人工輸水影響下塔里木河下游阿拉干斷面幼齡胡楊胸徑變化1)

買爾當(dāng)·克依木 玉米提·哈力克 塔依爾江·艾山 阿不都拉·阿不力孜 阿麗亞·拜都熱拉

(新疆綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(新疆大學(xué))，烏魯木齊，830046)

塔里木河地處新疆南部塔克拉瑪干沙漠北緣，干流全長(zhǎng)約1320 km，是我國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河[1]。塔里木河是保障塔里木盆地綠洲經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)和各族人民安康生活的生命線，被譽(yù)為“新疆人民的母親河”[2]。胡楊(Populus euphratica)是塔里木河流域唯一成林樹(shù)種，以胡楊為主體的荒漠河岸林在防風(fēng)固沙、維持流域生態(tài)平衡、調(diào)節(jié)綠洲氣候、保護(hù)自然環(huán)境及保證綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面起著重要作用[3]。然而，近50年來(lái)，在氣候變化和人類無(wú)序經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的雙重壓力下，塔里木河下游的荒漠河岸林大面積衰敗甚至死亡。為了挽救嚴(yán)重退化的河岸林生態(tài)系統(tǒng)，2000年起國(guó)家和地方政府啟動(dòng)了向塔里木河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程，旨在通過(guò)輸水抬升下游河道附近的地下水位，使其達(dá)到維系天然植被生長(zhǎng)的合理生態(tài)水位，促進(jìn)下游植被的全面恢復(fù)[4]。至2011年11月，已經(jīng)向塔里木河下游應(yīng)急輸水12次，累計(jì)輸水量達(dá) 27.98×108m3[5]，輸水河道兩邊的植被，尤其是建群種胡楊均得到不同程度的恢復(fù)[6－8]。很多學(xué)者從地下水位和水質(zhì)的變化，植被的長(zhǎng)勢(shì)、數(shù)量、物種及其生理生態(tài)相應(yīng)等方面對(duì)人工輸水的效益進(jìn)行了微觀定量研究[9－15]。特別是，宋郁東等[2]250－262對(duì)塔里木河下游主要植物種類的最佳、警戒地下水位進(jìn)行了定量研究，并為荒漠河岸林植被生長(zhǎng)發(fā)育提出了合理的地下水位閾值。本研究利用2005、2010年胡楊林實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)距河道50 m以內(nèi)的幼齡胡楊胸徑變化進(jìn)行分析，探討人工輸水對(duì)幼齡胡楊胸徑及數(shù)量的影響，以其為塔里木河流域生態(tài)恢復(fù)的定量評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)阿拉干(40°08'42″～40°08'90″N，88°20'57″～88°21'70″E)位于塔里木河下游大西海子水庫(kù)至臺(tái)特瑪湖(全長(zhǎng)320 km)之間。塔里木河下游老塔里木河和齊文闊爾河兩條支流在此處交匯，人工輸水從大西海子水庫(kù)下泄通過(guò)這兩條支流來(lái)進(jìn)行，因此，阿拉干斷面的地下水位、地表植被對(duì)輸水的響應(yīng)較為顯著，該斷面進(jìn)行胡楊林生態(tài)恢復(fù)評(píng)估具有一定的代表性，所以選為長(zhǎng)期研究靶區(qū)(圖1)。

圖1 塔里木河下游示意圖

塔里木河下游屬暖溫帶大陸性荒漠氣候區(qū)，干燥多風(fēng)沙天氣，年平均氣溫10.8℃，極端最高氣溫43.6℃，年降水量17～40 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)3000 mm，是我國(guó)極端干旱地區(qū)之一[16]。該地區(qū)降水集中于炎熱的夏季(5—8月份)，并容易蒸散，無(wú)法形成徑流，因此，荒漠植被的生長(zhǎng)幾乎全部依賴地下水的補(bǔ)給[1，5]。

塔里木河下游的河岸林以溫帶喬、灌、草荒漠植被為主，多屬耐旱性植物種類，沿河道發(fā)育非地帶性荒漠河岸植被，種類不多且結(jié)構(gòu)單純。植被以楊柳科(Salicaceae)、豆科(Leguminosae)、夾竹桃科(Apocynaceae)、禾本科(Poaceae)等植物為主。喬木主要有胡楊、沙棗(Elaeagnus angustifolia);灌木主要有多種檉柳(Tamarix spp.)、鈴鐺刺(Halimo-dendron halodendron)、黑刺(Lysium ruthenicum)、鹽穗木(Halostachys caspica);草本植物主要有蘆葦(Phragmites australis)、羅布麻(Poacynum hendersonii)、疏葉駱駝刺(Alhagi sparsifolia)、甘草(Glycyrrhiza inflata)、花花柴(Karelina caspica)、蓼子樸(Inula salsoloides)、河西菊(Hexinia polydichotoma)等[5，17－19]。主要植被的生長(zhǎng)發(fā)育狀況對(duì)應(yīng)的地下水位見(jiàn)表1。

