塔里木河干流漫溢后植被群落、盖度变化特征分析研究.pdf

1云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期：2023-05-23 作者简介：郑刚（1979-），男，新疆阿克苏人，高级工程师，主要从事干旱区水资源管理相关工作。塔里木河干流漫溢后植被群落、盖度变化特征分析研究郑刚1，王楚含2（1.塔里木河干流管理局，新疆库尔勒841000；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆乌鲁木齐830001）摘要：分析塔里木河干流区域群落结构与生态输水之间的变化关系对塔里木河流域生态水利用效率的提高具有实际意义。基于实地调查得到塔里木河干流区域的群落结构分布中相对盖度与高度都以乔灌木中胡杨为最大；生态输水以来区域的群落结构逐渐趋于多样化；植被盖度与塔里木河干流来水量基本保持一致，具有一定的滞后性。同时对输水时间进行了浅要讨论，可为塔河流域水资源优化配置的决策制定提供参考。关键词：塔里木河；群落结构；生态输水；植被盖度中国分类号：S718.54+2 文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)03-0001-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.03.001Analysis and Study on the Characteristics of Vegetation Community and Coverage Change after Overflow in the Main Stream of Tarim RiverZHENG Gang1，WANG Chuhan2(1.Xinjiang Tarim River Basin Management Bureau,Korla 841000,China;2.Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chinese Academy of Science,Urumqi 830001,China)Abstract：It is of practical significance to analyze the relationship between community structure and ecological water transport in the main stream of Tarim River for improving the ecological water use efficiency in Tarim River Basin.Based on field investigations,it was found that the relative coverage and height of the community structure distribution in the main stream area of Tarim River are highest among the trees and shrubs,with diversiform-leaved poplar being the highest.Since the ecological water transport,the community structure in the region has gradually become more diverse.The vegetation coverage is basically consistent with the inflow of the main stream of Tarim River,with a certain lag.This paper also discusses the water delivery time,which can provide reference for decision-making on the optimal allocation of water resources in Tarim River Basin.Keywords：Tarim River;community structure;ecological water conveyance;vegetation coverage0引言干旱区绿洲荒漠生态系统的生态安全和稳定是维系其可持续发展的基础，荒漠河岸林生态系统是干旱区内陆河流域绿洲1。