塔里木河下游河岸胡杨(Populus euphratica)林耗水过程模拟

选择塔里木河下游主要植物胡杨(Populus euphratica)林,以大气温度、太阳净辐射、大气相对湿度、冠层顶风速、地下水位和胡杨树茎横截面积为影响胡杨林耗水量的自变量,基于最小二乘法建立了多重线性回归模型、非线性回归模型和完全二次回归模型,并应用模型对塔里木河下游河岸胡杨林的耗水过程进行了日尺度上的模拟研究。结果表明:3个回归模型均表现出较好的模拟效果,其中完全二次回归模型的模拟精度最高,模型中大气温度、地下水位和胡杨树茎横截面积是影响胡杨耗水量的诸多环境因子中最敏感的因子;胡杨林的耗水量观测值与模拟值表现出较好的相关性,3个回归模型的模拟值与观测值的相关系数依次分别为0.6793、0.7299、0.7574,其相对误差分别为28.7%、26.1%、22.9%,其显著性水平均通过95%显著性检验;3个回归模型中完全二次回归模型具有使用简便、影响因子易测定、有一定精度等优点,能够更好刻画植被腾发量的复杂非线性特性,为干旱区自然植被耗水量估算、模拟和生态需水量计算提供了新的思路和方法。     

塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)地上生物量估测

根据塔里木河下游英苏至喀尔达依区段距离河流50～300 m的80个胡杨(Populus euphratica)一级枝生物量实测数据,采用数理统计方法构建胡杨一级枝和树冠生物量估测模型,在精度检验基础上筛选出最佳模型,并对其估测值与实测值进行卡方检验.结果表明:使用以胡杨一级枝条的基部直径(D)和枝条长度(L)派生因子D2L为自变量估测生物量(Sb)的模型Sb=125.546(D2L)0.654最优,使用以冠幅面积(A)为自变量估测树冠生物量(Sc)的模型Sc=0.016A2+2.291A+11.084最优,在离河300 m内,两模型平均估测精度分别为93.75％和87.01％;在离河600～1 500m进行估测时需根据修正因子进行修正,修正后平均估测精度分别为86.04％和84.32％.根据全收获法得到的胡杨树干平均材积密度(748.43 kg·m-3)和样地每木检尺数据,使用树干材积计算式和树冠生物量估测模型,计算胡杨平均标准木的树干和树冠生物量,从而得到样地胡杨地上生物量数据.这一研究将为塔里木河流域胡杨生物量的遥感估测和胡杨林碳汇功能研究提供直接依据.     

河道断流对胡杨(Populus euphratica)径向生长量的影响

以塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)为研究对象,基于树木年轮学的方法,借助小波分析法与Mann-Kendall、Mann-Whitney检验方法,将不断流条件下的树木年轮径向生长量作为对照,分析了塔里木河下游河道长期断流条件下胡杨径向生长量的变化特征,并进行了趋势检验及突变检验.结果表明:(1)塔里木河下游生态输水使树木年轮生长发生了良性转变;(2)1972年塔里木河下游断流以来,1970-1999年期间,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面的胡杨径向生长量的变化呈缓慢变化的趋势,整个变化是长期的、缓慢的过程,而不是迅速的、突变性的;(3)生态输水对树木年轮生长的影响是人为作用下的短期的突变过程;(4)与长期断流相比,在不断流条件下,从1970年到2009年,胡杨径向生长量呈有规律的升降交替的变化趋势;在长时期序列(1962-2008年)下,胡杨径向生长量以25年周期变化,大周期(25年)内又包含着小周期(11年与5年).     

