共和盆地干涸湖盆植被分布格局及土壤粒度组成特征

田丽慧，强明瑞，张登山，王俏雨，汪海娇

(1.省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海大学，青海 西宁 810016；2.华南师范大学地理科学学院，广东 广州 510631)

青藏高原东北部地处中国东部季风区、西北干旱区与青藏高寒区的交汇区域和现代亚洲季风影响区域的北缘，对气候变化响应尤为敏感[1-3]。青藏高原湖泊众多，湖泊对气候变化响应更为明显[4]。英德海为咸水湖，是晚更新世末或全新世初期，沙珠玉河由南向北摆动、下切过程中在阶地面上遗留下来的古河道或牛轭湖，同时，在共合组地层和一系列的阶地面上，形成了大量的风蚀地貌和风积地貌[5]，湖盆地表覆盖物多样化，既有湿地(泥质)，又有沙地，也有砾石。在此地表格局影响下，英德海湖盆的植被具有典型的空间分异特征，而针对英德海盆地内部典型条带状植被分布格局及其影响因素一直都未见有深入研究。因此，对内陆咸水湖盆植被空间分异的研究可丰富区域植被对全球变化响应的研究内容。

土壤粒径组成影响着土壤的侵蚀、堆积和物理化学进程，换言之，土壤颗粒组成是最重要的土壤物理性质之一，直接影响土壤水分运移，进而影响植被的分布格局[6]。土壤粒度组成是土壤最基本物理指标，主要受到成土母质、物理化学风化过程的影响，是衡量土壤质地的依据。植被对土壤粒度组成也有影响，主要表现为两个方面：一是不同类型植被土壤腐殖质层、根系和分泌物不同，致使土壤理化和生物性能不同，使土壤粒度组成产生差异[7]。二是由于植被截留降雨和减少地表土壤侵蚀的能力在不同植被林冠郁闭度和盖度下不同，导致表层土壤颗粒的保存量不同[8]。对于湖盆植被分布而言，土壤粒度的组成特征不仅与风成过程相关，还与水文过程具有明显的相关性[9]，已有研究表明，灌丛沙堆的形成明显与当地水文地质条件有关[10]。因此，在降水稀少的高寒区，探究干涸湖盆地貌的植被分布格局以及影响植被分布的土壤因素，是对湖泊干涸过程进行深入研究亟待解决的基础科学问题，这对理解极端脆弱区气候变化对生态环境的影响，以及湖泊干涸过程中植被的变化具有十分重要的科学意义。

1 研究区概况及研究方法

1.1研究区概况英德海位于青海省共和盆地中部，在全新世早期湖泊面积21.7 km2，至20世纪50年代缩为2.1 km2，60年代只有1.3 km2，至1980 年矿化度达到3.46 g/L。1990 年，英德海已完全干涸，流沙侵入干涸的湖床，并形成数个2～3 m高的新月形沙丘[11]。本区属于高寒干旱荒漠草原区，以西北风为主，年均气温2.4 ℃，年均降水量246.3 mm，降水季节分配不均，干湿季明显，降水主要集中在5—9月。野外考察发现，英德海西南部有一条季节性河流，但在湖盆边缘已断流，流域西侧地下水广泛出渗。在湖盆西侧草地茂密，只有少数几户牧民在此放牧。而在湖盆中间和东侧，分布着典型的荒漠景观。

1.2研究方法2016年7月，在图1所示的2条样带中(沿着湖盆及边缘方向设置，①表示湖盆西侧，称之为W系列；②表示湖盆东侧，称之为E系列)，依照图2所示的4个地貌部位(底部B、中部M、上部U和顶部T)布设3个10 m×10 m的样方，总计24个样方。在此样方内，测量灌木的冠幅、高度、株数(丛数)，计算灌木盖度；同时，随机布设5个1 m×1 m的草本样方，测定草本的高度和株数，测算其盖度。在不同的斑块内，记录地表覆盖物特征(结皮层、枯枝落叶、砾石含量等)。在已经选定的样地内，按照0～10、10～20、20～40、40～60 cm深度采集3组重复样品，由于湖盆西部底部(WB)土壤深度40 cm处为地下水位线，土壤样品只采集表层0～40 cm，保证每个样品大约100 g，用5号自封袋封装并且编号，带回实验室风干、充分混合均匀。对采集的各分层的土样利用英国Malven公司生产的Mastersize 2000型激光粒度仪进行粒度组成测定。土壤粒度组成按照美国制粒度分级[12]：黏粒<0.002 mm，粉粒0.002～0.063 mm，极细砂0.063～0.125 mm，细砂0.125～0.25 mm，中砂0.25～0.50 mm，粗砂0.50～1.00 mm，极粗砂1.00～2.00 mm。

图1 英德海湖盆土壤及植被调查样带Fig.1 Investigated soil and vegetation area of Yingdehai lake basin

图2 英德海湖盆东侧地貌景观分异Fig.2 Landscape differentiation in the east of Yingdehai lake basin

