贺兰山坐落于宁夏回族自治区和内蒙古自治区交界处，位于宁夏银川平原与内蒙古阿拉善高原之间，北纬38°19′～39°08′，东经105°40′～105°58′，南北绵延250km，宽约30km，海拔1600～3000m，最高峰敖包疙瘩3556.1m，属阴山山脉。山脉呈北东—南西走向，南起中卫，北至磴口，是北温带草原向荒漠过渡的地带，鄂尔多斯高原和阿拉善高原的天然分界线，我国东南季风区与内陆非季风区的分界线，也是宁夏和内蒙古两个自治区的分界，总面积约1855km2，占宁夏总面积的3.6%。贺兰山是银川平原的天然屏障，为温带半干旱—干旱地区山地生态系统的典型代表，其自然环境复杂多样，生物多样性丰富，植被垂直分带明显。
一、地质地貌
（一）地质
贺兰山为地垒式山地，东西麓均有巨大的山前隐伏断裂。其地质基础是由一系列南北走向的复式或单式褶皱、压性断裂构成的经向构造体系，与南部的牛首山褶断带、清水河—六盘山褶断带、罗山—云雾山隆起带等构成山字形的脊部，构造形迹是一系列背向斜的断层。受新华夏系干扰，表面较破碎。
贺兰山是一座形成较晚却有悠久地质历史的山体。地层除青白口系、志留系、泥盆系外，其余发育比较齐全。前寒武纪的太古界和中新元古界的片麻岩、变质碎屑岩和石英岩主要出露在贺兰山北段和中段的南部，见于柳条沟、大武口沟等处。下古生界寒武系和奥陶系的石灰岩、砂岩、页岩发育良好，分布广。上古生界则以石炭系与二叠系同等发育为特点，以页岩、砂岩等为主，且含有煤层，见于石炭井、苏峪口、石嘴山等地。中生界三叠系地层广泛分布在北部，侏罗系次之，前者以紫红色砂岩、砾岩、页岩为主，是构成贺兰山中段北部山体的主要地层之一，后者以各种灰色页岩、砂岩为主，并为本山区主要产煤地层之一，主要见于汝箕沟、古拉本等地。白垩系和第三系地层都不发育。山前地带和山间低地广泛分布着第四系冲积物、洪积物、风积物和山麓堆积物等。
贺兰山地质历史时期，气候多变，曾数次处于冰期，形成冰川，因此贺兰山遗存有多次冰川遗迹。贺兰山保存最古老的冰川遗迹是震旦系正目观组冰碛砾岩，该冰碛砾岩位处山地中段，是黄褐、灰色为主的杂色钙质砾岩、泥砾岩、砂泥质砾岩，含微古植物化石，厚度达144m，冰碛层不具层理。砾石分选极差，排列无序，大小混杂。冰碛砾石形状多样而奇特，多为多角形。砾石具擦痕、磨光面、拉长、压坑等现象。上述冰碛砾岩特征显示贺兰山在震旦纪晚期因气候变寒，曾遭受过冰川作用。此外，新生代第四纪期间因气候变动，在气候寒冷期贺兰山主峰附近地区发育冰川，形成冰川地貌及冰碛物。新生代后期以来，贺兰山新构造运动活跃，留下众多遗迹，最典型的有两处：一是红果子沟的明代石砌长城及附近洪积扇晚更新世浅红色砂质黏土层被断裂活动错断，此为中外学者所熟知。调查资料表明，因地壳运动造成明长城水平错位1.45m，垂直错位0.35～0.95m。另一处是苏峪口外洪积扇因新构造运动造成极为明显的断层陡坎，陡坎平均高6～9m，延伸超过20km。以上多种多样的地质地貌现象，为研究贺兰山的地质历史提供了重要证据。
（二）地貌
