塔里木河下游断流河道应急输水与地表植被响应

通过对塔里木河下游5个断面、30个植物样地的调查和对天然植物当年生小枝的长度、当年生小枝上胡杨的叶数、50片以上叶长、宽及叶重、芦苇的高度和叶长、宽、重量等的测试分析，揭示了塔里木河下游断流河道输水后地表植被的响应范围。研究表明，随着输水后地下水位的抬升，地表植被产生了明显变化。在横向上，芦苇的反应敏感区范围在100～150m区间；对胡杨的横向影响范围在200～250m之间；在纵向上，平均叶数从下游上段至下游下段，分别较末端断面增加57％、22．2％、9．2％；河道两岸地下水位较下游下段抬升幅度大，横向上对植被的影响范围也较下游下段宽。输水历时的长短和输水量对塔里木河下游植被恢复密切相关。     

新疆塔里木河下游不同地下水位的胡杨水势变化分析

结合塔里木河下游英苏与阿拉干两个断面距河道50m、100m与200m处胡杨茎水势的测定资料,对胡杨茎水势进行均值比较与检验分析,结果表明：胡杨茎水势变化既与地下水位有关,表现为在一定范围的地下水位条件下,胡杨茎水势变化随着地下水位的降低而升高;同时也与气候因子有联系,表现为在两个断面相应距离处的胡杨茎水势方差都没有显著差异。胡杨自身具有较强的抗旱性与适应性,能够在较深地下水位状态下,通过生理调节维持自身的水分需要而生存。     

塔里木河下游生态输水条件下胡杨林生态系统恢复研究

基于文献阅读,对塔里木河下游生态输水条件下胡杨林生态系统的恢复响应进行了讨论分析。生态输水显著抬升了地下水位,降低了地下水矿化度与土壤干旱指数,有效改善了塔里木河下游胡杨林生态系统的生境;胡杨复壮明显,距河道50 m胡杨冠幅最大增长达511.20%,距河道500 m内胡杨枯枝比平均小于0.15。输水后,下游胡杨树干径向生长平均增加62.80%,以胡杨为建群种的下游荒漠河岸林植被面积从2000年的492 km~2增加到2020年的1423 km~2,其中,低、中、高覆盖度植被面积分别增加20.80%、448.00%和190.00%;下游生态环境与植被群落对输水响应敏感,随输水量变化响应波动;现有输水模式因缺乏面上水文过程而难以保障下游胡杨林的有效更新,胡杨种群历经输水20 a依然保持"倒金字塔"型的退化龄级结构,并出现显著的性比偏雄与性别空间分异;胡杨群落依然处于恢复演替的初级阶段且不稳定,下游生态系统退化态势尚未彻底扭转。基于研究综述,探讨了塔里木河下游生态恢复中存在的问题,提出"优化输水方案,扩大受水面积和采取更加积极的恢复措施"的建议。     

新疆塔里木河下游应急输水的生态效益

2000年5月中旬至7月中旬向塔里木河下游断流河段应急输水，历时60天，输水2亿m^3，其后对进水河段分5个断面考察了沿岸植被的生长发育、恢复状况、草本植物地表生物量，根系的分布与数量、植被的分布特点、土壤状况及地下水分布等，通过比较分析，初步结论如下：1、断流河道应急输水对沿岸植被恢复作用显著，其中草本植物效果明显，灌木次之，乔木较差；2、非风积土壤效果更佳；3、应急输水加人工保护与更新则效果更好。     

