塔里木河中下游地区不同地下水位对植被的影响

 根据近几年塔里木河中下游地区的大量监测结果,分析了不同地下水位对植被的影响。结果显示：1)在塔里木河中下游,地下水位与植被盖度和植物种类的回归模型分别可以表示为：Y=159.32e-0.314 8X,R2=0.819 3,　p<0.01;Y=9.113e-0.162 3X,R2=0.606 7, p<0.01。2)地下水位对植被的影响在很大程度上是通过改变土壤含水率来实现的,当地下水位在1～4 m时,其回归模型为：Y=64.898e-0.515X,R2=0.727,p<0.01;当地下水位在4～12 m时,Y=21.147e-0.178X,R2=0.658,p<0.01。当地下水位在3.5～4.0 m时,土壤含水率出现明显变化,因此认为3.5 m是塔里木河中下游地区草本植被生态恢复的最低水位。3)通过胡杨叶脯氨酸(Pro)和脱落酸(ABA)在不同水位条件下的含量变化,可以认为引起胡杨水分胁迫的地下水位出现在5.0 m。其后随着水位的降低,胡杨脱落酸的积累更加明显,地下水位与胡杨叶脱落酸含量可以表示为：Y=0.703 5e0.408X,R2=0.830 4, p<0.01。4)通过塔里木河下游输水后的植被调查,当地下水位出现明显升高后,植被的地表生态响应非常明显,乔灌草植被在水位升高至不同水位后均出现相应的变化,说明以上的分析是符合实际的。     

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。     

塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨生理特点分析

本运用塔里木河下游地下水位变化资料和塔里木河下游主要植物胡杨脯氨酸和脱落酸(ABA)的分析实验数据,结合野外调查,对地下水位变化与胡杨体内脯氨酸和脱落酸积累的关系进行了分析。研究表明,在塔里木河下游,塔里木河下游胡杨体内的脯氨酸和脱落酸含量与地下水位变化密切相关．以胡杨为主的天然植物受干旱胁迫程度愈大,退化愈严重,而反映在胡杨体内脯氨酸和脱落酸含量上．则随着地下水位的下降、水分胁迫程度的增加呈现出明显增加态势。在不同地下水位埋深条件下,胡杨体内脯氨酸和脱落酸累积过程的变化和差异表达了胡杨受干旱的程度;塔里木河下游胡杨的生长发育已受到严重的十旱胁迫。     

塔里木河下游干旱胁迫下多枝柽柳茎水势的变化

于2005-2006年对新疆塔里木河下游亚合浦马汗和阿拉干断面多枝柽柳(Tamarix ramosissima)茎水势进行了测定.结果表明:多枝柽柳茎水势日变化规律与其它植物水势不同,8:00较高,14:00和20:00较低,20:00以后略呈上升趋势,说明在塔里木河下游气温不是影响多枝柽柳水势变化的主导因素;对多枝柽柳茎水势和地下水埋深、土壤盐分进行相关分析表明,多枝柽柳茎水势与地下水埋深之间呈显著负相关性,与土壤盐分不具有显著相关性,说明塔里木河下游多枝柽柳茎水势对地下水埋深的变化响应强烈,对土壤盐分的变化响应不强烈.该研究可为塔里木河下游进行有效的生态输水,加速受损生态系统的恢复提供科学依据.     

