胡杨冠幅对塔里木河下游应急生态输水的响应1)

玉米提·哈力克 塔依尔江·艾山(新疆大学，乌鲁木齐，830046)

艾里西尔·库尔班(中国科学院新疆生态与地理研究所)

Bernd Cyffka(Eichstaett-Ingolstadt大学，德国)

Christian Opp(Marburg大学，德国)

塔里木河(以下简称塔河)地处中国西部干旱区新疆，干流全长1 321 km，是中国最长的内陆河［1］。近50 a以来，由于气候变暖，中上游人口增加和超负荷水土开发，使塔河下游来水量急剧减少，导致下游生态环境的日趋严峻［2］。1972年大西海子水库建成后，上游来水被拦截，使其下游320 km河道彻底断流，地下水位大幅度下降，沿岸天然植被大面积退化。为拯救塔河下游具有战略意义的“绿色走廊”，逐步恢复流域生态，自2000年5月份启动了向塔河下游应急生态输水工程，迄今已实施了10次人工输水，累计输水量达2.311 Gm3［3］。随着输水次数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复。

胡杨(Populus euphratica Oliv.)是我国干旱区内陆河流域唯一成林树种，是应急输水生态恢复的目标植物之一。为此，深入研究并长期监测胡杨对人工输水的响应，对科学布局生态恢复工程和优化人工输水措施和方案有重要的意义。为了准确评估输水的生态效益，许多专家和学者从不同的角度对塔河下游的胡杨进行了探索性研究并报道了大量的研究成果［4－8］。但是，关于胡杨冠幅及其对输水响应方面的研究尚未见详细报道。文中通过野外实测和数据分析，对不同离河道距离(不同地下水埋深)处的胡杨冠幅变化进行对比，查明胡杨冠幅对输水的响应程度，为科学评价输水效果、制定和调整输水方案提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于塔河下游的大西海子水库至台特玛湖区段(图1)。本区属典型的大陆性气候区，干旱少雨，蒸发强烈，昼夜温差大，日照时间长，多风沙和浮尘天气，年降水量只有17～40 mm，年潜在蒸发量高达2 500～3 000 mm。在干旱荒漠气候的控制下，塔河下游的地带性植被属温带性灌木和半灌木荒漠植被，但是由于有季节性河水和地下水的补给，部分河段河漫滩及两岸的低阶地发育着一定面积的非地带性吐加依林植被(Tugay vegetation)［9－10］，植物种类贫乏，结构单纯。代表性植物有胡杨、多种柽柳(Tamarix spp.)、黑刺(Lysium ruthenicum Murr.)、铃 铛 刺(Halimodendron halodendron(Pall.)Voss.)、芦苇(Phragmites communis(Cav.)Trin.)、罗布麻(Poacynum hendersonii(Hook.F.)Woodson)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)、胀果甘草(Glycyrrhiza inflate Bat.)、花花柴(Karelinia caspica(Pall)Less)等，构成了结构简单、脆弱的荒漠河岸林植物群落［10］。塔河下游水系较为复杂，交叉众多，河曲发育。河道在大西海子水库以下分为东西两支，西为老塔里木河，东为其文阔尔河，两河大体平行，在阿拉干(40°08.42'～40°08.90'N，88°20.57'～88°21.70'E)汇合。因此，阿拉干的植被恢复比较有代表性。此外，塔里木河流域管理局在此处布设了6个地下水动态监测井，为本研究提供了地下水监测数据，若羌县阿拉干护林站提供了基本营宿条件，所以，选择阿拉干为长期研究靶区。

图1 研究区塔里木河下游示意图

2 研究方法

2.1 样地的布设、调查内容

为了查明树木长势恢复与输水后地下水抬升幅度的定量关系，考虑到塔里木河流域管理局在此断面布设的地下水监测井的分布，在阿拉干布设了2个长期监测样地，即抽样调查样地和地毯式调查样地。

