额济纳荒漠绿洲植物群落的数量分类及其与地下水环境的关系分析

为了科学地评价和预测生态输水对额济纳荒漠绿洲天然植被的影响, 亟需掌握额济纳荒漠绿洲的植物群落类型, 建立植被-环境因子的响应关系。该研究对额济纳荒漠绿洲的植物群落展开调查, 获取植物群落特征、分布状况及地下水环境数据, 应用双向指示种分析方法(TWINSPAN)对群落进行分类, 采用无偏对应分析(DCA)、无偏典范对应分析(DCCA)方法对群落进行排序, 得出额济纳荒漠绿洲主要植物群落类型, 以及影响植被类型变化和分布的地下水环境因子。研究结果表明: (1)采用TWINSPAN数量分类方法, 将植被划分为芦苇+杂类草(Ass. Phragmites australis + herbs)、胡杨-红柳+杂类草(Ass. Populus euphratica-Tamarix ramosissima + herbs)、沙枣-红柳+杂类草(Ass. Elaeagnus angustifolia-Tamarix ramosissima + herbs)、红柳-杂类草(Ass. Tamarix ramosissima-herbs)、花花柴-白刺+沙蒿+沙拐枣(Ass. Karelinia caspica-Nitraria tangutorum + Artemisia sp. + Calligonum sp.)、麻黄-红砂+白刺+骆驼刺(Ephedra przewalskii-Reaumuria soongorica + Nitraria tangutorum + Alhagi sparsifolia)等6个主要植物群丛; (2)对于额济纳荒漠绿洲这一特定的研究区域, 制约群落类型、植被分布格局的主要地下水因子为地下水埋深; (3)对群落产生显著影响的地下水环境因子主要有地下水埋深、pH、盐分、矿化度、电导率、HCO₃^-等6个变量。DCCA排序图明显反映出排序轴的生态意义, 第1轴突出反映了群落所在环境的地下水埋深, 沿第1轴从右到左, 地下水埋深逐渐增大, 群落的盐分及矿化度亦呈明显的增加趋势, 群丛依次从类型I到VI逐渐演变。额济纳三角洲作为干旱区的荒漠绿洲, 有着明显的特点: 植物群落组成的生物多样性趋于贫乏化和单一化, 生态结构简单, 植被稀疏, 种类单一, 群落覆盖度较低, 群落格局分异明显。地下水埋深变化是群落物种及类型变化的主要原因。     

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。     

黑河中下游绿洲生态安全评价

生态安全包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全 ,尤指自然和半自然生态系统的安全 ,即生态系统完整性和健康的整体水平反映。生态安全是维护地区或国家乃至全球的生态环境不受威胁的状态 ,能为整个生态经济系统的持续发展提供生态保障。从水安全、土地安全、经济社会安全出发 ,选取水资源量供需比、地表水质量、地下水埋深和地下水矿化度 4种水安全评价指标 ;土地人口承载度、林地覆盖率、草地载畜度、绿洲面积变化率、绿洲土地沙化率、绿洲土地盐碱化率和抗灾度等 7种土地安全评价指标 ;人均 GDP产值、单位面积农业生产总值、农民人均纯收入、绿洲人口密度、城市化率和文明度等经济社会安全评价指标 ;共计 17项 ,建立了绿洲生态安全评价综合指标体系。然后 ,应用综合评价法、层次分析法和 GIS等多种方法与手段 ,在绿洲尺度上对黑河干流中下游地区的张掖、临泽、高台、鼎新和额济纳 5个绿洲进行绿洲生态安全综合评价。评价结果显示 :自黑河中游至下游 ,各个绿洲的生态安全状况依次降低 ,最下游的额济纳绿洲生态安全仅为 4级的差状态。其中 ,水安全是关键 ,土地安全是载体 ,经济社会安全是保障 ,以上几方面相互关联 ,共同作用导致绿洲的生态安全综合水平。     

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。     

黑河下游河岸绿洲区包气带土壤水分与植被生长状况的研究

黑河下游荒漠平原区近年来由于河水流入量的持续减小,致使依赖河水补给来源的地下水呈减少趋势,造成区域性地下水位下降,从而引起一系列生态环境问题。通过研究黑河下游河岸绿洲区非饱和带的含水量、地下潜水埋深、土壤类型结构等与河岸绿洲植被生长状况之间的关系,发现土壤结构、地下水位埋深和土壤盐分是决定研究区植被生长状况的3个主要因素,而土壤结构是不可改变的,土壤盐分又与地下水关系密切,因此,地下水是极端干旱区植被生长状况的决定因素。     

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.     

Temporal areal changes of wetlands in the lower reaches of the Tarim River and their responses to ecological water conveyance

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。     

干旱区受水资源胁迫的下游绿洲动态变化趋势分析——以黑河流域额济纳绿洲为例

干旱内陆流域下游绿洲的形成与演变对流域地表径流变化响应强烈 .采用绿洲生态斑块动态模拟、植被与水盐状态相关分析、生态需水量估算等方法 ,分别对黑河流域下游额济纳绿洲在不同分水方案与水资源利用情景下的变化趋势进行了研究 .结果表明 ,维持现状绿洲面积不再萎缩 ,在考虑水资源利用合理化的前提下 ,其最低净需水量为 5 .7× 10 8m3 ,如果考虑下游地区人畜生活用水及工业用水 ,同时考虑水量在输送过程中的散失损耗 ,为在近期 (2 0 15年以前 )维持现状绿洲面积 ,狼心山断面入境流量需达到6 .0× 10 8m3 ;而要使绿洲面积恢复到 2 0世纪 80年代初的水平 ,狼心山断面过水量应不低于 8.9× 10 8m3 ,正义峡断面下泄水量要求达到 10 .9× 10 8～ 13.1× 10 8m3 .     

