【摘要】：水是地球上一切生物賴以生存的寶貴資源。地下水，作為水資源的重要組成部分，對于自然環(huán)境和人類社會經(jīng)濟活動的可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的作用，特別是在降水稀少的干旱荒漠區(qū)，是維系荒漠區(qū)天然植被生態(tài)平衡的重要部分。因而，深入探討地下水生態(tài)系統(tǒng)變化與天然植被生態(tài)演替之間的機制，具有重要意義。 干旱荒漠區(qū)，氣候干燥、降水稀少、蒸發(fā)量大，自然環(huán)境條件惡劣，植被生態(tài)環(huán)境退化，土地沙漠化加劇。究其原因，除了地質(zhì)構造變動、全球氣候條件變化外，與地下水系統(tǒng)變化密切相關。例如我國西北的干旱荒漠區(qū)，從地理空間格局看，具有山地和盆地相間分布的特殊地理空間格局。其中，大型內(nèi)流盆地主要包括甘肅河西走廊、新疆準噶爾盆地、塔里木盆地、青海的柴達木盆地以及吉蘭泰—河套盆地等。由于氣候極端干旱，盆地內(nèi)呈現(xiàn)出典型的荒漠景觀，然而盆地周邊都有高山峻嶺分布，如著名的祁連山、天山、昆侖山、賀蘭山、陰山等，這些山脈在區(qū)域上成為干旱地區(qū)大氣中水分凝聚中心，降水量相對較大，為風沙覆蓋的山前洪積平原和湖積盆地地下水提供了重來的補給來源。所以說，在沙漠湖盆區(qū)，盡管生態(tài)環(huán)境惡劣，但是在地下水淺埋的風沙覆蓋鹽湖附近仍然生長著許多天然植被，它們對于維護該地區(qū)生態(tài)環(huán)境起著重要的作用。 本文選取沙漠湖盆區(qū)為研究對象，依托SEE生態(tài)協(xié)會資助項目：“烏蘭布和沙漠地下水資源及其生態(tài)效應研究”，以烏蘭布和沙漠覆蓋的吉蘭泰湖盆地區(qū)為例，綜合運用理論分析、野外調(diào)查、室內(nèi)試驗的方法，通過對研究區(qū)地下水生態(tài)系統(tǒng)指標體系的構建，開展了沙漠湖盆區(qū)地下水生態(tài)系統(tǒng)及植被生態(tài)演替機制研究，本文的主要研究成果： 1作者重新界定了地下水生態(tài)系統(tǒng)定義，認為地下水生態(tài)系統(tǒng)，是指地下水系統(tǒng)及與地下水有依賴關系的生態(tài)系統(tǒng)，包括地下水系統(tǒng)及地下水生植物系統(tǒng)。地下水系統(tǒng)主要包括地下水流系統(tǒng)、地下水結構系統(tǒng)以及地下水系統(tǒng)生物。地下水生植物系統(tǒng)是指直接或者間接依賴地下水生存的植物系統(tǒng)。 2研究了在地下水位上升和下降條件下，地下水系統(tǒng)對沙漠植被生態(tài)系統(tǒng)的制約作用和沙漠植被生態(tài)系統(tǒng)對地下水系統(tǒng)變化的適應機制。 3從水分垂直循環(huán)角度分析了地下水、毛細帶水與土壤水轉(zhuǎn)化關系及沙漠凝結水與地下水的聯(lián)系及生態(tài)意義，認為在沙漠覆蓋湖盆區(qū)地下水較為豐富，水位埋深淺，風沙土毛細作用強烈，潛水面之上普遍存在著毛細水帶。毛細帶水與大氣水、植物水、土壤水和地下水一起構成沙漠湖盆區(qū)獨特的沙漠水文生態(tài)系統(tǒng)，并在其中起著聯(lián)結紐帶作用，是干旱區(qū)水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。地下水系統(tǒng)動態(tài)、毛細水上升特性等決定了西北沙漠湖盆區(qū)土壤水分補給狀況，進而控制沙漠植被種群的分布格局，影響著所存在植被的穩(wěn)定性及演替趨勢。而溫度場的動態(tài)是影響潛水、毛細水、土壤水分轉(zhuǎn)化的關鍵因素。 4明確了沙漠湖盆區(qū)地下水生態(tài)水位的概念，認為生態(tài)水位是指能夠滿足生態(tài)環(huán)境的要求、不致發(fā)生植被退化、土地沙漠化、土地鹽漬化問題，能維持非地帶性自然植被生長所需水分的淺層地下水埋藏深度。它是滿足植物生態(tài)環(huán)境需要，受土壤毛細性質(zhì)影響，具有時間、空間動態(tài)變化規(guī)律的一個區(qū)間。提出了適合于地下水生植物的最佳地下水生態(tài)環(huán)境的地下水位埋深。即：最佳地下水埋深=根系深度+毛細上升高度。 5區(qū)域地下水位持續(xù)下降是植被衰退的主要原因。