主要耐旱植物的生态地下水位

地下水对植被分布格局的影响~

干旱、半干旱地区地下水与植被生态环境关系密切。同一个地区，气候要素基本相同，地下水对植被类型和群落分布的控制作用，主要体现在潜水水位的埋深（包气带厚度）、包气带含水量分布、土壤含盐量以及潜水的矿化度等因素对植被类型和群落分布的影响。而这些因素均受水文地质条件控制。例如，我国西北干旱地区分布着许多大型内陆盆地，就单个盆内的降水量和气温而言，相差不大，植被种类和群落分布格局，却因水文地质条件不同，呈现较大差异。几乎所有绿洲都分布在水、土条件好的大型洪积扇前缘，绿洲规模则取决于洪积扇规模和地下水排泄量的大小。植被繁茂的绿洲犹如一颗颗绿色的翡翠，沿祁连山、天山、昆仑山前倾斜平原断续分布，镶嵌在黄色苍凉的荒漠中，它们曾经是古丝绸之路的重要驿站，也是当地居民生存的惟一依赖。
洪积扇岩性和水文地质分带对植被类型和群落分布有明显的影响，下文以河西走廊黑河洪积扇为例。
洪积扇的顶部和中部，表土层很薄，岩性多为砾卵石层，地下水位埋深大，一般超过十米，甚至百米，包气带含水量低（含水量为1%～5%），为戈壁砾石带，水分条件差，只适合耐旱植物种群生长，主要建群种有红砂、骆驼刺、合头草、芨芨草等植物。
洪积扇中下部，岩性多为卵砾石层，表土层有所增厚，为亚砂土和粉沙土，厚度0.5～2m，地下水位埋深较大，一般为4～10m，包气带含水量低（含水量为2%～5%），为戈壁砾石与绿洲的过渡带，水分条件较差，主要建群种有泡泡刺、红砂、骆驼刺、白刺、麻黄等耐旱植物，呈稀疏分布。
洪积扇前缘，表土层厚，岩性为亚砂土和亚粘土，地下水位埋深较浅，一般为1～4m，包气带含水量较高（含水量为10%～25%），水、土分条件较好，为绿洲带。主要天然建群种有梭梭、柽柳（俗称红柳）、沙枣等，人工植被有枣树、杨树、苹果、梨、桃及小麦、玉米等作物。地下水集中出露地区（排泄区），多为湿地，地下水埋深小于1m，主要建群种为芦苇、香蒲、柽柳等。湿地周围地区，水位埋深浅，盐渍化作用强烈，植被以耐盐植物种群为主，主要建群种有碱蒿、盐爪爪、柽柳等植物。
通常大型内陆盆地内的洪积扇水文地质分带控制着植被分布格局，使山前倾斜平原植被种群分布呈现带状或斑块状景观。
在青藏高原的黄河源地区，地下水对植被分布格局控制也同样明显。黄河源区属多年冻土区，季节融化带内的地下水埋藏深度，控制着植被种群的分布。冲洪积扇前缘或地形低洼的冰蚀洼地和雪粒盆通常是地下水的汇集和排泄区，往往形成大片沼泽湿地，植被主要建群种有藏嵩草、矮嵩草和苔草，构成覆盖度大于90%的高寒沼泽草甸，其上水塘、小湖星罗棋布，形成青藏高原特有的高寒草甸湿地景观。例如，位于约古宗列曲和卡日曲冰水洪积扇前缘的星宿海沼泽湿地，是黄河源区众多高寒草甸湿地之一。扎陵湖、鄂陵湖两岸湖积平原和湖积阶地（地下水位埋深1～2m），植被主要建群种有紫花针茅、小嵩草、异针茅，并有大黄、冰草和披碱草共生，覆盖度30%～50%，属高寒干草原景观。黄河源区植被分布格局与水文地质条件密切相关。
总的来说，干旱地区稀少的降水基本无法满足植物生长的需求，大多数天然植被依靠地下水而存活。在冲洪积扇前缘的绿洲，地下水埋深控制着植被种群分布的格局和稳定，这种稳定建立在地下水供给量与植被蒸腾量平衡的基础上，因此，维系地下水流场稳定，保持地下水动态平衡，是维护绿洲植被生态环境的关键。

