塔里木河下游生態(tài)輸水后胡楊林恢復(fù)效應(yīng)與預(yù)測

根據(jù)塔里木河下游的地下水位、植物調(diào)查數(shù)據(jù),對比分析了塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水位、生物量、物種多樣性變化。結(jié)果表明:實(shí)施生態(tài)輸水工程后,地下水位對生態(tài)輸水的響應(yīng)顯著,地下水位逐漸抬升,下降趨勢得以控制。草本植物生物量的變化趨勢與每次輸水量變化趨勢基本一致,即隨著輸水量的增加草本植物的生物量也相應(yīng)增加,草本植物生物量對生態(tài)輸水的響應(yīng)程度與輸水的時(shí)間、輸水量的多少有密切關(guān)系。地下水位埋深上升,物種多樣性也呈上升趨勢,但二者并不是同步,物種多樣性上升趨勢滯后于地下水位的上升,這表明地下水位的抬升有利于植物多樣性的增加,但是地下水位變化對植物多樣性的影響是一個(gè)漸變的過程。

以生態(tài)輸水后地下水動(dòng)態(tài)變化引起的地表植被生物量差異為出發(fā)點(diǎn),探討生態(tài)輸水對塔里木河下游植被恢復(fù)價(jià)值的影響。首先,利用生態(tài)輸水前后地下水動(dòng)態(tài)變化和地表植被響應(yīng)的長期監(jiān)測資料,以塔里木河下游考干斷面為例,在垂直于河道方向上長2000m、平行河道方向?qū)?00m的樣帶內(nèi),選取2000年10月、2007年9—10月、2015年10月的植被監(jiān)測與稱重資料數(shù)據(jù);其次,借鑒國內(nèi)外生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值量化方法,綜合地表植被響應(yīng)價(jià)值和地下水抬升的潛在價(jià)值計(jì)算輸水后地表植被恢復(fù)價(jià)值。結(jié)果顯示:(1)在塔里木河下游地區(qū),生態(tài)輸水使得地下水位明顯抬升,水位的抬升幅度隨著距河道距離的增加逐漸降低,植被蓋度也隨著距河道距離的增加呈現(xiàn)降低趨勢;在距河道1000m以外,地下水位與植被蓋度變化不明顯;(2)2000—2007年植被新增生物量占2000—2015年植被新增生物量的57.02%,并且這兩個(gè)時(shí)段植被新增生物量與距河道距離均呈現(xiàn)顯著相關(guān);(3)根據(jù)16次生態(tài)輸水監(jiān)測資料,計(jì)算出2007年與2015年該區(qū)間100m寬的樣帶因輸水而投入的水資源價(jià)值分別為8266.5元、14805元,輸水后植被總體恢復(fù)價(jià)值分別為53811.67元、83334.62元,投入產(chǎn)出比分別為1∶6.507、1∶5.63,說明生態(tài)輸水的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

塔里木河是我國最長的內(nèi)陸河。為了搶救塔里木河下游生態(tài)環(huán)境,2000~2003年向斷流30余年的下游500km左右的天然河道,實(shí)施了5次應(yīng)急輸水。在收集了對5次輸水后生態(tài)修復(fù)評價(jià)的大量資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合第6次和第7次輸水,對生態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了進(jìn)一步研究,并提出了進(jìn)一步擴(kuò)大輸水生態(tài)修復(fù)影響范圍的人工輔助措施,通過分河段、分區(qū)域合理配置水資源,以實(shí)現(xiàn)塔河流域生態(tài)修復(fù)的總體目標(biāo)。

以塔里木河下游的胡楊徑向生長量為研究對象,借鑒樹木年輪水文學(xué)的方法,采用單因素方差分析方法,從數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度分析了胡楊徑向生長量對生態(tài)輸水的響應(yīng)過程。結(jié)果表明:①距離河道300m范圍內(nèi),生態(tài)輸水前后及輸水期間各年份之間,胡楊的徑向生長量在0.001的水平上差異極顯著,胡楊對生態(tài)輸水的響應(yīng)非常積極;②距離河道300m范圍外,胡楊的徑向生長量在0.05的水平上差異不顯著,胡楊對生態(tài)輸水的響應(yīng)不積極;③線性的生態(tài)輸水只是緩解了河道附近植被的衰退,改善了局部生態(tài)環(huán)境,卻無法從根本上緩解整個(gè)塔里木河下游生態(tài)環(huán)境的惡化,塔里木河下游的生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出局部改善、整體惡化的趨勢。

