川井沙地及其周邊小規(guī)模沙被范圍和特征的研究

賈成朕,楊妍辰，苗百嶺，吳昊

（1.內(nèi)蒙古荒漠生態(tài)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3. 天津市東麗區(qū)氣象局，天津 300300；4.內(nèi)蒙古氣象科學研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；5.內(nèi)蒙古氣象干部培訓學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

引言

通過野外考察和衛(wèi)星影像的目視解譯，我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古巴彥淖爾市烏拉特中旗川井蘇木、巴音烏蘭蘇木境內(nèi)分布有一規(guī)模較大的沙被（沙物質聚集形成的覆被[1]），其主體位于川井蘇木境內(nèi)，根據(jù)沙被命名的原則[2]，在沒有明確其所在氣候區(qū)和植被地帶之前我們稱之為川井沙被。同時，在其周邊還存在一些小規(guī)模的沙被。鑒于對該沙被及其周邊沙被的分布范圍、面積、屬性和植被類型研究的文獻很少，對其基本沒有了解認識，有必要明確其分布范圍、面積、屬性和植被特征，為深入研究及其保護、修復與利用提供基礎數(shù)據(jù)和資料。

1 研究區(qū)域生態(tài)地理環(huán)境

川井沙被位于烏拉特中旗北部[3]，大體分布于川井蘇木中南部、巴彥烏蘭蘇木西部和海流圖鎮(zhèn)的最北側，其西南側很小一部分分布于烏拉特后旗的巴音前達門蘇木和呼勒斯太蘇木境內(nèi)。據(jù)此本文所選研究區(qū)域地理范圍107.45 °～109.01 °E、41.50 °～42.40 °N，海拔高度1093.7～1906.9 m，總體呈南高北低的形勢。

2 研究方法

基于遙感影像（衛(wèi)星系列、分辨率、時相等），利用沙被指數(shù)（SCI1）[4]和自動分類的方法初步劃定川井沙地的范圍，并提取了該沙地周邊小規(guī)模沙被的范圍。通過實地考察驗證自動分類得到的沙地邊界位置是否準確，并對初步劃定的沙地邊界進行修正。2020年4—9月先后3 次對本區(qū)域進行了實地調查，共取得調查登記點524 個(圖1)。同時，使用dEM輔助確定沙地邊界，利用ArcGIS10.3軟件繪制川井沙地的分布示意圖，并統(tǒng)計其面積數(shù)據(jù)。

圖1 研究區(qū)域范圍與實地調查點

利用ENVI5.3軟件，根據(jù)衛(wèi)星影像特征（顏色、紋理等），初步劃出不同植被類型的圖斑，同時通過實地考察，明確圖斑的植物群落類型，并訂正圖斑的邊界線。根據(jù)同一圖斑的植物群落類型與影像特征的對應關系，建立解譯標志，進而確定沙被不同部位的群落類型。

3 研究結果

3.1 川井沙地的分布、面積及屬性

遙感解譯結果顯示，川井沙被主題位于巴彥淖爾市烏拉特中旗分水嶺北部，處于蒙古向斜南翼與哈達特山褶皺帶之間的“川井—桑根達來盆地”內(nèi)，是一沉積物厚達千米以上的拗陷區(qū)域，北、西兩面分別被索倫山、呼魯斯太山包裹，南面自西向東依次被二狼山、大狼山、哈達特山阻擋。其經(jīng)、緯度范圍是107.56°～108.65°E、41.60°～42.34°N，海拔高度1140.9～1751.2 m，南北跨度83.11 km、東西跨度88.45 km，西南高、東北低（圖2）。川井沙被總面積4222.90 km2，屬于大規(guī)模沙被[5]，其主體（74.21%）分布于巴彥淖爾市烏拉特中旗川井蘇木境內(nèi)，占川井蘇木國土面積的近一半（49.59%），小部分分布在烏拉特中旗巴音烏蘭蘇木（13.00%）、海流圖鎮(zhèn)（7.95%）、呼勒斯太蘇木（0.51%）和烏拉特后旗巴音前達門蘇木（0.56%）境內(nèi)（表1）。該沙被覆蓋在波狀高平原上，其下伏的物質主要是第三紀紅土、栗鈣土（淡栗鈣土）、洪積砂石沉積層和基巖。

