

圖3 英德海湖盆植被分布格局Fig.3 Vegetation distribution pattern of Yingdehai lake basin

2.2湖盆土壤粒度組成特征本區(qū)地表沉積物總體以中砂(0.25～0.50 mm)和細砂(0.125～0.25 mm)為主(圖4)，湖盆西側(cè)地表沉積物的中值粒徑為(0.30±0.14) mm，湖盆東側(cè)沉積物的中值粒徑為(0.27±0.10) mm，地表沉積物的粒度組成在兩個部位之間無明顯差異(P>0.05)，但沉積物的分布卻明顯不同(圖4和圖5)。

從地表沉積物的水平分布來看(圖4)，本區(qū)地表沉積物中的黏粒含量較低，為1.30%～1.45%，粉粒的含量在10%左右，黏粒和粉粒含量在湖盆西側(cè)和東側(cè)無明顯差異(P>0.05)。湖盆西側(cè)底部(WB)表層10 cm的粉粒含量可達30.11%，其他部位的粉粒含量維持在4.06%～15.41%，而在湖盆東側(cè)中部(WM)表層10 cm的粉粒含量最高，為26.19%。極細砂在西部的含量高于東部。湖盆西側(cè)上部(WU)的細顆粒物質(zhì)(黏粒、粉粒和極細砂)明顯高于東部(EU)(P<0.05)。細砂含量在湖盆東部高于湖盆西部，但兩部位相差不大(P>0.05)，湖盆西中部(WM)的含量最高，為46.08%，而湖盆東側(cè)中部(EM)為24.95%。從中砂分布來看，湖盆東側(cè)高于西側(cè)，湖盆西側(cè)底部(WB)的中砂含量為15.35%，而湖盆東側(cè)底部(EB)的中砂含量為26.94%。湖盆西側(cè)的粗砂含量高于東側(cè)，湖盆西側(cè)中部(WB)的粗砂含量僅為1.08%，而東側(cè)中部(EM)的粗砂可達19.01%。極粗砂并不是所有地貌部位都有分布，湖盆西側(cè)分布在底部(WB)和頂部(WT)，而湖盆東側(cè)分布在底部(WB)和中部(WM)。

圖4 英德海湖盆沉積物(0～60 cm)粒度特征Fig.4 Characteristics of sediments particle size (0～60 cm) of Yingdehai lake basin

從地表沉積物的垂直分布來看(圖5)，英德海湖盆的沉積物粒徑組成的垂直分布模式不同，大體分為3種：(1)隨深度粗砂增多型。以湖盆西側(cè)底部(WB)、西側(cè)上部(WU)和東側(cè)中部(EM)為代表；(2)隨深度無明顯變化型。以湖盆西側(cè)中部(WM)、東側(cè)上部(EU)和東側(cè)頂部(ET)為代表；(3) 隨深度細顆粒增多型。以湖盆東側(cè)底部(EB)和湖盆西側(cè)頂部(WT)為代表。湖盆西部的深層沉積物顆粒較粗，而湖盆東部表層10 cm沉積物顆粒明顯粗化。湖盆東側(cè)底部(EB)表層10 cm的粗砂和極粗砂含量分別為19.94%和18.97%，甚至還有礫石分布，而湖盆西側(cè)底部(WB)表層10 cm粗砂只有1.26%，而10～40 cm 粗砂含量可達13.66%～16.40%，極粗砂高達19.63%～22.33%。湖盆西側(cè)底部(WB)表層10 cm沉積物以粉粒為主，粉粒含量可達30.11%，遠高于其他區(qū)域及其他地貌部位。

圖5 英德海湖盆沉積物(0～60 cm)粒度垂直分布特征Fig.5 Vertical distribution characteristics of sediments (0～60 cm) of Yingdehai lake basin

3 討論與結(jié)論

3.1湖盆內(nèi)部植被分布與土壤粒度的關(guān)系英德海湖盆從底部至北部邊緣，表現(xiàn)出不同的植被分布格局。在湖盆底部，水分條件較好的湖盆西側(cè)(WB)，植被以草原為主，植被蓋度可達90%，土壤顆粒較細；但在水分條件差的湖盆東側(cè)(EB)，湖水干涸后地面裸露，形成白刺灌叢沙堆，表層細粒物質(zhì)被吹走，粗粒物質(zhì)留存，甚至有礫石分布。湖盆西側(cè)中部(WM)分布著馬藺草地(垂直高度只有2 m)，東側(cè)中部(EM)為賴草草地(垂直高度18 m)，湖盆西側(cè)的細顆粒(<0.25 mm)含量明顯高于東側(cè)(P<0.05)，而粗砂和極粗砂含量在湖盆東側(cè)明顯高于湖盆西側(cè)(P<0.05)，從表1可知，馬藺草地的蓋度、高度和物種豐富度均高于湖盆東側(cè)的賴草草地。湖盆西側(cè)上部(WU)為芨芨草草地，而湖盆東側(cè)上部(EU)為流動沙丘，湖盆西側(cè)的黏粒和粉粒含量明顯高于湖盆東側(cè)(P<0.05)，而湖盆東側(cè)的砂粒(0.125～0.50 mm)含量高于湖盆西側(cè)，植被對細顆粒物質(zhì)具有攔截作用，且能促進地表成土作用的發(fā)生。湖盆頂部(T)為刺葉柄棘豆灌叢沙堆，且湖盆兩側(cè)灌叢分布的海拔較為一致(2 914～2 950 m)，湖盆東側(cè)(ET)的細砂含量高于湖盆西側(cè)(WT)，而粗砂和極粗砂含量低于湖盆西側(cè)，這是由于本區(qū)以西北風為主，強勁的西北風吹蝕西側(cè)地表的細顆粒物質(zhì)，而粗顆粒物質(zhì)殘留。由此可見，植被的分布格局受到地表沉積物的粒度組成的影響，同時，植被與氣候條件也對地表沉積物的組成具有反饋作用。

