三江源冻土型地下水库对典型高寒植物群落补水机理

郭凤清，曾辉，丛沛桐

(1.山西农业大学 城乡建设学院，山西 太谷 030801； 2.北京大学 深圳研究生院，广东 深圳 518055；

3.华南农业大学 水利与土木工程学院，广东 广州 510642)



三江源冻土型地下水库对典型高寒植物群落补水机理

郭凤清1，曾辉2，丛沛桐3

(1.山西农业大学 城乡建设学院，山西 太谷 030801； 2.北京大学 深圳研究生院，广东 深圳 518055；

3.华南农业大学 水利与土木工程学院，广东 广州 510642)

摘要：本文以三江源冻土型地下水库与植物群落依存关系为基础对冻土型地下水库对植物群落补水机理研究进行阐述：(1)三江源区典型植被对于维护区域的生态特征具有独特的生态价值，特殊的自然条件和环境决定了植被的分布特点。(2)三江源区冻土活动层具备规模地下水形成条件，提出冻土型地下水库模式。(3)三江源区冻土层与植被具有十分相关的耦合关系。(4)冻土活动层分布规律、冻土层中土壤含水率特点、冻土区径流水文过程为解释三江源区冻土型地下水库对典型高寒植被群落的补水机理提供基础的理论依据。(5)无损、准确、高效、便携的地质雷达是冻土勘察中较好的探测技术。针对三江源区冻土活动层对植被的补水机理研究现状，指出今后从地下水库视角分析冻土层的重点研究问题，包括冻土型地下水库补给植物群落的机理、冻土型地下水库的成库条件、冻土型地下水库排泄特征对三江源高寒植物群落稳定补水机制、冻土型地下水库对高寒植被的生态效应、地质雷达在冻土监测方面的应用等。基于这些研究问题，最后以三江源区典型高寒植物群落生长所需要的稳定补给水源为研究对象，提出冻土型地下水库稳定的补水机理与机制研究的思路，可为三江源区改善生态环境起到指导作用。

关键词：三江源；冻土型地下水库；高寒植物群落

三江源区具有不可替代的生态基质地位，首先，由于其独有的自然气候地貌特征和所处地理位置决定了它具有生物多样性的原生态特征，有“高原基因库和高寒生物自然种质资源库”之称[1]；其次，三江源区是高海拔高寒地区中碳汇功能最强大区，据实测，该区仅草地生态系统每年固碳能力可达到300多万吨[2]。不容乐观的是，三江源区生态系统极端脆弱。目前三江源核心区草场退化与沙化形势严峻，“黑土滩”面积不断扩大，植被演替呈高寒草甸—退化高寒草甸—荒漠化的逆向演替趋势。研究三江源区冻土型地下水库对典型高寒植物群落的补水机理，对于缓解三江源区严峻的生态环境形势尤显重要。本文通过综述近期三江源区冻土型地下水库对典型高寒植物群落的补水机理研究进展，有助于进一步认识三江源区高寒植物群落及其特征与冻土型地下水库的依存关系，并结合改善三江源区生态环境的方案，指出今后从地下水库视角分析冻土活动层的重点研究问题，采用冻土型地下水库分析技术来进行灌丛植被保育，为实现三江源区生态恢复，尤其是黑土滩的改善提供新的研究思路与理论支持。

1三江源典型高寒植被的生态价值及生存状态

三江源区的生态环境问题是整个青藏高原乃至全国生态的晴雨表，探究该地区典型植被的生态价值及生存状态是研究三江源地区植被保育的前提和基础。

1.1三江源典型高寒植被的生态价值

植被是三江源地区生态系统中关键性控制节点。三江源地区的高原植被在各方面有着不可替代的作用和巨大的生态效应，在生态安全体系中举足轻重[3]。

高寒草甸是三江源区的主要植被，约占青藏高原草地面积的48%。三江源区森林覆盖率为2.5%，其中灌丛和乔木林仅占2.24%和0.26% ，凸显了绿色的“薄”和稀有[4,5]。高原灌丛草甸植被群落由40余种植物共同组成高寒植物区系。该地区植被主要特点是：种类较少、特有种属少，存量科属以温带科属为主；植被呈地带性分布，从海拔2 500 m到4 000 m的区间内，典型地带性植被分布类型为小孽、白桦、川滇柳、杜鹃、山生柳、金露梅等群落，3 550 m以上乔木群落逐渐消失，代之以山生柳和金露梅为代表的顶级灌木群落[6]。

