新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000～2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus euphratica Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性.结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76～2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15～4.12 m,地下水含盐量为67.15～72.65 mm.     

新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000￣2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus　euphratica　Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性。结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76　￣　2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15　￣　4.12　m,地下水含盐量为67.15　￣　72.65　mm。     

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。     

额济纳绿洲胡杨林更新及群落生物多样性动态

研究额济纳绿洲胡杨群落演替中的生物多样性指数与胡杨林年龄、密度、地下水埋深、地表土壤含水量的相互关系,及胡杨更新中的根蘖株数、实生株数与胡杨林年龄、密度相互关系。结果表明:胡杨种群在更新过程中根蘖株数与胡杨年龄、密度相关显著,根蘖性随胡杨年龄增长而加强,随密度增大而减弱,实生株的分布与胡杨年龄相关显著,而与密度、遮萌度相关不显著,实生苗只出现在中龄林中,而在老龄胡杨林和幼龄胡杨林中均无胡杨实生苗;胡杨群落演替过程中生物多样性与群落的土壤含水量、地下水埋深和林冠遮萌度相关不显著,而与胡杨的年龄、密度相关显著,胡杨群落在演替过程中生物多样性和均匀度增高,个体数量却减少,胡杨在种群发育过程不仅表现出自疏现象,并在群落演替过程中表现明显的排斥异种现象。一个观点:逆境生存的建群植物种个体繁殖的最大收益性导致群落演替出现间断现象。由于极端环境胁迫下,胡杨在繁殖对策选择上,在胡杨林内胡杨种群更新选择以无性繁殖为主,而在胡杨林外的其它生境中胡杨种群更新以有性繁殖为主。针对上述观点,胡杨保护和更新在不同的生境中以不同的更新方式进行。     

胡杨枝直径生长对塔里木河下游应急输水的响应

胡杨枝年轮信息包含了塔里木河水量变化内容,通过胡杨枝生长量调查可以反映塔里木河应急输水规律.塔里木河应急输水后,受输水影响不同离河距离胡杨枝连年直径生长量出现突出增长,产生明显影响的开始时间大多起于2001年,有些枝直径增长量是输水前3.85倍.输水后与输水前胡杨枝直径生长量的比值与离河距离之间存在显著负相关.通过输水前后胡杨枝直径的变化关系可以推断出各输水断面胡杨对输水的响应范围,在2003年分布最远已经达到的离河900m.     

塔里木河上游天然胡杨林种群空间分布格局与动态研究

以新疆塔里木河上游阿瓦提县天然胡杨林为研究对象,采用相邻格子法进行实地调查,应用方差/均值比率法和5种聚集度指标研究了塔里木河上游天然胡杨林主要种群的空间分布格局与动态特征.结果显示:胡杨群落中除草本西北天冬种群空间分布格局呈随机分布外,其它主要种群均呈聚集分布;拟合检验表明,胡杨、灰叶胡杨种群为聚集分布.种群空间分布动态分析表明,灰叶胡杨在小树、中树与大树阶段均为聚集分布;胡杨种群在小树与中树阶段为聚集分布,但聚集强度减弱,到大树阶段为随机分布.研究表明,物种分布格局主要与物种本身的生物生态学特性和生境有关.     

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。     

塔里木河上游灰胡杨种群生活史特征与空间分布格局

灰胡杨是荒漠地区特有的珍稀渐危植物,主要分布在塔里木河流域,是塔里木荒漠生态系统的关键种之一。在塔里木河上游选择具有代表性群落设立5 hm²研究样地,应用相邻格子法进行每木调查,从年龄结构、生命表特征、存活曲线、生存分析以及种群不同发育阶段个体空间分布格局等方面研究了灰胡杨种群生活史动态特征与空间分布规律。结果表明:塔里木河上游灰胡杨种群结构整体上呈钟型,幼树个体较少,成年个体较多,属暂时稳定型种群;不同生境种群结构不同,随河流走向种群结构由稳定型转为衰退型。种群存活曲线趋于DeeveyⅡ,生存率呈单调下降趋势,中期(Ⅵ-Ⅸ)降幅较高;危险率呈上升趋势,于Ⅸ龄级出现危险率与死亡率、消失率高峰,生命期望单调下降,反映种群生存力下降的趋势。灰胡杨种群空间分布格局总体上为聚集分布,因生境不同空间格局发生变化,这是种群适应环境压力及与环境协同进化的结果;种群空间格局随发育进程而变化,从幼龄到中、大龄,种群分布格局的聚集强度减弱并逐渐转变为随机分布,这是种内竞争强度变化的结果。环境因子与种群分布多度的相关与逐步回归分析表明地下水位是影响种群分布的主要因素。可见,塔里木河上游灰胡杨种群结构与空间分布格局随生境和时间发生变化,环境因素和生物因素是影响灰胡杨种群生态特征的两个主要原因。     

