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.     

新疆塔里木河下游灌丛地上生物量及其空间分布

对塔里木河下游断流河道2004年7个地下水监测断面和19个植被样地的实测监测资料分析得出灌木生物量在空间分布的变化特征。在分析中分别选取了3个指标：灌木总生物量、多枝柽柳和刚毛柽柳的生物量。研究发现在纵向和横向上3项指标均呈现先增加后减小的单峰形式变化。在纵向上分别对3项指标在距离河道0～200m和200—400m范围内的分布情况进行比较,发现灌木在距离河道200～400m样地内分布占到总量近70％;横向上灌木生物量的最大值出现在距离河道450m的样地内。总体来看,对于两个优势物种,由于两个物种生理生态特性的差异对于异质性环境的适应能力也不同,导致分布状况也各异。多枝柽柳有较广的生态适应性,因此广泛分布于塔里木河下游的各个环境梯度上,而刚毛柽柳对水盐条件的要求较高,仅分布在其中个别断面。影响灌木生物量变化的主要因子是地下水埋深,当地下水埋深小于5m时,柽柳处于良好生长状态;当地下水埋深大于6m后,柽柳的生长受到抑制,开始朝衰败方向发展。浅层土壤含水对于植物吸收利用水分而言意义不大,同时由于优势种柽柳具有独特的抗盐和适盐机制,该区的盐分对柽柳的生长也不构成威胁。本文旨在通过分析塔里木河下游灌木生物量变化特征及其影响因子,为干旱、半干旱地区植被的恢复和保护提供了理论依据。     

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.     

不同地下水埋深下胡杨叶片生理指标变化特点

根据2001年至2007年以来对胡杨叶片生理指标的测定结果和同时期地下水埋深监测的分析,可以初步得出如下的一些结论：输水后随着地下水埋深变浅,水分胁迫程度减轻,胡杨叶片的多个生理指标发生明显的变化,并且这种变化与地下水埋深变化的趋势表现出一定的相关性。从所测的胡杨叶片的10个生理指标的变化看,叶绿素、可溶性糖和ABA等指标与地下水埋深的变化的相关关系较好、显著性较高,可以在今后的研究中作为胡杨所受干旱胁迫程度的主要衡量指标;MDA和CTK等指标可以作为参考指标来判断胡杨所受的水分胁迫程度;而Pro、SOD、POD、GA₃和IAA等指标对地下水埋深的变化表现不敏感。     

新疆塔里木河下游物种多样性与地下水位的关系

依据塔里木河下游7个监测断面36眼地下水位观测井和36个植物样地野外采集的数据,应用Margalef丰富度指数、Shannon-Weiner信息指数、Alatalo均匀度指数和修正的Simpson多样性指数以及含参数的Hill指数,对塔里木河下游物种多样性特征进行了分析。结果表明:塔里木河下游物种多样性与地下水埋深有显著的关联性,随着地下水埋深增大,塔里木河下游物种丰富度和多样性均表现出递减趋势,而均匀度指数的变化趋势则不甚明显;Hill指数的分析表明,以地下水埋深6m和10m为界,多样性变化明显分为3个不同的变化阶段,其中地下水埋深在6m以下时,多样性锐减,且曲线最终趋于平直。综合野外调查和样地资料分析,认为塔里木河下游物种多样性受损的临界地下水位为6m左右。     

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.     

干旱内陆河流域植物群落构建过程及其关键驱动因素

作为干旱内陆河流域水资源可利用性的决定性因素之一, 地下水位在调节植物功能性状、系统发育乃至植物群落构建方面发挥着至关重要的作用。然而地下水位变化对干旱内陆河流域植物群落构建过程相对重要性的影响, 以及这种影响在地上-地下组分间的差异尚未得到系统研究。本文以典型干旱内陆河流域下游的主要植物群落为研究对象, 结合叶片、根系功能性状与环境数据, 系统地探讨植物群落构建过程沿地下水位梯度的变化模式及其关键驱动因素。结果表明: (1)综合植物个体、平均功能性状和系统发育可知, 在整个研究区域, 叶片、根系功能多样性的标准效应值(SES.RaoQ)均小于0。大多数植物群落的功能结构(90%的功能性状)表现为聚集状态。(2)地下水与土壤因子共同解释叶片、根系SES.RaoQ 13%-39%与14%-48%的变异, 而地下水位能够单独解释叶片、根系SES.RaoQ 13%-22%与14%-36%的变异。(3)叶片、根系SES.RaoQ均随平均地下水位的降低而降低, 随地下水位季节性的增加而增加; 根系SES.RaoQ与地下水位的斜率大于叶片SES.RaoQ。总体而言, 干旱内陆河流域植物群落的构建机制整体上由确定性过程主导, 支持生态位理论, 大多数植物群落的构建机制符合生态位理论中的环境筛选作用。地下水位是调控不同群落构建过程相对重要性的主要因素, 随地下水位的降低, 功能结构由发散状态转为聚集状态。植物群落地上、地下功能结构沿地下水位梯度的变化表现出一致性, 但植物群落地下部分对地下水位的变化更为敏感。     

