塔里木河流域综合治理的生态效应

结合塔里木河下游输水和中游段输水堤防建设工程,在下游、中游分别设置了9个和3个地下水位和地下水化学特征监测断面,并在中游的3个断面和下游的6个典型断面进行了植物样方调查,以分析综合治理工程的实施对地下水和植被的影响.结果表明,在生态输水影响下,塔里木河下游断流河道两岸地下水位抬升显著,植被的盖度有明显增加,胡杨的当年生枝叶都表现出积极变化;塔里木河中游地区在建有输水堤防又有生态闸的断面地下水位、水质以及植被综合优势比均明显好于无生态闸断面.     

塔里木河下游生态输水后地下水的响应研究

由于近50a来人类不合理地资源开发,造成塔里木河下游的生态环境问题日趋严峻.为拯救下游绿色走廊,恢复和重建受损的下游生态系统,于2000年7月始,实施了塔里木河下游应急生态输水工程,水流于2001-11-02流进塔里木河尾闾--台特玛湖,使干涸近30a的台特玛湖重新受到水的滋润.笔者根据近2a在塔里木河下游的监测结果,通过对塔里木河下游地下水在河道纵向、横向的响应,地下水位响应强度及地下水位的变化带来下游天然植被的变化等方面对塔里木河下游生态输水工程进行阐述,分析了生态输水后地下水位响应的初步规律.研究结果表明:地下水位在一定范围内对生态输水的响应很明显,并由此带来下游生态环境向有利的方向转变.      

塔里木河下游生态输水对植被和地下水位的影响

由于近50a来人类不合理的资源开发,造成塔里木河下游的生态环境问题日趋严峻.为拯救下游绿色走廊和改善下游环境,于2000年7月始,实施了塔里木河下游应急生态输水工程,水流到达台特玛湖本文根据2a来在塔里木河下游的监测结果,通过对下游天然植被的一些生态指标的变化和输水后地下水位变化等资料进行对比分析,发现随着输水工程的进行,距输水河道一定范围内地下水位升高明显.相应地,下游植被的生态响应也很显著,沿河岸许多种草本植被又重新出现,而一些耐旱乔、灌木随着生境的改变,长势也出现明显好转,主要表现在植被盖度、植物多样性指数和丰富度指数的提高以及胡杨冠幅的加大.同时,研究结果表明,截止2002年9月,在塔里木河下游中段,生态输水对地下水影响范围为800m,天然植被恢复的范围为700m.由于环境条件的差异,在不同区段的影响范围不一样,总体上表现为由上而下逐步递减的趋势.     

塔里木河下游地下水化学特征对输水响应的阶段性研究

通过对塔里木河下游英苏断面地下水化学特征在生态输水作用下变化的观测资料研究发现,地下水化学特征对间歇性输水的响应表现出阶段性的特点:在受输水影响的初期地下水中矿化度和主要离子含量呈现上升变化,随着输水的进行,矿化度和主要离子的含量逐步下降,最后又表现出上升态势.根据地下水盐变化特点可将地下水化学对输水的响应划分为3个阶段:初期阶段(盐分横向累积阶段)、中期阶段(淡化压盐阶段)和后期阶段(蒸发溶盐阶段);输水间歇地下水化学特征的变化与地下水化学对输水响应表现出的阶段性特征相一致的特点.在“盐随水来,盐随水去”规律作用下,地下水化学特征的阶段性变化受土壤盐分含量、与河道距离、输水水质、水量的影响,其中土壤盐分、输送水的水质与地下水位的抬升是主导因素,而距河道远近与水量的多寡则是导致与河道不同距离处阶段性变化时间差异的重要原因.从水盐运移规律的角度考虑,河道输水方式比面上输水方式更利于生态恢复.     

