鄂尔多斯高原毛乌素沙漠湖泊植被生态与地下水关系研究

韩旭　张瑞军　康艾

摘要：在鄂尔多斯高原毛乌素沙漠腹地选择有代表性湖泊——布寨淖尔湖为研究区，在野外调查的基础上，选取典型剖面详细研究优势植被与地下水的关系，系统总结湖盆周缘地形地貌、包气带岩性结构、地下水水位埋深、水化学特征与植物类型和植被种群的关系，分析影响植被生态的主要因素，揭示湖盆周缘生态水文地质分带规律，划分四个生态水文地质区，提出湖盆周缘优势植被沙蒿（Artemisia）、沙柳（Salix psammophila）和苔草（Carex）的适生地下水位埋深。

关键词：植被生态 地下水埋深 毛乌素沙漠 鄂尔多斯高原

1 选题依据及意义

鄂尔多斯高原干旱少雨，水资源短缺和生态环境脆弱成为当地区域经济社会发展和研究区建设的两个重要制约因素。由于不同植被根系生长长度不同，适合植被生长的地下水埋深就会不同，因此可以通过不同植被的分布来判断地下水的埋深。另一方面沙漠地区地下水埋深浅，植被的蒸腾是主要的排泄途径。因此还可以通过估算蒸发量，来判断地下水的埋深情况。总之，估计蒸腾量是研究该地区水资源量的重要环节。依据生态水文地质学原理，开展鄂尔多斯高原地下水与生态关系研究，揭示地下水与植被生态的相互依存关系，提出不同植被类型的适生水位和阈值范围，为地下水资源合理开发利用和生态环境保护提供基础依据，具有重要的理论与实际意义。

2 研究目的和任务

研究以关注干旱-半干旱地区地下水开发引起的生态环境效应为出发点，在论述研究区自然地理条件和水文地质条件的基础上，通过生态学和水文地质学有机结合，重点介绍区域植被类型与分布、盖度与近年来演化情况，分析与探讨了气候、土壤、水文、人工等条件对区内植被生态类型和长势的影响，根据地下水水位埋深与植被类型与长势的关系，研究不同植被类型与地下水的依赖关系，提出不同植被类型的适生水位和阈值范围，定性分析预测地下水位变化可能引起的植被生态演化。为干旱——半干旱地区地下水合理开发利用和生态环境保护提供理论依据。

3 区域植被生态与地下水关系研究

3.1区域植被生态特征

本区地处草原-荒漠的过渡区域，植被类型主要包括地带性与非地带性两大类。地带性植被从东到西分布有典型草原、荒漠草原及草原化荒漠；非地带性植被包括沙地植被、低湿地植被、盐化植被等。东胜以东的黄土丘陵区和毛乌素沙地为典型草原，植被盖度高；西部桌子山山前倾斜平原及库布齐沙漠为草原化荒漠、植被覆盖低；中部为的荒漠草原，植被盖度介于典型草原和草原化荒漠之间。地带性植被类型多，群系、群从复杂。

3.1.1地带性植被类型

区内呈现出明显的地带性植被类型的空间更替，从东部边缘的典型草原，经干草原、荒漠化草原，过渡到西部边缘的草原化荒漠。

（一）典型草原

见于乌审旗的东南缘和准格尔旗东缘。原生植被以白羊草群落为代表，但目前已成为农业区，原始植被均被破坏，该类型面积很小。

（二）干草原

分布在毛不拉孔兑——锡尼镇——毛盖图——三段地一线以东。干草原群落发育在梁地和黄土丘陵的栗钙土或黄绵土上。代表性群系为本氏针茅草原。由于人类的干扰，出现了以百里香为主的小半灌木群落，两者镶嵌分布；局部还有人为种植的柠条灌丛。黄土丘陵区的冲沟陡壁上，则广泛发育了茭蒿群落。

（三）荒漠化草原

由一组强旱生的丛生禾草及小半灌木建群，反映了生境旱化，它们的广泛分布，标志着气候已由半干旱进入干早。荒漠草原主要分布于桌子山以东的高平原上，这里地形平坦，海拔1，300-1，500米，土壤为棕钙土。由多年生矮丛生禾草层片建群，主要包括小针茅、短花针茅、无芒隐子草、冰草等。荒漠草原的主要群系有短花针茅草原、小针茅草原、甘草群落与苦豆子群落。

