地下水是荒漠生态系统的关键生境要素之一，荒漠植物生长对地下水有很强的依赖性(Rodriguez-Iturbe，2000; 钟华平等，2002; 赵文智等，2006; 樊自立等，2008)。不少研究表明：地下水是多数荒漠植物（笔者认为主要是木本植物，草本植物生长主要依靠降水）生存所依赖的重要水分来源，对荒漠植被的稳定性和植被的演替有重要的作用，是决定荒漠植物分布的主导因素之一（Busch et al., 1992; 李向义等，2004; 赵文智等，2003a; 2003b; Kranjcec et al., 1998;

杨自辉，1999; 杨自辉等，2000; Horton et al., 2001; 刘加珍等，2004; 徐海量等，2003; Dawson et al., 1991; Synder et al., 2000）。一些研究甚至认为：荒漠植物倾向于利用地下水而不是其他水分来源，地上水源对荒漠植物的生产力不会产生很大影响(Busch et al., 1991; 李向义等，2004; 赵文智等，2003; Kranjcec et al., 1998; Dawson et al., 1991; Synder et al., 2000; Smith et al., 1991)。地下水日益成为荒漠地区研究的热点问题之一（刘波等，2009; 陈敏等，2008; 金晓媚，2009; 徐海量等，2008; 苏里坦等，2005）。

白刺(Nitraria tangutorum)是中国特有种，主要分布于我国的新疆、西藏、甘肃、内蒙古、宁夏等省（区），是西北荒漠地区重要的防风固沙树种之一，在防风固沙、生物多样性保护及维持生态平衡等方面起着十分重要的作用。白刺具有耐旱、耐寒、耐高温、耐瘠薄、耐沙埋等特点。其枝叶粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量高，骆驼、山羊喜食。果实有“沙漠樱桃”之称，富含糖类、24种微量元素、18种氨基酸以及高含量的维生素C，具有重要的医疗保健和药用价值。在乌兰布和沙漠东北缘，白刺的开发利用离不开地下水。为研究地下水位对白刺生长的影响，本文以白刺作为研究对象，在乌兰布和沙漠东北缘，选择沙漠与绿洲过渡的大气干燥区段（下文简称干燥区）以及绿洲与其东南缘黄河之间的大气湿润区段（下文简称湿润区）作为对比，研究地下水位对白刺盖度、高度的影响，旨在为绿洲防护建设及白刺开发利用提供一定的理论依据。

1 研究区概况

乌兰布和沙漠位于39°19′—40°57′ N，106°09′—106°57′ E。该区平均气温8.5 ℃，年降水量80~150 mm，年蒸发量高达3 500 mm，蒸发量是降水量的23~44倍。气候干燥，降水稀少，大风和干热风多且强烈，自然环境十分严酷。地貌为缓平沙丘，植被以旱生及超旱生沙生灌木或半灌木为主，主要有油蒿(Artemisia ordosica)、白刺等。

2 研究方法 2.1 样地选择

在乌兰布和沙漠东北缘沙漠与绿洲过渡的典型干燥区段，选取2个白刺群落样地，地貌为半固定沙丘类型。其中一个样地选在乌兰布和农场四分场盘古公路北约300 m处。白刺包上的植株生长良好，流沙丘间地上，生长着油蒿。另一样地选在中国林业科学研究院沙漠林业实验中心二场气象站养鱼海子南。样地为白刺单种群落，白刺包较密，沙包各自形成独立体，丘间有大面积（150~200 m²）的红土淤积平地。

在乌兰布和沙漠东北缘磴口县绿洲东南、黄河西北岸，小气候相对湿润区段，选取3个样地，均为白刺群落。该区段白刺生长繁茂，植被盖度大，沙丘基本固定，丘间低地多为芦苇（Phragmites australis）群丛。白刺群落北侧为林业工程项目人工梭梭(Haloxylon ammodendron)防护林网，目的为阻挡并减少沙尘进入黄河。黄河岸边大部分土地已被开垦为农田，原生植被保存较少，样地之间相距约有2 km左右。

2.2 调查方法

白刺群落内，主要以白刺包沙丘及丘间地的地貌形式存在。地下水位在白刺包上变化较大，在丘间地上变化较小。本文在每个样地上，分别采用连续小样方组成的样带法（Dale，1999; Legendre et al., 1989）取样带一条，小样方大小为0.5 m×1.0 m，0.5 m为样带宽方向，1.0 m为样带长方向。由于主害风为西风，所以原生沙丘方向基本为南北方向，微地形在东西方向上变化较大，所以将样带方向取为东西方向。干燥区段的2条样带分别取650和500个小样方，样带总长为1 150 m。湿润区段的3条样带分别取500，310和300个小样方，样带总长为1 110 m。采用连续小样方的方法取样，加大了野外工作量，但能确保在群落内调查到最多的地下水位变化情况，并且通过加大样方调查数目可以克服信息量不足的问题(Fortin et al., 2005)。

