川井沙地及其周边小规模沙被范围和特征的研究

贾成朕,杨妍辰，苗百岭，吴昊

（1.内蒙古荒漠生态气象中心，内蒙古 呼和浩特 010051；2.内蒙古生态与农业气象中心，内蒙古 呼和浩特 010051；3. 天津市东丽区气象局，天津 300300；4.内蒙古气象科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010051；5.内蒙古气象干部培训学院，内蒙古 呼和浩特 010051）

引言

通过野外考察和卫星影像的目视解译，我们发现内蒙古巴彦淖尔市乌拉特中旗川井苏木、巴音乌兰苏木境内分布有一规模较大的沙被（沙物质聚集形成的覆被[1]），其主体位于川井苏木境内，根据沙被命名的原则[2]，在没有明确其所在气候区和植被地带之前我们称之为川井沙被。同时，在其周边还存在一些小规模的沙被。鉴于对该沙被及其周边沙被的分布范围、面积、属性和植被类型研究的文献很少，对其基本没有了解认识，有必要明确其分布范围、面积、属性和植被特征，为深入研究及其保护、修复与利用提供基础数据和资料。

1 研究区域生态地理环境

川井沙被位于乌拉特中旗北部[3]，大体分布于川井苏木中南部、巴彦乌兰苏木西部和海流图镇的最北侧，其西南侧很小一部分分布于乌拉特后旗的巴音前达门苏木和呼勒斯太苏木境内。据此本文所选研究区域地理范围107.45 °～109.01 °E、41.50 °～42.40 °N，海拔高度1093.7～1906.9 m，总体呈南高北低的形势。

2 研究方法

基于遥感影像（卫星系列、分辨率、时相等），利用沙被指数（SCI1）[4]和自动分类的方法初步划定川井沙地的范围，并提取了该沙地周边小规模沙被的范围。通过实地考察验证自动分类得到的沙地边界位置是否准确，并对初步划定的沙地边界进行修正。2020年4—9月先后3 次对本区域进行了实地调查，共取得调查登记点524 个(图1)。同时，使用dEM辅助确定沙地边界，利用ArcGIS10.3软件绘制川井沙地的分布示意图，并统计其面积数据。

图1 研究区域范围与实地调查点

利用ENVI5.3软件，根据卫星影像特征（颜色、纹理等），初步划出不同植被类型的图斑，同时通过实地考察，明确图斑的植物群落类型，并订正图斑的边界线。根据同一图斑的植物群落类型与影像特征的对应关系，建立解译标志，进而确定沙被不同部位的群落类型。

3 研究结果

3.1 川井沙地的分布、面积及属性

遥感解译结果显示，川井沙被主题位于巴彦淖尔市乌拉特中旗分水岭北部，处于蒙古向斜南翼与哈达特山褶皱带之间的“川井—桑根达来盆地”内，是一沉积物厚达千米以上的拗陷区域，北、西两面分别被索伦山、呼鲁斯太山包裹，南面自西向东依次被二狼山、大狼山、哈达特山阻挡。其经、纬度范围是107.56°～108.65°E、41.60°～42.34°N，海拔高度1140.9～1751.2 m，南北跨度83.11 km、东西跨度88.45 km，西南高、东北低（图2）。川井沙被总面积4222.90 km2，属于大规模沙被[5]，其主体（74.21%）分布于巴彦淖尔市乌拉特中旗川井苏木境内，占川井苏木国土面积的近一半（49.59%），小部分分布在乌拉特中旗巴音乌兰苏木（13.00%）、海流图镇（7.95%）、呼勒斯太苏木（0.51%）和乌拉特后旗巴音前达门苏木（0.56%）境内（表1）。该沙被覆盖在波状高平原上，其下伏的物质主要是第三纪红土、栗钙土（淡栗钙土）、洪积砂石沉积层和基岩。

表1 川井沙地在不同苏木镇分布面积统计

图2 川井沙地分布及周边地形

通过分析国家气象站和区域气象站数据，得到该区域年降水量范围为110.5～198.6 mm，干燥度为2.57～4.36，属半干旱气候。通过植被类型的实地考察，我们发现沙被周边地带性植被属于荒漠草原。因此，川井沙被主要分布于半干旱的荒漠草原区，仅西北侧一小部分属干旱气候的草原化荒漠，总体属于沙地性质，因此根据沙被命名原则[2]，我们称之为川井沙地。

川井沙地表面形态以平沙被、物理沙堆和较低矮的植物沙包为主，缺少较高大的、流动沙丘形态，沙被表面形态类型不齐全，风沙地貌不十分典型。同时，在其周边的河道附近、低洼处和山前洪积扇等地段有平沙被和柠条锦鸡儿(Caragana intermedia)沙包、唐古特白刺(Nitraria tangutorum)沙包为主的小规模沙被，偶尔可见较高大的流动沙丘形态。

3.2 川井沙地及其周边小规模沙被的覆盖物类型

3.2.1 川井沙地的覆盖物类型

川井沙地在气候上处于半干旱区向干旱区的过渡带上，在植被上处于草原向荒漠的过渡带上，其大部分区域的植被属于荒漠草原，其主要植被类型是：小针茅（Stipa klemenzii）-藏锦鸡儿(Caragana spinifera)-蒙古葱(Allium mongolicum)+无芒隐子草（Cleistogenes songorica）群落、沙生针茅（Stipa glareosa）+克氏针茅群落（Stipa krylovii）、沙生针茅-藏锦鸡儿群落、多根葱-藏锦鸡儿群落、多根葱群落、多根葱-红砂(Reaumuria songarica)群落。该沙地西北侧一小部分和一些海拔较低的地段的植被属于草原化荒漠，其主要植被类型是：藏锦鸡儿+驼绒藜(Ceratoides latens)+短脚锦鸡儿(Caragana brachypoda)-蒙古葱群落、藏锦鸡儿-多根葱(Allium polyrhizum)+蒙古葱+无芒隐子草群落。另外，在隐域生境处有芨芨草(Achnatherum splendens)-唐古特白刺+红砂群落、芨芨草群落、唐古特白刺群落、红砂群落等，季节性河床下风向有柠条锦鸡儿群落分布。各群落类型空间分布及统计信息分别见图3、表2。