金露梅(Potentillafruticosa)是三江源地区高寒落叶灌丛的典型代表，它的生存环境与冻土和地下水源密切相关，主要生长于较高海拔的山地阴坡、半阳坡、潮湿滩地以及高海拔的山地阳坡，而这些地下水分优越的地域也是青藏高原主要的夏秋牧场。金露梅植株呈发散状丛生，株高可达1 m以上，其植株根系适应寒旱环境而异常发达，许多金露梅根系要比地表丛冠冠幅大许多，这显示了其极强的生命力，庞大的根系深植于贫瘠的土壤中，不仅能提供恶劣条件下植物生存所需的水分，还有防风固壤、涵养墒情的功用，在生态系统中发挥着独特的作用[7]。另一种高寒灌丛——山生柳(Salixoritrepha)是我国特有植种，分布在青藏高原东北部边缘的山地上部。以山生柳为优势种的高寒柳灌丛分布区，由于其水源较丰富，是藏系牧畜重要的夏季放牧地。

灌丛不仅具有以灌护草、以灌育草的作用，灌丛植被根系还表现出多种的生态哺育性，地下生物量占有相当大的比例，这是草本植被不可比拟的。由于地下活动冻土和多年冻土层提供水分和限制发展空间的矛盾特点，三江源区几种灌木丛根系分布表现为水平侧根较主根发达，有些主根达到一定深度转化为水平走向或出现主根“侧根化”现象；这种现象的逆进程对地下冻土特别是常年冻土的保护作用是巨大的。显然，三江源地区灌丛的这种特殊根系和冻土层及地下水是相互依存、密不可分的；破坏任何一方，都会带来生态的恶化和环境变化的恶性循环。

1.2三江源典型高寒植被的生存状态

富有地域特色的地带性植被分布特点是青藏高原独特的地理环境和气候孕育的，“青海的树木长在阴坡上”是青海当地农牧民总结出的牧业规律，这些都从侧面说明青藏高原植被生长和水源关系是非常密切的，尤其是乔木和灌丛群落需水量大，要依水而生，水源是乔木和灌丛群落维持和稳定的关键，而三江源的植物生长水源有50%以上是地下冻土层提供的[8]。

三江源区灌木群落与地域性水热条件关系密切已经被研究者证实[9]，在土壤层厚、保水条件好的地方才有灌木群落生长。调查发现高寒灌丛在阴坡平缓带地表积水区适宜生长，这与地下冻土富集区的分布是一致的。但受放牧等人类活动影响，原来三江源区大片的灌木丛基本消失，逐渐退缩到河流沿岸的条带型地带，灌丛逐渐演变为濒危物种，分布面积大幅缩减[10]。

2三江源冻土型地下水库模式

三江源地区“冻土型地下水库”的动态平衡，体现为春夏季消融的冻土层腾出储水空间来接收降雨和融雪水的补给[11]。地下水库最基本的两个成库条件是具有储水空间和足量的水源[12]。因此可认为，冻土层可按地下水库的方式进行调蓄水，具备一定的“水库”特征。石蒙沂最早在青海大通县宝库林区经过5个月的连续定位测定，对该区的冻土与水源涵养关系进行了研究，最终得出，冻土带可被视为一个容量可观、无需投资的天然调节的特殊地下水库[13]。

冻土融化活动层直接产生土壤水，水量丰富时，以地下径流的方式向下游流动，在适宜的水文地质条件下，冻土层融水进入地下储水空间，通过地下水库发挥补给、径流、排泄等功能，地下储水空间通过冻土层消融、融雪、降水的水源调控地下水的动态与均衡。在冲积、冲洪积、坡积等外动力地质作用下，地下水库的前缘多由细小颗粒的粘土层构成，这些粘土层可以有效抑制地下水的径流，抬升地下水位，或导致地下水溢出地表，从而在溢出带形成一个适合高寒植物群落生长的稳定补水区域(图1)。

