塔里木河下游胡杨生物量及其空间分布特征

该研究采用野外样地调查法,以塔里木河下游地区的胡杨为研究对象,以胡杨地上生物量与易测因子(胸径、树高)之间的关系模型为基础,依据监测样带胡杨状况,对研究区内胡杨生物量分布状况进行分析,并结合区域内胡杨林面积对胡杨总生物量进行了评估。结果表明:(1)胡杨生物量模型B=128.09(D2 h)0.6318(R2=0.892),精度较高,并且验证的实测值与模拟值之间差异不显著(P0.05),此模型可以用来对胡杨生物量进行评估。(2)随着离河道距离的增加,胡杨生物量呈减少趋势;胡杨生物量主要分布在离河道700 m以内的范围,占总生物量的91.37%。(3)塔里木河下游胡杨单位面积生物量为416.613kg·hm-2,总生物量为2.474×104 t。     

塔里木河下游珍稀濒危植物胡杨的种群生存特征研究

该研究以种群生命表和生存分析理论为基础,采用空间代替时间法和分段均滑技术,编制了塔里木河下游地区胡杨种群特定时间生命表,绘制了胡杨种群的存活曲线、死亡率曲线,并分析了种群数量动态变化过程。结果表明:(1)胡杨种群的存活曲线属于凹型,Ⅰ~Ⅲ龄级死亡率在20%以下,从Ⅲ龄级到Ⅷ龄级死亡率增加迅速,并在Ⅷ龄级达到高峰,之后一直保持在50%以上。(2)胡杨种群累积死亡率从Ⅰ~Ⅷ龄级增加了75.79%,Ⅸ~Ⅻ龄级累积死亡率仅增加5.07%,胡杨幼苗和幼树的死亡率高;种群危险率在第Ⅶ龄级已经达到0.142 3,至第Ⅻ龄级达到0.217 4,表明随着胡杨年龄的增加,危险率也增加;死亡密度在Ⅶ龄级与Ⅸ龄级之间减少了0.018 7,说明从Ⅶ龄级到Ⅸ龄级有大量的胡杨死亡。(3)胡杨种群数量动态除了受基波的影响外,在第Ⅵ龄级处还有一个明显的小周期波动,这也许与该龄级胡杨的生理特性或人为干扰有关。     

塔里木河下游胡杨种群空间分布格局分析

在塔里木河下游胡杨分布集中的英苏、喀尔达依断面,设置了6条样带38块样地进行植被种类、高度、胸径、冠幅、株数等因子调查,研究了不同离河距离胡杨格局分布类型、聚集强度及其格局规模.结果表明:胡杨在不同离河距离大都表现为聚集分布,在离河最远的地方有扩散趋势,呈随机分布;不同离河距离的两断面均表现出随离河距离加大胡杨格局规模加大、聚集强度加强的趋势,同一离河距离喀尔达依断面比英苏断面胡杨格局规模小,这主要是地下水条件和当地地形不同所致.喀尔达依断面个别离河距离并未遵从随离河距离加大胡杨格局规模也随之加大的规律,则是胡杨种群对异质环境响应的表征.     

基于生物量的塔里木河下游胡杨生态经济价值变化特征初探

以塔里木河下游的胡杨为研究对象, 探讨了胡杨生物量以及经济价值的变化趋势。基于2001-2016 年塔里木河下游胡杨的调查及模拟资料, 借鉴生物量估算方法, 首先对胡杨生物量变化进行了模拟; 其次, 依据胡杨生物量变化特征和价值评估方式, 定量评价了塔里木河下游胡杨的经济价值。结果如下: ① 建立了胡杨胸径与年龄间关系模型A=12.711/(1+3.339×e^–0.208D) 和胡杨单株生物量模型F =128.09(D²h)^0.6318（R² =0.892; F =285.35）。② 估算了生态输水以来各年份胡杨总生物量, 起始年份2001 年胡杨总生物量约为21.029×10⁴ t, 平均生物量约为2.401 t·hm^–2。③ 胡杨年际新增价值量最大值出现在2006 年为6.746×10⁸ 元, 2009 年、2011 年、2014 年胡杨新增价值量均小于0.08×10⁸ 元, 并且新增价值量与输水量呈极显著正相关关系。     

