鄂尔多斯高原毛乌素沙地湖盆周缘植被与地下水关系研究

侯荣哲，杨 娜，孟 甲，蔺成龙，张姣姣

(石家庄经济学院工程学院，河北 石家庄050031)

鄂尔多斯高原毛乌素沙地湖盆周缘植被与地下水关系研究

侯荣哲，杨 娜，孟 甲，蔺成龙，张姣姣

(石家庄经济学院工程学院，河北 石家庄050031)

受气候变化和人类活动的两重影响，鄂尔多斯高原湖泊呈现不同程度的萎缩趋势，对本区的生态环境产生重大影响。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4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。

生态脆弱区;植被;地下水;毛乌素沙漠;鄂尔多斯高原

在鄂尔多斯高原毛乌素沙地生态脆弱区，生态维持功能和资源供给功能是地下水系统的两大重要功能［1］。生态维持功能主要表现在在一些湖盆滩地区地下水为一些湿生、水生草本植物以及乔木的生存生长提供主要水分来源，以维持这些喜水植物的生命和低湿地植物群落的稳定［2］。资源供给功能表现在地下水系统能够为人类的生存和生产活动提供所需的水源，区内的人畜生活用水、农业灌溉与部分工业用水主要是开采地下水获取。由于地下水系统可提供的地下水资源量有限，因此这两大功能的实现受到地下水资源总量的制约［3］。在对地下水开发利用过程中，这两大功能经常是一对矛盾体，一个功能的加强可能会导致另一个功能的减弱甚至丧失。在鄂尔多斯高原这对矛盾是极其明显的，处理好地下水资源开发与生态环境保护之间的关系是实现鄂尔多斯能源基地可持续发展的根本。

近年来随着能源基地建设进程的加快，对水资源的需求不断增加。受气候变化和人类活动的两重影响，鄂尔多斯高原湖泊呈现不同程度的萎缩趋势［4］，对本区的生态环境构成严重影响。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，选取典型剖面详细研究了优势植被与地下水的关系，系统总结了湖盆周缘地形地貌、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，揭示了湖盆周缘生态水文地质分带规律，并划分为4个生态水文地质区，提出了毛乌素沙漠湖盆周缘优势植被沙蒿、沙柳和苔草的适生地下水位埋深。研究成果为鄂尔多斯盆地水资源合理开发和生态环境保护提供了依据。

1 研究区概况

鄂尔多斯高原毛乌素沙地(也称鄂尔多斯沙地)位于陕西省榆林市和内蒙古自治区伊克昭盟之间，面积约4×104km2。毛乌素沙漠海拔多为1 100～1 300 m，西北部稍高，达1 400～1 500 m，个别地区可达1 600 m左右。东南部河谷低至950 m。毛乌素沙地是在白垩纪河流相、沙漠相和湖泊相古沉积盆地的基地上，经长期风化、剥(风)蚀和再沉积作用而形成的现代地貌景观。出露于沙地外围和伸入沙地境内的梁地主要是由白垩系下统保安群陆相砂岩组成［2］，由于该砂石呈胶结—半胶结状态，结构疏松，极易风化成松散砂层，经风力搬运，形成易动流沙，是毛乌素沙地的主要物质来源。

毛乌素沙地东西和南北延伸均在200 km左右(图1)。以固定、半固定沙丘为主。向东南方向，沙丘的活动性增加，风沙覆盖度降低。沙丘的类型以新月形沙丘为主，间有格子状沙丘和蜂窝状沙丘。沙丘与沙丘相互连接，形成沙丘链，呈北东－南西向延伸。沙丘高度一般为10～15 m，最高可达30～40 m。

图1 毛乌素沙地地貌及研究区范围图

毛乌素沙地内部分布有许多呈串珠状排列的湖盆或滩地，其特点是沙丘沙地环抱风沙湖盆滩地，沙丘高度一般高3～6 m，多为固定和半固定沙丘。湖盆滩地主要由冲积沙、粘土组成，地势相对较低，地形较为平坦，在地形低洼处积水形成湖(淖)。湖盆滩地主要接受地表水和浅层地下水的补给，地下水从湖盆周边向湖泊汇集，是浅层地下水的排泄基准面。每个湖盆滩地都是一个相对完整的地下水水流系统，地下水位埋深从湖盆向周边地区不断增大，地下水与植被生态存在明显的依赖关系。因此，湖盆滩地夏季水草丰盛，在维持毛乌素沙地生态环境和防止沙漠化等方面发挥着重要的作用。