塔里木河下游河道断流对土壤碳释放的影响

该文以塔里木河下游土壤碳释放为研究对象,利用LI-8100监测下游土壤碳释放速率,结合对塔里木河下游浅层地下水位、植被盖度、土壤容重等观测数据分析下游断流河道对土壤碳释放的影响,并分析研究人工应急输水工程对土壤碳释放/固定的反馈。结果表明:在极端干旱条件下,地下水位与土壤碳素释放速率之间存在密切关系,地下水位越深土壤碳素释放速率越慢;地表植被盖度与土壤碳素释放速率之间存在极其密切关系,地表植被盖度越低,土壤碳释放速率越小;塔里木河下游自断流以来至2015年,每年土壤有机碳损失195.42~323.44 t,自2001年实施应急输水工程以来,土壤有机碳损失趋势大大逆转,2000-2015年土壤有机碳每年固定164.03~320.5 t。下游生态输水工程不仅对拯救日益退化的塔里木河下游"绿色走廊"具有积极作用,而且对于区域碳源/汇功能具有重要意义。     

塔里木河下游输水间歇地下水埋深及化学组分的变化

基于适时监测资料,对塔里木河下游2006年11月第11次输水停止后地下水埋深和地下水化学特征时空变化进行分析总结,结果发现,塔里木河下游上段地下水埋深自2007年3月～2009年9月呈增加变化,地下水主要离子含量以增加变化为主;中段地下水埋深呈增加变化,但主要离子的含量以下降变化为主要特征;下段地下水埋深从2008年8月起呈减小变化趋势,地下水中主要离子含量随地下水位的上升而增加.在各断面距离输水河道远处,地下水埋深变化首先与断面距离水源地大西海子水库的远近有关,距离大西海子水库较近的英苏断面在输水间歇地下水埋深呈增加变化,但变化幅度不大;喀尔达伊断面地下水埋深在输水间歇以增加变化为主;阿拉干和考干断面地下水埋深在2008年8月以后才开始受到输水的影响,地下水化学特征的变化则表现出较复杂的变化.     

塔里木河下游第五次应急输水后地下水恢复量的计算

依据塔里木河下游应急输水前与第五次第一阶段输水后地下水的监测资料,分析了输水前后地下水位的响应特征:地下水位在应急输水前持续下降,呈近似水平状态;输水后则由于接受了河道渗漏的补给,地下水位表现出逐次回升的趋势且受输水的影响,宽度(距离河道)也随之加大。在此基础上,逐断面拟合了第五(I)次输水后地下水位与离河距离的二次多项式方程,同时运用地下水水均衡的原理,推导了计算地下水净恢复量的数学公式,并以此为工具对第五(I)次输水后地下水的净恢复量进行了计算。     

基于决策树分类的塔里木河下游沙漠化动态变化分析

运用决策树分类法对1990年,2000年,2006年3期遥感影像进行分类,寻求生态输水对塔里木河下游沙漠化进程的影响.结果表明,2000年生态输水后沙漠化速度减缓,但沙漠化进程仍在继续.沙漠化变化方向主要为非沙漠化→轻度沙漠化→中度沙漠化→重度沙漠化→极重度沙漠化,生态输水后正向变化减小,逆向变化量增加.沙漠化变化区域主要集中在绿洲边缘和河道两侧,生态输水后变化区域离绿洲边缘和河道更近.沙漠化与距河道距离密切相关,距河道越远沙漠化退化越严重;生态输水后,距离河道1 km内的沙漠化得到抑制并出现逆转.      

塔里木河下游植被覆盖度变化与地下水质关系

植被覆盖度的变化是地球内部作用与外部作用的共同结果,但在短期内主要受人类活动的影响.人类对自然植被覆盖度的影响最常见的就是通过对水分和水质状况的改变而影响植被覆盖度的变化.本研究基于2002~2007年间塔里木河下游地下水化学特征变化的监测资料和植被覆盖度的适时监测,探讨了植被覆盖度与地下水质之间的关系.结果表明,植被覆盖度在沿河道方向上,从A断面的80%,下降到Ⅰ断面的不足10%;在垂直河道方向上表现为距离输水河道越近植被覆盖度越高的特点;地下水pH值也表现出沿河道方向从上段到下段,从距离河道近处向距离河道远处下降的变化趋势.回归分析发现,胡杨覆盖度随地下水pH值的升高而指数增加,柽柳覆盖度则随地下水pH值的增加而降低.胡杨和柽柳与地下水质的关系是造成胡杨主要分布于距离河道近处而柽柳则分布在远离河道处的因素之一.     

