研究生態輸水對石羊河尾間湖區植被的影響論文
在干旱地區，內陸河流域的尾間湖通常是綠洲邊緣阻止風沙侵襲的天然屏障，其生態水文效應普遍表現為以地表水、地下水和天然降水為特征的植被水分關系。伴隨內陸河流域上、中游大量使用地表水，加劇了下游的用水矛盾。而下游過度開發地下水，造成植被衰退、沙丘活化，己嚴重影響了荒漠綠洲的生態穩定性。為了恢復荒漠、綠洲邊緣人工植被和天然植被生態系統，向下游河道進行生態輸水來補充植被生長缺失的水分，是許多內陸河如塔里木河、黑河等河流植被恢復采取的應急措施。研究表明，生態輸水對內陸河生態恢復效果明顯，說明了荒漠植被與水分的相互依存關系，即水分行為對植被生長和分布的影響。
青土湖是河西走廊三大內陸河之一的石羊河流域尾間湖，屬民勤湖區一部分。有史料記載清朝時青土湖湖面大約“東西三、四十里，南北六、七十里”。19世紀末，由于大西河一次特大洪水在舊湖灘洼地匯集，再次形成民勤綠洲邊緣最晚出現的最大湖泊——青土湖。至建國初期，湖灘尚有部分積水，1953年干涸，特別是修建紅崖山水庫阻斷下游河道的來水，青土湖開始進一步退化、萎縮，原來發育的濕生鹽生植被逐漸衰退，青土湖西北向巴丹吉林沙漠的流沙進入青土湖，在強風的作用下與湖積沙一起形成大面積新月形沙丘和沙丘鏈，使湖區西北向的巴丹吉林和東南向的騰格里沙漠在青土湖連在一起，流沙進一步前移埋壓湖區綠洲，風沙災害愈來愈頻繁，生態環境更加脆弱。因此，2010年10月人工輸水措施正式實行，到2012年連續3年的下泄生態水量分別為1290萬m,2160萬m,3000萬m、分別形成3k㎡,10k㎡,15k㎡的水域面積。伴隨人工輸水后地下水和土壤水環境的改變，輸水對內陸河下游生境是有益還是有弊，原有的天然植被在水環境急劇變化的條件下如何響應，引起了很多學者的關注[Di-ml。而石羊河的尾間青土湖地處我國東亞季風的邊緣，具有其生態脆弱性和氣候敏感性，研究其水文變化及其對植被格局的影響，對于恢復整個民勤綠洲退化防護體系具有參考價值。
1材料與研究方法研究區概況
研究區位于巴丹吉林沙漠東緣、甘肅民勤縣城東北70km處，地理位置為N:39006'21"E:103037'22",該區屬于溫帶大陸性干旱荒漠氣候。年均氣溫8.8℃, ,10℃的積溫30360C，無霜期162d，年日照時數3189h;年均降水量110mm蒸發量2640 mm，是降水量的24倍[00，干燥度5. 15 ;地帶性土壤為灰棕漠土，非地帶性土壤為草甸沼澤土和風沙土主要植物白刺(Nitraria taugtorum)、梭梭(Haloxylou ammodeudrou) ,怪柳(Tamarix ramosissima)、蘆葦(Phragmites australis)、鹽爪爪(Kalidium foliatum)、黑果構祀(場cium ru-theuicum)、豬毛菜(Salsola colliua)等。
1.2研究內容和方法
2012年9月底人工輸水3年后，對輸水區植被進行調查，包括白刺灌叢、鹽爪爪群落、蘆葦群落、人工梭梭林群落和怪柳群落。調查方法，從綠洲邊緣到青土湖底，分別選取T1,T2兩條樣帶18個樣點，每兩個樣點間隔500m，每個樣點橫向以10m間距分別選取3個樣方作為重復。灌木樣方10m x 10m，分別記錄灌木種類、數量、株高、冠幅，同時在每個灌木樣方內沿對角線設置3個1m x 1m的草本樣方，調查草本的種類、個體數、蓋度、高度。同時以水面為中心向外圍東北向、東向、東南向、南向和西向分別設置樣帶，每隔500m設置植被調查樣方，共設樣方39個，調查植物種類、蓋度、個體數量等指標。土壤有機質采用高錳酸鉀外加熱法，土壤全氮采用凱式法，pH值由酸度計測定，速效磷由分光光度計測定。
2結果與分析
2. 1生態輸水前后青土湖植被組成和分布