塔里木河上游胡杨种群结构与动态

采用样带调查法对塔里木河上游3个断面8.5 hm2天然胡杨林进行野外调查,绘制了胡杨种群年龄结构图和存活曲线,结合种群动态量化方法与时间序列预测,分析种群结构与动态特征。结果表明:塔里木河上游胡杨种群密度随径级增大而减小,自疏指数接近-3/2,个体胸径达24 cm后种群密度保持相对稳定。中、下段胡杨种群年龄结构呈金字塔型,幼龄级所占比例较大、林分年轻;存活曲线为Deevey C型,且动态指数0,为增长种群。受所处生境条件影响,上段不同生境胡杨种群年龄结构差异明显。阿瓦提县胡杨种群结构呈金字塔型,幼龄级比例高达77.2%,存活曲线属Deevey C型,为增长种群;南口镇与托海乡胡杨种群结构呈壶型,幼龄级比例极低、中大龄级比例高达84.7%,存活曲线属Deevey A型,为衰退种群;沙黑里克镇胡杨种群结构呈钟型,存活曲线属Deevey A型,为暂时稳定种群。种群数量动态与时间序列分析表明,中、下段胡杨更新资源丰富,未来种群能够稳定增长;上段南口镇、托海乡与沙黑里克镇幼龄级数量随时间推移减少,种群向大老龄级发展,未来种群将走向衰退。总之,上段胡杨种群因更新资源不足而趋于衰退,未来保持适当的人工辅助恢复措施和加强保护现有植株及其生境是保持胡杨种群自然更新和进行种群恢复的关键。     

塔里木河中游胡杨胸径生长量与气候因子和NDVI 的关系研究

以塔里木河中游胡杨胸径生长量为研究对象, 运用地学统计软件的趋势分析和相关分析分析了胡杨胸径生长量与气象因子和NDVI 的关系。结果表明: 采集的样木胸径大小主要集中在5-25 cm, 占总数的86.35%, 胡杨在2001-2006 年、2006-2011 年这两个时期胡杨胸径生长率分别为6.02%、7.08%; 固定样木的胡杨胸径生长量的增长表现为: 2001-2006 年较2006-2011 年差, 小直径>中直径>大直径, 高密度林>中密度林>低密度林>疏林; 胡杨胸径生长量与温度呈强正相关, 与降水量呈弱负相关; 胡杨胸径生长量与年均NDVI 的Pearson 相关系数为0.542, 且平均NDVI 变化百分比有增长趋势, 表明2001-2011 年间研究区胡杨林长势总体趋于良好方向发展。     

新疆塔里木河下游应急输水植被阶段恢复分析

根据塔里木河下游第4次应急输水后不同断面、不同离河距离植被生长调查数据,分析塔里木河下游输水河道两侧不同地下水埋深梯度地表相应植物的生态恢复指征,结果表明,经4次应急输水后胡杨萌蘖更新发生在离河150m且地下水埋深＜4m的条件下,研究确定了植被种类、长势与离河距离和地下水埋深之间的量化关系以及植被恢复等级与离河距离的量化关系,为应急输水后生态恢复范围的确定和输水方案的调整提供科学依据.     

