塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量变化特征

皮原月, 叶 茂, 徐长春

(1.新疆大学 资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046; 2.新疆师范大学 地理科学与旅游学院, 乌鲁木齐 830054)



塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量变化特征

皮原月1, 叶 茂2, 徐长春1

(1.新疆大学 资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046; 2.新疆师范大学 地理科学与旅游学院, 乌鲁木齐 830054)

以塔里木河下游胡杨为研究对象，借助树木年轮水文学的方法，运用LINTABTM6型树木年轮测定仪读取钻心的年轮宽度，研究了塔里木河下游不同退化阶段离河道不同距离胡杨径向生长量的年际变化特征及其差异分析。结果表明：(1) 2000年生态输水后，胡杨平均径向生长量有显著的变化，胡杨生长进入了生长高峰期；(2) 应急生态输水促使胡杨突变性地增长，如果生态输水没有达到一定的量或持续时间，胡杨径向生长量在短时间内就会表现为不再增长或下降，若要保持胡杨长势良好，要继续加强输水；(3) 塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量差异极显著(p<0.001)，不同退化阶段胡杨多年平均径向生长量大小排序依次是中度退化区>极度退化区>重度退化区；不同退化阶段胡杨对输水的响应均具有滞后性且响应程度不同，输水后处于不同退化阶段胡杨平均径向生长量出现极值的年份存在较大差异；(4) 塔里木河下游不同退化阶段离河道不同距离胡杨平均径向生长量差异极显著(p<0.001)，整体上随着离河道距离的增加，胡杨径向生长量呈现下降趋势。

塔里木河下游; 胡杨径向生长量; 生态输水

塔里木河流域地处亚欧大陆腹地，是我国典型的干旱荒漠区[1-2]。塔里木河是我国最长的内陆河，自西向东绕塔克拉玛干沙漠北缘贯穿塔里木盆地，由于人口的不断增加，源流及上中游大规模的水土开发和水资源的不合理利用，导致干流下游的尾闾湖—台特玛湖在70年代初逐渐萎缩至干涸，造成该流域生态水文过程丧失，天然植被大面积衰减，土地沙漠化不断加剧，使绿色走廊的生态环境岌岌可危[3-4]。2000年开始连续向塔里木河实施以生态恢复和环境保护以及拯救“绿色走廊”为目标的生态输水工程。输水后塔里木河下游生态得到明显的良性改善，为准确评估输水的生态效益，许多专家和学者从不同角度对生态输水后的生态效应进行了研究分析[5-11]。而不同退化区受气候因素[12-13]影响的天然植被胡杨对生态输水是否有响应？响应程度及响应时间是否存在差异？生态环境退化越严重区域胡杨年均径向生长量是否越少，这些问题有待进一步深入研究，对塔里木河下游胡杨恢复具有重要指导意义。

本文以塔里木河下游天然胡杨林为研究对象，基于树木年轮学的基本方法，研究塔里木河下游处于不同退化阶段胡杨主干径向生长量年际变化特征及年际变化速率，并对处于不同退化阶段胡杨径向生长量时空变化特征进行对比分析，初步探讨输水前后处于不同退化阶段各个断面胡杨径向生长量的差异，为输水后塔里木河下游植被恢复的量化和塔河下游天然胡杨林的恢复与保育提供理论依据。

1　研究区概况

塔里木河流域是中国第一大内陆河流域，地处亚欧大陆腹地，是新疆乃至中国生态环境最为脆弱的地方之一，该区域属暖温带大陆性荒漠干旱气候，干燥且多沙尘天气，年均降水量17～34 mm，年蒸发量高达2 408～2 671 mm，平均日较差13～17℃，是我国极端干旱地区之一。塔里木河下游的主要建群植物为胡杨(Populuseuphratica)和怪柳(Tamarixchinensis)，1972年，大西海子水库建成以后，塔里木河下游河道断流，地下水位下降，胡杨林的面积由20世纪50年代的5.4万hm2减少到70年代的1.64万hm2，90年代减少到0.67万hm2，下游地区裸地逐渐增多，沙漠化严重，生态系统严重受损。

