額濟納旗胡楊徑向生長的水文氣候因子研究.pdf

1、π黑河下游與蒙古相毗鄰的額濟納旗，歷史上曾是絲綢之路北路的咽喉要道，曾孕育過極其重要的漢代文明、西夏和元代文明。嚴酷的自然環(huán)境，極端脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，特別是20世紀80年代以來額濟納綠洲萎縮、天然植被衰敗，生物多樣性減少、尾閭湖泊干涸、地下水位下降、土壤次生鹽漬化和土地荒漠化日益加劇，演變?yōu)槲覈硥m暴的策源地之一。惡化的生態(tài)環(huán)境已成為世人關注的焦點。拯救額濟納綠洲生態(tài)環(huán)境不僅有利于維護區(qū)域社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展、保護區(qū)內生物多樣性，維持生態(tài)平衡

2、，而且對于維護我國西北、華北等地的生態(tài)安全、維護黑河全流域綠洲的生存與完整性具有舉足輕重的作用。深入認識該地區(qū)的水文氣候變化過程及其規(guī)律，理解和認識過去水文-氣候-生態(tài)的變化，解釋人類的、生態(tài)的和自然的現(xiàn)象，成為亟待解決的科學課題。胡楊(Populus euphratica，Oliv.)為楊柳科(Salicaceae)楊屬(Populus)，依靠潛水或河水灌溉生長。它是亞洲中部荒漠區(qū)分布最廣的喬木樹種之一，也是額濟納旗惟一的河岸喬木和優(yōu)

3、勢種，具有防風固沙、維護脆弱生態(tài)平衡的功能，也是生態(tài)環(huán)境變化的指示器。額濟納旗胡楊林是目前全球僅存面積最大的三大天然胡楊林分布區(qū)之一，在該區(qū)域開展胡楊研究具有重要的科學價值和現(xiàn)實意義。 樹木年輪是氣候變化的自然記錄者，具有定年準確、連續(xù)性強、分辨率達年甚至季的高精度、地域分布廣泛、取樣容易等優(yōu)勢，其理論與方法已被廣泛應用于氣候、水文、生態(tài)、考古、火山等研究領域，已成為反映干旱區(qū)水文生態(tài)逐年變化，重建環(huán)境演變歷史的最重要方法之一。

4、 本文以額濟納旗河岸胡楊林為研究對象，應用樹輪水文氣候學理論和方法，研究了額濟納旗樹木年輪的水文一氣候響應模式與機制，主要工作和結論包括： 1．沿額濟納東河、西河自上游向下游6個采樣點采集287根胡楊樹芯，經(jīng)過固定、打磨、交叉定年、量測和COFECHA軟件進行定年質量檢驗后，按照樹木乍F輪學規(guī)范步驟與程序，分別建立了各采樣點標準化年表(STD)、差值年表(RES)和自回歸年表(ARS)三種樹輪寬度年表，年表時間序列最長1

5、56年，最短87年，平均112年。利用PCA方法提取了代表區(qū)域樹木共同生長特征的第一主成分年表(PC1)。樹輪寬度年表的質量指標、聚類分析和PC1權重值分析表明，研究區(qū)6個采樣點樹輪寬度年表有明顯的空間變化特征。 2．將6個采樣點年表及其第一主成分(簡稱6PC1)年輪寬度序列分別與額濟納旗氣象站4個氣候要素、黑河下游正義峽水文站水文實測資料進行相關普查，結果顯示胡楊年輪生長與正義峽徑流量(1954-1999)之間主要表現(xiàn)為負相關

6、關系，與氣溫(1960-2001)之間存在正相關關系，與降水量(1960-2001)卻無多大關系。但各胡楊年輪寬度年表所包含水文氣候信息量不同，對水文要素的響應具有明顯的沿上、中、下游滯后一個月的空間差異，并與徑流量補給地下水位出現(xiàn)的最淺月份時間相一致，反映了地下水是直接影響額濟納旗胡楊生長的主要水文限制因子；正義峽徑流量通過影響地下潛水位變化間接影響胡楊生長，胡楊徑向生長對水文要素的響應具有明顯的時空差異。6個年表對氣候要素的響應一致

7、性較好。利用6PC1年輪寬度序列進行相關函數(shù)分析后，相關關系顯著增強，反映PC1年輪指數(shù)對區(qū)域水文氣候的共同響應要強于單個年表。 3．除LX年表外，研究區(qū)胡楊生長與正義峽徑流量主要呈負相關關系，6個采樣點年表和6PC1年表均與2-4月徑流量的負相關最顯著，并以6PC1的響應更顯著，相關系數(shù)為～0.544(p≤0.05)。由于各個采樣點附近的地下水位在2-4月是一年中最淺的時期(其中3、4月分別為最淺月份)，上、中、下游采樣點所對

8、應地下水位分別為2.45m、1.6m、3.55m；無論對胡楊休眠期的2月、3月，還是對開始進入生長期4月的胡楊而言，地下水都已滿足胡楊生長水分需求，而2-4月徑流量較大，占年徑流量的25.8％，徑流補給只能使地下水位過高，造成胡楊生長受到脅迫。LX采樣點年表與2-4月徑流量負相關關系不顯著，而與6-8月的徑流量呈顯著正相關關系，可以理解為6-8月是胡楊生長旺季，蒸發(fā)最強烈，盡管LX采樣點地下水位較淺，但海拔相對最高，徑流量補給少，又經(jīng)歷

9、了一年中4-6月徑流量最少時期，對地下水補給量微不足道，土壤層水分散失強烈，胡楊生長可利用的水分急劇減少，所以與6-8月徑流量呈顯著正相關關系，并具有生物學意義。各采樣點地下水位淺是研究區(qū)胡楊輪寬序列與徑流量呈負相關的真正緣由。同時也反映了胡楊徑向生長對水文因子響應的時空差異性既受水文因子限制，又與海拔等小地形狀況關系密切。 4．胡楊徑向生長對氣候要素響應的分析發(fā)現(xiàn)，額濟納旗胡楊主要依賴地下水生長，在水分充足情況下，胡楊生長主要

10、受溫度因子限制，與降水量無關，這與新疆塔里木河胡楊研究結論相一致。相關時段分析結果顯示，6個采樣點年表中的5個年表及6PC1年輪序列均與2-3月平均氣溫、冬季(12-2月)平均最低氣溫正相關最顯著，都超過95％信度水平，與最高氣溫最顯著的響應在9-11月的秋季，但對當年胡楊生長無多大生理學意義。反映出最低氣溫對胡楊生長的影響遠比最高氣溫更有意義。其中，6PC1年輪序列與2-3月平均氣溫、12-2月平均最低氣溫最顯著的相關系數(shù)分別為0.4

11、72和0.460(p≤0.05)。從生理學角度可解釋為：由于2-3月胡楊處在休眠期，不需要過多水分，而該時期研究區(qū)地下水位很淺，徑流量比較大，胡楊生長的土壤水分積累過多，胡楊年輪生長與徑流量呈顯著負相關關系，因此，2-3月較高的氣溫能增加年蒸發(fā)能力，利于過濕土壤層水分的散失，增強樹木呼吸作用。與冬季(12-2月)平均最低氣溫相關最顯著也可以理解為：一方面冬季和休眠期樹木的形成層雖然停止活動，但仍可通過光合作用合成有機物儲存于胡楊細胞內，