高生峰, 葉茂

塔里木河上、中游極端干旱區(qū)淹灌對(duì)胡楊()長(zhǎng)勢(shì)的影響

高生峰, 葉茂*

新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 新疆, 烏魯木齊 830054

為加強(qiáng)塔里木河流域胡楊林生態(tài)保護(hù), 維系胡楊林植被系統(tǒng)多樣性、穩(wěn)定性和完整性, 針對(duì)塔里木河上游吐江、中游坎白爾吾斯坦生態(tài)監(jiān)測(cè)斷面, 從胡楊冠幅、長(zhǎng)勢(shì)打分、年齡結(jié)構(gòu)、幼苗出現(xiàn)頻率及生理指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)查和測(cè)定。分析距水源遠(yuǎn)近對(duì)胡楊林群落特征的影響。結(jié)果表明: ①淹灌前后胡楊幼苗在單位面積內(nèi)(植)株(個(gè))數(shù)從0.08株·m-2增加到0.80株·m-2; 長(zhǎng)勢(shì)較差的胡楊逐漸被長(zhǎng)勢(shì)較好的替代; 同一檉柳在淹灌前后新枝增幅71.6%。②隨著距生態(tài)閘距離的增大胡楊冠幅、單位面積內(nèi)胡楊數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì); 且長(zhǎng)勢(shì)打分也呈下降趨勢(shì), 隨著淹灌距離的增大分別下降了5.0%、19.3%、45.5%; 胡楊幼林和中成林隨著淹灌距離增大分布呈下降趨勢(shì)、過(guò)熟林呈上升趨勢(shì), 幼林分別下降了28.6%、85.7%、100%。過(guò)熟林分別增加了32%、88%、132%; 胡楊幼苗出現(xiàn)頻率隨著淹灌距離增大分別下降了21.83%、44.51%、27.78%; ③生態(tài)補(bǔ)水后, 可溶性糖(SS)、脯氨酸(Pro)和脫落酸(ABA)均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。在淹灌距離300 m、450 m、600 m處可溶性糖(SS)減少了37.4%—42 %;脯氨酸(Pro)減少了36.6%—41.9%; 脫落酸(ABA)減少了29.8%—41.9%。生態(tài)補(bǔ)水在一定程度上緩解了胡楊水分脅迫, 使的胡楊生長(zhǎng)環(huán)境得以好轉(zhuǎn)。

胡楊; 長(zhǎng)勢(shì); 淹灌; 塔里木河

0 前言

胡楊()是干旱區(qū)內(nèi)陸河流域重要的喬木樹(shù)種, 也是荒漠綠洲生態(tài)系統(tǒng)最重要的組成部分。新疆塔里木河流域的天然胡楊林是世界上數(shù)量最多、分布面積最廣的天然胡楊林基因庫(kù), 流域內(nèi)胡楊林集中分布在塔里木河上、中游、葉爾羌河下游, 在維護(hù)流域生態(tài)安全中發(fā)揮著重要的生態(tài)服務(wù)功能。荒漠河岸胡楊林對(duì)穩(wěn)定河道、維持流域生態(tài)平衡、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)綠洲氣候起著至關(guān)重要的作用[1]; 為加強(qiáng)塔里木河流域胡楊林的生態(tài)保護(hù), 維系胡楊林植被系統(tǒng)的多樣性、穩(wěn)定性和完整性, 自治區(qū)人民政府制定了一系列的通知和方案。

研究表明, 生態(tài)輸水已成為河流生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié), 是干旱區(qū)河岸林生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要的影響因子[2]。河水淹灌后對(duì)河岸林生態(tài)過(guò)程得到越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注。關(guān)于塔里木河胡楊荒漠河岸林結(jié)構(gòu)特征研究多集中在塔里木河下游退化生態(tài)系統(tǒng)不同離河距離群落的結(jié)構(gòu)特征及分布結(jié)構(gòu)[3-4]、植物群落物種多樣性與地下水的關(guān)系、植物群落與環(huán)境因子的關(guān)系、荒漠土壤理化性質(zhì)對(duì)胡楊林生長(zhǎng)的影響、模擬生態(tài)閘洪水漫溢過(guò)程可行性, 并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相擬合, 表明洪水漫溢在植被恢復(fù)和保護(hù)物種多樣性具有重要作用[5-8]。但有關(guān)塔里木河中游胡楊林群落結(jié)構(gòu)的研究, 尤其是生態(tài)閘修建后水文變化對(duì)群落的影響研究較少。

