塔里木河下游不同退化階段胡楊徑向生長量變化特征

皮原月, 葉 茂, 徐長春

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 烏魯木齊 830054)

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塔里木河下游不同退化階段胡楊徑向生長量變化特征

皮原月1, 葉 茂2, 徐長春1

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 烏魯木齊 830054)

以塔里木河下游胡楊為研究對象，借助樹木年輪水文學(xué)的方法，運(yùn)用LINTABTM6型樹木年輪測定儀讀取鉆心的年輪寬度，研究了塔里木河下游不同退化階段離河道不同距離胡楊徑向生長量的年際變化特征及其差異分析。結(jié)果表明：(1) 2000年生態(tài)輸水后，胡楊平均徑向生長量有顯著的變化，胡楊生長進(jìn)入了生長高峰期；(2) 應(yīng)急生態(tài)輸水促使胡楊突變性地增長，如果生態(tài)輸水沒有達(dá)到一定的量或持續(xù)時(shí)間，胡楊徑向生長量在短時(shí)間內(nèi)就會表現(xiàn)為不再增長或下降，若要保持胡楊長勢良好，要繼續(xù)加強(qiáng)輸水；(3) 塔里木河下游不同退化階段胡楊徑向生長量差異極顯著(p<0.001)，不同退化階段胡楊多年平均徑向生長量大小排序依次是中度退化區(qū)>極度退化區(qū)>重度退化區(qū)；不同退化階段胡楊對輸水的響應(yīng)均具有滯后性且響應(yīng)程度不同，輸水后處于不同退化階段胡楊平均徑向生長量出現(xiàn)極值的年份存在較大差異；(4) 塔里木河下游不同退化階段離河道不同距離胡楊平均徑向生長量差異極顯著(p<0.001)，整體上隨著離河道距離的增加，胡楊徑向生長量呈現(xiàn)下降趨勢。

塔里木河下游; 胡楊徑向生長量; 生態(tài)輸水

塔里木河流域地處亞歐大陸腹地，是我國典型的干旱荒漠區(qū)[1-2]。塔里木河是我國最長的內(nèi)陸河，自西向東繞塔克拉瑪干沙漠北緣貫穿塔里木盆地，由于人口的不斷增加，源流及上中游大規(guī)模的水土開發(fā)和水資源的不合理利用，導(dǎo)致干流下游的尾閭湖—臺特瑪湖在70年代初逐漸萎縮至干涸，造成該流域生態(tài)水文過程喪失，天然植被大面積衰減，土地沙漠化不斷加劇，使綠色走廊的生態(tài)環(huán)境岌岌可危[3-4]。2000年開始連續(xù)向塔里木河實(shí)施以生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境保護(hù)以及拯救“綠色走廊”為目標(biāo)的生態(tài)輸水工程。輸水后塔里木河下游生態(tài)得到明顯的良性改善，為準(zhǔn)確評估輸水的生態(tài)效益，許多專家和學(xué)者從不同角度對生態(tài)輸水后的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了研究分析[5-11]。而不同退化區(qū)受氣候因素[12-13]影響的天然植被胡楊對生態(tài)輸水是否有響應(yīng)？響應(yīng)程度及響應(yīng)時(shí)間是否存在差異？生態(tài)環(huán)境退化越嚴(yán)重區(qū)域胡楊年均徑向生長量是否越少，這些問題有待進(jìn)一步深入研究，對塔里木河下游胡楊恢復(fù)具有重要指導(dǎo)意義。

本文以塔里木河下游天然胡楊林為研究對象，基于樹木年輪學(xué)的基本方法，研究塔里木河下游處于不同退化階段胡楊主干徑向生長量年際變化特征及年際變化速率，并對處于不同退化階段胡楊徑向生長量時(shí)空變化特征進(jìn)行對比分析，初步探討輸水前后處于不同退化階段各個(gè)斷面胡楊徑向生長量的差異，為輸水后塔里木河下游植被恢復(fù)的量化和塔河下游天然胡楊林的恢復(fù)與保育提供理論依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

