胡楊冠幅對(duì)塔里木河下游應(yīng)急生態(tài)輸水的響應(yīng)1)

玉米提·哈力克 塔依爾江·艾山(新疆大學(xué)，烏魯木齊，830046)

艾里西爾·庫爾班(中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所)

Bernd Cyffka(Eichstaett-Ingolstadt大學(xué)，德國(guó))

Christian Opp(Marburg大學(xué)，德國(guó))

塔里木河(以下簡(jiǎn)稱塔河)地處中國(guó)西部干旱區(qū)新疆，干流全長(zhǎng)1 321 km，是中國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河［1］。近50 a以來，由于氣候變暖，中上游人口增加和超負(fù)荷水土開發(fā)，使塔河下游來水量急劇減少，導(dǎo)致下游生態(tài)環(huán)境的日趨嚴(yán)峻［2］。1972年大西海子水庫建成后，上游來水被攔截，使其下游320 km河道徹底斷流，地下水位大幅度下降，沿岸天然植被大面積退化。為拯救塔河下游具有戰(zhàn)略意義的“綠色走廊”，逐步恢復(fù)流域生態(tài)，自2000年5月份啟動(dòng)了向塔河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程，迄今已實(shí)施了10次人工輸水，累計(jì)輸水量達(dá)2.311 Gm3［3］。隨著輸水次數(shù)的增加和地下水埋深的抬升，下游荒漠河岸植被得到了不同程度的恢復(fù)。

胡楊(Populus euphratica Oliv.)是我國(guó)干旱區(qū)內(nèi)陸河流域唯一成林樹種，是應(yīng)急輸水生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)植物之一。為此，深入研究并長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)胡楊對(duì)人工輸水的響應(yīng)，對(duì)科學(xué)布局生態(tài)恢復(fù)工程和優(yōu)化人工輸水措施和方案有重要的意義。為了準(zhǔn)確評(píng)估輸水的生態(tài)效益，許多專家和學(xué)者從不同的角度對(duì)塔河下游的胡楊進(jìn)行了探索性研究并報(bào)道了大量的研究成果［4－8］。但是，關(guān)于胡楊冠幅及其對(duì)輸水響應(yīng)方面的研究尚未見詳細(xì)報(bào)道。文中通過野外實(shí)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，對(duì)不同離河道距離(不同地下水埋深)處的胡楊冠幅變化進(jìn)行對(duì)比，查明胡楊冠幅對(duì)輸水的響應(yīng)程度，為科學(xué)評(píng)價(jià)輸水效果、制定和調(diào)整輸水方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于塔河下游的大西海子水庫至臺(tái)特瑪湖區(qū)段(圖1)。本區(qū)屬典型的大陸性氣候區(qū)，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，晝夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)，多風(fēng)沙和浮塵天氣，年降水量只有17～40 mm，年潛在蒸發(fā)量高達(dá)2 500～3 000 mm。在干旱荒漠氣候的控制下，塔河下游的地帶性植被屬溫帶性灌木和半灌木荒漠植被，但是由于有季節(jié)性河水和地下水的補(bǔ)給，部分河段河漫灘及兩岸的低階地發(fā)育著一定面積的非地帶性吐加依林植被(Tugay vegetation)［9－10］，植物種類貧乏，結(jié)構(gòu)單純。代表性植物有胡楊、多種檉柳(Tamarix spp.)、黑刺(Lysium ruthenicum Murr.)、鈴 鐺 刺(Halimodendron halodendron(Pall.)Voss.)、蘆葦(Phragmites communis(Cav.)Trin.)、羅布麻(Poacynum hendersonii(Hook.F.)Woodson)、駱駝刺(Alhagi sparsifolia Shap.)、脹果甘草(Glycyrrhiza inflate Bat.)、花花柴(Karelinia caspica(Pall)Less)等，構(gòu)成了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、脆弱的荒漠河岸林植物群落［10］。塔河下游水系較為復(fù)雜，交叉眾多，河曲發(fā)育。河道在大西海子水庫以下分為東西兩支，西為老塔里木河，東為其文闊爾河，兩河大體平行，在阿拉干(40°08.42'～40°08.90'N，88°20.57'～88°21.70'E)匯合。因此，阿拉干的植被恢復(fù)比較有代表性。此外，塔里木河流域管理局在此處布設(shè)了6個(gè)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)井，為本研究提供了地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，若羌縣阿拉干護(hù)林站提供了基本營(yíng)宿條件，所以，選擇阿拉干為長(zhǎng)期研究靶區(qū)。

