塔里木河中游胡杨径向生长对气候变化的响应研究

以塔里木河中游荒漠河岸林胡杨为研究对象,选择中游河道新沙吉利克、坎白吾斯坦两个断面,分析塔里木河中游胡杨径向生长量的特点,基于离断面较近的气象站长时间序列的气温数据,采用相关性分析和MannKendall突变检验方法研究塔里木河中游胡杨径向生长量对温度动态变化的响应。结果显示:(1)塔里木河中游的河流沿岸,胡杨径向生长变化与温度变化均呈增加趋势;新沙吉利克、坎白吾斯坦断面胡杨径向生长量突变分别发生在1993年和1998年以后,且该地区的胡杨径向生长量对温度具有滞后性。(2)从时段分析发现,当年6~9月的温度对胡杨径向生长量的促进作用最大,6~9月的温度可能是该地区胡杨径向生长的限制性因子。(3)当年平均温度在13~33℃时,胡杨径向生长量达到最大值;当温度超过33℃,胡杨径向生长量呈现减弱趋势。研究表明,当年平均温度过高或过低都会抑制胡杨的径向生长。     

塔里木河干流胡杨径向生长对地表径流变化的响应

以塔里木河干流荒漠河岸胡杨(Populuseuphratica)为研究对象,在塔里木河干流河道上游和中游选择帕满水库和坎白尔吾斯坦2个断面,分析胡杨径向生长的特点。根据不同断面的河道径流数据,采用小波分析和相关性分析方法研究塔里木河胡杨径向生长随径流动态变化的响应。结果表明,帕满水库-新其满断面,胡杨基部断面生长增量(BAI)与径流在15–24年时间尺度上都发生震荡,且径流震荡年份要早于基部断面生长增量震荡年份。坎白尔吾斯坦-英巴扎断面,胡杨BAI与径流在10–20年时间尺度上都发生震荡,BAI震荡周期出现时间较晚。在塔里木河干流沿岸,径流是胡杨径向生长的主要限制因素之一。上游帕满水库断面,胡杨BAI与前一年11月至当年3月的径流量呈显著相关;中游坎白尔吾斯坦断面,胡杨BAI与前一年12月至当年3月的径流量呈显著相关。塔里木河不同河段胡杨BAI对径流变化响应的敏感度存在差异。研究表明,塔里木河上游采样区胡杨生长良好,所对应的最佳径流达1.3340×10~8 m~3;塔里木河中游采样区胡杨径向生长的最合理径流量的范围为0.380 3×10~8–1.205 6×10~8 m~3。     

输水堤坝对塔里木河中游胡杨群落及种群的影响

以分布于塔里木河中游输水护堤内侧和外侧各3个天然胡杨林样地为研究对象,其中卡哈、沙子河、恰拉样地位于护堤内侧,乌斯满、阿其河、铁依孜断面样地位于护堤外侧。采用样方调查法获取各断面胡杨群落特征、胡杨种群结构,并利用胡杨侧枝生长量获取胡杨生长信息,分析塔里木河中游输水护堤对胡杨群落及种群的影响,为客观评价塔里木河中游输水护堤对胡杨的影响及加强胡杨林保护提供科学依据。结果表明:(1)塔里木河中游各断面胡杨群落结构差异较大,防护堤内侧胡杨群落物种数、多样性指数高于护堤外侧群落,各断面共有种为胡杨、多枝柽柳、芦苇和甘草。(2)护堤内侧胡杨种群DBH≤2.5cm的幼树较多,中老龄个体较少,为增长型种群;外侧胡杨种群更新能力弱,缺乏幼龄个体,但中老龄个体较多,为衰退型种群。(3)除恰拉断面外,中游各断面胡杨侧枝生长量自1998-2003年呈上升趋势,2004-2007年呈下降趋势,护堤内外侧胡杨生长量表现出明显差异。     

塔里木河下游胡杨径向生长与地下水的关系

本文通过分析塔里木河下游地区地下水位与胡杨径向生长量的相互关系,建立胡杨径向生长量随地下水位变化的函数模型,并从数理统计学的角度验证了胡杨生长的胁迫水位和临界水位。结果表明：1）随着地下水位的下降,胡杨径向生长量的均值逐渐减小。2）胡杨径向生长量与地下水位之间存在极显著的回归关系,其最佳回归模拟函数为四次多项式Y=0.003X4-0.080X3 0.731X2-3.060X 6.934,判定系数R2为0.857,P值为0.0001。3）通过分析可知：胡杨生长的胁迫水位是4.71 m,临界水位是8.62 m。胡杨正常生长的水位区间为0.5—4.71 m,受到胁迫的水位区间为4.71 m—8.62 m,当地下水位大于8.62 m时,胡杨将会呈现出衰败景象,此时,胡杨径向生长量的变化率逐渐向0接近,表明胡杨径向生长趋向停止。     