演替是植物群落中原来的优势种被取代而引起的系列过程。干旱半干旱地区，水分是植被生存和变化的主导因子。植被群落更新和演替除受气候变化影响外，还受河流及地下水位变化的影响。
植被更新是指群落内新的成分有效地取代衰老成分，实现群落更新的新陈代谢过程。生长在荒漠河流两旁的胡杨群落的更新，需要洪水泛滥，增加包气带表层的含水量，幼株才能发育成长。在地下水位变化不大的条件下，若胡杨林长期得不到地表洪水的浇灌，无新生幼株替代老株，胡杨林会逐渐衰老，为柽柳等物种取代。
在地下水位埋深长期变化的条件下，原来的一些与地下水位相适应的优势植物，因水环境变化而丧失在群落中的优势地位，演替就会发生。例如，黑河下游的胡杨林带，地下水埋深为1～3m时，胡杨为优势种群；当地下水位降至3m以下后，柽柳、苦豆子等植物就会逐渐侵入，成为优势植物。在湖泊周围的芦苇种群，因注入水量减少，在逐渐干涸过程中，地下水位下降，当地下水位埋深大于2m时，地表无季节性积水，柽柳、梭梭、甘草等耐旱植物便会入侵，逐渐变成优势植物，因而，在古日乃湖周围的密集芦苇草原带外围出现梭梭、芦苇稀疏草原带和柽柳、甘草、芦苇草原带的景观。
黄河源区，同样也有因地下水位变化，而造成植物种群演替的现象。发育在高原沼泽中的高寒草甸以喜湿的嵩草类植物为优势植物，当地下水位埋深降低到1m以下后，紫花针茅、冰草、披碱草等长根植物便会入侵，逐渐取代嵩草类植物，成为优势植物，使高寒草甸景观转变为高寒干草原景观。当地下水位埋深进一步降低到2m以下时，蒿草、大黄等较为耐旱的植物便会取代紫花针茅等植物，成为优势植物，使高寒干草原转变为荒漠化干草原景观。
总的来说，干旱地区，每一优势种群都有相对应的地下水位埋深（生态水位），当地下水位埋深发生变化后，使这一优势种群的水环境发生变化，往往会导致适合这种变化的植物转变为优势植物，出现植物演替，这种演替便会引起植被景观的改变。

我国西北干旱地区主要耐旱植物种有柽柳（红柳）、胡杨、梭梭、骆驼刺和芦苇等，它们是西北地区的广布建群种，有良好的防沙、固沙能力，多属优良固沙树种。

1.柽柳种群

柽柳是我国西北干旱地区的广布种，是一种耐旱、耐盐性植物，具有十分发达的根系，有研究报道柽柳根系最长可达40m，适合在不同环境中生存。在黑河下游地区，地下水埋深3～5m最适合柽柳生长，常在植被群落中构成优势植物，地下水埋深1～3m时在植被群落中常成为伴生种群，当地下水位埋深大于5m时柽柳群落退化显著。在沙地中，柽柳的固沙作用明显，常形成丛状的柽柳沙丘，从黑河下游被风蚀作用剥开的柽柳沙丘可观察到，柽柳根系盘根错节布满沙丘内部，有很好的固沙作用，在这些地区尽管地下水埋藏深度大于5m，沙丘顶部的柽柳却能生长良好。由于各地降水量、包气带岩性和结构不同，适于柽柳生长的地下水埋深有所差别，新疆塔里木河流域，地下水埋深为1.0～8m，最适于生长的水位埋深为1.5～3m；河西走廊的石羊河下游，适于柽柳生长的水位埋深为1～7m，最适于生长的水位埋深为5～7m。