塔里木河下游胡杨径向生长与地下水的关系

本文通过分析塔里木河下游地区地下水位与胡杨径向生长量的相互关系,建立胡杨径向生长量随地下水位变化的函数模型,并从数理统计学的角度验证了胡杨生长的胁迫水位和临界水位。结果表明：1）随着地下水位的下降,胡杨径向生长量的均值逐渐减小。2）胡杨径向生长量与地下水位之间存在极显著的回归关系,其最佳回归模拟函数为四次多项式Y=0.003X4-0.080X3 0.731X2-3.060X 6.934,判定系数R2为0.857,P值为0.0001。3）通过分析可知：胡杨生长的胁迫水位是4.71 m,临界水位是8.62 m。胡杨正常生长的水位区间为0.5—4.71 m,受到胁迫的水位区间为4.71 m—8.62 m,当地下水位大于8.62 m时,胡杨将会呈现出衰败景象,此时,胡杨径向生长量的变化率逐渐向0接近,表明胡杨径向生长趋向停止。     

塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨生理特点分析

本运用塔里木河下游地下水位变化资料和塔里木河下游主要植物胡杨脯氨酸和脱落酸(ABA)的分析实验数据,结合野外调查,对地下水位变化与胡杨体内脯氨酸和脱落酸积累的关系进行了分析。研究表明,在塔里木河下游,塔里木河下游胡杨体内的脯氨酸和脱落酸含量与地下水位变化密切相关．以胡杨为主的天然植物受干旱胁迫程度愈大,退化愈严重,而反映在胡杨体内脯氨酸和脱落酸含量上．则随着地下水位的下降、水分胁迫程度的增加呈现出明显增加态势。在不同地下水位埋深条件下,胡杨体内脯氨酸和脱落酸累积过程的变化和差异表达了胡杨受干旱的程度;塔里木河下游胡杨的生长发育已受到严重的十旱胁迫。     

塔里木河下游河水漫溢后胡杨幼苗分布格局初探

采用最近邻体法,将Clark-Evans指数作为度量胡杨幼苗分布格局的指标,并用标准正态分布检验实际CE指数值偏离1的显著性,分析塔里木河下游河水漫溢后胡杨幼苗的分布格局。结果表明:(1)在3m×3m的样方尺度上,河水漫溢后0～1年和1～2年的胡杨幼苗呈聚集分布,漫溢后2～3年的胡杨幼苗呈均匀分布,漫溢后4～5年和5～7年的胡杨幼苗呈随机分布。(2)在3m×3m的样方尺度上,随着胡杨幼苗年龄的增长,胡杨幼苗的空间分布格局由聚集分布转变为均匀分布,最终呈现为随机分布的格局。(3)在2m×2m至10m×10m的样方尺度上,漫溢后5～7年的胡杨幼苗空间分布格局均表现为随机分布。(4)标准正态分布检验结果显示,各个尺度上胡杨幼苗的CE值与理论值1之间的偏离均不显著,说明随着尺度的增大,胡杨幼苗的空间分布格局并没有发生显著变化,始终呈现出随机分布的格局。     

塔里木河下游胡杨群落CO2通量特征与水分利用效率

以极端干旱环境中的胡杨群落为研究对象,利用涡度相关通量观测系统,研究了胡杨群落CO_2通量与水分利用效率在不同物候期的动态规律。结果表明:胡杨CO_2通量在不同物候期日变化趋势基本一致,但存在明显的季节差异,其中果熟期CO_2通量变化幅度最大,开花期最小,展叶期介于二者之间。相关分析表明,胡杨群落CO_2通量均与显热通量、潜热通量、动量通量、土壤热通量、净辐射以及空气相对湿度呈极显著相关。其中,净辐射、潜热通量和显热通量与CO_2通量的相关系数较大,其变化范围分别为-0.82—-0.88、-0.64—-0.66和-0.63—-0.94,是影响群落CO_2通量的最主要环境因子。胡杨群落水分利用效率(WUE)同样存在明显日变化规律。其时间动态表现为:群落水分利用效率在开花期、叶黄期和落叶期变化幅度大,开花期最高,在展叶期和果熟期WUE最稳定。净辐射和风速是影响群落水分利用效率的两个最关键要素。     