2 湖盆周缘植被种群与地下水关系

鄂尔多斯高原湖盆滩地众多，据统计水面面积大于1 km2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［5］。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1.5 km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。

2.1 湖盆生态水文地质分带规律

通过研究区植被分布与相应的地下水埋深进行分析可以看出: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1 m的区;沙蒿、沙柳、旱柳、杨树等植被种群主在分布在地下水埋深大于1 m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、杨树等植被种群主在分布地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。在调查期间(2011年7月20日)湖水呈干涸状态，因此未能采集到湖水的水化学样品。

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200 m左右。含水层岩性结构为:0～0.3 m为第四系全新统风积沙，0.3～0.8 m为灰色粘土或富含腐殖质的中细砂;地下水位埋深0.2～ 0.8 m，水化学类型为:HCO—Mg—Ca—Na型，矿化度为851 mg/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200～250 m的环带状分布。包气带及含水层岩性结构为:0～0.6 m为第四系全新统风积沙，0.6～1.0 m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～ 1.0 m，水化学类型为:HCO—Ca—Na型，矿化度为982 mg/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100～200 m左右。包气带及含水层岩性结构为:0～1.0 m 为第四系全新统风积沙(包气带)，1.0～1.5 m 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1.0～1.5 m，水化学类型为:HCO—Ca型，矿化度为612 mg/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15 m左右。地表全被第四系全新统风积沙覆盖，厚度大于1.5 m，地下水位埋深大于2.0 m。植被种群主为沙蒿、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%。

2.2 湖盆优势植物的适生水位

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。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1.0 m;沙蒿(Artemisia)在地下水埋深小于1.0 m的滩地区几乎没有分布，而地地下水位埋深大于1.0 m的沙丘区均有分布，且生长良好，说明沙蒿所需的水份来源主要依靠大气降水，与地下水位埋深关系不大，沙蒿的适生的地下水埋深为大于1.0 m;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［5］，认为沙柳适生的地下水水位埋深为1.5～3.0 m。

3 结语

1)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。

2)提出了布寨淖尔湖盆及周缘优势植被种群的适生地下水水位埋深。其中。苔草等适生的地下水埋深小于1.0 m;沙蒿为大于 1.0 m;沙柳为 1.5 ～3.0 m 。

［1］杨泽元，王文科，王雁林，等.秃尾河流域地表环境评价指标体系研究［J］.水资源保护.2006，22(5):22－27.

［2］黄金廷，侯光才，陶正平，等.鄂尔多斯高原植被生态分区及其水文地质意义［J］.地质通报.2008，27(8):1330－1334.

［3］王雁林，王文科，张徽，等.陕北风沙滩地区面向生态的地下水可持续开发方案［J］.地质通报.2008，27(8):1323－1329.

［4］张茂省，卢娜，陈劲松.陕北能源化工基地地下水开发的植被生态效应及对策［J］.地质通报.2008，27(8):1299－1312.

Relation Between Vegetation and Groundwater in the Marginal Area of a Lake Basin of the Maowusha Sandy Land，the Ordos Plateau

HOU Rong － zhe，YANG Na，MENG Jia，LIN Cheng － long，ZHANG Jiao － Jiao
(School of Engineering，Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang 050031，Hebei)

The shrinkage of lake due to climate changed and human activities in the plateau threats the eco－environments this area.Based on the field survey，a typical section was selected to study the relation between groundwater and the dominant vegetation in the Buzai Lake，a typical lake in the center of the Mu Us desert.It is deeply studies about the relation among topography，geomorphology，vadose zones，the depth to water table，hydrochemistry，and vegetation type and vegetation community.The major factors of plant ecology were identified and the pattern of eco－hydrological zonation was summarized.Four eco－hydrological zones were delineated and the optimal depth to water table was proposed for the dominant vegetation，including Artemisia，Aaliz psammophila and Carex.

Ecologically fragile area;Vegetation;Groundwater;Maowusu Sandy land and the Ordos Plateau

P641.1

A

1004－1184(2012)03－0010－02

2012－02－13

石家庄经济学院第七届学生科技基金科研项目:XG201104;中荷国际合作项目:OR/394/VDO。

侯荣哲(1989－)，男，山东青州人，大学本科，主攻方向:地下水科学与工程专业。