中國(guó)阿爾泰山流域侵蝕速率及其控制因素

吳孟韓，姜禹彤，關(guān) 雪，逄立臣，呂紅華，鄭祥民

（華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，上海 200241）

0 引言

河流侵蝕是塑造活動(dòng)造山帶地形的主要方式之一［1-5］。在活動(dòng)造山帶背景下，構(gòu)造、氣候等多種因素會(huì)影響河流侵蝕。構(gòu)造活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致基巖抬升、增大造山帶的地勢(shì)起伏，增強(qiáng)河流動(dòng)能，進(jìn)而增強(qiáng)侵蝕。構(gòu)造活動(dòng)也可以通過(guò)影響造山帶氣候，從而間接影響地表侵蝕、改變河流輸沙量［6-10］。氣候是促進(jìn)山地河流侵蝕的另一個(gè)重要因素［11-14］。一方面，氣候可以通過(guò)調(diào)整河流輸沙量與徑流量的比值來(lái)調(diào)節(jié)河流侵蝕的強(qiáng)弱［15-16］。另一方面，強(qiáng)烈區(qū)域侵蝕造成的均衡反彈引起地表隆起，亦能導(dǎo)致侵蝕速率的增加［17-19］。因此，地形是構(gòu)造、氣候等內(nèi)外地質(zhì)營(yíng)力共同作用的結(jié)果，辨析和區(qū)分這些因素對(duì)地貌演化的貢獻(xiàn)是地貌學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域研究中極具挑戰(zhàn)性的一個(gè)科學(xué)問(wèn)題［1，11］。河流侵蝕（如河流下切）在時(shí)間尺度和空間尺度上都是一個(gè)不斷變化的過(guò)程。因此，流域侵蝕速率可能取決于研究的空間尺度和時(shí)間尺度［4，20］。量化不同時(shí)空尺度下的侵蝕速率有助于理解活動(dòng)造山帶地形演化及其控制因素，也有助于理解活動(dòng)造山帶的地貌演化與構(gòu)造、氣候和地表侵蝕之間的相互作用關(guān)系［21-23］。

阿爾泰山是中亞干旱區(qū)的一個(gè)重要造山帶。前人通過(guò)磷灰石裂變徑跡（AFT）分析，揭示了阿爾泰山中生代以來(lái)的隆升剝露歷史［24-25］。宋高等［24］基于AFT分析，約束阿爾泰山南緣30～20 Ma以來(lái)的剝蝕速率為約0.07～0.11 mm·a-1。在阿爾泰山青河—富蘊(yùn)地區(qū)，低溫?zé)崮甏鷮W(xué)分析揭示該地區(qū)經(jīng)歷兩個(gè)隆升剝露階段：28～18 Ma快速冷卻階段，剝露速率為0.16～0.20 mm·a-1；8 Ma以來(lái)快速冷卻階段，剝露速率為0.22～0.30 mm·a-1［25］。但相比較而言，目前對(duì)于阿爾泰山山地流域河流侵蝕的研究還相對(duì)不足?；诖耍疚倪x擇哈巴河、布爾津河、克蘭河、卓路特河、庫(kù)依爾特斯河、青格里河、布爾根河、烏倫古河等8個(gè)流域作為研究對(duì)象（圖1），以揭示研究區(qū)內(nèi)流域侵蝕速率的空間特征。流域侵蝕速率主要基于分布在流域出山口的水文站記錄的水文數(shù)據(jù)［26］，通過(guò)河流輸沙量法進(jìn)行估算。論文首先估算了研究流域的總輸沙量（包括懸移質(zhì)輸沙量、推移質(zhì)輸沙量和溶解質(zhì)輸沙量）。進(jìn)一步結(jié)合巖石平均密度和水文站上游流域的面積，進(jìn)而計(jì)算得到各流域的年代際平均侵蝕速率。最后，通過(guò)對(duì)侵蝕速率與氣候、地形、巖性、構(gòu)造和植被等因素進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，揭示了影響流域侵蝕的主要因素。結(jié)合前人通過(guò)低溫年代學(xué)研究獲得的百萬(wàn)年尺度剝蝕速率，本文也探討了阿爾泰山侵蝕速率的時(shí)間模式及其地貌學(xué)意義。

圖1 阿爾泰山地形與地質(zhì)圖Fig.1 Topography and geology of the Altai Mountain（based on 1∶1 500 000 geological map and digital elevation model）