塔里木河中游水文影响下的胡杨种群格局动态

在利用环境同位素技术与多年径流量数据分析塔里木河中游的水文过程基础上,采用聚集度指标与种群结构动态量化法,研究了水文条件变化下胡杨种群结构特征与时空格局动态,预测了胡杨种群未来发展趋势。结果表明:(1)自1998年以来,中游年径流耗损量逐年减少,依靠地表水补给的地下水日益匮乏,具体表现为地下水埋深呈直线下滑趋势,这导致堤防外植被生长所需的生态用水日益紧缺。(2)在分布格局上,胡杨种群借助集群分布的格局抵抗恶劣的生态环境,其聚集强度随个体发育不断减弱,并有向随机分布发展的趋势;在种群结构上,胡杨种群除2003年为稳定型,其他年份下均属衰退型,表现出结构老龄化且长期衰退的特征。(3)2002年中游水量最为充沛,由于生态对环境变化的迟滞性特征使2003年地下水位抬升,导致胡杨种群变为稳定型,且聚集强度最大,种群增长趋势最强。种群动态指数与地下水埋深的回归模型显示,随地下水埋深的下降,种群增长趋势降低,验证了胡杨种群对水文变化的响应。(4)种群动态预测表明,未来2a,仅幼树数量呈增加趋势,其余径级均为减少趋势;未来5年a大树(或老树)数量将大幅减少。可见,地表水与地下水的逐年减少影响了胡杨种群的分布格局,阻碍了种群的更新发育,水文条件是影响中游胡杨生态特征的直接因素。     

塔里木河下游不同断面胡杨径向生长对地下水变化的敏感性研究

以塔里木河下游干旱荒漠区胡杨为研究对象,选择英苏、依干不及麻、阿拉干、喀尔达依4个不同断面,通过定点监测4个典型断面的地下水位,并测定计算胡杨的径向生长量,对比分析4个不同断面的胡杨径向生长与地下水埋深之间的关系,定量研究胡杨生长的合理水位,为塔里木河下游胡杨健康生长和恢复提供理论依据。结果表明:(1)4个断面的胡杨年轮宽度在2000年以后有明显上升,英苏断面年轮宽度变化起伏最为明显,依干不及麻断面年轮宽度变化起伏最平缓。在2000年以前(为排除人工输水的干扰),胡杨年轮指数的变化有显著差异性,起伏最明显为依干不及麻断面,最平缓为阿拉干断面,喀尔达依断面有明显下降趋势。(2)4个断面的胡杨径向生长量与地下水埋深之间呈负相关关系,建立回归模型,拟合方程均通过0.05水平检验,拟合关系较好。(3)4个断面的胡杨径向生长量随着地下水位的下降,其灵敏度呈先增大后减小的趋势。灵敏度最大值对应的地下水位分别是:英苏断面5.38m、喀尔达依断面6.66m、阿拉干断面7.81m、依干不及麻断面7.84m。说明4个断面的胡杨径向生长对地下水位变化响应的敏感度存在差异,胡杨生长敏感的地下水位范围在5.4~7.8m之间。     

塔里木河上、中游胡杨种群结构与统计分析

在新疆塔里木河的上游-阿瓦提县和中游-轮台县胡杨林自然保护区内设置1．2hm^2的样地,应用相邻格子法进行每木调查获取野外资料,编绘了不同生境胡杨种群的特定时间生命表、存活曲线和大小、年龄结构图。结果表明：不同生境胡杨的种群结构差异明显。阿瓦提县胡杨种群大小、年龄结构呈金字塔型,幼苗储备丰富,缺乏老树,林分较年轻,为增长种群。种群从Ⅰ～Ⅱ级发育过程中死亡率较高,中龄个体生命期望寿命较高,存活曲线符合DeeveyⅢ（凹）型。轮台县胡杨种群大小、年龄结构呈中部大、两端小的正态分布,幼苗相对较少,林相成熟,为稳定种群。种群从Ⅵ～Ⅶ级发育过程中死亡率较高,生命期望寿命随年龄的增大而降低,存活曲线经模型检验符合DeeveyⅡ（直线）型。不同生境种群的消失率与死亡率曲线变化一致,均出现两个高峰,峰值大小明显不同。种群数量动态是胡杨生物学特性和环境条件共同作用的结果。     

