塔里木河下游长期输水条件下河流剖面地下水埋深估算

准确估计输水条件下河岸地下水埋深的动态变化,可以量化生态输水量与地下水埋深的响应关系,并由此估计自然河道所需输水量及持续时间,这对于干旱区水资源管理的可持续发展具有重要的科学意义。结合塔里木河下游20 a生态输水监测数据,用发展的包含地下水和土壤水的拟二维地下水模型,对输水条件下塔里木河下游上、中、下段3个断面(英苏、阿拉干和依干不及麻)的地下水埋深变化进行20 a长期模拟。通过率定期和后11 a(2010—2020年)的地下水埋深模拟结果与站点数据比较,发现两者较一致,证明该模型在塔里木河下游河岸断面地下水长期模拟上的合理性和适用性。然后根据3个断面20 a的模拟结果分析输水条件下地下水埋深和土壤水的长期变化及其对生态输水的响应。结果表明:经过20 a的生态输水,英苏、阿拉干和依干不及麻3个断面上的地下水位和土壤湿度都有明显的上升,地下水位埋深从输水前的8 m左右抬升到输水后的4 m左右,土壤湿度从最初的0.20上升到0.35以上,特别是自2009年以来,随年输水量增加,地下水位和土壤湿度增加幅度明显。生态输水与地下水的年际变化有一定的滞后性,由于土壤湿度和地下水位表现为正相关关系,这使得土壤湿度对输水量也有滞后性的特点。相比于河水流量,地下水水平传导率的取值对断面地下水埋深变化起着更重要的作用。另外,输水量与地下水的年际变化表明塔里木河下游河岸要想获得持续的生态效益,需要对河道提供间歇性的生态输水。     

塔里木河下游荒漠河岸林不同退化区胡杨种群结构和空间分布格局研究

对塔里木河下游荒漠河岸林退化程度不同的4个典型断面胡杨种群结构和空间分布格局进行了研究,结果表明:①胡杨种群密度从英苏断面的8.01株/(25 m ×25 m)下降至依干不及麻断面的0.62株/(25 m×25 m),同时伴生种数量和种类不断减少。②胡杨种群整体分布不均匀,幼苗和小树缺乏,中龄和老龄植株所占比例较高。随着退化程度的加剧,幼苗和小树所占比例不断降低,而中龄和老龄植株所占比例明显增加。③胡杨种群整体分布格局为聚集分布,聚集度Moristia指数Iδ 从英苏断面的1.67增至依干不及麻断面的4.99,并且幼苗和小树发育阶段的胡杨种群分布格局因植株数量的不断减少,逐渐由聚集分布过渡为随机分布,而中龄和老龄发育阶段的胡杨种群均为聚集分布。④影响胡杨种群结构和分布格局变化的主要因子是地下水埋深,浅层土壤含水率对其影响不大。     

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10~8m~3(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10~8m~3(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10~8m~3(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。     

河道输水对塔里木河下游胡杨生长状况的影响

通过树木年轮变化指示植物对其生境条件变化响应的生态信息,对塔里木河下游胡杨侧枝年轮样本进行了调查,并探讨塔里木河河道输水对下游胡杨个体生长的影响,通过样本反映群体的方式,评价河道输水对下游胡杨种群恢复的作用及效果。由于目前主要依靠地下水来复苏胡杨,下游潜水位受输水量及输水距离的影响,并在不同空间范围上升幅度不同,使胡杨生长响应有差异。研究结果表明:①河道输水后潜水埋深与胡杨枝径生长之间存在显著相关,在依干不及麻断面拟合方程为y=0.0443x2-0.703x+3.5869,R=0.935,P=0.009;表现为水位越浅,胡杨枝径生长量越高;但当水位上升到4 m以上时,胡杨生长量趋于稳定。②胡杨对输水作用的响应表现出明显的时空差异,各断面依过水时间长短顺序为英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻,但经8次输水后,2002—2007年胡杨枝径生长量响应大小顺序为喀尔达依、英苏、阿拉干、依干不及麻。其中下游末端依干不及麻区段胡杨枝径生长增加不明显。③河道输水具有明显的时效性,在胡杨生长季输水更有利于胡杨的生长。     