盆地潛水除了蒸發(fā)排泄外，吉蘭泰鎮(zhèn)工業(yè)、生活用水井的地下水開采，查哈爾灘農(nóng)業(yè)灌溉井的地下水開采成為主要人工排泄方式。在烏蘭布和沙漠吉蘭泰盆地地下水系統(tǒng)中，由盆地邊緣到湖盆內(nèi)部潛水埋深逐漸變淺，變化范圍為0.23－9.47m。從1984年到2010年，研究區(qū)內(nèi)查哈爾灘綠洲灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水量持續(xù)增加,地下水位持續(xù)下降，地下水潛水位總共下降了6m到10m，平均每年下降0.27m到0.45m，承壓水位年均降幅為0.20m，年變幅為1.50m－2.75m，吉蘭泰鹽湖以北現(xiàn)在水位已經(jīng)下降到10－15m，自流泉消失，地下水生植被衰亡。 6毛細水上升特性具有植被生態(tài)學意義。在植物生長階段，如果植物根系能夠探及毛細水帶，則植物生長就能免受水分脅迫。地下水位下降，毛細帶降低，植被獲取水分減少，會導致水分脅迫。在研究區(qū)，風砂土下覆湖相紅粘土毛細上升高度為3.1－4.2m。風沙土毛細上升理論最大高度為0.63－1.66m。 7在烏蘭布和沙漠吉蘭泰湖盆區(qū)，天然植被群落可歸納為梭梭林、沙冬青灌叢、白刺灌叢、檸條灌叢、鹽爪爪灌叢、紅砂—珍珠灌叢和沙蒿灌叢等7種類型。典型依賴地下水生存的非地帶性荒漠植物群落有天然梭梭次生林、沙冬青、白刺、鹽爪爪、檸條等群落。它們對于維護該地區(qū)生態(tài)環(huán)境起著重要的作用。 8從湖盆中心到外圍的風成沙丘地，地下水生植物呈有規(guī)律的環(huán)帶狀分布。依次為水生蘆葦，馬藺、鹽爪爪、芨芨草，沙冬青、梭梭，白刺。在不同的地貌單元，植物生長狀態(tài)和地下水位埋深的關系略有不同。在吉蘭泰湖盆邊緣地帶，地下水埋深大于3m，植被覆蓋度小于15%，梭梭群落覆蓋度隨著地下水埋深加大而減��；在吉蘭泰湖盆內(nèi)部，地下水埋深小于3m，植被覆蓋度大于15%，梭梭群落覆蓋度也隨著地下水埋深加大而減��；而大于10m埋深，無梭梭出現(xiàn)；在沙丘間洼地，地下水埋深一般小于1.2m，梭梭分布稀少，覆蓋度很小。 9淺層地下水及毛細水是土壤濕層的主要水分來源，土壤濕層的存在，有利于植物在春季生長期內(nèi)適應水分脅迫。通過研究區(qū)土壤剖面含水率測定結果分析認為，土壤剖面從地面往下40－80cm處為含水率相對較高的土壤濕層。根據(jù)吉蘭泰氣象站氣溫、地溫的日變化與季節(jié)變化及季節(jié)凍土數(shù)據(jù)，進一步探討了溫度場及季節(jié)凍土作用下水汽運移對土壤水分補給機理，認為溫度場的動態(tài)是影響地下潛水、毛細水、土壤水分轉(zhuǎn)化的關鍵因素。 10根據(jù)研究區(qū)地下水生植物梭梭與白刺這兩種典型沙生植被生長區(qū)的毛細上升高度分析得到了研究區(qū)最佳地下水埋深為1.6－4.7m，在此地下水埋深范圍內(nèi)毛細水能為植物生長提供充足水分，植物生長良好，植物生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。地下水位埋深下降至10m以下時，研究區(qū)以地下水為生的灌木退化、衰敗，以降水為水分來源的超旱生灌木和草類植物種類占據(jù)群落主體。 11在沙漠湖盆區(qū)，雖然生態(tài)環(huán)境惡劣，但是在地下水淺埋的風沙覆蓋鹽湖附近仍然生長著許多天然植被。針對沙漠湖盆區(qū)退化的植被生態(tài)系統(tǒng)，提出了基于重視恢復植物種類的選擇，合理利用地下水資源，保護沙漠區(qū)生態(tài)環(huán)境的植被恢復和重建的具體措施與建議：1）以種植白刺、梭梭為主，生物和工程措施相結合，建立起較為完備的防風固沙的防護林體系；2）優(yōu)化土地利用結構，實施退耕還草，發(fā)展生態(tài)畜牧業(yè)和節(jié)水農(nóng)業(yè)；3）合理利用地下水資源，優(yōu)先考慮沙漠區(qū)生態(tài)環(huán)境用水；4）建立地下水和植被生態(tài)的監(jiān)測系統(tǒng)。 預期研究成果將對烏蘭布和沙漠生態(tài)保護和受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建具有重要的理論指導和實踐意義，同時對其它沙漠湖盆地區(qū)水文生態(tài)研究具有重要的借鑒意義。
【圖文】：

