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。     

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。     

塔里木河下游胡杨群落特征及种群结构分析

采用样方调查法对塔里木河下游31团、库孜来克、英苏、喀尔达依、阿拉干及依干不及麻断面河岸胡杨群落特征及胡杨种群结构进行了研究。结果表明:①塔里木河下游河岸胡杨群落物种组成简单,共发现12种植物,分属10科12属,其中乔木1种,灌木和草本植分别为4种和7种。六断面胡杨群落物种数分别为9、8、4、5、4和2种,其中共有种为胡杨和多枝柽柳。②下游胡杨群落物种多样性指数较低,31团至依干不及麻断面Simpson指数和Shanon-wiener指数呈下降趋势。③下游胡杨种群平均密度为606 ind.hm-1,平均胸高断面积为20.01m2.hm-1。胡杨种群胸径以7.5~32.5 cm个体为主,小于7.5 cm及大于32.5 cm个体较少,种群呈现为两端小中间大的结构。④输水能促进胡杨种群的更新,并主要以根蘖形式出现。     

塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)地上生物量估测

根据塔里木河下游英苏至喀尔达依区段距离河流50～300 m的80个胡杨(Populus euphratica)一级枝生物量实测数据,采用数理统计方法构建胡杨一级枝和树冠生物量估测模型,在精度检验基础上筛选出最佳模型,并对其估测值与实测值进行卡方检验.结果表明:使用以胡杨一级枝条的基部直径(D)和枝条长度(L)派生因子D2L为自变量估测生物量(Sb)的模型Sb=125.546(D2L)0.654最优,使用以冠幅面积(A)为自变量估测树冠生物量(Sc)的模型Sc=0.016A2+2.291A+11.084最优,在离河300 m内,两模型平均估测精度分别为93.75％和87.01％;在离河600～1 500m进行估测时需根据修正因子进行修正,修正后平均估测精度分别为86.04％和84.32％.根据全收获法得到的胡杨树干平均材积密度(748.43 kg·m-3)和样地每木检尺数据,使用树干材积计算式和树冠生物量估测模型,计算胡杨平均标准木的树干和树冠生物量,从而得到样地胡杨地上生物量数据.这一研究将为塔里木河流域胡杨生物量的遥感估测和胡杨林碳汇功能研究提供直接依据.     

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。     

塔里木河下游胡杨树干液流特征研究

以2005年5月至9月胡杨（Populus euphratica)树干液流及相关环境因子的实测数据,对塔里木河下游胡杨树干液流特征及其与环境因子的关系进行了分析。研究表明,胡杨树干液流的日变化表现为昼夜区别明显,7:30左右,液流开始启动,然后迅速上升,在10:30左右达到峰值,并在小幅度波动中维持到下午20:00左右。夜间,胡杨树干液流较弱。对不同月份典型天胡杨树干液流的实验分析表明,胡杨在5月初液流比较弱,5月中下旬液流逐渐增强,6月增强到较高的水平。7—9月胡杨液流都很强劲,其中9月典型天的液流最为强劲,胡杨树干液流季节变化与胡杨物候密切相关。分析胡杨树干液流与环境因子关系结果显示,胡杨树干液流和气象因子的关系密切,Pearson相关分析表明,胡杨液流流量和气象因子的相关性大小依次为光合有效辐射(PAR)>相对湿度(H)>气温(Ta)>风速(S)。     

塔里木河下游河岸胡杨(Populus euphratica)林耗水过程模拟

选择塔里木河下游主要植物胡杨(Populus euphratica)林,以大气温度、太阳净辐射、大气相对湿度、冠层顶风速、地下水位和胡杨树茎横截面积为影响胡杨林耗水量的自变量,基于最小二乘法建立了多重线性回归模型、非线性回归模型和完全二次回归模型,并应用模型对塔里木河下游河岸胡杨林的耗水过程进行了日尺度上的模拟研究。结果表明:3个回归模型均表现出较好的模拟效果,其中完全二次回归模型的模拟精度最高,模型中大气温度、地下水位和胡杨树茎横截面积是影响胡杨耗水量的诸多环境因子中最敏感的因子;胡杨林的耗水量观测值与模拟值表现出较好的相关性,3个回归模型的模拟值与观测值的相关系数依次分别为0.6793、0.7299、0.7574,其相对误差分别为28.7%、26.1%、22.9%,其显著性水平均通过95%显著性检验;3个回归模型中完全二次回归模型具有使用简便、影响因子易测定、有一定精度等优点,能够更好刻画植被腾发量的复杂非线性特性,为干旱区自然植被耗水量估算、模拟和生态需水量计算提供了新的思路和方法。     

