生态水位

一、概念

生态水位是指能够保持典型植被良好发育生长的地下水水位埋深，本条专指我国西部荒漠化地区保持优势植被良好发育生长的第四系地下水水位埋深。随着西部地区工矿业（尤其是煤炭开采）的快速发展，造成了地下水位的持续下降和荒漠化加剧。因此，保护生态水位的稳定性，成为西部地区煤炭工业健康发展的重要基础，也是绿色矿区建设面临的重大课题。

二、地下水水位埋深与植被演替的关系

地下水水位埋深对植被长势有明显的影响，以陕北地区毛乌素沙漠地区为例，分别叙述各代表性植物与地下水水位埋深的关系。

（1）沙柳灌丛

随着地下水水位埋深的增加，沙柳的各生长指标逐渐降低，长势由好变差。沙柳的平均冠幅、平均冠高、平均新枝长度、植被总盖度、沙柳盖度分别与地下水水位埋深间呈显著负对数相关，沙柳盖度占植被总盖度百分比与地下水水位埋深间呈显著负线性相关（r(13,0.01)=0.641）。演变规律如下：

1）地下水水位埋深小于1.5m时，沙柳生长指标值为最大值，如平均冠幅达到3.5m，平均冠高为3.75m，平均新枝长度为0.75m，植被总盖度达到95%，在此埋深区间内沙柳生长旺盛。

2）埋深在1.5~3m之间的沙柳的生长指标次于0~1.5m之间，沙柳的平均冠高为2.75m，平均新枝长度为0.65~0.70m，沙柳盖度占植被总盖度百分比达到83.33%，其值较其他埋深区要高。在此埋深区内沙柳长势良好。

3）埋深在3~5m时，沙柳盖度占植被总盖度的百分比从85.71%降到71.43%。此时沙柳生长正常。

4）埋深小于8m和大于8m时有较大差异，主要反映在平均新枝长度从0.30m降到0.25m，沙柳盖度占植被总盖度的百分比从71.43%~80%降到60%。水位埋深在5~8m时沙柳生长较差，在大于8m时生长最差（图4-30）。

上述表明，沙柳的各生长指标随着地下水水位埋深的增加逐渐降低，其长势由好变差，在埋深小于1.5m时，沙柳长势旺盛；埋深大于8m时沙柳长势最差。

（2）沙蒿灌丛

随着地下水水位埋深增加，沙蒿的平均冠幅和平均冠高逐渐下降，沙蒿盖度和其占植被总盖度百分比逐渐增加，而沙柳盖度逐渐减小，反映出沙柳灌丛逐渐演变为沙蒿灌丛的趋势。沙蒿的平均冠幅、平均冠高分别与地下水水位埋深间呈显著负对数相关，沙蒿盖度及其占植被总盖度百分比分别与地下水水位埋深间呈显著二次多项式相关（r(15,0.01)=0.606）。其演变规律如下：

1）地下水水位埋深在0~1.5m时，沙蒿的平均冠幅达到1.75m，平均冠高为1.0m，植被总盖度达到95%，明显高于其他埋深条件，达到最大值，但沙蒿盖度和沙蒿盖度占植被总盖度的百分比则是最低的。在这个埋深区间内沙蒿虽然生长旺盛，但不是主要种属。

2）埋深在1.5~3m之间，其生长指标次于0~1.5m之间，但高于其他埋深区的值。沙蒿的平均冠幅为1.25~1.5m，平均冠高为0.90~0.95m，沙蒿盖度占植被总盖度百分比升高到16.67%， 沙蒿生长良好。

3）埋深在3~9m时，主要反映在沙蒿冠高从0.7~0.55m，沙蒿盖度从10%上升到30%，沙蒿盖度占植被总盖度的百分比从20%上升到30%。沙蒿生长正常。

4）埋深在9~15m时，主要反映在平均冠幅从1.0m降到0.55m，沙蒿盖度占植被总盖度的百分比从30%上升到50%。沙蒿生长较差。

5）埋深大于15m时，主要反映在平均冠高很低，为0.35m，植被总盖度有所升高，达到80%~90%，沙蒿盖度占植被总盖度的百分比也较高，达到62.5%~77.78%，沙蒿生长状况差。

上述表明，随着地下水水位埋深增加，沙蒿的生长指标总体下降，长势变差，与沙柳相比，沙蒿盖度逐渐增加，而沙柳盖度逐渐减小，反映出沙柳灌丛逐渐演变为沙蒿灌丛的趋势。

（3）小叶杨

小叶杨的平均树高与地下水水位埋深间呈显著的负线性相关；其平均胸径、树高年均生长量、胸径年均生长量分别与地下水水位埋深间呈显著的负对数相关（r(14,0.01)=0.623）。其演变规律如下：

1）地下水水位埋深在0~1.5m之间时，小叶杨的平均树高为12~15m，平均胸径为0.2~0.26m，树高年均生长量0.75~1.2m，胸径年均生长量为0.014~0.02m，明显高于其他埋深条件，达到最大值。在此埋深区间内小叶杨生长旺盛。

2）埋深在1.5~3m之间的小叶杨的生长指标仅次于0~1.5m之间，但高于其他埋深区的值。小叶杨的平均树高为12.25m，平均胸径为0.18~0.2m，树高年均生长量为0.5~1.0m，胸径年均生长量为0.01~0.012m，小叶杨生长良好。

3）埋深在3~5m时，小叶杨生长情况的差异主要反映在平均树高为9~11m，平均胸径为0.16~0.165m，胸径年均生长量为0.0075~0.012m。小叶杨生长正常，无枯梢现象。

