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。     

民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群年龄结构及动态

基于野外样地调查数据,通过分析静态生命表、存活曲线、动态指数等参数,结合时间序列模型,研究了人工梭梭种群年龄结构动态,旨在预测人工梭梭种群演替趋势,为退化人工梭梭种群恢复与重建提供理论依据。结果表明：(1)民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群的年龄结构近似于“金字塔”型,幼龄林个体占总物种数的90.1%;(2)人工梭梭种群存活曲线趋近于Deevey-Ⅱ型,为稳定型种群。不同区域人工梭梭种群的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级个体死亡率和消失率最高;(3)动态量化结果显示人工梭梭种群总体均表现为增长型,对外界干扰敏感性较强;(4)时间序列预测分析表明,在未来2、4个龄级时间后,种群Ⅱ、Ⅳ龄级个体数量大幅度增加,人工梭梭种群发展趋势较好。民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群为稳定增长型种群,种群具有一定的自然更新能力。针对该种群幼龄个体死亡率较高的问题,未来建议加强对第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级幼株的精准抚育管理,通过人为辅助措施提高幼苗的保存率,促进人工梭梭林的可持续发展。     

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。     

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。     

流域水文变化对胡杨荒漠河岸林林窗及形成木特征的影响

林窗作为森林生态系统得以长期维持的主要驱动力之一,能够促进森林的自然更新与演替、优化森林结构和养分循环,从而提高生物多样性及生态系统服务功能。基于塔里木河中游历年径流量、耗水量与地下水埋深等水文数据,利用回归模型、拟合优度t检验与种群结构动态定量相结合的方法,分析了研究区水文条件对胡杨荒漠河岸林林窗数量及其形成木种群结构与动态的影响。结果表明：1）1970年前塔里木河中游水量较为充足,在一定程度上可满足胡杨生存发育的需水量。自1980年来,塔里木河中游年径流量（R²=0.785,P < 0.01）与耗水量（R²=0.524,P < 0.01）呈明显减少趋势、地下水日益匮乏,其埋深呈直线下滑趋势（R²=0.8618,P < 0.01）。这导致河道两岸的胡杨林生态用水日益紧缺,从而引起胡杨林林窗现象频繁出现,尤其是在1997-2006年期间。2）随着中游年径流量与耗水量逐渐减少、地下水埋深逐渐增加,林窗内胡杨形成木数量则变为增长趋势。3）林窗形成木除1957-1966、1967-1976年属衰退型外,1977-1986、1987-1996、1997-2006和2007-2016年均呈现增长型特征。特别是林窗内胡杨形成木Ⅱ级幼龄树大幅度增加,其表现出胡杨林年龄结构的老龄化特征。4）由模型显示,林窗及其形成木数量与径流量之间存在显著性负相关,径流量降至17.81×10⁸ m³时,林窗内的胡杨将面临高峰死亡。由此可知,在干旱区水文条件是决定胡杨生死的主导因子,也是塔里木河中游荒漠河岸林林窗形成的主要原因。     

荒漠绿洲区芦苇种群构件生物量与地下水埋深关系

在野外调查的基础上 ,利用 Pearson关联分析法研究了河西荒漠绿洲区不同生境中芦苇种群构件生物量与地下水埋深的关系 ,结果表明 :地下水埋深对芦苇种群的影响明显 ,主要体现在 :在湿地和地下水埋深小于 0 .5 m的生境中 ,芦苇种群表现为高的种群密度、低的种群高度、低的地上生物量和高的地下生物量 ;在地下水埋深为 1 .5 m左右的生境中 ,芦苇种群地上生物量最高 ,生长最旺盛。随着地下水埋深的增加 ,垂直根茎生物量对芦苇种群地上生物量的影响加强 ,而水平根茎生物量对芦苇种群生物量的影响呈随机型 ,这可能是造成芦苇种群呈不连续、斑块状分布的主要原因。在地下水埋深 1 .5 m左右的生境中 ,芦苇的垂直根茎对种群生物量影响十分显著 ( P<0 .0 1 ) ;在地下水埋深 1 .5～ 4.0 m的生境中 ,影响显著 ( P<0 .0 5 ) ,但在地下水埋深 4m以上的生境中影响不显著 ,这表明在河西荒漠绿洲区 ,芦苇垂直根茎的最大水力提升高度 4m左右     