塔里木河下游近20 a输水的生态效益监测分析

自2000年实施以抬升地下水位、拯救塔里木河下游"绿色走廊"、遏制生态持续恶化为目的的生态输水工程以来,截至2020年,已向塔里木河下游实施生态输水21次,累计输水量达84.45×10~8m~3。近20 a的监测结果分析显示:(1)在距河道100 m处,塔里木河下游的上段、中段、下段的地下水位埋深由输水前期2000年的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至2020年的3.70 m、4.48 m、2.69 m,平均抬升幅度为4.06 m、4.83 m、5.13 m;在500 m处,地下水位埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m、3.82 m。生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(2)地表水体面积由输水前的49.00 km~2扩大到2019年的498.54 km~2,尾闾湖泊—台特玛湖"死而复活",地表水体面积达到455.27 km~2。(3)输水后,地表生态响应敏感,在距河道2000 m范围内,塔里木河下游高植被覆盖度、归一化植被指数(ND-VI)、植被净初级生产力(NPP)、植被总初级生产力(GPP)分别增加了132 km~2、0.07、7.6 g C·m~(-2)和1221 g C·m~(-2)·季~(-1)。(4)输水对塔里木河下游地表植被的影响和改善面积达到1423 km~2,生态系统服务价值和功能大幅增加,碳汇区域由2001年占研究区的1.54%增长至2020年的7.80%,生态系统健康程度和生态恢复力大幅提升,土壤碳汇能力增加。近20 a的生态输水大幅抬升了塔里木河下游地下水位,沿河两岸以胡杨为主体的荒漠河岸林植被得到拯救和复壮,地表植被覆盖度增加,塔里木河下游生态退化趋势基本得到遏制。     

塔里木河下游生态输水对地下水埋深变化的影响

地下水是维系荒漠河岸植被生存、生长的关键因子,对于退化植被的恢复具有重要的意义。结合塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深的实测数据,详尽分析了2000—2020年地下水埋深的时空变化及对生态输水的响应。监测结果显示:在生态输水条件下,塔里木河下游河道两侧地下水埋深大幅抬升。(1)在纵向上,自上游段的英苏、中游段的喀尔达依,至下游段的依干不及麻,在距河道100 m处,地下水埋深分别由输水前的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至3.70 m、4.48 m和2.69 m;在距河道300 m处,地下水埋深分别由输水前的8.09 m、9.15 m、8.25 m抬升至4.53 m、5.00 m和3.29 m;在距河道500 m处,地下水埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m和3.82 m。(2)在垂直于河道方向上,根据地下水井监测数据,生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(3)生态输水前期(2000—2009年),上、中段地下水位抬升迅速,2009年以后,下游段依干不及麻地下水位抬升幅度明显高于英苏(0.88～4.65 m)和喀尔达依(0.53～4.07 m)。并且,70.5%监测井地下水位波动趋于稳定,说明间歇性的生态输水有助于抬高地下水埋深,是地下水补给的主要来源,对于维持地下水较高水位的动态平衡具有一定的促进作用。     

塔里木河下游生态输水对沙漠化逆转的影响

塔里木河下游是我国沙漠化最严重的地区之一。由于人类不合理的资源开发, 导致320km河道断流、大面积湿地消失、地下水位大幅度下降、天然植被全面衰败, 沙漠化程度加重。作者结合塔里木河下游生态输水和近3a的实地监测资料, 分析输水前后塔里木河下游典型地区沙漠化程度的变化, 并就生态输水对塔里木河下游沙漠化逆转的影响进行了讨论。结果表明, 生态输水后, 河道附近地下水位大幅度抬升, 植被种类和盖度明显增加, 部分地区沙漠化得到逆转。从实现逆转的沙漠化土地的空间分布看, 在纵横两个方向上表现出明显的变化规律, 在纵向上表现为上游土地沙漠化逆转的强度和范围较下游大; 在横向上, 表现为距输水河道越近变化越明显的特点。考虑到输水影响范围较小, 建议对现行的输水方式和输水规模进行适当调整。     

塔里木河下游地下水位对植被的影响

对塔里木河下游断流河道2000~2002年9个地下水监测断面和18个植被样地的实地监测资料分析表明,地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势有直接关系。地下水位的不断下降和土壤含水率大大丧失是引起塔里木河下游植被退化的主导因子。塔里木河下游的四次输水对其下游地下水位抬升起到了积极作用,河道附近地下水位呈逐级抬升过程,横向影响范围达1000 m左右,纵向上,表现为上段地下水抬升幅度较大 (达84%),下段抬升幅度较小 (6%)。随着地下水位的抬升,天然植被的响应范围由第一次输水后的200~250 m,扩展到第四次输水的800 m。     