根據(jù)近5年來對塔里木河下游荒漠河岸林植被的監(jiān)測數(shù)據(jù),分析了生態(tài)輸水后植物活力的恢復(fù)狀況。結(jié)果顯示:應(yīng)急生態(tài)輸水增加了塔里木河下游的生物多樣性,使原本面臨死亡的荒漠河岸植被重新復(fù)活,而且不同程度上促進(jìn)了胡楊群落的自然更新;在近河道50m的范圍內(nèi)均出現(xiàn)了少量的胡楊、檉柳實(shí)生苗,并且在離河道150m的范圍內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的胡楊次生苗,在離河道400m范圍內(nèi)大約有25%的胡楊均有不同程度的基部新枝萌蘗。通過生態(tài)輸水后地下水位的逐步抬升,河道兩岸的低階地發(fā)育著一定面積的草甸植被,形成了由胡楊、檉柳和草本植物所組成的干旱區(qū)非地帶性河岸稀疏植被群落,說明應(yīng)急生態(tài)輸水對于胡楊為建群種的荒漠河岸林植被的恢復(fù)和自然更新產(chǎn)生了積極的影響。

依據(jù)樊自立等人對人工綠洲、天然綠洲的定義及分類,對塔里木河下游人工綠洲、天然綠洲包含的要素進(jìn)行提取,并根據(jù)前人對干旱區(qū)人工、天然綠洲適宜配比的研究,結(jié)合相應(yīng)的遙感影像數(shù)據(jù),對塔里木河下游1990—2000年、2000—2010年人工綠洲和天然綠洲的變化規(guī)律及其比例進(jìn)行分析,探討該區(qū)人工綠洲和天然綠洲的適宜配比。主要結(jié)果為:1990—2010年期間,塔里木河下游人工綠洲平均以19.09km~2/a的速率增加,而天然綠洲平均以13.20km~2/a的速率減少。輸水前在生態(tài)系統(tǒng)的退化過程中,高覆蓋草地面積減少了43.91%,湖泊面積100%消失,同時(shí)水庫面積減少了45.28%；輸水后,高覆蓋草地面積減少量大有好轉(zhuǎn),10a間只減少了6.79%,水庫面積增加了392.44%。塔里木河下游流域在生態(tài)輸水前,耕地增加了12.31%,生態(tài)輸水后,耕地增加了30.37%。1990—2010年間,而綠洲總面積(人工+天然)不變,變化主要是發(fā)生在人工綠洲與天然綠洲之間的相互轉(zhuǎn)化,天然綠洲逐漸被人工綠洲替代,平均每增加1份面積的人工綠洲就要失去1.1份天然綠洲。

以塔里木河下游為研究區(qū)域,分析了生態(tài)輸水工程實(shí)施以來該區(qū)地下水埋深、水質(zhì)、植被生長狀況的不同響應(yīng)程度。研究表明:生態(tài)輸水工程使得原本較低的地下水位在一段時(shí)間內(nèi)得到抬升,局部生態(tài)環(huán)境得到改善,尤其在輸水中期(2003-2005年),植被物種組成發(fā)生變化,物種多樣性增加,植被蓋度提高,地下水水質(zhì)有所好轉(zhuǎn);但2007年以后,尤其是2008年,隨著輸水的間斷,下游地下水位開始回落,草本植物物種數(shù)量又開始減少,因此,生態(tài)輸水工程必須持續(xù)進(jìn)行才能真正挽救塔里木河下游生態(tài)環(huán)境。

基于塔里木河下游8次生態(tài)輸水資料和植被調(diào)查,從輸水時(shí)間與天然植被落種時(shí)間的生態(tài)默契角度,分析了8次輸水時(shí)間、水量以及博斯騰湖與塔里木河來水的規(guī)律,并根據(jù)塔里木河下游32種植物的落種時(shí)間,分別從不同喬、灌、多年生草本和一年生草本植物的落種與河道過水時(shí)間的相關(guān)性,對目前輸水時(shí)間的合理性進(jìn)行了評判,從塔里木河下游天然植被生態(tài)恢復(fù)的角度,提出了塔里木河下游最適宜的輸水時(shí)間。結(jié)果顯示:①由于調(diào)水沿途損耗較大,目前輸水正以博斯騰湖調(diào)水向依靠塔里木河來水轉(zhuǎn)變,因此,塔里木河有沒有水向下游輸送是生態(tài)輸水的先決條件;②前8次輸水過程中,過水時(shí)間主要集中在4-6月和8-10月兩個(gè)時(shí)間段,這是由于博斯騰湖水量49.73%在4-6月;而塔里木河水量82.33%集中在8-10月;③從8次輸水看,由于沒有考慮到天然植被的落種更新問題,因此,河道過水時(shí)間與天然植被的相關(guān)性偏低,塔里木河來水的輸水時(shí)間較博斯騰湖更為合理;④從下游喬、灌、草落種時(shí)間看,最適宜的輸水時(shí)間是7-9月;從塔里木河給水時(shí)間的可行性看,每年最佳的給水時(shí)間是8月中旬到9月底。