為滿足胡楊林的生態(tài)水需求, 防止胡楊林植被系統(tǒng)遭到破壞, 亟需開(kāi)展塔里木河流域胡楊林區(qū)生態(tài)保護(hù)輸水的研究工作。本文研究目標(biāo)是從樣點(diǎn)、樣帶、整個(gè)補(bǔ)水區(qū)三個(gè)尺度, 以生態(tài)指標(biāo)量化評(píng)估生態(tài)補(bǔ)水工程對(duì)胡楊林生態(tài)水虧缺的緩解程度和生態(tài)保育的成效, 為制定流域胡楊林重點(diǎn)保護(hù)區(qū)生態(tài)閘口的科學(xué)引水方案、生態(tài)補(bǔ)水效果實(shí)施監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

塔里木河位于中國(guó)西北新疆南部, 處于39°30′—43°08′N(xiāo), 73°10′—94°05′E之間, 是我國(guó)最大的內(nèi)陸河, 干流全長(zhǎng)1321 km, 始于肖夾克, 沿塔克拉瑪干沙漠北部自西向東, 最終匯入臺(tái)特瑪湖, 本文研究區(qū)位于塔里木河的上游段和和中游段。

肖夾克-英巴扎為上游長(zhǎng)496 km, 屬于典干旱少雨, 蒸發(fā)強(qiáng)烈的暖溫帶大陸性氣候, 平原區(qū)年均9.8 ℃, 降水量為42—76 mm, 潛在蒸發(fā)量為1900—2800 mm, 降水主要集中在夏季。代表的植物主要有檉柳()、蘆葦()、羅布麻()、駱駝刺()等, 構(gòu)成了喬灌草植物群落。

英巴扎-恰拉為中游, 長(zhǎng)398 km, 屬于溫帶干旱氣候, 多年平均氣溫10.7 ℃; 年降水量在17.4—42.8 mm, 蒸發(fā)量為1125—1600 mm; 氣候干燥。植物組成為檉柳科(Tamaricaceae)、楊柳科(Salicaceae)、豆科(sp)、夾竹桃科(Apocynaceae)、早熟禾(L)、菊科(compositae)、藜科(Chenopo-diaceae)等, 構(gòu)成了喬灌草植物群落[9-12]。

2 研究方法

2.1 補(bǔ)水方案

根據(jù)《關(guān)于印發(fā)2016、2017年塔里木河流域胡楊林生態(tài)保護(hù)行動(dòng)實(shí)施工作方案的通知》要求結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察和遙感監(jiān)測(cè), 此次生態(tài)補(bǔ)水的水量及對(duì)兩個(gè)重點(diǎn)胡楊林保護(hù)區(qū)的影響范圍如下: 上游沙雅斷面依靠21口生態(tài)閘, 2016年、2017分別漫灌胡楊林面積約為13.3 km2、308.2 km2; 生態(tài)補(bǔ)水量為1.65×108m3、1.69×108m3; 中游輪臺(tái)斷面依靠28口生態(tài)閘，2016、2017年分別淹灌胡楊林面積約為26 km2、178.9 km2。

本研究區(qū)從2016年開(kāi)始實(shí)施淹灌, 分別在2016年淹灌前后和2017年、2018年進(jìn)行四次實(shí)地監(jiān)測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。由于2016年當(dāng)年實(shí)施淹灌對(duì)胡楊長(zhǎng)勢(shì)影響幾乎可以忽略不計(jì), 因此將2016年所測(cè)結(jié)果作為2017、2018年進(jìn)行對(duì)照。

2.2 監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)

監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置: 根據(jù)要求, 本研究重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)設(shè)置在塔里木河上游、塔里木河中游兩個(gè)胡楊林重點(diǎn)補(bǔ)水區(qū)(砍白爾吾斯坦生態(tài)閘、吐江閘)。結(jié)合生態(tài)閘布設(shè)的地點(diǎn), 在兩個(gè)胡楊林重點(diǎn)補(bǔ)水區(qū)分別設(shè)置了4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。