新疆塔里木河下游断流河道输水与生态恢复

结合塔里木河下游输水过程中对9个地下水监测断面、18个植被样地的实地监测资料,分析了塔里木河下游输水条件下的浅层地下水位变化和天然植被的响应和恢复情况。研究结果表明,塔里木河下游输水有效地抬升了河道两侧的地下水位由输水前的6～8m抬升到了2～4m。在横向上,地下水位对输水的响应范围达到850m,胡杨和柽柳对地下水位变化的响应范围分别达到700和600m但对草本植物的影响范围较窄,林间沙地活化现象仍未得到遏制。提出为扩大输水的生态效应和加快受损生态系统的恢复重建,应在目前沿自然河道“线型”输水的基础上,分段实施河水漫溢的面上供水方案,并通过加强流域水管理、推广农业节水技术和加大河道整治力度等措施,来确保塔里木河下游一定的生态用水量。     

咸水灌溉对沙土土壤盐分和胡杨生理生长的影响

通过咸水灌溉沙土土质生长的幼龄胡杨,分析了咸水灌溉沙土土壤盐分分布累积特点、盐分胁迫对胡杨的耗水生长关系、叶绿素、Pro、MDA的影响,结果表明:(1)在1.2—3 g/L范围内,微咸水灌溉沙土处于脱盐状态,6—12 g/L咸水灌溉使沙土积盐大增。在整个生长周期内,微咸水和咸水灌溉,0—200 cm内土体的总盐都呈累积趋势。(2)咸水灌溉胡杨,不同盐分处理的生长耗水关系可以用对数模型描述。(3)盐分胁迫下,胡杨叶片内叶绿素含量呈抛物线递减,Pro和MDA含量则呈现抛物线递增趋势。说明短期内咸水灌溉对土壤安全和胡杨的生长影响有限,可用咸水解决生态缺水现状,3种生理指标可用来衡量胡杨的盐胁迫程度,以此为指导提高人工造林的成活率。     

基于Maxent模型的未来气候变化情景下胡杨在中国的潜在地理分布

胡杨(Populus euphratica)是全世界干旱和半干旱区急需优先保护的林木基因资源,预测未来气候变化情景下胡杨在中国的潜在地理分布将为胡杨种群资源的保护和管理提供科学依据,并为绿洲恢复过程中胡杨的合理种植和配置提供有价值的理论指导。本研究基于胡杨在中国地区的92条有效分布记录和10个环境因子变量,利用Maxent模型和ArcGIS软件预测了未来气候变化情景下胡杨在中国的潜在地理分布,综合环境因子变量贡献率及置换重要值、刀切法检验评估制约现代胡杨潜在地理分布的重要因子,采用响应曲线确定环境因子变量的适宜区间,定量确定胡杨未来受威胁的潜在地理分布区域和面积。结果表明：（1）Maxent模型的预测准确度极高,受试者工作曲线面积（AUC值）达0.932,现代胡杨潜在地理分布的总适生区面积为289.94×104km2,主要位于内蒙古中西部地区（额济纳旗和阿拉善地区）、新疆大部分地区、甘肃北部和西北部地区、青海中西部地区和宁夏北部地区;（2）影响胡杨的潜在地理分布的主要环境因子变量为气温因子变量（年均温和最冷月最低温）和降水因子变量（最湿月降水量和最干季降水量）,最湿月降水量是影响胡杨潜在地理分布的关键因素;（3）在未来4种气候变化情景下,胡杨不同等级潜在地理分布区的面积较现代潜在地理分布区面积均有不同程度的缩小,且整体上看胡杨的潜在地理分布区有向高海拔区域迁移的趋势。     

胡杨、灰叶胡杨P-V曲线水分参数的初步研究

运用P-V技术初步研究了人工林胡杨、灰叶胡杨两个树种的水分参数差异,探讨了树种的抗旱性。结果表明灰叶胡杨的主要水分参数(ψ100、ψ0、ROWC、AWC、RWD、ε）明显低于胡杨,渗透调节能力和束缚水含量高于胡杨,表现对干旱环境具有较强的耐旱能力。综合评判表明灰叶胡杨对干旱的适应性较强。     

甘肃省的胡杨林

胡杨(Populus euphratica)林是荒漠地区特有的珍贵森林资源,甘肃省的荒漠地区也有分布,但最近几十年来由于遭到人们乱砍滥伐和毁林开荒的严重毁坏,如今所剩下的胡杨林已经不多。在所剩下的胡杨林中,不少地段又因为地下水位的下降导致生境恶化,又使得某些胡杨林产生了明显的衰退。这便是当今甘肃省胡杨林面临的严重问题。如果听之任之,让其这样发展下去,甘肃省的胡杨林势必遭到灭绝。为了使甘肃省荒漠中这项珍贵的森林资源免遭灭绝,就必须对它们进行妥善管理,包括严禁乱砍滥伐和毁林开荒,并对那些因地下水位下降而产生了明显衰退的胡杨林进行灌溉和抚育等,与此同时,还应积极进行胡杨的造林,使胡杨林的面积逐渐扩大。     

