走進(jìn)沙漠沖洪溝

雷茵茹 朱金雷 李永華

沙漠沖洪溝（以下簡稱“沖洪溝”）是以季節(jié)性洪水為主要驅(qū)動力沖刷、侵蝕形成的流水通道，是水系的重要組成部分和地表物質(zhì)循環(huán)的重要通道。為了探索“沖洪溝如何塑造荒漠植物多樣性”這一個科學(xué)問題，筆者跟隨中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所的調(diào)查團(tuán)隊(duì)，從冰雪覆蓋的阿爾金山（位于甘肅、新疆交界處）出發(fā)，沿著季節(jié)性洪水形成的沖洪溝，一直深入植被稀疏的庫姆塔格沙漠（位于新疆東南）腹地。

在這次科考中，我們沿海拔梯度自上而下，每隔200米做一次植被調(diào)查，統(tǒng)計了沖洪溝內(nèi)外不同樣方（群落調(diào)查和采樣設(shè)置的方形小塊地）的植物種類、數(shù)量、高度、冠幅、蓋度、分布情況和地上生物量等信息。

大量研究表明，海拔所包含的溫度、水分、光照等多種生態(tài)因子是影響物種多樣性及其分布格局的決定性因素之一。這段直線距離不足100千米的科考之旅，卻跨越了近3000米的海拔高度，因此地貌和植被顯示出了顯著的差異。

?沖洪溝的形成過程示意圖。季節(jié)性洪水流量變化懸殊，暴漲暴落，以巨大的機(jī)械力強(qiáng)烈沖刷溝底及溝壁，使溝底越來越深，溝谷越來越寬（繪圖/陳禾）

高山間的溝谷

阿爾金山是構(gòu)成中國青藏高原北邊屏障的山脈之一。受海陸位置和周邊高大山系的影響，它成為亞洲中部最干旱的區(qū)域。但是阿爾金山的高山冰雪融水非常豐富，每年夏季冰川消融補(bǔ)給河流，給山區(qū)帶來了季節(jié)性洪水，保障了山地植被的生存。同時，在水力的沖蝕作用下，沿南北走向形成了多條沖洪溝。

不同于吉林長白山郁郁蔥蔥的森林，也不同于陜西秦嶺怪石嶙峋的險坡，阿爾金山的山體腐殖質(zhì)層較薄，表層即為母質(zhì)層，植被分布也較為稀疏。

但是相同海拔條件下的沖洪溝溝谷里，植物物種多樣性顯著增加——甘青鐵線蓮、二裂委陵菜、叉枝假還陽等美麗的開花植物，為干涸的河道增添了別樣色彩。

平坦的山前洪積扇

阿爾金山山前洪積扇為山地荒漠帶，海拔1200～2000米。雖然土壤礫（lì）石較多，但季節(jié)性的洪水為這里創(chuàng)造了良好的草原土壤。

該區(qū)域戈壁灘上，沿著海拔梯度依次分布著膜果麻黃、灌木亞菊、紅砂、合頭草、霸王、中亞紫菀（wǎn）木等灌木或半灌木荒漠植物；而沖洪溝溝谷則間斷分布著裸果木、沙拐棗、黃花補(bǔ)血草、蒙古蕕等旱生植物。

?沖洪溝內(nèi)（右）

外（左）植物分布情況（供圖/雷茵茹）

“社牛”紅砂 “朋友”滿天下

紅砂屬于小灌木，生長在荒漠地區(qū)的山前沖積、洪積平原上和戈壁侵蝕面上。我們發(fā)現(xiàn)紅砂和合頭草等多種植物相互依存的現(xiàn)象。

在干旱生態(tài)系統(tǒng)中，植物群落的空間格局受到水和其他資源限制，表現(xiàn)出種內(nèi)競爭和種間競爭關(guān)系——紅砂和合頭草可能在“搶占地盤”。但是，也有些干旱區(qū)植物群落在水分利用方面存在生態(tài)位分化——深根系和淺根系植物可利用不同深度的地下水。在這種情況下，紅砂和合頭草可能互不打擾、相安無事。

