塔里木河下游胡杨生物量及其空间分布特征

该研究采用野外样地调查法,以塔里木河下游地区的胡杨为研究对象,以胡杨地上生物量与易测因子(胸径、树高)之间的关系模型为基础,依据监测样带胡杨状况,对研究区内胡杨生物量分布状况进行分析,并结合区域内胡杨林面积对胡杨总生物量进行了评估。结果表明:(1)胡杨生物量模型B=128.09(D2 h)0.6318(R2=0.892),精度较高,并且验证的实测值与模拟值之间差异不显著(P0.05),此模型可以用来对胡杨生物量进行评估。(2)随着离河道距离的增加,胡杨生物量呈减少趋势;胡杨生物量主要分布在离河道700 m以内的范围,占总生物量的91.37%。(3)塔里木河下游胡杨单位面积生物量为416.613kg·hm-2,总生物量为2.474×104 t。     

塔里木河下游柽柳灌丛地上生物量估测

根据划分的柽柳灌丛大、中、小等级,在塔里木河下游英苏至喀尔达依区段进行地表采样、称重,采用统计相关法对柽柳年龄及地径关系进行分析,构建柽柳直立枝与单丛地上生物量估测模型,对模型精度进行检验,筛选最佳模型,并对模型估测值与实测值进行卡方检验。结果表明:(1)输水后柽柳新萌直立枝地径随年龄增加而增大,但输水前柽柳萌生直立枝的地径随年龄增加未呈现规律性变化。在地下水条件非一致性的干旱荒漠区,柽柳地径大小不能作为判断其年龄的依据。(2)根据柽柳标准枝和灌丛因子实测数据,用一元线性函数、幂函数、指数函数、对数函数4种函数进行柽柳直立枝生物量估测模型拟合结果表明,幂函数w=2.007(d2 h)0.837估测模型最优,其总体估测精度达89.92%。(3)以冠幅面积单变量、冠幅周长与丛高双变量构建的柽柳单丛生物量估测模型的精度分别为78.95%和80.09%。(4)以全收获法实测数据为真值对估测模型进行精度检验,柽柳冠幅面积为自变量模型的估测精度为80.54%,柽柳冠幅周长和丛高估测模型的精度为66.85%。(5)对柽柳单株及单丛生物量模型估测值与实测值进行卡方检验结果表明两者之间无显著差异。研究认为,由于柽柳冠幅在高分辨遥感数据上容易获取,柽柳冠幅面积估测模型在传统生物量估测和遥感生物量估测都具有实用价值。     

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。     

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.     

天山南麓山前平原柽柳灌丛地上生物量

基于天山南麓山前平原柽柳灌丛样地调查和实验,研究了柽柳的地上生物量及其分布规律.结果表明,不同地貌带柽柳的地上生物量差异较大.在溢出带,柽柳的地上生物量最大,达1428.53 kg·hm^-2,其次是三角洲带和洪水剥蚀带,柽柳的平均地上生物量分别为745.97和544.37 kg·hm^-2,而两河交汇区柽柳的地上生物量最小,仅为111.18 kg·hm^-2.造成这种差异的主要原因是不同地貌带柽柳的密度不同.在轮台天山南麓山前平原4个地貌样带中,柽柳的地上生物量与表层土壤盐分含量均随地下水埋深的增加而下降,呈良好的相关性,但土壤盐分并不是影响柽柳地上生物量的主要因素,影响柽柳生长的主要生态因子是地下水埋深.     

黑河上游天涝池流域灌丛地上生物量空间分布

祁连山自然保护区是河西地区重要的水源涵养区,而灌丛作为祁连山主要植被类型之一,对该区水源涵养功能具有举足轻重的作用。以黑河上游天涝池流域灌丛为研究对象,基于野外调查结合研究区机载Li DAR(Light Detection And Ranging)数据和Geoeye-1影像,研究灌丛地上生物量的空间分布。结果表明:样方生物量与易测因子(平均丛高和样方盖度)呈幂函数关系;机载Li DAR数据能够较精确地反演灌丛平均高度以及样方盖度;利用其反演数据获得研究区灌丛地上总生物量为141 t;单位面积最大地上生物量为691.8 g/m2;在海拔3300—3400 m高度带灌丛地上生物量最大,为40.4 t;在海拔2655—3300 m高度带,随着海拔的升高灌丛地上总生物量在增加;在海拔3400—3750 m高度带,随着海拔的升高而灌丛地上总生物量逐渐减少。     