監(jiān)測(cè)指標(biāo)選取: 在胡楊林重點(diǎn)補(bǔ)水區(qū)(生態(tài)閘口附近), 以閘口為圓心在距河道0—5 km范圍內(nèi), 設(shè)置3—4條樣帶; 每條樣帶內(nèi)按一定距離(150—600 m)布設(shè)25×25 m的喬灌木樣方(圖1); 河水淹灌只能達(dá)到距放水口600 m左右, 因此將樣方布置在600 m內(nèi); 在塔河上游區(qū)吐江監(jiān)測(cè)斷面3條樣帶、12個(gè)喬木監(jiān)測(cè)樣方; 塔河中游砍白監(jiān)測(cè)斷面2條樣帶、8個(gè)喬木監(jiān)測(cè)樣方。

2.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

生態(tài)指標(biāo): (1)植被樣方監(jiān)測(cè)指標(biāo): 胡楊群落的物種組成; 胡楊幼苗出現(xiàn)的頻率及分布情況; 胡楊成林胸徑; 單位面積內(nèi)胡楊數(shù)量; 檉柳新枝長(zhǎng)。水文監(jiān)測(cè)指標(biāo): 地下水埋深; 生態(tài)補(bǔ)水的水量和時(shí)間。

(2)于2017年11月塔里木河中游英巴扎打地下水位監(jiān)測(cè)井2口。英巴扎1號(hào)井(N41°18′51, E84°19′ 13.7″)地下水位6.25 m; 英巴扎2號(hào)井(N°41°12′24.1, E°84°37′52.3″)地下水位3.78 m。

生理指標(biāo): 以塔里木河上游吐江為典型斷面, 按離河道300 m、450 m、600 m進(jìn)行間隔采樣, 每個(gè)間隔設(shè)置3個(gè)樣地, 每個(gè)樣地內(nèi)選取長(zhǎng)勢(shì)、樹(shù)齡接近的胡楊10—15棵, 選取不同部位的正常生長(zhǎng)葉片進(jìn)行采集。選取可溶性糖(SS)、脯氨酸(Pro)和脫落酸(ABA)3個(gè)生理指標(biāo), 研究分析生態(tài)補(bǔ)水前后的變化趨勢(shì), 對(duì)胡楊生理特征的響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行探討。以蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量, 以茚三酮溶液顯色法測(cè)定脯氨酸; 參照阮曉等的方法對(duì)脫落酸進(jìn)行測(cè)定[13]。

2.4 胡楊長(zhǎng)勢(shì)等級(jí)劃分

胡楊生長(zhǎng)周期長(zhǎng), 無(wú)法追蹤所有個(gè)體的生長(zhǎng)周期, 利用樹(shù)木年輪精確測(cè)定胡楊所有個(gè)體的年齡也無(wú)法實(shí)現(xiàn)[14]。因此應(yīng)用生態(tài)學(xué)中大小結(jié)構(gòu)分析法[15]來(lái)研究胡楊群落年齡結(jié)構(gòu)特征。雖然群落齡級(jí)和徑級(jí)有所不同, 但在相同環(huán)境下, 同一樹(shù)種的齡級(jí)和徑級(jí)對(duì)群落周?chē)h(huán)境的反應(yīng)具有一致性。

將胡楊長(zhǎng)勢(shì)分為六個(gè)等級(jí): 優(yōu)、良、中上、中、中下、差, 對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)分別是: 10分、8分、6分、4分、2分、0分[16]。

2.5 胡楊年齡結(jié)構(gòu)劃分

按照森林專業(yè)調(diào)查辦法草案的規(guī)定并結(jié)合塔里木河上、中游胡楊生活史特點(diǎn), 將胡楊群落劃分為3個(gè)徑級(jí), 第一級(jí)胸徑為0—15 cm; 第二級(jí)為15—45 cm; 第三級(jí)為大于50 cm[17-19]。