（四）草原化荒漠

分布在高平原最西部的桌子山山前倾斜平原及低山上。所处海拔1，140-2，100米，地表状况差异明显，从石质、砾质到沙质地均有分布。植被类型多样，地带陛土壤类型为淡棕钙土和灰漠土。草原化荒漠已属超旱生植被类型，种类很贫乏，以超旱生灌木、半灌木占绝对优势，一、二年生植物占较大比重，并伴生一定数量的强旱生多年生草本植物。

3.1.2非地带性植被类型

（一）沙地植被

区内有毛乌素沙地、库布齐沙地及局部覆沙地段。沙地的物理特征与地带性生境有很大的不同，结构松散，持水力弱，贫瘠，温度日差较大，易流动等，使沙地植被与地带性植被也有很大差别。总的看来，以油蒿为主的半灌木植被是沙地植被的代表，一般见于固定沙地。但因沙地分布面积很广，从东到西处于不同自然地带。加之流动或固定程度的差异，使沙地植被的多样性增加。

（二）低湿地植被

鄂尔多斯高原的低湿地主要有河漫滩、湖滨低地、滩地、丘间低地等。它们的共同特点是地下水位浅，除大气降水外，依靠地下水来维系。此外，大部分土壤呈现盐渍化，盐渍化程度因地而异，从东到西随气候干旱程度增加而增加。

3.2植被生态影响因素分析

3.2.1气候对植被生态影响

气候因素是控制区内地带性植被分布格局的主要因素。本区从东到西地带植被依次出现了典型草原、荒漠化草原和草原化荒漠，在湿润系数和年均降水量递减的同时，年均温度指标呈递增趋势。热量和水分共同决定了高原群落类型的空间分布特点。就鄂尔多斯的暖温性草原植被而言，热量决定了它们与中温类型在空间分布上的南北差异，而水分条件的改变则控制着其内部在东西向的分异。

3.2.2地形地貌对植被生态影响

地形、地貌因素决定了研究区内的小气候，并且提供了满足植物生长所需的条件，从而影响植被覆盖度及类型的分布。统计研究区多年平均NDVI值，与研究区地貌界限叠加，将同一个地貌单元内所有像素点NDVI值求平均值，记作这一地貌类型的平均值。

基岩台地地貌区，植被指数均值相对较高为0.28，植物普遍长势较好。在风沙滩地区，地下水埋深浅，植物根系可以赋存大量水分，湿地植被较发育。在沙漠地区，气候干燥，植被指数明显下降，多年平均值0.19，植被覆盖度非常低。山地这一地貌单元在研究区出现较少，只在库不齐沙漠西缘有小面积分布；以毛乌素为主要沙地分区的地貌单元，由于近几年当地政府的治理以及本身的包气带环境，蓄水能力高，植被覆盖呈良性发展。

根据野外考察，一般情况下，平缓地带有利于植被生长，而坡陡地区，植被生长相对较差；一般阴坡植被发育较好，阳坡相对较差，这与阴坡蒸发量相对较小、容易保持水分有关。

3.3地下水与植被生态的关系

以典型植被覆盖度与潜水埋深为研究对象，根据野外调查样方数据，苔草等草本植物盖度与地下水埋深相关的关系最为明显，即在0-1.5m时盖度最大，然后随水位埋深增大而降低，在水位埋深大于3m后，盖度不大于5%；沙蒿的地下水埋深最大为20m。在地下水埋深0-20m范围内都有分布，说明沙蒿盖度与地下水位埋深联系较弱，与野外认识一致。

沙柳盖度与地下水埋深存在一定的关系，在0.5-5m埋深内，相同埋深沙柳有高盖度也有低盖度，但在埋深1m左右时达到最大值，然后随水位埋深增大而降低，相关性与野外认知相符。