塔里木河下游胡杨径向生长量对生态输水的响应

 以塔里木河下游的胡杨径向生长量为研究对象,借鉴树木年轮水文学的方法,采用单因素方差分析方法,从数理统计学的角度分析了胡杨径向生长量对生态输水的响应过程。结果表明: ①距离河道300 m范围内,生态输水前后及输水期间各年份之间,胡杨的径向生长量在0.001的水平上差异极显著,胡杨对生态输水的响应非常积极; ②距离河道300 m范围外,胡杨的径向生长量在0.05的水平上差异不显著,胡杨对生态输水的响应不积极; ③线性的生态输水只是缓解了河道附近植被的衰退,改善了局部生态环境,却无法从根本上缓解整个塔里木河下游生态环境的恶化,塔里木河下游的生态环境呈现出局部改善、整体恶化的趋势。     

塔里木河下游地下水抬升的地表植被恢复价值初探

基于塔里木河下游生态输水前后地下水动态变化和地表植被响应的长期监测资料,以输水后地下水动态变化引起的地表植被生物量差异为出发点,借鉴国内外生态经济价值量化的计算方法,从地表植被响应的生态经济价值和地下水抬升的潜在恢复价值来计算生态输水后植被恢复的地表生态经济价值。目的是为量化生态输水工程的恢复效益提供理论依据。结果显示:在塔里木河下游典型的考干断面,垂直河道方向为长的2 000 m、平行河道方向为宽的100 m的样带内,地下水位出现了明显的抬升,水位抬升幅度以河道为中心由近到远逐渐降低,这点突出地反映在以柽柳灌丛为主的地表生物量的明显变化上。根据5年的河道区间耗水量资料,计算出该区间100 m宽的样带因输水而投入的水资源价值为0.65×104元,而输水后从地表植被生物量变化引起的地表生态响应价值为1.119×104元,投入产出比为1?1.72;地下水抬升的潜在经济价值是3.741×104元,总的投入产出比为:1?7.477,表明输水有显著的生态效益。     

极端干旱环境下的胡杨细根分布与土壤特征

以塔里木河下游的中龄胡杨为研究对象,采用开挖剖面分层取样法,对胡杨细根(D≤2 mm)的空间分布以及与土壤特征因子之间的关系进行了分析。结果表明:①在长期干旱胁迫下,胡杨细根(D≤2 mm)根长密度(RLD)、根表面积密度(SAD)从表层到地下100 cm土层内,呈逐渐增加趋势,100~140 cm土层内表现为减少的波动分布趋势;细根RLD、SAD集中分布在60~120 cm土层内,约占0~140 cm土层总细根RLD和SAD的74%以上;在水平方向上,距树干0.75～2.5 m范围内,呈逐渐减少趋势,而在3.5～5.5 m范围内呈波动的增加趋势。②胡杨细根(D≤2 mm)RLD和SAD与土壤总盐、土壤有效养分含量之间呈显著负相关关系,适合乘幂模型,与土壤含水率之间呈一定程度的正相关关系,适合三次曲线模型。     

河道输水对塔里木河下游胡杨生长状况的影响

通过树木年轮变化指示植物对其生境条件变化响应的生态信息,对塔里木河下游胡杨侧枝年轮样本进行了调查,并探讨塔里木河河道输水对下游胡杨个体生长的影响,通过样本反映群体的方式,评价河道输水对下游胡杨种群恢复的作用及效果。由于目前主要依靠地下水来复苏胡杨,下游潜水位受输水量及输水距离的影响,并在不同空间范围上升幅度不同,使胡杨生长响应有差异。研究结果表明:①河道输水后潜水埋深与胡杨枝径生长之间存在显著相关,在依干不及麻断面拟合方程为y=0.0443x2-0.703x+3.5869,R=0.935,P=0.009;表现为水位越浅,胡杨枝径生长量越高;但当水位上升到4 m以上时,胡杨生长量趋于稳定。②胡杨对输水作用的响应表现出明显的时空差异,各断面依过水时间长短顺序为英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻,但经8次输水后,2002—2007年胡杨枝径生长量响应大小顺序为喀尔达依、英苏、阿拉干、依干不及麻。其中下游末端依干不及麻区段胡杨枝径生长增加不明显。③河道输水具有明显的时效性,在胡杨生长季输水更有利于胡杨的生长。     