表1 塔里木河下游植物物種不同生長(zhǎng)發(fā)育狀況對(duì)應(yīng)的地下水位[2]261

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)和調(diào)查內(nèi)容

為定位監(jiān)測(cè)胡楊林對(duì)應(yīng)急輸水的響應(yīng)，在2004—2005年在阿拉干斷面設(shè)立了面積為100 hm2的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地(由100個(gè)100 m×100 m的樣方組成)。充分考慮地下水埋深和離河岸距離之間的耦合關(guān)系，將監(jiān)測(cè)樣地分成10個(gè)固定樣帶，分別為0～50、≥50～100、≥100～200、≥200～300、≥300～400、≥400～500、≥500～600、≥600～800、≥800～1000、≥1000 m。在2005年實(shí)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在2010年的植物生長(zhǎng)期(5—11月份)，對(duì)此樣帶內(nèi)所有胡楊再次進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，實(shí)測(cè)了樹(shù)高、胸徑、冠幅、枝下高和樹(shù)冠疏失度等指標(biāo)，同時(shí)還調(diào)查了樹(shù)冠變化、萌生枝、新生胡楊幼苗數(shù)量，林下草本及其更新?tīng)顩r。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析所需的各年份應(yīng)急輸水量由塔里木河流域管理局提供。由于，距河道50 m之外樣地內(nèi)的幼齡胡楊變化不顯著，故本文只討論了距河道50 m之內(nèi)的幼齡胡楊林對(duì)人工輸水的響應(yīng)。

2.2 胸徑的測(cè)量方法

胸徑是樹(shù)干粗度的標(biāo)志，也是衡量樹(shù)木生長(zhǎng)速度和長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)劣的主要調(diào)查因子[20]226－227。根據(jù)前人研究結(jié)果，胸徑≤4 cm的胡楊為幼齡胡楊[21]。胸徑用標(biāo)準(zhǔn)胸徑尺來(lái)測(cè)定。

2.3 人工輸水資料

從2000年5月至2011年11月向塔里木河下游河段實(shí)施了12次應(yīng)急輸水(表2)。輸水所產(chǎn)生的地下水位抬升直接影響到胡楊的發(fā)生、發(fā)展及群落組成[8，12]。

3 結(jié)果與分析

3.1 幼齡胡楊胸徑增長(zhǎng)及其與距河道距離的關(guān)系

由表3可見(jiàn)，2005年至2010年，在離河道同距離范圍內(nèi)幼齡胡楊胸徑有顯著變化。胸徑增長(zhǎng)量最大值出現(xiàn)在距河道距離5 m＜X≤10 m范圍內(nèi)，最小值出現(xiàn)在45 m＜X≤50 m范圍內(nèi)。距河道50 m范圍內(nèi)，2005年，幼齡胡楊平均胸徑是 2.35 cm，2010年則達(dá)到5 cm，比2005年平均增加2.65 cm。由圖2可以看出，隨著距河道距離的增加，幼齡胡楊的胸徑增長(zhǎng)量相應(yīng)下降。2005年至2010年，阿拉干斷面距河道50 m以內(nèi)的幼齡胡楊胸徑的增長(zhǎng)量與距河道距離之間的對(duì)數(shù)相關(guān)關(guān)系為:y=－3.0596ln(x)+12.374，R2=0.7281。

表3 距河道50 m以內(nèi)的幼齡胡楊胸徑增長(zhǎng)量

3.2 幼齡胡楊株數(shù)及其與距河道距離間的關(guān)系

通過(guò)對(duì)比分析2005年和2010年幼齡胡楊調(diào)查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2005年距河道距離50 m以內(nèi)的幼齡胡楊組成格局在時(shí)間尺度上發(fā)生了明顯地變化。2005年，幼齡胡楊總株數(shù)為345棵，到2010年，14.20%的幼齡胡楊已消失;6.96%的幼齡胡楊枯死;42.61%的胡楊生長(zhǎng)明顯，已超出了幼齡胡楊(胸徑≤4 cm)的范圍;36.23%的幼齡胡楊生長(zhǎng)不明顯，仍處在幼齡胡楊階段。