抽样调查样地:在此样地范围内，依据离河道距离、胡杨分布密度、微地貌以及地表状况，共设随机调查样方37个，每个样方都选择一颗中心树，样方就是以中心树为圆心半径20 m的圆。样方内所有的胡杨树用编号牌标示，每年6—10月份对各样地内的胡杨进行实测调查，主要实测指标有:盖度、郁闭度、胸径、冠幅、树高(绿色树高和绝对树高)、枝下高、树冠疏失度、基部萌生枝、估计树龄，以及林下植被等可视指标。同时记录每个样方的微地貌状况、海拔高度、经纬度、植被状况、人为干扰痕迹，并从积水处取水样以便作室内水质分析。最后对地下水数据，胡杨实测数据和其他附属信息进行汇总、补充、量化和对比。

地毯式调查样地:由于胡杨是荒漠地区典型的潜水旱中生植物，生活在极为恶劣的环境下，各项生长指标年内的变化微少;因此，为了保证胡杨长势变化的长期动态监测，在阿拉干断面又选定了一个总面积为100 hm2的地毯式调查样地，该样地内已监测胡杨株树共有4 499棵。

2.2 冠幅的测量方法

冠幅(Crown Diameter，CD)是树冠外缘最大和最小宽度的平均值，是指树冠在水平方向的宽度或树冠在地面投影面积的平均直径，它间接反映树冠的饱满程度和树木长势状况的好坏［11］。对塔河下游胡杨来说，冠幅的变化是衡量输水对荒漠河岸林的刺激作用的重要生态指标之一［10，12］。冠幅的测量方法很简单，一般用测距仪或皮尺来实测，常用单位为米(m)和厘米(cm)，即CD=(Ad+Bd)×2－1。式中CD为冠幅;Ad为树冠最大直径;Bd为树冠最小直径。

3 结果与分析

3.1 输水对胡杨冠幅的影响

向塔河下游应急输水是以保护和恢复胡杨为主体的荒漠河岸林、拯救严重受损的生态系统为主要目标的，是一项意义重大的生态工程。在近10 a实施的人工输水干扰下，胡杨等荒漠河岸林总体上得到了不同程度的复壮和好转［12］。

作为重要的可测指标，冠幅的增减变化能够反映胡杨个体对输水的响应程度。一般情况下，人工输水次数频繁、输水量大，下一年的胡杨树冠饱满，冠幅增加，树冠疏失度减少，表明输水对胡杨的生长产生积极作用。由表1可以看出，河道附近50 m的范围内胡杨平均冠幅从输水前的2.25 m已增加到输水后的4.50 m(2004)或4.99 m(2007)，说明输水对胡杨冠幅的变化起到积极的作用，在输水恢复过程中胡杨冠幅明显增加，甚至在离河道距离800 m处也有胡杨冠幅的增长现象(输水前的1.6 m增加到输水后的3 m)，说明输水对胡杨个体生长，尤其是对冠幅增长的效果是明显的。通过2004、2007年地面监测数据的对比分析，胡杨的冠幅在河道附近一定范围内发生了明显的变化，离河道越近，胡杨冠幅的变化就越明显，随着离河道距离(地下水埋深)的增加，胡杨冠幅的变化幅度也相应地下降，而离河道距离800 m以上的胡杨冠幅3年以来几乎没有变化，这同时充分说明了在横向上胡杨对生态输水的响应范围(表1)。

表1 输水前后不同地下水埋深条件下胡杨冠幅的变化

3.2 不同离河道距离处胡杨冠幅分布特征

胡杨冠幅在不同离河道距离处的分布特征在某种程度上也能够反映其对应急生态输水的响应。为了更加具体地讨论塔河下游阿拉干断面胡杨冠幅的空间分布情况，文中依据2005年在阿拉干100 hm2地毯式调查样地内实测的4 499棵胡杨冠幅数据，将研究区内的胡杨冠幅分为以下6个等级，分别是:X=0(即冠幅0，如枯立木或树桩)、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。