塔里木河下游大西海子水庫以下河段自1972年至2000年發(fā)生的持續(xù)斷流是綠色走廊生態(tài)劣變的主要原因。從2000年5月至2011年11月,塔里木河下游共進(jìn)行了10次生態(tài)輸水。本文利用輸水期間的地下水監(jiān)測資料,運(yùn)用水均衡法對大西海子以下河段歷次輸水過程中的水量轉(zhuǎn)化進(jìn)行了計(jì)算,量化了河道水量的轉(zhuǎn)化項(xiàng)與塔里木河下游地下水的恢復(fù)程度,揭示了塔里木河下游河道徑流-補(bǔ)給轉(zhuǎn)化-蒸騰耗散的水文過程,文中結(jié)論可為今后進(jìn)一步優(yōu)化輸水方案、合理配置區(qū)域水資源以及植被的有序恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水的思考——塔里木河是我國最大的內(nèi)陸河，干流總長1321km，流域總面積102萬km2，多年平均天然徑流量398.3億m3，水資源總量429億m3。塔里木河流域歷史上植被較好，但長期以來人們在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中對水資源開發(fā)利用不盡合理，使流域生態(tài)...

根據(jù)連續(xù)多年監(jiān)測獲得的塔里木河下游地下水位、植被數(shù)據(jù),對比分析了塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水位、生物量、物種多樣性的變化。結(jié)果表明:實(shí)施生態(tài)輸水工程后,地下水位變化顯著,地下水位逐漸抬升,下降趨勢得以控制。草本植物生物量的變化趨勢與每次輸水量變化趨勢基本一致,即隨著輸水量的增加草本植物的生物量也相應(yīng)增加,輸水的時(shí)間、輸水量的多少對草本植物生物量有較強(qiáng)影響。地下水位埋深上升,物種多樣性也呈上升趨勢,但二者并不同步,物種多樣性上升趨勢滯后于地下水位的上升,這表明地下水位的抬升有利于植物多樣性的增加,但是地下水位變化對植物多樣性的影響是一個(gè)漸變的過程。

文章以塔里木河下游12次應(yīng)急生態(tài)輸水資料為背景,以塔里木河下游英蘇、阿拉干、依干不及麻3個(gè)斷面為例,根據(jù)實(shí)地觀測得到的地下水資料,對3個(gè)斷面的地下水埋深的變化、地下水礦化度和ph值等水質(zhì)指標(biāo)的變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:隨著輸水次數(shù)的增加,地下水埋深有抬升的趨勢;地下水礦化度與輸水量的多少有密切的關(guān)系,輸水量越多礦化度越低,且地下水礦化度隨著離河道距離的增加而增大;地下水ph值的變化與輸水次數(shù)與輸水量成正比。

為有效緩解塔里木河(以下簡稱“塔河”)下游生態(tài)進(jìn)一步惡化,在塔河流域綜合治理期間實(shí)施向塔河下游生態(tài)應(yīng)急輸水任務(wù)。項(xiàng)目實(shí)施后塔河下游“綠色走廊”生態(tài)有了明顯改善,有效遏制了塔河下游生態(tài)環(huán)境日益惡化的趨勢,對保護(hù)塔河下游生態(tài)環(huán)境及人們生存環(huán)境起到舉足輕重的作用,對本地區(qū)、新疆乃至全國產(chǎn)生重要影響。

“塔里木河下游應(yīng)急輸水與生態(tài)改善監(jiān)測評估研究”屬水利部“十五”科技創(chuàng)新項(xiàng)目，由新疆水利廳、新疆水利水電科學(xué)研究院、新疆塔里木河流域管理局、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、河海大學(xué)共同完成，獲2004年度大禹水利科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