2 结果分析

2.1湖盆植被分布特征通过调查可知，在英德海湖盆西侧有地下水出露，水草丰茂。而湖盆中部地表裸露，盐碱度较高，生长着耐盐碱的猪毛菜(SalsolacollinaPall.)等。白刺(NitrariatangutorumBor.)灌丛在湖盆东侧盐碱地上广泛发育，高度可达(1.15±0.62)m，盖度高达74%。本区湖盆边缘分布着以刺叶柄棘豆(OxytropisaciphyllaLedeb.)为优势种的荒漠草原，在强劲的西风作用下，刺叶柄棘豆已发育成典型的灌丛沙堆，其上伴生着大量的草本植物，比如芨芨草(Achnatherumsplendens)、赖草(Leymussecalinus)、青藏苔草(Carexmoorcroftii)等。英德海湖盆从底部至北部边缘，垂直高度为65 m，在湖盆内部，表现出不同的植被分布格局(表1，图3)。在湖盆西侧，从底部到边缘呈现出莎草(CyperusrotundusL.)草地—马蔺(IrislacteaPall.)草地—芨芨草草地—刺叶柄棘豆灌丛的植被分布模式(W系列)；在湖盆东侧，从底部到边缘植被表现为白刺灌丛—赖草草地—新月形沙丘—刺叶柄棘豆灌丛的空间分布特征(E系列)；且在湖盆底部，从东向西表现出明显的水平分布格局，从白刺灌丛沙地—盐碱裸地—盐生草地—湿生草地。

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

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

2.2湖盆土壤粒度组成特征本区地表沉积物总体以中砂(0.25～0.50 mm)和细砂(0.125～0.25 mm)为主(图4)，湖盆西侧地表沉积物的中值粒径为(0.30±0.14) mm，湖盆东侧沉积物的中值粒径为(0.27±0.10) mm，地表沉积物的粒度组成在两个部位之间无明显差异(P>0.05)，但沉积物的分布却明显不同(图4和图5)。

从地表沉积物的水平分布来看(图4)，本区地表沉积物中的黏粒含量较低，为1.30%～1.45%，粉粒的含量在10%左右，黏粒和粉粒含量在湖盆西侧和东侧无明显差异(P>0.05)。湖盆西侧底部(WB)表层10 cm的粉粒含量可达30.11%，其他部位的粉粒含量维持在4.06%～15.41%，而在湖盆东侧中部(WM)表层10 cm的粉粒含量最高，为26.19%。极细砂在西部的含量高于东部。湖盆西侧上部(WU)的细颗粒物质(黏粒、粉粒和极细砂)明显高于东部(EU)(P<0.05)。细砂含量在湖盆东部高于湖盆西部，但两部位相差不大(P>0.05)，湖盆西中部(WM)的含量最高，为46.08%，而湖盆东侧中部(EM)为24.95%。从中砂分布来看，湖盆东侧高于西侧，湖盆西侧底部(WB)的中砂含量为15.35%，而湖盆东侧底部(EB)的中砂含量为26.94%。湖盆西侧的粗砂含量高于东侧，湖盆西侧中部(WB)的粗砂含量仅为1.08%，而东侧中部(EM)的粗砂可达19.01%。极粗砂并不是所有地貌部位都有分布，湖盆西侧分布在底部(WB)和顶部(WT)，而湖盆东侧分布在底部(WB)和中部(WM)。

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

从地表沉积物的垂直分布来看(图5)，英德海湖盆的沉积物粒径组成的垂直分布模式不同，大体分为3种：(1)随深度粗砂增多型。以湖盆西侧底部(WB)、西侧上部(WU)和东侧中部(EM)为代表；(2)随深度无明显变化型。以湖盆西侧中部(WM)、东侧上部(EU)和东侧顶部(ET)为代表；(3) 随深度细颗粒增多型。以湖盆东侧底部(EB)和湖盆西侧顶部(WT)为代表。湖盆西部的深层沉积物颗粒较粗，而湖盆东部表层10 cm沉积物颗粒明显粗化。湖盆东侧底部(EB)表层10 cm的粗砂和极粗砂含量分别为19.94%和18.97%，甚至还有砾石分布，而湖盆西侧底部(WB)表层10 cm粗砂只有1.26%，而10～40 cm 粗砂含量可达13.66%～16.40%，极粗砂高达19.63%～22.33%。湖盆西侧底部(WB)表层10 cm沉积物以粉粒为主，粉粒含量可达30.11%，远高于其他区域及其他地貌部位。

