錫林河流域年均降水量與不同地貌下植被覆蓋度的關(guān)系

劉華琳　徐曉民　焦　瑞　梁文濤

（水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所內(nèi)蒙古呼和浩特010020）

錫林河流域年均降水量與不同地貌下植被覆蓋度的關(guān)系

劉華琳徐曉民焦瑞梁文濤

（水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所內(nèi)蒙古呼和浩特010020）

錫林河流域的天然植被作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，是生態(tài)系統(tǒng)的主要生產(chǎn)者。水作為干旱草原區(qū)最為關(guān)鍵的生態(tài)因子，不僅是干旱草原區(qū)綠洲生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、穩(wěn)定和發(fā)展的基礎(chǔ)和依據(jù)，而且決定著干旱草原區(qū)綠洲化過(guò)程與荒漠化過(guò)程兩類極具對(duì)立與沖突性的生態(tài)環(huán)境演化過(guò)程。選擇錫林河流域草原作為研究區(qū)域，研究表明研究區(qū)河谷平原區(qū)和山丘區(qū)域植被覆蓋度受降水量影響顯著，降水量越大，植被覆蓋度越好；山間河谷及階地區(qū)域植被覆蓋度在一定程度上受降水量的影響；沙地和高平原區(qū)域植被覆蓋度受降水量影響較小，植被生長(zhǎng)不僅依靠降水，還受其他因素的控制。

錫林河流域；年均降水量；植被覆蓋度

1999年MAITREDC等［1］對(duì)植被與地下水之間的關(guān)系最早做了相關(guān)的闡述。Lamontagne等（2005）［2］闡述了熱帶稀樹(shù)草原河岸帶植物對(duì)地下水的利用關(guān)系。國(guó)內(nèi)早期的研究在于分析植被隨著不同地下水位埋深和包氣帶巖性的分布特征，并逐步提出了生態(tài)地下水位的概念。1989年顏銘在北疆的古爾班通古特沙漠南緣研究區(qū)通過(guò)調(diào)查分析后提出了各種群落對(duì)水位埋深的要求和適宜的地下水化學(xué)特點(diǎn)［3］。20世紀(jì)90年代初，侯印偉［4-5］在針對(duì)石羊河流域研究中進(jìn)一步提出了沙棗樹(shù)、胡楊樹(shù)等沙生灌木生長(zhǎng)水位以及與土地沙沙漠化的關(guān)系。

我國(guó)北方牧區(qū)降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱。大多數(shù)地區(qū)河網(wǎng)極不發(fā)育，地表水貧乏，地下水是生活、生產(chǎn)、生態(tài)的主要水源。加上近年來(lái)草原區(qū)過(guò)度放牧及不合理的地下水開(kāi)發(fā)利用，使得包氣帶厚度不斷增加，地下水位降落漏斗逐漸擴(kuò)大，引發(fā)草原退化等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。本文依托內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市為研究區(qū)域，進(jìn)行了大量的植被現(xiàn)狀樣方調(diào)查和水文地質(zhì)調(diào)查，這為本次工作奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。按照“地下水動(dòng)態(tài)分析-植被生態(tài)調(diào)查-地下水位埋深與植被變化響應(yīng)關(guān)系”的研究思路，探討錫林浩特市草原植被與地下水位埋深的響應(yīng)，揭示該區(qū)域植被生態(tài)與地下水的依賴關(guān)系，為典型草原區(qū)水資源管理、植被生態(tài)保護(hù)及建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步深化了解典型草原區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)特征和科學(xué)評(píng)價(jià)該區(qū)域的生態(tài)功能提供技術(shù)支持。