塔里木河流域是中國第一大內(nèi)陸河流域，地處亞歐大陸腹地，是新疆乃至中國生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地方之一，該區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶曰哪珊禋夂颍稍锴叶嗌硥m天氣，年均降水量17～34 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)2 408～2 671 mm，平均日較差13～17℃，是我國極端干旱地區(qū)之一。塔里木河下游的主要建群植物為胡楊(Populuseuphratica)和怪柳(Tamarixchinensis)，1972年，大西海子水庫建成以后，塔里木河下游河道斷流，地下水位下降，胡楊林的面積由20世紀(jì)50年代的5.4萬hm2減少到70年代的1.64萬hm2，90年代減少到0.67萬hm2，下游地區(qū)裸地逐漸增多，沙漠化嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損。

2　研究方法

參照相關(guān)研究[14-16],選取塔里木河下游3個(gè)典型斷面：生態(tài)系統(tǒng)中度退化的英蘇斷面(C)、生態(tài)系統(tǒng)重度退化的阿拉干斷面(G)、生態(tài)系統(tǒng)極度退化的依干不及麻斷面(H)。距離臺特瑪湖的距離：C>G>H。為使樣本具有代表性，在每個(gè)地區(qū)沿河道垂直方向上，每個(gè)固定地下水監(jiān)測井周圍選取長勢較好的胡楊進(jìn)行取樣，取樣位置及樣本數(shù)見表1。

表1　取樣位置及樣本數(shù)

野外取樣時(shí)，用刀片將胡楊的外皮層去除，再用生長錐在主干上“十字交叉”采集兩個(gè)垂直方向的鉆芯，接著使用芯勺提取鉆芯，后將其裝入吸管內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，對其進(jìn)行打磨、拋光、樣品編號等預(yù)處理，采用交叉定年法進(jìn)行定年[15]。采用LINTABTM6型樹木年輪測定儀(分辨率0．001 mm，德國)讀取鉆芯的兩個(gè)垂直方向上的年輪寬度。同一年兩個(gè)垂直方向年輪寬度平均值作為當(dāng)年樹木年輪寬度；取同一斷面至少3株胡楊徑向生長量的平均值作為該斷面胡楊年輪的寬度值；研究不同斷面之間以及離河道不同距離處胡楊徑向生長量的年際變化特征，分析生態(tài)輸水對塔里木河下游胡楊的影響，為塔里木河下游大規(guī)模生態(tài)恢復(fù)工程和生態(tài)輸水效益提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)。

3　結(jié)果與分析

3.1塔里木河下游不同退化階段胡楊平均徑向生長量年際變化特征

3.1.1塔里木河下游中度退化區(qū)英蘇斷面胡楊平均徑向生長量變化特征對英蘇斷面不同距離相同年份所有胡楊的生長量進(jìn)行平均，得到該斷面胡楊年平均徑向生長量值，進(jìn)而計(jì)算出英蘇斷面胡楊年平均徑向生長速率(圖1)。從胡楊徑向生長量變化曲線看，胡楊平均徑向生長量的年際變化波動較大，呈現(xiàn)先減少后增加趨勢。1976—1979年、1985—1988年、2002—2005年胡楊平均徑向生長量呈現(xiàn)逐年下降趨勢；1979—1985年、1994—2002年胡楊平均徑向生長量呈現(xiàn)逐年增加趨勢。從年際變化上看，生態(tài)輸水對C斷面胡楊徑向生長影響非常顯著，2000年生態(tài)輸水以后，由于胡楊徑向生長存在滯后效應(yīng)。胡楊徑向生長在2002年達(dá)到輸水后的最大值4.887 mm，高出C斷面胡楊徑向生長平均值2.675 mm。2005年胡楊徑向生長量突然減小，可能與2004年輸水量突然減少有關(guān)。

