以塔里木河下游胡杨生长变化评价台特玛湖适宜面积

马晓磊，池苗苗，张 鹏，赵新风

（1.塔里木河干流管理局，新疆库尔勒 841000；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐 830001）

生态输水工程（The ecological water convey project，简称EWCP）是塔里木河下游“绿色走廊”保护的重要举措，分析生态输水对“绿色走廊”建群种胡杨（Populus euphratica）生长的影响是评估生态修复成效的关键。塔里木河下游生态输水后，当地生态环境有所好转，在生态指标方面，如地下水位抬升［1，2］、植物多样性增加［3］、胡杨与柽柳生物量增加［4］、根际土壤细菌多样性［5］以及基于ABA、脱落酸等指标为主的植物生理指标方面均有所好转［6］。但绝大部分研究是通过对比生态输水前后的测定指标或者通过问卷调查方法获得民意输水方向，评估了生态输水工程带来的生态效益与社会效益，而对塔里木河下游生态输水效益在好转的基础上可否持续增长、输水方式是否需要调整等科学问题鲜见报道。

2001 年新疆维吾尔自治区人民政府出台了《塔里木河流域近期综合治理规划》［7］，提出“水流到达台特玛湖”的目标，但是对形成多大湖面没有明确规定。在相关部门努力下，水流于2001 年首次到达台特玛湖，随着治理成效不断地显现，台特玛湖的湖面面积稳中有增。生态输水工程已开展20 余年，实现了大西海子水库年均下泄3.5 亿m3的输水目标，生态输水已有19 次到达台特玛湖，湖面逐步扩大，至2017 年形成近百年来历史最大湖面511 km2。面对生态水高效利用新的局势下，塔里木河下游生态输水的重要性越来越凸显。本研究基于密集时序遥感技术对自2000 年生态输水工程实施以来的生态输水进行动态监测，定量分析漫溢区植被面积和植被覆盖度的变化规律，以期为塔里木河下游生态输水的发展提供参考。

1 研究方法

1.1 研究区概况

塔里木河下游位于罗布泊微弱拗陷区，构造稳定，地形平坦，属于典型的大陆性干旱气候，年均降水量仅30 mm 左右，年蒸发潜势力高达2 500～2 800 mm，生态环境脆弱［8］。由于有河流和地下水补给，沿河两岸生长了大片荒漠河岸林，阻止着两大沙漠的合拢，因此，被誉为“绿色走廊”。塔里木河下游尾闾——台特玛湖具有重要的生态作用，台特玛湖是鸟类迁徙过程中重要的落脚点，弥补了塔克拉玛干大沙漠周边鸟类迁徙通道不足和繁殖区缺乏的困境，与塔里木河下游共同构成了完整的生态屏障；随着生态输水的进行，保障了作为出疆第二个战略通道的218 国道和格-库铁路的畅通安全；湖区天然植被的恢复显著地降低了湖区及周边盐尘和沙尘的危害（图1）。

图1 研究区示意

1.2 数据来源及研究方法

1.2.1 胡杨年轮样地选择 在塔里木河下游，选取胡杨集中生长的2 个监测断面，即英苏（C）和依干不及麻（H）进行取样。首先，在每个监测断面上布设1条监测样带，样带长2 000 m，宽100 m；其次，将样带平均分成20 个100 m×100 m 的大样方。自开展生态输水以来，在每年的7—8 月对胡杨的生态特征进行监测。在监测前，对各样地内的胡杨进行编号，然后对胡杨的生态因子进行测量，包括胸径、树高、冠幅、长势等因子。

针对每个100 m×100 m 的大样方，运用十字交叉法对样方内全部胡杨（胸径＞5 cm）用生长锥进行钻芯取样，钻芯方向分别为南北向和东西向。钻芯至树干髓心处即可，并装于自制的纸筒软管中，记录胡杨的胸径、样芯质量等信息。2 条样带内共选取胡杨290 棵，其中英苏断面141 株，依干不及麻断面149 株。

