阿克苏河中游荒漠河岸林物种多样性与群落稳定性

[目的]探究阿克苏河中游荒漠河岸林群落的物种多样性、稳定性及其之间的关系,在物种水平上对当前群落植物组成的复杂性及部分环境因子的关系进行探讨,为荒漠河岸生态系统的恢复提供理论依据。[方法]在样方调查的基础上,运用格局分析法,物种多样性指数与均匀度指数,聚类分析以及M.Godron稳定性测度对植物群落进行综合评估。[结果]阿克苏河中游荒漠河岸林主要的植物种群均呈现聚集分布的格局,群落结构简单,具有单寡种优势群落的特征。不同地段的植物群落物种分布较为均匀,但丰富度与多样性的高低略有起伏;荒漠河岸林植物群落根据环境因子的聚类结果可分为6个群丛,其中有3个群丛的物种多样性较低。物种组成与土壤水分的关联较为密切;当前植物群落尚未达到稳定阶段,物种多样性与群落稳定性者之间并无任何直接联系。[结论]单一以河水漫灌的方式促进该地区植物多样性的恢复具有一定的困难,考虑以胡杨、柽柳为主要格局,种植深根系的乔灌木以营造局部地区小气候,间接优化生境的方式对荒漠河岸林的植被恢复更为有利。     

利益相关者对塔里木河下游荒漠河岸林生态系统服务的认知度分析

近50年以来,塔里木河下游生态环境曾因人类不合理开发利用而导致严重退化。自2000至2013年实施的人工生态输水工程对胡杨为主体的荒漠河岸林的恢复及其生态系统服务功能的提高产生了积极影响。通过问卷调查的方法分析了利益相关者对塔里木河下游荒漠河岸林生态系统服务的认知程度。结果表明:88.1%的被调查者对荒漠河岸林生态系统服务有深刻的认识,7.8%的人不清楚;84%的被调查者认为荒漠河岸林在防止沙(荒)漠化方面的效益最高,仅有8.1%被调查者认为提供建筑材料和动物饲料等方面效益最高;被调查者对人工输水后生态环境变化的感知度依次为:灰尘和沙尘暴减弱沙(荒)漠化减少胡杨长势改善胡杨幼树增多河岸林面积增加;被调查者对人工输水的支付意愿有所差异,其中15.1%的人对其态度模糊,7.8%的人不愿意支付,有36%的被调查者愿意支付工资的1%,15.4%的被调查者愿意支付工资的1%,12%的人愿意支付工资的2%,3.8%的人愿意支付工资的3%,7.9%的人愿意支付工资的3%。问卷调查的结果表明,被调查者对塔里木河下游荒漠河岸林生态系统服务的认知度和支持率相当高,体现出生态输水的社会效益显著。     

塔里木河下游荒漠河岸林近地表沙尘通量及粒度特征

[目的]分析主导风向下塔里木河下游阿拉干断面天然胡杨河岸林迎风面和背风面的沙尘输沙量及粒度特征,为该区天然河岸林防风固沙提供理论依据。[方法]利用BSNE梯度集沙仪采集两个迎风面样地(Y₁,Y₂)和两个背风面样地(B₁,B₂)近地表10,30,50,100和150 cm这5个高度的沉积物,再由Microtrac S3500激光衍射粒度分析仪测定沙样粒度特征。[结果](1)4个样地沙尘水平通量皆遵循幂函数或指数函数分布,总输沙量呈现：Y₁>Y₂>B₁>B₂,各样地随着离地表高度的增加输沙量呈减少趋势。(2)背风面相较于迎风面输沙量降幅在35%～80%之间,说明塔里木河下游天然胡杨河岸林具有较显著的防风固沙效益。(3)各高度沙粒平均粒径为80～93μm,以极细沙为主,粒径频率曲线呈单峰分布,沙尘组成简单,以局地沙源为主。[结论]研究区天然胡杨河岸林背风面输沙量低于迎风面、平均粒径小于迎风面、分选性优...     