2.胡杨种群

胡杨是西北地区分布较为广泛的一种高大乔木，水平根系发达，在额济纳旗曾观察到水平根系延伸长度竟有60m以上，有一定的耐盐性，可在矿化度为1～3g/L地区正常生长。由于树冠较大，蒸腾量大，对水分需求较高，通常分布在地下水埋藏较浅的河边或古河道上。最适于胡杨生长的地下水埋藏深度为1～3m。在地下水位埋深大于3m的地区，胡杨生长不良，退化严重。胡杨对水环境变化较为敏感，河道变迁，改变了原有河道的水环境，在干涸的河道两旁，退化和死亡的胡杨随处可见，往往形成“怪树林”，成为黑河下游的额济纳旗常见景观，为摄影爱好者所青睐。石羊河下游地区，20世纪50～60年代，地下水埋深1～3m；胡杨生长良好，到70年代，地下水位下降，水位埋深为3～5m，胡杨林退化严重；80年代后，地下水埋深降至5m以下，胡杨种群基本消失。

3.梭梭种群

梭梭是我国荒漠植被的主要建群种，是一种耐旱的优良固沙树种，主要分布在降水量低于130mm的干旱荒漠区。我国荒漠地区仍保存着大量的原生梭梭林地，主要分布在准噶尔盆地的玛纳斯湖盆区，成年株往往高达4～5m。额济纳旗年降水量只有40mm，在古日乃西部的梭梭头和拐子湖周围的沙地也有大片原生梭梭林分布，梭梭高大，株高3～4m，群落盖度20%～40%，地下水埋深2～6m。在古日乃东部，由于地下水补给量减少，水位降低到6m以下，造成大片原生梭梭林死亡。在黑河中游地区，降水量大于100mm，梭梭发达的根系能从包气带中吸取水分，人工梭梭林生长主要依靠降水，对地下水位的依赖不显著。在极度干旱地区，梭梭群落发育对地下水依存度高，生态水位埋深应小于6m。新生株的发育则要依靠冬季积雪的融化或偶发的暴雨。

4.芦苇种群

芦苇是一种隐域性植物，广泛分布，是湿地植被的主要建群种，对环境变化具有较强的适应性。在西北干旱地区，芦苇主要分布在地下水排泄区形成的湿地、河湖岸边，以及由湿地和湖泊退化形成的荒漠、沙地中，常成为主要建种和伴生种。

芦苇种群特征与地下水位埋深密切相关。赵文智（2002）对河西走廊临泽县河床和湿地中的芦苇研究表明，在水分条件较好的湿地中，芦苇种群密度较大；芦苇种群密度随地下水埋深增加而逐渐降低，生长优势逐渐从地下转到地上，种群高度随地下水埋深增加而增加，当地下水位埋深大于1m时，种群高度增加迅速。

黑河下游的古日乃湿地由尾闾湖退化而来，由于地下水排泄量减少，古日乃湖已干涸，在其南部为密集芦苇草原，属单一芦苇种群，种群高20～50cm，覆盖度为40%～70%，地下水埋深1～2m。在泉水附近，包气带水分充沛，芦苇高度达3m以上，十分密集，成丛状，芦苇群落发育高度与包气带水分条件有关。在地下水位埋深2～3m的地区，为稀疏芦苇草原，有梭梭或柽柳伴生，芦苇群落密度较小，群落覆盖度20%～30%，群落高度10～20 cm。芦苇对环境的适应性强，适宜生长的生态水位埋深小于5m，最适于生长的水位埋深为1.5～3m。

5.骆驼刺群落

骆驼刺是我国西北干旱地区的广布种，根系十分发达，是一种耐旱、固沙性好的灌木。在黑河中游降水量大于150mm的荒漠地区，尽管地下水位埋深大于20m，骆驼刺靠包气带持有的水分仍能维持生长，与降水量和包气带岩性结构有关。在极度干旱地区，骆驼刺对地下水依赖程度高，地下水埋深2～3.5m最适宜骆驼刺生长。

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