2　研究方法

参照相关研究[14-16],选取塔里木河下游3个典型断面：生态系统中度退化的英苏断面(C)、生态系统重度退化的阿拉干断面(G)、生态系统极度退化的依干不及麻断面(H)。距离台特玛湖的距离：C>G>H。为使样本具有代表性，在每个地区沿河道垂直方向上，每个固定地下水监测井周围选取长势较好的胡杨进行取样，取样位置及样本数见表1。

表1　取样位置及样本数

野外取样时，用刀片将胡杨的外皮层去除，再用生长锥在主干上“十字交叉”采集两个垂直方向的钻芯，接着使用芯勺提取钻芯，后将其装入吸管内，带回实验室进行处理。在实验室内，对其进行打磨、抛光、样品编号等预处理，采用交叉定年法进行定年[15]。采用LINTABTM6型树木年轮测定仪(分辨率0．001 mm，德国)读取钻芯的两个垂直方向上的年轮宽度。同一年两个垂直方向年轮宽度平均值作为当年树木年轮宽度；取同一断面至少3株胡杨径向生长量的平均值作为该断面胡杨年轮的宽度值；研究不同断面之间以及离河道不同距离处胡杨径向生长量的年际变化特征，分析生态输水对塔里木河下游胡杨的影响，为塔里木河下游大规模生态恢复工程和生态输水效益提供基础的理论依据。

3　结果与分析

3.1塔里木河下游不同退化阶段胡杨平均径向生长量年际变化特征

3.1.1塔里木河下游中度退化区英苏断面胡杨平均径向生长量变化特征对英苏断面不同距离相同年份所有胡杨的生长量进行平均，得到该断面胡杨年平均径向生长量值，进而计算出英苏断面胡杨年平均径向生长速率(图1)。从胡杨径向生长量变化曲线看，胡杨平均径向生长量的年际变化波动较大，呈现先减少后增加趋势。1976—1979年、1985—1988年、2002—2005年胡杨平均径向生长量呈现逐年下降趋势；1979—1985年、1994—2002年胡杨平均径向生长量呈现逐年增加趋势。从年际变化上看，生态输水对C断面胡杨径向生长影响非常显著，2000年生态输水以后，由于胡杨径向生长存在滞后效应。胡杨径向生长在2002年达到输水后的最大值4.887 mm，高出C断面胡杨径向生长平均值2.675 mm。2005年胡杨径向生长量突然减小，可能与2004年输水量突然减少有关。

从胡杨径向生长速率变化曲线看，胡杨径向生长速率呈现增加和减少交替变化趋势。2000年生态输水以前，胡杨平均径向生长速率0.013 mm/a，胡杨径向生长整体上呈现增加趋势，这可能是由于英苏断面处于塔里木河上游，受水分胁迫影响较小。在生态输水当年，胡杨对生态输水就有了明显的响应，生长速率迅速增加达到0.362 mm/a，而在2001年以后，该断面胡杨生长速率整体上呈现减少趋势，这可能与输水量、输水时间以及胡杨在长期干旱后对水分变化响应的灵敏度有关。

图1　1975-2009年塔里木河下游中度退化C断面胡杨径向生长量和径向生长速率变化

3.1.2塔里木河下游重度退化区阿拉干断面胡杨平均径向生长量变化特征从阿拉干断面胡杨径向生长量变化曲线看(图2)，胡杨平均径向生长量的年际变化为先减少后增加再减小。1976—1997年胡杨平均径向生长量呈现逐年缓慢减小趋势，1997—2006年胡杨平均径向生长量逐年增加，2006—2009年胡杨平均径向生长量又呈现逐年下降趋势。从G断面的年际变化曲线上，得知生态输水对胡杨生长产生的影响，2000—2002年，胡杨平均径向生长量增幅不明显，主要受到输水滞后效应的影响，之后增加迅速，到2005年胡杨平均径向生长量出现最大值，值为1.769 mm，高出G断面胡杨多年平均径向生长量0.546 mm。