塔里木河下游胡杨空心特征

本文选取塔里木河下游阿拉干断面胡杨林长期监测样地,分析胡杨林空心率、树洞特征及其在不同胸径和树高组间的分布特点。结果表明:研究区胡杨种群具有较高的空心现象,空心胡杨占调查胡杨总数量的56%,约159株·hm^-2;胡杨空心率在不同胸径和树高组间呈显著差异,其与胸径呈显著正相关,与树高呈显著负相关。该监测样地胡杨树洞密度约560个·hm^-2,平均每株2个;所调查的胡杨树洞大部分出现在树干上（57.1%）,均以树干中部洞口为主（31.3%）;直径为5～15 cm的树洞（38.2%）所占比例最大。总树洞数量、单株树洞数量、树洞直径等特征与胸径呈显著正相关,与树高呈显著负相关,而各树洞类型在不同胸径和树高组间的分布不同,变化趋势不一致。胡杨树洞在各方位上的分布差异显著,树洞集中分布在正西方向上。胡杨荒漠河岸林的空心发生率较为严重,且胸径越大其空穴化程度越明显。加强保育幼龄胡杨和修复退化荒漠河岸林具有重要意义。     

塔里木河下游生态输水后胡杨径向生长量的时空变化

以塔里木河下游胡杨为对象,基于树木年轮水文学的方法,分析了生态输水后胡杨枝条径向生长量的时空变化.结果表明：生态输水前后胡杨平均径向生长量差异极显著,输水后,胡杨径向生长量明显增加,增幅达125%;生态输水期间,随着输水量的增加,胡杨径向生长量逐渐增加,二者呈正相关关系（R²=0.394）,可以将胡杨径向生长量作为输水效益的一个重要量化指标;生态输水后,离河道不同距离处的胡杨径向生长量差异极显著（P=0.007）,且随着与河道距离的增加,胡杨径向生长量逐渐减小;不同河段的胡杨径向生长量差异显著（P=0.017）,离水源地大西海子水库越近的河段,胡杨径向生长量变化越大.目前输水的影响范围有限,不足以从根本上遏止本区生态环境的持续恶化.     

塔里木河上、中游极端干旱区淹灌对胡杨(Populus euphratica)长势的影响

为加强塔里木河流域胡杨林生态保护, 维系胡杨林植被系统多样性、稳定性和完整性, 针对塔里木河上游吐江、中游坎白尔吾斯坦生态监测断面, 从胡杨冠幅、长势打分、年龄结构、幼苗出现频率及生理指标进行了调查和测定。分析距水源远近对胡杨林群落特征的影响。结果表明: ①淹灌前后胡杨幼苗在单位面积内(植)株(个)数从0.08株·m-2增加到0.80株·m-2; 长势较差的胡杨逐渐被长势较好的替代; 同一柽柳在淹灌前后新枝增幅71.6%。②随着距生态闸距离的增大胡杨冠幅、单位面积内胡杨数呈现下降趋势; 且长势打分也呈下降趋势, 随着淹灌距离的增大分别下降了5.0%、19.3%、45.5%; 胡杨幼林和中成林随着淹灌距离增大分布呈下降趋势、过熟林呈上升趋势, 幼林分别下降了28.6%、85.7%、100%。过熟林分别增加了32%、88%、132%; 胡杨幼苗出现频率随着淹灌距离增大分别下降了21.83%、44.51%、27.78%; ③生态补水后, 可溶性糖(SS)、脯氨酸(Pro)和脱落酸(ABA)均呈现减少趋势。在淹灌距离300 m、450 m、600 m处可溶性糖(SS)减少了37.4%-42 %; 脯氨酸(Pro)减少了36.6%-41.9%; 脱落酸(ABA)减少了29.8%-41.9%。生态补水在一定程度上缓解了胡杨水分胁迫, 使的胡杨生长环境得以好转。     