4）埋深为5~8m时有较大差异，主要反映在平均树高从8.5降到7.5m，平均胸径从0.15m降到0.13m，胸径年均生长量为0.004~0.0064m。此时，小叶杨出现部分枯梢、秃头，或形成小老头树，长势较差。例如，当地下水水位埋深为5.04 m时，发生枯梢的小叶杨树占40%~60%。

5）埋深大于8m时有较大差异，主要反映在平均树高从7.2m降到小于 2.0m，平均胸径从0.13降到0.06m，胸径年平均生长量从0.0047m降到0.003m。小叶杨易形成独树，绝大部分枯死，郁闭度低，长势差。例如，当地下水水位埋深为9.84m时，70%的小叶杨树发生枯梢现象，郁闭度为0.5；当地下水水位埋深为11.36m时，树梢大部分枯死，85%的小叶杨树枯死，郁闭度小于0.3。

（4）旱柳

旱柳的平均树高与地下水水位埋深呈显著的负线性相关，其线性趋势线的斜率明显小于小叶杨，说明旱柳比小叶杨更耐旱，随着地下水水位埋深增加，小叶杨逐渐向旱柳演替；其平均胸径、树高年均生长量、胸径年均生长量分别与地下水水位埋深间呈显著负对数相关（r(6,0.01)=0.834）。其演变规律如下：

1）地下水水位埋深在小于3m时，旱柳的平均树高为12~15m，平均胸径为0.28~0.5m，树高年均生长量0.7~0.8m，胸径年均生长量为0.008~0.033m，明显高于其他埋深条件，达到最大值。在此埋深区间内旱柳生长旺盛。尤其是在大泉或泉集河附近，形成旱柳湾。

2） 埋深在3~7m时，旱柳的生长指标仅次于小于3m的埋深区间，旱柳的平均胸径为0.25~0.28m，树高年均生长量从0.75m降到0.333m。旱柳生长良好。

3）埋深在7~12m时，旱柳生长情况的差异主要反映在平均树高从11m降到9m，平均胸径从0.25m降到0.23m，胸径年均生长量从0.0083降到0.0077m。旱柳生长正常，无枯梢现象。

4）埋深为12~19m时，主要反映在平均树高从9m降到8m，平均胸径从0.23m降到0.22m，胸径年均生长量为0.0077降到0.006m。旱柳出现部分枯梢、秃头，或形成小老头树，长势较差。

5）埋深在大于12m时，主要反映在平均树高降为5~7m，平均胸径降为0.18~0.2m，胸径年平均生长量降为0.004~0.0057m。旱柳易形成独树，绝大部分枯死，郁闭度低，长势差。例如，当地下水水位埋深为24.8m时，每株旱柳75%的树枝干枯死亡，90%的旱柳枯梢。

综合上述分析，结合野外调查可知，随着地下水水位埋深增加，植被从沙柳灌丛—沙蒿灌丛演替；从小叶杨向旱柳演替。区内各典型植物长势与地下水水位埋深的关系如表1所示。从表1可以看出，当地下水水位埋深较小时，所有典型植被的长势都较好，而随着地下水水位埋深增加，植被的长势变差或根本无法生存；沙柳灌丛与小叶杨是相对比较喜水的植物，适宜的地下水水位埋深区间较窄，而沙蒿灌丛与旱柳耐旱能力强，适宜的地下水水位埋深区间较宽。秃尾河流域是陕北风沙滩地区的重要组成部分之一，地跨湖群高平原区、沙漠区和盖沙丘陵区，因而秃尾河流域的典型植物可以代表风沙滩地区的典型植被，同理，其长势与地下水水位埋深的关系也具有代表性。

表1 陕北风沙滩地区4种主要植物长势与地下水水位埋深的关系

植物
种属　地下水水位埋深与长势

沙柳　<1.5m，
生长旺盛　1.5~3m，
生长良好　3~5m，
生长正常　5~8m，
生长较差　>8m，生长差

沙蒿　<1.5m，
生长旺盛　1.5~3m，
生长良好　3~9m，
生长正常　9~15m，
生长较差　>15m，生长差

小叶杨　<1.5m，
生长旺盛　1.5~3m，
生长良好　3~5m，
生长正常，无枯梢现象　5~8m，生长较差，部分枯梢、秃头，或形成小老头树　>8m，生长差，易形成独树，绝大部分枯死，郁闭度低

旱柳　<3m，
生长旺盛　3~7m，
生长良好　7~12m，
生长正常，无枯梢现象　12~19m，生长较差，部分枯梢、秃头，或形成小老头树　>19m，生长差，易形成独树，绝大部分枯死，郁闭度低

三、重要文献

杨泽元. 地下水引起的表生生态效应及其评价研究[D].长安大学博士学位论文，2004；

王双明，范立民，黄庆享，等.生态脆弱地区的煤炭工业区域性规划[J]，中国煤炭，2009，35（11）：22-24.

王双明，范立民，黄庆享，申涛.基于生态水位保护的陕北煤炭开采条件分区[J] .矿业安全与环保，2010，37（3）：81-83.

王双明，黄庆享，范立民，王文科.生态脆弱区煤炭开发与生态水位保护[M]，科学出版社，2010.

王双明，范立民，黄庆享，杨泽元.生态水位保护——西部地区科学采煤新思路[A]//安全高效煤矿建设与开采技术研究[C]，煤炭工业出版社，2010：223-233.

（陕西省地质调查院 范立民 提供）