圖2 幼齡胡楊胸徑增長(zhǎng)量與距河距離的關(guān)系

由圖3可見(jiàn)，幼齡胡楊株數(shù)分布格局和離河道距離間有極大的正相關(guān)關(guān)系。分布在河道兩側(cè)的幼齡胡楊株數(shù)，在0＜X＜4 m 之內(nèi)較少，5 m＜X＜8 m 之內(nèi)最多，然后隨著距河道距離的增加而減少。距河道距離越近，河道兩側(cè)的胡楊株數(shù)越多，距河道距離越遠(yuǎn)，胡楊株數(shù)越少。距河道距離和幼齡胡楊株數(shù)間的多項(xiàng)式相關(guān)系數(shù)為0.7531。

圖3 幼齡胡楊株數(shù)與距河道距離的關(guān)系

3.3 幼齡胡楊占胡楊總株數(shù)比例的變化

通過(guò)兩期野外考察數(shù)據(jù)對(duì)比分析結(jié)果得出，在距河道50 m范圍內(nèi)新生長(zhǎng)出的胡楊幼苗和幼齡胡楊株數(shù)明顯增多。表4顯示，2005年，在距河道50 m范圍內(nèi)測(cè)到的幼齡胡楊數(shù)占此范圍內(nèi)胡楊總數(shù)的16.91%，而到 2010 年，增加為 31.17%。

表4 不同時(shí)間段距河道50 m范圍內(nèi)的幼齡胡楊比例

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)2005、2010年阿拉干斷面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，可得出以下結(jié)論:①由于河道輸水漫溢范圍的限制，塔里木河下游大部分幼齡胡楊主要分布在近河道50 m范圍內(nèi)。在垂直河道方向上，距河道越近幼齡胡楊胸徑對(duì)人工輸水的響應(yīng)越明顯，幼齡胡楊胸徑的變化幅度也相應(yīng)地大;隨著距河道距離的增加，幼齡胡楊胸徑的變化幅度逐步下降。②隨著人工輸水次數(shù)和累計(jì)輸水量的增加，河道兩岸地下水位有所抬升。一般距河道越近，地下水位抬升幅度大，水位越高;距河道越遠(yuǎn)，地下水位抬升幅度小，水位越低。通過(guò)幼齡胡楊株數(shù)和距河道距離的關(guān)系分析可知，幼齡胡楊株數(shù)在距河道5 m＜X＜10 m范圍內(nèi)最多，但是0＜X≤5 m范圍內(nèi)較少，可見(jiàn)距河道越近幼齡胡楊株數(shù)并非越多，原因是胡楊不是旱生而是中生喬木，在地下水過(guò)高或過(guò)低的情況下它的生長(zhǎng)受限，其正常生長(zhǎng)發(fā)育需要合理的地下水位條件。③2005年至2010年，在距河道同距離范圍內(nèi)幼齡胡楊胸徑有顯著變化。胸徑增長(zhǎng)量最大值出現(xiàn)在距河道距離5 m＜X≤10 m范圍內(nèi)，最小值出現(xiàn)在45 m＜X≤50 m范圍內(nèi)，隨著距河道距離的增加，幼齡胡楊的胸徑增長(zhǎng)量相應(yīng)下降。④2005年標(biāo)注實(shí)測(cè)的部分幼齡胡楊在2010已消失。在野外工作中發(fā)現(xiàn)河道疏通、堤防工程對(duì)胡楊幼苗的人為破壞嚴(yán)重。此外，非法放牧對(duì)胡楊幼苗的破壞也相當(dāng)可觀。因此，在繼續(xù)實(shí)施生態(tài)輸水的同時(shí)，應(yīng)加大對(duì)幼齡胡楊的保護(hù)力度，盡量避免工程項(xiàng)目對(duì)胡楊幼苗的機(jī)械破壞，依法禁止放牧，保證胡楊幼苗的正常生長(zhǎng)[21]。

[1]玉米提·哈力克，塔依爾江·艾山，艾里西爾·庫(kù)爾班，等.胡楊冠幅對(duì)塔里木河下游應(yīng)急生態(tài)輸水的響應(yīng)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39(9):82－84.

