鄱阳湖湿地地下水埋深及其与典型植被群落分布的关系

地下水位直接影响土壤含水量,进而影响湿地植被生长、分布和演替。本研究以鄱阳湖湿地为研究区,基于2014—2018年地下水位野外定点观测数据,分析湿地地下水年内与年际动态变化特征,构建鄱阳湖湿地地下水数值模型,分析地下水流场空间特征以及地下水埋深分布,结合高斯回归方法分析地下水埋深与典型植被分布之间的关系。结果表明: 年内洲滩湿地地下水位呈明显的动态变化,且地下水位与湖水位变化高度一致。地下水埋深年内变化与降水量季节性分布之间存在1个月的滞后。年际洲滩湿地地下水位由上游向下游呈减小趋势,且上游洲滩湿地地下水埋深变幅较小(0.1～1.1 m),下游洲滩湿地地下水埋深变幅较大(0.1～5.6 m)。研究区地下水流场由上游丘陵地区指向下游地势相对平坦的湖区,其流向与地形高程变化一致。研究区平均地下水埋深为2.07 m,且由远湖区至近湖区,地下水埋深不断减小。苔草、芦苇、茵陈蒿群落生长的最适地下水埋深分别为1.1、3.7、5.7 m;典型植被的分布对地下水埋深梯度的响应差异显著;茵陈蒿群落的生态幅宽大于苔草和芦苇群落;3种植被群落在地下水埋深1.1～5.7 m范围内出现生态位重叠现象,其中,苔草植被分布指数迅速减小,芦苇植被分布指数先增大后减小,茵陈蒿植被分布指数持续增至最大值,在地下水埋深达到5.7 m后开始减小。     

黑河下游地下水波动带地下水与植被动态耦合模拟

采用对数正态分布模型,基于2006年黑河下游的野外实测数据,建立了研究区胡杨和柽柳植被盖度与地下水埋深的模型,并模拟了研究区的潜在植被.结果表明：黑河下游胡杨的最适宜地下水位和平均地下水位分别为2.6和3.6 m,柽柳则分别为2.0和3.0 m;胡杨的高盖度分布区主要集中在河道两侧的区域,而柽柳则可以在研究区的大部分区域以较高的盖度生存,对于研究区当前的地下水埋深而言,柽柳应该是最适宜生存的物种之一;研究区胡杨和柽柳的潜在植被空间分布与现状分布的相似性分别为43.4%和55.6%,导致相似程度不高的主要原因为土壤中存在的石膏盐盘层阻碍了土壤水分的垂直运动.     

黄河三角洲典型植被与地下水埋深和土壤盐分的关系

土壤盐分和地下水埋深是影响黄河三角洲植被发育和分布的重要因素.本文通过野外调查与统计分析,研究了黄河三角洲区域典型植被(翅碱蓬 柽柳、刺槐、芦苇和棉花)、地下水埋深、土壤盐分之间的关系.结果表明: 研究区地下水埋深显著影响土壤盐分,平均影响系数为0.327,地下水埋深在0.5～1.5 m的土壤盐渍化最严重;整个研究区内植被发育较差,其中,研究区78%面积的归一化植被指数(NDVI)<0.4,地下水埋深、土壤盐分对天然植被分布有显著影响;土壤盐分对研究区翅碱蓬-柽柳、刺槐、芦苇及棉花NDVI的影响显著,地下水埋深对翅碱蓬-柽柳NDVI的影响显著,对芦苇、棉花、刺槐NDVI的影响不显著.     

草原露天煤矿区植被对地下水位埋深变化的响应

草原采矿活动疏排地下水导致区域地下水位下降,植被退化严重。明确草原采矿活动影响区域地下水位埋深的强度和范围,确定影响植被生长的地下水位埋深阈值,对草原矿区生态环境保护有着重要意义。以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为例,利用遥感方法,建立采矿前后区域地下水埋深变化与NDVI的定量响应关系;通过样方调查,确定研究区植被群落随地下水位埋深变化的演替模式,分析草原矿区地下水位变化对草原植被类型、物种丰富度、植被覆盖度、地上生物量和综合优势比的影响;结合两种方法,确定维持研究区植被正常生长的地下水位埋深阈值。其结果如下：从柴达敏诺尔湖至采坑边缘,地下水位埋深从0 m逐渐下降至60 m,植被群落演替为盐化草地→典型草原→退化典型草原→退化草甸草原→盐化草甸草原;研究区最适宜植被生长的地下水位埋深约为1 m;1-30 m为维持研究区植被正常生长的阈值地下水位埋深。最后根据以上结论,将研究区划分为地下水开发的一级敏感区、二级敏感区和三级敏感区,针对不同敏感区提出了不同的地下水开发政策,以防止采矿活动疏排地下水引起草原退化。     