渗透胁迫条件下植物茎叶水势的变化——以塔里木河下游胡杨为例

通过对塔里木河下游英苏断面和阿拉干断面2003年和2004年胡杨(Populus euphratica)叶、茎水势测定结果分析表明,大部分位点的胡杨茎水势都低于叶水势,而且相差幅度也比较大,说明塔里木河下游河道附近的胡杨目前仍然处于比较严重的水分胁迫条件下;该地区胡杨叶、茎水势呈现出的与其他植物水势日变化规律不同的早晚低、中午高的反梯度现象,说明在塔里木河下游影响胡杨水势的多重因素中,气温不是主导因素;运用SAS6.12软件对胡杨叶、茎水势和地下水位、土壤盐分进行相关分析,结果表明其相关系数均未达到显著水平。2003年和2004年英苏断面和阿拉干断面胡杨叶、茎水势回归方程分别为:英苏叶水势＝42.49-4.47(地下水位)-16.94(土壤盐分),离回归标准差为16.07082,决定系数R2＝0.4946;阿拉干叶水势＝-17.38-1.04(地下水位)＋1.00(土壤盐分),离回归标准差为3.91396,决定系数R2＝0.3778;英苏茎水势＝-59.13+2.93(地下水位)+3.87(土壤盐分),离回归标准差为8.67742,决定系数R2＝0.2487;阿拉干茎水势＝-34.72-0.40(地下水位)+2.21(土壤盐分),离回归标准差为4.3210,决定系数R2＝0.5952,回归分析结果显示两断面两年内的叶、茎水势依地下水位和土壤盐分的二元线性回归方程未显著存在,偏回归系数的检验也未达显著水平,表明塔里木河下游胡杨叶、茎水势对地下水位和土壤盐分的响应不强烈,并由此分析推断出土壤含水量对胡杨水势的影响大于地下水位对其影响,这为目前一些专家建议的由“线形”输水方式逐步转向“河道输水与面上供水相结合的方式”提供了理论依据。     

额济纳绿洲主要植物的水势与环境因子的关系

通过对额济纳绿洲几种植物的水势分析,结果表明,水势从小到大排序为:红砂 < 柽柳、苏枸杞、苦豆子 < 胡杨、梭梭、骆驼蓬 < 花花柴 < 沙拐枣。胡杨和柽柳水势日变化在5月和7月大体呈"V"型;9月份日变化大体呈直线型。不同植物对环境条件反应不同,乔木、灌木的水势与深层土壤中含水量密切相关,而草本对较浅层的土壤含水量相关。阔叶植物对大气中的水分相关性更强。植物水势与大气温度相关性最差。     

塔里木河下游生态输水对地下水埋深变化的影响

地下水是维系荒漠河岸植被生存、生长的关键因子,对于退化植被的恢复具有重要的意义。结合塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深的实测数据,详尽分析了2000—2020年地下水埋深的时空变化及对生态输水的响应。监测结果显示:在生态输水条件下,塔里木河下游河道两侧地下水埋深大幅抬升。(1)在纵向上,自上游段的英苏、中游段的喀尔达依,至下游段的依干不及麻,在距河道100 m处,地下水埋深分别由输水前的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至3.70 m、4.48 m和2.69 m;在距河道300 m处,地下水埋深分别由输水前的8.09 m、9.15 m、8.25 m抬升至4.53 m、5.00 m和3.29 m;在距河道500 m处,地下水埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m和3.82 m。(2)在垂直于河道方向上,根据地下水井监测数据,生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(3)生态输水前期(2000—2009年),上、中段地下水位抬升迅速,2009年以后,下游段依干不及麻地下水位抬升幅度明显高于英苏(0.88～4.65 m)和喀尔达依(0.53～4.07 m)。并且,70.5%监测井地下水位波动趋于稳定,说明间歇性的生态输水有助于抬高地下水埋深,是地下水补给的主要来源,对于维持地下水较高水位的动态平衡具有一定的促进作用。     