升最大高度即為此高度處重力與毛細力的平衡及計算比較復雜，毛細水上升運動不但受毛細。同的土壤類型，毛細水上升高度不同。國內(nèi)眾黃土等特殊土體，在一些地區(qū)展開了現(xiàn)場及室的經(jīng)驗公式，提出了土層中毛細水上升高度經(jīng)上升理論公式誤差很大。應用上仍存在著毛細困難等諸多問題，亟待解決。因而，，針對不同究工作。）是指單位時間內(nèi)土體毛細水上升高度，它表本都是先快后慢，速度逐漸減慢，最后趨向于穩(wěn)定時間。這個時間也與土壤的質(zhì)地、結構及

（a） （b） （c）圖 2.3 研究區(qū)地下水位下降條件下植被響應示意圖（a）起始地下水位（無水分脅迫條件）； （b）水位下降時段（強水分脅迫條件）；（c）水位下降后穩(wěn)定期（植物根系及生理結構重調(diào)整，水分脅迫緩解（圖中棕色根系為新生長沙縱深根系））（1）水分脅迫(water stress)水分脅迫是指植物因水分散失超過水分吸收，致使植物組織含水量下降，膨壓降低.正常代謝失調(diào)的現(xiàn)象。當潛水水位下降到超出植物根系汲水區(qū)間時，植物根系脫離了潛水影響帶范圍，此時，由于潛水水位下降造成包氣帶土壤的含水量逐漸減少，致使植被根系汲取水分不足，處于水分缺乏狀態(tài)并由此引起諸多植物生理變化：在葉面蒸騰作用下，水分是通過植物木質(zhì)部從植物根系輸送到植物體。當根系水分不足時，木質(zhì)部汲取水分不足，處于脅迫狀態(tài)，水分壓力處于負壓狀態(tài)（圖 2.3）。隨著潛水水位的下降，土壤中可被植物利用的水分越來越少，植物木質(zhì)部水分脅迫加大，葉面水勢負值越來越
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P641.8;X171

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張武文,史生勝;額濟納綠洲地下水動態(tài)與植被退化關系的研究[J];冰川凍土;2002年04期