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)背景

阿爾泰山位于亞洲中部［圖1（a）］，平均海拔大于2 000 m。在早古生代至中古生代俯沖和增生之后，阿爾泰造山帶最終形成［27］。山地及山麓地區(qū)主要發(fā)育NW—SE走向的額爾齊斯斷裂、富蘊(yùn)斷裂等大型走滑斷裂［圖1（b）］。裂變徑跡分析結(jié)果表明，阿爾泰山地區(qū)的斷裂構(gòu)造在新生代再次復(fù)活［28］。阿爾泰山地主要出露由玢巖、細(xì)砂巖、花崗巖、片巖等組成的寒武系地層和由石英片巖組成的泥盆系地層，缺乏中生代和新生代地層。對(duì)阿爾泰山花崗巖體的地球化學(xué)特征、侵位年齡的研究表明，花崗巖體主要在460～370 Ma侵位于島弧環(huán)境中［28］。新生代地層主要出露在阿爾泰山山麓，特別是在準(zhǔn)噶爾盆地北緣額爾齊斯河和烏倫古河沿岸出露較多［29］，這些地層產(chǎn)狀水平，未經(jīng)歷顯著的構(gòu)造變形［29］。出露的新生代地層主要包括五個(gè)巖性單元，自下往上分別是鐵爾斯哈巴河組、索索泉組、哈拉瑪蓋組、可可買(mǎi)登組、丁山鹽池組［30-31］。第四系主要為河流相沉積，出露于額爾齊斯河和烏倫古河沿岸［圖1（b）］。

1.2 河流、氣候和植被

中國(guó)境內(nèi)的阿爾泰山主要發(fā)育兩個(gè)水系，即額爾齊斯河和烏倫古河。額爾齊斯河包括哈巴河、布爾津河、庫(kù)依爾特斯河等支流，烏倫古河的支流有青格里河、布爾根河。這些支流均由北向南流經(jīng)阿爾泰山。在本文選擇的8個(gè)流域中，烏倫古河流域面積最大，為18 923 km2，卓路特河流域面積最小，為262 km2，其余6條河流的流域面積在1 000～10 000 km2之間（表1）。

表1 基于水文資料的阿爾泰山8個(gè)山地流域侵蝕速率估算Table 1 Estimated basin-wide erosion rates of eight drainage basins in the Altai Mountains derived from hydrological data

阿爾泰山屬于典型的溫帶大陸性氣候，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，并伴有一定降雪；夏季短暫而溫暖。受西風(fēng)環(huán)流和北冰洋冷氣團(tuán)的影響，阿爾泰山地區(qū)的降水空間分布不均，并隨海拔和地形的變化而變化。一般來(lái)說(shuō)，山麓降水量小于山區(qū)［32］（圖2）。河水補(bǔ)給主要依賴冰川融雪和大氣降水，具有明顯的季節(jié)性變化特征［33-35］。中國(guó)境內(nèi)的阿爾泰山平均氣溫3～9℃（圖3），極端最高氣溫39.8℃（福海水文站1965年7月24日觀測(cè)值），極端最低氣溫-49.8℃（富蘊(yùn)水文站1969年1月26日觀測(cè)值）。阿爾泰山山地植被為山地草原針葉林區(qū)，山麓地區(qū)則為溫帶荒漠區(qū)。阿爾泰山地區(qū)主要的植被類(lèi)型有高山草甸、高山草原、溫帶草木和灌木荒漠等［36］。

圖2 阿爾泰山降水空間分布Fig.2 Spatial distribution of precipitation in the Altai Mountains（The data is downloaded from China Meteorological Data Network，covers the period of 1964—2011 and has a spatial resolution of 0.5°×0.5°）

圖3 阿爾泰山氣溫空間分布Fig.3 Spatial distribution of air temperature in the Altai Mountains（The data is downloaded from China Meteorological Data Network，covers the period of 1964—2011 and has a spatial resolution of 0.5°×0.5°）

2 研究方法

2.1 山地流域侵蝕速率的估算

本文利用1964—2011年《中華人民共和國(guó)水文年鑒》的水文數(shù)據(jù)估算河流總輸沙量（包括懸移質(zhì)輸沙量、推移質(zhì)輸沙量和溶解質(zhì)輸沙量）［26］，并進(jìn)一步根據(jù)流域面積等估算流域平均侵蝕速率。