输水前后塔里木河下游物种多样性与水因子的关系

为检验连续7a的输水对塔里木河下游生态系统稳定性的影响,根据2006年与2010年塔里木河下游地下水埋深、地下水质以及植被调查资料,分析了2006到2010年间物种多样性、地下水位和水质变化状况,利用非参数相关和RDA排序对输水间歇物种多样性与地下水位、水质关系变化作了探讨,结果发现:塔里木河下游输水停止后地下水位不断下降,地下水矿化度也有小幅度增加;物种多样性Shannon-Weiner指数、Simpson指数、Margalef指数、Patrick指数以及Cody指数都以下降为主,表明塔里木河下游受损生态系统尚不具备自维持能力;物种多样性与地下水埋深和地下水矿化度的关系为,地下水平均埋深为5 m左右时,物种多样性主要受地下水质状况的影响,而当地下水平均埋深大于6.5m时,物种多样性的制约因子则为地下水位.因此,从物种多样性角度看,塔里木河下游的合理水位应在5 m左右,大于6.5m则是物种多样性的胁迫水位.     

黑河下游分水后的植被变化初步研究

黑河下游地区近年来由于河水注入量的持续减少,使得依赖河水补给的地下水相应减少,造成区域性地下水位下降,从而出现了一系列的生态环境问题,大面积湿地消失,天然植被全面衰败,土地盐化加剧,胡杨和沙枣林面积减少,并以老林为主,红柳灌丛也减少,并且多已成为稀疏矮化的群落。各种禾草草甸严重退化,多以演替成苦豆子群落。为了恢复和重建受损的下游生态系统,2000年7月开始,实施了黑河下游应急生态输水工程,水流于2002年7月17日流进黑河尾闾端的东、西居延海,使干涸10年的居延海重新受到水的滋润。作者根据近三年黑河下游分水前后地下水位和植被等项内容的监测资料,探讨了地下水位与天然植被生长的相互关系。研究结果表明：分水使得该地区生态环境有了较大的改善,地下水位普遍抬升,胡杨林得到恢复,灌木荒漠植被得到部分恢复,禾草草甸植被得到一定程度的恢复。     

基于地统计的新疆阜康绿洲地下水埋深空间异质性

基于新疆阜康市1993—2015年地下水位埋深的实地观测数据,采用地统计学方法,利用SPSS、GS+和Arc GIS软件,对阜康市绿洲区地下水埋深进行半变异函数分析和Kriging空间插值分析。结果表明:(1)阜康市绿洲区地下水埋深具有很强的空间相关性,地下水位的变化主要是由结构因素引起的,受随机因素影响较小;(2)阜康市绿洲地下水埋深呈现为从西北向东南逐渐加深的趋势,并且1993—2015年地下水埋深呈现为普遍下降的趋势,其中地下水埋深小于8 m的区域缩减的最为明显,主要集中于人类活动的绿洲地带,因此,人类活动对地下水埋深的影响强烈。     

黑河下游绿洲胡杨生长状况与叶生态特征

选择黑河下游额济纳绿洲为研究区,以优势物种胡杨(Populus euphratica Oliv.)为研究对象。在2009年和2010年对研究区胡杨的生长状况、叶生态特征和生境进行了调查。调查结果表明:胡杨受水分胁迫的程度增强,生长态势变差,其枯枝比由2.45%增加到81.00%,其比叶面积由11.84 m2/kg减少到5.35 m2/kg。叶气孔密度变化很大,最小值为105(个/mm2),最大值为218(个/mm2),平均值为158.4(个/mm2),随着地下水埋深的增加,叶气孔密度先减少后增加之后再显著减少(P0.05),呈三次函数关系。研究得出枯枝比能够反映胡杨分布区地下水的变化状况,是林相描述比较重要的指标,比叶面积和叶气孔密度能够指示胡杨种群环境变化。研究结果可为荒漠河岸林恢复和生态输水效应评价提供科学依据。     