2 陳仁升,康爾泗,楊建平,張濟世;黑河流域山前綠洲水量轉(zhuǎn)化模擬研究[J];冰川凍土;2003年05期

3 彭軒明,吳青柏,田明中;黃河源區(qū)地下水位下降對生態(tài)環(huán)境的影響[J];冰川凍土;2003年06期

4 肖生春,肖洪浪,周茂先,司建華,張小由;近百年來西居延海湖泊水位變化的湖岸林樹輪記錄[J];冰川凍土;2004年05期

5 康爾泗,李新,張濟世,胡興林;甘肅河西地區(qū)內(nèi)陸河流域荒漠化的水資源問題[J];冰川凍土;2004年06期

6 吉喜斌,康爾泗,趙文智,陳仁升,金博文,張智慧;黑河流域山前綠洲灌溉農(nóng)田蒸散發(fā)模擬研究[J];冰川凍土;2004年06期

7 蘇永紅,馮起,朱高峰,呂世華;額濟納旗淺層地下水環(huán)境分析[J];冰川凍土;2005年02期

8 方靜,丁永建;荒漠綠洲邊緣凝結水量及其影響因子[J];冰川凍土;2005年05期

9 雷志棟,尚松浩,楊詩秀,王義;地下水淺埋條件下越冬期土壤水熱遷移的數(shù)值模擬[J];冰川凍土;1998年01期

10 李朝生;楊曉暉;張克斌;于春堂;慈龍駿;;沙漠-綠洲系統(tǒng)中降雨、土壤水分與地下水位的響應特征[J];北京林業(yè)大學學報;2007年04期

相關博士學位論文 前10條

1 楊澤元;地下水引起的表生生態(tài)效應及其評價研究[D];長安大學;2004年

2 葉冬梅;烏蘭布和沙漠土壤水分動態(tài)和白刺群落特征研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2005年

3 桂祥友;厚風積砂覆蓋區(qū)水資源預測與優(yōu)化管理研究[D];遼寧工程技術大學;2005年

4 曲煒;西北內(nèi)陸干旱區(qū)水資源可利用量研究[D];河海大學;2005年

5 龔斌;基于遙感技術的黑河下游水資源與生態(tài)環(huán)境研究[D];中國地質(zhì)大學（北京）;2006年

6 何炎紅;烏蘭布和沙漠植被與水資源相互影響的研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2006年

7 春喜;晚第四紀吉蘭泰鹽湖古湖面與環(huán)境變化研究[D];蘭州大學;2006年

8 孫承志;干旱山區(qū)地下水資源開發(fā)應用研究[D];中國地質(zhì)大學（北京）;2007年

9 郝玉光;烏蘭布和沙漠東北部綠洲化過程生態(tài)效應研究[D];北京林業(yè)大學;2007年

10 粟曉玲;石羊河流域面向生態(tài)的水資源合理配置理論與模型研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2007年

相關碩士學位論文 前10條

1 馬全林;退化人工梭梭林的群落特征及其恢復研究[D];西北師范大學;2004年

2 劉麗;基于遺傳算法的水資源系統(tǒng)評價方法的應用研究[D];合肥工業(yè)大學;2004年

3 秦佳琪;烏蘭布和沙漠不同沙地類型土壤水分變化規(guī)律的研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2005年

4 金紅喜;西北干旱沙區(qū)四種主要造林灌木的蒸騰耗水研究[D];西北師范大學;2005年

5 楊鑫光;霸王對干旱脅迫的響應及根系提水研究[D];蘭州大學;2006年

6 張海清;額濟納旗胡楊林主要建群種生態(tài)用水研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2006年

7 丁文暉;干旱區(qū)土地利用/覆蓋變化的地下水水文效應[D];西北師范大學;2006年

8 周緒;干旱區(qū)地下水位降幅對天然植被退化的影響分析[D];新疆大學;2006年

9 鄭慶鐘;民勤綠洲邊緣沙漠化治理與水環(huán)境驅(qū)動機制研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學;2006年

10 劉敏;和田綠洲地下水時空分布規(guī)律及其生態(tài)環(huán)境效應研究[D];西安理工大學;2007年

本文編號：2683888