從胡楊徑向生長速率變化曲線看，胡楊徑向生長速率呈現(xiàn)增加和減少交替變化趨勢。2000年生態(tài)輸水以前，胡楊平均徑向生長速率0.013 mm/a，胡楊徑向生長整體上呈現(xiàn)增加趨勢，這可能是由于英蘇斷面處于塔里木河上游，受水分脅迫影響較小。在生態(tài)輸水當(dāng)年，胡楊對生態(tài)輸水就有了明顯的響應(yīng)，生長速率迅速增加達(dá)到0.362 mm/a，而在2001年以后，該斷面胡楊生長速率整體上呈現(xiàn)減少趨勢，這可能與輸水量、輸水時(shí)間以及胡楊在長期干旱后對水分變化響應(yīng)的靈敏度有關(guān)。

圖1　1975-2009年塔里木河下游中度退化C斷面胡楊徑向生長量和徑向生長速率變化

3.1.2塔里木河下游重度退化區(qū)阿拉干斷面胡楊平均徑向生長量變化特征從阿拉干斷面胡楊徑向生長量變化曲線看(圖2)，胡楊平均徑向生長量的年際變化為先減少后增加再減小。1976—1997年胡楊平均徑向生長量呈現(xiàn)逐年緩慢減小趨勢，1997—2006年胡楊平均徑向生長量逐年增加，2006—2009年胡楊平均徑向生長量又呈現(xiàn)逐年下降趨勢。從G斷面的年際變化曲線上，得知生態(tài)輸水對胡楊生長產(chǎn)生的影響，2000—2002年，胡楊平均徑向生長量增幅不明顯，主要受到輸水滯后效應(yīng)的影響，之后增加迅速，到2005年胡楊平均徑向生長量出現(xiàn)最大值，值為1.769 mm，高出G斷面胡楊多年平均徑向生長量0.546 mm。

從胡楊徑向生長年際變化速率看，在2000年生態(tài)輸水以前，胡楊年輪徑向生長速率處于增加和減少的交替變化階段，年輪生長很不穩(wěn)定，速度在-0.02 mm/a上下波動，說明胡楊徑向生長量整體上呈現(xiàn)減少趨勢。在2000年生態(tài)輸水以后，胡楊生長量大幅度增加，速度在0.07 mm/a左右徘徊，在2003年達(dá)到最大值，說明胡楊對生態(tài)輸水的響應(yīng)很顯著且具有滯后性，在一定程度上表明2004年后胡楊生長量增加幅度減小。以上分析我們可以看出，胡楊年輪徑向生長雖然沒有明顯的規(guī)律，但在2000年前后的變化速度有顯著不同。2000年生態(tài)輸水以后，胡楊年輪生長速度明顯高于生態(tài)輸水前。

圖2　1975-2009年塔里木河下游重度退化G斷面胡楊徑向生長量和徑向生長速率年際變化

3.1.3塔里木河下游極度退化區(qū)依干不及麻斷面胡楊平均徑向生長量變化特征從胡楊徑向生長量變化曲線看，胡楊平均徑向生長量處于波動狀態(tài)，總體上呈先下降后增加再下降趨勢。1976—1978年、1989—1992年、2005—2009年胡楊平均徑向生長量逐年減小；1978—1980年、1999—2005年胡楊平均徑向生長量逐年增加。2000年生態(tài)輸水以后，H斷面增幅較大，總體上呈先上升后下降的趨勢，到2004年達(dá)到輸水后的最大值3.134 mm，自2004年開始，由于該年的輸水量比2003年減少了83.7%，造成胡楊徑向生長量逐漸變??；2005年胡楊徑向生長量持續(xù)降低，因胡楊生長受到2004年輸水量突然減少的影響。從胡楊徑向生長速率變化曲線看，胡楊徑向生長速率處于增加和減少交替變化的波動狀態(tài)，生態(tài)輸水前，胡楊平均徑向生長速率為-0.014 mm/a，胡楊生長整體上呈現(xiàn)衰敗趨勢。生態(tài)輸水后，由于胡楊對生態(tài)輸水響應(yīng)的滯后效應(yīng)，胡楊徑向生長速率在2004年達(dá)到最大值1.05 mm/a，而2004年以后胡楊生長速率又呈現(xiàn)減少趨勢，說明極度退化區(qū)依干不及麻斷面胡楊對生態(tài)輸水有響應(yīng)，但這種人為作用下的生態(tài)輸水只能促進(jìn)胡楊暫時(shí)性突變增長，不能從根本上扭轉(zhuǎn)胡楊逐步走向衰敗的趨勢。