表1 川井沙地在不同蘇木鎮(zhèn)分布面積統(tǒng)計

圖2 川井沙地分布及周邊地形

通過分析國家氣象站和區(qū)域氣象站數(shù)據(jù)，得到該區(qū)域年降水量范圍為110.5～198.6 mm，干燥度為2.57～4.36，屬半干旱氣候。通過植被類型的實地考察，我們發(fā)現(xiàn)沙被周邊地帶性植被屬于荒漠草原。因此，川井沙被主要分布于半干旱的荒漠草原區(qū)，僅西北側一小部分屬干旱氣候的草原化荒漠，總體屬于沙地性質，因此根據(jù)沙被命名原則[2]，我們稱之為川井沙地。

川井沙地表面形態(tài)以平沙被、物理沙堆和較低矮的植物沙包為主，缺少較高大的、流動沙丘形態(tài)，沙被表面形態(tài)類型不齊全，風沙地貌不十分典型。同時，在其周邊的河道附近、低洼處和山前洪積扇等地段有平沙被和檸條錦雞兒(Caragana intermedia)沙包、唐古特白刺(Nitraria tangutorum)沙包為主的小規(guī)模沙被，偶爾可見較高大的流動沙丘形態(tài)。

3.2 川井沙地及其周邊小規(guī)模沙被的覆蓋物類型

3.2.1 川井沙地的覆蓋物類型

川井沙地在氣候上處于半干旱區(qū)向干旱區(qū)的過渡帶上，在植被上處于草原向荒漠的過渡帶上，其大部分區(qū)域的植被屬于荒漠草原，其主要植被類型是：小針茅（Stipa klemenzii）-藏錦雞兒(Caragana spinifera)-蒙古蔥(Allium mongolicum)+無芒隱子草（Cleistogenes songorica）群落、沙生針茅（Stipa glareosa）+克氏針茅群落（Stipa krylovii）、沙生針茅-藏錦雞兒群落、多根蔥-藏錦雞兒群落、多根蔥群落、多根蔥-紅砂(Reaumuria songarica)群落。該沙地西北側一小部分和一些海拔較低的地段的植被屬于草原化荒漠，其主要植被類型是：藏錦雞兒+駝絨藜(Ceratoides latens)+短腳錦雞兒(Caragana brachypoda)-蒙古蔥群落、藏錦雞兒-多根蔥(Allium polyrhizum)+蒙古蔥+無芒隱子草群落。另外，在隱域生境處有芨芨草(Achnatherum splendens)-唐古特白刺+紅砂群落、芨芨草群落、唐古特白刺群落、紅砂群落等，季節(jié)性河床下風向有檸條錦雞兒群落分布。各群落類型空間分布及統(tǒng)計信息分別見圖3、表2。

表2 川井沙地各覆蓋物類型面積統(tǒng)計

圖3 川井沙地覆蓋物類型

通過氣候區(qū)邊界與植被類型邊界的對比分析，可以看到沙被上二者并不十分吻合，植被類型的邊界更偏西一些。氣候、基質、海拔高度和地形（地表物質組成）是決定植被類型的主要自然因素。由于基質不同于典型的地帶性土壤，沙被不是生態(tài)學上僅與氣候有關的顯域生境（基質為地帶性土壤、地形較為平坦開闊，對降水、太陽輻射、養(yǎng)分等生態(tài)因子的再分配作用微弱），屬于半隱域性生境，其上植被類型不同于典型的地帶性植被。由于對天然降水的再分配和保存特性，沙被生境較顯域生境的水分條件有所改善，使其上植被類型邊界比對應的氣候區(qū)邊界更偏西一些，或者說是沙被使地帶性植被可以向西北或海拔較低的較為干旱的區(qū)域延伸。這一結論適用于水是植物生長發(fā)育的主要限制因子的沙地、沙漠所在的半濕潤至極端干旱區(qū)域，而不適于水不是主要限制因子的沙帶所在濕潤區(qū)域。

3.2.2 川井沙地周邊小規(guī)模沙被的植被類型

本文對川井沙地周邊小規(guī)模沙地進行了普查、解譯和命名。本次普查發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域范圍內(nèi)共有小規(guī)模沙地62 處，總面積262.55 km2，其上植被主要是檸條錦雞兒灌叢。部分普查的小規(guī)模沙地的位置、面積和植被類型見表3。