3 結(jié)果與分析

3.1 淹灌前后生態(tài)指標(biāo)變化

3.1.1 淹灌后胡楊幼苗數(shù)量變化

以塔里木河中游砍白監(jiān)測(cè)斷面為例, 分析生態(tài)補(bǔ)水前后胡楊幼苗的變化特征。在距離閘口100—300 m范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)置5—10個(gè)1 m×1 m的小樣方, 統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)的胡楊幼苗數(shù)量。發(fā)現(xiàn)該斷面胡楊幼苗數(shù)量2016年(補(bǔ)水前)為0.08株·m-2, 淹灌一年后(2017年)為0.33株·m-2, 淹灌二年后(2018年)為0.80株·m-2, 增幅達(dá)到90%。因此, 合理開(kāi)展生態(tài)補(bǔ)水工程, 對(duì)于促進(jìn)胡楊林自我更新具有重要意義。

圖1 監(jiān)測(cè)樣帶及樣方布局

Figure 1 Monitoring sample and sample layout

長(zhǎng)勢(shì)處于優(yōu)良等級(jí)的胡楊出現(xiàn)的頻率隨著生態(tài)補(bǔ)水年限的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì), 但與未補(bǔ)水年份相比差別不明顯, 從2016年開(kāi)始生態(tài)補(bǔ)水, 到目前的2018年, 由“良”恢復(fù)到“優(yōu)”的數(shù)量不明顯(圖2); 但長(zhǎng)勢(shì)較差的胡楊發(fā)生了明顯好轉(zhuǎn), 長(zhǎng)勢(shì)較差的胡楊所出現(xiàn)的頻率下降、長(zhǎng)勢(shì)中的胡楊出現(xiàn)頻率上升, 即長(zhǎng)勢(shì)較差的胡楊逐漸被長(zhǎng)勢(shì)中的胡楊所替代。

3.1.2 淹灌對(duì)檉柳新枝長(zhǎng)的影響

監(jiān)測(cè)距生態(tài)閘口一定范圍(200—500 m)內(nèi)的檉柳新枝長(zhǎng), 發(fā)現(xiàn)同一種檉柳在補(bǔ)水前(2016年)、2017年、2018年平均新枝長(zhǎng)度分別為58.4 cm、81.5 cm、100.2 cm。淹灌前后檉柳新枝長(zhǎng)增幅71.6%。表明淹灌對(duì)檉柳長(zhǎng)勢(shì)具有重要作用(圖3)。

3.2 不同距離冠幅特征

在塔里木河上、中游均表現(xiàn)出隨著距生態(tài)閘距離增大, 冠幅表呈現(xiàn)出先增大后減少的趨勢(shì)。在塔河上游淹灌距離為150 m、300 m、450 m、600 m處胡楊冠幅分別為3.48 m2、10.04 m2、15.19 m2、11 m2; 淹灌300 m、450 m、600 m處胡楊冠幅分別較150 m增加了190.23%、336.49%、216.09%。塔河中游淹灌距離為150 m、300 m、450 m、600 m處冠幅分別為17.63 m2、19.92 m2、35.35 m2、20.1 m2, 淹灌300 m、450 m、600 m處冠幅分別較150 m增加了12.99 %、100.51 %、14.01%, 到淹灌600 m處大幅下降, 較450 m處下降了43.14%。

3.3 不同距離長(zhǎng)勢(shì)變化

3.3.1 胡楊長(zhǎng)勢(shì)打分結(jié)果

胡楊長(zhǎng)勢(shì)打分的結(jié)果可以得中游淹灌距離達(dá)到150 m、300 m、450 m、600 m處胡楊生長(zhǎng)長(zhǎng)勢(shì)亦呈下降趨勢(shì)(圖5); 以上游監(jiān)測(cè)樣地最為明顯, 較淹灌150 m處與300 m、450 m、600 m處分別下降了5.0%、19.3%、45.5%。表明隨著距生態(tài)閘距離的增大胡楊長(zhǎng)勢(shì)越差。

3.3.2 胡楊年齡結(jié)構(gòu)組成

隨著距生態(tài)閘距離的增加胡楊幼林和中成林都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖6); 過(guò)熟林呈增加趨勢(shì)。這一現(xiàn)象在塔里木河中游最為明顯。幼林在淹灌150 m處與淹灌300 m、450 m、600 m處分別下降了28.6%、85.7%、100%。過(guò)熟林在淹灌150 m處與淹灌300 m、450 m、600 m處分別增加了32%、88%、132%。表明距離生態(tài)閘較近處以胡楊幼林分布為主; 隨著淹灌距離的增大, 伴隨著淹灌水量的減少, 胡楊幼林難以存活, 逐步以過(guò)熟林為分布為主。

