黑河下游绿洲胡杨物候期对1960～2010年气温变暖的响应

基于黑河下游绿洲胡杨林分布区气象站1960～2010年的气温数据,利用气候倾向率、Mann-Kendall检验及相关分析等方法,研究了近51年来胡杨年生长期物候特征及其对气候变化的响应特征。结果表明:(1)黑河下游绿洲气温有明显的增暖趋势,且1960～2010年研究区内鼎新和额济纳旗绿洲气温分别增高了1.6℃和2.4℃。(2)黑河下游绿洲胡杨年生长期开始日有明显提早趋势,其中,鼎新绿洲和额济纳旗绿洲胡杨年生长期开始日的变化倾向率分别为-1.46d/10a(α=0.01),-1.54d/10a(α=0.02),51年两绿洲分别提早了7d和8d;胡杨年生长期终止日呈明显推迟趋势,51年分别推迟了5d、9d,并以额济纳旗绿洲推迟更显著,且以2000s变化最显著;胡杨生长期天数呈明显延长趋势,而且额济纳旗绿洲比鼎新绿洲的年生长期变化倾向率多延长了0.9d/10a、平均年生长期缩短了1d;胡杨叶黄开始日呈微推迟趋势,在一定的程度上响应了气候季节变化的特征,并与夏秋季气温增温变化不显著的结论相吻合。(3)上述胡杨主要物候期的突变显著不同,且以生长期终止日响应最明显,并以纬度偏北的额济纳旗绿洲胡杨响应更敏感。     

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。     

黑河下游胡杨种群的点格局分析

采用空间点格局分析方法中的Ripley K函数,将宏观的地理环境与微观的点格局相结合,分析了不同尺度下黑河下游胡杨种群的空间分布格局.结果表明: 胡杨种群密度随离河距离增大而减小,且东河胡杨种群密度整体上高于西河;胡杨种群分布格局随空间尺度的变化而变化,主要在中尺度5～12 m呈聚集分布,在小尺度0～2 m和大尺度38～40 m呈随机分布,极少呈均匀分布;胡杨种群在不同离河距离主要呈聚集分布,且聚集强度随离河距离的增大呈增大趋势,而胡杨种群在离河距离较远的地段有扩散趋势,转为随机分布.表明胡杨种群内部的生态联系对空间尺度具有很强的依赖性,胡杨种群空间分布主要受表层土壤含水量和地下水埋深的影响.     

黑河下游额济纳绿洲植物群落特征与物种多样性研究

根据53个20 m×20 m样方调查资料,对黑河下游额济纳绿洲植物群落特征及物种多样性进行研究.结果表明:(1)调查样方的植物种类组成成分简单,科属组成较为分散.共有12科26属28种,以藜科、菊科为主,分别占21.43%和14.29%.种类优势现象明显,重要值>10的物种主要有胡杨、梭梭、柽柳、白刺、沙拐枣、苦豆子等;(2)不同植物群落类型的物种多样性指数均较低,且存在较大差异.以重要值计算的Margalef丰富度指数(Rm)介于0.027 3~0.567 7,Simpson多样性指数(Ds)介于0.677 8~0.999 3,Shannon-Weiner多样性指数(H′)介于0.098 2~0.367 3,Pielou均匀度指数(J′)在0.078~0.383之间,表明荒漠绿洲植物群落的结构简单、组织水平低;(3)样方统计的物种多样性指数纬向变化没有经向变化趋势明显,Ds和H′的纬向变化在42.02°N附近存在一个明显的高值区,经向变化呈先增后减的趋势,J′纬向变化与Ds和H′变化趋势较为一致,经向变化趋势不明显,呈连续波动的复杂变化特征.     