额济纳绿洲河岸胡杨(Populus euphratica)叶水势变化特征

利用WP4露点水势仪对额济纳绿洲胡杨(Populus euphratica)叶水势进行测定,研究了胡杨叶水势的日和月变化规律及其影响因子。结果表明:(1)胡杨叶水势日进程呈"V"形,最小值大都出现在13:00,日均值为-2.53±0.30MPa;月变化呈先上升后下降趋势,月均值为-2.43±0.30MPa。(2)树龄越小对应的叶水势越高;叶片着生部位越高,对应的水势越低;卵圆形叶水势整体稍高于披针形叶水势。(3)叶水势与气温、饱和水汽压差和蒸腾速率呈极显著线性负相关,相关系数依次为-0.87、-0.69和-0.88;与相对湿度和光合速率呈极显著二次多项式相关,相关系数分别为0.85和0.92。胡杨叶水势各方面的综合研究对于明晰胡杨的水分亏缺和抗旱机理有一定的理论指导意义。     

地下水位对胡杨(Populus euphratica)和灰胡杨(Populus pruinosa)叶绿素荧光光响应与光合色素含量的影响

在塔里木河上游利用便携式调制叶绿素荧光仪研究了地下水位对胡杨(Populus pruinosa)和灰胡杨(Populus pruinosa)光合色素和叶绿素荧光光响应的影响.结果表明:不同地下水位环境下,2树种表观光合电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)、PSⅡ激发能压力(1-qP)、天线色素热耗散能量(D)、非光化学反应耗散能量(E)、光合功能相对限制值(PED)和光系统间激发能分配不平衡偏离系数(β/α-1)随光合有效辐射(PAR)增加而升高,PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和光化学反应能量(P)则随PAR增加而降低;相同光强下,地下水位下降导致胡杨和灰胡杨叶片含水量、最大电子传递速率(ETRmx)、光化学反应启动速率(θ)、ETR、ΦPSⅡ、qP、P与叶绿素(Chla、Chlb、Chl(a+b))和类胡萝卜素(Car)含量降低,而使Chla/b、NPQ、D、E、PED、1-qP、β/α-1明显升高;地下水位下降显著影响2树种叶绿素荧光光响应参数,引起光能吸收、传递与分配改变,致使光合效率降低;地下水位下降对灰胡杨光合生理过程的影响程度明显高于胡杨,表明胡杨对荒漠逆境的适应性强于灰胡杨.逆境下胡杨通过维持相对较高的ETR、ETRmax、θ、ΦPSⅡ、qP、P值,并通过增强非辐射性热耗散来调节自身能量代谢,以此来保护光合机构正常运转,这是胡杨长期适应干旱荒漠逆境而形成的一种自我调节机制.     

胡杨(Populus euphratica)异形叶叶绿素荧光动力学

荒漠地区的胡杨(Populus euphratica)叶片为多态形,呈现出由披针形叶到锯齿卵圆形叶的规律性变化。为了研究胡杨异形叶的电子传递和光能吸收、分配和耗散对额济纳荒漠地区的适应特征,分别连续测定了生长季内胡杨两种典型叶片(披针形叶和锯齿卵圆形叶)的叶绿素荧光诱导动力学曲线。结果表明:(1)锯齿卵圆形叶的光系统Ⅱ(PSⅡ)原初光能转换效率(Fv/Fm)和PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)、光能利用参数(PI)高于披针形叶,QA的积累量(Vj)、QA还原的相对速率(Mo)小于披针形叶;(2)锯齿卵圆形叶的反应中心密度(RC/CSo)、单位横截面积上电子传递能量(ETo/CSo)高于披针形叶,单位横截面积上耗散的能量(DIo/CSo)以及单位反应中心上的能量流参数(ABS/RC、ETo/RC、TRo/RC、DIo/RC)低于披针形叶;(3)锯齿卵圆形叶用于光化学反应和电子传递的能量比例(ΦPo、Ψo、ΦEo)大于披针形叶,非光化学猝灭的最大量子产额(ΦDo)小于披针形叶。这说明,胡杨锯齿卵圆形叶相对披针形叶具有更有效的能量分配策略,对极端环境条件的适应性更强。     