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。     

塔里木河流域荒漠河岸植物对应急输水的生理响应

选择塔里木河沿岸典型样地,以乔木树种胡杨(Populuseuphratica)、灌木柽柳(Tamarixspp.)和草本植物罗布麻(Apo-cynumvenetum)为研究材料,垂直距离输水河道500m范围内,间隔100m设置一个采样断面。监测并分析塔里木河下游应急输水前后5个断面地下水位、地下水含盐量及3种植物叶片游离脯氨酸、可溶性糖、内源植物激素脱落酸(ABA)和细胞分裂素(CTK)含量的变化。研究3种荒漠植物对水盐双重胁迫环境的生理响应及适应策略。结果表明:盐胁迫显著增加3种植物叶片或同化枝的可溶性糖浓度,断面间不同植物叶片或同化枝可溶性糖积累存在差异;输水后断面间随地下水位不同程度的抬升,胡杨和柽柳叶片或同化枝脯氨酸含量出现了成比例的下降;柽柳同化枝可溶性糖与脯氨酸积累相关性最小,发展了不同于另外两种植物的通过有机溶剂积累适应胁迫环境的策略,即同化枝可溶性糖与脯氨酸作为响应于地下水位变化的功能物质独立地起作用,可溶性糖积累对盐胁迫的响应明显,而脯氨酸积累对干旱胁迫的响应更为明显;对与胁迫抗性有关的植物内源激素ABA、CTK浓度及浓度增长量变化进行分析,发现胡杨具有不同于其他两种植物的内源ABA、CTK浓度增量变化趋势;胡杨和罗布麻叶片ABA积累量与脯氨酸积累百分量(△[脯氨酸])而柽柳中ABA积累量与可溶性糖积累百分量(△[可溶性糖])显著相关。     

孔雀河下游断流河道的环境特征及物种间关系

基于孔雀河下游断流河道的环境因子和植被样地数据,采用聚类与CCA排序法,分析了生境的退化特征以及物种间的相互关系,结果表明:1)断流河道退化生境分为绿洲-荒漠过渡类型、轻度荒漠化类型和盐土荒漠化类型。绿洲-荒漠过渡类型地下水位低、盐分含量相对较低,植被盖度相对较高,土壤维持着原砂质壤土,为潜在退化型;轻度荒漠化类型地下水位、土壤质地与含盐量与前者基本相同,土壤未明显退化,但植被盖度低于10%,植物种类与个体数目都较低,属于轻度退化型;盐土荒漠化类型地下水位高、盐分含量高,土壤机械组成中砂粒比重较大、无建群种幸存,属于重度退化型。2)绿洲-荒漠过渡类型总体联结性为显著正联结,正负联结比小于1,生态系统表现为建群种维系物种关系的不稳定状态;轻度荒漠化类型总体联结性为不显著负联结,正负联结比小于1,表现出生态系统进入退化演替的阶段;盐土荒漠化类型总体联结性为显著正联结,正负联结比大于1,表现出重度退化群落的种间平衡状态,物种间以达到稳定共存,其中,真盐生植物对这种平衡的维持起着重要的作用。3)CCA排序表明,绿洲-荒漠过渡类型形成以胡杨为中心的种间正联结,幸存于盐分适中、水分养分相对较高的生境;轻度荒漠化类型,形成以多枝柽柳与刚毛柽柳相互依存的不显著负联结,幸存于土壤养分、水分相对较低的生境;盐土荒漠化类型形成以盐爪爪、盐节木、盐穗木等真盐生植物维系的显著正联结,幸存于土壤贫瘠、地下水位浅、盐分含量高、沙化严重的生境。     

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.     

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。     

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。     

Physiological response of riparian plants to watering in hyper-arid areas of Tarim River,China