图5 英德海湖盆沉积物(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 讨论与结论

3.1湖盆内部植被分布与土壤粒度的关系英德海湖盆从底部至北部边缘，表现出不同的植被分布格局。在湖盆底部，水分条件较好的湖盆西侧(WB)，植被以草原为主，植被盖度可达90%，土壤颗粒较细；但在水分条件差的湖盆东侧(EB)，湖水干涸后地面裸露，形成白刺灌丛沙堆，表层细粒物质被吹走，粗粒物质留存，甚至有砾石分布。湖盆西侧中部(WM)分布着马蔺草地(垂直高度只有2 m)，东侧中部(EM)为赖草草地(垂直高度18 m)，湖盆西侧的细颗粒(<0.25 mm)含量明显高于东侧(P<0.05)，而粗砂和极粗砂含量在湖盆东侧明显高于湖盆西侧(P<0.05)，从表1可知，马蔺草地的盖度、高度和物种丰富度均高于湖盆东侧的赖草草地。湖盆西侧上部(WU)为芨芨草草地，而湖盆东侧上部(EU)为流动沙丘，湖盆西侧的黏粒和粉粒含量明显高于湖盆东侧(P<0.05)，而湖盆东侧的砂粒(0.125～0.50 mm)含量高于湖盆西侧，植被对细颗粒物质具有拦截作用，且能促进地表成土作用的发生。湖盆顶部(T)为刺叶柄棘豆灌丛沙堆，且湖盆两侧灌丛分布的海拔较为一致(2 914～2 950 m)，湖盆东侧(ET)的细砂含量高于湖盆西侧(WT)，而粗砂和极粗砂含量低于湖盆西侧，这是由于本区以西北风为主，强劲的西北风吹蚀西侧地表的细颗粒物质，而粗颗粒物质残留。由此可见，植被的分布格局受到地表沉积物的粒度组成的影响，同时，植被与气候条件也对地表沉积物的组成具有反馈作用。

3.2湖盆内部植被分异的影响因素本区以西北风为主，风力强劲，在湖盆中部低地处，分布有零星新月型沙丘，沙丘指示的风向与台地延伸方向基本一致。湖盆顶部台地边缘碎石岩土崩落形成连续的侵蚀陡坎，均指示了该区风蚀作用较强，湖盆内沙源物质丰富[13]。在湖盆东侧，白刺灌丛沙堆发育，分布广阔。灌丛沙堆是干旱、半干旱半湿润荒漠地区及沙质海岸带常见的生物风积地貌景观，由含沙气流遇到灌丛阻拦，沙物质碎屑在灌丛内部及其周围堆积而成[14]。植物、沙源和风力是影响灌丛沙堆发育的主要因素[15-16]。国内对干旱区灌丛沙堆的研究主要集中在荒漠绿洲过渡带[17]、内陆河流域[18-19]、沙漠边缘[20]和干旱荒漠盆地[21]，对小范围湖盆灌丛沙堆的关注较少。综上所述可知，英德海湖盆内部存在着灌丛沙堆发育的条件，但其具体的成因及其与土壤、水文、植被和风沙活动的关系还有待进一步研究。

在共和盆地，河流的深切口会强烈减弱地下水与植被之间的联系，尤其是在高地形风沙堆积区(比如木格滩)。沙珠玉河的改道以及共和盆地的隆起阻断了英德海与河流的联系，英德海主要由地下水补充供给，但现已干涸。沿着英德海湖盆的西北岸，有泉水出露形成斑块状湿地，这反映了本集水区域内湖水位比地下水位浅。地下水位的变化波动，反映了区域降水是维持干旱区湖水来源的重要因素。共和盆地西部植被在低地上以地带性的茂密草原为主，在中海拔区以草原和灌木为主，到了高海拔区域，以荒漠草原为主[13]。英德海湖盆顶部所在的塔拉滩以干旱荒漠草原为主，但湖盆内部存在着多种植被类型，形成了典型的湖盆景观分异现象。多种植被类型条带状分布的模式既受控于地形因素，也受到局地气候、土壤特征及水文状况的影响。Qiang 等[22]研究发现，风沙活动的出现并不一定代表区域性的气候干旱，在有效湿度控制下植被也会发生变化。共和盆地湖盆植被的分布与地下水位有着明显的联系。若地下水位较高，植被条带状分布整体上移至较高海拔，且植被生态幅变宽；若地下水位较低，植被条带向湖盆底部整体下移[4]。这种模式既可以用来解释全新世早期至中期进入更尕海沙量的减少，也可以用来解释本区湖盆植被格局的分布，但地下水位如何影响本区湖盆植被格局分布还有待于进一步的研究。

由于地形差异、小气候特征、地表植被类型、植物根系的形状及深度、土壤动物的活动等因素的差异性，使得即使在很小的范围内，土壤的结构和特征都表现出很大的差异性，即土壤异质性[23]，土壤的这种异质性导致土壤中的气体、水分、溶质和其他物质的运动非常复杂[24]，大多数研究都难以实施有效的观测和预测。因此，本区复杂植被分布格局影响下的土壤性质也具有复杂及多变性，在后期的研究中需进一步关注。

致谢兰州大学博士生李渊、金彦香和硕士生王刚刚在野外及室内试验中提供了大量帮助，特此感谢！