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。     

塔里木河下游荒漠植被保护酶活性与地下水位变化的关系

在塔里木河下游的不同断面,随着距离河道由近及远、地下水埋深的不断增大,柽柳叶片的MDA含量、SOD活性随着地下水位的下降而逐渐增加,与地下水位呈显著正相关．相关系数分别为0．7464和0．5531;POD活性却随着地下水埋深的不断增大而呈下降趋势,与地下水位呈显著负相关．相关系数为0．5518。根据不同地下水位条件下柽柳叶片的MDA含量和SOD活性所反映出的适宜其生存的合理生态水位、(严重)胁迫水位并将其进行综合比较与分析,初步推断出：在塔里木河下游地下水埋深超过3．12m时．柽柳的生长即开始受到抑制,5m左右的地下水位即对柽柳造成严重胁迫,≥8．83m的地下水位则会危及柽柳的生存。     

塔里木河下游土壤水分与植被时空变化特征

运用变异系数、Pearson相关和回归的方法,分析了塔里木河下游2002-2006年土壤水分的时空变化和植被的分布,以及二者之间的相互关系。结果表明:土壤含水率水平空间分布随离水源地距离增加而降低,垂直分布随土层深度的增加而增加;0-60cm土壤含水率变异性最小,属中等变异性;60cm以下土壤含水量变异性增大,属强变异性;土壤含水率的时间变化受生态输水量和持续时间的制约。土壤含水率与植被的时空分布具有同步性;植被特征指数与80-280cm土壤含水率显著相关,且二者与地下水埋深均呈现极显著负相关,说明60cm以下的土壤含水率显著影响植被的生长和分布,而且地下水位是影响土壤水分和植被时空变异的主要因素。     

塔里木河冲积平原胡杨林的土壤水分状况研究

通过英巴扎断面实测资料,对塔里木河冲积平原胡杨(Populus euphratica)林的土壤水分状况进行了研究。结果表明：在胡杨幼林区域,地下水埋深1～2m,水质为1～3g·L-1的微咸水,且此区域可被洪水漫溢,整个土壤剖面土壤含水率都很高,利于胡杨种子萌发与植株扎根。在胡杨青壮林区域,地下水埋深2.5～4m,但地下水水质仍为1～3g·L-1。由于多数年份不能被洪水漫溢,土壤表层水分含量低,此区域难以满足胡杨幼林对水分的需求。但是,对于胡杨青壮林来说,它能够吸收2.5～4m深的土壤水分,因而此区域可以满足它的生长要求。在胡杨衰败林区域,地下水埋深已达5～10m,不能满足胡杨生长的要求,使得胡杨在逐步枯萎和衰败。     

塔里木河中下游湿地及周边植物群落与环境因子的关系初探

选取塔里木河中下游湿地及周边16个典型植物群落样地调查和环境因子数据,采用主分量分析(PCA)排序技术和回归分析,定量分析湿地及周边植物群落在空间上的分布格局,以及群落结构特征和环境梯度之间的关系.结果表明,影响塔里木河中下游湿地及周边植物群落分布的第1主分量中,土壤水分和盐分影响最大,贡献率为35.70％;在第2主分量中,土壤养分的影响最大,贡献率为25.97％.植物群落分布的生境可分为沼生轻盐中营养生境、湿生中盐中营养生境、中生中盐低营养生境和中旱生重盐低营养生境4种类型.沿不同生境依次分布着沼泽植被、草甸植被、河岸疏林和盐生荒漠 盐化灌丛植被.塔里木河中下游湿地及周边植物群落的生态优势度与土壤水分和盐分复合梯度呈显著的一元线性相关.二元回归分析结果显示,塔里木河中下游湿地及周边土壤水分和盐分复合梯度与多样性指数和生态优势度二元指标呈极显著相关.     