塔里木河下游胡杨林根系吸水模型

以塔里木河下游河岸带生长良好具有代表性的胡杨为供试植被,利用土壤水分特征曲线的分形结合胡杨根系分布函数的方法,对根区土壤水分和根长根系吸水关系进行了研究,确定了土壤水分特征曲线和非饱和土壤导水率。根据干旱区胡杨根系分布特征建立了干旱区胡杨二维根长密度函数。所建根长密度函数在根层近地表处服从抛物面分布,而在根层下部服从指数面分布,并基于二维改进的Feddes模型,建立了胡杨根系吸水的二维数学模型。结果表明,春季、夏季、秋季、冬季实验区胡杨根区土壤水分模拟值与实测值的平均误差依次分别为4.0%、7.2%、5.9%、4.9%,均低于10%,得到了较好的模拟效果。这进一步提升了干旱区植物根系吸水模型的模拟精度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。因此,该二维模型在干旱区植物耗水计算中具有广泛的应用价值和现实意义。     

极端干旱区胡杨吸水根系的分布与模拟研究

依据2006年7月在极度干旱区内蒙古额济纳旗的实测资料,对胡杨吸水根系根长密度的分布特征进行了分析和拟合,建立了根长密度垂直方向和水平方向的一维、二维分布函数,以期对胡杨根系吸水及胡杨SPAC系统进一步的研究提供有力的试验依据和理论支持。试验结果表明:在垂直方向,吸水根根量主要集中在0~80 cm的土层内,占吸水根总量的97.60%;在水平方向,0~220 cm范围内根长密度随距离的增加而逐渐增大;220~400 cm范围内根长密度随距离的增加而逐渐减小;在0~20 cm范围内,吸水根系仅占总量的0.47%;在160~220 cm范围内,吸水根系分布最为密集,占总量的18.57%。统一采用指数函数对胡杨吸水根系根长密度分布函数进行了拟合,拟合函数与实测数据的相关系数平方分别为:0.888 4、0.680、0.73和0.685,说明胡杨吸水根系根长密度分布也具有与果树相似的规律,基本符合指数衰减规律。     

塔里木河下游胡杨叶片变化与环境异质性

通过电子显微镜观测对塔里木河下游三个取样点胡杨(Populus euphratica Oliv.)叶片的细胞显微结构进行了研究。通过电镜观察到许多与抗旱性相关的结构:叶表面具有皱褶状纹饰;角质层和表皮之间由网格状空腔隔离开;表皮向外突出形成根毛状结构;细胞内含一中央大液泡或密布小液泡;输导组织不发达;细胞中质体和质体内淀粉粒非常丰富;在细胞质中和液泡内发现嗜锇颗粒;细胞核很大,核仁明显;组织细胞中晶簇成分X-射线微区分析表明,其成分主要是钙,而且含量稳定。叶片显微结构与地下水位的关系表明,4 m以下的地下水位会影响其组织结构的建成。在超微结构研究中还发现,胡杨细胞膜与细胞壁之间呈齿状结合。说明细胞膜与壁之间结合的牢固性和稳定性,解释了胡杨细胞在水分胁迫下不易发生质壁分离的原因。     

树木年轮对塔里木河生态环境变迁的印证

树木年轮是全球变化研究中获取过去气候环境演变数据的重要载体,具有定年准确、连续性好、分辨率及重建精度高等优势。通过单调趋势检验塔里木河上中游径流量与胡杨年轮的趋势变化情况,将树木年轮与历史文献记载相结合,分析塔里木河下游树木年轮对水分供给的响应情况,印证胡杨年轮对河道改道事件响应的准确性。结果表明：（1）1957—2010年,塔里木河上中游胡杨径向生长量在时间序列上逐渐下降,与径流有着相同的变化趋势,且下降趋势显著;（2）下游年轮标本显示1913-2000年胡杨径向生长量整体下降,1973-2001年更加明显而达到近100年最低水平,拉依河的形成、改道、重归故道等与历史文献记载相同;（3）生态输水工程的开展改善了下游生态环境,这从下游胡杨年轮上得到了验证,但近15年的生态输水远未使下游胡杨年轮生长量达到1920年以前的水平,说明目前的生态输水对荒漠河岸林的恢复能力也是有限的;（4）在胡杨年轮对水资源的响应分析中,小波分析方法与历史文献记载得出了相同的结论。     