荒漠区植被对地下水埋深响应研究进展

荒漠区植被包括以旱生植物为主的荒漠植被和以中生植物为主的荒漠河岸林。综述了荒漠区植被对地下水埋深在个体、种群、群落以及斑块尺度上响应的研究成果,指出:荒漠区植物对地下水埋深的响应并不是简单的线性关系,而是植物适应气候、土壤、地下水等环境因素综合作用的结果,应在地下水与植被达到平衡态的基础上充分考虑生境土壤异质性、植被可塑性并采用长期定位和控制试验相结合的方法进行综合研究。强调在今后的研究中,加强同位素示踪技术和高光谱遥感技术的应用,开展植物水力提升及其机理研究;加强荒漠区植被对地下水响应机理研究特别是微观尺度(分子水平)和响应过程长期定位研究;重视植被响应地下水位波动和水质变化的研究;强化在景观尺度和生态系统尺度集成研究,以便为管理包括地下水在内的荒漠生态系统提供依据。     

黄河三角洲植被空间分布特征及其环境解释

为了解黄河三角洲地区植被空间分布与环境因子之间的关系,通过局地植被样方调查、区域遥感影像提取归一化植被指数(NDVI)及地形高度、地下水位埋深、表层土壤Cl~-含量等环境数据采集,综合样地植被与环境数据进行了除趋势对应分析(DCA)和除趋势典范对应分析(DCCA),并对区域NDVI与主要环境变量进行了单因子相关性分析和多元逐步回归分析。结果显示:DCA排序可将黄河三角洲植被分为翅碱蓬、柽柳-翅碱蓬、芦苇-柽柳、芦苇4个主要群落类型(群丛),DCCA与DCA排序图总体相似,但DCCA更清晰地表明其第一轴主要代表的是潜水Cl~-浓度等关键水盐因子,且随着水土环境系统盐分含量的减小,群落由翅碱蓬逐渐向芦苇演变。区域典型植被群落和NDVI分布格局与变化趋势受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度2个环境因素影响较大(NDVI与2个环境变量间建立的二元回归方程R~2=0.57),而土壤Cl~-含量的植被效应实际上受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度的影响。在区域地下水普遍浅埋条件下,地下水成为影响植被生长与分布的生态环境最敏感要素,而地下水位埋深和潜水Cl~-浓度是这一要素中的2个关键因子,尤其是后者梯度变化对天然植被分布格局起重要的控制作用。     

基于压力-状态-响应模型的黑河中游张掖市生态安全评价

生态系统服务的状态与生态是否安全密切相关，生态系统服务的正常发挥是实现生态安全的前提。近年来，中国西北荒漠-绿洲扩张速度加快，改变了生态系统服务的供给与传输，进而影响了区域生态安全。以典型荒漠-绿洲区域黑河中游的张掖市为例，基于压力-状态-响应模型，耦合生态系统服务理论，构建了黑河中游生态安全评价指标体系，评估了2001-2015年黑河中游生态安全演变趋势。研究结果表明黑河中游生态系统面临的资源消耗和环境污染压力越来越大，压力指数有所降低；部分地区出现植被退化、破碎化增加等现象，状态指数略有降低；在实施节水灌溉、产业转移、湿地保护等举措后，响应指数显著增加。总体来看，2001-2015年黑河中游生态安全水平呈现波动增长趋势，生态安全综合指数由0.3748增至0.5888，生态安全等级由"较不安全"达到"临界安全"状态，其中高效节水灌溉面积、生态用水量、地下水开采率等水资源相关要素是影响绿洲生态安全水平的主要因子。基于以上研究，提出了坚持生态保护优先、调整种植和产业结构、发展高效节水灌溉技术、提高公众生态保护意识等提高生态安全水平的相关对策与建议，以期为促进区域生态经济可持续发展提供支撑。     