塔里木河下游生态输水后胡杨径向生长量的时空变化

以塔里木河下游胡杨为对象,基于树木年轮水文学的方法,分析了生态输水后胡杨枝条径向生长量的时空变化.结果表明：生态输水前后胡杨平均径向生长量差异极显著,输水后,胡杨径向生长量明显增加,增幅达125%;生态输水期间,随着输水量的增加,胡杨径向生长量逐渐增加,二者呈正相关关系（R²=0.394）,可以将胡杨径向生长量作为输水效益的一个重要量化指标;生态输水后,离河道不同距离处的胡杨径向生长量差异极显著（P=0.007）,且随着与河道距离的增加,胡杨径向生长量逐渐减小;不同河段的胡杨径向生长量差异显著（P=0.017）,离水源地大西海子水库越近的河段,胡杨径向生长量变化越大.目前输水的影响范围有限,不足以从根本上遏止本区生态环境的持续恶化.     

塔里木河下游阿拉干断面胡杨根系空间分布规律研究

采用根系质量、密度、消弱系数和表面积等指标对塔里木河下游主要建群种胡杨根系空间分布特征进行定量研究,并分析了胡杨根系分布与土壤含水率的关系,为塔里木河下游受损天然胡杨林恢复提供依据。研究表明:(1)细根分布频数占活根总数的比例最大,死根所占比例从表层到深层有逐渐递减的趋势。(2)单株胡杨根系密度分布不对称。随着水平距离的增加,细根根系长度呈现近长远短的特点,而根量的水平分布呈现近重远轻的特点,主要集中在100～200 cm范围内。(3)胡杨根系垂直分层明显,根量在垂直方向上呈两头小、中间大的梭形分布,根系消弱系数值较大。(4)在土层30～120 cm范围内,细根表面积分布与土壤含水率分布呈显著正相关。     

基于稳定同位素技术的塔里木河下游不同林龄胡杨的水分利用来源

水分是制约很多陆地生态系统植物生长和繁殖的重要因素, 在干旱地区尤为明显。利用稳定同位素技术探究塔里木河下游不同林龄胡杨(Populus euphratica)的水分来源情况, 了解生态输水背景下荒漠河岸林的水分利用循环与利用策略, 可为生态输水提供科学依据, 同时也可对同类地区的生态恢复提供借鉴。本研究通过测定塔里木河下游胡杨茎干水和各潜在水源(土壤水、地下水)的稳定氢氧同位素值(δD、δ¹⁸O), 应用多源线性混合模型(IsoSource)分析了各潜在水源对不同林龄胡杨的贡献比例, 并结合3种林龄胡杨不同土壤深度含水量的变化, 分析了胡杨的主要吸水层位。结果表明: (1)不同林龄胡杨样地的不同深度区间上的土壤水δ¹⁸O值存在显著差异(P < 0.05): 胡杨幼龄木、成熟木、过熟木木质部δ¹⁸O分别为-7.83 ± 0.07‰、-8.53 ± 0.11‰、-9.36 ± 0.21‰; 而δD值不存在显著差异(P > 0.05)。可据此来推断胡杨的主要吸水层位。(2)总体上, 三种林龄胡杨土壤水δ¹⁸O值随土壤深度增加而减小, 并趋于接近地下水的δ¹⁸O值。其中, 0-60 cm土壤水受蒸发影响比较大, 其同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程, 土壤含水量极少, 土壤水δ¹⁸O值偏正。(3)不同林龄胡杨所利用的水分来源不同: 胡杨幼龄木对于地表80 cm以下的土壤水以及地下水均有一定程度的利用, 对80-140 cm、140-220 cm和220-340 cm的土壤水平均利用比率依次为16.2%、21.4%和24.6%, 对地下水平均利用比率为24.5%; 成熟木主要利用220-340 cm的土壤水及地下水, 平均利用比率分别为36.9%和42.3%; 过熟木主要利用140-340 cm的土壤水及地下水, 平均利用比率分别为32.8%和49.3%。     