圖1 研究區(qū)塔里木河下游示意圖

2 研究方法

2.1 樣地的布設(shè)、調(diào)查內(nèi)容

為了查明樹木長(zhǎng)勢(shì)恢復(fù)與輸水后地下水抬升幅度的定量關(guān)系，考慮到塔里木河流域管理局在此斷面布設(shè)的地下水監(jiān)測(cè)井的分布，在阿拉干布設(shè)了2個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地，即抽樣調(diào)查樣地和地毯式調(diào)查樣地。

抽樣調(diào)查樣地:在此樣地范圍內(nèi)，依據(jù)離河道距離、胡楊分布密度、微地貌以及地表狀況，共設(shè)隨機(jī)調(diào)查樣方37個(gè)，每個(gè)樣方都選擇一顆中心樹，樣方就是以中心樹為圓心半徑20 m的圓。樣方內(nèi)所有的胡楊樹用編號(hào)牌標(biāo)示，每年6—10月份對(duì)各樣地內(nèi)的胡楊進(jìn)行實(shí)測(cè)調(diào)查，主要實(shí)測(cè)指標(biāo)有:蓋度、郁閉度、胸徑、冠幅、樹高(綠色樹高和絕對(duì)樹高)、枝下高、樹冠疏失度、基部萌生枝、估計(jì)樹齡，以及林下植被等可視指標(biāo)。同時(shí)記錄每個(gè)樣方的微地貌狀況、海拔高度、經(jīng)緯度、植被狀況、人為干擾痕跡，并從積水處取水樣以便作室內(nèi)水質(zhì)分析。最后對(duì)地下水?dāng)?shù)據(jù)，胡楊實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和其他附屬信息進(jìn)行匯總、補(bǔ)充、量化和對(duì)比。

地毯式調(diào)查樣地:由于胡楊是荒漠地區(qū)典型的潛水旱中生植物，生活在極為惡劣的環(huán)境下，各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)年內(nèi)的變化微少;因此，為了保證胡楊長(zhǎng)勢(shì)變化的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在阿拉干斷面又選定了一個(gè)總面積為100 hm2的地毯式調(diào)查樣地，該樣地內(nèi)已監(jiān)測(cè)胡楊株樹共有4 499棵。

2.2 冠幅的測(cè)量方法

冠幅(Crown Diameter，CD)是樹冠外緣最大和最小寬度的平均值，是指樹冠在水平方向的寬度或樹冠在地面投影面積的平均直徑，它間接反映樹冠的飽滿程度和樹木長(zhǎng)勢(shì)狀況的好壞［11］。對(duì)塔河下游胡楊來說，冠幅的變化是衡量輸水對(duì)荒漠河岸林的刺激作用的重要生態(tài)指標(biāo)之一［10，12］。冠幅的測(cè)量方法很簡(jiǎn)單，一般用測(cè)距儀或皮尺來實(shí)測(cè)，常用單位為米(m)和厘米(cm)，即CD=(Ad+Bd)×2－1。式中CD為冠幅;Ad為樹冠最大直徑;Bd為樹冠最小直徑。

3 結(jié)果與分析

3.1 輸水對(duì)胡楊冠幅的影響

向塔河下游應(yīng)急輸水是以保護(hù)和恢復(fù)胡楊為主體的荒漠河岸林、拯救嚴(yán)重受損的生態(tài)系統(tǒng)為主要目標(biāo)的，是一項(xiàng)意義重大的生態(tài)工程。在近10 a實(shí)施的人工輸水干擾下，胡楊等荒漠河岸林總體上得到了不同程度的復(fù)壯和好轉(zhuǎn)［12］。