胡杨液流对地下水埋深变化的响应

以塔里木河流域荒漠河岸林主要建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象, 结合中下游不同断面地下水埋深和胡杨液流变化的监测数据, 分析了胡杨茎干液流与地下水埋深变化的关系, 探讨荒漠环境下天然胡杨生长的合理生态水位。研究表明, 胡杨液流通量密度随地下水埋深即干旱胁迫程度的加大而减小, 两者呈极显著负相关, 相关系数达-0.887; 胡杨液流通量在地下水埋深位于4.5-5 m时出现异常变化, 表明此时胡杨的正常生长受到胁迫, 胡杨通过自身调节降低蒸腾耗水以适应环境; 土壤盐分不是影响塔里木河中下游各断面胡杨液流变化的主要因子; 对植物样地调查结果分析显示, 胡杨盖度、密度和频度均在地下水埋深在4-6 m梯度下开始表现为降低趋势。综合分析认为维系塔里木河中下游天然胡杨正常生长的生态水位为地下水埋深4.5 m以内。     

新疆野核桃自然保护区不同坡向丛生野核桃年龄结构及数量动态

通过对新疆野核桃自然保护区丛生野核桃(Juglans regia)进行普查,以径级结构代替年龄结构,采用匀滑技术编制种群静态生命表,并运用时间序列模型预测种群数量动态,从而获得丛生野核桃树的龄级结构与动态。结果表明,不同坡向丛生野核桃以中龄级为主,年龄结构呈两头小中间大的纺锤型;4个坡向种群年龄结构的动态指数Vpi虽大于0,但最大仅为19.10%,且Vpi’极低,最大为1.12%,阳坡种群增长趋势最高,抗干扰能力最强,种群稳定性最好,半阳坡种群增长趋势最弱,抗干扰能力最弱,种群稳定性最差;各坡向种群均存在多个死亡高峰,阳坡最高峰在15龄级,半阳坡在15和18龄级,阴坡和半阴坡均在9龄级,存活曲线更接近Deevey-Ⅱ型;在未来2、5、10龄级后,中龄级个体数量减少,老龄个体呈增加趋势,丛生野核桃种群稳定性难以长期维持。因此对丛生野核桃幼苗的保护非常关键。     

庐山黄山松种群结构及数量动态研究

庐山黄山松(Pinus taiwanensis)广泛分布于海拔800 m以上至山顶地段,在庐山现存植被中占有非常重要的地位。为了更好地了解黄山松在庐山的更新和演替情况,该文通过对庐山黄山松种群的调查,以种群径级结构代替年龄结构,采用"空间代时间"的分析方法,编制庐山黄山松种群的静态生命表,结合种群结构动态指数、时间序列平均推移法模型等方法对黄山松的种群结构和数量动态进行了分析。结果表明:(1)庐山黄山松种群结构呈纺锤形,幼龄和老龄个体数量较少,中龄个体多,目前处于比较稳定的阶段。(2)黄山松种群死亡高峰出现在第8龄级,个体平均期望寿命第2龄级最大,种群存活曲线属于Deevey-Ⅰ型。(3)随着时间的推移,老龄个体逐渐增多,小径级出现缺失,种群表现出衰退趋势。建议在保护区经营和管理的过程中,对黄山松林进行适当的人工抚育,补植一些适宜的落叶阔叶树种,以丰富该地区的树种多样性以及群落结构。     

干旱区胡杨光合作用对高温和CO2浓度的响应

采用LI-6400便携式光合作用测定仪实测的塔里木河下游胡杨(Populus euphratica oliv)光合作用参数,探讨了不同地下水埋深下的胡杨光合作用对CO2浓度增加和温度升高的响应.结果表明:(1)CO2浓度升高减小了胡杨气孔导度,促进了光合速率、胞间CO2浓度和水分利用效率的增加,但不同地下水埋深下,胡杨光合作用参数对CO2浓度升高的响应不同,干旱环境(地下水埋深较深)下的响应程度大于水分适宜(地下水埋深浅)环境下的响应;(2) 高温引起胡杨气孔发生不完全关闭,导致了光合作用的光抑制发生,从而降低了胡杨光合速率,但降低程度受水分条件的影响,地下水埋深较深环境下的影响程度大于地下水埋深浅的;(3)地下水埋深是控制干旱区胡杨光合作用对CO2浓度和温度升高的根本因素,6m是胡杨生长正常的临界地下水埋深,地下水埋深>6m,胡杨即遭到水分胁迫,地下水埋深>7m,胡杨即受到了较严重的水分胁迫.     