灌木為主的群落一般出現(xiàn)在沙被較厚的區(qū)域，草本為主的群落一般出現(xiàn)在沙被相對較薄或無沙被的區(qū)域，例如，檸條錦雞兒群落、藏錦雞兒+短腳錦雞兒群落下的沙被厚度明顯大于沙生針茅和小針茅建群的群落。灌木的叢幅、高度和枝葉密度往往與其下的沙被厚度有一定關聯(lián)，較高的灌木群落下的沙被一般也較厚，例如，檸條錦雞兒群落下的沙被厚度大于駝絨藜+藏錦雞兒群落，大于藏錦雞兒-小針茅群落。其原因是植物地上形態(tài)與沙聚積之間相互作用、相互促進，類似于物理沙堆和植物沙包的發(fā)育方式[6]。同時，不同植物根系形態(tài)和生理特性適應生長于不同厚度的沙被上。同一種灌木在沙被較厚處的植株大小和長勢也要好于沙被較薄處，流動沙丘處除外。

灌木的存在對于牲畜是件好事。灌木是荒漠草原的固有成分和重要組成部分[7]，沒有灌木是不正常、不健康的，也不利于畜牧業(yè)生產(chǎn)。一方面，灌木的可利用時間更長，非生長季還可以保持較好的植株形態(tài)和一定量的枝條，且營養(yǎng)較豐富。另一方面，其穩(wěn)定性更好，抗逆性強，發(fā)生干旱時仍可以保持一定的地上生物量，“饑荒”時可以為牲畜提供應急食物。另外，灌木可以使生境、生態(tài)位更為多樣化，有利于植物多樣性的發(fā)育和植物群落生產(chǎn)力的提高，而且對于防御風蝕也有積極作用[8]。

4 結論與討論

(1)川井沙地僅有平沙被、物理沙堆和植物沙包三種沙被表面形態(tài)，沒有較為高大的沙丘形態(tài)，這是它與許多大規(guī)模沙被的區(qū)別，但這不影響其屬于沙地事實。確定一個區(qū)域是否存在沙地或沙漠的關鍵依據(jù)是有無沙被的存在，平沙被、物理沙堆、植物沙包和較高大的沙丘任何一種或幾種形態(tài)的存在都表明沙地或沙漠的存在，而不是只有較高大沙丘的存在才能表明沙地或沙漠的存在。平沙被、物理沙堆和植物沙包都是沙地或沙漠的組成部分，而且一般情況下三者都會出現(xiàn)在沙地或沙漠上，它們是沙地或沙漠時間序列的一個階段和空間序列的一個類型。

(2)沙地過度放牧造成的退化主要表現(xiàn)在沙生植物群落結構的破壞，反映尤為明顯的是灌木（藏錦雞兒、紅砂等）沙包的縮小和不同程度的破碎，甚至喪失沙包形態(tài)，僅存殘留的痕跡，灌木生物量基本可以忽略，景觀上發(fā)生顯著變化，草本的比重相對增加，雖然草本植物的生長也受到一定的影響；植物群落生產(chǎn)力、蓋度、高度等指標的降低；沙被表面的活化，風蝕加劇，沙物質被吹蝕，沙被變薄，甚至出現(xiàn)礫石化現(xiàn)象，沙生或喜沙灌木的生境遭到破壞，灌木生長受到影響。風積沙化或沙被的加厚往往需要好的植被覆蓋。沙被細粒物質和沙物質的流失，以及灌木沙包的萎縮、灌木的減少均是研究區(qū)及周邊沙物質稀缺區(qū)域荒漠草原退化的表現(xiàn)。沙物質損失的極端形式是地表礫石化，礫石化是更嚴重的退化。

(3)鑒于沙被的存在有利于保水，改善水分供給，荒漠草原區(qū)無論是礫石化土地還是黏土或鹽堿土，適度的風積沙化或沙被的適度加厚，均有利于植物群落生產(chǎn)力、蓋度、高度等指標的提高。從這個角度考慮，適度風積沙化是有利的，去沙化反而是草原退化的表現(xiàn)。植物群落茂密可以更多地截留風沙，沙被增厚反過來促進植物的生長，但沙化過快、沙被過厚則會對植物的生長造成負面影響。