图1　三江源区冻土型地下水库形成概念模式Fig.1　Conceptual model of a frozen-soil underground reservoir in Three-River source area

三江源区地表降水就地补给土壤水，这与该区域地形多为闭流域有关。但由于地形、地势相对高差大，地表径流迅速，因此，土壤水多为暂时性补水，对植物生长限制较小。所以，三江源区广泛分布的冻土层冻融后是否会形成地下水库对植物群落生长补水更具有现实意义。在闭合的小流域内冻土层前端如果分布有阻水的粘土层或相对阻水的地质沉积体，两侧为分水岭，底部为冻土隔水层，自然就形成一个相对封闭的地下水富集区或储水区，这就提供了地下水库的成库空间(图2)；或者是相对隔绝的冻土层消融后，形成一个自闭的含水体，以近似地下水库的方式接受降雨和融雪及冻土融水补给，水量汇集后，再以地下水库的方式调蓄水资源。

图2　典型闭流域冻土型地下水库与植物群落耦合模式Fig.2　Coupling mode of a frozen soil underground reservoir and alpine plant communities in typical closed basin

3三江源植被与水源依存模式

在全球气候变暖的趋势下，极端气候频发，水热分布不均化加剧，水旱灾害突出，三江源地区成片沼泽湿地消失，低洼湿地草甸植被向中生旱生荒原植被演变，泥炭地干燥并裸露，林草植被遭到严重破坏，多年冻土层缩减加剧。由于生态环境问题的紧迫，三江源区作为较早的国家级自然保护区，无论从地方还是国家，实施了诸多保护环境和恢复生态的政策措施。如，退耕还林、退牧还林、生态工程等，但效果还是不尽如人意。欲根本上解决三江源生态环境问题，继续依靠科技手段和加大经济投入是一方面，更重要的应以新的思路解决生态问题，最首要的是整体围绕水圈和生物圈相互作用的关系，解决水源和典型植物群落问题。

石蒙沂曾在青海大通县宝库林区调查了该区冻土与植被关系，调查发现，三江源地区灌木林地、苔藓和冻土三者之间存在着相互依存的关系，三者中任何一个的衰败，都会危及到另两个；可通过控制灌木林的利用强度保护冻土区，提出典型高寒植被是多年冻土带得以保护的屏障的论断；冻土层作为一个地下独特富水混合体具有强大的土壤水分贮存潜力，冻土带可被视为一个天然调节型水库，冻土把天然降水以固体形式贮存地下，而在春夏季通过消融，提供地表植被生长所需的水分，或流出地下补给山泉而长流不竭。调查还发现，受厄尔尼诺现象的影响，出现了一定面积多年冻土退缩现象，其直接表现为有些区域典型植被稀疏化直至逐渐死亡，甚至出现基岩母质层裸露等生态环境问题[13]。由此可见，三江源区生态问题的核心是水和植被的耦合作用。有了水源，植被才能得以生长繁衍，有了植被层，水才有汇流、储存、运移、补给的基础，才有形成有效生态屏障的前提。冻土型地下水库与高寒植物群落耦合关系见图3。

图3　冻土型地下水库与高寒植物群落耦合模式Fig.3　Coupling mode of frozen soil underground reservoirs and alpine plant communities

李英年等和Walker等发现植被生长受季节冻土影响十分明显，主要影响面为高寒植物需水量依靠季节冻土提供，有机质蓄存依靠季节冻土；季节冻土的分布与常年冻土分布高度吻合[14,15]。吴青柏等和王根绪等发现，冻土的物理化学变化与植被生长之间存在密不可分的关系，冻土理化状态一旦被破坏，将引起生态连锁反映[9,16]。袁九毅等在研究青藏高原东南缘冻土时发现，在多年冻土缩进过程中，高山草甸表现出急剧的响应，多年冻土带退化成季节冻土带，0～2 m土壤含水量减少，湿生植物迅速灭失，旱生植物侵入加快[17]。曹文炳等和张森琦等在研究三江源区地貌冻土变化时发现，随着多年冻土退缩，冻土层上限加快下移，导致地面潜水水位下降，说明冻土变化会引起生态环境连锁问题[18,19]。