塔里木河上游胡杨与灰杨光合水分生理特性

在自然条件下对塔里木河上游优势树种-胡杨、灰杨的光合水分生理特性进行比较研究.结果表明,整个生长季胡杨、灰杨的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr,除8月份)日进程均为单峰曲线,水分利用效率(WUE)变化无明显规律性.胡杨与灰杨12:00后Pn的下降主要取决于非气孔因素限制.胡杨Pn、WUE高于灰杨,而Tr低于灰杨,表明胡杨属高光合、低蒸腾、高WUE型树种,灰杨属低光合、高蒸腾、低WUE型树种.胡杨、灰杨枝水势(Ψw)、清晨与正午水势日进程均呈"V"字型曲线,胡杨水势日变幅、正午水势月变幅均小于灰杨,但两树种水势间无显著差异.胡杨与灰杨具有较强的水分吸收和减少水分丧失的能力,但胡杨调节气孔导度(Gs)控制蒸腾失水的能力较强,对干旱环境表现出更强的生态适应性,从而导致两树种产生了种群地理分化.     

Preliminary dendrochronological studies on Populus euphratica in the lower reaches of the Heihe River basin in northwest China

To date, preliminary dendrochronological studies of Euphrates poplar trees have not been reported, even though some dendrohydrological studies have been performed. Based on 11 sites in the Ejin Oasis, located in the lower reaches of the Heihe River basin in northwest China, our studies of Euphrates poplar trees concentrates on the characteristics of the tree-ring structure and the stem radial growth, which is the foundation of accurate crossdating and detrending. The results indicate that the Euphrates poplar trees studied have identifiable ring boundaries; the narrow rings and the same ring width variation pattern make the crossdating achievable. The local habitat, the stem radial growth trend of the poplar trees and the completeness of cores should be valued when selecting a detrending method. The complex ring width variation pattern of the poplar trees in the area suggest that comprehensive sampling and preliminary dendrochronological studies are required to gain insights into the spatiotemporal growth patterns of the poplar trees and their relationship with the changing water environment.     

胡杨液流对地下水埋深变化的响应

以塔里木河流域荒漠河岸林主要建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象, 结合中下游不同断面地下水埋深和胡杨液流变化的监测数据, 分析了胡杨茎干液流与地下水埋深变化的关系, 探讨荒漠环境下天然胡杨生长的合理生态水位。研究表明, 胡杨液流通量密度随地下水埋深即干旱胁迫程度的加大而减小, 两者呈极显著负相关, 相关系数达-0.887; 胡杨液流通量在地下水埋深位于4.5-5 m时出现异常变化, 表明此时胡杨的正常生长受到胁迫, 胡杨通过自身调节降低蒸腾耗水以适应环境; 土壤盐分不是影响塔里木河中下游各断面胡杨液流变化的主要因子; 对植物样地调查结果分析显示, 胡杨盖度、密度和频度均在地下水埋深在4-6 m梯度下开始表现为降低趋势。综合分析认为维系塔里木河中下游天然胡杨正常生长的生态水位为地下水埋深4.5 m以内。     

Water sources of Populus euphratica and Tamarix ramosissima in Ejina Delta,the lower reaches of the Heihe River,China

Aims We aim to evaluate the water sources of typical riparian arbor species (Populus euphratica) and shrub species (Tamarix ramosissima), and analyze the spatial and temporal dynamics of plant water source in Ejina Delta, the lower reaches of the Heihe River, China.Methods Eight sampling sites were selected in the riparian zones along the East River and West River in Ejina. The plant xylem water, soil moisture, rainwater, stream water and groundwater were taken and pretreated during the growing season in 2015-2016, and the stable oxygen isotope ratio (δ¹⁸O) for each water sample was measured. The δ¹⁸O of plant xylem water and soil moisture were compared to estimate the dominant depth of root water uptake, and the linear-mixed model called “IsoSource” were applied to determine plant water sources and quantify their proportions.Important findings This study indicated that the main recharge sources for P. euphratica and T. ramosissima were stream water and groundwater. The contributions of rain water to them was negligible due to the limited amount and the shallow infiltration depth of local rainfall. As affected by groundwater level fluctuation, soil physical properties, as well as lateral and vertical recharge of stream water on soil moisture, the dominant depth of root water uptake spatially varied. However, the relative contributions of stream water or groundwater to plant water sources did not change significantly across space. Populus euphratica used more stream water (68%), while T. ramosissima used more groundwater (65%). Plant water sources were sensitive to environmental flow controls. The contributions of stream water to the water sources of the two species went up to 84% and 48% for P. euphratica and T. ramosissima respectively during the discharge period, but dropped to 63% and 30% during the non-discharge period. On the other hand, the contributions of groundwater decreased to 16% and 52% during the discharge period, but increased to 37% and 70% during non-discharge period. It is noteworthy that the high similarity of δ¹⁸O between stream water and groundwater due to extensive water exchange in the riparian zone made increase the uncertain in quantifying plant water sources.     

