榆林沙区水分变化与植被演替的关系

2015-02-26郜超王建梅孙婧瑜

防护林科技 2015年5期

关键词：关系水分

郜超,王建梅，孙婧瑜

(陕西省治沙研究所，陕西榆林 719000)

榆林沙区水分变化与植被演替的关系

郜超,王建梅，孙婧瑜

(陕西省治沙研究所，陕西榆林 719000)

摘要毛乌素沙地榆林沙区干旱缺水，研究水分变化与植被演替的关系，对合理开发利用沙区水资源，防止水资源恶化，对巩固治沙成果，促进沙区农林牧生产，保护沙区生态安全，实现可持续发展，具有重要意义。

关键词榆林沙区；水分；植被演替；关系

榆林沙区地处鄂尔多斯台地与黄土高原的接壤地区，干旱缺水是该地区的主要气候特征，研究沙区的干旱规律，合理开发利用沙区水资源，防止水资源恶化枯竭，对巩固治沙成果，促进沙区农林牧生产，保护沙区生态安全，实现可持续发展，具有重要意义。

1自然概况

榆林沙区位于陕西省北部是毛乌素沙地的南缘部分，即37°30′—39°28′ N，107°29′—110°37′ E，东西长420 km，南北宽12～126 km，总面积1.7万km2，海拔1 100～1 500 m，属于草原气候区。

沙区地势平坦，沙丘绵延，以松散的粉沙、细沙为主，透水性好，滩地、河谷、草地、沙盖黄土地和湖泊(海子)交错分布，构成榆林沙地独特的地貌类型。

大气降水是榆林沙区水分的主要来源，年均降水量由东向西逐渐减少，东部神木468.88 mm，榆林415 mm，西部定边最少仅355.6 mm；降水四季分配不均，夏季(6—8月)最多，占年降水量的70%以上，秋季(9—11月)次之，占20%～30%，冬季(12、1、2月)最少，占2%以下，冬春降水量少，春季气温回升快，大风频繁，蒸发量大，大气干燥和土壤变干，形成严重春旱。降水集中，强度大，变率大；有限的降水量不仅集中在夏季，而且大部分降水往往高度集中在几天内。近20年榆林县日最大降水量145 mm，占年均降水量的34%以上，春夏连续无降水日长达104 d；最高年降水量695 mm，最低年仅159 mm，占最多年份的1/5。由于暴雨集中，强度大，造成本区南部的黄土丘陵区严重水土流失，沟壑纵横，支离破碎的地貌，是黄河流域水土流失最严重地区。

2沙地水分演化

2.1　水草丰美的历史

据历史文献记载与考证，榆林沙区过去并非沙漠景观，而是水草丰美之地。在《孟子滕文公上》有“草木丰盛、五谷丰登，禽兽逼人”的记载。东汉虞诩在《汉复三辟疏》中说“上郡(榆林)、北地、安定三郡，沃野千里”。据唐代《元和郡县志》记载，公元413年夏国首邻赫连勃勃在今靖边县白城子建国都——统万城时，赞叹环境幽美“临广泽带清流……”。这些记载都反映了当时陕北自然景观，并非沙漠之地。

在榆林沙区滩地和沙丘丘间地，广布草甸风沙土和沙炭层，沙炭层薄厚不一，厚者达50多cm，薄者10 cm不等。沙炭的形成是沼泽或水生植物的枯落物，在嫌气条件下，有机物分解缓慢，形成半分解状态累积而成。在沙炭层内还偶见水生动物螺蚌壳类残体伴生，由草甸土和沙炭的存在，也证明榆林沙区过去是广布沼泽和湖泊之地，并有繁茂的水生植物和水生动物生存。

2.2　水源恶化

从水草丰美变成今天的沙漠景观，各生态因子都发生了质的变化。但以水源恶化，湖泊枯竭最为严重，据榆林县金鸡滩乡志记载：榆林金鸡滩，刀兔海子，唐朝前都是大湖泊，金鸡滩湖泊是宋朝后期枯竭，刀兔海子在元朝大德年间(1297—1303年)定名，水面约数万亩，清朝康熙年间水面千亩，民国年间有几百亩，现在约200亩，随着时间的迁移，水面在逐年缩小。

清朝顺治年间(1644—1681)到宣统元年(1909)汉民出边垦殖，逐水草伙聚盘踞，以海子名称定村落名称的百余个，湖泊，海子逐年干涸减少，民国37年(1948)，80多个称海子的村庄已无海子。此种现象在榆林沙区到处皆有。

2.3　诱因初析

干旱不仅直接受降水量多少，降水量分配和蒸发量大小的影响，同时还与地表、地下水位、土壤墒情，植物耐旱性等因子有关。因此是一个十分繁杂的问题，但就榆林沙区而言，干旱主要是降水量少和分配不均所造成。