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。     

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。     

胡杨枝芽生长特征及其展叶物候特征

以5个不同发育阶段的胡杨(Populus euphratica Oliv.)个体为研究对象,观测记录了枝芽展叶物候、枝芽生长特征和叶形变化的空间分布规律。结果表明:不同发育阶段的胡杨个体以及同一个体树冠的不同层次,其枝芽生长及其展叶物候期表现出不同的时空特征。随着树龄的增加和树冠层次的增高(由基向顶),当年新生枝条长度、枝条叶片数和叶形指数逐渐减小,但叶面积和叶片干重逐渐增大。5个不同发育阶段胡杨个体均表现出展叶物候始于树冠顶层,依次向下结束于树冠基部;展叶物候期共性表现在枝芽萌动期均在4月上旬,起始展叶期集中在4月中旬,展叶终期则在5月上旬到下旬;树龄较大的个体其枝芽萌动期、起始展叶期、展叶终期较树龄较小的个体早;其枝芽萌动期到展叶终期的时间进程较树龄较小的个体短;不同发育阶段的个体枝芽萌动期出现的时间较为离散,起始展叶期和展叶终期出现的时间较为集中。相关分析表明,出叶周期与枝条长度、枝条叶片数量和叶形指数呈极显著正相关,与叶面积和叶片干重呈显著负相关。     

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。     

濒危物种胡杨和灰叶胡杨的克隆生长特征

研究不同生态环境条件下胡杨和灰叶胡杨横走侧根的空间分布及其形态特征、不定芽及克隆分株的数量格局特征及其与土壤水分的关系。研究结果表明:(1)16团3个生境中灰叶胡杨克隆分株所在横走侧根均分布在10—20cm的土层;阿瓦提混交林内灰叶胡杨和胡杨克隆分株所在横走侧根分布在20—40cm的土层;轮台县河道边胡杨克隆分株所在横走侧根分布在10—20cm的土层,林内胡杨克隆分株所在横走侧根分布在20—40cm的土层。不定芽、克隆分株所在部位横走侧根最粗,向两端逐渐变细,且远端根始终比近端根要粗;(2)不定芽具有以前期克隆分株为中心向两端延伸发生分布的空间格局特征,横走侧根上不定芽数与出土克隆分株数呈极显著正相关,未出土克隆分株数与出土克隆分株数呈显著正相关,说明不定芽、未出土克隆分株的数量都直接影响出土克隆分株的数量。(3)不定芽、未出土克隆分株和出土克隆分株出现频率、空间分布范围在同一生境同一根段均表现为不定芽未出土克隆分株出土克隆分株,在不同研究区表现为16团(地下水位1.08m)轮台县(地下水位2.56m)阿瓦提县(地下水位3.34m);相关分析显示土壤水分含量与不定芽和出土克隆分株数量均呈极显著正相关。综合分析认为,地下水位和土壤含水量均对不定芽发生以及不定芽向克隆分株转化有显著的影响。     

塔里木河下游不同断面胡杨径向生长对地下水变化的敏感性研究

以塔里木河下游干旱荒漠区胡杨为研究对象,选择英苏、依干不及麻、阿拉干、喀尔达依4个不同断面,通过定点监测4个典型断面的地下水位,并测定计算胡杨的径向生长量,对比分析4个不同断面的胡杨径向生长与地下水埋深之间的关系,定量研究胡杨生长的合理水位,为塔里木河下游胡杨健康生长和恢复提供理论依据。结果表明:(1)4个断面的胡杨年轮宽度在2000年以后有明显上升,英苏断面年轮宽度变化起伏最为明显,依干不及麻断面年轮宽度变化起伏最平缓。在2000年以前(为排除人工输水的干扰),胡杨年轮指数的变化有显著差异性,起伏最明显为依干不及麻断面,最平缓为阿拉干断面,喀尔达依断面有明显下降趋势。(2)4个断面的胡杨径向生长量与地下水埋深之间呈负相关关系,建立回归模型,拟合方程均通过0.05水平检验,拟合关系较好。(3)4个断面的胡杨径向生长量随着地下水位的下降,其灵敏度呈先增大后减小的趋势。灵敏度最大值对应的地下水位分别是:英苏断面5.38m、喀尔达依断面6.66m、阿拉干断面7.81m、依干不及麻断面7.84m。说明4个断面的胡杨径向生长对地下水位变化响应的敏感度存在差异,胡杨生长敏感的地下水位范围在5.4~7.8m之间。     