从胡杨径向生长年际变化速率看，在2000年生态输水以前，胡杨年轮径向生长速率处于增加和减少的交替变化阶段，年轮生长很不稳定，速度在-0.02 mm/a上下波动，说明胡杨径向生长量整体上呈现减少趋势。在2000年生态输水以后，胡杨生长量大幅度增加，速度在0.07 mm/a左右徘徊，在2003年达到最大值，说明胡杨对生态输水的响应很显著且具有滞后性，在一定程度上表明2004年后胡杨生长量增加幅度减小。以上分析我们可以看出，胡杨年轮径向生长虽然没有明显的规律，但在2000年前后的变化速度有显著不同。2000年生态输水以后，胡杨年轮生长速度明显高于生态输水前。

图2　1975-2009年塔里木河下游重度退化G断面胡杨径向生长量和径向生长速率年际变化

3.1.3塔里木河下游极度退化区依干不及麻断面胡杨平均径向生长量变化特征从胡杨径向生长量变化曲线看，胡杨平均径向生长量处于波动状态，总体上呈先下降后增加再下降趋势。1976—1978年、1989—1992年、2005—2009年胡杨平均径向生长量逐年减小；1978—1980年、1999—2005年胡杨平均径向生长量逐年增加。2000年生态输水以后，H断面增幅较大，总体上呈先上升后下降的趋势，到2004年达到输水后的最大值3.134 mm，自2004年开始，由于该年的输水量比2003年减少了83.7%，造成胡杨径向生长量逐渐变小；2005年胡杨径向生长量持续降低，因胡杨生长受到2004年输水量突然减少的影响。从胡杨径向生长速率变化曲线看，胡杨径向生长速率处于增加和减少交替变化的波动状态，生态输水前，胡杨平均径向生长速率为-0.014 mm/a，胡杨生长整体上呈现衰败趋势。生态输水后，由于胡杨对生态输水响应的滞后效应，胡杨径向生长速率在2004年达到最大值1.05 mm/a，而2004年以后胡杨生长速率又呈现减少趋势，说明极度退化区依干不及麻断面胡杨对生态输水有响应，但这种人为作用下的生态输水只能促进胡杨暂时性突变增长，不能从根本上扭转胡杨逐步走向衰败的趋势。

图3　1975-2009年塔里木河下游极度退化H断面胡杨径向生长量和径向生长速率年际变化

3.2塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量对比分析

由图4可以看出，生态输水前(2000年以前)，由于塔里木河断流、水资源供应不足，英苏、阿拉干、依干不及麻各断面胡杨径向生长量均没有显著增加趋势，各断面胡杨处于低生长、平缓波动状态。在1975—1981年，3个断面生长量大小依次是：阿拉干、依干不及麻、英苏；1979—1999年，三个断面生长量次序发生了相反的变化，英苏断面胡杨径向生长量跃居第一，依干不及麻断面第二，阿拉干断面第三。1994年以后，英苏断面胡杨径向生长量迅速增大，而阿拉干、依干不及麻断面胡杨径向生长量没有明显增减变化。中度退化区英苏断面距离大西海子水库较近，土壤含水率较高，胡杨长势优于重度退化区阿拉干断面、极度退化区依干不及麻断面。但极度退化区依干不及麻断面胡杨长势整体上优于重度退化区阿拉干断面，其原因有待进一步考究。

生态输水后(2000年以后)，塔里木河中段下游天然植被的盖度、多样性指数、胡杨冠幅等生态指标在整体上均有一个明显的梯度变化[11-12]。随着生态输水的实施，处于不同退化阶段各个断面胡杨径向生长量均出现明显的响应，但响应时间不同，英苏断面胡杨径向生长量在2002年达到最大值4.887 mm，依干不及麻断面胡杨径向生长量在2004年达到最大值3.134 mm，阿拉干断面胡杨径向生长量在2005年达到最大值1.769 mm，各个断面胡杨径向生长量达到最大值后均呈现不同幅度的下降趋势，说明人为作用下的生态输水促使胡杨突变性地增长，如果生态输水没有达到一定的量或持续时间，胡杨径向生长量在短时间内就会表现为不再增长或下降。