胡杨(Populus euphratica)和沙枣(Elaeagnus angustifolia)对荒漠环境的适应性比较

分析了在自然生长条件下两种阔叶沙生植物胡杨(Populus euphratica)和沙枣(Elaeagnus angustifolia)的蒸腾和光合作用的日变化与环境因子的关系。结果表明:(1)胡杨的蒸腾作用和光合作用的日变化趋势接近,但蒸腾作用在时间上比光合作用有约2h的滞后;胡杨的蒸腾作用与温度和大气的水势正相关;随着温度和光照强度的升高,胡杨维持高水平的蒸腾作用和光合作用,没有表现出对水分利用的调节或节约能力;胡杨的光合作用与光强正相关,接近于线性关系,表明胡杨是典型的喜光植物,在自然的强光条件下没有出现光抑制现象;(2)沙枣的蒸腾和光合作用的日变化趋势几乎一致,表明沙枣的光合作用大小主要取决于气孔开度和气体交换量;在温度和光照强度维持在高水平的条件下,沙枣的光合作用和蒸腾作用逐渐下降,说明沙枣在水分胁迫加重时具有较强的气孔调节和节约水分的能力;与胡杨不同,沙枣午后的蒸腾和光合作用都出现了连续波动,可能是由于气孔震荡的作用;(3)从生态适应性上来说,胡杨可能通过高速蒸腾避免辐射造成的高温胁迫,并维持一个较高的光合作用水平,在有水分供应条件下,胡杨具有较高的初级生产力,但缺乏水分利用调节能力,是高耗水植物;而沙枣则通过叶片表面完全覆盖的星状鳞片反射高强度的光照避免高温伤害,同时通过气孔调节蒸腾减少水分散失,是阔叶树中相对节水的植物。     

荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)树干液流的时滞效应

以2012年4—9月树干液流速率与环境因子的实测数据,分析了荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)树干液流的时滞效应。结果表明:不同月份胡杨树干液流速率对不同环境因子的时滞不同;4—9月,胡杨树干液流速率峰值时间比太阳辐射峰值时间晚约1h,比空气温度峰值时间早约1h,比水汽压差峰值时间早约2h,比空气相对湿度谷值时间早约2h;对影响胡杨树干液流速率的环境因子进行了主成分分析,发现胡杨树干液流速率与1h以前的第1主成分、第2主成分相关性最高,相关系数分别为0.864、0.875;对错位前后胡杨树干液流速率与环境因子进行多元线性回归分析发现,在胡杨树干液流的数值模拟中,考虑液流相对于环境因子的时滞效应可以提高模型的拟合精度。     

胡杨(Populus euphratica)叶片结构与功能关系北大核心CSCD

叶片形态特征与功能性状可以反映植物采取的协同或权衡策略。测定了塔里木河下游不同地下水埋深下荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)的叶片解剖结构、叶片水力导度、叶片δ13 C值,探讨了胡杨结构性状指标和功能指标对地下水埋深的响应,叶片水力传输能力与叶片解剖结构变化趋势,以及叶片水力参数、解剖结构与水分利用效率的相关关系。结果表明:(1)胡杨叶片结构指标(叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、气孔参数、叶脉密度、主脉导管直径)、功能指标(叶片最大水力导度、水分利用效率、比叶质量)在地下水埋深最深处与地下水埋深最浅处差异显著;(2)不同地下水埋深下胡杨水分传输能力变化有解剖结构基础,叶片水分传输能力与水分散失能力存在协同关系;(3)胡杨叶片水分利用效率与叶片解剖结构指标(叶片厚度、栅栏组织厚度、表皮厚度、气孔长度、气孔宽度、气孔密度)具有相关关系;(4)胡杨叶片水分传输与叶片碳投资具有协同关系。     