间歇性生态输水塔里木河下游断面地下水位变化模拟

地下水作为干旱区生态系统的重要组成部分,对植物生长具有重要作用。以塔里木河下游英苏断面2011—2015年逐月地下水埋深变化为研究内容,基于非稳定流理论,以河道附近水位边界条件作为初始求解条件,以余误差函数erfc(x)为求解函数,综合考虑地下水变化时间滞后效应及潜水蒸发作用,旨在构建间歇性输水河道地下水埋深变化模型。结果表明:(1)生态输水期间,在短期内,临近河道地下水埋深波动较大,而远离河道地下水埋深波动并未受到较大的影响,生态输水作用影响河岸附近地下水埋深变化存在一定时段的滞后期,且随着距离河道的增加,滞后期增长。(2)以河道为基点的地下水非稳定流运动及潜水蒸发作用是影响沿岸地下水变化的诸多环境因子中最敏感的因子。(3)模拟结果表明基于非稳定流理论对塔里木河下游地下水变化模拟效果较好,达到了地下水模拟精度的要求,对塔里木河下游断面尺度上地下水恢复状况研究及后期生态恢复评价具有重要的理论意义与参考价值。     

孔雀河下游断流河道的环境特征及物种间关系

基于孔雀河下游断流河道的环境因子和植被样地数据,采用聚类与CCA排序法,分析了生境的退化特征以及物种间的相互关系,结果表明:1)断流河道退化生境分为绿洲-荒漠过渡类型、轻度荒漠化类型和盐土荒漠化类型。绿洲-荒漠过渡类型地下水位低、盐分含量相对较低,植被盖度相对较高,土壤维持着原砂质壤土,为潜在退化型;轻度荒漠化类型地下水位、土壤质地与含盐量与前者基本相同,土壤未明显退化,但植被盖度低于10%,植物种类与个体数目都较低,属于轻度退化型;盐土荒漠化类型地下水位高、盐分含量高,土壤机械组成中砂粒比重较大、无建群种幸存,属于重度退化型。2)绿洲-荒漠过渡类型总体联结性为显著正联结,正负联结比小于1,生态系统表现为建群种维系物种关系的不稳定状态;轻度荒漠化类型总体联结性为不显著负联结,正负联结比小于1,表现出生态系统进入退化演替的阶段;盐土荒漠化类型总体联结性为显著正联结,正负联结比大于1,表现出重度退化群落的种间平衡状态,物种间以达到稳定共存,其中,真盐生植物对这种平衡的维持起着重要的作用。3)CCA排序表明,绿洲-荒漠过渡类型形成以胡杨为中心的种间正联结,幸存于盐分适中、水分养分相对较高的生境;轻度荒漠化类型,形成以多枝柽柳与刚毛柽柳相互依存的不显著负联结,幸存于土壤养分、水分相对较低的生境;盐土荒漠化类型形成以盐爪爪、盐节木、盐穗木等真盐生植物维系的显著正联结,幸存于土壤贫瘠、地下水位浅、盐分含量高、沙化严重的生境。     

新疆塔里木河下游荒漠河岸(林)植被合理生态水位

 该文依据塔里木河下游地下水位多年监测资料, 将地下水位按不同埋深划分为0~2、2~4、4~6、6~8、8~10和>10 m 6个梯度, 并设置植 被调查样方进行连续监测, 以分析地下水位变化对植物物种多样性与种群生态位的影响。研究结果表明: 在地下水位2~4 m时, 物种多样性最高 , 其次为4~6 m, 再次为0~2 m; 当地下水位在6 m以下时, 物种多样性锐减, Hill多样性指数曲线变化趋势趋于平直化。荒漠河岸(林)植被主要 植物种群生态位随着地下水位的逐步下降而扩展, 并在地下水位4~6 m处达到最宽; 尔后, 生态位又显著变窄; 地下水位4~6 m时, 种群间生态 位重叠最不显著, 物种数较为丰富。因此, 该文分析得出结论: 塔里木河下游植被恢复的地下水位应确保达到6 m以上, 大部分地区地下水位应 维持在4~6 m, 而部分河道附近地区地下水位争取达到2~4 m。     

Relationships between vegetation zonation and environmental factors in newly formed tidal marshes of the Yangtze River estuary