塔里木河下游河岸带地下水埋深对生态输水的响应过程

为了解塔里木河下游生态输水量与地下水埋深多年响应变化过程,得出地下水埋深对生态输水的响应变化规律,以塔里木河下游英苏断面为研究区,运用定性与定量分析方法,综合考虑不同输水差异（包括零输水年即2008年、输水极少年即2009年、输水较多年2011年等）,对2000-2015年英苏断面1 050 m范围内地下水埋深数据进行了分析。结果表明：研究断面内地下水埋深在各年份总体呈现比较平稳的递减趋势,年内个别月具有较大的增幅,另外由于冻土消融等因素影响,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;离河较近区域的地下水埋深变化对生态输水的响应具有时间同步性,而离河道较远地区的地下水埋深在响应时间上存在滞后性,本研究断面1 050 m范围内地下水埋深响应时间维持在1 a内;经过多年生态输水过程,英苏监测断面距离河道约750 m范围内地下水平均埋深维持在2~6 m范围内,基本达到植物生长所需地下水埋深水平;另外,综合分析研究断面多年输水引起的地下水位响应过程,为获得生态输水过程所带来的最大生态效益,生态输水不仅要保持一定的输水量,还要保持输水年周期的连续性。     

新疆塔里木河下游胡杨不同叶形水势变化研究

 以塔里木河下游生态输水后胡杨披针形叶和宽卵形叶作为实验材料,对这两种异形叶水势的日、月变化规律进行了比较研究。结果表明,两种异形叶水势的日变化趋势基本一致,大体上略呈单峰形,在午后14：00—18：00期间出现全天最低值;胡杨两种异形叶水势的月变化趋势也大体相同,表现为从5—8月阿拉干断面胡杨两种异形叶水势均呈先降低后增高的趋势;亚合浦马汗断面B1和B2井位处胡杨叶水势呈逐渐增高趋势,B3井位处胡杨披针形叶水势先降低后增高,7月最低。运用国际通用软件SPSS10.0对气温、地下水埋深与胡杨两种异形叶水势之间的关系进行了相关性分析,发现它们之间存在显著的相关关系。该研究对了解不同环境因子对胡杨两种异形叶水势的影响效应以及生态输水对塔里木河下游不同断面局部小气候的调节和改善作用有一定的参考意义。     

塔里木河下游胡杨群落特征及种群结构分析

采用样方调查法对塔里木河下游31团、库孜来克、英苏、喀尔达依、阿拉干及依干不及麻断面河岸胡杨群落特征及胡杨种群结构进行了研究。结果表明:①塔里木河下游河岸胡杨群落物种组成简单,共发现12种植物,分属10科12属,其中乔木1种,灌木和草本植分别为4种和7种。六断面胡杨群落物种数分别为9、8、4、5、4和2种,其中共有种为胡杨和多枝柽柳。②下游胡杨群落物种多样性指数较低,31团至依干不及麻断面Simpson指数和Shanon-wiener指数呈下降趋势。③下游胡杨种群平均密度为606 ind.hm-1,平均胸高断面积为20.01m2.hm-1。胡杨种群胸径以7.5~32.5 cm个体为主,小于7.5 cm及大于32.5 cm个体较少,种群呈现为两端小中间大的结构。④输水能促进胡杨种群的更新,并主要以根蘖形式出现。     

极端干旱区多枝柽柳茎水势变化影响因子分析

以新疆塔里木河下游极端干旱环境下天然植物多枝柽柳为研究对象,基于对气象因子、土壤水盐和多枝柽柳茎水势特性的实地监测资料,研究了影响多枝柽柳茎水势变化的主导环境因子,揭示了反映多枝柽柳生长发育期茎干水分变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明:①在众多环境因子中,土壤水分对多枝柽柳茎水势变化影响最强烈,多枝柽柳对土壤水分的吸收不存在最低土壤含水率阈值,但36%的土壤含水率为影响多枝柽柳茎水势变化的临界上限,超过36%则对其没有明显影响。②土壤pH值的变化可反映极端干旱区多枝柽柳茎水势特性的变化;7.95±0.03的土壤pH值为反映多枝柽柳茎水势发生变化的临界阈值,当土壤pH值大于7.95±0.03时利于多枝柽柳有效分泌盐碱,维持正常生长。该研究为减轻多枝柽柳受旱程度、维持多枝柽柳正常生长及时补充水分提供理论依据。     