Stand structure and regeneration of <Emphasis Type="Italic">Populus euphratica</Emphasis> forest in the lower reaches of the Heihe River,NW China

Populus euphratica Oliv. is a main tree species that forms natural riparian forests in arid and semi-arid areas from Morocco to the Ordos Plateau. This study is designed to clarify the forest structure and dynamics of P. euphratica and to elucidate the ecological mechanisms sustaining riparian forests under unreliable environmental conditions. This study was conducted in a P. euphratica forest of the Ejina Oasis in Inner Mongolia, China, which is a hyperarid area. According to their tree size distribution, P. euphratica forests can be grouped into juvenile, mature, and overmatured stages. Almost all large P. euphratica showed dieback. The regeneration density on the forest floor shows a relation with the degree of height decrease due to dieback damage, as evaluated using the ratio of actual height to the maximum height estimated from the D–H relation. Therefore, after the mature stage, individual trees continue to grow while controlling their canopy size to adjust to changing environmental conditions in the overmatured stage. Our results suggest that P. euphratica growing under large fluctuations in groundwater levels exhibit a sophisticated regeneration system with canopy degradation.     

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。     

幼龄胡杨气孔行为对土壤质地和地下水埋深变化的响应

气孔调节是植物适应水分条件变化的关键途径,研究多变生境中植物气孔行为对认识植物的适应具有重要意义。洪水漫溢新形成的河漫滩是胡杨更新的自然生境,其土壤质地和地下水埋深具高度时空异质性。已有研究主要集中于胡杨对地下水埋深变化的生理生态响应,而对土壤质地与地下水变化交互作用影响植物水分关系的认识不足。通过设置土壤质地(砂土(S₁)、砂壤土(S₂)、黏壤土(S₃)与地下水埋深(W₁(30 cm)、W₂(60 cm)、W₃(90 cm))交互试验模拟幼龄胡杨自然生境,观测分析了不同条件下胡杨气孔导度(G_s)、气孔导度斜率(g₁)、光合的气孔限制(L_s)的变化。研究结果表明：(1)胡杨气孔行为对地下水变化的响应受土壤质地影响;(2)相同地下水埋深时不同土质间G_s具显著差异,W₁时S₂与S₃的G_s...     

基于树木年轮技术的塔里木河下游河岸胡杨林生态需水量研究

生态需水量计算是干旱脆弱生态区恢复重建的一个关键问题。分析了塔里木河下游荒漠河岸林关键种-胡杨树木年轮近90年来的变化特征及对气候水文过程的响应,并基于树木年轮技术提出了维系荒漠河岸林不同恢复状态的生态需水量。研究结果表明,塔里木河下游胡杨树木年轮主要承载的是区域水文历史变化信息,可以作为定量评估生态输水工程的生态恢复效应和定量计算植被生态需水量的新指标;胡杨标准年轮宽度指数与生长年生态输水量呈显著正相关(P0.05),近15年生态输水对胡杨年轮宽度指数增加的平均贡献率为42.96%;若要维持塔里木河下游英苏段垂直河道300 m范围内的胡杨达到近90年来的平均生长水平,则需在生长年下泄生态需水量0.84×10~8m~3,若要达到断流前(1933—1974年)的平均径向生长,则每个生长年内生态需水量应达到0.91×10~8m~3。     

基于地面LiDAR数据的塔里木河下游胡杨林结构参数反演

以塔里木河下游天然胡杨林为研究对象,利用Riegl VZ-1000型地面激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanning, TLS)获取离河道不同距离的8个样方内513棵胡杨的三维点云数据,通过建立冠层高度模型、Hough变换等方法获取单木株数和结构参数,并与传统的每木检尺实测数据和无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)低空影像进行对比,验证激光雷达方法的测树精度;对TLS获取的胡杨树形参数进行相关性分析,并建立关系模型;探讨不同水胁迫条件(不同离河道距离,不同地下水埋深)对胡杨单木结构参数的影响;最后按不同径级划分胡杨的年龄,得出各龄级胡杨所占比例。结果表明:(1)TLS能够高精度获取不同密度和长势的胡杨单木株数和结构参数,单株准确分割比率为94%—100%,相对于UAV低空影像更为准确;(2)TLS获取的胡杨树高(Tree height,TH)、胸径(Diameter at breast height, DBH)、冠幅直径(Crown diameter,CD)和冠幅面积(Crown area,CA)与传统实测值拟合度R~2较高,分别为0.95、0.97、0.77和0.84,表明实测数据和TLS获取数据无明显差异;(3)胡杨CD、CA分别与TH呈显著正相关,其相关性系数为0.73、0.67;基于此构建了胡杨TH与CD的关系模型,即TH=2.6274×CD~(0.706),R~2为0.64;(4)根据径级划分胡杨年龄段可知,DBH为15—30 cm的近熟林比例最大,占8个样方内监测胡杨总株数的47%,表明胡杨种群年龄结构相对稳定并总体态势良好,呈现了生态输水对塔河下游胡杨种群恢复有明显的促进作用。总之,激光雷达技术能够客观反映胡杨树形结构参数,可替代耗力、耗费、耗时的传统实测方法,为时时掌握胡杨林生长发育、长势动态以及多尺度、多时相生态耗水研究提供高精度信息,为干旱区荒漠河岸林的有效保护与可持续管理提供科学依据。     