The physiological responses and adaptive strategies of Populus euphratica Oliv.(arbor species),Tamarix ramosissima Ldb.(bush species),and Apocynum venetum L.(herb species)to variations in water and salinity stress were studied in the hyper-arid environment of the Tarim River in China.The groundwater table,the saline content of the groundwater,as well as the content of free proline,soluble sugars,plant endogenous hormones (abscisic acid (ABA),and cytokinins (CTK))of the leaves of the three species were monitored and analyzed at the lower reaches of the Tarim River in the study area where five transects were fixed at 100 m intervals along a vertical sampling line before and after water release.Saline stress dramatically increased soluble sugar concentration of the three species.Differences in sugar accumulation were determined among the species at different transects.The free proline concentration of the leaves of T.ramosissima and P.euphratica showed a proportional decrease with various degrees of elevation of the groundwater table after water release.There was a least correlation between the soluble sugars and proline stimulation in T.ramosissima.It was strongly suggested that T.ramosissima developed a different strategy to accumulate organic solutes to adapt to the stress environment.The soluble sugars and proline accumulation responded to the changes of groundwater table independently:the former occurred under salt stress,whereas the latter was more significant under drought stress.The concentration and the increase in concentration of ABA and CTK involved in stress resistance of the three species were also determined.This increase in the hormone concentration in P.euphratica was different from that of the other two species.Expressed as a function of increase of ABA concentration in leaves,A.venetum and T.ramosissima showed a different solute accumulation in response to groundwater table.There was a significant correlation between ABA accumulation and A [proline] in A.venetum as well as between ABA accumulation and △ [sugar] in T.ramosissima.     

Physiological Responses of Three Contrasting Plant Species to Groundwater Level Changes in an Arid Environment

Plants growing on both sides of the Tarim River in western China serve as a natural barrier containing the deserts and protecting the oasis, and their growth is greatly affected by water conditions In their local habitat. We studied the physiological responses of three different types plants （i.e. Populus euphratlca Oliver, Tamarix ramosissima L., and Apocynum venetumas Linn） to changing groundwater levels by analyzing changes in chlorophyll, soluble sugar, proline （Pro）, malondialdehyde （MDA）, superoxlde dlsmutase （SOD）, peroxidase （POD）, indoleacetic acid （IAA）, giberellic acid, abscisic acid （ABA） and cytokinin （CK）. Relationships between these physiological characteristics and groundwater levels were analyzed in order to assess the drought tolerance of the three plant species based on the values of average membership function. We found that MDA, SOD and ABA were more susceptible to changes in groundwater level, followed by POD, IAA and CK. Among the three plant species, Populus euphratica responded physiologically less to changing groundwater level than T. ramosissima and A. venetumas.     

基于树木年轮技术的塔里木河下游河岸胡杨林生态需水量研究

生态需水量计算是干旱脆弱生态区恢复重建的一个关键问题。分析了塔里木河下游荒漠河岸林关键种-胡杨树木年轮近90年来的变化特征及对气候水文过程的响应,并基于树木年轮技术提出了维系荒漠河岸林不同恢复状态的生态需水量。研究结果表明,塔里木河下游胡杨树木年轮主要承载的是区域水文历史变化信息,可以作为定量评估生态输水工程的生态恢复效应和定量计算植被生态需水量的新指标;胡杨标准年轮宽度指数与生长年生态输水量呈显著正相关(P0.05),近15年生态输水对胡杨年轮宽度指数增加的平均贡献率为42.96%;若要维持塔里木河下游英苏段垂直河道300 m范围内的胡杨达到近90年来的平均生长水平,则需在生长年下泄生态需水量0.84×10~8m~3,若要达到断流前(1933—1974年)的平均径向生长,则每个生长年内生态需水量应达到0.91×10~8m~3。     

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。     

塔里木河中游植物种群在四种环境梯度上的生态位特征

分析了塔里木河中游19种植物在土壤含水量、土壤有机质、土壤pH值和土壤总含盐量各资源维上的生态位宽度和生态位重叠。结果表明,按照各资源维上生态位宽度平均值的大小可把19种植物分成3类,第一类群的物种是该流域植物群落中的建群种,对荒漠河岸环境有良好的适应性;第二类群的物种对环境资源的利用能力较弱于第一类群的物种;第三类群的物种中,大部分植物对流域环境的生态适应性较弱．但个别植物生态位宽度变窄有其特定的原因．从4个资源维、19种植物生态位重叠指数的变化上可以看出。该地区物种在一定程度上对环境资源需求分化或者物种的生态位发生位移,致使种对间生态位重叠程度降低,而土壤水和土壤盐分则是许多物种的限制因子。     

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.