鄂尔多斯高原毛乌素沙漠湖泊植被生态与地下水关系研究

在鄂尔多斯高原毛乌素沙漠腹地选择有代表性湖泊——布寨淖尔湖为研究区,在野外调查的基础上,选取典型剖面详细研究优势植被与地下水的关系,系统总结湖盆周缘地形地貌、包气带岩性结构、地下水水位埋深、水化学特征与植物类型和植被种群的关系,分析影响植被生态的主要因素,揭示湖盆周缘生态水文地质分带规律,划分四个生态水文地质区,提出湖盆周缘优势植被沙蒿(Artemisia)、沙柳(Salix psammophila)和苔草(Carex)的适生地下水位埋深。     

干旱区间歇性生态输水对地下水位与植被的影响机理研究

塔里木河下游生态系统作为典型的干旱区生态系统,对水分具有较强的依赖性。为了解塔里木河下游间歇性生态输水对地下水埋深变化、植被生长的关系,得出地下水埋深、植被生长变化及间歇性生态输水过程之间的相互影响机理,以塔里木河下游英苏断面为研究区,基于达西定律、植物根系吸水速率计算方法,以及2009-2015年生态输水-地下水位变化-NDVI变化相互耦合关系,对三者之间相互影响过程及影响机理进行定性与定量分析。结果表明：（1）输水效益的显现是一个漫长的过程,地下水的响应和下游植被的生态响应均在一个大的空间和时间尺度上将逐步显现,另外由于植物生长具有季节性,当年地下水埋深值在一定程度上可影响次年植物生长。（2）多年研究表明,当地下水埋深低于7 m时,满足乔、灌木植物生长需求;低于6 m时,满足草本植物生长需求。（3）在年总输水量为固定情况下,一年两次是利于河岸植被恢复的最适宜输水次数。由于生态输水-地下水位变化-NDVI变化存在一定的滞后期,建议每年春季4~5月份和夏季7~8月份作为输水期。     

荒漠河岸植被的受损过程与受损机理分析

以塔里木河多年平均地下水位数据为依据,将地下水位划分为6个环境梯度,各梯度上6次重复采集植被样地数据。从物种多样性、植被盖度与群落类型等几方面分析了植被的受损过程,以及导致此过程的受损机理。结果表明：(1) 草本植物丰富度受损发生在地下水埋深大于4 m,而木本植物丰富度受损发生在地下水埋深大于8 m。(2) 植被盖度减少始于草本植物盖度受损,与群落多样性受损的临界地下水位相同,发生在地下水埋深大于4 m;在地下水埋深大于6 m之后,植被盖度不断减少则是由木本植物盖度的减少所引起。(3) 群落类型受损体现在芦苇群落和胡杨林群落的结构与类型变化上,芦苇群落的衰退演变出现了优势种的更替,而胡杨林群落中优势种的优势地位没有变化。(4) 此受损过程是由荒漠河岸生态系统脆弱的生态基质和外界干扰共同作用的结果,起因于人口的增加、需求的增长。植被退化是人类干扰作用于植被赖以生存的环境主导因子所致。在生态受损过程中,植物功能型差异与所承受的干扰强度差异对植被退化的程度有一定影响。     

极端干旱沙漠中无沙埋干扰时几种固沙植物栽植试验研究

沙埋干扰是沙漠地区乡土植物生存繁殖的必要条件。在塔克拉玛干沙漠腹地,无沙埋干扰地段大多是高矿化度地下水埋深较浅的地段,这些地段盐渍化较重。7a定点观测和试验表明,塔里木沙漠公路沿线丘间地栽植固沙植物逐渐死亡的主要因素不是沙层水分和沙层盐分,而是高矿化度地下水埋深太浅(0.8~1.0 m),即这类地段植物死亡的原因主要是由于植物长期吸收高矿化度地下水使得体内盐分积聚过多无法调节而造成的。因此,在干旱区高矿化度地下水埋深太浅的地段,无沙埋干扰时建立固沙植被应谨慎。     

