胡楊冠幅對塔里木河下游應急生態輸水的響應1)

玉米提·哈力克 塔依爾江·艾山(新疆大學，烏魯木齊，830046)

艾里西爾·庫爾班(中國科學院新疆生態與地理研究所)

Bernd Cyffka(Eichstaett-Ingolstadt大學，德國)

Christian Opp(Marburg大學，德國)

塔里木河(以下簡稱塔河)地處中國西部干旱區新疆，干流全長1 321 km，是中國最長的內陸河［1］。近50 a以來，由于氣候變暖，中上游人口增加和超負荷水土開發，使塔河下游來水量急劇減少，導致下游生態環境的日趨嚴峻［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略意義的“綠色走廊”，逐步恢復流域生態，自2000年5月份啟動了向塔河下游應急生態輸水工程，迄今已實施了10次人工輸水，累計輸水量達2.311 Gm3［3］。隨著輸水次數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。

胡楊(Populus euphratica Oliv.)是我國干旱區內陸河流域唯一成林樹種，是應急輸水生態恢復的目標植物之一。為此，深入研究并長期監測胡楊對人工輸水的響應，對科學布局生態恢復工程和優化人工輸水措施和方案有重要的意義。為了準確評估輸水的生態效益，許多專家和學者從不同的角度對塔河下游的胡楊進行了探索性研究并報道了大量的研究成果［4－8］。但是，關于胡楊冠幅及其對輸水響應方面的研究尚未見詳細報道。文中通過野外實測和數據分析，對不同離河道距離(不同地下水埋深)處的胡楊冠幅變化進行對比，查明胡楊冠幅對輸水的響應程度，為科學評價輸水效果、制定和調整輸水方案提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于塔河下游的大西海子水庫至臺特瑪湖區段(圖1)。本區屬典型的大陸性氣候區，干旱少雨，蒸發強烈，晝夜溫差大，日照時間長，多風沙和浮塵天氣，年降水量只有17～40 mm，年潛在蒸發量高達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，但是由于有季節性河水和地下水的補給，部分河段河漫灘及兩岸的低階地發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，結構單純。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，構成了結構簡單、脆弱的荒漠河岸林植物群落［10］。塔河下游水系較為復雜，交叉眾多，河曲發育。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，阿拉干的植被恢復比較有代表性。此外，塔里木河流域管理局在此處布設了6個地下水動態監測井，為本研究提供了地下水監測數據，若羌縣阿拉干護林站提供了基本營宿條件，所以，選擇阿拉干為長期研究靶區。

圖1 研究區塔里木河下游示意圖

2 研究方法

2.1 樣地的布設、調查內容

為了查明樹木長勢恢復與輸水后地下水抬升幅度的定量關系，考慮到塔里木河流域管理局在此斷面布設的地下水監測井的分布，在阿拉干布設了2個長期監測樣地，即抽樣調查樣地和地毯式調查樣地。

抽樣調查樣地:在此樣地范圍內，依據離河道距離、胡楊分布密度、微地貌以及地表狀況，共設隨機調查樣方37個，每個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。樣方內所有的胡楊樹用編號牌標示，每年6—10月份對各樣地內的胡楊進行實測調查，主要實測指標有:蓋度、郁閉度、胸徑、冠幅、樹高(綠色樹高和絕對樹高)、枝下高、樹冠疏失度、基部萌生枝、估計樹齡，以及林下植被等可視指標。同時記錄每個樣方的微地貌狀況、海拔高度、經緯度、植被狀況、人為干擾痕跡，并從積水處取水樣以便作室內水質分析。最后對地下水數據，胡楊實測數據和其他附屬信息進行匯總、補充、量化和對比。

地毯式調查樣地:由于胡楊是荒漠地區典型的潛水旱中生植物，生活在極為惡劣的環境下，各項生長指標年內的變化微少;因此，為了保證胡楊長勢變化的長期動態監測，在阿拉干斷面又選定了一個總面積為100 hm2的地毯式調查樣地，該樣地內已監測胡楊株樹共有4 499棵。

