文档介绍：分类号:P642
10710-B2005096
博士学位论文
沙漠湖盆区
地下水生态系统及植被生态演替机制研究
宋国慧
导师姓名职称李云峰教授
申请学位级别工学博士学科专业名称地下水科学与工程
论文提交日期 2012 年 11 月 1 日论文答辩日期 2012 年 12 月 17 日
学位授予单位长安大学
Study on Groundwater Dependent Ecosystem and
Ecological Mechanisms of Vegetation ession in Desert
Lake-Basin Region
A Dissertation Submitted for the Degree of Doctor
Candidate:Song Guohui
Supervisor:Prof. Li Yunfeng
Chang’an University, Xi’an, China
摘要
水是地球上一切生物赖以生存的宝贵资源。地下水,作为水资源的重要组成部分,
对于自然环境和人类社会经济活动的可持续发展具有不可替代的作用,特别是在降水稀
少的干旱荒漠区,是维系荒漠区天然植被生态平衡的重要部分。因而,深入探讨地下水
生态系统变化与天然植被生态演替之间的机制,具有重要意义。
干旱荒漠区,气候干燥、降水稀少、蒸发量大,自然环境条件恶劣,植被生态环境
退化,土地沙漠化加剧。究其原因,除了地质构造变动、全球气候条件变化外,与地下
水系统变化密切相关。例如我国西北的干旱荒漠区,从地理空间格局看,具有山地和盆
地相间分布的特殊地理空间格局。其中,大型内流盆地主要包括甘肃河西走廊、新疆准
噶尔盆地、塔里木盆地、青海的柴达木盆地以及吉兰泰—河套盆地等。由于气候极端干
旱,盆地内呈现出典型的荒漠景观,然而盆地周边都有高山峻岭分布,如著名的祁连山、
天山、昆仑山、贺兰山、阴山等,这些山脉在区域上成为干旱地区大气中水分凝聚中心,
降水量相对较大,为风沙覆盖的山前洪积平原和湖积盆地地下水提供了重来的补给来
源。所以说,在沙漠湖盆区,尽管生态环境恶劣,但是在地下水浅埋的风沙覆盖盐湖附
近仍然生长着许多天然植被,它们对于维护该地区生态环境起着重要的作用。
本文选取沙漠湖盆区为研究对象,依托 SEE 生态协会资助项目:“乌兰布和沙漠地
下水资源及其生态效应研究”,以乌兰布和沙漠覆盖的吉兰泰湖盆地区为例,综合运用
理论分析、野外调查、室内试验的方法,通过对研究区地下水生态系统指标体系的构建,
开展了沙漠湖盆区地下水生态系统及植被生态演替机制研究,本文的主要研究成果:
1 作者重新界定了地下水生态系统定义,认为地下水生态系统,是指地下水系统及
与地下水有依赖关系的生态系统,包括地下水系统及地下水生植物系统。地下水系统主
要包括地下水流系统、地下水结构系统以及地下水系统生物。地下水生植物系统是指直
接或者间接依赖地下水生存的植物系统。
2 研究了在地下水位上升和下降条件下,地下水系统对沙漠植被生态系统的制约作
用和沙漠植被生态系统对地下水系统变化的适应机制。
3 从水分垂直循环角度分析了地下水、毛细带水与土壤水转化关系及沙漠凝结水与
地下水的联系及生态意义,认为在沙漠覆盖湖盆区地下水较为丰富,水位埋深浅,风沙
土毛细作用强烈,潜水面之上普遍存在着毛细水带。毛细带水与大气水、植物水、土壤
水和地下水一起构成沙漠湖盆区独特的沙漠水文生态系统,并在其中起着联结纽带作
i
用,是干旱区水文循环的重要环节。地下水系统动态、毛细水上升特性等决定了西北沙
漠湖盆区土壤水分补给状况,进而控制沙漠植被种群的分布格局,影响着所存在植被的
稳定性及演替趋势。而温度场的动态是影响潜水、毛细水、土壤水分转化的关键因素。
4 明确了沙漠湖盆区地下水生态水位的概念,认为生态水位是指能够满足生态环境
的要求、不致发生植被退化、土地沙漠化、土地盐渍化问题,能维持非地带性自然植被
生长所需水分的浅层地下水埋藏深度。它是满足植物生态环境需要,受土壤毛细性质影
响,具有时间、空间动态变化规律的一个区间。提出了适合于地下水生植物的最佳地下
水生态环境的地下水位埋深。即:最佳地下水埋深=根系深度+毛细上升高度。
5 区域地下水位持续下降是植被衰退的主要原因。盆地潜水除了蒸发排泄外,吉兰
泰镇工业、生活用水井的地下水开采,查哈尔滩农业灌溉井的地下水开采成为主要人工
排泄方式。在乌兰布和沙漠吉兰泰盆地地下水系统中,由盆地