由于植被生长和水源之间的关系，寻找和查证稳定的补给水源是三江源地区植物群落维持、稳定、保育及恢复建植的先决条件。

4冻土活动层水文特点

青藏高原生态系统是极其脆弱的，其中冻土的变化会对生态系统产生何种影响？尤其是80%以上的多年冻土分布区处于国家三江源自然保护核心区，导致这个问题在近年愈来愈广为国内国际关注。从冻土型地下水库与高寒植物群落的耦合关系可看出，研究三江源区冻土活动层的分布规律、冻土层中土壤含水率特点、冻土区径流水文过程等有关冻土层的水文特点，对于修复和改善青藏高原生态环境的关键因子意义重大。

地表水、地下水等水体和水分之间的水力联系能被特殊的外力形式改变，这是冻土层作为一种区域性隔水层或弱透水层的显著作用，它在三江源区冻土型地下水库的形成和运移过程中起决定作用[11]。

在一系列科学考察和诸如青藏铁路工程建设中发现，在大范围分布的冻土层区域，冻土融化后其融水量和冻融后的储水空间是十分可观的[11]。庞强强等对青藏高原冻土的冻融过程和水热特征研究结果表明，冻结融化过程受气候因素、地形地貌、岩性、地表植被特征及水文状况等影响，在这些因素的综合作用下，冻融过程和水热特征表现出了极大的时空分布差异；即使在同一地区，地表植被状况不同，地貌类型不同，活动层中水热分布状况也不同。通常当土壤水分含量为18.9%时，季节冻结或季节融化深度为1～2 m[20]。

青藏高原冻土层中土壤含水率特点的研究开展始于青藏铁路建设工程。通过对冻土层中土壤含水率特点的研究发现，多年冻土埋深与浅层土壤平均含水率之间具有两段不同的相关性：冻土埋深<2 m时，浅层土壤平均含水率与多年冻土埋深呈良好的正相关性，说明多年冻土的发育与保持会维持土壤良好的含水墒情；而当多年冻土埋深>2 m时，浅层土壤平均含水率很小，一般<20%，说明多年冻土的退缩会使土壤含水量减少[16,21]。土壤含水量是植被生长的必备条件，所以多年冻土埋深与植被覆盖率也有着较好的相关性规律，冻土埋深在2 m内，多年冻土埋深决定了浅层土壤持水量，成为影响植被生长的控制因素；而冻土埋深大于2 m以上时，植被覆盖率会很小，因为这时浅层土壤处于干旱状态，只有少数根系发达的耐旱植被才能获取一定深部水源而存活下来[22,23]。

研究发现，能推动地下水动态、土壤储水能力以及地表入渗等诸多水循环环节变化的是冻土活动层的异动，流域水文过程会随这样的变化产生改变。在高寒地区，影响土壤水分变化的主要因素之一是大气降水(包括降雨、降雪)。融雪水对潜水的补给具有重要的作用，可以到达部分解冻土壤，融雪是青藏高原流域补给的重要水资源[24,25,11]。土壤冰的融化、地表水入渗等因素促使多年冻土饱和带产生，多年冻土中大冰量冻土堵塞了水的通道，间接的控制了水位[26]。显然，0～2 m深度的土壤含水量受消融冻结环节和降雨的补给控制；水分的季节变化、水存储量和蒸发受融化冻结过程影响。所以夏季风期，青藏高原东部多年冻土区地表水文过程的主要环节就是水分在土壤和植被中的移动[27,28]。可见，土壤冻结水和融雪是多年冻土区水量的重要补给源。

高产流比率和高直接径流比率是冻土区径流的主要特征[22,23]，温度变化对冰川径流和冻土区径流的扰动十分明显。近年来，多年冻土融化深度扩大，河流直接径流率和退水系数均明显减小，这与气温升高有关[23,29]；在水文效应方面，多年冻土区比季节冻土区更为显著和快速[30,31]，与非冻土区显著不同。多年冻土退化后，冻土层上限成为水分活动区，土壤中冰的出现势必阻隔土壤水文和热运动，土壤冰的理化作用扰乱了冻土区径流的模拟结果[32]。