贺兰山的地貌属于基本形态成因类型，是一条较典型的拉张或剪切拉张型断块山地。贺兰山呈东仰西倾的形态，东坡有众多古老岩层出露的断崖，使得东壁岩石远比西坡陡峭险峻。受内外营力作用的影响，贺兰山北、中段在地貌形态上存在较大差异。北段东坡山体最宽处21km，海拔不超过2000m，主要由花岗岩组成且边际有少量沉积岩，物理风化强烈而形成球状风化地貌。中段是贺兰山主体部分，海拔3000m左右。这里山体庞大，地势陡峻，峰峦起伏，峭岩危耸，沟谷下切很深，在海拔2000m左右有一段相对较平缓的山坡，出现小型山沟洼地或山间台地，山坡风化物较厚，甚至出现小型山间积水洼地。中段东坡南狭北宽，最宽处21km，以苏峪口为界，向南宽度不足14km，山势较和缓，向北山体较宽，一般大于14km，到汝箕沟一带可达20千米，中生代地层较为发育并含有优质煤炭资源。
由于地势较高，外力地质作用的垂直分带性明显，自上而下可将贺兰山分为寒冻风化山地、流水侵蚀山地和干燥剥蚀山地以及山前洪积倾斜平原—洪积扇、洪积裾。
1.寒冻风化山地
海拔高3000～3500m，寒冻风化强烈，冰融现象明显。每年11月至翌年5月处于积雪冰冻期。谷沟切割深度在500m左右，纵坡降大。根据物质成分可划分为碎屑岩构成的寒冻风化山地和碳酸盐岩构成的寒冻风化山地两种类型。前者山体由砾岩、砂岩及少许页岩构成，山脊呈梳状；后者山体由石灰岩、白云岩及其过渡型岩石构成，多呈锯齿状山脊。当岩层倾向与坡向一致时，多呈直线状或凸状山坡，相反时则为悬崖峭壁，且屡见倒石堆。
2.流水侵蚀山地
海拔2000～3000m范围内，是贺兰山次生天然林的主要分布地区。年降雨量一般达420mm，流水侵蚀强烈。山坡陡峻，沟谷呈“V”字形，切割深度为500～1000m，峡谷幽深，纵坡降大。
3.干燥剥蚀山地
该地貌单元分布于海拔1500～2000m内，基岩**，年降雨量约200mm，物理风化强烈，岩石的残坡积碎屑发育。沟谷宽缓，纵坡降较小，切割深度500～800m。一般发育有Ⅰ～Ⅱ级阶地。碎屑岩山地呈梳状，碳酸盐岩山脊多为锯齿状。小口子—黄旗口—百寺口（拜寺口）一带的花岗岩区山脊则呈浑圆状。
4.山前洪积倾斜平原—洪积扇、洪积裾
贺兰山东坡沟道颇为发育，多数自西而东延伸，呈梳状分布。共有大小沟道180余条。其中，三关至苦水沟之间有主要沟道21条，具代表性的有三关口、榆树沟、甘沟、大口子沟、**沟、黄旗口沟、苏峪口沟、贺兰口沟、插旗口沟、大水沟、汝箕沟、大峰沟、石炭井沟、大武口沟、苦水沟等，都是黄河水系的外流区。其中，最大者为大武口沟，集水面积为574km2。沟道一般在中、上部下切较深，呈“V”字形，沟道部则较为宽阔，砾石遍布沟底。山前形成一个个洪积扇，许多洪积扇连接起来构成“洪积裾”。
东麓山前由洪积扇、洪积裾构成的洪积倾斜平原十分发育。自花布山至插旗口一带，宽15～25km，暖泉以北变窄，仅4～8km。构成洪积扇的洪积物十分典型，每一个沟谷自沟口向外，分为三个相带，彼此平行，逐渐过渡。扇顶地面倾斜5°～7°，坎坷不平，巨砾累累，草木罕见，荒无生机。中部地面倾斜3°左右，散布扇状沟，砂砾混杂，植被稀疏。前缘以砂、沙质黏土为主，地势平坦，间有洼地，或成沼泽，或成龟裂盐碱地。
二、气候