干旱胁迫下的胡杨脯氨酸累积特点分析

以塔里木河下游的主要乔木-胡杨为研究样本，结合野外地下水位临测资料，详细分析了塔里木河下游干旱胁迫环境下胡杨体内脯氨酸的累积与变化。分析研究表明，胡杨体内的脯氨酸含量与塔里木河下游地下水位变化存在密切，脯氨酸含量随地下水位降低而增加，二者相关系数达0．913；在不同地下水位埋深条件下。脯氨酸含量的增加幅度有差异；胡杨体内的脯氨酸含量随干旱胁迫的加深而积累，是胡杨对干旱逆境的一种反应。表明塔里木河下游胡杨的生长发育已受到严重的干旱胁迫。     

黑河调水对下游生态环境恢复效果的卫星遥感监测分析

利用2002年7月至2003年9月EOS/MODIS资料, 计算了黑河尾闾湖——东居延海重新出现后水域面积并分析其变化特征; 通过对2002和2003年6~8月黑河下游额济纳旗和古日乃绿洲植被指数的对比分析, 了解黑河调水对下游植被恢复的效果。结果表明: 东居延海重新出现后仍为季节性湖泊, 其面积2002年初冬最大, 2003年春季迅速减小并于6月6日干涸。随着中游地区再次向下游调水, 2003年8月中旬东居延海再次出现, 干涸时间为70d, 较前些年大大缩短。东居延海再现后对位于河道周围的额济纳旗绿洲植被恢复效果比较明显, 对远离河道的古日乃绿洲植被生长影响不显著。     

荒漠河岸林胡杨和柽柳群落小气候特征研究

在内蒙古额济纳旗运用微气象学方法以多路传感器同步观测的方式对极端干旱区荒漠河岸林小气候进行了观测。对我国极端干旱区荒漠河岸林胡杨和柽柳群落内的小气候特征与空旷地的差异进行了初步的探讨,并分析了产生这些差异的原因。结果表明:荒漠河岸林具有独特的小气候作用。具有改变太阳辐射、调节近地层地表及地下温度、缩小温差、降低风速、增加土壤湿度和提高空气湿度等重要生态作用。(1)胡杨和柽柳群落均起到了改变太阳辐射的作用,林冠层顶部的太阳总辐射量月平均值分别为341.72MJ·m^-2、345.14MJ·m^-2,林冠遮蔽使胡杨和柽柳林内总辐射比林外分别减少49.8%、49.3%;(2)生长季胡杨和柽柳林内的气温均低于林外,胡杨林平均比对照低1.62℃,柽柳林平均比对照低0.83℃,而且森林覆盖率越高降温作用越明显;群落上层气温高于群落下层,气温随高度增加而增加;(3)林内平均大气相对湿度均高于林外,胡杨林生长季比对照平均高8.5%,柽柳林平均比对照大4.2%。胡杨林地空气相对湿度各月值高于柽柳林地,平均湿度比柽柳高4.33%;(4)柽柳林月平均土壤温度(19.43℃)高于胡杨林地(18.20℃);(5)林内风速低于林外,胡杨林地平均风速为0.33m·s^-1,比林外降低了2.7m·s^-1;柽柳林平均风速为0.72m·s^-1,比林外降低了2.31m·s^-1。胡杨林比柽柳林对风的阻挡作用强。     

干旱区间歇性生态输水对地下水位与植被的影响机理研究

塔里木河下游生态系统作为典型的干旱区生态系统,对水分具有较强的依赖性。为了解塔里木河下游间歇性生态输水对地下水埋深变化、植被生长的关系,得出地下水埋深、植被生长变化及间歇性生态输水过程之间的相互影响机理,以塔里木河下游英苏断面为研究区,基于达西定律、植物根系吸水速率计算方法,以及2009-2015年生态输水-地下水位变化-NDVI变化相互耦合关系,对三者之间相互影响过程及影响机理进行定性与定量分析。结果表明：（1）输水效益的显现是一个漫长的过程,地下水的响应和下游植被的生态响应均在一个大的空间和时间尺度上将逐步显现,另外由于植物生长具有季节性,当年地下水埋深值在一定程度上可影响次年植物生长。（2）多年研究表明,当地下水埋深低于7 m时,满足乔、灌木植物生长需求;低于6 m时,满足草本植物生长需求。（3）在年总输水量为固定情况下,一年两次是利于河岸植被恢复的最适宜输水次数。由于生态输水-地下水位变化-NDVI变化存在一定的滞后期,建议每年春季4~5月份和夏季7~8月份作为输水期。     