1.2.2 胡杨年轮取样及处理 为了分析环境突变对胡杨树轮标准年表的影响，满足取样要求，围绕各断面地下水监测井选取胸径介于30～50 cm 的成年胡杨进行取样，共选取胡杨53 棵，且每棵树以十字交叉法获取样芯，共104 个。将胡杨树芯样本带回实验室进行粘贴、固定、打磨等预处理，以满足交叉定年需求。为确保交叉定年的准确性，利用德国产LINTABTM6型树木年轮测定仪（精度0.001 mm）进行年轮宽度测定，借助COFECHA 交叉定年质量控制程序进行交叉定年检验和生长量的修正。标准年表的建立由ARSTAN 程序完成。在建立年表的过程中，为了在树轮宽度年表中尽可能多地保留低频方差，使用负指数曲线或无正向坡度的直线对树轮宽度序列进行拟合，以去除树木自身的生长趋势。此外，还使用2/3 序列长度的样条函数进一步稳定年表的方差，最后得到标准化年表。研究表明，胡杨树轮的标准化年表能够很好地反映水文变化的信息［9］。

1.2.3 胡杨郁闭度和冠幅监测 以塔里木河下游布设的固定断面为基础，选取英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻4 个具有代表性的典型断面作为研究地点，每2 个相邻断面间距在30～50 km。首先，对于每个监测断面，在垂直于河道方向上设置1 条监测样带；其次，每条监测样带在离河道50、150、300、500、750、1 050 m处的监测井附近分别设置1个50 m×50 m的大样方，并用GPS 定位，记录海拔高度，共设置24个固定大样方；再次，将每个大样方平均分成4 个25 m×25 m 的乔木灌木样方，记录每种乔木（或灌木）的个体数、盖度、胸径、基径、高度、冠幅等指标。一共完成96 个乔灌木样方调查。

2 生态输水对胡杨年轮生长的影响范围分析

2.1 生态输水对胡杨年轮生长的影响范围

通过对塔里木河下游胡杨年轮径向生长量进行分析（图2），对比输水前10 年（1990—2000 年）和输水后10 年（2000—2010 年）的胡杨年轮径向生长量，结果表现为输水后年轮生长量要大于输水前，特别是在研究区上游段的英苏断面要明显大于下游段的依干不及麻断面（图2A）。

图2 生态输水对不同离河距离胡杨年轮生长的影响

同时，生态输水对离河不同距离的胡杨年轮生长量的影响有差异，自生态输水后，在离河相对近的监测点胡杨年轮生长量远大于离河远的监测点；对比英苏（F）断面离河50 m的F1监测点与离河1 050 m的F6 监测点胡杨年轮生长量，二者差异极显著（P＜0.01）（图2B）；在依干不及麻（I）断面，离河100 m 的I2 监测点与离河800 m 的I5 监测点胡杨年轮生长量差异极显著（P＜0.01）（图2C）。从图2B 和图2C 可以看出，与离河50～100 m 的监测点相比，在离河800～1 050 m 的监测点胡杨年轮生长量在输水10 年后变化非常小。

2.2 胡杨郁闭度、冠幅变化

图3 是生态输水前后胡杨郁闭度的变化，表现为输水后离河道50 m 处的胡杨郁闭度较输水前增加了374.5%，6 个不同离河距离的胡杨郁闭度平均值较输水前增加了191.3%。但是，在离河距离超过1 km 后，胡杨郁闭度基本不再增加。图4 是生态输水前后胡杨冠幅的变化，表现为输水后离河50 m 处的胡杨冠幅在输水后增加了442.1%，6 个不同离河距离的胡杨平均冠幅的增加幅度为336.5%。在离河距离超过1 km 后，胡杨冠幅基本不再增加。