贺兰山地处宁夏西北部，属中温带干旱气候，具有典型的大陆性季风气候特点。冬季受蒙古冷高压控制，寒冷而漫长，夏季炎热而短暂，春季气温回升快，大风及沙尘天气频繁，秋季凉爽。无霜期短，终年雨雪稀少，气候干燥，日照时间较长，大雾天气多。
贺兰山日照充足，热量资源比较丰富。年平均日照时数在3000h以上。年平均气温稳定≥10℃的日数，在海拔2900m处为38.2d，积温478℃；海拔1112m的银川平均气温稳定≥10℃的天数为172d，积温为3298.1℃，平均无霜期122～170d。由于山势陡峭、地形复杂，贺兰山山地气候特点明显。南北段基带年平均温度差别不大，但从基带向高山则明显递减，由基带的8.5℃降至2900m的-0.8℃，平均每升高100m，温度下降0.62℃。气温的年、日变化也比较大，山麓平均年较差32℃左右，日较差9℃左右；高山地带的年较差为26℃左右，日较差8℃左右。据贺兰山高山气象站1961～1990年的观测资料记载，贺兰山年平均气温为-0.7℃，极端最高气温为25.4℃，极端最低气温为-32.6℃。贺兰山区出现雾及雷暴天气的日数明显高于平原地区，年平均雾日数达到88.7d，雷暴日数达22.3d。
贺兰山山区年平均降水量418.1mm，降水日数为94d，大雨（日降水量大于等于25mm）以上的降水日数年均2.6d，日最大降水量达211.5mm。降水的季节变化大，6～9月降水量达260.2mm，占全年降水量的62%，是一年中降水量最集中、降水次数最多的时期，也是该区山洪、泥石流及山体滑坡等地质灾害的多发期。降水量具有明显的垂直分异现象，平均每上升100m，降水量增加13.2mm。降水量年际变化很大，在山体上部，丰雨年降水量可达600mm，欠雨年则不足200mm。降水的年内分配也极不均匀，但随海拔升高年内降水分布趋于均匀，如山地中段海拔2000m以上的林区，6～8月降水量占全年总量的60%～70%，2000m以下到山麓地带则占70%～75%。贺兰山东坡多风且风速较大，年平均风速为7.5m/s。主风向在山体上部为偏西风，中下部为偏北风，其中冬、春、秋三季的主导风向均为西北偏西风，夏季主导风向转为东南偏东风。随海拔升高，大风日数增多，由平均54d增加到158d。贺兰山高山气象站曾记录到风速40m/s的大风。年平均沙尘暴天气日数为2.2d。
三、水文
贺兰山东麓水系属黄河水系黄河上游下段宁夏黄河左岸分区，东麓有大小沟道67条，多数沟道为季节性河流，植被较好的沟道径流深20mm。流域面积大于50km2的沟道有13条，大武口沟是贺兰山区最大的河流，流域面积574km2。贺兰山东麓年平均降水量255.6mm，其中山地426mm，坡地180.5mm。贺兰山东坡径流量为7120×104m3，年径流系数为0.12～0.15，径流深度平均22.4mm；长流水占40.5%，径流量为2550×104m3，平均径流深度10.8mm。在乱石堆积、植被郁闭的沟谷中长流水处于地表以下0.5～1.0m并呈潜流状态，往往在地形突然变化时出露地表。中段高寒山地区降水多而蒸发相对低，又有基岩裂隙水补给，长流水丰富且形成大小不等的跌水、小瀑布等。汝箕沟、大武口沟一带的地表径流深度大于中段，但长流水的径流深度小于中段，约为中段的0.69和0.38。贺兰山土壤含水量因植被状况不同而有很大变化，植被覆盖度最好的中段插旗口沟平均含水量为10.4%，以此向北和向南呈递减趋势。