以塔里木河下游生態(tài)輸水后胡楊披針形葉和寬卵形葉作為實(shí)驗(yàn)材料,對這兩種異形葉水勢的日、月變化規(guī)律進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明,兩種異形葉水勢的日變化趨勢基本一致,大體上略呈單峰形,在午后14:00—18:00期間出現(xiàn)全天最低值;胡楊兩種異形葉水勢的月變化趨勢也大體相同,表現(xiàn)為從5—8月阿拉干斷面胡楊兩種異形葉水勢均呈先降低后增高的趨勢;亞合浦馬汗斷面b1和b2井位處胡楊葉水勢呈逐漸增高趨勢,b3井位處胡楊披針形葉水勢先降低后增高,7月最低。運(yùn)用國際通用軟件spss10.0對氣溫、地下水埋深與胡楊兩種異形葉水勢之間的關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)它們之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。該研究對了解不同環(huán)境因子對胡楊兩種異形葉水勢的影響效應(yīng)以及生態(tài)輸水對塔里木河下游不同斷面局部小氣候的調(diào)節(jié)和改善作用有一定的參考意義。

自2000年向塔里木河下游實(shí)施生態(tài)輸水以來,國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者所關(guān)注的問題一直集中在如何確定下游生態(tài)安全保障體系的合理生態(tài)保護(hù)范圍及生態(tài)需水量;如何通過河道水流演進(jìn)—地下水位抬升—植被恢復(fù)等關(guān)聯(lián)性問題的系統(tǒng),為下游生態(tài)輸水整體效益評估、河道整治、水資源合理配置與優(yōu)化調(diào)度、生態(tài)重建提供科學(xué)依據(jù)等問題上。對于塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水工程影響后評價(jià)的研究現(xiàn)在還不多見。為此,本論文以塔里木河下游生態(tài)輸水為背景,對該工程影響后評價(jià)的內(nèi)容進(jìn)行探討,目的在于得出塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水工程影響后評價(jià)的研究框架,為客觀,公正的評價(jià)該工程影響提供依據(jù)。

2000—2005年,塔里木河流域管理局先后7次向塔里木河下游斷流區(qū)進(jìn)行了生態(tài)輸水,輸水河道兩岸的植被得到了一定的恢復(fù).以2000—2005的中巴資源衛(wèi)星ccd影像為主要數(shù)據(jù)源,獲得了6a的植被/非植被二值圖,并計(jì)算各年的景觀格局指數(shù),分析了6a植被景觀格局的變化.結(jié)果表明:植被景觀動(dòng)態(tài)度在第四時(shí)段(2003—2004年)最大,為47.83%;在第三時(shí)段(2002—2003年)最小,為-1.39%;2000—2005年植被景觀的動(dòng)態(tài)變化呈正向趨勢.2000—2005年,植被景觀斑塊個(gè)數(shù)與景觀形狀指數(shù)增加,蔓延度指數(shù)下降了36.9,斑塊結(jié)合度指數(shù)均高于99,表明研究區(qū)的植被景觀破碎化程度、分離程度增加,而景觀類型聯(lián)通性較高.植被斑塊面積均處于增加趨勢且遠(yuǎn)離河道植被恢復(fù)率越小,但植被景觀的比重仍小于50%,說明非植被類型是研究區(qū)的基質(zhì)類型,組成了景觀的最大斑塊.針對緩沖區(qū)zone1,植被景觀的平均分維數(shù)處于減小趨勢且2005年的斑塊個(gè)數(shù)最小,斑塊結(jié)合度指數(shù)處于增加趨勢,表明近河道區(qū)域植被較為穩(wěn)定,受生態(tài)輸水的干擾度較小,植被景觀斑塊之間越來越聚集.6a間zone1的植被最大斑塊指數(shù)均大于10%,遠(yuǎn)高于其它5個(gè)緩沖帶,表明離河道越近植被景觀的優(yōu)勢度最大.