基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义

拟利用遥感图像处理技术--面向对象分类,计算胡杨叶片气孔密度,采用面向对象分类的专业软件eCognition对气孔图像进行多尺度分割,将生成的分类图像导入ArcGIS中计算气孔密度,最后用R语言编写代码进行批处理。研究结果显示:该方法用于计算叶片气孔的密度精度高;18个样点胡杨气孔密度存在着较大的差异,从76.7 个/mm²到139.4 个/mm²不等,其平均密度为105 个/mm²;随着干旱胁迫加强,气孔密度表现下降上升再下降的趋势。     

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。     

塔里木河下游地下水埋深对胡杨气体交换和叶绿素荧光的影响

为了分析干旱环境下地下水埋深变化对胡杨(Populus euphratica oliv.)光合作用的影响,对塔里木河下游3个地下水埋深(4.91,6.93m和8.44m)环境下胡杨叶片的气体交换日变化、光响应曲线、PN-C_i曲线以及叶绿素荧光特性等进行了比较研究。研究结果表明:当地下水埋深从4.91m增加到6.93m和8.44m,胡杨光合速率(P_N)(10:00),初始荧光(F₀)、最大荧光(F_m)、以及PSⅡ实际光化学效率(Ω_PSⅡ)、电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)和正午叶水势(Ψ_midday)等都发生了明显变化,其中胡杨NPQ增加了109% 127%,Ω_PSⅡ,ETR和Ψ_midday分别减小了24% 29%,17% 22%和31.6% 45.6%,表明胡杨受到的干旱胁迫程度在增加;而当地下水埋深在6.93 8.44m之间时,上述参数无显著变化,表明胡杨很可能处于相同干旱胁迫程度;并且在地下水埋深4.91 8.44m范围内,最大光化学效率(F_v/F_m),表观量子效率(φ),Rubisco羧化速率(V_cmax), 等参数都未发生明显变化,表明即使地下水埋深增加到8.44m,此时的干旱胁迫程度也未超过胡杨的耐受能力,其光合能力也未受到不可逆转的伤害。     

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。     

Ecological adaptation characteristics of Populus euphraticaeuphratica and Tamarix ramosissima leaf microstructures in the lower reaches of Tarim River

In order to explore the ecological adaptation in leaf microstructures of Populus euphratica and Tamarix ramosissima in the lower reaches of Tarim River; we used scanning electron microscopy to observe epidermal, cuticular and cross-sectional structures of P. euphratica and T. ramosissima leaves. In addition, their cell submicroscopic structures were studied with transmission electron microscopy. The results revealed that through long-term adaptation to the same environmental conditions, micro-structural of the leaves for the two species exhibit high degree of homoplasy: there is cavity between cuticle and epidermal, and cuticle bulges outwards to form processes mammillaris and epidermal hairs; stomata concaves; fence and vascular tissues are developed; both alisade cells and thin walled cells have chloroplast; vacuoles occupies large volume of the cell space; etc. These features help plants resist drought stress. The salt glands and salt crystallization of T. ramosissima reveals the strong ability of salt stress resistance, but its drought-resistance capacity is weaker than P. euphratica. The specific components of the various shapes of crystal structures in their leaves call for further study.     

不同林龄胡杨克隆繁殖根系分布特征及其构型

以中龄林和成熟林胡杨为研究对象,采用挖剖面和根窗的方法,研究胡杨繁殖根系分布、根系构型,以及胡杨根蘖与繁殖根系构型之间的关系。结果表明:(1)细根(d<2 mm)的根长密度、根表面积密度,随深度增加呈现指数函数分布;(2)中龄林细根的根长密度、根表面积密度在0—90 cm各层都是显著大于成熟林的对应指标(P<0.05),成熟林的中等粗根(5 mm0.05),且两种林龄的一级侧根数、分枝角度亦无显著差异(P>0.05);(5)对比两种林龄不同根序上的根蘖芽发现,二级根上不定芽个数均是同组一级根上不定芽个数的3—4倍;基于以上对胡杨根系的功能权衡的分析,得出:细根对胡杨根系构型有重要的影响,在胡杨根系功能权衡中扮演重要角色。     

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。