贺兰山暴雨通常发生在7～8月，暴雨期常常出现洪水，大面积发洪的情况较少，局部地区或沟道发生较多，历时短且涨落急剧。贺兰山东麓坡面侵蚀主要来自暴雨冲刷，年平均输沙量为176×104t，侵蚀模数较大的区段为大武口沟流域一带，年侵蚀模数平均值超过1000t/km2，中段的苏峪口、插旗口一带则为500t/km2左右。贺兰山东坡大多数沟道，特别是中段沟道水质很好，pH值7.5左右，矿化度不高，为轻度软水或适度硬水，适宜饮用。北段沟道水质状况复杂，除少量可饮用外，大部分沟道或区段水质差，仅可供林牧业和农田灌溉用。
四、土壤与植被
贺兰山地形复杂，植被多样，受海拔高度影响，水热条件发生规律性变化，土壤类型也较复杂，包括高山土纲、半淋溶土纲、干旱土纲、初育土纲、钙层土纲和漠土纲6个土纲，有9个土类、14个亚类和30个土属。9个土类分别为高山与亚高山草甸土、灰褐土、栗钙土、棕钙土、灰钙土、新积土、石质土、粗骨土和灰漠土，以粗骨土、山地灰钙土、山地灰褐土、山地草甸土为主。
粗骨土是一种石块为主、土石混合的非地带性（隐域性）土壤，分布于低山区中段的陡坡和北段各坡面上。坡度多在30°以上，局部缓坡坡度也在20°左右。土壤可溶性盐含量为0.02%～0.048%，pH值8.2～8.6，有机质含量一般在1%以上，少部分不足1%。主要生长灰榆、锦鸡儿、刺叶柄棘豆和白莲蒿，坡度平缓处有针茅生长。
山地灰钙土：为荒漠草原气候带的地带性土壤，分布于海拔1400～1900m的浅山和山麓地带，汝箕沟以北可达2000m的高度，多见于阴坡、半阴坡。坡度一般为30°～40°，较缓处为15°左右。母岩多为砂岩、片岩和石灰岩，平缓处多为坡积物和洪积物。土层较薄，一般20～40cm，厚者50～60cm，而侵蚀严重的汝箕沟以北地区厚度仅为10cm左右。土壤质地为砂质壤土，有紧实的钙积层。表土含盐量平均为0.038%，pH值8.1～8.4，有机质含量3%左右，缓坡及接近上部林缘地带土壤有机质含量较高。分布地带为典型大陆性气候，干旱少雨，温差大，日照强，只能生长一些耐旱的植物，主要有灰榆、蒙古扁桃、锦鸡儿、刺叶柄棘豆、白莲蒿、灌木亚菊和针茅等。
山地灰褐土主要分布在中段山地海拔1900～3100m的阴坡与半阴坡，阳坡也有小面积的分布，坡度为30°左右。在地形缓和、林木茂盛、气候湿润的小环境下，分布高度可下延到1900m以下。包括山地淋溶灰褐土和山地普通灰褐土两个亚类，山地淋溶灰褐土分布在海拔2400～3100m的范围内，土体较湿润，地表层有1～2cm的苔藓层，表土有机质层厚20cm左右，有机质含量8.3％，pH值7.2，可溶性盐含量0.032％。下部为褐色或棕色土层，有机质含量大于1％，有明显黏化现象并有一定的钙质沉积，地表植被为青海云杉林。山地普通灰褐土分布于海拔1900～2600m的山地，土体干燥，地面有1cm左右的枯枝落叶层，表土层有机质层厚20cm，有机质含量平均为7.74％。心土层具有黏化现象，并有明显的钙斑沉积。全剖面含盐量为0.023%～0.045％，pH值8～8.4，且有石灰反应。地面生长油松林或油松、山杨混交林。