古尔班通古特沙漠南缘非灌溉条件下梭梭[（Haloxylon ammodendron）]蒸腾耗水特征

利用热平衡包裹式茎流计连续测定了古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭2010年5月6日～10月12日的茎干液流及气象因子数据,探究了非灌溉条件下不同直径梭梭在其蒸腾耗水特性及与气象因子相关性之间的差异。结果表明：（1）茎干液流昼夜变化规律明显,蒸腾日变化呈双峰或多峰趋势,夜间保持较小液流;午休现象多出现于14∶00～16∶00。相同环境因子影响下,直径越大,茎干液流速率越大,午休现象也越明显;（2）在生长季,不同直径梭梭液流的启动和停止时间存在差异,6～8月,直径越大,液流启动时间越早,停止时间越晚。同一植株液流在不同月份的启动和停止时间差异较大,生长初期,液流启动早,停止迟;生长季末期,液流启动迟,停止早;（3）5～8月,液流日累积过程呈明显的“S”型趋势;9～10月,呈斜率一致的一条直线。直径越大,日累积量和累积速率越大,第一拐点到达时刻越早,第二拐点到达时刻越晚;（4）液流速率与太阳辐射的相关性最好,其次为气温和相对湿度,风速最小;相关性在7月份最大,6月和8月次之,10月最小。相同环境条件下,直径越大,其液流速率对气象因子的响应越明显;（5）观测时段内,7月耗水最多,6月、8月、9月次之,5月和10月最少。直径越大耗水量越多,直径9.9、13.4、22.9 cm日均耗水量为0.570、0.595、0.694 mm,总耗水量为92.904、96.923、113.052 mm,液流通量为0.263、0.284、0.346 L·cm^-2·d^-1。与干旱区不同生境的梭梭相比,古尔班通古特沙漠原生梭梭的液流通量相对较小。不同地点和生境的梭梭在耗水数量、耗水日过程特性等方面差异明显,这为天然荒漠植被防护林的管理及沙漠区人工灌溉植物的水资源合理配置提供了一定的决策支持。     

塔克拉玛干沙漠南缘3种荒漠植物光合特性的比较

在2008年6、7和8月中旬,以塔克拉玛干沙漠南缘固氮植物骆驼刺（Alhagi sparsiftia Shap．）和非固氮植物柽柳（Tamarx ramossimaLedeb．）、花花柴（Karelinia caspica Less．）为研究对象,研究了两种类型植物的净光合速率、光响应、CO：响应模型参数、叶绿素和叶氮...     

宁夏中部干旱带盐池县植被生态需水规律研究

以宁夏中部干旱带盐池县为研究对象,对区域植被生态需水的内涵及类型划分进行了分析,并结合彭曼-蒙特斯模型逐月估算了区域林草植被潜在蒸散量,采用Jensen公式结合实测的区域土壤特征曲线确定了土壤水分修正系数,为植被生态需水量的确定奠定了基础。通过对不同类型林草植被生态需水占比分析,可知当前盐池县草地的生态需水量远高于林地,是盐池县生态需水的主体。通过对植被生态需水与降雨平衡的时间变化规律分析可知,除7、8、9月份以外,盐池县各类林草植被生态需水均处于严重亏缺状态,其中缺水量最为严重的是4月份;从植被类型上分析,可知林地中无论是生态需水亏缺量还是盈余水量均以灌木林地为最,而草地中以天然草地为最。进一步对盐池县各生态分区需水特征进行分析,可知一级生态分区中,风沙区的生态需水比例远大于黄土丘陵区;二级生态分区生态需水比例由大到小依次为花马池镇、王乐井乡、大水坑镇、高沙窝镇、惠安堡镇、冯记沟乡、青山乡、麻黄山乡。一级生态分区中风沙区的生态需水系数及生态需水模数均大于黄土丘陵区;二级各生态分区中生态需水系数及模数由大到小依次为花马池镇、王乐井乡、大水坑镇、惠安堡镇、高沙窝镇、青山乡、冯记沟乡,最小为麻黄山乡。盐池县降雨消耗性生态需水量最小值占蒸发总量的比例为30.51%,适宜值占蒸发总量的比例为72.91%,比例都比较高,其余的的蒸发量属于无效蒸发水量,仍然占有一定的比重,这依然为区域植被建设留有一定的空间,但要通过合理的水资源调控手段进行调配。