Quinton W L等模拟研究了加拿大西北部苔原地区的山坡水文过程，结果得出一个能描述流域产流的物理模型，这是对冻土区径流产生的物理机制的开创性研究；对于冻土区径流产生的原因[33]，Carey等和Yusuke基于气象和水文资料，考察和研究了东西伯利亚南部山区多年冻土流域的径流特征，发现多年冻土的坡度和有机质是控制径流产生的主要原因[22,29]。吴晓玲等描述季节性冻土分布区内冻融变化过程中土壤内部热量交换和水分迁移等物理过程，揭示三江源区水文活动规律，总结建立了三江源冻土区土壤水热耦合模型，并用测站的土壤水热观测资料验证模型方法的有效性，结果显示，活动层内的土壤水热特征，包括土壤融化深度、表层土壤温度及表层土壤含水量等变化过程符合当地的水热运动规律，为该地区的生态环境建设提供了有力的支持[34]。

上述研究者的努力，明晰了冻土活动层的水文特点，对于分析冻土型地下水库调蓄特征及出流量计算具有重要的理论意义。

5地质雷达技术在冻土活动层调查中的应用

在三江源地区野外环境较恶劣条件下，进行科学研究过程中同时应兼顾三江源的生态环境少遭受甚至不遭受破坏。因此，为避免对脆弱的生态系统造成破坏，对该地区冻土活动层开展调查，利用地质雷达技术是较好的选择。地质雷达因其具有对探测对象无损伤、工作波段稳定、图像结果解译简便、快速、诊断高效等特点，已被大量工程场地勘察采用。利用地质雷达技术对三江源地区冻土活动层开展调查，是基于这样的原理：冻土层界面处介电常数存在可测位差，在冻土层上限融冻结合部位会形成较强反射波，在雷达剖面图像上表现为一个强烈的反射界面，据此界面可辨识出测试区内冻土层的上限。运用这一原理，可查明冻土活动层的分布范围、上限及厚度，季节性冻土融化层的层厚及分布。许新刚等已通过实例在青藏高原昆仑山口高原冻土区研究了地质雷达技术在青藏高原冻土中的应用，通过对研究区采集的地质雷达冻土数据分析，和实地探测比对，证实了采用地质雷达勘察多年冻土分布区域、多年冻土上限、地下冰等是可行的；在科学研究中，采用地质雷达勘察手段可以实现快速高效地了解冻土结构[35]，可指导钻探布孔和为工程建设设计提供基础资料；得出结论，地质雷达物探方法由于具有便携、高效的特点，非常适合高海拔缺氧环境下地质调查。赵伟等利用地质雷达技术，通过点、线勘探的结合，连续对阿合奇乌宗图什河边境公路冻土段路线坡面进行勘察，查明了路线冻土的分布范围、上限及厚度，并结合图像实例对冻土区地质雷达图像的解译方法做了说明，其结果同样表明，地质雷达对冻结层与非冻结层界面的反映效果良好[36]。在地质雷达探测获取的图像数据解译方法上，李大心和许新刚等的研究结合应用实例做了较详细的图像数据解译方法和理论的指导[37,35]。

随着国际上地质雷达勘察技术的不断改进，运用地质雷达技术的探测深度和探测精度愈来愈大。例如，加拿大产的高质量脉冲EKKO pro地质雷达，其频带范围达5～2 000 MHZ，测试深度地下0.5～50 m，工作温度范围广，完全可以高精度的满足在青藏高原上的冻土测试。

6展望

众多研究表明，三江源植被与冰川冻土融水有非常密切的关系，冰川冻土在春夏季消融储存在弱透水层。弱透水层在闭流域区间储存融化的冰川冻土融水，在具备了储存空间和足够的水量后形成了冻土型地下水库。三江源区为地表植被补给水分的冻土活动层分布具有一定规律性。同时，冻土中土壤含水率与植被具有相关性。冻土活动层能补给地表植被水分的同时，冻土区也存在着一定的径流水文过程。目前，针对三江源区冻土层的研究依然停留在冻土层调查和影响因素等描述性的研究层面上。总结前期研究进展，展望今后一段时间内研究工作，需要给予更多关注的具体问题如下：