1　研究區(qū)概況

錫林浩特市地貌形態(tài)主要受地質(zhì)構(gòu)造、巖性及水系的控制，地層主要由第四系粉細(xì)砂和細(xì)中砂，侏羅系上統(tǒng)玄武安山巖構(gòu)成，局部地勢(shì)較高，為低山，統(tǒng)屬于大興安嶺山系的西南余支。山岳多屬于侵蝕、剝蝕地形。錫林浩特附近地區(qū)隸屬于內(nèi)蒙華力西晚期褶皺帶之次級(jí)構(gòu)造單元—西烏珠穆沁向斜的南翼、勝利—毛登向斜的軸部。以北為大梁—沃莫爾褶皺帶，以南為錫林浩特復(fù)背斜。由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在勝利—毛登斷陷盆地中又形成了錫林浩特拗陷盆地，沉積了上百米厚第四系松散層，儲(chǔ)藏著豐富的孔隙潛水，含水層一般厚度為30m~60m，最大可達(dá)95m，上層潛水涌水量500 m3/d~1000m3/d，下層微承壓水涌水量為1000 m3/d ~3000m3/d。

研究區(qū)優(yōu)勢(shì)地帶性群落為大針茅草原群落，以旱生從生禾草層片與旱生小半灌木為標(biāo)志，地帶性植被的主體為旱生叢生禾草大針茅草原。其中旱生叢生禾草為優(yōu)勢(shì)種，次優(yōu)勢(shì)為克氏針茅，還包括其它多年生禾草羊草、冰草、冷蒿、糙隱子草等。其中大部分為旱生和廣旱生的植物，旱中生和中生植物很少，僅偶爾出現(xiàn)。

2　研究區(qū)地下水的空間分布特征

研究區(qū)地勢(shì)南高北低，北部為平緩的波狀平原，南部為低山丘陵。特殊的地理位置使該區(qū)域氣候具有十分顯著的局地特征和一定的區(qū)域氣候代表性。

研究區(qū)草地屬于中溫帶半干旱和干旱大陸性氣候，春季干旱，風(fēng)大沙多，多為西北風(fēng)，夏季炎熱，冬季寒冷持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水不均，年降水量200mm～350mm，蒸發(fā)量1500 m m～2600mm下雨連續(xù)時(shí)間比較短，分布不均勻，70%的降雨都集中在6～8月，年際變化大。

近年來(lái)，年降水量呈弱減少趨勢(shì)，夏季和秋季呈減少趨勢(shì)，夏季尤為明顯，但夏季降水量對(duì)年降水量的貢獻(xiàn)最大；春季和冬季雖呈弱增加趨勢(shì)，且春季大于冬季。各月降水量呈現(xiàn)出偏多和偏少波動(dòng)變化趨勢(shì)，其中減少最多的是8月，其次是7月。年降水量歷史極大值出現(xiàn)在1974年，極小值出現(xiàn)在2005年。多雨期出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代末期至70年代末期以及90年代，少雨期出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代和2l世紀(jì)初。

本研究利用ArcGIS完成研究區(qū)降水量等值線圖與植被覆蓋度均值的疊加。借助柵格數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算功能，統(tǒng)計(jì)降水量所對(duì)應(yīng)的每一個(gè)植被覆蓋度平均值，得到研究區(qū)多年平均降水量與植被覆蓋度均值關(guān)系散點(diǎn)如圖1、圖2。

圖1　錫林浩特市植被覆蓋度均值與多年平均降水量

由圖1可以看出，研究區(qū)年平均降水量和植被覆蓋度均值呈現(xiàn)正相關(guān)指數(shù)，植被覆蓋度均值隨著降水量的增大而增大，相關(guān)系數(shù)為0.61，降水量對(duì)植被覆蓋度的影響顯著。