2000-2015年的生態(tài)輸水對塔里木河下游生態(tài)恢復(fù)發(fā)揮了重要的作用.通過連續(xù)16a的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和野外數(shù)據(jù)采集,對生態(tài)輸水的特點(diǎn)、方式、水量轉(zhuǎn)化特征、生境變化和影響范圍等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,同時(shí)對生態(tài)輸水策略與生態(tài)保護(hù)模式進(jìn)行了初步探討.結(jié)果表明:①主河道線狀輸水方式,難以擴(kuò)大環(huán)境響應(yīng)范圍,開展汊河輸水和面狀輸水是十分必要的;②水量轉(zhuǎn)化和耗散比例為:補(bǔ)給地下水44.2％,土壤與植被消耗48.8％,入湖水量與河道內(nèi)水面蒸發(fā)7％;③地下水響應(yīng)的最大距離為1000m,在距河500m范圍地下水位上升、水質(zhì)好轉(zhuǎn)顯著;④鑒于生態(tài)退化的趨勢得到遏止,但其脆弱性依然沒有根本轉(zhuǎn)變,恢復(fù)并合理調(diào)控其文闊爾河和老塔里木河區(qū)間的地下水位,擴(kuò)大受水區(qū)范圍,建立更加穩(wěn)固的生態(tài)恢復(fù)平臺,是今后生態(tài)輸水與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的主攻策略.

近幾十年來,塔里木河下游河道斷流,地下水水位劇烈下降,天然植被衰退,為恢復(fù)和重建塔里木河下游嚴(yán)重受損的生態(tài)系統(tǒng),從2001~2006年,先后進(jìn)行了8次生態(tài)應(yīng)急輸水。在實(shí)地考察和前人研究的資料基礎(chǔ)上,對塔里木河下游生態(tài)輸水的背景進(jìn)行介紹,通過對生態(tài)輸水后地下水位恢復(fù)情況、地下水礦化度變化、植被對生態(tài)輸水的響應(yīng)以及生態(tài)輸水對土地沙漠化情況影響的分析,由此反映生態(tài)輸水的效益,從而對塔河下游生態(tài)輸水中存在的問題進(jìn)行探討。

塔里木河下游綠色走廊是塔里木盆地東部南北聯(lián)系的必經(jīng)之地,也是新疆與內(nèi)地聯(lián)系的第二條戰(zhàn)略要道,更是與邊界外商經(jīng)濟(jì)貿(mào)易往來的重要地區(qū)。這個(gè)素有古絲綢之路之稱的通道,歷史上曾是煙波浩淼、鳥獸群棲、林草繁茂、村舍相連的繁華古國。但從上世紀(jì)50年代后,塔里木河流域大規(guī)模農(nóng)業(yè)開發(fā),造成流域內(nèi)水資源區(qū)域分配失調(diào),干流來水急劇減少,地下水位下降,生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞,流域內(nèi)土地沙漠化和土壤鹽漬化問題日益突出,成為干旱區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)系統(tǒng)退化的典型代表之一。塔里木河下游生態(tài)惡化問題已引起了全社會(huì)關(guān)注。近幾年來,國家加大了對塔里木河流域生態(tài)治理力度,于2000年5月至2009年12月,先后十次實(shí)施向塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水,使下游生態(tài)環(huán)境和水文狀況都得到了改善,生態(tài)得到了一定程度恢復(fù)。本文以十次生態(tài)輸水實(shí)測資料,從輸水過程中地表水與地下水的變化、地表植被的生理生態(tài)變化、天然植被群落的恢復(fù)響應(yīng)程度等方面,對塔河下游生態(tài)環(huán)境影響做一探討。

基于塔里木河下游地區(qū)1999年tm、2002年etm和2004年aster遙感影像及其基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù),對應(yīng)急輸水工程前后研究區(qū)植被覆蓋度和土地沙漠化的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:隨著應(yīng)急輸水工程的實(shí)施,塔河下游地區(qū)中、高植被覆蓋度的面積逐年增加,分別由1999年的7447.16、17146.80hm2增加至2004年的9129.16、26236.61hm2,低、劣植被覆蓋度面積分別減少了9989.10和782.71hm2;1999—2004年間,研究區(qū)沙漠化總面積由506258.06hm2減少至498043.93hm2,呈逐年縮小趨勢.研究期間,部分沙漠化地區(qū)出現(xiàn)了較為明顯的逆轉(zhuǎn),生態(tài)環(huán)境趨于好轉(zhuǎn),應(yīng)急輸水工程對塔河下游生態(tài)環(huán)境的改善起到了重要作用.

塔里木河下游綠色走廊在上世紀(jì)70年代大西海子水庫以下300多公里河道斷流后,生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞。2000年~2013年,塔里木河流域管理局先后十四次實(shí)施向塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水,使下游生態(tài)環(huán)境和水文狀況都得到了初步改善。文中從生態(tài)輸水的效益淺談此舉給下游生態(tài)帶來的變化。