人工输水影响下塔里木河下游阿拉干断面幼龄胡杨胸径变化1)

买尔当·克依木 玉米提·哈力克 塔依尔江·艾山 阿不都拉·阿不力孜 阿丽亚·拜都热拉

(新疆绿洲生态教育部重点实验室(新疆大学)，乌鲁木齐，830046)

塔里木河地处新疆南部塔克拉玛干沙漠北缘，干流全长约1320 km，是我国最长的内陆河[1]。塔里木河是保障塔里木盆地绿洲经济、自然生态和各族人民安康生活的生命线，被誉为“新疆人民的母亲河”[2]。胡杨(Populus euphratica)是塔里木河流域唯一成林树种，以胡杨为主体的荒漠河岸林在防风固沙、维持流域生态平衡、调节绿洲气候、保护自然环境及保证绿洲农业生产方面起着重要作用[3]。然而，近50年来，在气候变化和人类无序经济活动的双重压力下，塔里木河下游的荒漠河岸林大面积衰败甚至死亡。为了挽救严重退化的河岸林生态系统，2000年起国家和地方政府启动了向塔里木河下游应急生态输水工程，旨在通过输水抬升下游河道附近的地下水位，使其达到维系天然植被生长的合理生态水位，促进下游植被的全面恢复[4]。至2011年11月，已经向塔里木河下游应急输水12次，累计输水量达 27.98×108m3[5]，输水河道两边的植被，尤其是建群种胡杨均得到不同程度的恢复[6－8]。很多学者从地下水位和水质的变化，植被的长势、数量、物种及其生理生态相应等方面对人工输水的效益进行了微观定量研究[9－15]。特别是，宋郁东等[2]250－262对塔里木河下游主要植物种类的最佳、警戒地下水位进行了定量研究，并为荒漠河岸林植被生长发育提出了合理的地下水位阈值。本研究利用2005、2010年胡杨林实地调查数据，对距河道50 m以内的幼龄胡杨胸径变化进行分析，探讨人工输水对幼龄胡杨胸径及数量的影响，以其为塔里木河流域生态恢复的定量评估提供科学依据。

1 研究区概况

研究区阿拉干(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库至台特玛湖(全长320 km)之间。塔里木河下游老塔里木河和齐文阔尔河两条支流在此处交汇，人工输水从大西海子水库下泄通过这两条支流来进行，因此，阿拉干断面的地下水位、地表植被对输水的响应较为显著，该断面进行胡杨林生态恢复评估具有一定的代表性，所以选为长期研究靶区(图1)。

图1 塔里木河下游示意图

塔里木河下游属暖温带大陆性荒漠气候区，干燥多风沙天气，年平均气温10.8℃，极端最高气温43.6℃，年降水量17～40 mm，年蒸发量高达3000 mm，是我国极端干旱地区之一[16]。该地区降水集中于炎热的夏季(5—8月份)，并容易蒸散，无法形成径流，因此，荒漠植被的生长几乎全部依赖地下水的补给[1，5]。

塔里木河下游的河岸林以温带乔、灌、草荒漠植被为主，多属耐旱性植物种类，沿河道发育非地带性荒漠河岸植被，种类不多且结构单纯。植被以杨柳科(Salicaceae)、豆科(Leguminosae)、夹竹桃科(Apocynaceae)、禾本科(Poaceae)等植物为主。乔木主要有胡杨、沙枣(Elaeagnus angustifolia);灌木主要有多种柽柳(Tamarix spp.)、铃铛刺(Halimo-dendron halodendron)、黑刺(Lysium ruthenicum)、盐穗木(Halostachys caspica);草本植物主要有芦苇(Phragmites australis)、罗布麻(Poacynum hendersonii)、疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、甘草(Glycyrrhiza inflata)、花花柴(Karelina caspica)、蓼子朴(Inula salsoloides)、河西菊(Hexinia polydichotoma)等[5，17－19]。主要植被的生长发育状况对应的地下水位见表1。

表1 塔里木河下游植物物种不同生长发育状况对应的地下水位[2]261

2 研究方法

2.1 样地布设和调查内容

为定位监测胡杨林对应急输水的响应，在2004—2005年在阿拉干断面设立了面积为100 hm2的长期监测样地(由100个100 m×100 m的样方组成)。充分考虑地下水埋深和离河岸距离之间的耦合关系，将监测样地分成10个固定样带，分别为0～50、≥50～100、≥100～200、≥200～300、≥300～400、≥400～500、≥500～600、≥600～800、≥800～1000、≥1000 m。在2005年实测获取的数据基础上，在2010年的植物生长期(5—11月份)，对此样带内所有胡杨再次进行实地调查，实测了树高、胸径、冠幅、枝下高和树冠疏失度等指标，同时还调查了树冠变化、萌生枝、新生胡杨幼苗数量，林下草本及其更新状况。数据统计分析所需的各年份应急输水量由塔里木河流域管理局提供。由于，距河道50 m之外样地内的幼龄胡杨变化不显著，故本文只讨论了距河道50 m之内的幼龄胡杨林对人工输水的响应。