水文數(shù)據(jù)來(lái)源于山前的8個(gè)水文站［圖1（b）］，分別記錄了8條河流的懸移質(zhì)輸沙量（表1）［26］，但未測(cè)量推移質(zhì)輸沙量。前人研究表明，可以基于推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量的比值（推懸比）對(duì)推移質(zhì)輸沙量進(jìn)行估算［6，37-39］。劉光文［40］認(rèn)為中國(guó)山區(qū)河流推懸比約為15%～30%。Pan等［6］、Guan等［41］認(rèn)為祁連山地區(qū)及天山地區(qū)河流的推懸比約為15%。綜合考慮，本文采用15%的推懸比來(lái)估算各河流的推移質(zhì)輸沙量（表1）。

溶解固體（K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-）代表了水中大部分的溶解質(zhì)，因此溶解質(zhì)輸沙量可大致等于溶解固體的總量［6，42-43］。Zhu等［44］在阿爾泰地區(qū)的部分河道和水體進(jìn)行過(guò)水化學(xué)測(cè)量（表2）?；诘玫降乃瘜W(xué)數(shù)據(jù)［44］，本文估算了相應(yīng)河流的溶解質(zhì)輸沙量，并發(fā)現(xiàn)流域年徑流量與溶解質(zhì)輸沙量之間呈線性關(guān)系。本文基于圖4所示的部分流域年徑流量與溶解質(zhì)輸沙量的線性關(guān)系，估算了阿爾泰山其他山地流域的溶解質(zhì)輸沙量（表1）。

圖4 溶解質(zhì)輸沙量與年徑流量對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖（數(shù)據(jù)見(jiàn)表2）Fig.4 Log scatter diagram of mean annual runoff and estimated solute load（The data is shown in Table 2）

表2 阿爾泰山水化學(xué)站離子數(shù)據(jù)及估算的溶解質(zhì)輸沙量Table 2 Ion data of hydrochemical stations and solute load in the Altai Mountains

基于8個(gè)流域的年懸移質(zhì)輸沙量、推移質(zhì)輸沙量和溶解質(zhì)輸沙量，即可得到流域年總輸沙量，是所選擇的水文站點(diǎn)上游流域多年總輸沙量（即侵蝕量）的平均值（表1）。流域的平均侵蝕速率（R）計(jì)算公式［6］為

其中：S為年平均總輸沙量（104t）；A為站點(diǎn)上游流域面積（km2）；ρ為基巖密度（g·cm-3），通常假設(shè)基巖密度為2.65 g·cm-3。

2.2 山地流域侵蝕影響因素的提取

為揭示影響阿爾泰山山地流域侵蝕的主要因素，本文選取氣候、地形、巖性、構(gòu)造和植被等潛在因素［45-49］，將之與流域侵蝕速率進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析。

為探討氣候是否為控制山地流域侵蝕的主要因素，前人選擇流量、年徑流量、徑流變異系數(shù)、平均降水量和平均溫度等作為表征氣候的主要變量［45，49］。本 文 亦選 以上氣 候因 子進(jìn)行 相關(guān) 分 析（表3），徑流深度、徑流記錄在水文資料中（表4），降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)中心（2015年），數(shù)據(jù)空間分辨率為0.5°×0.5°。根據(jù)水文資料的記錄時(shí)間區(qū)間，降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)的時(shí)間跨度也為1964—2011年。通 過(guò)使 用ESRI ArcGIS 10.6的“Geostatistical Analyst”工具中對(duì)下載的數(shù)據(jù)處理，然后使用克里金插值法得到各流域的平均降水和平均溫度（圖2～3，表4）。

表4 阿爾泰山8個(gè)山地流域的氣候與地形因子Table 4 Climatic and topographic factors of eight mountain catchment basins in the Altai Mountains

參考前人的研究［5，17，50］，本文采用最大高程、平均高程、地形起伏度、局部高差、流域面積和坡度等地形因子分析流域的地形特征。數(shù)字高程數(shù)據(jù)（DEM）來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云中的ASTER GDEM 30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，表3所示的地形參數(shù)均使用ESRI ArcGIS 10.6的“Spatial Analyst”工具于數(shù)字高程數(shù)據(jù)中提取。