圖3　1975-2009年塔里木河下游極度退化H斷面胡楊徑向生長量和徑向生長速率年際變化

3.2塔里木河下游不同退化階段胡楊徑向生長量對比分析

由圖4可以看出，生態(tài)輸水前(2000年以前)，由于塔里木河斷流、水資源供應(yīng)不足，英蘇、阿拉干、依干不及麻各斷面胡楊徑向生長量均沒有顯著增加趨勢，各斷面胡楊處于低生長、平緩波動狀態(tài)。在1975—1981年，3個(gè)斷面生長量大小依次是：阿拉干、依干不及麻、英蘇；1979—1999年，三個(gè)斷面生長量次序發(fā)生了相反的變化，英蘇斷面胡楊徑向生長量躍居第一，依干不及麻斷面第二，阿拉干斷面第三。1994年以后，英蘇斷面胡楊徑向生長量迅速增大，而阿拉干、依干不及麻斷面胡楊徑向生長量沒有明顯增減變化。中度退化區(qū)英蘇斷面距離大西海子水庫較近，土壤含水率較高，胡楊長勢優(yōu)于重度退化區(qū)阿拉干斷面、極度退化區(qū)依干不及麻斷面。但極度退化區(qū)依干不及麻斷面胡楊長勢整體上優(yōu)于重度退化區(qū)阿拉干斷面，其原因有待進(jìn)一步考究。

生態(tài)輸水后(2000年以后)，塔里木河中段下游天然植被的蓋度、多樣性指數(shù)、胡楊冠幅等生態(tài)指標(biāo)在整體上均有一個(gè)明顯的梯度變化[11-12]。隨著生態(tài)輸水的實(shí)施，處于不同退化階段各個(gè)斷面胡楊徑向生長量均出現(xiàn)明顯的響應(yīng)，但響應(yīng)時(shí)間不同，英蘇斷面胡楊徑向生長量在2002年達(dá)到最大值4.887 mm，依干不及麻斷面胡楊徑向生長量在2004年達(dá)到最大值3.134 mm，阿拉干斷面胡楊徑向生長量在2005年達(dá)到最大值1.769 mm，各個(gè)斷面胡楊徑向生長量達(dá)到最大值后均呈現(xiàn)不同幅度的下降趨勢，說明人為作用下的生態(tài)輸水促使胡楊突變性地增長，如果生態(tài)輸水沒有達(dá)到一定的量或持續(xù)時(shí)間，胡楊徑向生長量在短時(shí)間內(nèi)就會表現(xiàn)為不再增長或下降。

采用單因素方差分析法，對不同退化階段胡楊徑向生長量的差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)(p<0.001)。方差分析表明(表2)，不同退化階段胡楊徑向生長量差異極顯著。各斷面胡楊徑向生長量差異極顯著，這可能與輸水時(shí)間、輸水量以及線狀輸水所到達(dá)的距離有關(guān)，第1次生態(tài)輸水到阿不達(dá)勒，第2，3次生態(tài)輸水到阿拉干，到第4次生態(tài)輸水才到臺特瑪湖。

圖4　塔里木河下游處于不同退化階段胡楊年輪生長總體趨勢表2　方差分析

參數(shù)平方和自由度均方FSig.組間22.82227.60720.6680.000組內(nèi)51.1611390.368總和73.984142

表3，不同退化階段胡楊平均徑向生長量出現(xiàn)極值的年份也存在較大差異，胡楊平均徑向生長量最高值出現(xiàn)在C斷面，最低值出現(xiàn)在G斷面。C，G斷面出現(xiàn)最大值的年份不同，其最大值分別為4.887，2.501 mm。C，G，H斷面出現(xiàn)平均徑向生長量的最小值的年份各不同，其最小值分別為0.784，0.665，1.014 mm(表3)。