2.2 胸径的测量方法

胸径是树干粗度的标志，也是衡量树木生长速度和长势优劣的主要调查因子[20]226－227。根据前人研究结果，胸径≤4 cm的胡杨为幼龄胡杨[21]。胸径用标准胸径尺来测定。

2.3 人工输水资料

从2000年5月至2011年11月向塔里木河下游河段实施了12次应急输水(表2)。输水所产生的地下水位抬升直接影响到胡杨的发生、发展及群落组成[8，12]。

3 结果与分析

3.1 幼龄胡杨胸径增长及其与距河道距离的关系

由表3可见，2005年至2010年，在离河道同距离范围内幼龄胡杨胸径有显著变化。胸径增长量最大值出现在距河道距离5 m＜X≤10 m范围内，最小值出现在45 m＜X≤50 m范围内。距河道50 m范围内，2005年，幼龄胡杨平均胸径是 2.35 cm，2010年则达到5 cm，比2005年平均增加2.65 cm。由图2可以看出，随着距河道距离的增加，幼龄胡杨的胸径增长量相应下降。2005年至2010年，阿拉干断面距河道50 m以内的幼龄胡杨胸径的增长量与距河道距离之间的对数相关关系为:y=－3.0596ln(x)+12.374，R2=0.7281。

表3 距河道50 m以内的幼龄胡杨胸径增长量

3.2 幼龄胡杨株数及其与距河道距离间的关系

通过对比分析2005年和2010年幼龄胡杨调查数据，发现2005年距河道距离50 m以内的幼龄胡杨组成格局在时间尺度上发生了明显地变化。2005年，幼龄胡杨总株数为345棵，到2010年，14.20%的幼龄胡杨已消失;6.96%的幼龄胡杨枯死;42.61%的胡杨生长明显，已超出了幼龄胡杨(胸径≤4 cm)的范围;36.23%的幼龄胡杨生长不明显，仍处在幼龄胡杨阶段。

图2 幼龄胡杨胸径增长量与距河距离的关系

由图3可见，幼龄胡杨株数分布格局和离河道距离间有极大的正相关关系。分布在河道两侧的幼龄胡杨株数，在0＜X＜4 m 之内较少，5 m＜X＜8 m 之内最多，然后随着距河道距离的增加而减少。距河道距离越近，河道两侧的胡杨株数越多，距河道距离越远，胡杨株数越少。距河道距离和幼龄胡杨株数间的多项式相关系数为0.7531。

图3 幼龄胡杨株数与距河道距离的关系

3.3 幼龄胡杨占胡杨总株数比例的变化

通过两期野外考察数据对比分析结果得出，在距河道50 m范围内新生长出的胡杨幼苗和幼龄胡杨株数明显增多。表4显示，2005年，在距河道50 m范围内测到的幼龄胡杨数占此范围内胡杨总数的16.91%，而到 2010 年，增加为 31.17%。

表4 不同时间段距河道50 m范围内的幼龄胡杨比例

4 结论

通过对2005、2010年阿拉干断面实测数据的对比分析，可得出以下结论:①由于河道输水漫溢范围的限制，塔里木河下游大部分幼龄胡杨主要分布在近河道50 m范围内。在垂直河道方向上，距河道越近幼龄胡杨胸径对人工输水的响应越明显，幼龄胡杨胸径的变化幅度也相应地大;随着距河道距离的增加，幼龄胡杨胸径的变化幅度逐步下降。②随着人工输水次数和累计输水量的增加，河道两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;距河道越远，地下水位抬升幅度小，水位越低。通过幼龄胡杨株数和距河道距离的关系分析可知，幼龄胡杨株数在距河道5 m＜X＜10 m范围内最多，但是0＜X≤5 m范围内较少，可见距河道越近幼龄胡杨株数并非越多，原因是胡杨不是旱生而是中生乔木，在地下水过高或过低的情况下它的生长受限，其正常生长发育需要合理的地下水位条件。③2005年至2010年，在距河道同距离范围内幼龄胡杨胸径有显著变化。胸径增长量最大值出现在距河道距离5 m＜X≤10 m范围内，最小值出现在45 m＜X≤50 m范围内，随着距河道距离的增加，幼龄胡杨的胸径增长量相应下降。④2005年标注实测的部分幼龄胡杨在2010已消失。在野外工作中发现河道疏通、堤防工程对胡杨幼苗的人为破坏严重。此外，非法放牧对胡杨幼苗的破坏也相当可观。因此，在继续实施生态输水的同时，应加大对幼龄胡杨的保护力度，尽量避免工程项目对胡杨幼苗的机械破坏，依法禁止放牧，保证胡杨幼苗的正常生长[21]。

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