由图2可以看出，不同冠幅级的胡杨大部分都分布在离河道距离300 m范围内，尤其是在离河道100 m之内。随着离河道距离的增加，地下水埋深逐渐加大，输水影响程度越来越小，不同冠幅等级的胡杨株数都开始减少。由此可以得知，离河道距离越近，胡杨密度越大，不同冠幅级的胡杨交叉分布，老中幼树混生，有利于群落结构的稳定性。

图2 阿拉干断面不同离河道距离处的胡杨冠幅分布格局

对不同冠幅级的胡杨个体而言(图2)，冠幅为0＜X≤2.0 m的胡杨实生苗(当然也有枯立木或者树桩，但河道附近枯立木的数量不多)在河道附近有相当的数量，随离河道距离的增加开始锐减，分布与离河道距离呈现出极显著的负相关，说明生态输水对胡杨恢复和自然更新产生了积极的影响。冠幅为2.0 m＜X≤4.0 m、4.0 m＜X≤6.0 m的胡杨株数在离河道400 m的范围内达到3 841棵，占研究区胡杨总数的76%，说明离河道400 m范围是研究区大部分胡杨的主要分布空间。冠幅为6.0 m＜X≤8.0 m、X＞8.0 m的长势好、年龄较大的胡杨株数占研究区胡杨总数的38%，说明该地区老龄的胡杨个体占相当多的数量，表现为年龄结构趋向老化，更新能力几乎丧失。值得一提的是:按惯例来说，健康胡杨的年龄大小与冠幅大小呈正相关，但通过调查研究发现该断面年龄大的胡杨冠幅一般小于年龄小的胡杨冠幅。

4 结论与讨论

通过对塔河下游胡杨冠幅对输水的响应分析，可以得出以下结论:

塔河下游的胡杨冠幅在不同离河道距离范围内表现不同的分布格局，由于荒漠河岸林伴河生长的特点，大部分胡杨主要分布在河道附近。冠幅为2.0 m＜X≤4.0 m、4.0 m＜X≤6.0 m的胡杨，大体上(76%)分布在离河道400 m的范围内，说明多次的生态输水使这一范围内的地下水位抬升至能够被胡杨利用，从而满足以胡杨为主体的荒漠河岸林的正常生长需求。

通过输水对胡杨冠幅的影响程度的分析，可以看出在垂直河道方向上胡杨对应急输水的响应范围:离河道越近，胡杨冠幅的变化幅度越大，说明胡杨对生态输水的响应是极其明显的。随着离河道距离(地下水埋深)的增加，胡杨冠幅的变化幅度就不明显，在离河道800 m的范围内胡杨冠幅几乎没有变化，表明在此范围内应急输水对胡杨林恢复状况几乎没有贡献。

虽然已实施了10次人工输水，累计输水量已超过2.3 Gm3，对胡杨为主体的荒漠河岸林的恢复起到了一定的促进作用，但由于目前的生态输水在输水量、输水方式、输水时间等方面还存在着一定的问题，下游阿拉干以下大部分地区的地下水埋深依然在8 m以下，远远大于天然植被正常生长发育的合理生态水位(3～5 m)，因此，还无法保证胡杨林的自然恢复和更新。所以，继续向塔河下游实施人工输水，促进胡杨林的全面恢复，并维持下游“绿色走廊”的生态服务功能是一个艰巨而长期的任务。

［1］宋郁东，樊自立，雷志栋，等.中国塔里木河水资源与生态问题研究［M］.乌鲁木齐:新疆人民出版社，2000.

［2］刘晏良.塔里木河中下游实地踏勘报告［M］.北京:中国统计出版社，2000.

［3］沙代提·木沙，玉米提·哈力克，托呼提·艾合买提，等.塔里木河下游生态输水过程中荒漠河岸林活力恢复监测［J］.生态环境学报，2009，18(5):1898－1902.

［4］杨戈，郭永平.塔里木河下游末端实施生态输水后植被变化与展望［J］.中国沙漠，2004，24(2):167－172.

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［6］陈亚鹏，陈亚宁，李卫红，等.塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨生理特点分析［J］.西北植物学报，2004，24(10):1943－1948.

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