3.3.3 胡楊苗出現(xiàn)頻率

胡楊幼苗出現(xiàn)的頻率都隨著距離生態(tài)閘距離的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖7), 這一現(xiàn)象在塔里木河上、中游都普遍存在。以上游樣地最為明顯, 淹灌150 m處與淹灌300 m、450 m、600 m處分別下降了21.83%、44.51%、27.78%, 表明隨著距離生態(tài)閘距離的增加, 適合胡楊幼苗生存的最適環(huán)境呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 并且在淹灌600 m處樣方內(nèi)無(wú)胡楊幼苗, 只有胸徑較粗的成年胡楊。

3.4 不同距離密度變化

胡楊密度(單位面積內(nèi)(植)株(個(gè))數(shù))隨著距生態(tài)閘距離的增大呈下降趨勢(shì)(圖8), 這一現(xiàn)象無(wú)論在塔河上游、還是在中游都比較明顯。塔河上游淹灌距離150 m、300 m、450 m、600 m處胡楊密度分別是0.22、0.13、0.08、0株·m-2, 中游淹灌距離150 m、300 m、450 m、600 m處胡楊密度分別是0.1、0.09、0.07、0.06株·m-2。說(shuō)明: 隨著淹灌水補(bǔ)給量的減少, 胡楊林密度減小; 且單位面積內(nèi)胡楊樹(shù)數(shù)量也呈下降趨勢(shì), 到淹灌距離為600 m處樣方內(nèi)無(wú)胡楊僅有檉柳分布。

圖2 塔里木河中游砍白斷面補(bǔ)水前后幼苗密度變化、不同長(zhǎng)勢(shì)胡楊出現(xiàn)頻率

Figure 2 Density of seedlings of Kanbaierwusitan in the middle reaches of the Tarim River section of water before and after the change, frequency of occurrence of different growth

圖3 塔里木河中游砍白斷面檉柳新枝長(zhǎng)變化

Figure 3new branch length change of Kanbaierwusitan middle reaches of Tarim river section

3.5 生理變化

環(huán)境因子的變化不僅僅反映在生態(tài)上也反映在生理指標(biāo)上, 二者之間存在明顯的內(nèi)在聯(lián)系, 生理指標(biāo)不僅有其自身變化規(guī)律, 也是解釋生態(tài)變化的一個(gè)必要手段。由(圖9)可知, 生態(tài)補(bǔ)水后, 可溶性糖(SS)、脯氨酸()和脫落酸()均呈現(xiàn)減少。由圖9(d)可知, 補(bǔ)水前后胡楊的可溶性糖(SS)在淹灌距離為300 m、450 m、600 m處分別減少了37.4%、42.7%和42.0%; 脯氨酸()在三個(gè)淹灌距離下分別減少了43.5%、38.7%和36.6%, 脫落酸()分別減少了29.8%、47.3%和41.9%。以上分析表明, 生態(tài)補(bǔ)水在一定程度上緩解了胡楊水分脅迫, 使得胡楊生長(zhǎng)環(huán)境得以好轉(zhuǎn)。

圖4 塔里木河上、中游不同淹灌距離胡楊冠幅變化

Figure 4 Different flood from the upper and middle reaches of the Tarim Rivercrown width

圖5 塔里木河上、中游不同淹灌距離胡楊長(zhǎng)勢(shì)打分

Figure 5 Different flood from the upper and middle reaches of the Tarim Rivergrowth rate

圖6 塔里木河中游不同淹灌距離胡楊年齡結(jié)構(gòu)圖

Figure 6 Different flood from the middle reaches of Tarim Riverage structure diagram

圖7 塔里木河上、中游不同淹灌距離胡楊苗出現(xiàn)頻率

Figure 7 Different flood from the upper and middle reaches of the Tarim Riverseedlings occurrence frequency

圖8 塔里木河上、中游不同淹灌距離胡楊密度

Figure 8 Density of different flood from the upper and middle reaches of the Tarim River