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。     

黑河下游柽柳种群地上生物量及耗水量的空间分布

以黑河下游柽柳(Tamarixramosissima)种群为研究对象,通过野外观测,建立柽柳地上生物量与简便易测因子间的关系;利用研究区的高分辨率影像(QuickBird)进行决策树分类,提取出柽柳易测因子的空间分布,估算研究区柽柳生物量的空间分布;在此基础上,借助于柽柳的蒸腾系数(300)计算出整个研究区内柽柳的耗水量.结果表明:研究区柽柳地上生物量为69644.7 t,单位面积生物量为0.78 kg.m-2;河岸边柽柳生境适宜,生物量较大;研究区柽柳蒸散的总水量为2.1×107m3,多年平均耗水量的空间分布范围在30～386 mm.     

苏干湖湿地植被地上生物量空间格局及其对水盐的响应

地上生物量是反映湿地植物群落数量特征和生产能力的重要因子,内陆盐沼湿地植被地上生物量空间分布格局及其水盐响应机制,对湿地生态水文学研究具有重要的理论意义。采用湿地群落学调查和支持向量回归模型（SVR）相结合的方法,将苏干湖湿地划分为山洪区、泉水区等5个分区,研究了植被地上生物量的空间异质及其影响因素。结果表明：支持向量回归模型在内陆盐沼湿地植被地上生物量反演方面具有较高的拟合精度;苏干湖不同区域湿地植物群落地上生物量空间格局呈现出复杂的空间分异规律,对地下水埋深和土壤全盐量的响应也存在明显差异：河洪区的植被地上生物量随地下水埋深、土壤全盐量的增加呈先增大后减小的趋势,湖水区的植被地上生物量与地下水埋深呈显著正相关关系,而土壤全盐量则相反,山洪区的植被地上生物量随地下水埋深的增加呈先增大后减小的趋势,泉水区的植被地上生物量随地下水埋深的增加逐渐减小,台地区的植被地上生物量与地下水埋深和土壤全盐量均无显著相关性。苏干湖湿地不同等级植被地上生物量在空间上呈现出多斑块组成的镶嵌体结构形态,体现了湿地植物应对土壤水盐等环境因子变化的生态适应机制。     

祁连山天老池流域灌丛地上生物量空间分布

采用野外样地调查法,以祁连山寺大隆林区天老池流域高山灌丛为研究对象,建立灌丛地上生物量与易测因子(冠幅周长和灌丛丛高)之间的关系,采用面向对象分类法对研究区的高分辨率影像(GeoEye-1)的土地利用类型进行分类,提取出灌丛盖度的空间分布,建立灌丛地上生物量与盖度之间的关系式,估算灌丛地上总生物量.结果表明:研究区灌丛地上总生物量为1.8×103t,单位面积地上生物量为1598.45 kg·hm-2;灌丛地上生物量主要分布在海拔3000~3700 m范围内,并且阳坡(1.15×103t)阴坡(0.65×103t).     

塔里木河下游植物群落分布与衰退演替趋势分析

根据野外样方调查 ,以空间序列推断其时间序列 ,分析了塔里木河下游植物群落的结构与分布 ,并对植物群落的衰退演替及其组分种消长的动态变化进行了分析。分析结果表明 :随着塔里木河下游来水量的不断减少 ,沿河道分布的植被 ,其盖度、物种丰富度均呈递减趋势 ,且植物群落成梯度分布。随着地下水位的不断下降 ,不同物种对环境退变的忍受能力不同 ,退化的先后不同 ,退化顺序表现为浅根系的草本到深根系草本与部分灌木 ,最后衰退的是耐旱性较强的灌木与乔木。在植物群落的衰退演替过程中 ,塔里木河下游不同河段的两种植物群落 ,在优势种的更替、组分种的消长上表现出不同的衰退特征。     