地下水位对胡杨(Populus euphratica)和灰胡杨(Populus pruinosa)叶绿素荧光光响应与光合色素含量的影响

在塔里木河上游利用便携式调制叶绿素荧光仪研究了地下水位对胡杨(Populus pruinosa)和灰胡杨(Popu-lus pruinosa)光合色素和叶绿素荧光光响应的影响。结果表明:不同地下水位环境下,2树种表观光合电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)、PSⅡ激发能压力(1-qP)、天线色素热耗散能量(D)、非光化学反应耗散能量(E)、光合功能相对限制值(PED)和光系统间激发能分配不平衡偏离系数(β/α-1)随光合有效辐射(PAR)增加而升高,PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和光化学反应能量(P)则随PAR增加而降低;相同光强下,地下水位下降导致胡杨和灰胡杨叶片含水量、最大电子传递速率(ETRmax)、光化学反应启动速率(θ)、ETR、ΦPSⅡ、qP、P与叶绿素(Chla、Chlb、Chl(a+b))和类胡萝卜素(Car)含量降低,而使Chla/b、NPQ、D、E、PED、1-qP、β/α-1明显升高;地下水位下降显著影响2树种叶绿素荧光光响应参数,引起光能吸收、传递与分配改变,致使光合效率降低;地下水位下降对灰胡杨光合生理过程的影响程度明显高于胡杨,表明胡杨对荒漠逆境的适应性强于灰胡杨。逆境下胡杨通过维持相对较高的ETR、ETRmax、θ、ΦPSⅡ、qP、P值,并通过增强非辐射性热耗散来调节自身能量代谢,以此来保护光合机构正常运转,这是胡杨长期适应干旱荒漠逆境而形成的一种自我调节机制。     

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。     

塔里木河下游胡杨叶片变化与环境异质性

通过电子显微镜观测对塔里木河下游三个取样点胡杨(Populus euphratica Oliv.)叶片的细胞显微结构进行了研究。通过电镜观察到许多与抗旱性相关的结构:叶表面具有皱褶状纹饰;角质层和表皮之间由网格状空腔隔离开;表皮向外突出形成根毛状结构;细胞内含一中央大液泡或密布小液泡;输导组织不发达;细胞中质体和质体内淀粉粒非常丰富;在细胞质中和液泡内发现嗜锇颗粒;细胞核很大,核仁明显;组织细胞中晶簇成分X-射线微区分析表明,其成分主要是钙,而且含量稳定。叶片显微结构与地下水位的关系表明,4 m以下的地下水位会影响其组织结构的建成。在超微结构研究中还发现,胡杨细胞膜与细胞壁之间呈齿状结合。说明细胞膜与壁之间结合的牢固性和稳定性,解释了胡杨细胞在水分胁迫下不易发生质壁分离的原因。     

塔里木河下游胡杨树干液流特征研究

以2005年5月至9月胡杨（Populus euphratica)树干液流及相关环境因子的实测数据,对塔里木河下游胡杨树干液流特征及其与环境因子的关系进行了分析。研究表明,胡杨树干液流的日变化表现为昼夜区别明显,7:30左右,液流开始启动,然后迅速上升,在10:30左右达到峰值,并在小幅度波动中维持到下午20:00左右。夜间,胡杨树干液流较弱。对不同月份典型天胡杨树干液流的实验分析表明,胡杨在5月初液流比较弱,5月中下旬液流逐渐增强,6月增强到较高的水平。7—9月胡杨液流都很强劲,其中9月典型天的液流最为强劲,胡杨树干液流季节变化与胡杨物候密切相关。分析胡杨树干液流与环境因子关系结果显示,胡杨树干液流和气象因子的关系密切,Pearson相关分析表明,胡杨液流流量和气象因子的相关性大小依次为光合有效辐射(PAR)>相对湿度(H)>气温(Ta)>风速(S)。     

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。     

不同胸径胡杨径向生长的合理生态水位研究

借助树木年轮水文学的方法,分析不同胸径胡杨在不同地下水埋深条件下其径向生长量的变化特点和规律。研究结果表明:随着地下水埋深的增加,不同胸径胡杨径向生长量均呈现明显降低趋势,其对地下水埋深变化响应的灵敏度降低幅度呈现先增加,后减少的趋势。3个胸径等级的胡杨径向生长灵敏度最大值对应的地下水埋深为分别是3.3、7.4、7.9m。说明,不同生长阶段的胡杨径向生长量变化对地下水埋深变化响应的敏感性存在差异。可以认为这3个地下水埋深是不同胸径等级胡杨径向生长水分胁迫的合理生态水位。     