胡杨生理指标对塔里木河下游生态输水的响应

根据塔里木河下游受生态输水影响的断面和未受输水影响断面的胡杨生理指标脯氨酸、脱落酸和叶片含水量的变化,就胡杨生理指标对生态输水的响应进行了初步分析.结果显示:①在受到生态输水影响的断面,胡杨叶相对含水量增加,脯氨酸、脱落酸因水分条件的好转而分解降低;在未受到生态输水影响的断面,因为干旱胁迫程度的加重,胡杨叶相对含水量减少,脯氨酸、脱落酸因积累而增加.②在生态输水前,胡杨生理指标总体上与地下水位变化相一致,即:随着地下水位的降低,胡杨脯氨酸和脱落酸水平增加;随地下水位的升高,脯氨酸和脱落酸水平有降低的趋势.③从个别数据的异常看,在塔里木河下游,当地下水位较低时,地下水位的升降仅是影响胡杨干旱胁迫的一个因子.因此,在塔里木河下游开展的生态输水工程,对该区胡杨生长的影响非常显著,它在一定程度上缓解了胡杨水分的亏缺,减轻了干旱胁迫程度.      

Changes in groundwater levels and the response of natural vegetation to transfer of water to the lower reaches of the Tarim River

Restoration and reconstruction of the degraded Tarim River ecosystem is an important challenge.A goal of an ecological water conveyance project is to protect and restore the natural vegetation in the lower reaches of Tarim River by transferring water from Bosten Lake,through the river channel,to the lower reaches.This study describes the changes in groundwater depth during the water transfer and the respondence of riparian vegetation to alterations in groundwater levels.The results indicate that groundwater depth along the Tarim River channel has a significant spatial-temporal component.Groundwater levels closest to the river channel show the most immediate and pronounced changes as a response to water transfer while those further away respond more slowly,although the observed change appears to be longer in duration.With a rise in the groundwater level,natural vegetation responded with higher growth rates,biomass and biodiversity.These favorable changes show that it is feasible to protect and restore the degraded natural vegetation by raising the groundwater depth.Plant communities are likely to reflect the hysteresis phenomenon,requiring higher water levels to initiate and stimulate desired growth than what may be needed to maintain the plant community.Because different species have different ecologies,including different root depths and densities and water needs,their response to increasing water availability will be spatially and temporally heterogenous.The response of vegetation is also influenced by microtopography and watering style.This paper discusses strategies for the protection and restoration of the degraded vegetation in the lower reaches of the Tarim River and provides information to complement ongoing theoretical research into ecological restoration in arid or semi-arid ecosystems.     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。     

塔里木河下游输水前后NDVI差异分析

运用统计方法分析塔里木河下游英苏、喀尔达依、阿拉干三断面输水前后归一化植被指数(NDVI)的差异大小并推测河畔植被对输水的响应程度。结果表明:随着输水进行,研究区NDVI与地下水埋深逐渐呈负相关趋势,NDVI增幅随地下水埋深减小逐渐增大;输水前后相同断面NDVI差异极显著,根据输水前后NDVI差值大小确定植被恢复速度为:英苏>喀尔达依>阿拉干;各断面NDVI在输水前没有差异,输水后断面间NDVI差异显著,根据差异大小确定恢复程度顺序为英苏>喀尔达依>阿拉干;以大西海子水库周边NDVI为参照,确定经7年8次生态输水英苏、喀尔达依、阿拉干三断面植被恢复度分别为20.2%、18.4%和8.4%。以上研究表明,研究区植被恢复仍然有限,坚持持续输水很有必要。