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。     

干旱胁迫条件下胡杨茎流与茎直径变化分析——以塔里木河下游英苏断面为例

应用先进的PHYTALK植物生理生态监测系统对塔里木河下游英苏断面胡杨的茎流、相关环境因子以及茎直径的日变化进行了监测。结果表明:在极端干旱区塔里木河下游的胡杨茎流日变化表现多峰值,且夜晚仍保持一定流速;茎流变化受太阳辐射、风速和大气温度影响明显,而其它环境因子如空气湿度、土壤湿度等影响则不大;同时,日变化中,不同时段起主导作用的因子不尽相同。胡杨茎直径对植株水分状况响应灵敏,夜晚植株组织含水充足,茎直径相对较大,白天植株失水,茎直径减小;胡杨随着干旱胁迫程度的增加,茎直径日最大值和最小值都显明显下降趋势。     

塔里木河下游人工胡杨林生态恢复过程的初步研究

在以植物群落调查样地为基础,对塔里木河下游不同林龄人工胡杨林的物种丰富度、物种多样性指数、群落均匀度、生态优势度等进行了分析,同时对土壤理化性质在21a间的变化情况也作了详细分析。通过分析,表明人工胡杨群落随着发育年限的增加,群落物种丰富度,物种多样性指数和均匀度指数不断增长,而群落生态优势度逐渐降低,同时土壤理化性质不断改善。在此基础上,对塔里木河植被的演变趋势作一初步的探讨和估计,从而对塔里木河下游植被的生态恢复也具有重要意义。     

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。     

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。     

塔里木河下游典型荒漠河岸植物水分来源

通过对塔里木河下游典型荒漠植物河岸胡杨（Populus euphratica,成年和幼龄）、柽柳（Tamarix ramosissima）、甘草（Glycyrrhiza inflata）、骆驼刺（Alhagi sparfolia）木质部水及不同潜在水源的稳定性氧同位素值的测定,并利用多源线性混合模型（IsoSource）和相似性比例指数（PS指数）分别分析了各潜在水源对不同植物的贡献率以及各月份不同植物间的水分利用关系。结果表明：（1）在塔里木河下游,成年胡杨、幼龄胡杨、柽柳几乎都不利用0~50 cm的表层土壤水,而主要利用200 cm以下的深层土壤水和地下水,而甘草、骆驼刺主要吸收50~200 cm的土壤水。（2）在生长季的不同月份里,除个别月份外,胡杨（成年和幼龄）、柽柳之间存在激烈水分竞争;甘草、骆驼刺在生长旺季和末期对各水源都存在较强的竞争关系,而成年或幼龄胡杨、柽柳和甘草、骆驼刺之间水分竞争关系较弱。（3）在塔里木河下游,为了适应极端干旱,无论是乔木胡杨、还是灌木柽柳,水分来源主要是较稳定的深层水源,且对各水源的利用比例在不同月份波动不大。     

塔里木河下游荒漠河岸林不同退化区胡杨种群结构和空间分布格局研究

对塔里木河下游荒漠河岸林退化程度不同的4个典型断面胡杨种群结构和空间分布格局进行了研究,结果表明:①胡杨种群密度从英苏断面的8.01株/(25 m ×25 m)下降至依干不及麻断面的0.62株/(25 m×25 m),同时伴生种数量和种类不断减少。②胡杨种群整体分布不均匀,幼苗和小树缺乏,中龄和老龄植株所占比例较高。随着退化程度的加剧,幼苗和小树所占比例不断降低,而中龄和老龄植株所占比例明显增加。③胡杨种群整体分布格局为聚集分布,聚集度Moristia指数Iδ 从英苏断面的1.67增至依干不及麻断面的4.99,并且幼苗和小树发育阶段的胡杨种群分布格局因植株数量的不断减少,逐渐由聚集分布过渡为随机分布,而中龄和老龄发育阶段的胡杨种群均为聚集分布。④影响胡杨种群结构和分布格局变化的主要因子是地下水埋深,浅层土壤含水率对其影响不大。     

塔里木河下游荒漠化过程土壤种子库特征

沿塔里木河下游荒漠河岸林,选择了荒漠化程度依次加重的5个断面,进行了土壤种子库野外萌发试验。结果表明:①在中度荒漠化区土壤种子库的物种相对丰富(11种),密度较高(892.6粒\5m-2);随着荒漠化程度的加剧,土壤种子库物种丰富度、总密度以及多样性指数呈现出明显下降的趋势;②与重度荒漠化区和中度荒漠化区相比,极度荒漠化区土壤种子库中的多年生草本和灌木密度占总密度的百分比有所增加,一年生草本百分比明显降低;③不同荒漠化程度对种子库密度的垂直分布影响不大,70%以上的种子集中在土壤表层0～2 cm深度。综合来看,随着荒漠化程度的加剧,土壤种子库的恢复潜力有所下降。     