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。     

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。     

黄河口湿地生态需水量估算

黄河口拥有中国暖温带面积最广阔、自然属性最显著、结构最完整的滨海湿地生态系统,因处在河-海-陆交汇的复杂界面,湿地生态系统十分脆弱。满足生态需水是维持湿地生态系统健康的基础和关键,但以往估算缺乏系统综合性视角且存在时间尺度较粗的问题。从维持湿地面积、保护生物多样性及稳定生态系统功能和过程3个目标出发,构建了包含5项指标的湿地生态需水指标体系,对湿地3个等级、3个时段生态需水进行了估算,并据此判断了2000年至2019年黄河口湿地在极端丰水年及枯水年生态需水的满足状况,结果表明：黄河口湿地全年的最小、适宜、最大生态需水量分别为13.33×10⁸ m³、22.33×10⁸ m³、35.31×10⁸ m³;4—6月、7—10月、11—3月的适宜生态需水量分别为6.76×10⁸ m³、10.10×10⁸ m³、5.47×10⁸ m³;...     

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。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应

以黑河中游荒漠绿洲过渡带主要建群种多枝柽柳成年体为研究对象,对野外不同地下水埋深处柽柳叶片生理生态特性进行观测和分析,评价分析多枝柽柳对地下水埋深差异和地下水位季节变化的响应过程和适应机制.结果显示:在相似大气环境条件下,不同地下水埋深之间,多枝柽柳叶片的生理生态指标没有明显差异,但对于地下水位的季节波动,则表现出较为明显的变化和响应;柽柳通过气孔的调节,在更深地下水埋深下,水分条件更差时,保持了稳定的气孔导度和较高的叶片胞间二氧化碳浓度,从而维持相对稳定的碳同化能力及较高水分利用效率,表现出较好的适应能力;在不同地下水埋深下,叶片生理生态指标随地下水位下降的响应特征呈现出明显差异,这种差异暗示了黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳的适宜地下水位在3 m左右.     

河套灌区干渠衬砌对地下水及生态环境的影响

采用统计学方法、普通克里格法和ArcGIS 9.0等工具,分析了2001和2009年9月内蒙古河套灌区地下水位埋深和矿化度的时空分布,并实地调查了杨家河干渠衬砌对植被分布的影响.结果表明：节水灌溉工程实施多年后,河套灌区年均引水量降为44.5×10⁸ m³（2009年）;浅层地下水埋深在2.5～3.0 m的区域面积由2001年9月的1.2×10⁴ hm²增至2009年9月的9.11×10⁴ hm²,浅层地下水埋深在2.0～2.5 m的区域面积（2009年9月）占灌区总面积的80%;灌区西北部的咸水带（2001年9月,矿化度>5000 mg·L^-1）变为半咸水带（2009年9月,矿化度在3000～5000 mg·L^-1）;乌拉特灌域的咸水带面积扩大,半咸水带呈扇形向灌区北部扩张;渠道衬砌后,两岸植物物种和多样性指数均降低,一些根系较浅的草本植物出现退化的迹象.灌区引水量的减少,并没有对保持乌梁素海现状水面面积产生负面影响.     

塔里木河下游地下水埋深对草本植物地上特征的影响

根据2014年在塔里木河下游5个断面30个植物样地的调查,获取了草本植物群落的特征资料,并记录了相应的地下水埋深数据。根据所收集的相关资料,对研究区内草本植物地上生态特征与地下水埋深间的关系进行了探讨。结果表明:1)随着离河道距离的加大,地下水位逐渐降低,草本植物群落生物多样性逐渐减小,盖度降低,结构趋于简单,地下水位6~7 m时草本分布十分稀少;2)地下水埋深与草本植物地上生物量以及地上含水率具有显著的相关性,随着地下水埋深的增加,草本植物的地上生物量逐渐减少,地上含水率也呈减少的趋势,但地上净初级生产力与地下水埋深的关系不明显;3)生态输水使距河道一定范围内地下水位升高明显,在纵向和横向上都表现出一定的规律,生态输水的影响范围逐渐加大,植被的响应也很显著,长势出现明显好转,多样性与盖度均有所增加。     

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.     

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.     

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。     

三峡水库运行对长江荆南三口水文和生态的影响

基于1990—2014年荆南三口五站实测原型日流量水文序列,采用Mann-Kendall法、累积距平法检验分析其水文特征与变化趋势,并应用生态水文变化指标体系和变化范围法评估分析了三峡水库运行对荆南三口河流33项生态水文指标变化的影响.结果表明:1990—2014年,三口年平均流量呈现显著减少趋势(P<0.05),减小率为19%,拐点年份出现在2003年,2003年前荆南三口年平均流量为1981.1 m³·s^-1,2003年以后的年平均流量为1603.25m³·s^-1,前后相差377.85 m³·s^-1.1—4月的平均流量明显增加,偏离度分别为1.58、1.86、0.83、0.62 ;5月下旬至6月上旬明显增加;7、8月有较小程度的减少,偏离度分别为-0.12、-0.10;蓄水期(10月)显著减少,偏离度达-0.40.年极小值流量均有较高程度的改变,年极大值流量中仅1、3 d年均极大值流量有中等程度改变,其他年极大值流量改变程度低.低流量过程改变程度高,而高流量过程改变程度低.