2.2 冠幅的測量方法

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勢狀況的好壞［11］。對塔河下游胡楊來說，冠幅的變化是衡量輸水對荒漠河岸林的刺激作用的重要生態指標之一［10，12］。冠幅的測量方法很簡單，一般用測距儀或皮尺來實測，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 結果與分析

3.1 輸水對胡楊冠幅的影響

向塔河下游應急輸水是以保護和恢復胡楊為主體的荒漠河岸林、拯救嚴重受損的生態系統為主要目標的，是一項意義重大的生態工程。在近10 a實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壯和好轉［12］。

作為重要的可測指標，冠幅的增減變化能夠反映胡楊個體對輸水的響應程度。一般情況下，人工輸水次數頻繁、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，表明輸水對胡楊的生長產生積極作用。由表1可以看出，河道附近50 m的范圍內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)，說明輸水對胡楊冠幅的變化起到積極的作用，在輸水恢復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現象(輸水前的1.6 m增加到輸水后的3 m)，說明輸水對胡楊個體生長，尤其是對冠幅增長的效果是明顯的。通過2004、2007年地面監測數據的對比分析，胡楊的冠幅在河道附近一定范圍內發生了明顯的變化，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，這同時充分說明了在橫向上胡楊對生態輸水的響應范圍(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應急生態輸水的響應。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2005年在阿拉干100 hm2地毯式調查樣地內實測的4 499棵胡楊冠幅數據，將研究區內的胡楊冠幅分為以下6個等級，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，不同冠幅級的胡楊大部分都分布在離河道距離300 m范圍內，尤其是在離河道100 m之內。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，不同冠幅等級的胡楊株數都開始減少。由此可以得知，離河道距離越近，胡楊密度越大，不同冠幅級的胡楊交叉分布，老中幼樹混生，有利于群落結構的穩定性。

圖2 阿拉干斷面不同離河道距離處的胡楊冠幅分布格局

對不同冠幅級的胡楊個體而言(圖2)，冠幅為0＜X≤2.0 m的胡楊實生苗(當然也有枯立木或者樹樁，但河道附近枯立木的數量不多)在河道附近有相當的數量，隨離河道距離的增加開始銳減，分布與離河道距離呈現出極顯著的負相關，說明生態輸水對胡楊恢復和自然更新產生了積極的影響。冠幅為2.0 m＜X≤4.0 m、4.0 m＜X≤6.0 m的胡楊株數在離河道400 m的范圍內達到3 841棵，占研究區胡楊總數的76%，說明離河道400 m范圍是研究區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的長勢好、年齡較大的胡楊株數占研究區胡楊總數的38%，說明該地區老齡的胡楊個體占相當多的數量，表現為年齡結構趨向老化，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，但通過調查研究發現該斷面年齡大的胡楊冠幅一般小于年齡小的胡楊冠幅。

4 結論與討論

通過對塔河下游胡楊冠幅對輸水的響應分析，可以得出以下結論:

塔河下游的胡楊冠幅在不同離河道距離范圍內表現不同的分布格局，由于荒漠河岸林伴河生長的特點，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，說明多次的生態輸水使這一范圍內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需求。

通過輸水對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應急輸水的響應范圍:離河道越近，胡楊冠幅的變化幅度越大，說明胡楊對生態輸水的響應是極其明顯的。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的范圍內胡楊冠幅幾乎沒有變化，表明在此范圍內應急輸水對胡楊林恢復狀況幾乎沒有貢獻。

雖然已實施了10次人工輸水，累計輸水量已超過2.3 Gm3，對胡楊為主體的荒漠河岸林的恢復起到了一定的促進作用，但由于目前的生態輸水在輸水量、輸水方式、輸水時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的地下水埋深依然在8 m以下，遠遠大于天然植被正常生長發育的合理生態水位(3～5 m)，因此，還無法保證胡楊林的自然恢復和更新。所以，繼續向塔河下游實施人工輸水，促進胡楊林的全面恢復，并維持下游“綠色走廊”的生態服務功能是一個艱巨而長期的任務。

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

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