塔里木河下游不同退化階段胡楊多年平均徑向生長量存在明顯差異，3個(gè)不同退化階段胡楊多年平均徑向生長量排序依次為G

表3　不同退化階段胡楊徑向生長量變化

3.3塔里木河下游不同退化階段離河道不同距離胡楊徑向生長量的年際變化特征

圖5顯示不同退化階段離河道不同距離胡楊徑向生長出現(xiàn)不同幅度的生長高峰期。1975—1991年，不同退化階段離河道不同距離胡楊徑向生長出現(xiàn)較小的生長高峰期，這可能與當(dāng)時(shí)的大氣降水、地下水位等因素有關(guān)；1991—2000年，不同退化階段離河道不同距離胡楊徑向生長均處于低谷時(shí)期，這可能與當(dāng)時(shí)的沙漠化加劇、水資源的不合理利用等因素有關(guān)；2000—2009年，不同退化階段離河道不同距離胡楊徑向生長均出現(xiàn)較大的生長高峰，主要是受2000年以后連續(xù)向塔里木河進(jìn)行應(yīng)急生態(tài)輸水的影響。其中，2000—2001年相對于輸水前變化幅度不大，到2002年出現(xiàn)上升趨勢，直到2003年、2004年出現(xiàn)生長高峰，之后呈現(xiàn)下降趨勢，但下降幅度不大，表明生態(tài)輸水對塔里木河下游胡楊生長影響顯著。

圖5　塔里木河下游不同退化階段離河道不同距離胡楊平均徑向生長量年際變化

不同退化階段離河道不同距離胡楊平均徑向生長量差異極顯著(p<0.001)，整體上隨著離河道距離的增加，胡楊徑向生長呈現(xiàn)下降趨勢(表4，圖5)。經(jīng)比較，離河道150 m處、300 m處、400 m處差異性不顯著，將其歸為一類(150～400 m)；離河道500 m處、750 m處差異性也不顯著，將其歸為一類(500～750 m)；離河道50 m處、1 050 m處胡楊各為一類。離河道不同距離的胡楊徑向生長量差異性顯著，主要是因?yàn)殡S著離河道距離的增加，地下水位上升幅度越小，胡楊徑向生長量逐漸降低。生態(tài)輸水的效應(yīng)逐漸減弱，胡楊年輪所反映的胡楊對生態(tài)輸水的響應(yīng)信息也逐漸減少。

表4　離河道不同距離胡楊徑向生長量方差分析

4　討 論

本文在前人研究基礎(chǔ)上，分析了塔里木河下游不同退化階段胡楊徑向生長的變化特征。在時(shí)間上，塔里木河下游處于不同退化階段胡楊徑向生長量在輸水前后(2000年前后)均有明顯變化。在1979—2000年，各斷面胡楊徑向生長量均表現(xiàn)出較低的值，為1.45 mm；在2000—2009年各斷面胡楊徑向生長量有不同幅度增加，平均值為2.14 mm，平均增加了48%。在空間上，各個(gè)斷面胡楊徑向生長量存在明顯差異，表現(xiàn)在不同斷面胡楊徑向生長量差異明顯，離河道不同距離胡楊徑向生長量差異明顯，這與前人的研究結(jié)果一致[17-18]。

塔里木河下游不同退化階段胡楊徑向生長量差異極顯著，不同退化階段胡楊多年平均徑向生長量大小排序依次是中度退化區(qū)>極度退化區(qū)>重度退化區(qū)；中度退化區(qū)英蘇斷面距離大西海子水庫較近，土壤含水率較高，胡楊長勢優(yōu)于重度退化區(qū)阿拉干斷面、極度退化區(qū)依干不及麻斷面。但極度退化區(qū)依干不及麻斷面胡楊長勢整體上優(yōu)于重度退化區(qū)阿拉干斷面，其原因有待進(jìn)一步深入探討和研究。

5　結(jié) 論

(1) 2000年開始連續(xù)向塔里木河進(jìn)行的生態(tài)輸水工程，對塔里木河下游處于不同退化階段胡楊平均徑向生長量有顯著的影響，胡楊生長進(jìn)入了一個(gè)生長高峰期。