每条样带取样时，首先在附近找到露头水，作为相对参照点。然后通过水准仪测量出样方中心的相对高程，即地下水位，同时记录样方内白刺的盖度、高度。

2.3 分析方法

对不同大气干燥程度及地下水位对白刺生长影响进行显著性分析。为了平衡不同地下水位条件下调查数据的重复性，本文将地下水位以100 mm间距分级，即地下水位100 mm以下，记做1级; 100 mm≤地下水位 < 200 mm，记做2级; 200 mm≤地下水位 < 300 mm，记做3级，依次类推。然后将干燥区段与湿润区段数字化，即干燥区段记做1，湿润区段记做2。对应将小样方中的地下水位、白刺盖度及高度调查数据分别输入表格。之后，用SAS软件进行双因素方差分析。

对地下水位对白刺生长影响进行分析。根据地下水位100 mm的分级，分别将小样方调查的数据在各个分级内进行平均，即：每100 mm深浅的地下水位分级内，相应得到1个地下水位测量平均值，1个白刺盖度平均值及1个白刺高度平均值，然后用ORIGIN软件将白刺盖度、高度随地下水位的变化进行曲线拟合。

其余分析用SAS软件。

3 结果与分析 3.1 地下水位及白刺种群特点分析

对干燥区段的1 150个小样方和湿润区段的1 110个小样方，分别将地下水位、白刺盖度及高度原始数据进行统计分析（表 1），结果表明：在干燥区段，地下水位平均为5 436 mm，最深可达8 648 mm; 湿润区段地下水位平均为3 155 mm，最深可达7 232 mm（图 1）。干燥区段白刺平均盖度为5.28%，平均高度为10.81 cm; 湿润区段白刺平均盖度为7.67%，平均高度为18.70 cm。从数据对比可以看出：大气湿润区段，平均地下水位较浅，白刺平均盖度、高度都优于干燥区段。

3.2 大气干燥程度及地下水位对白刺生长影响的显著性分析

用SAS软件对分级后的地下水位、大气干燥程度、白刺盖度及高度进行双因素方差分析。方差分析的原假设为：大气干燥程度、地下水位对白刺盖度、高度没有影响。从表 2有关白刺盖度、高度的方差分析可以看出：相关方差来源中的概率值P均小于0.01，可以拒绝原假设。由此可见：大气干燥程度和地下水位对白刺盖度、高度生长有显著影响，即：在大气干燥程度不同的区域，白刺盖度、高度生长表现出显著不同; 在地下水位不同的地方，白刺盖度、高度生长也显著不同。

3.3 地下水位对白刺生长的影响分析

地下水位对白刺生长的影响分析过程在两区段内分别进行。

3.3.1 地下水位对白刺盖度的影响

对两区段白刺盖度随地下水位的变化进行曲线拟合（图 2），两区段表现出不同的曲线图形。

干燥区段白刺盖度随地下水位的变化成指数增长趋势，回归方程为：y=0.220 8+，决定系数R²=0.639 9。从图 2可以看出：当地下水位低于2 500 mm左右时，白刺生长不良，盖度较低，由回归方程预测白刺平均盖度约0.55%。当地下水位超过2 500 mm后，白刺盖度随地下水位的增加表现出较快的增长。由于盖度有限制性，所以地下水位应有一个临界区间，使白刺盖度维持在最高水平。根据回归方程预测，当地下水位为10 630 mm时，白刺盖度理论值近似达到100%;地下水位分别为10 500，10 000，9 500，9 000 mm时，白刺盖度可达到91.98%，67.28%，49.23%，36.03%。在现实的自然荒漠生态系统中，91.98%的平均盖度几乎不可能。对地下水位实测值进行100 mm分级后，白刺最高盖度仅达到54%（图 2）。因此，研究认为：在乌兰布和沙漠绿洲外围的干燥区段，2 500~9 000 mm的地下水位是白刺盖度生长的最佳区间，9 000~10 000 mm是白刺盖度维持较高水平的临界区间。

湿润区段白刺盖度随地下水位的变化成高斯曲线变化趋势，回归方程为：y=2.305 0+，决定系数R²=0.557 9。从图 2可以看出：湿润区段地下水位2 000 mm以下，白刺盖度维持在较低水平。回归方程模拟地下水位2 000 mm以下的白刺平均盖度为2.34%（而实际调查数据更低，平均盖度仅为0.37%）。当地下水位超过2 000 mm后，白刺盖度出现显著增长，并且盖度最高点出现在地下水位为4 700 mm左右，盖度为15%。之后，随着地下水位的进一步增加，白刺盖度出现降低现象。根据回归方程预测：当地下水位达到7 500 mm以上，白刺盖度又维持在相对较低水平，平均盖度大约在2.30%左右。

