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.     

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。     

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。     

塔里木河下游湿地面积时序变化及对生态输水的响应

及时了解和定量分析荒漠区河岸带湿地月度时序变化趋势及对生态输水过程的响应, 对认识湿地生态修复过程, 改进生态输水策略, 维护湿地生态系统稳定具有重要意义。该文基于Landsat ETM+/TM/OLI和Sentinel 2形成的月尺度的密集长时序遥感数据, 分析2000-2018年塔里木河下游英苏-阿拉干之间的湿地时序变化特征, 并评估湿地变化对生态输水过程的响应。结果表明: 近19年来湿地面积持续增加, 其中2011-2013年和2017-2018年是面积快速增加的时段。不同的单、双通道输水方式和输水量大小解释了喀尔达依湿地与博孜库勒湿地在不同时段增长的快慢。对湿地面积与生态输水量、地下水埋深关系的分析表明, 累计生态输水量的持续增加是近20年来塔里木河下游河岸带湿地扩张的重要因素, 每年大于3.5亿m ³的双通道生态输水, 地下水埋深维持在-5.0- -3.5 m是湿地持续稳定增长的关键。     

基于生物量的塔里木河下游胡杨生态经济价值变化特征初探

以塔里木河下游的胡杨为研究对象, 探讨了胡杨生物量以及经济价值的变化趋势。基于2001-2016 年塔里木河下游胡杨的调查及模拟资料, 借鉴生物量估算方法, 首先对胡杨生物量变化进行了模拟; 其次, 依据胡杨生物量变化特征和价值评估方式, 定量评价了塔里木河下游胡杨的经济价值。结果如下: ① 建立了胡杨胸径与年龄间关系模型A=12.711/(1+3.339×e^–0.208D) 和胡杨单株生物量模型F =128.09(D²h)^0.6318（R² =0.892; F =285.35）。② 估算了生态输水以来各年份胡杨总生物量, 起始年份2001 年胡杨总生物量约为21.029×10⁴ t, 平均生物量约为2.401 t·hm^–2。③ 胡杨年际新增价值量最大值出现在2006 年为6.746×10⁸ 元, 2009 年、2011 年、2014 年胡杨新增价值量均小于0.08×10⁸ 元, 并且新增价值量与输水量呈极显著正相关关系。     

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.     

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.     

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。     

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。     

塔里木河下游胡杨种群空间分布格局分析

在塔里木河下游胡杨分布集中的英苏、喀尔达依断面,设置了6条样带38块样地进行植被种类、高度、胸径、冠幅、株数等因子调查,研究了不同离河距离胡杨格局分布类型、聚集强度及其格局规模.结果表明:胡杨在不同离河距离大都表现为聚集分布,在离河最远的地方有扩散趋势,呈随机分布;不同离河距离的两断面均表现出随离河距离加大胡杨格局规模加大、聚集强度加强的趋势,同一离河距离喀尔达依断面比英苏断面胡杨格局规模小,这主要是地下水条件和当地地形不同所致.喀尔达依断面个别离河距离并未遵从随离河距离加大胡杨格局规模也随之加大的规律,则是胡杨种群对异质环境响应的表征.     

塔里木河下游胡杨林胸径结构及林木分布特征

采用“面”上宏观调查与“点”上典型研究相结合,集中对塔里木河下游阿拉干断面100hm^2的胡杨（Populus euphratica）林木分布与胸径结构进行了调查。结果发现,在距河道0—20m的范围内,胸径为0—4cm的幼龄胡杨占最多,达到13．24％。以后随着离河道距离的增加,幼龄胡杨所占比例逐渐减小。胸径分布范围简单,胸径为16—36cm的林木株数在胡杨林中所占的比例最多。另外,随着离河道距离的增加,胸径在48cm以上的过熟林和衰老林的比例逐渐增多。距河道0—200m的范围内,胡杨分布占整个胡杨林的80％以上。其中以疏失度为0—50％的长势较好的胡杨为主。在200—400m的范围内,疏失度为50％-75％的长势较差的过熟林和衰老林的比例开始增多。距河道400m以上,胡杨密度开始急剧下降,胡杨株数所占的比例几乎下降到5％以下。     

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.     

