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。     

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。     

塔里木河下游胡杨气体交换特性及其环境解释

结合塔里木河下游不同地下水埋深下胡杨的气体交换参数及其环境因子的实测结果,探讨地下水位及环境因子对胡杨光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)等气体交换参数的影响规律。研究表明:随着地下水位下降,胡杨净光合速率和蒸腾速率日变化最大值提前,地下水埋深越深,净光合速率“双峰”曲线趋势越明显,地下水位4.37 m以上时,蒸腾速率呈“双峰”曲线,当地下水位下降到5.91 m时,蒸腾速率呈“单峰”曲线;低地下水埋深下,光合作用受抑制的主要原因是气孔限制;随着地下水位下降,光合抑制的主要原因则是非气孔限制;适度水分胁迫有利于提高胡杨水分利用效率\.同时,结果显示: 4 m为胡杨的合理生态水位,地下水位为4~5 m时,胡杨受到轻度水分胁迫,低于6 m,胡杨受水分胁迫加剧。     

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。     

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。     

塔里木河下游优势草本植物与地下水埋深的关系

对塔里木河下游区域的草本群落进行了调查,获取了其分布状况和群落特征资料,并记录相应的地下水埋深,探讨了区域内距离河流不同处地下水埋深与草本群落特征之间的关系。结果表明:(1)地下水埋深越大,草本群落的生物多样性越小,覆盖度越低,生态结构趋于简单,其中地下水埋深<6 m处草本群落的种类组成和物种多样性相对较高,>7 m处草本植物分布很少,部分地区也受到微地形和地下水埋深的双重影响;(2)在大尺度空间上,草本群落随地下水的分布特点与其他荒漠地区的分布规律基本一致,随着地下水埋深的增加,草本群落的演替次序为:高水位芦苇(Phragmites communis)群落、中水位鹿角草(Glossogyne tenuifolia)群落、中低水位骆驼刺(Alhagi sparsif)群落,不同地下水埋深对应的草本群落之间具有一定的差异性、相似性和连续性;(3)塔里木河下游优势草本物种的生态位宽度均不大,主要是受水环境条件的限制,芦苇与骆驼刺的生态位宽度相对较大,在区域内分布较广。     

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。     

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10~8m~3(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10~8m~3(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10~8m~3(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。     

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效应北大核心CSCD

分析塔里木河下游生态输水效应可为优化生态输水调配策略提供科学指导。基于Landsat系列影像、气象数据和现场钻探数据,解译土地利用类型及植被覆盖度,确定植被耗水量及地下水埋深演变趋势,以探讨生态输水的多重效应。结果显示:(1)2000—2020年,塔里木河下游林草地面积、覆盖度增长显著,1亿m^(3)生态水分别对应5.40 km^(2)天然植被面积及0.14%植被覆盖度增长。(2)2000—2015年植被耗水量重心沿塔里木河干流方向迁移,2015—2020年向自然漫溢区迁移,共向东南迁移4 359 m。(3)自然漫溢区内地下水埋深增幅高达5 m,主河道沿线2 km范围增加1~3 m,河道以外2~5 km区域地下水埋深增加0~1 m。(4)天然植被适宜耗水量约为200 mm·a^(-1),生态输水前期仅在主河道沿线局部区域存在低效耗散,后期大量集中于自然漫溢区。21年生态输水实践表明,天然植被明显改善,地下水位明显回升,生态输水效应显著;但受既有输水方式固化的制约,生态水量空间分布不均衡和低效耗散增大,生态输水方式仍存在优化的必要性。     

塔里木河下游植被生态需水量(英文)

We have appraised the relationships between soil moisture,groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China,by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots.It is noted that groundwater depth,soil moisture and plant species diversity are closely related.It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River.We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas.Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth,the total ecological water demand(EWD)of natural vegetation in 2005 was 2.4×108m 3in the lower reaches of the Tarim River.Analyzing the monthly EWD,we found that the EWD in the growth season(from April to September)is 81%of the year's total EWD.The EWD in May,June and July was 47%of the year's total EWD,which indicates the best time for dispensing artificial water.This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

Ecological water demand of natural vegetation in the lower Tarim River

We have appraised the relationships between soil moisture, groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China, by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots. It is noted that groundwater depth, soil moisture and plant species diversity are closely related. It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River. We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas. Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth, the total ecological water demand (EWD) of natural vegetation in 2005 was 2.4×108 m3 in the lower reaches of the Tarim River. Analyzing the monthly EWD, we found that the EWD in the growth season (from April to September) is 81% of the year’s total EWD. The EWD in May, June and July was 47% of the year’s total EWD, which indicates the best time for dispensing artificial water. This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

塔里木河下游生态需水估算

量化生态需水是流域水权分配的重要依据。以塔里木河下游大西海子水库至尾闾台特玛湖段为研究区,借助湿周法计算了该段河道内最小生态需水量,并基于2009年和2010年河段地下水分布特征,计算沿线河道两岸各1 km范围地下水恢复至目标埋深(5～4 m)的地下水恢复量,采用潜水蒸发法和面积定额法估算了沿线天然植被生态需水量。结果表明：（1）塔里木河下游大西海子-台特玛湖河道内年最小生态需水量为1.455×108 m3;（2）以5年为恢复期限,确定该河段地下水埋深恢复至5～4 m的年恢复需水量为0.608×108～1.466×108 m3;（3）取潜水蒸发法和面积定额法计算结果均值,确定研究区天然植被生态需水量为1.042×108 m3;（4）综合考虑,塔里木河下游大西海子-台特玛湖年生态需水总量为3.105×108～3.963×108 m3。     

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。