4 典型湖盆植被与地下水关系研究

鄂尔多斯高原湖盆滩地众多，据统计水面面积大于1km²的湖泊就有57个，每个湖盆都具有相对独立生态水文地质特征，是一个相对完整的地下水与生态系统。为详细研究湖盆周缘生态水文地质规律，本文在鄂尔多斯高原毛乌素沙漠腹地选择有代表性湖泊——布寨淖尔湖为研究区，在野外调查的基础上，在湖盆西岸实测了一条1.5km生态水文地质剖面，在剖面线上施工了5个浅孔，详细了解了包气带岩性结构、潜水含水层特征、地下水水位埋深，采取了4组地下水水化学样品，通过对调查数据的分析，系统研究了湖盆周缘地形地貌、包气带岩性结构、地下水水位埋深、水质类型与植物类型和植被种群的关系。

4.1布寨淖尔湖盆植被群落概况

4.1.1沙蒿群落

分布在布寨淖尔湖盆的大部分沙丘地区，是该生态系统的主要植物种群。沙蒿为菊科多年生草本灌丛，是典型的沙生植物，在流动、半流动及固定露沙地生长旺盛、繁殖迅速，叶片成线线，根系发达，具有适应干旱沙漠的生长特性。根地径2-3cm的垂直主根系可深达2.0m左右，水平根系延半径可达1.5m以上，植株耐沙埋，能产生不定根，可生长在沙丘顶部，种子结实量多，遇水能产生胶质和沙粒粘结成球，不易被风刮走，以促进发芽。

4.1.2柠条群落

豆科多年生半灌木，分布范围广，主要分布在薄覆沙基岩、梁和波状起伏的老固定沙地，与沙蒿伴生，具有强大的根系和高大的地上丛生枝。在风蚀强烈、基岩露出地方，柠条根系能穿过石缝，深入到基岩空隙，吸水生长发育，株丛高，萌生能力强，萌生直径可形成1.5-3m大灌丛，是一种优良的固沙植物和优质牧草，盖度一般在20-50%，牧区群众正在大力发展。在波状起伏的固定沙地，由于地表强烈风蚀，柠条固土阻沙能力极强，形成了大小、高低不等的柠条土包，成为地貌一大景观。

4.1.3芨芨草种群

芨芨草为主要种群，分布广，范围大，有的宽达几公里，长达几十公里，形成大面积芨芨草滩，在多度、盖度、生物量等方面都占绝对优势，分布均匀，高矮正齐，平均密度3-5丛/m²，平均高1.5-2.0m，盖度30-90%，植物种群层次表现清楚。

4.1.4沙生根茎植被种群

指多年生根茎植物，如马蔺等。在水位较浅的露沙地带生长良好。在潜水位较高的地方，马蔺成片、成块分布，生长良好，盖度20-50%不等，生长稠密地段，局部形成马蔺滩。总盖度30-70%。

4.2湖盆周缘植被种群与地下水关系

通过研究区植被分布与相应的地下水埋深进行分析所见：苔草、寸草、芦草等喜水植物种群，主要分布在地下水埋深小于1m的区；沙蒿、沙柳、旱柳、杨树等植被种群主要分布在地下水埋深大于1m的地区。研究区植被的这种分布规律，与湖盆及其周缘的地貌特征密切相关，苔草、寸草、芦草等植物种群呈环带状分布在地形相对平坦的湖盆滩地区，而沙蒿、沙柳、旱柳、杨树等植被种群主要分布在盆地周缘地形相对起伏较大的波状沙丘地区。

研究区植被分带规律的特点是：从滩地到沙丘呈现出从苔草、寸草、芦草等喜水植物种群到沙蒿、沙柳、旱柳、杨树等植被种群过渡的生态分带规律，自湖面向周缘依次可划分为以下4个生态水文地质区。

（1）湖泊生态水文地质区（Ⅰ）：是湖盆水文地质单元的排泄基准面，湖底岩性结构为灰色粘土，为相对隔水层。湖水面积呈季节性变化，在雨季积水，湖水面积增大，旱季湖水面积减小，甚至干涸。