(2) 人為作用下的生態(tài)輸水促使胡楊突變性地增長，如果生態(tài)輸水沒有達(dá)到一定的量或持續(xù)時(shí)間，胡楊徑向生長量在短時(shí)間內(nèi)就會表現(xiàn)為不再增長或下降，若要保持胡楊長勢良好，需要繼續(xù)加強(qiáng)輸水。

(3) 塔里木河下游不同退化階段胡楊徑向生長量的年際變化差異明顯，不同退化階段胡楊徑向生長量差異極顯著(p<0.001)，不同退化地區(qū)胡楊多年平均徑向生長量大小排序依次是中度退化區(qū)>極度退化區(qū)>重度退化區(qū)。

(4) 不同退化地區(qū)胡楊對輸水響應(yīng)均具有滯后性且響應(yīng)程度不同，輸水后不同退化階段胡楊平均徑向生長量出現(xiàn)極值的年份存在較大差異，其具體原因需進(jìn)一步探討。

(5) 塔里木河下游不同退化階段離河道不同距離胡楊平均徑向生長量差異極顯著(p<0.001)，整體上隨著離河道距離的增加，地下水位上升幅度下降，胡楊徑向生長量呈現(xiàn)下降趨勢，離河道不同距離處胡楊對2000年以后連續(xù)向塔里木河進(jìn)行的應(yīng)急生態(tài)輸水均有響應(yīng)，但程度不同，距離河道越近，響應(yīng)程度越大。

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Analysis on the Radial Growth Characteristics ofPopuluseuphraticaat Different Degradation Stages in the Lower Reaches of Tarim River

PI Yuanyue1, YE Mao2, XU Changchun1

(1.CollegeofResourceandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.CollegeofGrographyScienceandTourism,XinjiangNormalUniverstiy,Urumqi830054,China)

We analyzed the radial growth quantity variation ofPopuluseuphraticaat different degradation stages in the lower reaches of Tarim River through the method of tree rings of hydrology, employing the LINTABTM6-type tree ring tester to read the width of tree rings. The results are as follows： (1) the average radial growth quantity was influenced evidently and reached a growth peak period after ecological irrigation； (2) ecological irragation emergently promoted the growth ofPopuluseuphraticamutationally； if the amount of ecological irrigation had not been reached a certain quantity, radial growth ofPopuluseuphraticawill show as no longer growth or decline in a short period of time； if thePopuluseuphraticais kept grow well, delivery water should be continued； (3) radial growth quantity ofPopuluseuphraticaat different degradation stages was very significant (p<0.01) in the lower reaches of Tarim River. The sequence of average radial growth quantity ofPopuluseuphraticaat different degradation stages over years was moderately degraded area>extremely degraded area>seriously degraded area；Populuseuphraticaof different degradation stages responded to water irrigation differently and had the hysteresis； Average radial growth quantity ofPopuluseuphraticaat different degradation stages had a bigger difference in terms of the year of average radial growth of extremum after ecological irrigation； (4) the differences of average radial growth quantity ofPopuluseuphraticain the different distances from the water channel at different degradation stages were very significant (p<0.001) in lower reaches of Tarim River. On the whole, as the distance from the water channel increased, the radial growth quantity ofPopuluseuphraticashowed a downward trend.

lower reaches of Tarim River; radial growth quantity ofPopuluseuphratica; ecological irrigation

2015-06-29

2015-07-20

新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏?jì)劃科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(XJEDU20121036);優(yōu)秀青年科技人才培養(yǎng)項(xiàng)目(2013721032)

皮原月(1990—),女,河南南陽人,碩士研究生,主要從事干旱區(qū)水資源與環(huán)境研究。E-mail:pipiyue123@sina.com

葉茂(1977—),女,陜西綏德人,博士,教授,主要從事干旱區(qū)水資源及恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究。E-mail:yemao1111@163.com

Q945

A

1005-3409(2016)04-0313-05