The Yangtze River delta is characterized by rapidly accreting sediments that form tidal flats that are quickly colonized by emergent vegetation including Scirpus mariqueter and the invasive species Spartina alterniflora. We measured soil surface elevation, water table depth, soil salinity, water content and compaction in the tidal flat, the Scirpus and Spartina zones and their borders to identify relationships between environmental factors and colonization by Scirpus and Spartina. With increasing elevation from tidal flat to Spartina, inundation frequency and duration, moisture and depth to water table decreased whereas soil salinity, temperature and compaction increased. High soil moisture and groundwater and low salinity were the characteristics of the tidal flat and its border with Scirpus. The Spartina zone and its border with Scirpus were characterized by greater salinity and elevation relative to the other zones. Our findings suggest that soil salinity controls patterns of plant zonation in the newly formed tidal salt marshes whereas elevation is of secondary importance. Our results suggest that patterns of vegetation zonation in tidal marshes of the Yangtze River delta are controlled by environmental factors, especially (low) salinity that favors colonization by Scirpus in the lower elevations of the marsh.     

干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤系统演变的驱动作用综述

在干旱半干旱生态脆弱区,地下水是限制植物种类组成、数量和生长发育的关键因素之一。近年来由于气候变化与土地利用强度的增加,我国北方普遍出现以极端气候变化、地表水体萎缩和地下水位下降为特征的生态过程,对区域生态系统安全和可持续发展构成严重威胁。而有关干旱半干旱区地下水埋深变化驱动退化植被恢复和稳定性维持方面的系统研究尚存不足。系统总结了地下水埋深变化分别对植物、土壤产生的影响及其三者间相互作用关系,比较分析了前人的研究成果,归纳总结了地下水埋深变化的驱动作用和影响因素,以及干旱半干旱区地下水埋深变化对植物土壤系统影响的预测模型研究,以期为今后应对地下水埋深变化制定生态保护策略提供理论指导依据。对本研究做了展望。     

额济纳天然绿洲景观演化驱动因子分析

额济纳天然绿洲位于我国西北干旱内陆河流域黑河流域下游 ,近年来 ,随着黑河中、上游地区下泄地表径流量的减少 ,额济纳天然绿洲景观退化严重。基于研究区近十几年来的景观演化总体特征 ,分别从气候因素、水文因素、人类干扰因素等几个主要的景观变化驱动因子入手 ,探讨其演化机制、揭示其演化规律。研究结果表明 :黑河流域中、上游下泄地表径流量的锐减而导致研究区地下水水位下降、地下水矿化度升高以及水质恶化是额济纳天然绿洲景观发生退化的根本原因 ,绿洲人类活动强度的增加、绿洲关键区域的超载和过牧以及蒸发度指数的升高、湿润系数的下降均加剧了研究区景观退化的程度。     

塔里木河下游柽柳ABA累积对地下水位和土壤盐分的响应

近年来发现在逆境下(干旱、低温、高温、盐渍等)的植物体内大量积累ABA,从而引导人们去研究ABA与植物抗逆性之间的关系。在塔里木河下游地区影响植被正常生长发育的各种胁迫因子中,地下水位和土壤盐分是导致"绿色走廊"衰败的主要因素。柽柳是塔里木河下游荒漠植被的主体,对于改善生态环境、遏制沙漠化、保护生物多样性等诸多方面具有重要作用。因此,研究柽柳和地下水位以及土壤盐分的关系,对于维护塔里木河流域天然植被赖以生存的环境,保护柽柳这一重要的生物资源,维持生态平衡的良性循环具有重要意义。运用国际通用软件SAS6.12对塔里木河下游柽柳ABA和地下水位以及土壤盐分进行相关分析表明,柽柳ABA含量与地下水位呈极显著正相关,相关系数R=0.80305(显著性程度P=0.0003);与土壤盐分呈显著负相关,相关系数R=-0.59036(显著性程度P=0.0205)。由各断面柽柳ABA含量变化与地下水位和土壤盐分关系分析结果可以初步推断:3.12m的地下水位和0.96g/L的土壤盐分已经威胁到柽柳的正常生长发育,地下水位超过5.59m、土壤盐分大于1.61g/L则会对柽柳造成严重胁迫。在恢复和保育塔里木河流域天然植被的过程中,应该把对植被造成胁迫的外界条件的成因和植被自身的抗旱、抗盐等抗逆特性结合起来进行考虑:根据耐旱耐盐植被的合理生态水(盐)位,在主河道两岸维持一定范围的地下水位,使乔木、灌木、草本植被能良好地生长,发挥多种生态功能,这样既可以避免水资源的浪费又能充分发挥生态输水的功效,有利于从根本上解决"绿色走廊"的问题。