荒漠河岸林植被是干旱区内陆河流域荒漠生态系统的核心构件和重要组成部分，维系着荒漠区域能量与物质的循环，在干旱区具有十分特殊的生态功能2。而水是维系干旱区内陆河流域生态系统结构完整和功能完善最为重要的生境因子，在与干旱区河流水文变化过程的长期适应过程中，荒漠河岸林植被繁育更新、群落演替及分布格局与河流水系变迁形成了不可分割的密切关系3。塔里木河干流荒漠河岸林植被带沿河流廊道呈带状展布，长约1 321 km，主要由河水和地下水维系发育的胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix chinensis）和芦苇（Phragmites australis）等荒漠河岸林植物群落以及在原有荒漠河岸林植被基础上开发建设的人工绿洲构成4。在干旱半干旱地区，植被生态2云南水力发电2024 年第 3 期需水是当前生态需水的重点研究内容与基础5，6。随着 2001年先后启动的塔里木河流域综合治理、公益林管护、引洪灌溉、退耕还林等修复措施，以水流到达尾闾台特玛湖为输水目标，使塔里木河干流的胡杨林得到了有效的恢复7。众多学者关注塔里木河生态输水方式、策略及其对河岸胡杨林的影响8-11。徐海量、白元等分析了塔河下游生态输水后两岸地下水位恢复状况并分析了生态需水量12；杨鹏年等认为相较于输水前，各断面地下水位均有不同程度的上升，其与离河距离相关13。也有学者侧重研究自然补水对河岸植物及其群落特征的影响；认为生物多样性与演替、群落过渡带概念密切相关14；也有对塔河荒漠河岸林植被群落、荒漠河岸林生态系统服务空间格局等进行研究15-17。而针对塔里木河干流生态输水漫溢后的荒漠河岸林植被群落、盖度变化特征的变化研究较少。因此研究塔里木河流域荒漠河岸林变化对塔里木河流域水资源合理配置及精准补水具有一定参考依据。1材料与方法1.1研究区概况塔里木河流域面积为 102104 km2，从叶尔羌河河源起算，塔里木河总长约 2 350 km，是中国最长的内陆河、世界第 5 大内陆河，塔里木河干流长 1 321 km。塔里木河流域地处天山地槽与塔里木地台之间的山前凹陷区，位于中纬度欧亚大陆腹地，远离海洋，四周高山环绕，为典型的温带干旱大陆性气候。山区降水多、气候寒冷、高山多冰雪覆盖；平原区降水稀少、蒸发强烈、干燥多风、温差较大。区域径流年际变化较平稳，年内随季节分配不均，夏季来水较丰，春、秋季来水较小，冬季水量最小。1.2数据来源及方法1.2.1数据来源20002017 年塔里木河干流来水量由塔里木河流域管理局提供，为逐月实测径流数据。植被盖度数据基于 20002017 年 Modis 16 d 合成的MOD13Q1 NDVI 数据产品，进行预处理后计算得到。1.2.2研究方法植被盖度与 NDVI 指数两者之间存在着极显著线性相关。采用像元二分模型进行植被覆盖度的反演，其计算公式如下：（1）式中：VC植被覆盖度，NDVIS研究区裸地NDVI 值，NDVIv纯植被象元 NDVI 值。根据已有研究成果，NDVIS和 NDVIv分别取年 NDVI 直方图的 5%处及 95%处值。2结果与分析2.1群落结构分布特征塔里木河干流区域植物种类稀缺，在干早区气候背景下，河水漫溢主要发生在近河道两侧。通过对塔里木河干流进行实地调查，样地中出现的植物有 37 种，分别属于 16 科 36 属。其中禾本科、菊科、蝶形花科和蒙科 4 个科共有 24 种，约占所有种数的 69%，乔木层有胡杨、沙枣 2 种，灌木层有多枝柳、黑果枸杞、铃铛刺，半灌木及草本层有疏叶骆驼刺、大叶白麻、胀果甘草、花花柴、芦苇等 32 种。研究区域内物种特征见表 1，可以看出在调查样地中出现频次最高的是胡杨，在调查的 33 个乔灌样地中的 32 个样地均有出现，约占样地总数的 97%，其次为怪柳，出现于 28 个样地，占样地总数的 85%，黑果枸杞、铃铛刺和沙枣出现频次小于总样地的 50%。在所调查的 90 个草本样方中，出现频次最高的芦苇占 37%，其次为疏叶骆驼刺占 23%，花花柴占 20%，胀果甘草占 19%等。