(1)冻土型地下水库补给植物群落的机理

对于冻土与高寒植物群落水源补给的研究受限于相对分散的学科领域，冻土分布、消融属冰川冻土学，消融后的水流运动属于水文学，植被的水分利用属于植物学或群落生态学，各自领域都有涉及，需要开展冻土型地下水库补给机理的基础研究，为探讨三江源区高寒植物群落维持、稳定和保育的研究奠定基础。

(2)冻土型地下水库的成库条件

现有的研究除了对冻土层冻融后土壤湿度的工作开展较多外，从地下水库角度对冻土型地下水库的成库条件的研究少之又少，非常需要进一步的在该方面开展研究。

(3)冻土型地下水库排泄特征对三江源高寒植物群落稳定补水机制

目前研究对冻土层与植被群落相互关联的关键点、补给过程机理仍然不清楚，难以对地下水库效应进行针对性的监测，以及有的放矢的采取措施维持、稳定和保育高寒植物群落。开展冻土型地下水库排泄特征及对三江源高寒植物群落稳定补水机制的研究，尝试将地下的监测数据转换为地上的生态环境范式，极具科学意义。

(4)冻土型地下水库对高寒植被的生态效应

单纯的冻土层监测数据不具有直观性、宏观性和直接参考性，因此开展冻土型地下水库对高寒植被生态效应评价，解明冻土型地下水库对高寒植物群落稳定补水机制，对于控制三江源区典型高寒植物群落的退化及消失，为开展三江源区典型高寒植物群落的保育和修复技术的研发极具理论指导意义和现实意义。

(5)地质雷达在冻土监测方面的应用

地质雷达在冻土监测方面的应用相对很少，有待于通过更多的实例研究来加以验证和推广。由于野外工作的时限性，特别是青藏高原野外环境更为恶劣，如何既能有效获取准确的冻土型地下水库的特征数据，又能节省人力和物力，是每一位野外工作者必然考虑的问题，而且进行科学研究过程中同时要兼顾三江源区的生态环境少遭受甚至不遭受破坏。因此，运用便携、无损、精确、高效的地质雷达探测技术是一个可行的选择，应用地质雷达技术探明地下非水介质的空间位置也可避免挖掘和钻探的高成本和破坏环境行为。

基于上述方面的研究问题，开展以三江源区典型高寒植物群落生长所需要的稳定补给水源为研究对象，根据冻土型地下水库形成机理，优选地下水库建库条件，划定具备地下水库调节和调蓄功能的区域，即地下水库前缘的溢出带，在这些地区选择试验点调查典型植物群落生态学特性；根据年际内和年际间冻土型地下水库的调节效应，分析水库库容、补水量和补水时程，结合各典型植物需水量，开展冻土型地下水库补给量与植物群落生长的依存特征研究。通过在三江源典型闭合小流域试验区开展上述研究，阐明冻土型地下水库稳定的补水机理与机制，有望为建立一套成熟的冻土型地下水库溢出带(前缘)植物群落保育模式和三江源黑土滩的修复及生态环境的可持续发展提供科学依据。按“冻土层消融转换为地下水→地下水在适宜条件下形成地下水库→地下水库排泄区为植物群落稳定补水”的具体思路展开研究，研究设想的基本流程见图4。

图4　研究设想基本流程图Fig.4　Basic chart of research ideas

参考文献

[1]马洪波,吴天荣. 建立三江源生态补偿机制试验区的思考[J]. 开发研究,2008,5(5):64-67.

[2]Piao S L, Fang J Y, He J S. Variations in vegetation net primary production in the Qinghai-Xizang plateau, China, from 1982 to 1999 [J]. Climate Change,2006,74(3):253-267.

[3]徐翠,张林波,杜加强,等. 三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响[J]. 生态学报,2013, 33(8):2388-2399.

[4]张镱锂,丁明军,张玮,等.三江源地区植被指数下降趋势的空间特征及其地理背景[J].地理研究, 2007,26(3):500-509.

[5]赵新全. 高寒草甸生态系统与全球变化[M]. 北京:科学出版社,2009:69-76.