生態輸水前后植物分布，輸水前共9種植物，主要以鹽生和沙旱生植物為主，種類少，結構簡單，濕生植被只有蘆葦生長，長勢差。輸水后植物種數達到14種，增加的物種主要是多年生和一年生草本，輸水后土壤中積聚的鹽分在淋溶作用下下移，沙篙、紅砂等一些典型沙生植物能夠繁衍生長，但隨著土壤水分強烈蒸發，鹽分在地表積聚，典型沙生植物能否繼續存在，需要進一步研究。
2. 2生態輸水后湖區典型植被白刺群落的特征變化
2. 2. 1生態輸水后白刺群落的植被特征變化
從人工輸水區和未輸水區白刺群落植被變化情況，可以看出，未輸水區白刺群落內伴生植物種只有5種，伴生植物兩種耐鹽灌木呈衰退狀態，3種草本，其中蘆葦處于衰退狀態，說明地下水位超出了草甸發育的臨界地下水位。而白刺在未輸水區正常生長，說明白刺處于1 ~ 5 m的生態地下水位。輸水以后，白刺群落伴生植物增加到8種，說明輸水對地表積聚的大量鹽分淋洗，導致地表土壤鹽漬化減輕，群落內物種表現出對水文變化的響應，蘆葦、鹽生草、豬毛菜、駝蹄瓣等草本植物大量繁衍，蘆葦密度從輸水前的1株/㎡，增加到37株/㎡，紅砂、沙篙、鹽爪爪等灌木幼苗生長，說明輸水措施改變了當地土壤的水鹽環境，利于一些濕生、鹽生草本植物和灌木繁衍。而建群植物白刺在水淹環境下，出現衰退現象。
2. 2. 2生態輸水后白刺群落的土壤特征變化
土壤表層水分的變化對土壤理化性質有一定的影響。人工輸水前后白刺群落內土壤速效磷、土壤有機質、土壤全氮和pH值的變化，表中顯示輸水區與未輸水區各指標均值存在極顯著差異(P<0.01)。輸水前土壤pH值為7.691，土壤為堿性，輸水后土壤pH值呈中性，說明輸水淋溶了表土的鹽分，表現為速效鉀含量降低，降低幅度為0. 755 mg/1008。土壤中的有機質和全氮含量為輸水區大于未輸水區，這主要由群落內植被變化引起。
2. 3生態輸水前后地下水對植被的影響
青土湖及其周邊近30年地下水位變化結果顯示，地下水位在20世紀80年代初，青土湖周邊地下水位4m左右，青土湖中心地下水2m左右，之后開始持續下降，1990~2000年下降幅度增大，與大量開荒種植籽瓜有關，年均下降0. 61m。到2007年，平均下降到17.65 m，青土湖中心區域地下水位也下降到接近4m。
2010年政府采取應急輸水措施，青土湖中心區域地下水位從3. 78m回升到3.48m,3年回升了30cm。通過3年的應急補水后一些植物表現出積極的響應，怪柳沙包在生態輸水前與輸水后的對比發現，新梢長平均增加8cm，蓋度增加20 %，特別是枯枝率減少近40 %，植被恢復明顯。
2. 4生態輸水后水分側滲對物種多樣性變化的影響
水源遠近灌木物種的Simpson指數、Shan-non一wiener指數, Pielou均勻度指數的差異顯著性表明，距水源0. 5 km處3種多樣性指數與其它4個點均存在顯著差異(P<0.5)，水源點的Simp-son指數和Pielou均勻度指數與距離水源1~2km點差異不顯著，而Shannon一wiener指數的變化趨勢為遠離水源1km處開始減小。
近水源處群落優勢種為鹽爪爪，距水源500m處鹽爪爪沒有枯死現象;距離水源lkm和1.5 km處優勢種為白刺和黑果構祀，說明鹽生、旱生的建群種白刺和鹽爪爪對大面積人工輸水表現出不同程度的生理響應。鹽爪爪喜濕喜鹽，但不易長期浸水，在距離水源500m范圍內能夠形成優勢種，表明土壤水鹽條件適宜鹽爪爪單優勢種存在;白刺屬于旱生植物，通常生長在內陸湖盆周圍，在高地下水位條件下能夠形成優勢種;但在沙埋條件下，能夠產生大量的不定根，依靠天然降水也能正常生長，因此在遠離水源1km外沙地上生長良好，表現為優勢種，可能是水沙環境共同作用的結果。
3討論