从相对盖度来看，乔灌样方中胡杨的占最多（覆盖度 26.56%），其次为怪柳（9.49%），草本中大叶白麻覆盖度最大（19.48%），其次为小花棘豆（Oxyropis glabra）（10.42%），胀果甘草（9.01%），其余物种相对盖度均较小；从相对高度来看，依次为乔木 灌木 草本，胡杨相对高度为群落顶部，灌木层以柽柳最高，草本层依次为芦苇 疏叶骆驼刺 胀果甘草 大叶白麻 花花柴等；结合植物优势度，乔灌层胡杨重要值最大为 0.634，其次为柽柳 0.254，黑果枸杞、铃铛刺次之，沙枣作为偶见伴生种，在乔冠层重要值最小；草本层芦苇重要值最大为 0.226，胀果甘草和疏叶骆驼刺次之，其余物种的重要值均小于 3郑刚，王楚含塔里木河干流漫溢后植被群落、盖度变化特征分析研究0.1。可以看出大多数植物的重要值较小，表明塔里木河干流区域多种植物种类在样方中的出现频次较低；在调查样地中，胡杨密度为 12 株/2 500 m2，柽柳为 8 株/2 500 m2，黑果枸杞为 2 株/2 500 m2，草本中芦苇最高为 3 株/m2），蒿子为 4 株/m2），骆驼刺、胀果甘草、花花柴、河西苣（Hexinia polydichotoma）、小花棘豆、小獐毛（Aeluropus pungens）密度约为 1 株/m2，其余小于 1。2.2群落结构变化对生态输水的响应对胡杨林进行生态输水，一定水量的情况下，生态闸口附近会形成一定的河水漫溢面积，水量小则漫溢面积小、区域少，水量大则漫溢范围大。随着 2016 年塔河生态输水工程的启动，塔里木河上游、中游以及叶尔羌河下游输水区受到水分的干扰使得地表植被也发生了变化。塔河上游吐江断面为例，其重要值变化见图 1、图 2。可以看出在输水前，林地内除主要植被胡杨外，其他植被的组成主要是灌木，如柽柳，也存在少许多年生草本，如芦苇等，经计算得出输水前灌木、多年生草本重要值分别为 0.85、0.08，一年生草本几乎不存在，在输水后灌木的重要值变为 0.68，呈下降趋势，草本重要值变为 0.21，呈上升趋势，且出现了一定数量的一年生草本，多年生草本主要有芦苇、骆驼刺、甘草、蒿子、花花柴等，一年生草本主要有盐生草、猪毛菜、苦豆子等。考虑此变化出现主要是输水改善了胡杨林土壤水分条件，影响了有机质含量，从而促进了地表植被结构植物组成的多样化。同时，输水工程使得种子萌发的环境得到了改善，这也可能是漫溢区出现较多实生苗的原因。图 1塔河上游胡杨林输水前后植被组成变化图植物组成结构在空间上也发生了变化，结果见图 2，可以看出随着距生态闸口距离不断增大，多年生植物的重要值逐渐减小，一年生植物重要值下降最快，而灌木重要值在增大，这表明距离放水口越远，河水漫溢效应越差，则一年生植物减少甚至消失的速率越大，多年生植物逐渐减少，灌木的重要值逐渐增大，物种多样性随之减少。反映了 400 m 范围植被结构类型丰富，从 600 m 以后恢复到输水前的状态。图 2塔河上游距生态闸口不同距离植被组成图2.3植被盖度变化对干流来水量的响应基于 20002017 年实测塔里木河干流来水量数据及利用 NDVI 反演计算的植被盖度数据，结果见图 3。可以看出自 2000 年以来，塔河干流来水量总体呈现上升趋势，植被盖度总体也呈上升趋势，两者变化趋势一致，随着 2000 年以来塔河干流来水量的增大，植被盖度自 2002 年开始逐渐增大，可以发现植被盖度变化较来水量存在一定的滞后性，且在 20072009 年来水量较小，植被盖度随之呈现减小趋势，在 2009 年来水量最低，植被盖度在 2010 年达到最小值，可以看出植被盖度对来水量的响应存在 1 2 a 的滞后性。图 3塔里木河干流来水量及植被盖度变化图（下转第 8 页）8云南水力发电2024 年第 3 期期间灌区范围内需要水量计量的灌溉分水口有 70个，此次考虑建设安装 36 套水位流量监测站点；灌区支渠共有 1 419 个分水口，考虑建设安装 6 套水位流量监测站点，其余部分以后陆续完成。完成鸳鸯灌区调度管理基础支撑平台改造提升建设，完成鸳鸯灌区已建相关系统的融合接入，完成鸳鸯灌区调度管理应用系统建设，以后工作只是局部完善优化。5结束语此次灌区节水改造工程共计改造总干渠 5.665 km，支干渠 5.793 km，支渠 17.675 km，改建渠系建筑物 179 座，可改善鸳鸯灌区 36.36104亩灌溉面积渠系输水利用效率，总干渠输水效率由现状 0.86 提高至 0.87，改善东干渠西支干渠和西干古城支干渠灌溉面 8.08104亩输水效率，由现状0.88 提高至 0.884，通过改造提升调度管理基础支撑平台，建设灌区调度管理应用系统，完成已建自动量测设施融合接入建设，有效推进灌区信息化、现代化建设。参考文献：1 盛彩红.大型灌区续建配套与节水改造研究：以昌马灌区为例 J.小水电，2022，5（227）：39-41.2 水利部农村水利水电司.