（2）湖盆滩地生态水文地质区（Ⅱ）：呈环带状分布湖泊周围，地形微向湖面颁斜，坡度1-2度。根据地下水位埋深和植物种群分布状况，可进一步划分为2个亚区。

①低滩地生态水文地质区（Ⅱ1）：紧邻湖泊水体呈环带状分布，地貌类型为低湖盆滩地，距湖泊水面的距离为200m左右。含水层岩性结构为：0-0.3m为第四系全新统风积沙，0.3-0.8m为灰色粘土或富含腐殖质的中细砂；地下水位埋深0.2-0.8m，水化学类型为：HCO-Mg-Ca-Na型，矿化度为851mg/l。植被种群主要为苔草，在地下水出露处多生长寸草，植被覆盖度为80-100%。

②高滩地生态水文地质区（Ⅱ2）：由低滩地生态水文地质区向外逐步过渡到本区，地貌类型为高湖盆滩地，呈宽约200-250m的环带状分布。包气带及含水层岩性结构为：0-0.6m为第四系全新统风积沙，0.6-1.0m为灰色粘土或富含腐殖质的中细砂，为含水层，地表有盐咸化现象；地下水位埋深0.8-1.0m，水化学类型为：HCO-Ca-Na型，矿化度为982mg/l。植被种群主要为寸草、芦草和菊科杂草等多年生草本植物，植被覆盖度为70-80%。

（3）湖盆滩地与沙丘过渡生态水文地质区（Ⅲ）：本区为湖盆滩地与沙丘过渡地带，地表被风积沙覆盖，地形稍有起伏，宽度在100-200m左右。包气带及含水层岩性结构为：0-1.0m为第四系全新统风积沙（包气带），1.0-1.5m为灰色粘土或富含腐殖质的中细砂，为含水层；地下水位埋深1.0-1.5m，水化学类型为：HCO-Ca型，矿化度为612mg/l。植被种群主要为沙蒿，植被覆盖度为30-50%。

滩地与沙丘的过渡带，除了地形和土壤类型的变化（由滩地的富含有机质的沙质壤土转化为沙丘的风积砂）外，变化最为明显的是地下水埋深明显增大，随着地下水埋深的增大，植被种群存在着明显的分带规律，即植被类型也从水生、中生的草本转化为旱生、沙生的沙蒿等灌木。这种植被种群的分带明显地表现出了植被与地下水埋深的关系。

（4）沙丘生态水文地质区（Ⅳ）：呈大面积分布在湖盆外缘，地貌类型为沙丘与丘间洼地相间分布，在较大的丘间洼地有家田，地形起伏相对较大，所见沙丘高度可达15m左右。地表全被第四系全新统风积沙覆盖，厚度大于1.5m，地下水位埋深大于2.0m。植被种群主要为沙蒿、沙柳沙生灌木，并出现了旱柳、杨树等乔木；在沙丘顶部以沙蒿为主，丘间洼地沙柳生长茂盛，并有少量的旱柳、杨树等，植被覆盖度为30-40%。

5 结论

5.1通过对鄂尔多斯高原布寨淖尔湖盆及周缘优势植被与地下水关系的调查和研究，得出研究区主要植被种群的适生水位埋深。

（1）苔草、寸草、芦草等喜水植物种群主要分布在湖泊周边的滩地区，它们与地下水关系较为密切，苔草（Carex）等适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的滩地区几乎没有分布，而地下水位埋深大于1.0m的沙丘区均有分布，且生长良好，说明沙蒿所需的水分来源主要依靠大气降水，与地下水位埋深关系不大，沙蒿适生的地下水埋深为大于1.0m；

（3）沙柳（Salix psammophila）在地下水埋深大于1.5m沙丘区均有分布，且在丘间洼地生长茂密，说明沙柳与地下水位埋深存在着一定的关系，通过本次研究，结合前人研究成果，认为沙柳适生的地下水水位埋深为1.5-3.0m。

5.2通过对鄂尔多斯高原布寨淖尔湖盆及周缘优势植被种群与地形地貌、包气带或含水层岩性结构、地下水位埋深、水化学类型、矿化度等关系的综合研究，从湖泊水域到湖盆周缘可划分为4个生态水文地质分区，每个区均有各自的生态水文地质规律。