塔里木河上中游荒漠河岸林植物群落对淹灌的响应

[目的]定量分析淹灌对典型断面荒漠河岸林植物群落的长势、植物多样性的影响,为今后改进干旱区科学补水方案,实现生态水高效利用提供理论依据。[方法]通过2016—2018年6次在塔里木河上中游进行植被调查获得数据,运用Pielou指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及重要值等指标对淹灌的影响进行分析。[结果]淹灌2 a后,塔里木河上中游新增了11种植物,主要是胡杨苗、柽柳苗、喜湿植物以及一年生草本,其中胡杨苗密度增加0.72株/m~2,增长率为855.9%;柽柳新枝长增加41.8 cm,增长率为71.58%,胡杨长势得到好转:优、中等胡杨出现频率增加0.11株/m~2,增长率为32%;随着距生态闸距离的增加,胡杨林密度有减小的趋势,林龄老龄化也逐渐凸显;林下物种多样性有随淹灌距离的增加而减少的趋势;距生态闸300 m范围内以胡杨、柽柳幼苗及喜湿的一年或多年生草本植物成为优势种(其重要值分别为0.243,0.195,0.248),大于300 m后优势种逐渐被柽柳、耐旱的多年生草本植物所取代,一年生草本植物、胡杨苗在距生态闸450 m后消失。[结论]淹灌使荒漠河岸林植物群落更新能力增强,物种多样性增加。为了维持目前的生态好转趋势,淹灌工程需要继续开展。     

塔里木河中游荒漠河岸林土壤理化性质分布特征与植被关系

为揭示土壤理化性质的空间变异特征及其与植物数量特征、物种多样性的关系,运用相关性分析和回归分析等方法对塔里木河中游荒漠河岸林不同生境土壤理化性质的空间变异规律及其与植物数量特征和物种多样性进行了分析。结果表明:(1)不同生境土壤理化性质有明显的差异,表现为:土壤含水量、容重在河岸地带大于过渡地带和荒漠地带,持水量、孔隙度、全盐、pH值则随着垂直于河岸距离的增加而增加,有机质、全磷、全钾的最大值则出现在水热资源组合较好的过渡地带,生境内部不同土层理化因子变化呈现不同的规律;(2)随着距离河岸增加,乔木、灌木、草本的频度、盖度、密度存在不同程度退化,物种多样性指数也明显降低;(3)植物数量特征、物种多样性指数与土壤理化因子存在一定的相关性,全盐量、容重、土壤含水量、pH、全氮、全磷与植物的数量特征指标和物种多样性指数的关系最为密切;(4)经回归分析,表明土壤含水量是影响干旱地区植物生长的首要因子,而土壤养分也是影响植物生长的主要因素,且有机质、全磷、全钾与植物生长状况呈负相关。土壤理化性质的空间变异不仅促使区域植物数量特征发生明显变化,而且也影响群落的演替,同时,植物的空间分布特征对土壤理化性质有明显改良作用,通过二者关系的研究为塔里木河中游荒漠河岸林的恢复和土地沙化的治理提供理论支撑。     

亚热带典型植物水分利用来源变化的水稳定同位素分析

旨在揭示亚热带湿润地区不同植物水分利用来源和了解区域森林系统水文循环过程,以长沙地区典型常绿植物樟树、刺杉和野茶花为研究对象,利用稳定同位素技术及Iso-source混合模型定量分析不同植物水分利用特征及其对降水的响应。结果表明:在2018年9月至2019年2月的观测期内,0-10 cm土壤水中δD与降水中δD的变化趋势基本一致,均随时间变化逐渐偏正。随深度的增加,土壤水中δD受降水影响的程度逐渐减小并趋于稳定。在9-11月,3种植物对降水响应程度低,植物茎杆水中δD并未随降水中δD表现出明显偏正的趋势,在12月至翌年2月,3种植物对降水响应明显,植物茎杆水中δD与降水中δD变化趋势一致。观测期内3种植物水分利用深度均随时间变化由深变浅。在9月,3种植物主要利用60-100 cm土壤水,利用比例均超过65%。在10-11月,3种植物水分利用状况存在显著差异,樟树对0-10,10-20,20-60,60-100 cm 4个土层的水分利用较均匀,利用比例分别为28.2%,23.5%,22.0%,26.3%;刺杉主要利用0-10,60-100 cm土壤水,利用比例分别为56.4%和22.2%;林外野茶花主要利用0-20 cm浅层土壤水,利用比例为67.4%。在12月至翌年2月,3种植物主要利用0-10 cm土壤水,利用比例均在70%以上。     