塔里木河上游胡杨群落及种群特征分析

基于样地调查方法对塔里木河上游阿拉尔、新其满、英巴扎断面河岸胡杨群落特征及胡杨种群结构与侧枝生长量进行了研究和分析。结果表明:①塔里木河上游河岸胡杨群落物种组成较简单,共有16种植物,分属10科16属,其中乔木1种、灌木和草本分别为6种和9种。3个断面发现的物种种数分别为6种、8种和12种,共有种为胡杨(Populus euphratica)、多枝柽柳(Tamarix ramosissma)和铃铛刺(Halimodendron halodendron)。②各断面胡杨群落物种多样性指数较低,物种丰富度指数、Simpson指数和Shannon-Winner指数大小顺序为英巴扎,新其满,阿拉尔。③胡杨种群主要以幼龄个体为主,种群树高、胸径为底宽上窄增长型结构。④1998—2002年各断面胡杨枝轮生长量波动较大,2003—2007年生长量呈下降趋势。     

新疆塔里木河下游不同地下水位的胡杨水势变化分析

结合塔里木河下游英苏与阿拉干两个断面距河道50m、100m与200m处胡杨茎水势的测定资料,对胡杨茎水势进行均值比较与检验分析,结果表明：胡杨茎水势变化既与地下水位有关,表现为在一定范围的地下水位条件下,胡杨茎水势变化随着地下水位的降低而升高;同时也与气候因子有联系,表现为在两个断面相应距离处的胡杨茎水势方差都没有显著差异。胡杨自身具有较强的抗旱性与适应性,能够在较深地下水位状态下,通过生理调节维持自身的水分需要而生存。     

塔里木河下游植物群落分布格局及其环境解释

研究表明,塔里木河下游地区共有植物18种,分别隶属于9科、15属。其中藜科 (Chenopodiaceae)、柽柳科 (Tamaricaceae)、豆科 (Leguminosae) 3个科有10种,约占所有种数的56%,反映了干旱区旱生耐盐种类占优势的特点。样地排序结果表明,沿样地CA第一排序轴,所有18个调查样地可划分为3种类型,分别对应3种不同地下水位,即浅地下水位区 (<3 m)、中地下水位区 (3~5 m) 和深地下水位区 (>5 m),不同的植被类型组合亦分别对应不同类型的地下水位。CCA排序表明,影响该地区植物群落分布格局的环境因子主要是地下水位、土壤含水量、土壤pH值。CCA排序分析可将18种植物分为4个组,分别对应于不同的环境因子变化梯度。从管理的角度出发,在塔里木河流域下游地区进行受损生态系统的恢复与重建过程中,要重点考虑到上述提及的主要环境因子,尤其是重视水资源的合理开发与利用,采用适宜的灌溉方式,防止地下水位下降和土壤盐渍化的发生。     

塔里木河下游胡杨气体交换特性及其环境解释

结合塔里木河下游不同地下水埋深下胡杨的气体交换参数及其环境因子的实测结果,探讨地下水位及环境因子对胡杨光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)等气体交换参数的影响规律。研究表明:随着地下水位下降,胡杨净光合速率和蒸腾速率日变化最大值提前,地下水埋深越深,净光合速率“双峰”曲线趋势越明显,地下水位4.37 m以上时,蒸腾速率呈“双峰”曲线,当地下水位下降到5.91 m时,蒸腾速率呈“单峰”曲线;低地下水埋深下,光合作用受抑制的主要原因是气孔限制;随着地下水位下降,光合抑制的主要原因则是非气孔限制;适度水分胁迫有利于提高胡杨水分利用效率\.同时,结果显示: 4 m为胡杨的合理生态水位,地下水位为4~5 m时,胡杨受到轻度水分胁迫,低于6 m,胡杨受水分胁迫加剧。     

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。