干旱胁迫对胡杨PSII光化学效率和激能耗散的影响

选取塔里木河下游4处地下水位埋深〉4 m的监测井位,结合地下水位数据,调查并分析了在地下水位下降引发的干旱胁迫下,胡杨（Populus euphratica）的叶片水分特征及叶绿素荧光特性,从能量代谢与转换角度分析了干旱胁迫对胡杨的PSII光化学效率和激能耗散的影响。结果表明：随着地下水位下降引发的干旱胁迫程度的加剧,胡杨的叶水势显著降低,而叶片相对水分含量差异不显著,总体处于适宜状态（80.38%–86.19%）;在干旱胁迫的影响下,胡杨的综合光合活性明显降低,叶片光饱和点显著下降;同时胡杨的光合作用电子传递速率、PSII光下实际光化学效率以及光化学猝灭均随着光强的增大而显著降低,且干旱胁迫越剧烈,下降幅度越大;干旱胁迫下,胡杨的非光化学猝灭和调节性能量耗散量子产量等参数则随着光强的增大显著升高,但是其潜在最大光化学效率却处于适宜状态（0.80–0.86）。说明干旱胁迫下,胡杨的光合作用光能利用份额下降,耐受高光强的能力减弱,捕获的光能过剩程度加剧。胡杨主要通过热耗散来缓解光能过剩带来的压力。虽然研究区胡杨的PSII尚未发生不可逆的光损伤,但是其发生光抑制以及由此带来的光系统损伤的潜在危险在增加。     

沙漠腹地天然绿洲胡杨和柽柳叶片δ13C值对不同地下水埋深的响应

干旱区植物的水分利用效率对植物的分布及水分利用状况具有重要意义。基于不同地下水埋深条件下沙漠腹地绿洲优势种胡杨和柽柳叶片δ¹³C值,分析了胡杨和柽柳的水分利用效率对不同地下水埋深的响应。结果表明: 随着地下水埋深由2.1 m增加到4.3 m,柽柳叶片的δ¹³C值先略有增加后处于较为稳定状态,柽柳采取较为稳定的水分利用效率适应干旱环境;胡杨叶片的δ¹³C值呈现先略有减小后增加的趋势,胡杨通过提高水分利用效率的策略适应干旱胁迫。同一地下水埋深条件下柽柳叶片的δ¹³C值高于胡杨叶片,表明柽柳的水分利用效率高于胡杨。     

人工调水对额济纳胡杨荒漠河岸林繁殖的影响

研究了围封禁牧条件下人工调控黑河水文过程对额济纳胡杨荒漠河岸林繁殖的影响。结果表明:在分水实施的3a中,胡杨主要靠根蘖繁殖更新,种子繁殖几乎不存在。在没有放牧干扰的条件下,不同年份之间林窗内胡杨的根蘖繁殖差异明显,胡杨幼苗个体密度平均为(213.9±112.5)株/100m2,其中1龄为(27.5±18.8)株/100m2,2龄为(113.8±67.7)株/100m2,3龄为(71.0±73.9)株/100m2。胡杨幼苗的丛密度平均为(108.3±56.0)丛/100m2,其中1龄为(19.2±13.9)丛/100m2,2龄为(59.0±37.8)丛/100m2,3龄为(29.8±22.8)丛/100m2。这种差异与当年的生态水文条件有关。划分的整体、大林窗、小林窗3种类型中,大林窗内2龄胡杨幼苗的根蘖繁殖更新受到了距样方最近和最远母树距离的影响。在生态水文条件较好的年份(2龄苗对应于2002年),在距母树较远的地方根蘖繁殖最容易发生。在其它林窗中,胡杨根蘖繁殖主要受林窗生境如环样方母树株数(Tn)、距样方最近母树距离(Nd)、距样方最远母树距离(Fd)和林窗面积(Ga)等因子的综合影响,任何一个因子的单独影响都不显著。总之,本研究的初步结论是黑河分水工程实施对胡杨的繁殖更新无疑是有利的,但前提是消除放牧等干扰因素的影响。