還有研究表明，紅砂灌叢的存在，提高了灌叢林冠下土壤的酸堿度、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量以及土壤電導(dǎo)率，也激活了冠層下土壤酶活性，因此紅砂可能對合頭草等植物有保育作用。但是紅砂到底有什么“交友秘訣”，其“社牛體質(zhì)”的真相究竟是什么，還需要進(jìn)一步研究。

沙丘下的河道

隨著海拔的降低，沖洪溝逐漸深入位于“山盆系統(tǒng)”下游的沙漠中。在這里，沖洪溝兩岸分布著無數(shù)高大沙丘，流沙在風(fēng)的作用下從兩岸流入沖洪溝，有時甚至能形成阻斷沖洪溝的沙梁。

沖洪溝作為重要的沙物質(zhì)輸運(yùn)通道，洪水沿途攜帶大量泥沙，在沖洪溝下游平緩處逐漸沉積，隨著河水的干涸，形成堅(jiān)硬的土壤物理結(jié)皮現(xiàn)象。

?洪流攜帶碎屑物質(zhì)，在山溝出口處或山前傾斜平原堆積形成洪積物，地貌上成為洪積扇（繪圖/陳禾）

一方面，土壤結(jié)皮可減少洪水下滲，有助于洪水將沖洪溝內(nèi)堆積的流沙沖出去。另一方面，土壤結(jié)皮能有效阻止深層地下水蒸發(fā)，有利于檉（chēng）柳、沙拐棗等深根系植物在沖洪溝內(nèi)生存。此外，土壤結(jié)皮的厚度也反映了靜水期的長短。這與氣候變化、冰川消融相關(guān)，可以幫助人們了解沖洪溝上游來水量的變化規(guī)律。

?紅砂與合頭草共生區(qū)域（供圖/雷茵茹）

沖洪溝變綠了

在甘肅敦煌陽關(guān)國家級自然保護(hù)區(qū)附近，沖洪溝內(nèi)外的景觀有了更明顯的差異。在洪積扇邊緣常常有泉水出露，形成一條泉水溢出帶。在水源的滋養(yǎng)下，河道中密密地生長著高大的蘆葦，并伴生有節(jié)節(jié)草、鵝絨藤等濕生、水生植物，植被蓋度高達(dá)100%，形成了邊界清晰的植物溝。

?邊界清晰的植物溝（供圖/雷茵茹）

沖洪溝交織形成龐大的“血脈”網(wǎng)絡(luò)，將山地、荒漠與綠洲緊密聯(lián)系在一起。但是，神奇的沖洪溝還有許多未解之謎：它是如何形成演化的？洪水是如何搬運(yùn)沖洪溝內(nèi)地表沉積物的？沖洪溝生態(tài)系統(tǒng)有哪些特殊功能？如何加強(qiáng)對沙漠沖洪溝的保護(hù)？這些都是未來需要我們繼續(xù)深入研究的問題。

知識鏈接?

“眾里尋他千百度”的裸果木

在植被調(diào)查過程中，我們一直期望能看到國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物裸果木。作為古地中海植物孑遺植物，裸果木是石質(zhì)荒漠地區(qū)良好的固沙植物，也可用作駱駝的飼料。最終不負(fù)所望，我們在一條沖洪溝內(nèi)兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了多株裸果木的身影，這也印證了水分是限制裸果木種群分布和數(shù)量的主要因素這一假設(shè)。

知識拓展 “寸草防丈沙”

檉柳、泡泡刺（一種灌木）等固沙植物能“以寸之身，防丈之沙”。

檉柳屬的植物大多生長在荒漠地帶的鹽漬化土壤中，是防風(fēng)固沙的先鋒物種。我們觀察到，在堅(jiān)硬的沖洪溝河床上，檉柳“破殼而出”，從幼苗開始便與身邊的流沙頑強(qiáng)搏斗，小小的身軀拖著長長的沙尾。

在沖洪溝外面，泡泡刺沙包星羅棋布。泡泡刺根系發(fā)達(dá)，能減小風(fēng)速、滯留風(fēng)沙，并形成灌叢沙堆，即泡泡刺沙包。泡泡刺沙包可以提高對降水的利用率。

?檉柳幼苗形成的沙尾

?泡泡刺形成的灌叢沙堆（供圖/雷茵茹）