由于研究區(qū)地貌類型不同，不同區(qū)域的降水量也不同，對(duì)植被覆蓋度的影響也不同，所以分別探討不同地貌類型的植被覆蓋度和降水量的關(guān)系。根據(jù)研究區(qū)不同的地貌類型的平均降水量，即河谷平原、山丘區(qū)、山間河谷及階地、沙地及高平原區(qū)五個(gè)部分分別與植被覆蓋度均值做相關(guān)性分析。通過(guò)研究區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)地貌圖和1989年到2010年植被覆蓋均值分布圖，運(yùn)用ArcGIS軟件空間分析功能，分別將研究區(qū)多年平均降水量等值線圖與植被覆蓋度均值數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，經(jīng)過(guò)柵格配準(zhǔn)后，每個(gè)柵格點(diǎn)產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)：植被覆蓋度值和相應(yīng)的降水量均值。這樣，在空間同一位置將地下水位埋深和植被覆蓋度兩個(gè)數(shù)據(jù)的運(yùn)算結(jié)果輸出作為數(shù)據(jù)源，但由于數(shù)據(jù)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)的離散性很大，為了定量得到降水量對(duì)植被覆蓋度影響的趨勢(shì)性結(jié)果，將降水量值以1m m為間距，對(duì)該降水量平均值插值后范圍內(nèi)的植被覆蓋度取平均值，將其進(jìn)行擬合，得到五組不同的地貌類型下的植被覆蓋度均值與多年平均降水量關(guān)系散點(diǎn)圖。

圖2　不同地貌植被覆蓋度均值與多年平均降水量相關(guān)性

從上圖2可以看出，在河谷平原區(qū)，植被覆蓋度均值受降雨影響明顯，植被覆蓋度值隨降水量的增大而增大，具有較好的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.62；在山丘區(qū)范圍內(nèi)，植被覆蓋度均值受降雨影響明顯，植被覆蓋度值隨降水量的增大而增大，具有較好的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.6；在山間河谷及階地區(qū)內(nèi)，植被覆蓋度與降水量的相關(guān)系數(shù)為0.5，具有一定的相關(guān)性，植被覆蓋度值隨降水量的增大而緩慢增大，說(shuō)明除了受到降水影響以外，還受到其他因素的影響；在沙地區(qū)域內(nèi)，植被覆蓋度與降水量的相關(guān)系數(shù)為0.17，說(shuō)明該區(qū)域的植被覆蓋度不受降水量的影響，但因?yàn)榻邓烤翟谠搮^(qū)域在研究區(qū)僅有很少的一部分，并不能全面的說(shuō)明該區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度與降水量的關(guān)系；在高平原區(qū)域內(nèi)，植被覆蓋度與降水量的相關(guān)系數(shù)很差，說(shuō)明該區(qū)域的植被覆蓋度不受降水量的影響，區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度均值很低。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，河谷平原區(qū)和山丘區(qū)域植被覆蓋度受降水量影響顯著，降水量越大，植被覆蓋度越好；山間河谷及階地區(qū)域植被覆蓋度在一定程度上受降水量的影響；沙地和高平原區(qū)域植被覆蓋度受降水量影響較小，植被生長(zhǎng)不僅依靠降水，還受其他因素的控制。

［1］Lamontagne S，Cook P G，Grady A O，etal.Groundwater use by vegetation in a tropical savanna riparian zone（Daly River，Australia）［J］. Journal of Hydrology，2005，310：280-293.

［2］馬龍，劉廷璽.科爾沁沙地植物生態(tài)型與地下水位及土壤水分的關(guān)系研究.中國(guó)沙漠，2007，27（3）：391-396.

［3］顏銘.新疆若干植物群落對(duì)土壤和地下水指示性的初步研究［J］.植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào)，1989，13（1）：18-27.

［4］侯印偉，李生彩，王常明，等.石羊河流域生態(tài)環(huán)境的變遷與水資源利用對(duì)策［J］.環(huán)境科學(xué)，1992，13（5）：58-67.

［5］侯印偉，王常明.論水文地質(zhì)環(huán)境在土地沙漠化發(fā)展過(guò)程中的控制作用［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1992，19（5）：25-28.

生態(tài)脆弱草原區(qū)地下水安全利用與管理方案編制與實(shí)施；基金編號(hào)：1261430122054。