4 討論

河岸生態(tài)系統(tǒng)處于水陸群落交替區(qū), 具有獨(dú)特的生物、生物物理及景觀特征[20]。河岸植物群落在抑制河岸荒漠化、保護(hù)河岸穩(wěn)定及生物多樣性方面有重要生態(tài)意義。胡楊林是典型的荒漠綠洲河岸林, 屬于隱域性植被, 水是塑造綠洲環(huán)境的主導(dǎo)因子, 無(wú)論是地下水還是地表水都制約著其他生物和環(huán)境要素, 其中水分對(duì)胡楊的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、分布都存在極其深刻的影響[21]。植物群落的基本特征是植物與植物之間、植物與環(huán)境的相互關(guān)系, 這些相互關(guān)系可以通過(guò)群落中各種植物在空間和時(shí)間上的配置體現(xiàn)出來(lái)。本文通過(guò)對(duì)比生態(tài)補(bǔ)水前后胡楊生長(zhǎng)指標(biāo)的變化、分析目前荒漠河岸林生長(zhǎng)現(xiàn)狀及不同淹灌距離下各生態(tài)指標(biāo)的特征, 認(rèn)為極端干旱區(qū)加強(qiáng)胡楊林的保護(hù)必須從促進(jìn)幼苗更新與擴(kuò)大淹灌范圍兩點(diǎn)出發(fā):

(1)促進(jìn)幼苗更新的補(bǔ)水措施

塔里木河流域植物的生存環(huán)境復(fù)雜且多變, 在其生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)受到多種不良環(huán)境因子變化的影響。例如病蟲(chóng)害、高溫、鹽堿、凍結(jié)、干旱、淹澇等, 這些因子相互交叉相互影響致使植物生態(tài)環(huán)境惡化。其中干旱脅迫所占比重最高, 且分布最廣泛。對(duì)于大多數(shù)植物來(lái)說(shuō), 種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)階段對(duì)環(huán)境脅迫最為敏感, 其中種子發(fā)芽時(shí)期對(duì)作物生長(zhǎng)以及產(chǎn)量起著決定性影響。塔里木河上、中游流域樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中面臨缺水問(wèn)題日益嚴(yán)重。水分是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的重要環(huán)境因子之一, 影響植物生長(zhǎng)、光合作用和形態(tài)建成, 水分虧缺會(huì)制約樹(shù)木生長(zhǎng), 嚴(yán)重干旱時(shí)將會(huì)導(dǎo)致植物的生長(zhǎng)發(fā)育停滯, 甚至死亡。種子萌發(fā)是植物生活史的重要階段, 是植物種群自然更新的基礎(chǔ), 種子從萌發(fā)到成苗過(guò)程中水分狀況與其生命現(xiàn)象密切相關(guān)水分是種子萌發(fā)最具決定作用的因素。結(jié)合塔里木河流域胡楊更新情況較差, 因此在今后塔里木河流域進(jìn)行胡楊林更新研究中因著重考慮該地域胡楊種子是否達(dá)到種子萌發(fā)的條件, 在未達(dá)到種子萌發(fā)條件地域應(yīng)當(dāng)首先改良當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境(對(duì)該地域進(jìn)行適度淹灌溉)。使其達(dá)到種子萌發(fā)的水分條件。

在本研究中, 越遠(yuǎn)離河道胡楊群落比例越低、退化越明顯。隨著退化程度的加劇, 胡楊密度呈現(xiàn)不斷降低的趨勢(shì), 以及胡楊伴生物種不斷減少, 在極度退化區(qū)則僅有單一的胡楊[22]。而造成胡楊幼林更新不足的主要原因是人類大量開(kāi)荒、水資源過(guò)度利用導(dǎo)致胡楊更新發(fā)生障礙。近50 a對(duì)荒漠植被群落的研究非常廣泛, 國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從不同角度對(duì)各類荒漠植物群落區(qū)系列、組成、分布規(guī)律演變過(guò)程、生理生態(tài)與環(huán)境因子的關(guān)系等方面進(jìn)行了探討[23]。李霞等的研究指出塔里木河流域胡楊林生境條件優(yōu)劣的主導(dǎo)因素是地下水位的深淺, 其直接影響了地表植被密度、長(zhǎng)勢(shì)[24]。河流對(duì)植被的發(fā)生、發(fā)展和演變起到?jīng)Q定性作用, 河流補(bǔ)給的地下水起著維系植被生長(zhǎng)和恢復(fù)的作用。研究表明, 距離生態(tài)閘越遠(yuǎn), 胡楊冠幅、胸徑等生態(tài)指標(biāo)越低, 長(zhǎng)勢(shì)也越差。盡管胡楊對(duì)極端干旱地表環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力, 但胡楊依賴地下水而生存, 對(duì)地下水的變化反應(yīng)敏感[25]。洪水淹灌后形成的河漫灘是胡楊、檉柳等植物群落發(fā)育的最佳地點(diǎn)。大范圍的胡楊幼苗群落的形成與淹灌范圍有著直接影響, 同時(shí)在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)河漫灘是胡楊苗萌發(fā)的最佳地點(diǎn), 且在河漫灘也出現(xiàn)了大量的一年生草本植物。因此生態(tài)應(yīng)急補(bǔ)水不僅是拯救胡楊林, 也對(duì)其余植物群落起著積極的生態(tài)效益。