塔里木河下游生态响应遥感监测研究

以生态应急输水为背景,分析总结了应急输水重大工程实施以来,塔里木河下游生态响应监测诊断研究成果,并利用遥感、GIS等空间信息技术,以2000年7月、2002年7月、2004年7月为研究时段,分别选取三个时相的CEBERS-1CCD遥感影像作为研究数据,对塔里木河下游生态响应进行遥感监测分析。首先,对三个时相的CBERS-1CCD数据进行几何校正、配准、拼接和切割等处理;然后以研究区NDVI数据值域分布为基础,并结合研究区8个样区的实地调查结果,研究建立NDVI分级标准体系;其次,按照建立的NDVI等级标准体系,分别提取研究区三个时相不同等级的NDVI值,并提取相应的土地面积;最后,计算求得研究区三个时相不同等级NDVI所对应土地面积的转化矩阵,并结合研究区生态应急输水背景,通过分析NDVI等级转化情况,揭示研究区生态变化趋势和规律。研究结果显示:2000-2004年期间,研究区植被状况好、较好、一般的土地面积分别增加906.39 km2、593.67 km2、384.13 km2,植被状况较差、差的土地面积分别增加了192.54 km2、348.03 km2。结果表明:遥感技术可以为塔里木河应急输水对塔里木河...     

塔里木河中下游年表特征

通过对沙漠与山区年轮研究中的采样、年表特征及年表中的水分信息三个问题的比较分析,阐述了塔里木河中下游年表的特征等问题,得到以下三点结论:(1)沙漠与山区采点状况不同,采样方法有异,沙漠采样注重距河的远近及地势高低,而山区采样强调林带上下限等。(2)沙漠年表的敏感度大于山区,自相关与互相关小于山区,年表中的低频周期少于山区。(3)沙漠年表的水分限制因子是流量,山区是降水,沙漠年表中的流量信息多于降水,山区相反。     

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。     

应用因子分析研究塔里木河下游生态环境的退化

采用SPSS分析软件,对塔里木河下游沿河道布设的39个样地进行了环境退化的因子分析。通过数学变换,9个观测指标被转换为2个综合指标(主分量)。根据本地区的实际,对2个综合指标进行了环境解释。依据这2个主分量的贡献率计算了塔里木河下游39个样地的因子得分,并据此进行了环境退化程度(荒漠化)的评价。从因子得分结果看,塔里木河下游地区呈明显的随距大西海予水库距离的增加荒漠化程度加重的特点,引起这一结果的主要原因是水、盐条件逐渐恶化带来的植被衰败。从分类的结果看,与本地区的实际基本相符合。这说明因子分析的方法综合了多指标的综合影响,划分的结果更加客观。     

不同水分供应对塔里木河下游土壤种子库种子萌发的影响

基于国内外在土壤种子库研究中对种子萌发方法认识的基础上,选择不同水分处理下开展了塔里木河下游三个典型退化区土壤种子库的种子萌发实验,目的是:(1)验证不同水分梯度下土壤种子库萌发的数量和种类存在明显差异,从而为今后选择适宜水分条件进行土壤种子库研究提供依据;(2)通过土壤种子库的萌发实验,找出一个最适宜于本区植被种子萌发的土壤水分区间.实验于2005年3月和8月分别进行.在第一次实验中,以本区沙土地平均的饱和含水率28%为基准,选择5.6%、11.2%、16.8%、22.4%、28%和33.6%等6个水分梯度进行种子库种子萌发的实验,从萌发结果看,萌发种子的数量和种类在不同水分处理下有较显著的差异,其中当土壤含水量在12%以下几乎没有种子萌发,而后随着水分梯度的增大,萌发种子的数量和种类有一个明显的增加,但当水分梯度超过饱和含水率后萌发种子的数量和种类也呈下降的趋势;相应地,根据首次实验的结论又进行了第二次萌发实验,通过设定16.8%、22.4%、23.2%、24.4%、25.6%、26.8%、28.0%、30.5%和33.6%等9个水分梯度的种子萌发实验,发现塔里木河下游土壤种子库中出现的不同植物的种子均有各自独特的随水分变化的萌发规律,而多数植物种子萌发的最大值并不是在饱和含水率或超过这一水分条件下,而是在稍低于饱和含水率时,如胡杨和柽柳在土壤种子库中的种子均是在25.6%时出现萌发数量的最大值,而这对于指导今后开展的恢复实践是有意义的.通过对萌发实验结果的讨论,可以得出以下初步的结论或建议:(1)在土壤种子库研究中由于水分梯度选择上的差异将会造成土壤种子库实验结果在种子数量和种类上均出现较大的差异,因此必须根据研究区生境的特点选择适宜的水分梯度;(2)从塔里木河下游主要建群植物恢复的角度考虑,目前从理论上看,最适宜塔里木河下游天然植被种子萌发的土壤水分区间是[23.2%,26.8%].