塔里木河中游荒漠河岸林物种多样性对地下水埋深变化的响应

于塔里木河中游地区选取30个样地,并采集相应地区30眼地下水位监测井的数据。根据监测井的地下水位检测数据,将地下水位按不同埋藏深度划分为0~2 m、2~4 m、4~6 m、6~8 m、8~10 m、>10 m共6个梯度,对不同地下水埋深下的样地群落盖度、物种多样性进行分析,以探讨主要植物分布频率与地下水埋深的关系,明确塔里木河中游地区荒漠河岸林植被的合理生态水位,为塔里木河中游地区乃至全流域的生态系统恢复提供依据。结果显示:（1）塔里木河中游地区共出现植物15种,其优势种植物为胡杨。（2）随着地下水位的降低,植被的盖度逐渐减小;当地下水位介于2~4 m时,植被的盖度平均为39.14%,当地下水埋深介于6~8 m时,植被的覆盖度小于20%;当地下水位低于10 m时,植被的平均覆盖度仅为7.65%。（3）随着地下水位的降低,研究区内的各类物种多样性指数均呈先增加后降低的趋势,一般在地下水埋深2~4 m时物种的多样性最高,其次为4~6 m和0~2 m;当地下水位在6 m以下时,物种的多样性锐减,地下水位低于10 m时,物种仅存柽柳和胡杨,多样性降至很小。（4） 塔里木河中游地区植物所要求的地下水平均深度为:胡杨4.58 m、柽柳3.53 m、芦苇2.34 m、骆驼刺4.10 m、花花柴3.18 m、黑刺2.98 m,只有芦苇适宜较浅的地下水埋深（≤2.5 m）,其余的均宜在3~4 m左右。研究表明,在塔里木河中游地区,最适宜植物生长的地下水位为2~4 m,能够保证植物正常生长的合理地下水埋深区间为2~6 m。因此,要使塔里木河中游地区的植被得到恢复并确保其正常生长,区域内的地下水位应确保在6 m以上。     

Responses of two dominant desert plant species to the changes in groundwater depth in hinterland natural oasis,Tarim Basin

Groundwater is increasingly becoming a permanent and steady water source for the growth and reproduction of desert plant species due to the frequent channel cutoff events in arid inland river basins. Although it is widely acknowledged that the accessibility of groundwater has a significant impact on plant species maintaining their ecological function, little is known about the water use strategies of desert plant species to the groundwater availability in Daryaboyi Oasis, Central Tarim Basin. This study initially determined the desirable and stressing groundwater depths based on ecological and morphological parameters including UAV‐based fractional vegetation cover (FVC) images and plant growth status. Then, leaf δ¹³C values of small‐ and big‐sized plants were analyzed to reveal the water use strategies of two dominant woody species (Populus euphratica and Tamarix ramosissima) in response to the groundwater depth gradient. The changes in FVC and growth status of plants suggested that the actual groundwater depth should be kept at an appropriate range of about 2.1–4.3 m, and the minimum groundwater depth should be less than 7 m. This will ensure the protection of riparian woody plants at a normal growth state and guarantee the coexistence of both plant types. Under a desirable groundwater condition, water alternation (i.e., flooding and rising groundwater depth) was the main factor influencing the variation of plant water use efficiency. The obtained results indicated that big‐sized plants are more salt‐tolerant than small ones, and T. ramosissima has strong salt palatability than P. euphratica. With increasing groundwater depth, P. euphratica continuously decreases its growth status to maintain hydraulic efficiency in drought condition, while T. ramosissima mainly increases its water use efficiency first and decreases its growth status after then. Besides, in a drought condition, T. ramosissima has strong adaptability than P. euphratica. This study will be informative for ecological restoration and sustainable management of Daryaboyi Oasis and provides reference materials for future research programs.     

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。