西北干旱地区农业健康用水量计算模型研究

农业健康用水量的确定是西北干旱地区可利用水资源在农业与其他用水行业之间合理分配的基础。依据农业健康用水量的内涵和判别标准,建立了西北干旱区农业健康用水量多目标分层优化计算模型。该模型以各业用水及总用水的综合效益最大为目标函数,依据一定的优化次序计算区域农业健康用水量。并以黑河流域为例,应用模型计算各县级行政单元过去年(1999年)、现状年(2006年)和未来年(2020年)在不同来水频率下的农业健康用水量。结果表明:1999年、2006年和2020年水资源配置按模型计算结果重新调整后,流域经济用水总量(包括农业与工业生产用水)所占比例分别降低2.7%、4.6%和2.1%,而综合用水效益分别增加7.1%、16.6%和13.1%,生态效益提高更为显著,分别为27.6%、37.4%和13.6%,证明了模型的可靠性与农业健康用水的可行性。对照不同水平年农业用水健康结果,2006年较1999年、2020年较2006年农业实际用水状态均趋于健康,流域农业用水比重分别下降3.4%和2.0%,综合用水效益分别提高31.1%和91.6%。此外,如果按照以往农业用水分配次序,2020年在50%、75%和95%来水频率下,可预测流域缺水率分别达到10.6%、13.8%和25.9%,表明水资源将进一步趋紧,需采用农业健康用水标准重新配置水资源,达到有效降低缺水损失的最终目的。     

不同深度土壤水分对黄淮海封丘地区小麦的贡献

作物水源是土壤—植物—大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum,SPAC)中水分循环及节水农业的重要研究方面。传统方法很难确定不同水源对作物的贡献。本研究通过封丘地区冬小麦田间试验和稳定性氢氧同位素技术,建立了线性混合模型和δD-δ18O曲线的耦合模型,并采用该耦合模型计算了各水源对各生育期冬小麦的贡献。结果表明:各水源对冬小麦的贡献随着生育期的变化而变化。分蘖、返青和拔节期冬小麦的主要水源为表层土壤水,且对各层土壤水分的利用随着深度的增加而减少;在孕穗期,冬小麦对80 cm处土壤水利用最多;开花期80和180 cm处土壤水是冬小麦的重要水源;乳熟期40和80 cm土壤水分分别贡献了47.5%和39.5%。地下水在孕穗期和开花期对冬小麦的贡献较大,分别为9.0%和16.4%。     

黑河流域防风固沙林生态效益研究——以甘肃省高台县为例

通过对黑河流域高台地区防风固沙林体系的定位观测,分析了该区防风固沙林20年来的生态效益变化。研究结果表明:在防风固沙效益方面,花棒×柠条锦鸡儿×梭梭混交林最好,梭梭纯林(6m×9m)最差;防风固沙林建立20年后,林内土壤粗粒沙(1.0~0.5mm)含量降低66.4%,而<0.25mm的细沙和粉(黏)沙含量由12.8%提高至72.0%,土壤有机质含量提高30.1%,土壤全N增加48.3%,全P增加76.3%,全K增加58.0%,土壤pH值和全盐量均有降低。20年来防风固沙林的防风固沙效益和改土作用显著。     

黑河流域水资源压力定量评价

从流域水资源开发利用条件、经济发展与用水以及流域水环境压力3个角度出发选取6个指标构建了水资源综合压力指数,对2000-2010年黑河流域的水资源压力状况进行了定量分析。结果表明,黑河流域近11 a来水资源综合压力指数较高,但总体上呈下降态势,从2000年的0.58逐步降到2010年的0.28。多年来黑河流域的综合治理包括节水型社会建设等措施卓有成效,但地下水位不断下降,生态环境缺水严重,农业用水比重过高等问题仍未缓解。建议今后仍要继续加强节水型社会建设,促进水资源高效利用,压缩农业用水量,以不断减轻流域水资源压力,促进流域水资源可持续利用。     

基于随机森林的黑河中游地下水埋深变化及成因

研究黑河中游地下水埋深变化规律及其成因,可为该流域地下水合理开发利用提供参考。根据黑河中游33个观测井1985—2010年的地下水埋深资料,利用地统计学方法分析了地下水埋深变化规律;采用随机森林法研究了埋深变化的成因。结果表明:黑河中游地下水埋深自南向北减少;甘州区和临泽县的地下水埋深变化趋势分别在2001年和2004年前呈增大趋势,之后又逐年减小,高台县北部地区埋深呈持续减小趋势,而东部地区呈增大趋势;地统计学分析表明地下水埋深具有中等的空间相关性,且空间各向异性有增强的趋势;影响黑河中游地下水埋深变化的主要因素是渠系水利用系数、地下水开采量、地表水引用量及蒸发能力。     

