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。     

河道断流对胡杨(Populus euphratica)径向生长量的影响

以塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)为研究对象,基于树木年轮学的方法,借助小波分析法与Mann-Kendall、Mann-Whitney检验方法,将不断流条件下的树木年轮径向生长量作为对照,分析了塔里木河下游河道长期断流条件下胡杨径向生长量的变化特征,并进行了趋势检验及突变检验.结果表明:(1)塔里木河下游生态输水使树木年轮生长发生了良性转变;(2)1972年塔里木河下游断流以来,1970-1999年期间,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面的胡杨径向生长量的变化呈缓慢变化的趋势,整个变化是长期的、缓慢的过程,而不是迅速的、突变性的;(3)生态输水对树木年轮生长的影响是人为作用下的短期的突变过程;(4)与长期断流相比,在不断流条件下,从1970年到2009年,胡杨径向生长量呈有规律的升降交替的变化趋势;在长时期序列(1962-2008年)下,胡杨径向生长量以25年周期变化,大周期(25年)内又包含着小周期(11年与5年).     

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。     

基于树轮的塔里木河下游生态输水对胡杨生长特征影响研究

采用树木年轮和稳定同位素技术,分析了2000—2015年生态输水对塔里木河下游胡杨树木轮宽指数和树轮稳定碳同位素比率(δ~(13)C)的影响,探讨了生态输水与胡杨生长的关系。研究结果表明:(1)胡杨生长与生态输水量有着密切关系。受生态输水影响,塔里木河下游上段英苏断面胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C经历了3个阶段:在最初前4 a(2000—2003年)的输水过程中,胡杨生长响应十分敏感,胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C呈增加趋势,其平均值分别为1.52和-26.70‰;但在2004—2009年,随着生态输水量的逐渐减少,胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C逐渐下降,分别较2000—2003年平均减少了28.83%和2.41%;当2010—2015年生态输水重新稳定后,胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C也逐渐增加并趋于稳定。(2)输水时间与胡杨生长有着密切关系。胡杨生长与生长年(前一年9月—当年8月)、生长季(4—8月)和前一生长年(前一年4月—当年3月)生态输水相关性最高,与自然年(1—12月)生态输水相关性不显著。其中,2008年自然年(1—12月)没有下泄生态水,2009年(1—12月)虽然有输水,但因2009年生长季、生长年和前一生长年均没有生态水补给,导致胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C在2009年降至2000—2015年的最低值,分别为0.76和-27.50‰,较2003年分别降低了61.18%和3.14%。(3)根据研究结果,推导出生态输水促进胡杨生长的作用机理:塔里木河下游的生态输水有效抬升了地下水位,改善了胡杨生长的水分环境,提升了胡杨水分利用效率,从而增加光合累积产物,最终促进了树木的生长。但生态输水对地下水埋深、胡杨生长的影响具有滞后效应,滞后时间约为1 a。为维持荒漠河岸林的有效恢复与重建,建议塔里木河下游生态输水最好在植物生长季实施。     

不同胸径胡杨径向生长的合理生态水位研究

借助树木年轮水文学的方法,分析不同胸径胡杨在不同地下水埋深条件下其径向生长量的变化特点和规律。研究结果表明:随着地下水埋深的增加,不同胸径胡杨径向生长量均呈现明显降低趋势,其对地下水埋深变化响应的灵敏度降低幅度呈现先增加,后减少的趋势。3个胸径等级的胡杨径向生长灵敏度最大值对应的地下水埋深为分别是3.3、7.4、7.9m。说明,不同生长阶段的胡杨径向生长量变化对地下水埋深变化响应的敏感性存在差异。可以认为这3个地下水埋深是不同胸径等级胡杨径向生长水分胁迫的合理生态水位。     