表3 可能影響流域侵蝕的氣候與地形因子［6，45］Table 3 Climatic and topographic factors that may affect catchment basin erosion［6，45］

流域植被條件用歸一化植被指數(shù)（NDVI）進(jìn)行表征。NDVI綜合反映某一區(qū)域的植被類(lèi)型及形式［51］，NDVI與植被分布密度呈線性相關(guān)，NDVI值越大，植被覆蓋度越高［52］。因此，盡管NDVI只是間接測(cè)量植被，但其數(shù)值也可以用來(lái)指示地表植被狀況［53-54］。NDVI通過(guò)測(cè)量近紅外（NIR，植被反射）和紅光（RED，植被吸收）之間的差異量化植被，計(jì)算方法［55］為

NDVI由2000—2011年的MODIS數(shù)據(jù)計(jì)算，MODIS數(shù)據(jù)由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）網(wǎng)站獲得，使用ESRI ArcGIS 10.6的“Spatial Analyst”，MODIS數(shù)據(jù)的分辨率為250 m。

由于缺少阿爾泰山變形速率的空間分布資料，本文采用累積地震矩［8，45］評(píng)價(jià)區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)，并進(jìn)一步探討構(gòu)造對(duì)流域侵蝕的影響。流域內(nèi)地震產(chǎn)生的標(biāo)量地震矩M0之和為該流域的累積地震矩（lgM0）［8，45］，累積地震矩一般用于估計(jì)地震引起的累積應(yīng)變。標(biāo)量地震矩M0值由震級(jí)Ms≥3.0的地震數(shù)據(jù)計(jì)算［56-58］。

考慮到本文所用水文數(shù)據(jù)年份為1964—2011年，計(jì)算累積地震矩（lgM0）所用地震資料的時(shí)間跨度選擇1900—2011年，地震數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）。利用ESRI ArcGIS 10.6的“Spatial An?alyst”工具，采用反距離加權(quán)插值法對(duì)8個(gè)分析流域的累積地震矩（lgM0）進(jìn)行空間分析。

2.3 皮爾遜相關(guān)分析

前人研究利用皮爾遜相關(guān)分析揭示影響流域侵蝕的主要因素［6，8，46，49］，本文同樣采用該方法對(duì)以上提取的潛在影響因子和流域侵蝕速率進(jìn)行相關(guān)分析。皮爾遜相關(guān)系數(shù)（r）可以衡量?jī)蓚€(gè)變量之間的線性相關(guān)程度，它是一個(gè)無(wú)量綱的值，取值范圍為?1～1。r值為正表示兩個(gè)變量之間呈正相關(guān)，r值為負(fù)表示負(fù)相關(guān)。相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值越接近1，兩個(gè)變量之間的相關(guān)程度越高；相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值越接近0，兩變量的相關(guān)性越弱。假設(shè)兩個(gè)變量x和y，它們之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)定義為協(xié)方差與標(biāo)準(zhǔn)差的比值，計(jì)算方法為

式中：E為協(xié)方差；std為標(biāo)準(zhǔn)差。按照Champagnac等［12］的標(biāo)準(zhǔn)，本文將相關(guān)性的質(zhì)量做如下所定義：|r|≥0.7為“高度相關(guān)”；0.5≤|r|<0.7為“相關(guān)”；0.3≤|r|<0.5為“一般相關(guān)”；0<|r|<0.3為“弱相關(guān)”；|r|=0為“無(wú)相關(guān)”。相關(guān)分析在0.05和0.01置信水平下進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)［49］。

3 結(jié)果

本文分析的阿爾泰山8個(gè)山地流域的懸移質(zhì)輸沙量、推移質(zhì)輸沙量、溶解質(zhì)輸沙量和總輸沙量計(jì)算結(jié)果如表1所示。布爾津河山地流域的總輸沙量最大，為6.2×105t。卓路特河流域的總輸沙量最小，為2.41×104t。進(jìn)一步根據(jù)流域總輸沙量估算山地流域年代際侵蝕速率（圖5，表1），其中烏倫古河流域侵蝕速率最小，為0.01 mm·a-1；克蘭河流域侵蝕速率最大，為0.05 mm·a-1。分析得到的8個(gè)山地流域侵蝕速率盡管存在差異，但處于一個(gè)數(shù)量級(jí)。整體來(lái)看，阿爾泰山平均年際流域侵蝕速率為