从对榆林历史文献和地方志的研究分析，各学者一致认为：本区的“干旱”多于“水涝”，持续干旱记载很多，水灾不多，多为春旱和夏秋干旱，尤以夏旱对农林牧业生产影响最大，群众称“卡脖子旱”。

“陕西水旱灾害以近250年资料分析，不是均匀出现，而是一个时期增多，一个时期减少，交替出现，共出现4个增多期和4个减少期，每个增多期和每个减少期，持续30余年时间，这个结论与从水文上研究榆林沙区红碱淖水位历史变化相近”[1]根据对红碱淖水位变化预测：“毛乌素沙区在大约30余年的降水期增多后，紧接着有一个3年多降水期减少的出现，是一个60～70年相互交替循环的系列，根据这一规律预测，今后20年的降水总趋势，可能继续偏少。”[1]

对于历史上大旱造成的悲惨景象，各文献记载很多，《观懋才备陈大饥》记述中有：明万历四十四年(1616年)至崇祯十四年(1614年)，整个陕北一点水未降，原野草木枯樵。8、9月间，“民争山间蓬草而食，迨年终而树皮茅草尽……后见门外亡人，炊人骨为薪，煮人肉为食”的记载，可见旱灾之严重。因此，榆林沙区历史上植被破坏和沙漠化成因，大家一致公认：古代战争和过度垦荒等人为因素造成。但对周期性出现的持续大旱，对于植被的破坏作用，论述甚少，干旱加速了水分蒸发，抑制了植物生长，更加促进人类对植被的破坏和樵采。同时大气降水不能弥补植被的过度耗水，植被所需水分产生供求矛盾，水分不能满足植被生长、生存所需水分，必然自然生长衰退或死亡，这种持续、大旱的自然因素对植被的破坏作用也不亚于人为因素。

2.4　沙地水分现状

新中国成立40年来，沙区人民兴修水利，开发水利资源，植树造林、封沙育林，都取得了巨大成绩，同时也加速了沙区水资源和土壤水分的变化。

2.4.1沙滩地区沙区中的滩地是主要的农作区和牧场，地势平坦，地下潜水较丰富，潜水位0.5～2 m，大部分是马槽井(开挖的长方形井)灌区，由于地下水位下降，马槽井干涸，改为机井抽灌，机抽深层地下水，更加速地下水位的下降。定边县位于榆林沙区西部，降水量最少，该县城关、白泥井、安边、砖井等地，原是地下水位浅，以马槽井为主的灌区，因马槽井干涸，改用机井抽灌，大量机抽地下水，是沙区地下水位下降最严重区，年最大下降值3.99 m，年均下降1.33 m，在沙区中的其他机井灌区，因天然降水不能全部弥补机抽水量，致使地下水普遍下降。

2.4.2固沙林地土壤水分榆林红石峡治沙试验林地，原是植被稀少的流动沙地，1958年选为治沙造林试验地，至今形成了近0.2万hm2。固沙试验林地，植被覆盖度50%～90%，在1958年前，许多丘间地常年有地表积水，自20世纪60年代开始地表积水干涸，地下水位逐年下降到2～3 m，到20世纪80年代地下水下降到5～7 m，其中1964年营造的樟子松试验林下降最严重，降到10 m以下，成为试验林地中地下水最深的地区。地下水下降，植被不能直接吸收地下水，土壤含水率也相应下降。

在7月虽降水量最多，但植物也是生长旺盛期，耗水量最大，降水仍不能弥补土壤水分损耗，各种植物土壤含水率都降到0.7%以下，成为最干旱层。在1964年营造的樟子松林内，每年降水仅能渗到地表110 cm土层内，其下部得不到降水补给的水分，成为土壤含水率永久在1%以下的干土层(死层)，由于土壤干旱，使樟子松高生长随年降水量丰歉而波动。据测定，3年生樟子松沙地临界水分为0.3%，干旱土层的土壤含水率已很接近此数据，再继续干旱下去，就有死亡的危险，因此，樟子松在榆林沙地营造用材林成败的关键不是幼林的成活问题，而是用材林以后林木耗水量最大时期的水分供应问题。

3沙地不同植物对干旱的反应

不同植物种，由于生长的生态条件不同，形成不同的遗传特性，即使都是生长在同等条件的沙地植物，对干旱也有各种不同反应。

表1是在2010年5—7月连续百日大旱情况下，7月22日对几种沙生植物土壤含水率和各植物种受旱后的不同状态，由该表说明在如此干旱的情况下，沙打旺茎秆2/3以下大部分叶枯死，仅上部保留少量萎蔫的叶片；油松大部死亡；紫穗槐严重落叶并有部分死亡；沙柳、柠条叶萎蔫并有部分小枝干枯；而沙生植物踏朗、油蒿基本生长正常；荒漠区植物猫头刺却生长旺盛，没有受旱萎蔫现象，表现出不同植物种对严重干旱的不同反映。