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。     

塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)种群结构

种群结构特征能够很好地反映种群生存状况与发展动态。以塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)种群为研究对象,对多年生态输水恢复后胡杨种群的密度、年龄结构、性比结构及空间结构进行了分析。结果表明:塔里木河下游胡杨种群的龄级结构整体上呈倒金字塔型,种群动态指数和种群密度等指标与时间序列分析结果一致,即胡杨种群老化且衰退趋势尚未扭转并仍将继续;胡杨种群性比显著偏雄,偏离程度随生境条件恶化而增大;胡杨种群分布格局表现为显著的集群分布,且聚集强度无太大差异。经过近18年的生态输水恢复,虽然塔里木河下游沿河附近的生态有所好转,但在远离河道的更大范围的胡杨种群退化衰败趋势仍未彻底扭转,单一沿自然河道的线性生态输水因缺乏面上水文过程而难以改善种群更新。建议在生态输水的过程中,通过人工措施,扩大浸淹范围和受水面积,为胡杨种群繁殖与更新提供条件。     

近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

塔里木河下游生态输水对胡杨林生态系统碳循环的影响

2000—2020年期间向塔里木河下游的生态输水有效抬升了下游的地下水位,并对下游胡杨林生态系统的碳循环产生了重要影响。综述了生态输水对塔里木河下游胡杨林生态系统植被固碳作用可能产生的影响,分析了植被类型变化可能对胡杨林土壤有机碳含量和土壤有机碳储量产生的影响,总结了生态输水后胡杨林碳释放关键过程-土壤呼吸对生态输水的响应,解析了间歇性生态输水所致的水淹干扰对胡杨凋落叶分解的影响。综述分析表明,生态输水工程的实施对塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的碳固定和碳释放过程均产生了作用,从而对荒漠河岸林生态系统碳循环产生了复杂的影响。总体而言,20 a的生态输水增大了塔里木河下游生态系统碳汇面积,提高了下游胡杨林生态系统植被生产力,遏制了下游胡杨林的退化,使部分裸地逐渐变为草地、林地或灌丛地,这种演变可增加土壤有机碳含量和区域土壤有机碳储量。生态输水所致的地下水位和土壤水分的变化会影响胡杨林土壤碳释放过程,其中胡杨林土壤呼吸速率与地下水位有关,而水淹干扰对胡杨凋落叶质量损失速率产生了影响。     

塔里木河下游输水与生态恢复监测初报

根据近三年塔里木河下游生态输水前后地下水位、水质、土壤、植被等项内容的监测资料，分析了塔里木河下游输水对地下水位、水质的影响，揭示了输水与地表生态的响应过程，探讨了地下水位与天然植被生长、恢复的相互关系，阐述了植被退化过程及相关因子，确定了维系塔河下游生态安全的最低生态需水量、最佳生态水位。     

人类活动干预后的塔里木河水资源持续利用问题*

人类活动的加剧,使干旱区河流原有的水文状态发生了很大变化.而如何持续利用变化后的地表水资源,是保证干旱区持续发展的前提之一.该文分析了人类活动对新疆塔里木河流域水文干预的后果,认为人类活动使河流下游径流量减少,水量的时空分布改变,径流规律趋于复杂化.指出,维持一定的河流水量,整治河道和改变用水模式是持续利用塔里木河水资源的保证.     

塔里木河流域水资源研究进展

塔里木河是我国最大的内陆河,也是南疆各族人民的母亲河,对其水资源研究的脉络梳理有助于指导当前和未来一段历史时期的水资源研究方向,为水资源合理优化配置提供理论依据,促进南疆经济发展与社会稳定。针对塔里木河流域水资源问题的研究从时间脉络上大致可划分为三个阶段。20世纪50年代之前,主要是中国的历史典籍、自然地理图志和近代国外探险家的探险历程,如实记录了塔里木河的水系变迁和自然风貌,间接反映了流域水资源受到自然-人类活动影响的缓慢变化;20世纪50年代-90年代,随着南疆大规模开发,水资源研究逐渐聚焦于水资源的合理配置与有效管理,其主要针对的是近几十年来人类活动加剧造成的流域内水资源短缺、生态恶化、水资源管理混乱等一系列相关问题;21世纪以来,由于气候变化和人类活动影响造成的塔里木河水文过程变化、水资源承载力及供需矛盾、地下水资源利用与保护等逐渐成为塔里木河水资源研究的新热点。本文在系统梳理三个阶段的研究成果后,进一步提出了未来塔里木河流域水资源研究应的重点关注方向,包括生态调度、水权配置与生态补偿、跨流域调水等。     