0.03 mm·a-1。

地形坡度分析結(jié)果見(jiàn)圖6，累積地震矩和NDVI的結(jié)果分別如圖7和圖8所示。坡度分析結(jié)果表明，庫(kù)依爾特斯河流域坡度最高，烏倫古河流域坡度最低（圖6）。累積地震矩的結(jié)果表明，庫(kù)依爾特斯河、烏倫古河、青格里河流域累積地震矩值較其余5個(gè)流域高（圖7）。各流域的歸一化植被指數(shù)表明，從南到北植被覆蓋率逐漸增加，植被最茂盛的地方在海拔相對(duì)較高的區(qū)域（圖8）。

圖7 1900—2011年阿爾泰山8個(gè)山地流域的累積地震矩Fig.7 Cumulative seismic moment map of eight mountain catchment basins in the Altai Mountains during 1900—2011（The seismic data is downloaded from USGS and obtained by inverse distance weighted interpolation method）

圖8 阿爾泰山8個(gè)山地流域的歸一化植被指數(shù)（NDVI）分布Fig.8 Spatial distribution of NDVI of eight mountain catchment basins in the Altai Mountains（NDVI is calculated based on MODIS data during 2000—2011 with the resolution of 250 m，and MODIS data is obtained from the National Aeronautics and Space Administration website）

皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果如表5所示，可以看到流域侵蝕速率與各潛在的影響因素間的相關(guān)性不同。例如，侵蝕速率與徑流深度呈正相關(guān)關(guān)系（r=0.59），侵蝕速率與累積地震矩負(fù)相關(guān)（r=-0.27）。此外，流域侵蝕速率與植被呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.82）；NDVI較高的區(qū)域，侵蝕速率較低。

4 討論

4.1 年際流域侵蝕速率的潛在不確定性

本文利用實(shí)測(cè)的懸移質(zhì)含量計(jì)算得到流域懸移質(zhì)輸沙量（表1）?？紤]到懸移質(zhì)輸沙量在總輸沙量中占主要比例［6，40］，因此，本文由此估算的流域總輸沙量以及最終得到的侵蝕速率具有合理性，但仍存在三個(gè)方面的不確定性。首先，本文所涉及的8個(gè)水文站的監(jiān)測(cè)時(shí)間不連續(xù)（表1）。如果在未進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)段發(fā)生一些極端事件（如洪水、泥石流等），這些過(guò)程對(duì)侵蝕速率的影響可能將被忽略。在這種情況下，山地流域年代際侵蝕速率可能會(huì)被低估。其次，本文假定分析的8個(gè)山地流域的推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量比值為15%［59-60］，該假設(shè)可能會(huì)給總輸沙量的估算帶來(lái)一定不確定性。最后，基于部分阿爾泰地區(qū)水化學(xué)站點(diǎn)流量與溶解質(zhì)輸沙量之間的線性關(guān)系（表2、圖4），通過(guò)流量估算阿爾泰山其余分析流域的溶解質(zhì)輸沙量（表1）。雖然溶解質(zhì)輸沙量在總輸沙量中所占比值一般較?。?，37］，但本文的處理方式也可能會(huì)導(dǎo)致最后估算的流域侵蝕速率存在不確定性。

4.2 影響阿爾泰山山地流域侵蝕的主控因素

盡管目前難以準(zhǔn)確量化氣候、地形、巖性、構(gòu)造和植被等因素對(duì)于山地流域侵蝕的影響，但這些因素與侵蝕速率間的相關(guān)性分析有助于揭示影響山地流域侵蝕的主控因子［6，8，46，48-49］。皮爾遜相關(guān)分析是開(kāi)展這一工作的有效方法［48］。

額爾齊斯河與烏倫古河均起源于阿爾泰山的冰川與冰緣區(qū)，河流補(bǔ)給主要依賴冰川融水。氣溫與年徑流量之間較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系（r=0.62）表明（表5），氣溫的變化直接影響冰川融水，從而導(dǎo)致徑流變化。此外，輸沙量與氣溫（r=0.31）、年徑流量（r=0.83）相關(guān)性較高，表明氣溫和流域年徑流量對(duì)侵蝕作用產(chǎn)生重要影響。相似的正相關(guān)關(guān)系也在徑流深度與山地流域侵蝕速率（r=0.59）之間觀察得到。這表明，氣候因素對(duì)阿爾泰山山地流域侵蝕過(guò)程產(chǎn)生了重要影響。這一認(rèn)識(shí)與前人在美國(guó)華盛頓喀斯喀特［11］、喜馬拉雅［61］等地區(qū)的觀測(cè)結(jié)果一致。侵蝕速率和大氣降水之間無(wú)顯著相關(guān)性（r=-0.12）進(jìn)一步表明（表5），氣候因素中可能氣溫才是影響阿爾泰山山地流域侵蝕的重要因素之一。