3.3.2 地下水位对白刺高度的影响

在两区段，地下水位与白刺高度的关系与其盖度的关系相似。干燥区段白刺高度随地下水位的变化也表现出指数增长趋势，回归方程为：y=0.457 8+，其中决定系数R²=0.667 1。从图 3可以看出：白刺高度随地下水位的增加而增加。当地下水位低于2 500 mm左右时，白刺高度增长缓慢，平均高度为1.57 cm; 当地下水位超过2 500 mm后，白刺盖度随地下水位的增加表现出较快的增长。当地下水位达到极限值约9 000~10 000 mm时，白刺高度仍有较大的变化区间。根据回归方程预测，当地下水位分别为9 000，9 200，9 500，9 800和10 000 mm时，白刺高度可达54.43，60.26，70.21，81.81和90.59 cm。

湿润区段白刺高度随地下水位的变化表现出高斯曲线变化趋势，回归方程为：y=6.129 7+，其中决定系数R²=0.475 6。从图 3可以看出：地下水位在1 000~4 700 mm，白刺高度随地下水位的增加表现较快的增长趋势，超过4 700 mm后，白刺高度表现出较快的降低趋势。根据回归方程预测：当地下水位低于1 000 mm或超过9 000 mm后，白刺高度变化趋于平缓。前者基本在7.75~11.52 cm，平均高度为9.53 cm，后者基本在9.14~6.00 cm，平均高度为7.50 cm。

从两区段地下水位对高生长以及盖度影响的回归方程预测值对比可以看出：湿润区段白刺有效高生长的地下水位阈值要宽于干燥区段。

4 小结与讨论

对乌兰布和沙漠东缘的白刺灌木种群研究发现：不同的地下水位和大气干燥程度对白刺的盖度及高生长都有显著影响，笔者认为：这主要与植物种的生长特性有关。白刺发达的根系可以利用地下水，其单株根系总长度可达株高的30倍（罗伟祥等，2007）。且白刺沙埋后，可萌生出较粗壮的嫩枝和不定根，这些不定根可以吸收地表水源。沙区昼夜温差大，水汽在夜晚温度降低后形成露珠附着在地表，成为影响白刺生长的重要地表水源，而大气干燥程度正是影响这一重要地表水源的因素之一。

从乌兰布和沙漠东缘地下水位和大气干燥程度对白刺生长影响可以看出：在2种不同的大气干燥程度下，白刺种群盖度、高度随地下水位的变化规律也有所不同（图 2，3）。大气干燥区段，白刺盖度、高度与地下水位表现出指数增长曲线; 大气湿润区段，白刺盖度、高度与地下水位表现出高斯曲线变化趋势。由于湿润区段的研究主要集中在黄河岸边，所以具有隐域性特点，而干燥区段的研究在荒漠区更具有普遍性。本文对干燥区段白刺生长随地下水位变化规律的研究结果，与甘肃省治沙研究所的杨自辉等(1999)通过在民勤绿洲外围设置固定样方连续观测得出的结论有一定的相似之处，研究发现：在民勤绿洲外围，随着地下水位的下降，白刺盖度的变化总体趋于增长。笔者认为：这一特点主要与白刺发达的地下根系以及沙埋后旺盛的无性繁殖能力有关。本文根据图形与曲线拟合方程预知：在乌兰布和沙漠东缘绿洲外围，白刺盖度生长不应该是无限制生长的，地下水位临界区间应该在9 000~10 000 mm。可以预测：如果地下水位继续增加，白刺盖度、高度也将会出现下降趋势。只是现在，乌兰布和沙漠东缘绿洲外围的地下水位还没有超过该临界区间。

从图 4可以看出：在乌兰布和沙漠东缘，地下水位在6 200~6 300 mm以下，湿润区段的平均盖度高于干燥区段，6 200~6 300 mm以上则相反。地下水位在7 200~7 300 mm以下，湿润区段的平均高度高于干燥区段，7 200~7 300 mm以上则相反。可以看出：在地下水位相对较低时，湿润区段白刺盖度、高度的生长表现整体好于干燥区段，但其生长的极大值明显低于干燥区段; 并且湿润区段白刺生长达到极大值的地下水位明显低于干燥区。这一点充分体现白刺作为旱生植物的特点：喜干旱、耐干旱。在湿润区段，虽然充足的大气降水使白刺的盖度、高度生长“好”于相同地下水位的干燥区段，但使白刺的极限生长以及耐旱特性受到抑制。另外，由调查原数据中样方比例可以看出：干燥区段地下水位低于6 200~6 300 mm的小地貌占总地貌的68%~72%，湿润区段的比例近98%;干燥区段地下水位低于7 200~7 300 mm以下的小地貌占总地貌的90%~92%左右，湿润区段占99%左右。如此高的比例，正是整体上给人印象“湿润区的白刺生长要好于干燥区”（表 1）的主要原因。