黑河中游不同生计方式农户的水足迹分析

水资源紧缺问题是21世纪人类面临的最严峻生态环境问题之一,当前急需探寻影响水资源利用的关键因素,建立低水消费模式。生计方式作为影响家庭水资源消费的关键要素已得到关注。本文基于农户调查数据,利用水足迹估算模型,核算黑河流域中游不同生计方式农户的水足迹,并采用最小二乘法分析了生计方式对水足迹的影响。结果表明:①黑河中游农户的人均水足迹为145.87 m3,随着非农化水平的提高,农户的人均水足迹下降,其中,纯农户、兼业户和非农户的人均水足迹分别为151.61 m3、148.08 m3和137.91 m3;②随着非农化水平的提高,黑河中游纯农户、兼业户、非农户的人均粮食消费占用水足迹比例依次降低,农户人均果蔬、清洁消费占用水足迹比例依次增高,兼业户的人均畜产品消费占用水足迹比例高于非农户和纯农户;③提高非农化水平和劳动力受教育水平可以减少水足迹,扩大家庭规模和农户人均纯收入会增加农户的水足迹,但水足迹的增加速度低于家庭规模和人均纯收入自身的增加速度。基于上述研究结果,提出了对黑河中游地区农村建立低水模式,提高水资源利用效率的对策建议。     

黑河流域水资源供需平衡与配置研究

水资源合理配置是水资源高效利用的重要手段,同时是水资源可持续利用的核心问题。针对黑河流域水资源利用现状与存在的问题,运用系统分析理论与方法,对黑河流域水资源需求、供水能力、水资源配置与供需平衡进行了分析与讨论。结果表明:在50%保证率下,黑河流域2015年、2020年和2030年需水量分别为3.271×10⁹ m³,3.041×10⁹ m³和3.071×10⁹ m³,供水量分别为2.841×10⁹ m³,2.972×10⁹ m³和3.033×10⁹ m³,缺水量分别为4.30×10⁸ m³,0.69×10⁸ m³和0.38×10⁸ m³,缺水率分别为13.15%,2.27%和1.24%。针对流域水资源现状,应采取提高工业用水重复利用率、调整农业种植结构、大力发展高效节水技术等措施。继续加强流域水资源高效管理,改善流域生态环境,提高流域内水资源可持续利用能力。     

黑河流域森林生态系统湿热特征分析

利用2008年黑河流域典型森林生态系统土壤和空气温湿度观测资料,分析了不同层次土壤和大气温度和湿度的变化特征。结果表明:(1)各层土壤温度在2—3月达到一年中的最小值,在7—9月达到一年中最高值,土壤温度周年变化幅度以及年最低温度随土壤深度的增加而递减。(2)表层土壤含水量受春季融雪和降雨影响较大,在8月中、上旬达到最高值;20—40cm土壤含水量对春季融雪响应较弱,80—120cm土壤含水量较为稳定,不受冻融交替影响。(3)从当年7月中旬至次年1月下旬,林地各层气温呈下降趋势,2月上旬至7月上旬呈上升趋势;距离地表近2m高度全年各月份气温略高于10m和24m高度,气温最高值和最低值分别出现在14:30和6:30左右。(4)4—6月林内湿度相对较低,7—10月相对较高,空气相对湿度最高值和最低值分别出现在22:00和11:30左右;10m和24m处空气相对湿度变化规律与2m处基本一致。     

黑河中游绿洲不同质地土壤水分的入渗与再分布

该文利用双环入渗仪,通过定水头法研究了黑河中游绿洲地区玉米地和防护林地土壤水分的入渗过程,并利用Hydrus-1D模型和Trime-IPH手持式TDR分别对土壤水分的入渗和再分布过程进行了动态模拟和测定。结果表明:不同质地土壤水分入渗和再分布差异明显。土壤下部粘土夹层不仅对水分入渗起到显著的阻碍作用,而且具有较强的持水保水能力。统计分析表明,试验期间模拟土壤含水量的均方根误差和相对误差分别在0.02cm3/cm3和0.68%以下,模拟剖面储水量的均方根误差和相对误差分别在0.908 cm和0.9%以下,因此Hydrus-1D模型对绿洲地区土壤水分在垂直方向的运移模拟具有较高的精确度,这为该区域水分管理和可持续发展提供理论依据。     

分水后黑河中游地区土地利用结构优化研究

以黑河分水为背景,分析了分水后中游地区水资源所面临的紧缺形势和土地利用结构对其影响。由于在干旱区,水资源的合理利用与土地的合理利用密切相关,合理的土地利用结构可以使水资源的利用更为有效。有鉴于此,文章认为要缓解水资源的约束,黑河中游地区必须走土地利用结构优化之路,并提出了今后土地利用结构发展的重点方向。