作為重要的可測(cè)指標(biāo)，冠幅的增減變化能夠反映胡楊個(gè)體對(duì)輸水的響應(yīng)程度。一般情況下，人工輸水次數(shù)頻繁、輸水量大，下一年的胡楊樹冠飽滿，冠幅增加，樹冠疏失度減少，表明輸水對(duì)胡楊的生長(zhǎng)產(chǎn)生積極作用。由表1可以看出，河道附近50 m的范圍內(nèi)胡楊平均冠幅從輸水前的2.25 m已增加到輸水后的4.50 m(2004)或4.99 m(2007)，說明輸水對(duì)胡楊冠幅的變化起到積極的作用，在輸水恢復(fù)過程中胡楊冠幅明顯增加，甚至在離河道距離800 m處也有胡楊冠幅的增長(zhǎng)現(xiàn)象(輸水前的1.6 m增加到輸水后的3 m)，說明輸水對(duì)胡楊個(gè)體生長(zhǎng)，尤其是對(duì)冠幅增長(zhǎng)的效果是明顯的。通過2004、2007年地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，胡楊的冠幅在河道附近一定范圍內(nèi)發(fā)生了明顯的變化，離河道越近，胡楊冠幅的變化就越明顯，隨著離河道距離(地下水埋深)的增加，胡楊冠幅的變化幅度也相應(yīng)地下降，而離河道距離800 m以上的胡楊冠幅3年以來幾乎沒有變化，這同時(shí)充分說明了在橫向上胡楊對(duì)生態(tài)輸水的響應(yīng)范圍(表1)。

表1 輸水前后不同地下水埋深條件下胡楊冠幅的變化

3.2 不同離河道距離處胡楊冠幅分布特征

胡楊冠幅在不同離河道距離處的分布特征在某種程度上也能夠反映其對(duì)應(yīng)急生態(tài)輸水的響應(yīng)。為了更加具體地討論塔河下游阿拉干斷面胡楊冠幅的空間分布情況，文中依據(jù)2005年在阿拉干100 hm2地毯式調(diào)查樣地內(nèi)實(shí)測(cè)的4 499棵胡楊冠幅數(shù)據(jù)，將研究區(qū)內(nèi)的胡楊冠幅分為以下6個(gè)等級(jí)，分別是:X=0(即冠幅0，如枯立木或樹樁)、0＜X≤2.0 m、2.0 m＜X≤4.0 m、4.0 m＜X≤6.0 m、6.0 m＜X≤8.0 m、X＞8.0 m。

由圖2可以看出，不同冠幅級(jí)的胡楊大部分都分布在離河道距離300 m范圍內(nèi)，尤其是在離河道100 m之內(nèi)。隨著離河道距離的增加，地下水埋深逐漸加大，輸水影響程度越來越小，不同冠幅等級(jí)的胡楊株數(shù)都開始減少。由此可以得知，離河道距離越近，胡楊密度越大，不同冠幅級(jí)的胡楊交叉分布，老中幼樹混生，有利于群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖2 阿拉干斷面不同離河道距離處的胡楊冠幅分布格局

對(duì)不同冠幅級(jí)的胡楊個(gè)體而言(圖2)，冠幅為0＜X≤2.0 m的胡楊實(shí)生苗(當(dāng)然也有枯立木或者樹樁，但河道附近枯立木的數(shù)量不多)在河道附近有相當(dāng)?shù)臄?shù)量，隨離河道距離的增加開始銳減，分布與離河道距離呈現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)，說明生態(tài)輸水對(duì)胡楊恢復(fù)和自然更新產(chǎn)生了積極的影響。冠幅為2.0 m＜X≤4.0 m、4.0 m＜X≤6.0 m的胡楊株數(shù)在離河道400 m的范圍內(nèi)達(dá)到3 841棵，占研究區(qū)胡楊總數(shù)的76%，說明離河道400 m范圍是研究區(qū)大部分胡楊的主要分布空間。冠幅為6.0 m＜X≤8.0 m、X＞8.0 m的長(zhǎng)勢(shì)好、年齡較大的胡楊株數(shù)占研究區(qū)胡楊總數(shù)的38%，說明該地區(qū)老齡的胡楊個(gè)體占相當(dāng)多的數(shù)量，表現(xiàn)為年齡結(jié)構(gòu)趨向老化，更新能力幾乎喪失。值得一提的是:按慣例來說，健康胡楊的年齡大小與冠幅大小呈正相關(guān)，但通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)該斷面年齡大的胡楊冠幅一般小于年齡小的胡楊冠幅。

4 結(jié)論與討論

通過對(duì)塔河下游胡楊冠幅對(duì)輸水的響應(yīng)分析，可以得出以下結(jié)論:

塔河下游的胡楊冠幅在不同離河道距離范圍內(nèi)表現(xiàn)不同的分布格局，由于荒漠河岸林伴河生長(zhǎng)的特點(diǎn)，大部分胡楊主要分布在河道附近。冠幅為2.0 m＜X≤4.0 m、4.0 m＜X≤6.0 m的胡楊，大體上(76%)分布在離河道400 m的范圍內(nèi)，說明多次的生態(tài)輸水使這一范圍內(nèi)的地下水位抬升至能夠被胡楊利用，從而滿足以胡楊為主體的荒漠河岸林的正常生長(zhǎng)需求。

通過輸水對(duì)胡楊冠幅的影響程度的分析，可以看出在垂直河道方向上胡楊對(duì)應(yīng)急輸水的響應(yīng)范圍:離河道越近，胡楊冠幅的變化幅度越大，說明胡楊對(duì)生態(tài)輸水的響應(yīng)是極其明顯的。隨著離河道距離(地下水埋深)的增加，胡楊冠幅的變化幅度就不明顯，在離河道800 m的范圍內(nèi)胡楊冠幅幾乎沒有變化，表明在此范圍內(nèi)應(yīng)急輸水對(duì)胡楊林恢復(fù)狀況幾乎沒有貢獻(xiàn)。

雖然已實(shí)施了10次人工輸水，累計(jì)輸水量已超過2.3 Gm3，對(duì)胡楊為主體的荒漠河岸林的恢復(fù)起到了一定的促進(jìn)作用，但由于目前的生態(tài)輸水在輸水量、輸水方式、輸水時(shí)間等方面還存在著一定的問題，下游阿拉干以下大部分地區(qū)的地下水埋深依然在8 m以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然植被正常生長(zhǎng)發(fā)育的合理生態(tài)水位(3～5 m)，因此，還無法保證胡楊林的自然恢復(fù)和更新。所以，繼續(xù)向塔河下游實(shí)施人工輸水，促進(jìn)胡楊林的全面恢復(fù)，并維持下游“綠色走廊”的生態(tài)服務(wù)功能是一個(gè)艱巨而長(zhǎng)期的任務(wù)。

［1］宋郁東，樊自立，雷志棟，等.中國(guó)塔里木河水資源與生態(tài)問題研究［M］.烏魯木齊:新疆人民出版社，2000.

［2］劉晏良.塔里木河中下游實(shí)地踏勘報(bào)告［M］.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2000.

［3］沙代提·木沙，玉米提·哈力克，托呼提·艾合買提，等.塔里木河下游生態(tài)輸水過程中荒漠河岸林活力恢復(fù)監(jiān)測(cè)［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18(5):1898－1902.

［4］楊戈，郭永平.塔里木河下游末端實(shí)施生態(tài)輸水后植被變化與展望［J］.中國(guó)沙漠，2004，24(2):167－172.

［5］陳亞寧，李衛(wèi)紅，徐海量，等.塔里木河下游地下水位對(duì)植被的影響［J］.地理學(xué)報(bào)，2004，58(4):542－549.

［6］陳亞鵬，陳亞寧，李衛(wèi)紅，等.塔里木河下游干旱脅迫下的胡楊生理特點(diǎn)分析［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2004，24(10):1943－1948.

［7］李霞，侯平，董新光，等.新疆塔里木河下游應(yīng)急輸水植被階段恢復(fù)分析［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(12):1449－1453.

［8］徐海量，宋郁東，王強(qiáng).胡楊生理指標(biāo)對(duì)塔里木河下游生態(tài)輸水的響應(yīng)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2009，16(4):24－27.

［9］Thevs N，Zerbe S，Schnitler M，et al.Structure，reproduction and flood－induced dynamics of riparian Tugai forests at the Tarim River in Xinjiang，NW China［J］.Forestry，2008，81(1):45－57.

［10］玉米提·哈力克，柴政，艾里西爾·庫爾班，等.胡楊部分生態(tài)指標(biāo)對(duì)塔里木河下游應(yīng)急輸水的響應(yīng)［J］.資源科學(xué)，2009，31(8):1309－1314.

［11］古麗加米拉木·買買提，玉米提·哈力克，塔依爾江·艾山，等.胡楊樹冠疏失度對(duì)塔里木河下游應(yīng)急生態(tài)輸水的響應(yīng)［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47(2):241－245.

［12］汪飛，玉米提·哈力克，Conradie B，等.塔里木河下游阿拉干斷面胡楊枝下高對(duì)應(yīng)急輸水的響應(yīng)［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18(1):286－291.