采用单因素方差分析法，对不同退化阶段胡杨径向生长量的差异显著性进行检验(p<0.001)。方差分析表明(表2)，不同退化阶段胡杨径向生长量差异极显著。各断面胡杨径向生长量差异极显著，这可能与输水时间、输水量以及线状输水所到达的距离有关，第1次生态输水到阿不达勒，第2，3次生态输水到阿拉干，到第4次生态输水才到台特玛湖。

图4　塔里木河下游处于不同退化阶段胡杨年轮生长总体趋势表2　方差分析

参数平方和自由度均方FSig.组间22.82227.60720.6680.000组内51.1611390.368总和73.984142

表3，不同退化阶段胡杨平均径向生长量出现极值的年份也存在较大差异，胡杨平均径向生长量最高值出现在C断面，最低值出现在G断面。C，G断面出现最大值的年份不同，其最大值分别为4.887，2.501 mm。C，G，H断面出现平均径向生长量的最小值的年份各不同，其最小值分别为0.784，0.665，1.014 mm(表3)。

塔里木河下游不同退化阶段胡杨多年平均径向生长量存在明显差异，3个不同退化阶段胡杨多年平均径向生长量排序依次为G

表3　不同退化阶段胡杨径向生长量变化

3.3塔里木河下游不同退化阶段离河道不同距离胡杨径向生长量的年际变化特征

图5显示不同退化阶段离河道不同距离胡杨径向生长出现不同幅度的生长高峰期。1975—1991年，不同退化阶段离河道不同距离胡杨径向生长出现较小的生长高峰期，这可能与当时的大气降水、地下水位等因素有关；1991—2000年，不同退化阶段离河道不同距离胡杨径向生长均处于低谷时期，这可能与当时的沙漠化加剧、水资源的不合理利用等因素有关；2000—2009年，不同退化阶段离河道不同距离胡杨径向生长均出现较大的生长高峰，主要是受2000年以后连续向塔里木河进行应急生态输水的影响。其中，2000—2001年相对于输水前变化幅度不大，到2002年出现上升趋势，直到2003年、2004年出现生长高峰，之后呈现下降趋势，但下降幅度不大，表明生态输水对塔里木河下游胡杨生长影响显著。

图5　塔里木河下游不同退化阶段离河道不同距离胡杨平均径向生长量年际变化

不同退化阶段离河道不同距离胡杨平均径向生长量差异极显著(p<0.001)，整体上随着离河道距离的增加，胡杨径向生长呈现下降趋势(表4，图5)。经比较，离河道150 m处、300 m处、400 m处差异性不显著，将其归为一类(150～400 m)；离河道500 m处、750 m处差异性也不显著，将其归为一类(500～750 m)；离河道50 m处、1 050 m处胡杨各为一类。离河道不同距离的胡杨径向生长量差异性显著，主要是因为随着离河道距离的增加，地下水位上升幅度越小，胡杨径向生长量逐渐降低。生态输水的效应逐渐减弱，胡杨年轮所反映的胡杨对生态输水的响应信息也逐渐减少。

表4　离河道不同距离胡杨径向生长量方差分析

4　讨 论

本文在前人研究基础上，分析了塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长的变化特征。在时间上，塔里木河下游处于不同退化阶段胡杨径向生长量在输水前后(2000年前后)均有明显变化。在1979—2000年，各断面胡杨径向生长量均表现出较低的值，为1.45 mm；在2000—2009年各断面胡杨径向生长量有不同幅度增加，平均值为2.14 mm，平均增加了48%。在空间上，各个断面胡杨径向生长量存在明显差异，表现在不同断面胡杨径向生长量差异明显，离河道不同距离胡杨径向生长量差异明显，这与前人的研究结果一致[17-18]。

塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量差异极显著，不同退化阶段胡杨多年平均径向生长量大小排序依次是中度退化区>极度退化区>重度退化区；中度退化区英苏断面距离大西海子水库较近，土壤含水率较高，胡杨长势优于重度退化区阿拉干断面、极度退化区依干不及麻断面。但极度退化区依干不及麻断面胡杨长势整体上优于重度退化区阿拉干断面，其原因有待进一步深入探讨和研究。

5　结 论

(1) 2000年开始连续向塔里木河进行的生态输水工程，对塔里木河下游处于不同退化阶段胡杨平均径向生长量有显著的影响，胡杨生长进入了一个生长高峰期。

(2) 人为作用下的生态输水促使胡杨突变性地增长，如果生态输水没有达到一定的量或持续时间，胡杨径向生长量在短时间内就会表现为不再增长或下降，若要保持胡杨长势良好，需要继续加强输水。

(3) 塔里木河下游不同退化阶段胡杨径向生长量的年际变化差异明显，不同退化阶段胡杨径向生长量差异极显著(p<0.001)，不同退化地区胡杨多年平均径向生长量大小排序依次是中度退化区>极度退化区>重度退化区。

(4) 不同退化地区胡杨对输水响应均具有滞后性且响应程度不同，输水后不同退化阶段胡杨平均径向生长量出现极值的年份存在较大差异，其具体原因需进一步探讨。

(5) 塔里木河下游不同退化阶段离河道不同距离胡杨平均径向生长量差异极显著(p<0.001)，整体上随着离河道距离的增加，地下水位上升幅度下降，胡杨径向生长量呈现下降趋势，离河道不同距离处胡杨对2000年以后连续向塔里木河进行的应急生态输水均有响应，但程度不同，距离河道越近，响应程度越大。

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Analysis on the Radial Growth Characteristics ofPopuluseuphraticaat Different Degradation Stages in the Lower Reaches of Tarim River

PI Yuanyue1, YE Mao2, XU Changchun1

(1.CollegeofResourceandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.CollegeofGrographyScienceandTourism,XinjiangNormalUniverstiy,Urumqi830054,China)

We analyzed the radial growth quantity variation ofPopuluseuphraticaat different degradation stages in the lower reaches of Tarim River through the method of tree rings of hydrology, employing the LINTABTM6-type tree ring tester to read the width of tree rings. The results are as follows： (1) the average radial growth quantity was influenced evidently and reached a growth peak period after ecological irrigation； (2) ecological irragation emergently promoted the growth ofPopuluseuphraticamutationally； if the amount of ecological irrigation had not been reached a certain quantity, radial growth ofPopuluseuphraticawill show as no longer growth or decline in a short period of time； if thePopuluseuphraticais kept grow well, delivery water should be continued； (3) radial growth quantity ofPopuluseuphraticaat different degradation stages was very significant (p<0.01) in the lower reaches of Tarim River. The sequence of average radial growth quantity ofPopuluseuphraticaat different degradation stages over years was moderately degraded area>extremely degraded area>seriously degraded area；Populuseuphraticaof different degradation stages responded to water irrigation differently and had the hysteresis； Average radial growth quantity ofPopuluseuphraticaat different degradation stages had a bigger difference in terms of the year of average radial growth of extremum after ecological irrigation； (4) the differences of average radial growth quantity ofPopuluseuphraticain the different distances from the water channel at different degradation stages were very significant (p<0.001) in lower reaches of Tarim River. On the whole, as the distance from the water channel increased, the radial growth quantity ofPopuluseuphraticashowed a downward trend.

lower reaches of Tarim River; radial growth quantity ofPopuluseuphratica; ecological irrigation

2015-06-29

2015-07-20

新疆维吾尔自治区高校科研计划科学研究重点项目(XJEDU20121036);优秀青年科技人才培养项目(2013721032)

皮原月(1990—),女,河南南阳人,硕士研究生,主要从事干旱区水资源与环境研究。E-mail:pipiyue123@sina.com

叶茂(1977—),女,陕西绥德人,博士,教授,主要从事干旱区水资源及恢复生态学研究。E-mail:yemao1111@163.com

Q945

A

1005-3409(2016)04-0313-05