河水漫溢对荒漠河岸林植物群落生态特征的影响

从河水漫溢干扰对塔里木河下游植物群落物种多样性的影响以及对天然植被恢复作用上开展了分析和研究,结果表明：（1）输水前塔里木河下游仅见9科13属17种植物,但输水后漫溢区出现了12科26属34种植物,其中的18种植物是非漫溢区未曾发现的;（2）从样地植被调查计算的多样性指数看,漫溢区物种的多样性和丰富度比非漫溢区有明显增加;（3）从漫溢后一定时间内植物群落中不同物种的重要值看,漫溢后1年生草本植物迅速萌发,而多年生草本由于根系和繁殖上的优势逐渐在群落中占据优势;（4）由于胡杨、柽柳等植物在多次漫溢条件下易于萌发,因此多次漫溢后这些乔、灌木植物逐渐占据群落中的优势地位;（5）在漫溢过程中由于微地形改变了漫溢干扰的强度因此漫溢后微地形差异造成地表生态特征出现明显的差异;（6）通过讨论,漫溢干扰对塔里木河下游这样一个严重受损生态系统恢复的作用十分明显,但是这一作用的体现是与输水后下游生态水文过程完整性的恢复相联系的。     

塔里木河流域低地下水位区优势胡杨品种的筛选及其遗传标记的构建

胡杨（Populus euphratica Oilv．）是干旱荒漠地区非常重要的植物资源,塔里木河流域胡杨的研究和保护是令人关注的问题。因此对其进行研究具有重要的理论和实践意义。国内外对胡杨各方面开展的研究内容很多,根据研究进展发现,目前塔里木河河谷废弃河道和沙漠外缘的胡杨林研究仍处于被忽视的地位。因此本文提出了筛选塔里木河河谷优势胡杨品种和构建遗传标记体系的方案,并初步阐述了该方案在塔里木河胡杨林恢复和保护中的意义、方法和目标。     

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。     

古尔班通古特沙漠西部地下水位和水质变化对植被的影响

通过对比分析古尔班通古特沙漠西部3a地下水位和水质的变化特点,研究了地下水位和水质变化对地表土壤理化性质、植物多样性、及建群种梭梭种群生长与更新的影响。发现地下水位和土壤理化性质空间变异较大,最浅地下水位为3.3 m,最深可达24.2 m,主要集中在6-8 m;土壤电导率、pH值、Cl^-和SO₄^2-均在表层0-40 cm含量较高,变异系数随土层深度的增加而减小。在时间上地下水位受准噶尔盆地上游农田用水的影响,水位呈季节性波动。一年中最高水位出现在4月,最低水位在7月。玛纳斯河向下游输水对提高盆地地下水位具有明显作用,地下水位平均可升高4.3 cm,地下水矿化度平均增幅1 g/L。地下水位对退化区物种多样性影响不大,但对梭梭生长产生显著影响。梭梭生长的适宜地下水位为5-8 m,且地下水矿化度小于4 g/L。地下水位大于8 m导致梭梭种群衰退,而地下水位小于4 m时,地下水矿化度影响土壤表层积盐,进而显著地降低物种多样性,阻碍梭梭幼苗更新,导致梭梭种群衰败。总结认为准噶尔盆地上游的玛纳斯河断流和农业灌溉对古尔班通古特沙漠西部平原地区的地下水位和水质产生显著影响,梭梭退化与地下水位变化显著相关,必须引起高度重视。     

基于地下水恢复的塔里木河下游生态需水量估算

为探明生态输水后地下水响应带范围及地下水恢复下生态需水量,以塔里木河下游大西海子水库至台特玛湖段为研究区,基于2000—2010年生态输水和地下水埋深分布特征,分析了塔里木河下游生态输水后两岸地下水位恢复状况,并借助遥感和地理信息系统技术对研究区生态需水量进行了研究。结果表明:塔河下游地下水位的抬升幅度与输水量的大小呈一定的正相关关系,并存在一定的时效性。2004—2010年地下水处于长期的负均衡状态,多年下降幅度明显。塔河下游英苏、喀尔达依、阿拉干和依干不及麻断面地下水响应幅度分别为1195、1050、2281 m和1000 m。历经11a输水后,塔里木河下游地下水总恢复需水量为7.06×108m3,其中,齐文阔尔河段为4.98×108m3,老塔里木河段为2.09×108m3,地下水恢复至生态水位4.5m需要5—8a的时间。保护塔里木河下游大西海子以下所有天然植被面积(96114.09 hm2)的生态需水量为0.587×108m3,保护下游地下水响应带天然植被面积(41439.85 hm2)的生态需水量为0.21×108m3。