极端干旱区胡杨根围丛枝菌根真菌的分离与鉴

 以极端干旱区塔里木河下游处于干旱胁迫下的天然胡杨为研究对象,采用传统形态鉴定法和分子生物技术,研究了胡杨根围土壤中丛枝菌根真菌。结果表明：处于干旱胁迫下的胡杨根围土壤中丛枝菌根真菌孢子密度较低,且孢子种类单一,经形态鉴定和分子生物学鉴定,孢子为球囊霉属的摩西球囊霉〖WTBX〗Glomus mosseae[WTBZ] （T.H. Nicolson &; Gerd.）,孢子在土壤中单生、根内生或孢子果内形成;圆形,近圆形,直径150~220 μm,浅黄色至黄褐色;孢壁3层,L1和L2无色透明,L3浅黄至黄褐色。连孢菌丝单根,连点漏斗状。胡杨根系内存在丛枝菌根真菌的泡囊结构,分子检测表明摩西球囊霉[WTBX]Glomus mosseae[WTBZ]与胡杨根系形成共生关系,但是胡杨根系的菌根侵染率及根系的菌根侵染强度均不高。     

极端干旱区胡杨宽卵形叶水分变化影响因子分析

以新疆塔里木河下游极端干旱环境下胡杨宽卵形叶为研究对象,结合对气象因子、土壤水盐和胡杨叶片气体交换、水势特性的实地监测资料,研究了影响胡杨叶片气体交换特性和水势变化的主导环境因子,揭示了反映胡杨生长发育期叶片水分变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明,空气相对湿度、气温等气象因子是影响极端干旱区胡杨叶片水势和气体交换特性变化的主要因素;（48.19±1.06）%的空气相对湿度是影响胡杨叶片气体交换特性变化的临界阈值,可作为反映胡杨生长与否的指示指标,不能反映胡杨叶片水分变化状况。在极端干旱的塔里木河下游,空气相对湿度在10.69%~48.19%时利于胡杨叶片气体交换和生长。该研究可为减轻胡杨受旱程度、维持胡杨正常生长及时补充水分提供理论依据。     

基于生态水文过程的塔里木河下游 植被生态需水量研究

根据2005年塔里木河下游8个断面25眼地下水位观测井和25个植物样地野外采集的数据,运用DPS统计软件计算植被物种多样性指数,进而对地下水、土壤水与植被的关系进行了分析,结果表明地下水位、土壤含水量与植被多样性之间都有极强的相关性,在此基础上确定出塔里木河下游潜水蒸发的极限埋深是5 m。并采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河下游天然植被的月潜水蒸发量进行计算,将两者计算结果加以算术平均得到塔里木河下游不同埋深对应的潜水蒸发量;采用两种方法对植被面积进行分类,在此分类基础上计算生态需水量,将两个结果再次平均,得到天然植被全年最低需水量约为3.2×10⁸ m³。通过对月生态需水量的分析发现4月到9月的生态需水量占全年的81%,尤其是5、6、7三个月占全年总需水量的47%,是生态需水的主要时期。     

干旱胁迫下的胡杨脯氨酸累积特点分析

以塔里木河下游的主要乔木-胡杨为研究样本，结合野外地下水位临测资料，详细分析了塔里木河下游干旱胁迫环境下胡杨体内脯氨酸的累积与变化。分析研究表明，胡杨体内的脯氨酸含量与塔里木河下游地下水位变化存在密切，脯氨酸含量随地下水位降低而增加，二者相关系数达0．913；在不同地下水位埋深条件下。脯氨酸含量的增加幅度有差异；胡杨体内的脯氨酸含量随干旱胁迫的加深而积累，是胡杨对干旱逆境的一种反应。表明塔里木河下游胡杨的生长发育已受到严重的干旱胁迫。