塔里木河下游生态输水后衰败胡杨林更新能力与条件分析

对塔里木河下游3个样区生态输水后不同样地0—100 cm深土层中胡杨水平根系分布、繁殖更新能力、地下水位变化及成片胡杨林更新所具备的条件调查分析,结果表明：长期断流后,在低地下水位胁迫下胡杨0—100 cm的浅层水平根系发育严重受阻或萎缩消失,萌蘖能力微弱或消失。在距河道边50 m区域内,土层50—100 cm以下有较多的水平根系分布,生态输水后浅层根系具备萌蘖能力;距河道边50～150 m的范围胡杨浅层根系数量减少,分布深度下移,活力降低,实施萌蘖更新有一定的风险,而且随着与断流源区（大西海子水库）距离的增加,风险增大;距河道边250 m以上的区域胡杨水平根系很少,现阶段已基本上失去萌蘖更新的基础条件。胡杨集中分布区地表微地形复杂,大面积地表引流灌溉难度大,使得依靠种子和断根萌蘖实现更新十分困难。     

塔里木河干流水资源分配现状及其利用问题

基于塔里木河干流1957-2017年阿拉尔断面、英巴扎断面、恰拉断面来水量特征,首先初步分析塔里木河干流上、中、下游的耗水特征,并基于干流断流和生态输水时间节点,进一步分析1957-1972年、1973-2000年、2001-2017年上中下游各区间段耗水特征,根据这些历史数据变化,从管理角度判别上中下游较为合理的水量分配策略;其次,重点指出塔里木河干流在明确定位为生态河流背景下,未来水量调配精细化管理面临的主要三大基础性问题：灌区耕地面积不清、生态和农业用水量不清、水文数据存在偏差等,并指出问题产生的原因背景,以及从流域水资源管理体制机制上给出相关解决的建议。明确认识到目前塔里木河干流水资源分配利用存在的问题,是未来解决好流域生态环境的关键,通过这些问题的探讨藉此引起更多理性关注,对未来推动塔里木河流域生态环境改善的精细化管理具有重要意义。     

塔里木河下游地下水变化动态分析

由十塔里木河下游地下水位不断下降,而来水量却连年减少,与20世纪50年代相比平均下降了4～6m。随着大面积发展灌溉农业,排水洗盐改良土壤进程加快,相应地排入塔里木河的咸水也大大增加,塔河下游地下水水质也发生相应的变化。通过对塔里木河下游地下水变化动态以及来水量、农业灌溉对地下水的分析,也对沙漠化发展和分布对地下水的响应关系进行了探讨。     

塔里木河的水资源利用与生态保护

分析塔里木河1956~2000年间水资源开发利用过程中的生态与环境问题时发现,进入90年代,塔里木河源流区的山区来水量增加了约10.9 %,但是,源流区补给塔里木河干流的水量却减少了18.83 %。三源流灌区用水量的增加导致塔里木河干流区的来水量不断减少,而塔里木河下游来水量的大幅度减少,则是因塔里木河干流上中游耗水量的增加引起。塔里木河干流自身沿程水量变化对下游水量减少的影响,远大于塔里木河上游三源流来水变化对下游造成的影响;塔里木河下游来水量的锐减,造成下游河道断流321 km,尾闾湖泊干涸,地下水位下降,天然植被衰败,沙漠化过程加剧。     

塔里木河下游绿色走廊的沙漠化及其防治

塔里木河是我国最长的内陆河流。它的下游始自尉力县卡拉, 终止于台特马湖南岸。整个下游段河长472公里。塔河下游流经地区, 东有库鲁克库姆流动沙漠, 沙丘主体高10-20米; 西有塔克拉玛干流动沙漠, 沙丘主体高30-80米以上。     

塔里木河下游生态输水河道两侧区域地下水运动规律研究

根据塔里木河下游断流区域含水层水文地质特征及其实际输水过程中河水对浅层地下水的补给规律,建立了塔里木河下游绿色走廊生态输水河道附近区域地下水运动的一维非稳定流模型,并通过在整个输水过程中流量与水位两种边界条件相互转换的一种方法求解模型。最后应用上述模型分析了间歇性输水条件下塔里本河下游断流河段河道两侧地下水位恢复状况,为输水生态效益的定量评价及其今后输水工作的决策提供理论基础。