[2]宋郁東，樊自立，雷志棟，等.中國(guó)塔里木河水資源與生態(tài)問(wèn)題研究[M].烏魯木齊:新疆人民出版社，2000.

[3]周孝明，陳亞寧，李衛(wèi)紅，等.近50年來(lái)塔里木河下游生態(tài)系統(tǒng)退化社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素分析[J].資源科學(xué)，2008，30(9):1389－1396.

[4]塔依爾江·艾山，玉米提·哈力克，艾爾肯·艾白不拉，等.塔里木河下游阿拉干斷面胡楊林空間分布特征及其影響因素[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25(12):156－160.

[5]Aishan T，Halik¨U，Kurban A，et al.Eco-morphological response of floodplain forests(Populus euphratica Oliv.)to water diversion in the lower Tarim River，northwest China[J].Environmental Earth Science，2014.doi:10.1007/s12665－013－3033－4.

[6]Chen Yaning，Zhang Xiaolei，Zhu Xiangmin，et al.Analysis on the ecological benefits of the stream water conveyance to the driedup river of the lower reaches of Tarim River，China[J].Science in China Series D:Earth Sciences，2004，47(11):1053－1064.

[7]徐海量，葉茂，李吉玫.塔里木河下游輸水后地下水動(dòng)態(tài)變化及天然植被的生態(tài)響應(yīng)[J].自然科學(xué)進(jìn)展，2007，17(4):460－470.

[8]玉米提·哈力克，柴政，艾里西爾·庫(kù)爾班，等.胡楊部分生態(tài)指標(biāo)對(duì)塔里木河下游應(yīng)急輸水的響應(yīng)[J].資源科學(xué)，2009，31(8):1309－1314.

[9]劉海軍.塔里木河下游輸水條件下的地下水位動(dòng)態(tài)變化與模擬:以英蘇斷面為例[D].烏魯木齊:新疆大學(xué)，2010.

[10]陳忠升，陳亞寧，李衛(wèi)紅，等.塔里木河干流徑流損耗及其人類活動(dòng)影響強(qiáng)度變化[J].地理學(xué)報(bào)，2011，66(1):89－98.

[11]張宏鋒，陳亞寧，李衛(wèi)紅，等.塔里木河下游物種多樣性與地下水位灰色關(guān)聯(lián)分析[J].冰川凍土，2004，26(6):705－712.

[12]Chen Yaning，Chen Yapeng，Xu Changchun，et al.Effects of ecological water conveyance on groundwater dynamics and riparian vegetation in the lower reaches of Tarim River，China[J].Hydrological Processes，2010，24(2):170－177.

[13]李衛(wèi)紅，陳亞鵬，張宏峰，等.塔里木河下游斷流河道應(yīng)急輸水與地表植被響應(yīng)[J].中國(guó)沙漠，2004，24(3):301－305.

[14]閆正龍，黃強(qiáng)，牛寶茹，等.應(yīng)急輸水工程對(duì)塔里木河下游地區(qū)植被覆蓋度的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19(3):621－626.

[15]Chen Yaning，Li Weihong，Chen Yapeng，et al.Physiological response of natural plants to the change of groundwater level in the lower reaches of Tarim River，Xinjiang[J].Progress in Natural Science，2004，14(11):975－983.

[16]Aishan T，Halik¨U，Cyffka B，et al.Monitoring the hydrological and ecological response to water diversion in the lower reaches of the Tarim River，Northwest China[J].Quaternary International，2013，311:155－162.

[17]汪飛，玉米提·哈力克，Conradie B，等.塔里木河下游阿拉干斷面胡楊枝下高對(duì)應(yīng)急輸水的響應(yīng)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18(1):286－291.

[18]楊戈，郭永平.塔里木河下游末端實(shí)施生態(tài)輸水后植被變化與展望[J].中國(guó)沙漠，2004，24(2):167－172.

[19]沙代提·木沙，玉米提·哈力克，托乎提·艾合買提，等.塔里木河下游生態(tài)輸水過(guò)程中荒漠河岸林活力恢復(fù)監(jiān)測(cè)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18(5):1898－1902.

[20]新疆森林編輯委員會(huì).新疆森林[M].烏魯木齊:新疆人民出版社，1989:226－227.

[21]王金山，玉米提·哈力克，Cyffka B，等.塔里木河下游胡楊林胸徑結(jié)構(gòu)及林木分布特征[J].植物學(xué)通報(bào)，2008，25(6):728－733.