圖9 生態(tài)補(bǔ)水前后胡楊可溶性糖(a)、脯氨酸(b)、脫落酸(c)和生理指標(biāo)變化率(d)的含量變化

Figure 9 Changes of soluble sugar (a), proline (b), abscisic acid (c) and physiological index (d) content ofOliv.

(2)擴(kuò)大淹灌范圍的補(bǔ)水措施

自2016年開(kāi)展的“胡楊林保護(hù)行動(dòng)”, 隨著生態(tài)補(bǔ)水工程的開(kāi)展, 生態(tài)效應(yīng)隨著淹灌距離的增加逐漸變?nèi)? 線狀的生態(tài)補(bǔ)水緩解了河道附近的植被的退化, 實(shí)施河水淹灌改善了局部生態(tài)環(huán)境、淹灌區(qū)出現(xiàn)了大片的幼苗群落, 淹灌前后單位面積的胡楊幼苗數(shù)從0.08株·m-2增加到0.80株·m-2。但應(yīng)急補(bǔ)水無(wú)法到達(dá)的區(qū)域生態(tài)環(huán)境依舊脆弱。本研究中, 由于水分是影響該區(qū)域植物長(zhǎng)勢(shì)好壞的主導(dǎo)因子, 在生態(tài)閘的定期放水的支持下, 在上游吐江斷面和中游砍白吾斯坦斷面, 分別在淹灌距離達(dá)到150、300 m處植被生長(zhǎng)環(huán)境、植被長(zhǎng)勢(shì)等明顯好于淹灌450、600 m處, 長(zhǎng)勢(shì)打分分別下降了5%、19.3%、45.5%。中游砍白生態(tài)閘及上游的吐江生態(tài)閘斷面土壤質(zhì)地均為沙質(zhì)土壤, 沙質(zhì)土壤較適合胡楊幼苗生長(zhǎng); 同時(shí), 生態(tài)閘放水形式較一致, 生態(tài)閘設(shè)計(jì)流量在300—500 m3·s-1。在淹灌距離150 m范圍內(nèi)胡楊幼林?jǐn)?shù)量較多。隨著淹灌距離的增大, 胡楊新生苗逐漸減少, 以成林與過(guò)熟林為主, 且分別增加了32 %、88 %、132 %。隨著距離生態(tài)閘距離的增大, 生態(tài)輸水能夠?qū)h(yuǎn)處林地提供的水量的減少, 極端干旱區(qū)水分的減少將直接影響整個(gè)樹(shù)冠的形成, 因此形成淹灌距離達(dá)到600 m以外, 相同林齡的胡楊樹(shù)冠冠幅變小的局面。且單位面積內(nèi)的胡楊樹(shù)都呈下降趨勢(shì), 超過(guò)一定距離后(距生態(tài)閘1.5—2.5 km)開(kāi)始出現(xiàn)胡楊變矮、胡楊數(shù)量減少, 逐漸表現(xiàn)為喬木逐漸消失、被檉柳灌木群落所替代。即使有個(gè)別的胡楊也是長(zhǎng)勢(shì)極差, 主要是因?yàn)槌^(guò)一定距離(研究區(qū)多在距生態(tài)閘1.5—2 km)后胡楊逐漸消失, 只有大片的檉柳群落代替了胡楊林; 同時(shí)也證明了隨著水分的減少檉柳的抗旱能力強(qiáng)于胡楊[26]。