山地草甸土为贺兰山高寒灌丛、草甸植被下发育的土壤，分布于海拔3000～3100m以上，即贺兰山主峰一带。由于地形较为平缓，温度低，降水量多，土壤的相对湿度大。表土层10～20cm中根系密布盘结；有机质层厚度30cm左右，颜色深暗，结构良好；有机质层下为棕色土层，厚度大于30cm，有一定的盐类淋溶。全剖面可溶性盐含量低，均在0.06％以下，有机质含量7%～10％，pH值随土层加深而由表土的7～7.5增大到中下部土层的8～8.4，全剖面无石灰反应。
贺兰山山麓到岭峰相对高差2000m左右，从山体基带到主峰形成完整的植被垂直带谱（图8-1）。（1）山地草原和荒漠草原带，分布海拔1400～1600m，为垂直带谱的基带。该带气候比较温暖而干旱，年均温8℃左右，年降水量200～300mm，土壤为山地灰钙土。植被以短花针茅和灌木亚菊为建群种，荒漠草原占绝大部分面积。该带植被旱生化现象十分明显，种类贫乏，以蒙古草原成分为主，还含有亚洲中部荒漠成分和少量地中海成分。（2）山地疏林草原带，海拔1600～2000m，与基带相比，气温稍有下降，降水量约250～350mm，土壤为山地灰钙土。植被以耐旱的灰榆与大量蒙古草原区系植物相结合，形成疏林草原带。该带内有大量蒙古扁桃灌丛。（3）山地针叶林带。分布于海拔1900～3100m的中山和亚高山地带，年均温-0.8℃，年降水量429.9mm。土壤从下部向上分别是山地灰褐土和山地淋溶灰褐土，土层深厚富含有机质。水分条件为乔木生存提供了条件。该带内海拔1900～2350m间为油松林亚带，以油松纯林、山杨油松林面积最大。另有片状山杨林及少量的油松、青海云杉林；海拔2350～3100m为青海云杉林亚带，下部局部地段有山杨林。山地针叶林带是贺兰山植被垂直带谱的核心和关键部分。（4）亚高山灌丛草甸带。分布于海拔3100m以上的贺兰山主峰周围地区，这里气候严寒，风力强劲，限制了乔木的生存，冷湿的气候有利于耐寒的中生灌丛和多年生草本植物生存。该带分别以毛蕊杯腺柳、鬼箭锦鸡儿、多种嵩草、珠芽蓼等为建群种形成亚高山灌丛与高寒草甸，在分布上呈现相互穿插的镶嵌状况。总之，贺兰山山地垂直带分异明显，带谱完整，汇集了多种植物地理成分，显示了半干旱与干旱山地环境的过渡性和复杂性特征。
与气候和植被垂直带相适应，土壤也呈现出明显的垂直分布特点（图8-2）。阳坡从下到上大致分为山前灰漠土—山麓棕钙土—栗钙土—山地石质土、新积土、粗骨土—亚高山、高山灌丛草甸土；阴坡大致表现为山前灰漠土—山麓棕钙土—山地灰褐土—亚高山、高山灌丛草甸土。大的土壤带可简化为棕钙土—灰褐土—亚高山、高山灌丛草甸土3个带。
图8-1 贺兰山山地植被垂直分布结构[1]
图8-2 贺兰山土壤垂直分布图[2]
五、矿产资源
贺兰山矿藏丰富、品种众多，其中10种矿产资源已被列入矿产平衡表。贺兰山的北段生成于距今20多亿年前，其变质岩系广泛发育且构造变动剧烈，同时还伴有火成岩侵入。这种地质环境有利于内生金属矿产的形成。