表2 川井沙地各覆盖物类型面积统计

图3 川井沙地覆盖物类型

通过气候区边界与植被类型边界的对比分析，可以看到沙被上二者并不十分吻合，植被类型的边界更偏西一些。气候、基质、海拔高度和地形（地表物质组成）是决定植被类型的主要自然因素。由于基质不同于典型的地带性土壤，沙被不是生态学上仅与气候有关的显域生境（基质为地带性土壤、地形较为平坦开阔，对降水、太阳辐射、养分等生态因子的再分配作用微弱），属于半隐域性生境，其上植被类型不同于典型的地带性植被。由于对天然降水的再分配和保存特性，沙被生境较显域生境的水分条件有所改善，使其上植被类型边界比对应的气候区边界更偏西一些，或者说是沙被使地带性植被可以向西北或海拔较低的较为干旱的区域延伸。这一结论适用于水是植物生长发育的主要限制因子的沙地、沙漠所在的半湿润至极端干旱区域，而不适于水不是主要限制因子的沙带所在湿润区域。

3.2.2 川井沙地周边小规模沙被的植被类型

本文对川井沙地周边小规模沙地进行了普查、解译和命名。本次普查发现研究区域范围内共有小规模沙地62 处，总面积262.55 km2，其上植被主要是柠条锦鸡儿灌丛。部分普查的小规模沙地的位置、面积和植被类型见表3。

灌木为主的群落一般出现在沙被较厚的区域，草本为主的群落一般出现在沙被相对较薄或无沙被的区域，例如，柠条锦鸡儿群落、藏锦鸡儿+短脚锦鸡儿群落下的沙被厚度明显大于沙生针茅和小针茅建群的群落。灌木的丛幅、高度和枝叶密度往往与其下的沙被厚度有一定关联，较高的灌木群落下的沙被一般也较厚，例如，柠条锦鸡儿群落下的沙被厚度大于驼绒藜+藏锦鸡儿群落，大于藏锦鸡儿-小针茅群落。其原因是植物地上形态与沙聚积之间相互作用、相互促进，类似于物理沙堆和植物沙包的发育方式[6]。同时，不同植物根系形态和生理特性适应生长于不同厚度的沙被上。同一种灌木在沙被较厚处的植株大小和长势也要好于沙被较薄处，流动沙丘处除外。

灌木的存在对于牲畜是件好事。灌木是荒漠草原的固有成分和重要组成部分[7]，没有灌木是不正常、不健康的，也不利于畜牧业生产。一方面，灌木的可利用时间更长，非生长季还可以保持较好的植株形态和一定量的枝条，且营养较丰富。另一方面，其稳定性更好，抗逆性强，发生干旱时仍可以保持一定的地上生物量，“饥荒”时可以为牲畜提供应急食物。另外，灌木可以使生境、生态位更为多样化，有利于植物多样性的发育和植物群落生产力的提高，而且对于防御风蚀也有积极作用[8]。

4 结论与讨论

(1)川井沙地仅有平沙被、物理沙堆和植物沙包三种沙被表面形态，没有较为高大的沙丘形态，这是它与许多大规模沙被的区别，但这不影响其属于沙地事实。确定一个区域是否存在沙地或沙漠的关键依据是有无沙被的存在，平沙被、物理沙堆、植物沙包和较高大的沙丘任何一种或几种形态的存在都表明沙地或沙漠的存在，而不是只有较高大沙丘的存在才能表明沙地或沙漠的存在。平沙被、物理沙堆和植物沙包都是沙地或沙漠的组成部分，而且一般情况下三者都会出现在沙地或沙漠上，它们是沙地或沙漠时间序列的一个阶段和空间序列的一个类型。

(2)沙地过度放牧造成的退化主要表现在沙生植物群落结构的破坏，反映尤为明显的是灌木（藏锦鸡儿、红砂等）沙包的缩小和不同程度的破碎，甚至丧失沙包形态，仅存残留的痕迹，灌木生物量基本可以忽略，景观上发生显著变化，草本的比重相对增加，虽然草本植物的生长也受到一定的影响；植物群落生产力、盖度、高度等指标的降低；沙被表面的活化，风蚀加剧，沙物质被吹蚀，沙被变薄，甚至出现砾石化现象，沙生或喜沙灌木的生境遭到破坏，灌木生长受到影响。风积沙化或沙被的加厚往往需要好的植被覆盖。沙被细粒物质和沙物质的流失，以及灌木沙包的萎缩、灌木的减少均是研究区及周边沙物质稀缺区域荒漠草原退化的表现。沙物质损失的极端形式是地表砾石化，砾石化是更严重的退化。

(3)鉴于沙被的存在有利于保水，改善水分供给，荒漠草原区无论是砾石化土地还是黏土或盐碱土，适度的风积沙化或沙被的适度加厚，均有利于植物群落生产力、盖度、高度等指标的提高。从这个角度考虑，适度风积沙化是有利的，去沙化反而是草原退化的表现。植物群落茂密可以更多地截留风沙，沙被增厚反过来促进植物的生长，但沙化过快、沙被过厚则会对植物的生长造成负面影响。