塔里木河下游阿拉干断面胡杨根系空间分布规律研究

采用根系质量、密度、消弱系数和表面积等指标对塔里木河下游主要建群种胡杨根系空间分布特征进行定量研究,并分析了胡杨根系分布与土壤含水率的关系,为塔里木河下游受损天然胡杨林恢复提供依据。研究表明:(1)细根分布频数占活根总数的比例最大,死根所占比例从表层到深层有逐渐递减的趋势。(2)单株胡杨根系密度分布不对称。随着水平距离的增加,细根根系长度呈现近长远短的特点,而根量的水平分布呈现近重远轻的特点,主要集中在100～200 cm范围内。(3)胡杨根系垂直分层明显,根量在垂直方向上呈两头小、中间大的梭形分布,根系消弱系数值较大。(4)在土层30～120 cm范围内,细根表面积分布与土壤含水率分布呈显著正相关。     

塔里木河天然胡杨林中病灶微生物的分离与形态学初探

目的:从塔里木河中下游废弃上百年的河道周围选取2处样点,采集具有不同病症胡杨的茎叶,从中进行菌种分离。方法:显微镜镜检,革兰氏染色及生理生化检测。结果:通过形态观察,得到13株细菌、4株真菌。其中的7株细菌分离于病叶,其余10株分离于病变树皮。对13株细菌革兰氏染色结果表明,2株为革兰氏阴性菌,11株为革兰氏阳性菌。对真菌的孢子形态观察表明,4株均为霉菌。结论:实验首次对胡杨特殊病灶微生物进行分类统计,为解决由微生物感染引起的胡杨林退化问题积累数据。     

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。     

塔里木河下游河水漫溢后胡杨幼苗分布格局初探

采用最近邻体法,将Clark-Evans指数作为度量胡杨幼苗分布格局的指标,并用标准正态分布检验实际CE指数值偏离1的显著性,分析塔里木河下游河水漫溢后胡杨幼苗的分布格局。结果表明:(1)在3m×3m的样方尺度上,河水漫溢后0～1年和1～2年的胡杨幼苗呈聚集分布,漫溢后2～3年的胡杨幼苗呈均匀分布,漫溢后4～5年和5～7年的胡杨幼苗呈随机分布。(2)在3m×3m的样方尺度上,随着胡杨幼苗年龄的增长,胡杨幼苗的空间分布格局由聚集分布转变为均匀分布,最终呈现为随机分布的格局。(3)在2m×2m至10m×10m的样方尺度上,漫溢后5～7年的胡杨幼苗空间分布格局均表现为随机分布。(4)标准正态分布检验结果显示,各个尺度上胡杨幼苗的CE值与理论值1之间的偏离均不显著,说明随着尺度的增大,胡杨幼苗的空间分布格局并没有发生显著变化,始终呈现出随机分布的格局。     

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。     

塔里木河上游胡杨与灰杨光合水分生理特性

在自然条件下对塔里木河上游优势树种-胡杨、灰杨的光合水分生理特性进行比较研究.结果表明,整个生长季胡杨、灰杨的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr,除8月份)日进程均为单峰曲线,水分利用效率(WUE)变化无明显规律性.胡杨与灰杨12:00后Pn的下降主要取决于非气孔因素限制.胡杨Pn、WUE高于灰杨,而Tr低于灰杨,表明胡杨属高光合、低蒸腾、高WUE型树种,灰杨属低光合、高蒸腾、低WUE型树种.胡杨、灰杨枝水势(Ψw)、清晨与正午水势日进程均呈"V"字型曲线,胡杨水势日变幅、正午水势月变幅均小于灰杨,但两树种水势间无显著差异.胡杨与灰杨具有较强的水分吸收和减少水分丧失的能力,但胡杨调节气孔导度(Gs)控制蒸腾失水的能力较强,对干旱环境表现出更强的生态适应性,从而导致两树种产生了种群地理分化.