[6]李英年,赵新全,王勤学,等. 青海海北高寒草甸五种植被生物量及环境条件比较[J]. 山地学报, 2003,21(3):257-264.

[7]周华坤,周立,赵新全,等. 金露梅灌丛地下生物量形成规律的研究[J]. 草地学报,2002,11(2):59-65.

[8]张远东,刘世荣,马姜明. 川西高山和亚高山灌丛的地被物及土壤持水性能[J]. 生态学报,2006,26(9): 2775-2782.

[9]吴青柏,沈永平,施斌. 青藏高原冻土及水热过程与寒区生态环境的关系[J]. 冰川冻土,2003,25(3): 250-255.

[10]李林,王振宇,徐维新,等. 青藏高原典型高寒草甸植被生长发育对气候和冻土环境变化的响应[J]. 冰川冻土,2011,33(5):1006-1013.

[11]程国栋,金会军. 青藏高原多年冻土区地下水及其变化[J]. 水文地质工程地质,2013,40(1):1-11.

[12]杜汉学,常国纯,张乔生,等. 利用地下水库蓄水的初步认识[J]. 水科学进展,2002,13(5):618-622.

[13]石蒙沂. 宝库林区冻土与水源涵养关系初探[J]. 干旱区研究,1998,15(4):37-40.

[14]李英年,关定国,赵亮,等. 海北高寒草甸的季节冻土及在植被生产力形成过程中的作用[J]. 冰川冻土,2005,27(3):311-318.

[15]Walker D A, Jia G J, Epstein H E, et al. Vegetation-soil-thaw-depth relationships along a low-arctic bioclimate gradient, Alaska: synthesis of information from the ATLAS studies[J]. Permafrost and Periglacial Processes,2003,14(2):103-123.

[16]王根绪,李元首,吴青柏,等. 青藏高原冻土区冻土与植被的关系及其对高寒生态系统的影响[J]. 中国科学(D)地球科学,2006,36(8):743-754.

[17]袁九毅,闫水玉,赵秀锋,等. 唐古拉山南麓多年冻土退化与嵩草草甸变化的关系[J]. 冰川冻土, 1997,19(1):47-51.

[18]曹文炳,万力,周训,等. 黄河源区冻结层上水地质环境影响研究[J]. 水文地质工程地质,2003,16(6): 6-11.

[19]张森琦,王永贵,赵永真,等. 黄河源区多年冻土退化及其环境反映[J]. 冰川冻土,2004,26(1):1-6.

[20]庞强强,李述训,吴通华,等. 青藏高原冻土区活动层厚度分布模拟[J]. 冰川冻土,2006,28(3): 390-395.

[21]梁四海,万力,李志明,等. 黄河源区冻土对植被的影响[J]. 冰川冻土,2007,29(1):45-52.

[22]Carey S K, Woo M K. Slope runoff processes and flow generation in a subarctic, subalpine catchment [J]. Journal of Hydrology,2001,253(2):110-129.

[23]Hayashi M, Vander K G, Sehmidt R. Focused infiltration of snowmelt water in partially frozen soil under small depressions[J]. Journal of Hydrology,2003,270(4):214-229.

[24]Woo M K, Young K L. Hydrology of a small drainage basin with Polar Oasis environment, Fosheim Peninsula, Ellesmere Island, Canada[J]. Permafrost and Periglacial Processes,1997,8(3):257-277.

[25]Raimo S, Pekka H, Ari V. Effect of mild winter events on soil water content beneath snowpack[J]. Cold Regions Science and Technology,2008,51(l):56-67.

[26]Hotaka M, Yoshimasa K, Kazuomi H. Soi1 moisture conditions during Thawing on a slope in the Daisetsu Mountains, Hokkaido, Japan[J]. Permafrost and Periglacial Processes,2001,12(2):211-218.

[27]Zhang Yinsheng, Ohata T, Ersi Kang, et al. Observation and estimation of evaporation from the ground surface of the cryosphere in eastern Asia[J]. Hydrological Processes,2003,17(6):1135-1147.