塔里木河下游河岸带地下水埋深对生态输水的响应过程

为了解塔里木河下游生态输水量与地下水埋深多年响应变化过程,得出地下水埋深对生态输水的响应变化规律,以塔里木河下游英苏断面为研究区,运用定性与定量分析方法,综合考虑不同输水差异（包括零输水年即2008年、输水极少年即2009年、输水较多年2011年等）,对2000-2015年英苏断面1 050 m范围内地下水埋深数据进行了分析。结果表明：研究断面内地下水埋深在各年份总体呈现比较平稳的递减趋势,年内个别月具有较大的增幅,另外由于冻土消融等因素影响,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;离河较近区域的地下水埋深变化对生态输水的响应具有时间同步性,而离河道较远地区的地下水埋深在响应时间上存在滞后性,本研究断面1 050 m范围内地下水埋深响应时间维持在1 a内;经过多年生态输水过程,英苏监测断面距离河道约750 m范围内地下水平均埋深维持在2~6 m范围内,基本达到植物生长所需地下水埋深水平;另外,综合分析研究断面多年输水引起的地下水位响应过程,为获得生态输水过程所带来的最大生态效益,生态输水不仅要保持一定的输水量,还要保持输水年周期的连续性。     

天山北麓地下水与自然植被的空间变异及其分形特征

对面积约670km^2的具有干旱气候特征的新疆三工河流域地下水埋深和自然植被盖度进行取样检测，应用地质统计学方法对取得数据进行半方差函数分析，计算均值、方差、标准差、变异系数等传统统计特征值，指出用该方法表示地下水埋深和自然植被盖度引起的困惑。在此基础上，将分形理论与地质统计学原理相结合，计算了三工河流域地下水埋深和自然植被盖度的分形维数，分别为1．3154、1．3677；而它们的变异系数分别为0．．537、0．368。该地区地下水埋深和自然植被盖度在空间上存在显著的变异性，而且它们具有相似的变异特征，即随着地下水埋深的递增(或递减)，自然植被盖度有所减少(或增加)，说明干旱区自然植被盖度对地下水埋深有很大的依赖性。这暗示着在干旱地区影响自然植被盖度的众多因素中最具有决定性的因素是地下水埋深。     

间歇性输水影响下的2001-2011 年塔里木河下游生态环境变化

采用2001-2011 年野外调查资料和卫星遥感影像数据,对生态输水影响下的塔里木河下游地下水、植被变化特征进行分析,并探讨了典型断面植被对地下水埋深变化的响应关系。结果表明:(1) 各断面地下水位变化过程与河道来水过程密切相关,近10 年来经历了显著抬升(2000-2005 年)—缓慢降低(2006-2009 年)—小幅抬升(2010 至今) 的过程,主要表现为随生态输水量的改变呈波动变化;地下水位抬升幅度与生态放水量的相关系数达0.78,与生态放水持续时间的相关系数为0.70。(2) 2001-2011 年塔河下游植被覆盖面积总体上呈增加趋势,其中灌木林地和草地变化显著,林地和耕地面积呈小幅度变化;植被覆盖度的变化主要表现为2001-2006 年显著提高和2006-2011 年小幅变化。(3) 植被覆盖度随地下水位的抬升呈现出增加的趋势;垂直河道的方向上,同时期植被覆盖度与地下水埋深空间分布特征一致,均以输水河道为轴向两侧植被覆盖度(地下水埋深) 逐渐降低(增大);平行河道的方向,植被覆盖度对地下水埋深的响应幅度随着离大西海子水库距离的增加而减小。     

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。     

塔里木河下游荒漠植物多样性、地上生物量与地下水埋深的关系

样带是研究植物群落沿环境因子梯度变化的重要方法。用样带法研究了塔里木河下游荒漠植被群落物种多样性和地上生物量在垂直河道方向随地下水埋深梯度变化的关系。结果表明：（1）样带植物群落物种多样性与地下水埋深极显著负线性相关（P〈0.01）,Margalaf指数、Pielou指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数均随地下水埋深增大而减小,地下水埋深是影响群落组成和物种多样性的重要因素。（2）单一乔木层、灌木层、草本层地上生物量和乔灌草地上总生物量与地下水埋深均极显著负相关（P〈0.01）,地下水埋深从3 m增大到7 m时,地上总生物量由912.2 g·m^-2减少到不足30 g·m^-2,地下水埋深是制约荒漠植被地上生物量和分布的主要因素。（3）群落多样性与地上生物量之间显著正线性相关（P〈0.05）,即随多样性增加,地上生物量呈增加趋势。     

塔里木河流域生态地下水位及其合理深度确定

通过对塔里木河流域的地下水、土壤水和植被状况相互关系的研究,把地下水埋深与生态环境状况相联系,划分为沼泽化水位、盐渍化水位、适宜生态水位、植物胁迫水位及荒漠化水位五种类型．并确定其相应埋藏深度。根据潜水蒸发与土壤盐渍化与荒漠化的关系,把适宜生态水位确定在2～4m,即潜水强烈蒸发深度以下与蒸发极限深度之上的区间。地下水位的划分,适宜地下水位的确定为估算生态用水、防治土地盐渍化和荒漠化提供了重要科学依据。