基于生物量的塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)生态服务价值评估

胡杨是塔里木河下游荒漠河岸林的重要组成部分,研究塔里木河下游胡杨生物量及生态服务价值变化特征,可以为塔里木河下游生态输水的效益评估提供科学依据。以塔里木河下游胡杨为研究对象,采用实地调查采样与遥感解译分析相结合的方法,评估了不同年份胡杨地上生物量特征,并结合遥感方法提取不同年份胡杨面积,估算了不同年份胡杨的生态服务价值。结果表明:(1)胡杨主要分布在离河道0—700 m的范围内,此范围内的生物量占总生物量的90%以上;在离河道700 m以外,胡杨的生物量不足10%。英苏断面胡杨平均生物量最高,阿拉干断面次之,依干不及麻与喀尔达依断面胡杨生物量较低。(2)2000年,胡杨单位面积平均生态服务价值为78.96元/hm~2,2010年为177.14元/hm~2,2016年为313.55元/hm~2;胡杨总服务价值在2000年为43.24×10~4元,2010年为93.00×10~4元,2016年为184.27×10~4元。(3)2016年胡杨的有形服务价值为22.74×10~4元,无形服务价值为161.53×10~4元,胡杨的无形生态服务价值为有形生态服务价值的7.1倍。生态输水对胡杨生物量与服务价值具有显著的影响,输水效益十分显著。     

塔里木河下游胡杨生物量及其空间分布特征

该研究采用野外样地调查法,以塔里木河下游地区的胡杨为研究对象,以胡杨地上生物量与易测因子(胸径、树高)之间的关系模型为基础,依据监测样带胡杨状况,对研究区内胡杨生物量分布状况进行分析,并结合区域内胡杨林面积对胡杨总生物量进行了评估。结果表明:(1)胡杨生物量模型B=128.09(D2 h)0.6318(R2=0.892),精度较高,并且验证的实测值与模拟值之间差异不显著(P0.05),此模型可以用来对胡杨生物量进行评估。(2)随着离河道距离的增加,胡杨生物量呈减少趋势;胡杨生物量主要分布在离河道700 m以内的范围,占总生物量的91.37%。(3)塔里木河下游胡杨单位面积生物量为416.613kg·hm-2,总生物量为2.474×104 t。     

塔里木河中游胡杨高径系数及其对生境的指示意义

构建合理、可行的定量评价胡杨生境的指标体系,能够为塔里木河流域的社会经济可持续发展、生态环境保护提供科学依据和决策参考。以野外获取的单株胡杨树高和胸径为基础数据,构建了高径系数模型,定量分析了胡杨高径系数与胸径、龄级关系及其对生境类型的响应,并对其成因进行了辨析。结果表明:(1)以低阶地(含河漫滩)生境类型为基准,采用指数模型可以较好的模拟胡杨高径系数随胸径的变化趋势,不同生境类型下模拟曲线的响应特征也各不相同,各生境类型的胡杨高径系数随胸径的增大而减小;(2)随着龄级的增大,高径系数逐渐减小;(3)在相同胸径条件下,中阶地、高阶地、沙地等生境类型的胡杨树高分别相当于低阶地(含河漫滩)生境条件下的70%、42%、22%左右;(4)胡杨高径系数越大,其生长环境越好;反之,则越差,胡杨高径系数可以作为胡杨生境类型的敏感指示。进一步丰富了森林生境评价指标体系和树高-胸径关系模型理论,对生态学和测树学理论体系的完善具有一定意义。     

塔里木河源流和干流胡杨年轮生长的差异性

借助树木年轮学的方法和技术手段,通过对阿克苏河、叶尔羌河和塔里木河干流不同河段胡杨年轮样本采集,分析了塔里木河两源流与干流不同河段胡杨年轮生长特征;采用单因素方差分析方法和Kendall协同系数(W)研究了塔里木河两源流和干流不同河段胡杨年轮指数的差异性;利用突变检验和小波分析方法探讨了塔河两源流、塔河干流不同河段胡杨径向生长的周期和突变性。研究结果表明:(1)1980—2010年期间,塔里木河两源流和干流不同河段年轮宽度和年轮指数均呈下降趋势。在阿克苏河、肖夹克、沙子河口3个断面胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势明显,而叶尔羌河和新渠满断面的胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势不明显。(2)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮生长在空间上不具有一致性(W0.5),阿克苏河断面与肖夹克、沙子河口断面,叶尔羌河与肖夹克、沙子河口断面,肖夹克与新渠满断面,新渠满与沙子河口断面之间胡杨年轮指数均具有显著的差异性(P0.05)。(3)塔里木河两源流胡杨年轮指数的突变时间与河道径流量突变时间相同或者滞后,这可能与地表水转化为地下水过程有关。(4)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮指数变化的周期均小于其地表径流变化的周期,这可能与胡杨自身的生理特点和当地气温、水分对胡杨生长综合影响有关。本研究有助于深入了解干旱区内陆河流域胡杨生长特征变化规律,同时可为该流域胡杨资源生态保育提供参考。     