水分脅迫是荒漠地區生態系統結構和功能變化的主要驅動力。內陸河下游生態輸水對植物生長、復壯產生明顯的效果圈，石羊河向下游生態輸水導致物種多樣性增加，增加的植物種以草本為主，說明人工應急輸水改善了土壤的水鹽環境，為草本植物生長創造了適宜的條件，這與塔里木河下游輸水后植被響應相一致。人工輸水后鹽生草甸的代表性物種蘆葦大量發育，說明生態輸水使地下水位抬升到3. 5m蘆葦生長脅迫地下水位以上。
20世紀60年代中期青土湖地下水位1m左右，以蘆葦為建群種的鹽生草甸植被廣泛發育，80年代初青土湖己被流沙覆蓋，地下水位下降到2m以下，蘆葦己萎縮成高10cm，節間0. 2cm的雞爪蘆葦，組成鹽生草甸的大部分植被逐漸演變為沙質荒漠群落;2000年以后青土湖中心地下水位下降到4m以下，鹽生草甸植被除生長不良的蘆葦外，其它以鹽生草甸為主的植物群落己基本消失，一些耐鹽的植物如黑果構祀、鹽爪爪生長衰退，怪柳群落在積沙的條件下正常生長。在風沙活動劇烈的湖中心，白刺群落成為優勢種群，在沙埋條件下形成白刺沙包。2010年人工補水后，鹽生植物鹽爪爪開始大量發育，草甸植被蘆葦又得以大量繁衍，植被有朝著鹽生濕生環境演變的趨勢。
干旱區內流河的生態水文過程具有很高的變異性，而且天然植被的組成和分布對土壤和水文條件的變化具有明顯的響應，白刺群落的自然消長不但受降水的影響，而且地下水位的變化也制約群落的發育。隨著石羊河上游來水量日益減少，青土湖逐漸萎縮，流沙進一步前移埋壓湖區綠洲，濕生鹽生植被逐漸衰退，沙生植物建群種白刺大量發育。當地下水位<4m，白刺蓋度達48%，白刺新梢長達30cm，平均株高61. 5 cm，白刺平均根深3. 15m;當地下水位在4 ~ 8m時，白刺吸收地下水變得困難，但白刺沙包在沙埋條件下，依靠天然降水，維持其生長，白刺蓋度22 %，沙丘處于半固定狀態，平均新梢長17cm，平均高49cm。但生態輸水后白刺的生長受到了抑制，可能是由于水淹抑制白刺根系的呼吸，或者淋溶的鹽分下移對白刺根系造成傷害。
天然植被的生長與衰敗與地下水位的埋深有直接的關系。影響灌木生物量變化的主要因子是地下水埋深，當地下水位水埋深小于5m時，怪柳處于良好生長狀態，青土湖人工生態輸水后怪柳生長狀態轉好，說明地下水位回升側滲使土壤濕度增加到促進深根性灌木利用的程度。人工輸水初期，地下水位在短時期內迅速響應，水位升高，但植被變化的響應周期一般是1 ~2年，而植被種類出現明顯變化一般在2年以上，生態恢復達到自我更新和自我繁殖的幼苗出現的時間一般在4 ~5年。文中研究結果在3年內的植被變化與上述研究基本一致。
據研究，塔里木河第一次人工輸水后，其對地下水位的影響距離為450m，第4次輸水后影響距離1050m，但地下水位的響應程度隨遠離河槽而減小。青土湖輸水3次后，其物種多樣性指數在距離水源500m處存在差異性，說明水分側滲影響到500m范圍內地下水和土壤水的空間分布。而距離水源1km外群落的復雜性依次降低，優勢度和均勻度不存在差異，這說明輸水區的側滲對1km以外的植被在短期內沒有影響。
青土湖水文和植被的歷史演替過程以及沙化后物種結構簡單，單一輸入大量的水難以實現自身穩定繁衍的湖泊，一個穩定生態系統的形成需要很長時間，因此建議在生態輸水時采取人工輔助植被恢復措施，提高物種的豐富程度。
4結論
(1)生態輸水區物種從未輸水前的9種增加到14種，群落內物種豐富度增加。
(2)生態輸水導致青土湖核心區建群種白刺衰退甚至死亡，鹽生灌木鹽爪爪和鹽生草甸蘆葦大量發育。土壤中pH值由堿性變為中性，土壤中養分含量有所增加。
(3) 3年生態輸水使青土湖核心區地下水位回升了30cm，地下水位的側滲使深根性灌木的生長有明顯的恢復，主要表現在新稍增長、蓋度增加、枯枝率降低。
(4)在距離水源500m處群落的物種多樣性差異顯著，輸水后水面其側滲影響范圍500m。
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