榆林沙區水分變化與植被演替的關系

郜超,王建梅，孫婧瑜

(陜西省治沙研究所 ，陜西 榆林 719000)

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榆林沙區水分變化與植被演替的關系

郜超,王建梅，孫婧瑜

(陜西省治沙研究所 ，陜西 榆林 719000)

摘要毛烏素沙地榆林沙區干旱缺水，研究水分變化與植被演替的關系，對合理開發利用沙區水資源，防止水資源惡化，對鞏固治沙成果，促進沙區農林牧生產，保護沙區生態安全，實現可持續發展，具有重要意義。

關鍵詞榆林沙區；水分；植被演替；關系

榆林沙區地處鄂爾多斯臺地與黃土高原的接壤地區，干旱缺水是該地區的主要氣候特征，研究沙區的干旱規律，合理開發利用沙區水資源，防止水資源惡化枯竭，對鞏固治沙成果，促進沙區農林牧生產，保護沙區生態安全，實現可持續發展，具有重要意義。

1自然概況

榆林沙區位于陜西省北部是毛烏素沙地的南緣部分，即37°30′—39°28′ N，107°29′—110°37′ E，東西長420 km，南北寬12～126 km，總面積1.7萬km2，海拔1 100～1 500 m，屬于草原氣候區。

沙區地勢平坦，沙丘綿延，以松散的粉沙、細沙為主，透水性好，灘地、河谷、草地、沙蓋黃土地和湖泊(海子)交錯分布，構成榆林沙地獨特的地貌類型。

大氣降水是榆林沙區水分的主要來源，年均降水量由東向西逐漸減少，東部神木468.88 mm，榆林415 mm，西部定邊最少僅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，春季氣溫回升快，大風頻繁，蒸發量大，大氣干燥和土壤變干，形成嚴重春旱。降水集中，強度大，變率大；有限的降水量不僅集中在夏季，而且大部分降水往往高度集中在幾天內。近20年榆林縣日最大降水量145 mm，占年均降水量的34%以上，春夏連續無降水日長達104 d；最高年降水量695 mm，最低年僅159 mm，占最多年份的1/5。由于暴雨集中，強度大，造成本區南部的黃土丘陵區嚴重水土流失，溝壑縱橫，支離破碎的地貌，是黃河流域水土流失最嚴重地區。

2沙地水分演化

2.1　水草豐美的歷史

據歷史文獻記載與考證，榆林沙區過去并非沙漠景觀，而是水草豐美之地。在《孟子滕文公上》有“草木豐盛、五谷豐登，禽獸逼人”的記載。東漢虞詡在《漢復三辟疏》中說“上郡(榆林)、北地、安定三郡，沃野千里”。據唐代《元和郡縣志》記載，公元413年夏國首鄰赫連勃勃在今靖邊縣白城子建國都——統萬城時，贊嘆環境幽美“臨廣澤帶清流……”。這些記載都反映了當時陜北自然景觀，并非沙漠之地。

在榆林沙區灘地和沙丘丘間地，廣布草甸風沙土和沙炭層，沙炭層薄厚不一，厚者達50多cm，薄者10 cm不等。沙炭的形成是沼澤或水生植物的枯落物，在嫌氣條件下，有機物分解緩慢，形成半分解狀態累積而成。在沙炭層內還偶見水生動物螺蚌殼類殘體伴生，由草甸土和沙炭的存在，也證明榆林沙區過去是廣布沼澤和湖泊之地，并有繁茂的水生植物和水生動物生存。

2.2　水源惡化

從水草豐美變成今天的沙漠景觀，各生態因子都發生了質的變化。但以水源惡化，湖泊枯竭最為嚴重，據榆林縣金雞灘鄉志記載：榆林金雞灘，刀兔海子，唐朝前都是大湖泊，金雞灘湖泊是宋朝后期枯竭，刀兔海子在元朝大德年間(1297—1303年)定名，水面約數萬畝，清朝康熙年間水面千畝，民國年間有幾百畝，現在約200畝，隨著時間的遷移，水面在逐年縮小。

清朝順治年間(1644—1681)到宣統元年(1909)漢民出邊墾殖，逐水草伙聚盤踞，以海子名稱定村落名稱的百余個，湖泊，海子逐年干涸減少，民國37年(1948)，80多個稱海子的村莊已無海子。此種現象在榆林沙區到處皆有。

2.3　誘因初析

干旱不僅直接受降水量多少，降水量分配和蒸發量大小的影響，同時還與地表、地下水位、土壤墑情，植物耐旱性等因子有關。因此是一個十分繁雜的問題，但就榆林沙區而言，干旱主要是降水量少和分配不均所造成。

從對榆林歷史文獻和地方志的研究分析，各學者一致認為：本區的“干旱”多于“水澇”，持續干旱記載很多，水災不多，多為春旱和夏秋干旱，尤以夏旱對農林牧業生產影響最大，群眾稱“卡脖子旱”。

“陜西水旱災害以近250年資料分析，不是均勻出現，而是一個時期增多，一個時期減少，交替出現，共出現4個增多期和4個減少期，每個增多期和每個減少期，持續30余年時間，這個結論與從水文上研究榆林沙區紅堿淖水位歷史變化相近”[1]根據對紅堿淖水位變化預測：“毛烏素沙區在大約30余年的降水期增多后，緊接著有一個3年多降水期減少的出現，是一個60～70年相互交替循環的系列，根據這一規律預測，今后20年的降水總趨勢，可能繼續偏少。”[1]