[28]Zhang Yinsheng, Ohata T, Kadota T. Land-surface hydrological processes in the permafrost region of the eastern Tibetan Plateau[J]. Journal of Hydrology,2003,283(4):41-56.

[29]Yusuke Y. Seasonal changes in runoff characteristics on a permafrost watershed in the southern mountainous region of eastern Siberia[J]. Hydrological Processes,2006,20(2):453-467.

[30]Lai Z M, Ye B S. Evaluating the water resource impacts of climatic warming in cold alpine regions by the water balance model: modeling the Urumqi river basin[J]. Science in China (B),1991,34(11):1362-1371.

[31]Liu J S, Hayakawa N, Lu M J, et al. Hydrological and geocryological response of winter stream flow to climate warming in Northeast China[J]. Cold Regions Science and Technology,2003,37(1):15-24.

[32]赵林,程国栋,李述训,等. 青藏高原五道梁附近多年冻土活动层冻结和融化过程[J].科学通报,2000, 45(11):1205-1211.

[33]Quinton W L, Marsh P. A conceptual framework for runoff generation in a permafrost environment[J]. Hydrological Processes,1999,13(1):2563-2581.

[34]吴晓玲,向小华,王船海,等.土壤水热耦合模型在三江源冻土活动层水热变化中的应用[J]. 水电能源科学,2012,30(7):130-135.

[35]许新刚,李党民,刘厚建,等.地质雷达冻土调查中的应用[C].第十届中国国际地球电磁学术讨论会, 2011:83-86.

[36]赵伟,王洪涛,尹付州.探地雷达在公路工程冻土调查中的应用[J].勘察科学技术,2012,42(1):62-64.

[37]李大心.探地雷达方法应用[M].北京:北京地质出版社,1994:23-56.

(编辑：梁文俊)

Research on water compensation mechanism for typical alpine plant communities under frozen-soil underground reservoirs in three-river source area：a review

Guo Fengqing1,Zeng Hui2, Cong Peitong3

(1.CollegeofUrbanandRuralConstruction,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China; 2.SchoolofShenzhenGraduate,PekingUniversity,Shenzhen518055，China; 3.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineeering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642，China)

Abstract:Three-River source area, as a national nature protection area, the changes of permafrost have caused some problems in alpine ecosystem and these problems have been paid great attention to in recent years. This paper reviewed the research of water compensation mechanism for typical alpine plant communities under frozen-soil underground reservoirs based on the interdependence between permafrost underground reservoir and plant community in Three-River source area: (1) The typical vegetation in Three-River source area has an important ecological value for regional ecological environment and special environment determines the distribution characteristics of vegetation. (2) The pattern of frozen-soil underground reservoir is put forward on the basis of the basic building conditions of underground reservoirs in permafrost active layer of Three-River source area. (3) There is relevant coupling relationship between permafrost and vegetation in Three-River source area. (4) The researches on the distribution of permafrost active layer, the characteristics of soil moisture content in permafrost, the runoff hydrological processes in frozen area provide the theoretical basis to explain the general research. And (5) geological radar with the advantages of no damage, accuracy, high efficiency and portable carrying, is a better detection technology in frozen soil survey. The focused research questions on the permafrost are pointed out from the perspective of underground reservoir, including water compensation mechanism of frozen-soil underground reservoirs to plant communities, building conditions of frozen-soil underground reservoirs, stable hydrating mechanism of discharge characteristics of frozen-soil underground reservoirs to alpine plant communities, ecological effect of underground reservoirs on alpine vegetation, and application of geological radar in frozen soil monitoring. Finally, the general research ideas are proposed from the perspective of stable water compensation mechanism of permafrost underground reservoirs in hope of directing the ecological environment in Three-River source area.

Key words:Three-River source area; Frozen-soil groundwater reservoirs; Alpine plant communities

中图分类号：P942

文献标识码：A

文章编号：1671-8151(2016)04-0268-08

基金项目：国家973重大科技计划项目(2013CB956303)；中国博士后科学基金项目(2013M540815)；山西农业大学人才引进项目(2014YJ07)

作者简介：郭凤清(1974-)，女(汉)，山西盂县人，讲师，博士后，研究方向：水文生态学

收稿日期：2015-11-21修回日期：2016-01-13