Ecological adaptation characteristics of Populus euphraticaeuphratica and Tamarix ramosissima leaf microstructures in the lower reaches of Tarim River

In order to explore the ecological adaptation in leaf microstructures of Populus euphratica and Tamarix ramosissima in the lower reaches of Tarim River; we used scanning electron microscopy to observe epidermal, cuticular and cross-sectional structures of P. euphratica and T. ramosissima leaves. In addition, their cell submicroscopic structures were studied with transmission electron microscopy. The results revealed that through long-term adaptation to the same environmental conditions, micro-structural of the leaves for the two species exhibit high degree of homoplasy: there is cavity between cuticle and epidermal, and cuticle bulges outwards to form processes mammillaris and epidermal hairs; stomata concaves; fence and vascular tissues are developed; both alisade cells and thin walled cells have chloroplast; vacuoles occupies large volume of the cell space; etc. These features help plants resist drought stress. The salt glands and salt crystallization of T. ramosissima reveals the strong ability of salt stress resistance, but its drought-resistance capacity is weaker than P. euphratica. The specific components of the various shapes of crystal structures in their leaves call for further study.     

塔里木河干流胡杨径向生长对地表径流变化的响应

以塔里木河干流荒漠河岸胡杨(Populuseuphratica)为研究对象,在塔里木河干流河道上游和中游选择帕满水库和坎白尔吾斯坦2个断面,分析胡杨径向生长的特点。根据不同断面的河道径流数据,采用小波分析和相关性分析方法研究塔里木河胡杨径向生长随径流动态变化的响应。结果表明,帕满水库-新其满断面,胡杨基部断面生长增量(BAI)与径流在15–24年时间尺度上都发生震荡,且径流震荡年份要早于基部断面生长增量震荡年份。坎白尔吾斯坦-英巴扎断面,胡杨BAI与径流在10–20年时间尺度上都发生震荡,BAI震荡周期出现时间较晚。在塔里木河干流沿岸,径流是胡杨径向生长的主要限制因素之一。上游帕满水库断面,胡杨BAI与前一年11月至当年3月的径流量呈显著相关;中游坎白尔吾斯坦断面,胡杨BAI与前一年12月至当年3月的径流量呈显著相关。塔里木河不同河段胡杨BAI对径流变化响应的敏感度存在差异。研究表明,塔里木河上游采样区胡杨生长良好,所对应的最佳径流达1.3340×10~8 m~3;塔里木河中游采样区胡杨径向生长的最合理径流量的范围为0.380 3×10~8–1.205 6×10~8 m~3。     

塔里木河下游土壤水分与植被时空变化特征

运用变异系数、Pearson相关和回归的方法,分析了塔里木河下游2002-2006年土壤水分的时空变化和植被的分布,以及二者之间的相互关系。结果表明:土壤含水率水平空间分布随离水源地距离增加而降低,垂直分布随土层深度的增加而增加;0-60cm土壤含水率变异性最小,属中等变异性;60cm以下土壤含水量变异性增大,属强变异性;土壤含水率的时间变化受生态输水量和持续时间的制约。土壤含水率与植被的时空分布具有同步性;植被特征指数与80-280cm土壤含水率显著相关,且二者与地下水埋深均呈现极显著负相关,说明60cm以下的土壤含水率显著影响植被的生长和分布,而且地下水位是影响土壤水分和植被时空变异的主要因素。