图3 生态输水前后胡杨郁闭度的变化

图4 生态输水前后胡杨冠幅的变化

综上所述，通过对塔里木河下游河道两岸胡杨年轮生长量、胡杨郁闭度、胡杨冠幅进行分析后，发现生态输水对胡杨年轮生长的影响范围多数局限于1 km 范围内，而1 km 范围外的胡杨年轮生长量在整个生态输水期间几乎没有变化。可见，在当前的以“线状”模式为主要输水模式下，胡杨的生长恢复没有很好地实现生物量的积累。

2.3 胡杨年轮生长效果对比

根据前期研究可知，生态输水已经达到不错的效果，但是与100 年前的水平相比，胡杨年轮生长的差距非常大。以100 年长时序的依干不及麻断面胡杨年轮径向生长量进行分析（图5），胡杨的年轮生长远未达到1920 年以前水平，说明生态输水对河道两岸胡杨径向生长量的影响效果是有限的。

图5 依干不及麻断面胡杨径向生长量距平随时间的变化

因此，生态输水对塔里木河下游胡杨年轮生长有一定影响，但影响范围仅在离河1 km 左右，而且生态输水下的年轮生长量与100 年前相比，还有很大差距。

3 塔里木河下游台特玛湖适宜面积维持建议

前期研究中均认为塔里木河下游生态输水工程开展以来，含台特玛湖的整个塔河下游区地下水补充及入湖水量持续增加［10］、水域面积增大［11］、湖泊格局好转［12］、河岸与湖岸植物多样性增加［13］、植被面积增加［14，15］、植被覆盖度增大［16］等；但是，本研究将塔河下游河道与台特玛湖进行分区来看，发现下游河道两岸胡杨年轮生长量、胡杨郁闭度、胡杨冠幅对生态输水的响应范围主要局限于1 km 范围内，即1 km 范围外的胡杨生长指标在整个生态输水期间几乎没有变化。可见，在以“线状”模式为主要的输水模式下，胡杨生长在河道1 km 以外几乎没有提升空间。另外，在长达20 余年生态输水作用下，以“线状”模式为主的输水方式下，生态输水工程对沿线的地下水的补给过程中，河道1 km 范围内地下水位明显抬升［1］，河岸地带地下水补给已饱和［10］，在长期河道输水作用下，河岸边地下水的顶托效应使每年的下泄水量相对容易地向下输送，进入台特玛湖。

2004 年中国工程院重大咨询项目成果报告《西北地区水资源配置、生态环境和可持续发展战略研究（水资源卷）》中提出，塔里木河向台特玛湖输水，保持水域面积10 km2。笔者认为作为内陆河的尾闾湖泊，维持10 km2的湖面面积过小。主要是由于其所处位置的特殊性，自古以来就是内地通往中亚和新疆通往内地的第二条战略通道，曾是古“丝绸之路”的必经要道；处于218 国道与315 国道衔接地，是塔里木河下游保留下的惟一湖泊；库-格铁路穿过台特玛湖的高架铁路桥段就长达24.5 km；在建的G0711 线尉-若高速公路也与218 国道并行穿过台特玛湖。可见，台特玛湖生态地位的重要性不仅是阻止两大沙漠的合拢，而且台特玛湖更是候鸟的迁徙栖息地、当地野生动物重获生机的保护地。因此，台特玛湖生态地位十分重要，对其生态环境进行长期监测非常有意义。

樊自立等［17］基于台特玛湖历史变化与塔里木河干流、车尔臣河水量变化特点提出，台特玛湖湖面面积维持在30 km2即可，笔者认同此观点。根据实际输水及分析，认为台特玛湖在2001 年10—11 月输水后经过扩张-萎缩过程，在2002 年的5—6 月仍能维持30 km2以上的有效湖面为适宜面积，即适宜湖面积不低于30 km2。后期应通过分析湖面面积特征及其对植被的生长变化影响，进一步证实在枯水季节能否保证30 km2的湖面面积。