塔里木河上游荒漠区4种灌木植物叶片与土壤生态化学计量特征

分析了塔里木河上游荒漠区灌木植物叶片和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征以及二者之间的相关性,旨在阐明荒漠植被在极端环境下养分循环及限制状况,为塔里木河上游荒漠生态系统的恢复与保护提供理论依据。以塔里木河上游多枝柽柳(Tamarix ramosissma)、盐穗木(Halostachys caspica)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)、铃铛刺(Halimodendron halodendron)4种荒漠灌木植物叶片和土壤为研究对象,分析植物叶片和土壤C、N、P生态化学计量特征及其相关性。结果表明:在4种不同荒漠灌木植物叶片中柽柳叶片的C含量为(484.77±59.74)mg/g,显著高于其他灌木植物(P0.05);铃铛刺的N含量是(14.20±1.58)mg/g,显著高于其他灌木植物(P0.05);柽柳叶片的P含量为(0.54±0.16)mg/g,显著低于其他灌木植物(P0.05)。4种灌木植物叶片C/N比值大小为黑果枸杞柽柳铃铛刺盐穗木,且黑果枸杞的C/N比值显著最高为(37.83±7.74)(P0.05);C/P为柽柳铃铛刺盐穗木黑果枸杞,盐穗木和黑果枸杞的C/P显著低于其他灌木(P0.05),其比值分别为(379.76±158.63)和(383.47±128.95);N/P为柽柳铃铛刺盐穗木黑果枸杞,柽柳的N/P比值显著最高为(22.34±4.60)(P0.05)。4种不同荒漠灌木土壤的有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其化学计量比特征均未表现出显著的差异。由相关性分析可知柽柳叶片仅P含量与土壤TP含量呈现出显著正相关(P0.05);铃铛刺叶片C含量与土壤TN、叶片P含量与土壤TN/TP均呈显著负相关(P0.05),而叶片C含量与土壤TN/TP呈极显著负相关(P0.01);盐穗木和黑果枸杞叶片化学计量特征与土壤的化学计量特征均未表现出显著相关性(P0.05)。说明植物叶片化学计量特征并非是由土壤养分含量特征直接决定的,更多受植物自身遗传特性的影响,体现了荒漠灌木植物对极端生境的适应性。     

塔里木河下游不同地下水位下土壤种子库特征

选取塔里木河下游不同地下水位的25个天然植物群落样地,进行土壤种子库取样,通过萌发试验分析不同地下水位条件下土壤种子库的密度、物种多样性、生活型比例及土壤种子库与植物群落的相似性等特征.结果表明,在干旱地区,地下水位的高低不仅影响植物群落的种类和组成,而且也影响土壤种子库的密度和组成.随着地下水位的逐渐下降,植物群落退化程度的加重也反映到种子库上,表现为种子库密度减少、物种多样性下降、生活型逐渐单一,同时植物群落与土壤种子库的相似性系数也逐渐降低.该研究有助于丰富干旱区土壤种子库的理论和指导塔里木河下游的生态恢复实践.     

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。     

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。     

基于生物量的塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)生态服务价值评估

胡杨是塔里木河下游荒漠河岸林的重要组成部分,研究塔里木河下游胡杨生物量及生态服务价值变化特征,可以为塔里木河下游生态输水的效益评估提供科学依据。以塔里木河下游胡杨为研究对象,采用实地调查采样与遥感解译分析相结合的方法,评估了不同年份胡杨地上生物量特征,并结合遥感方法提取不同年份胡杨面积,估算了不同年份胡杨的生态服务价值。结果表明:(1)胡杨主要分布在离河道0—700 m的范围内,此范围内的生物量占总生物量的90%以上;在离河道700 m以外,胡杨的生物量不足10%。英苏断面胡杨平均生物量最高,阿拉干断面次之,依干不及麻与喀尔达依断面胡杨生物量较低。(2)2000年,胡杨单位面积平均生态服务价值为78.96元/hm~2,2010年为177.14元/hm~2,2016年为313.55元/hm~2;胡杨总服务价值在2000年为43.24×10~4元,2010年为93.00×10~4元,2016年为184.27×10~4元。(3)2016年胡杨的有形服务价值为22.74×10~4元,无形服务价值为161.53×10~4元,胡杨的无形生态服务价值为有形生态服务价值的7.1倍。生态输水对胡杨生物量与服务价值具有显著的影响,输水效益十分显著。     

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。