對于歷史上大旱造成的悲慘景象，各文獻記載很多，《觀懋才備陳大饑》記述中有：明萬歷四十四年(1616年)至崇禎十四年(1614年)，整個陜北一點水未降，原野草木枯樵。8、9月間，“民爭山間蓬草而食，迨年終而樹皮茅草盡……后見門外亡人，炊人骨為薪，煮人肉為食”的記載，可見旱災之嚴重。因此，榆林沙區歷史上植被破壞和沙漠化成因，大家一致公認：古代戰爭和過度墾荒等人為因素造成。但對周期性出現的持續大旱，對于植被的破壞作用，論述甚少，干旱加速了水分蒸發，抑制了植物生長，更加促進人類對植被的破壞和樵采。同時大氣降水不能彌補植被的過度耗水，植被所需水分產生供求矛盾，水分不能滿足植被生長、生存所需水分，必然自然生長衰退或死亡，這種持續、大旱的自然因素對植被的破壞作用也不亞于人為因素。

2.4　沙地水分現狀

新中國成立40年來，沙區人民興修水利，開發水利資源，植樹造林、封沙育林，都取得了巨大成績，同時也加速了沙區水資源和土壤水分的變化。

2.4.1沙灘地區沙區中的灘地是主要的農作區和牧場，地勢平坦，地下潛水較豐富，潛水位0.5～2 m，大部分是馬槽井(開挖的長方形井)灌區，由于地下水位下降，馬槽井干涸，改為機井抽灌，機抽深層地下水，更加速地下水位的下降。定邊縣位于榆林沙區西部，降水量最少，該縣城關、白泥井、安邊、磚井等地，原是地下水位淺，以馬槽井為主的灌區，因馬槽井干涸，改用機井抽灌，大量機抽地下水，是沙區地下水位下降最嚴重區，年最大下降值3.99 m，年均下降1.33 m，在沙區中的其他機井灌區，因天然降水不能全部彌補機抽水量，致使地下水普遍下降。

2.4.2固沙林地土壤水分榆林紅石峽治沙試驗林地，原是植被稀少的流動沙地，1958年選為治沙造林試驗地，至今形成了近0.2萬hm2。固沙試驗林地，植被覆蓋度50%～90%，在1958年前，許多丘間地常年有地表積水，自20世紀60年代開始地表積水干涸，地下水位逐年下降到2～3 m，到20世紀80年代地下水下降到5～7 m，其中1964年營造的樟子松試驗林下降最嚴重，降到10 m以下，成為試驗林地中地下水最深的地區。地下水下降，植被不能直接吸收地下水，土壤含水率也相應下降。

在7月雖降水量最多，但植物也是生長旺盛期，耗水量最大，降水仍不能彌補土壤水分損耗，各種植物土壤含水率都降到0.7%以下，成為最干旱層。在1964年營造的樟子松林內，每年降水僅能滲到地表110 cm土層內，其下部得不到降水補給的水分，成為土壤含水率永久在1%以下的干土層(死層)，由于土壤干旱，使樟子松高生長隨年降水量豐歉而波動。據測定，3年生樟子松沙地臨界水分為0.3%，干旱土層的土壤含水率已很接近此數據，再繼續干旱下去，就有死亡的危險，因此，樟子松在榆林沙地營造用材林成敗的關鍵不是幼林的成活問題，而是用材林以后林木耗水量最大時期的水分供應問題。

3沙地不同植物對干旱的反應

不同植物種，由于生長的生態條件不同，形成不同的遺傳特性，即使都是生長在同等條件的沙地植物，對干旱也有各種不同反應。

表1是在2010年5—7月連續百日大旱情況下，7月22日對幾種沙生植物土壤含水率和各植物種受旱后的不同狀態，由該表說明在如此干旱的情況下，沙打旺莖稈2/3以下大部分葉枯死，僅上部保留少量萎蔫的葉片；油松大部死亡；紫穗槐嚴重落葉并有部分死亡；沙柳、檸條葉萎蔫并有部分小枝干枯；而沙生植物踏朗、油蒿基本生長正常；荒漠區植物貓頭刺卻生長旺盛，沒有受旱萎蔫現象，表現出不同植物種對嚴重干旱的不同反映。

表2　干旱條件下土壤含水率及植物狀況

4結論

4.1歷史上多次持續大旱，使沙地自然界水分收支失去平衡，是天然湖泊逐年干涸的主要原因；也是植被自然死亡，促進沙漠化的重要因素，研究沙區水分收支平衡，是目前鞏固治沙成果不可忽視的新課題。

4.2人口增加，植被蓋度加大，干旱頻率增加，自然水面逐年減少，造成地下潛水位逐年下降，固沙林地土壤含水率也嚴重下降，是沙區水資源惡化的主要標志。

4.3不同固沙植物種，對干旱表現出不同抗性，在嚴重干旱條件下，對干旱抗性差者是首先衰遜和死亡的植物種。因此，干旱是沙地植物演替的主導因子。

參考文獻：

[1] 北京大學地理系.毛烏素沙地自然條件及其改良利用[M].北京：科學出版社，1983

[2] 李濱生.治沙造林學[M].北京:中國林業出版社,1989

[3] 丁曉綱.毛烏素沙地主要造林樹種水分生理生態研究[D].北京：北京林業大學,2005

[4] 吳薇.近50年來毛烏素沙地的沙漠化過程研究[J].中國沙漠，2001，6(2)：164-169

[5] 潘迎珍，劉冰，李俊.毛烏素沙地“十一五”綜合治理研究[J].林業經濟，2006(7)：15-17

中圖分類號：S727.23;Q948.112.3

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2015.05.039

作者簡介：郜超(1972-)，男，陜西榆林人，大學，高級工程師，主要從事荒漠化防治技術研究和林業調查規劃設計工作.

收稿日期：2015-02-25

文章編號：1005-5215(2015)05-0097-03