表5 流域侵蝕速率與潛在影響因子的皮爾遜相關(guān)系數(shù)Table 5 Pearson correlation coefficient between watershed erosion rate and potential impact factors

地形是影響山地流域侵蝕的另一潛在因素［12］。一般來(lái)說(shuō)，流域經(jīng)歷強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)會(huì)使山地流域地形陡峭、風(fēng)化加強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)流域侵蝕［50］。本文的相關(guān)分析表明，侵蝕速率與平均高程（r=0.47）、平均坡度（r=0.59）之間存在正相關(guān)關(guān)系，但與最大高程（r=-0.41）、流域面積（r=-0.81）和地形起伏度（r=-0.37）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（表5）。這表明，平均坡度和平均高程等地形因子對(duì)阿爾泰山山地流域侵蝕起到了積極作用。

不同類(lèi)型的巖石由于成巖環(huán)境、礦物成分、結(jié)構(gòu)等方面的差異，對(duì)風(fēng)化和侵蝕作用的抵抗能力不同［62］。諸如石英巖、石英砂巖等巖性的抗風(fēng)化能力強(qiáng)，不易遭受侵蝕；而如粗?；◢弾r、片麻巖、頁(yè)巖和片巖等巖石相對(duì)容易被風(fēng)化、侵蝕，抗侵蝕能力相對(duì)要弱［63］。地質(zhì)圖顯示［圖1（b）］，本文分析的阿爾泰山8個(gè)山地流域的地層中，哈巴河與布爾津河流域地層中含有震旦—寒武系白云巖、灰?guī)r等可溶性巖類(lèi)，這可能是導(dǎo)致哈巴河與布爾津河流域中溶解質(zhì)輸沙量占比較高、流域侵蝕速率較大的原因之一。

構(gòu)造是影響活動(dòng)造山帶地表侵蝕另一個(gè)潛在因子。由于阿爾泰山山地范圍構(gòu)造活動(dòng)速率數(shù)據(jù)不足，本文通過(guò)地震矩分析來(lái)探討構(gòu)造因子對(duì)阿爾泰山山地流域侵蝕的可能貢獻(xiàn)。皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果顯示，阿爾泰山山地流域侵蝕速率與累積地震矩呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.27）。例如，庫(kù)依爾特斯河流域的侵蝕速率較小（0.03 mm·a-1，圖5），但指示地震活動(dòng)性的累積地震矩較高（圖7）?？颂m河流域的累積地震矩較低（圖7），但山地流域侵蝕速率較大（0.05 mm·a-1，圖5）。天山地區(qū)也得到山地流域侵蝕速率與累積地震矩呈負(fù)相關(guān)關(guān)系這一結(jié)果［41］。但臺(tái)灣造山帶流域侵蝕結(jié)果［45］與阿爾泰山山地流域和天山北部流域的不同［42］，可能是由于氣候環(huán)境（特別是降水強(qiáng)度）存在差異。與臺(tái)灣造山帶受東亞夏季風(fēng)控制不同，北天山和阿爾泰山位于亞洲內(nèi)陸，其半干旱氣候?qū)е碌乇韽搅饔邢薜炔焕诔练e物向集水盆地外運(yùn)移［8，64］。地形起伏度是流域內(nèi)點(diǎn)的最大高程和最小高程之差，可以反映山地流域潛在的侵蝕強(qiáng)度［6］。構(gòu)造活動(dòng)會(huì)改變?cè)焐綆У匦纹鸱鼱顟B(tài)。局部高差、最大高程等地形因素可作為構(gòu)造活動(dòng)的指標(biāo)。相關(guān)分析（表5）表明，阿爾泰山流域侵蝕速率與最大高程（r=-0.41）和地形起伏度（r=-0.37）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。綜合以上結(jié)果，初步認(rèn)為構(gòu)造可能不是控制阿爾泰山山地流域現(xiàn)代侵蝕的主要因素。