塔里木河干流胡杨种群结构与分布格局研究

采用样方法对塔里木河干流上、中、下游胡杨(Populus euphratica)种群按径级、高度级、长势级进行实地调查与统计,绘制径级结构图、高度结构图和长势结构图,并应用理论分布模型和聚集强度指数进行种群分布格局分析。结果表明:(1)塔里木河干流胡杨径级结构呈\"纺锤型\",幼苗和幼树缺乏(Ⅰ～Ⅱ级占28.83%),以Ⅲ～Ⅴ级占绝对优势(占66.62%),老龄植株所占比例最低(Ⅵ级占4.55%),从龄级结构看种群处于衰退的早期阶段,存活曲线符合DeeveyⅠ(凸)型,为稳定种群。(2)塔里木河上游胡杨种群高度级比例差异小(变幅为21.60%～31.07%),处于发展阶段;中游种群结构呈正态分布,为稳定增长型;下游种群高度级比例差异大(变幅为12.50%～51.14%),处于衰退阶段。(3)塔里木河干流胡杨种群分布格局呈聚集分布,不同离河距离的胡杨种群聚集强度有差异,不同龄级的胡杨种群聚集强度也不同,幼树的聚集程度高,Ⅵ级聚集强度较其他龄级差。     

水分梯度下胡杨荒漠河岸林种内竞争及空间格局变化特征

为查明塔里木河下游不同水分梯度下胡杨种内竞争以及空间分布格局的变化规律,在塔里木河下游阿拉干断面选取3条样带,每条样带内依照水分梯度布设3个样方,采用Hegyi单木竞争模型与点格局等分析方法,探究了水分梯度下胡杨林种内竞争及空间格局变化特征。结果表明：1)塔里木河下游胡杨的最适竞争范围为10m; 2)胡杨竞争指数与胸径服从幂函数关系(P<0.001),胡杨竞争指数随对象木胸径的增加而逐渐减小,当对象木胸径达到20cm以上时,其竞争指数逐渐稳定,且维持在较低水平;3)随水分梯度的降低,胡杨林分竞争指数呈下降趋势;4)在塔里木河下游,胡杨空间格局主要为聚集分布,随空间尺度的增加,胡杨逐渐趋向于随机分布;5)随水分梯度的降低,胡杨空间格局由聚集分布逐渐转变为随机分布。水分是决定极端干旱区荒漠植被空间分布与结构的主要因子;在胡杨林分管理中,应充分考虑胡杨的种内竞争、空间格局及其与水分梯度之间关系,为塔里木河下游胡杨林的保护与更新提供科学依据。     

塔里木河下游珍稀濒危植物胡杨的种群生存特征研究

该研究以种群生命表和生存分析理论为基础,采用空间代替时间法和分段均滑技术,编制了塔里木河下游地区胡杨种群特定时间生命表,绘制了胡杨种群的存活曲线、死亡率曲线,并分析了种群数量动态变化过程。结果表明:(1)胡杨种群的存活曲线属于凹型,Ⅰ~Ⅲ龄级死亡率在20%以下,从Ⅲ龄级到Ⅷ龄级死亡率增加迅速,并在Ⅷ龄级达到高峰,之后一直保持在50%以上。(2)胡杨种群累积死亡率从Ⅰ~Ⅷ龄级增加了75.79%,Ⅸ~Ⅻ龄级累积死亡率仅增加5.07%,胡杨幼苗和幼树的死亡率高;种群危险率在第Ⅶ龄级已经达到0.142 3,至第Ⅻ龄级达到0.217 4,表明随着胡杨年龄的增加,危险率也增加;死亡密度在Ⅶ龄级与Ⅸ龄级之间减少了0.018 7,说明从Ⅶ龄级到Ⅸ龄级有大量的胡杨死亡。(3)胡杨种群数量动态除了受基波的影响外,在第Ⅵ龄级处还有一个明显的小周期波动,这也许与该龄级胡杨的生理特性或人为干扰有关。