3.2湖盆內(nèi)部植被分異的影響因素本區(qū)以西北風為主，風力強勁，在湖盆中部低地處，分布有零星新月型沙丘，沙丘指示的風向與臺地延伸方向基本一致。湖盆頂部臺地邊緣碎石巖土崩落形成連續(xù)的侵蝕陡坎，均指示了該區(qū)風蝕作用較強，湖盆內(nèi)沙源物質(zhì)豐富[13]。在湖盆東側(cè)，白刺灌叢沙堆發(fā)育，分布廣闊。灌叢沙堆是干旱、半干旱半濕潤荒漠地區(qū)及沙質(zhì)海岸帶常見的生物風積地貌景觀，由含沙氣流遇到灌叢阻攔，沙物質(zhì)碎屑在灌叢內(nèi)部及其周圍堆積而成[14]。植物、沙源和風力是影響灌叢沙堆發(fā)育的主要因素[15-16]。國內(nèi)對干旱區(qū)灌叢沙堆的研究主要集中在荒漠綠洲過渡帶[17]、內(nèi)陸河流域[18-19]、沙漠邊緣[20]和干旱荒漠盆地[21]，對小范圍湖盆灌叢沙堆的關(guān)注較少。綜上所述可知，英德海湖盆內(nèi)部存在著灌叢沙堆發(fā)育的條件，但其具體的成因及其與土壤、水文、植被和風沙活動的關(guān)系還有待進一步研究。

在共和盆地，河流的深切口會強烈減弱地下水與植被之間的聯(lián)系，尤其是在高地形風沙堆積區(qū)(比如木格灘)。沙珠玉河的改道以及共和盆地的隆起阻斷了英德海與河流的聯(lián)系，英德海主要由地下水補充供給，但現(xiàn)已干涸。沿著英德海湖盆的西北岸，有泉水出露形成斑塊狀濕地，這反映了本集水區(qū)域內(nèi)湖水位比地下水位淺。地下水位的變化波動，反映了區(qū)域降水是維持干旱區(qū)湖水來源的重要因素。共和盆地西部植被在低地上以地帶性的茂密草原為主，在中海拔區(qū)以草原和灌木為主，到了高海拔區(qū)域，以荒漠草原為主[13]。英德海湖盆頂部所在的塔拉灘以干旱荒漠草原為主，但湖盆內(nèi)部存在著多種植被類型，形成了典型的湖盆景觀分異現(xiàn)象。多種植被類型條帶狀分布的模式既受控于地形因素，也受到局地氣候、土壤特征及水文狀況的影響。Qiang 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，風沙活動的出現(xiàn)并不一定代表區(qū)域性的氣候干旱，在有效濕度控制下植被也會發(fā)生變化。共和盆地湖盆植被的分布與地下水位有著明顯的聯(lián)系。若地下水位較高，植被條帶狀分布整體上移至較高海拔，且植被生態(tài)幅變寬；若地下水位較低，植被條帶向湖盆底部整體下移[4]。這種模式既可以用來解釋全新世早期至中期進入更尕海沙量的減少，也可以用來解釋本區(qū)湖盆植被格局的分布，但地下水位如何影響本區(qū)湖盆植被格局分布還有待于進一步的研究。

由于地形差異、小氣候特征、地表植被類型、植物根系的形狀及深度、土壤動物的活動等因素的差異性，使得即使在很小的范圍內(nèi)，土壤的結(jié)構(gòu)和特征都表現(xiàn)出很大的差異性，即土壤異質(zhì)性[23]，土壤的這種異質(zhì)性導(dǎo)致土壤中的氣體、水分、溶質(zhì)和其他物質(zhì)的運動非常復(fù)雜[24]，大多數(shù)研究都難以實施有效的觀測和預(yù)測。因此，本區(qū)復(fù)雜植被分布格局影響下的土壤性質(zhì)也具有復(fù)雜及多變性，在后期的研究中需進一步關(guān)注。

致謝蘭州大學博士生李淵、金彥香和碩士生王剛剛在野外及室內(nèi)試驗中提供了大量幫助，特此感謝！