最后分析阿爾泰山植被條件（基于歸一化植被指數(shù)NDVI進(jìn)行評(píng)估）和流域侵蝕之間的關(guān)系。Starke等［65］指出，在氣候干旱（降水<100 mm·a-1）和植被稀疏（植被覆蓋<20%）的地區(qū)，NDVI與侵蝕速率的相關(guān)關(guān)系表現(xiàn)為弱相關(guān)或中度負(fù)相關(guān)。皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果表明，額爾齊斯河支流的山地流域侵蝕速率和NDVI呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.82），與新疆天山地區(qū)山地流域研究得到的結(jié)論相同［41］。地表植被能增加地表粗糙度，減小地表徑流，從而能夠抑制地表侵蝕、降低地表侵蝕速率［65］。

4.3 阿爾泰山侵蝕速率的地貌意義

探究山地流域侵蝕速率的時(shí)間變化特征對(duì)理解研究活動(dòng)造山帶地貌演化具有重要意義。前人通過(guò)低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究獲得了阿爾泰山部分地區(qū)的隆升剝露速率［24-25］。宋高等［24］基于磷灰石裂變徑跡分析，得到阿爾泰山南緣30～20 Ma以來(lái)的剝蝕速率為約0.07～0.11 mm·a-1。在阿爾泰山青河—富蘊(yùn)地區(qū)，低溫?zé)崮甏鷮W(xué)分析得到28～18 Ma以來(lái)的剝露速率為0.16～0.20 mm·a-1，8 Ma以來(lái)的剝露速率為0.22～0.30 mm·a-1［25］。本文分析得到的阿爾泰山8個(gè)山地流域的平均年代際侵蝕速率為約0.03 mm·a-1。綜合來(lái)看，阿爾泰山地區(qū)晚新生代的剝蝕速率與年代際山地流域侵蝕速率都偏小，且不同時(shí)間尺度的侵蝕速率似乎差異不大。偏低的流域侵蝕速率也被報(bào)道于祁連山和北天山［6，41］。初步認(rèn)為，中亞地區(qū)新生代持續(xù)干旱化的氣候［30］可能制約了阿爾泰山的山地侵蝕，從而使得山地流域侵蝕速率偏低。崔之久等［35］曾對(duì)阿爾泰山哈納斯河流域及其周邊地區(qū)的冰川地貌等研究后發(fā)現(xiàn)，阿爾泰山第四紀(jì)冰川作用強(qiáng)烈。這是否意味著阿爾泰山山地流域在第四紀(jì)具有較大的侵蝕速率？抑或在整體偏干旱的氣候背景下，冰川作用并沒(méi)有導(dǎo)致偏大的山地流域侵蝕速率？回答這些問(wèn)題，需要開(kāi)展進(jìn)一步研究，特別是基于河沙10Be濃度估算山地流域侵蝕速率，或者基于河流階地研究揭示晚第四紀(jì)河流下切速率。

5 結(jié)論

量化不同時(shí)空尺度山地流域侵蝕速率是理解活動(dòng)造山帶地貌演化的關(guān)鍵。本文分析了阿爾泰山地區(qū)山地流域侵蝕速率的時(shí)空格局，結(jié)合前人研究結(jié)果探討了阿爾泰山造山帶的地貌演化。利用1964—2011年的水文數(shù)據(jù)，估算了哈巴河、布爾津河、克蘭河、卓路特河、庫(kù)依爾特斯河、青格里河、布爾根河、烏倫古河共8個(gè)流域的總輸沙量，然后結(jié)合基巖密度和水文站上游流域的面積，估算每個(gè)分析流域的侵蝕速率。阿爾泰山8個(gè)流域的年代際平均侵蝕速率為0.03 mm·a-1。流域侵蝕速率與氣候、地形、植被、構(gòu)造等因子之間的皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果表明，地形、氣候可能是影響阿爾泰山流域侵蝕的主要因子?；诘蜏?zé)崮甏鷮W(xué)研究得到的百萬(wàn)年尺度山地剝蝕速率（0.07～0.3 mm·a-1）與基于水文資料得到的年代際山地流域侵蝕速率（0.03 mm·a-1）均偏低的現(xiàn)象說(shuō)明，中亞地區(qū)晚新生代持續(xù)干旱的氣候條件可能制約了阿爾泰山的地表侵蝕。