当前在贺兰山还没有发现一定规模的矿床，但与其有关的铬、钛、铜、银、铍、铌、钽、铀、锂以及云母、长石、水晶等矿化现象普遍存在。而在贺兰山中段和南段以及北段部分地区，十几亿年以来，长期处于海相、陆相或海陆交替相的沉积环境中，火成活动相对微弱，形成了以外生矿床为主的一系列矿产资源，如煤、磷、硅石、各种用途的石灰岩和白云岩、黏土等。已探明的有熔剂用石灰岩、白云岩、硅石、耐火黏土、磷、化工用石灰岩、玻璃用砂岩7种矿产的储量。贺兰山中的煤炭储量所占的比例虽然较小，但其开采量却占宁夏煤炭产量的87％，而100％的焦煤储量蕴藏在贺兰山，享誉中外的“太西煤”仅产于贺兰山中。该区的主要矿产资源有以下几种。
（一）贺兰石
贺兰石因产于宁夏的贺兰山而得名，形成于地质时期的震旦纪中前期（距今约18亿年），其结构均匀、质地细腻、刚柔相济，色泽清雅莹润，石质镶玉带、云纹、眉子、石眼等形，是雕刻名砚等工艺品的上乘原料。贺兰石产于宁夏贺兰山小口子一带。贺兰砚是以贺兰石雕刻的名砚，艺人用贺兰石雕出的仿形、随形、盖砚、素砚、油珍砚五类精品，图案新颖，形象生动，古朴典雅，千姿百态，具有不吸水、不损毫、易发墨以及加盖后砚内余墨可保持数月不干不臭等优点，被誉为宁夏的“五宝”之一。
（二）黏土矿
主要分布在石嘴山、石炭井等地。含矿地层为上石炭统太原群和下二叠统山西组且与煤共生，矿层主要由软质黏土、硬质黏土及半硬质黏土组成，现已探明石嘴山及平罗浸水沟矿床两处。
（三）硅石和石英砂岩
主要分布于贺兰山中段和北段，属浅海硅质碎屑岩建造。矿层赋存于中元古界长城系黄旗口群下部，主要由灰白、浅紫、粉红色石英岩、石英岩状砂岩夹杂色板岩组成。矿石质纯，出露甚好。现已查明的矿区有石嘴山正谊关、红果子玻璃石英砂岩矿床及银川市大口子熔剂硅石矿床。岩性稳定，质地纯净，层厚宜采，是良好的玻璃、硅铁合金及冶金辅助原料，目前已探明储量在1700×104t以上。
（四）白云岩
主要分布于贺兰山中段，含矿地层为下寒武统苏峪口组下部，与磷矿共生。矿层厚度大，出露良好，纵横分布稳定，矿石质地优良，多已达冶金熔剂级。目前，仅对紫花沟等地进行了地质勘探工作，证实其属大型矿床。由苏峪口经紫花沟至井子泉一带，在长40余千米的范围内，均有白云岩矿层分布，蕴藏量丰富，资源可观。
（五）煤
贺兰山地区的煤矿主要集中在贺兰山北部的石嘴山地区。石嘴山地区煤形成于石炭纪晚期至二叠纪早期，含煤层厚度30m，以气煤、肥煤为主，汝箕沟、大武口的煤形成于侏罗纪早期，煤层在5～14层之间，总厚度为20～30m。汝箕沟矿区无烟煤是宝中之宝，它的特点是低灰、低硫、低磷、高发热量、高强度、高精煤回收率、高块煤率、高化学活性，是国内最好的无烟煤，出口称“太西煤”，为国际市场争购的原料。
（六）磷
宁夏唯一具有工业价值的磷矿，位于贺兰山苏峪口一带，矿床赋存于下寒武统中部。含矿地层分布的范围，北起苏峪口，经黄旗口、紫花沟，南到井子泉，南北断续延伸超过40km，面积约400km2。矿床的矿石类型为砾状磷块岩、砂质磷块岩和细粉砂质磷块岩三种。磷矿呈层状和似层状产出，含量一般为14%～18％，最高达20％。现已探明苏峪口、苏峪口南部扩建区、紫花沟3个矿床，累计探明储量为1.33×104t。