聚焦全面小康 决胜脱贫攻坚 奋力开创农村水利水电高质量发展新阶段：2021 年农村水利水电工作会议工作报告R.2021.3 孙少华，陈梦婷，罗玉峰，等.湖北省大碑湾灌区建设与管理现状及发展对策J.中国农村水利水电，2020，（8）：131-133.4 张靖.曲靖大型灌区续建配套节水改造项目实施效果评价J.云南水力发电，2021，37（7）：32-37.5 卫伟，史源，张雪萍.北赵引黄灌区续建配套与现代化改造建设思路与布局J.山西水利，2021，37（5）：14-15+18.6 张开学，张龙龙，郭星星.引沁灌区新型水闸测控一体化综合系统的研究与应用J.水利发展研究，2021，21（6）：96-101.（上接第 3 页）3结束语通过实地踏勘、布样监测、水文断面实测数据及结合 NDVI 反演得到的植被盖度变化，综合分析塔里木河干流群落结构的分布特征，发现塔里木河干流区域多种植物种类在样方中的出现频次较低，相对盖度、高度中胡杨为最大；同时植被盖度的变化与塔里木河干流来水量的变化基本保持一致，且具有一定的滞后性；随着生态输水的实施，促进了群落结构的多样化，同时在输水时间的选择上需要与植物落种时间相匹配。参考文献：1 祖力呼玛尔艾再孜.生态水利工程对塔里木河荒漠河岸林植被的水文响应研究J.地下水，2022，44（3）：206-208.2 陈亚宁，郝兴明，李卫红，等.干旱区内陆河流域的生态安全与生态需水量研究：兼谈塔里木河生态需水量问题J.地球科学进展，2008，163（7）：732-738.3 邓铭江，周海鹰，徐海量，等.塔里木河干流上中游丰枯情景下生态水调控研究J.干旱区研究.2017，34（5）：959-966.4 陈海燕，陈亚宁.新疆塔里木河干流荒漠河岸林植被带变化J.生态学杂志，2015，34（11）：3166-3173.5 曾锐.岩溶断陷盆地植被生态需水的时空分异及其影响因素 D.重庆：西南大学，2021.6 张丽，李丽娟，梁丽乔，等.流域生态需水的理论及计算研究进展J.农业工程学报，2008，24（7）：307-312.7 杨玉海，朱成刚，汪洋，等.塔里木河下游生态输水对胡杨林生态系统碳循环的影响J.干旱区地理，2021，44（3）：637-642.8 徐海量，陈亚宁，杨戈.塔里木河下游生态输水对植被和地下水位的影响J.环境科学，2003，24（4）：18-229 陈亚宁，李卫红，陈亚鹏，等.新疆塔里木河下游断流河道输水与生态恢复J.生态学报，2007，27（2）：538-545.10 杨鹏年，吴文强，买合木提巴拉提，等.塔里木河下游生态输水策略分析J.干旱区研究，2014，31（5）：785-791.11 Ling H B，Zhang P，Guo B，et al.Negative feedback adjustment challenges reconstruction study from tree Rings：a study case of response of populus euphratica to river discontinuous flow and ecological water conveyance J.Sci Total Environ.2017，574（1）：109-119.12 白元，徐海量，张青青，等.基于地下水恢复的塔里木河下游生态需水量估算J.生态学报，2015，35（3）：630-640.13 杨鹏年，吴文强，买合木提巴拉提，等.塔里木河下游生态输水策略分析J.干旱区研究，2014，31（5）：785-791.14 Ward J V，Tockner K，Schiemer F.Biodiversity of floodplain river ecosystems：ecotones and connectivityJ.Regulated Rivers：Research&Management，1999，（15）：125-139.15 阿依努尔艾尼，玉米提哈力克，塔依尔江艾山，等.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J.水土保持研究，2016，23（1）：205-209.16 韩路，王海珍，王家强，等.塔里木河上游荒漠河岸林土壤水盐空间变化与生态影响J.中南林业科技大学学报，2016，36（9）：82-88.17 韩路，陈家力，王家强，等.塔河源荒漠河岸林群落物种组成、结构与植物区系特征J.植物科学学报，2019，37（3）：324-336.