由于每年淹灌量、持續(xù)時(shí)間、影響范圍不同植物群落結(jié)構(gòu)都會(huì)有明顯差異。每年塔里木河進(jìn)行應(yīng)急生態(tài)補(bǔ)水, 通過(guò)多年的監(jiān)測(cè), 生態(tài)補(bǔ)水對(duì)胡楊林的淹灌范圍還是有限(距生態(tài)閘約500—2000 m)。在生態(tài)補(bǔ)水總量不變的情況下, 隨著距生態(tài)閘距離的增大, 由于洪水洪峰流量、流速、土壤地質(zhì)、地形地貌等的不同, 距生態(tài)閘越遠(yuǎn)處的洪水流速逐漸下降。距河道較遠(yuǎn)處的胡楊無(wú)法得到正常補(bǔ)水, 且無(wú)胡楊種子萌發(fā)的過(guò)程, 從而導(dǎo)致較遠(yuǎn)處胡楊林更新無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本研究通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)并結(jié)合胡楊的生理習(xí)性研究得出在補(bǔ)水總量不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的紅線情況下, 提高洪水流經(jīng)生態(tài)閘期間的徑流流速、和洪峰流量, 從而使距河壩更遠(yuǎn)處的胡楊得到水分補(bǔ)給。

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Effect of flood on growth ofin extreme arid region in the upper and middle reaches of Tarim River for example

GAO Shengfeng, Ye Mao*

College of Grassland and Environment Sciences, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830054,China

In order to strengthen the ecological protection offorest in the Tarim River Basin and maintain the diversity, stability and integrity of the vegetation system, this paper researches and measures the crown width, growth vigor, age structure, seedling frequency as well as some physiological indices, aiming at the ecological monitoring sections of the upstream Tujiang and the midstream Kambelwustan. The effects of distance from water source on community characteristics offorest are also analyzed. The results are shown as follows. (1) The number of plants per unit area ofseedlings is increased from 0.08 per meters to 0.80 per meters before and after irrigation. Thewith poor growth is gradually replaced by those with better growth vigor. Namely, the new branches of theare increased by 71.6% before and after flooding. (2) With the increase of the distance from the ecological sluice, the crown width and the number ofper unit area decrease, and with the expansion of the basin irrigation area, the growth scores also descend by 5.0%, 19.3% and 45.5%, respectively. With the increase of irrigation distance, the distribution ofyoung forest and middle mature forest shows a downward trend, while the overmature forest shows an upward trend. The young forest decreases by 28.3%, 85.7% and 100% respectively, while the overmature forest rises by 32%, 88% and 132% respectively. At the same time, the seedling frequency ofdrops by 21.83%, 44.51% and 27.81%, respectively. (3) After the ecological water recharge, soluble sugar(SS), proline(Pro) and abscisic Acid(ABA) all showa downward trend. At the basin irrigation distance of 300 m, 450 m and 600 m, the SS descends by 29.8 % to 42 %, the Pro drops by 36.6 % to 41.9 %, and the ABA decreases by 29.8 % to 41.9 %. To a certain extent, the ecological water recharge alleviates the water stress and realizes a better growth environment for.

; growth vigor; basin irrigation; Tarim River

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.02.007

Q945.3

A

1008-8873(2020)02-050-08

2018-10-10;

2019-02-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41461045); 自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程-優(yōu)秀青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目(2013721032)

高生峰(1993—), 男, 山西祁縣人, 碩士研究生, 主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究, E-mail:645756219@qq.com

葉茂, 女, 博士, 教授, 碩士生導(dǎo)師, 主要從事干旱區(qū)水文研究過(guò)程, E-mail:yemao1111@163.com

高生峰, 葉茂. 塔里木河上、中游極端干旱區(qū)淹灌對(duì)胡楊()長(zhǎng)勢(shì)的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(2): 50-57.

GAO Shengfeng, Ye Mao. Effect of flood on growth ofin extreme arid region in the upper and middle reaches of Tarim River for example[J]. Ecological Science, 2020, 39(2): 50-57.