額濟(jì)納旗胡楊徑向生長(zhǎng)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(jì)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(yán)酷的自然環(huán)境，極端脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，特別是20世紀(jì)80年代以來額濟(jì)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?guó)沙塵暴的策源地之一。惡化的生態(tài)環(huán)境已成為世人關(guān)注的焦點(diǎn)。拯救額濟(jì)納綠洲生態(tài)環(huán)境不僅有利于維護(hù)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、保護(hù)區(qū)內(nèi)生物多樣性，維持生態(tài)平衡

2、，而且對(duì)于維護(hù)我國(guó)西北、華北等地的生態(tài)安全、維護(hù)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(rèn)識(shí)該地區(qū)的水文氣候變化過程及其規(guī)律，理解和認(rèn)識(shí)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(xué)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(zhǎng)。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(jì)納旗惟一的河岸喬木和優(yōu)

3、勢(shì)種，具有防風(fēng)固沙、維護(hù)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(jì)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(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 樹木年輪是氣候變化的自然記錄者，具有定年準(zhǔn)確、連續(xù)性強(qiáng)、分辨率達(dá)年甚至季的高精度、地域分布廣泛、取樣容易等優(yōu)勢(shì)，其理論與方法已被廣泛應(yīng)用于氣候、水文、生態(tài)、考古、火山等研究領(lǐng)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(jì)納旗河岸胡楊林為研究對(duì)象，應(yīng)用樹輪水文氣候?qū)W理論和方法，研究了額濟(jì)納旗樹木年輪的水文一氣候響應(yīng)模式與機(jī)制，主要工作和結(jié)論包括： 1．沿額濟(jì)納東河、西河自上游向下游6個(gè)采樣點(diǎn)采集287根胡楊樹芯，經(jīng)過固定、打磨、交叉定年、量測(cè)和COFECHA軟件進(jìn)行定年質(zhì)量檢驗(yàn)后，按照樹木乍F輪學(xué)規(guī)范步驟與程序，分別建立了各采樣點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間序列最長(zhǎng)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(zhǎng)特征的第一主成分年表(PC1)。樹輪寬度年表的質(zhì)量指標(biāo)、聚類分析和PC1權(quán)重值分析表明，研究區(qū)6個(gè)采樣點(diǎn)樹輪寬度年表有明顯的空間變化特征。 2．將6個(gè)采樣點(diǎn)年表及其第一主成分(簡(jiǎn)稱6PC1)年輪寬度序列分別與額濟(jì)納旗氣象站4個(gè)氣候要素、黑河下游正義峽水文站水文實(shí)測(cè)資料進(jìn)行相關(guān)普查，結(jié)果顯示胡楊年輪生長(zhǎng)與正義峽徑流量(1954-1999)之間主要表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)

6、關(guān)系，與氣溫(1960-2001)之間存在正相關(guān)關(guān)系，與降水量(1960-2001)卻無多大關(guān)系。但各胡楊年輪寬度年表所包含水文氣候信息量不同，對(duì)水文要素的響應(yīng)具有明顯的沿上、中、下游滯后一個(gè)月的空間差異，并與徑流量補(bǔ)給地下水位出現(xiàn)的最淺月份時(shí)間相一致，反映了地下水是直接影響額濟(jì)納旗胡楊生長(zhǎng)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(zhǎng)，胡楊徑向生長(zhǎng)對(duì)水文要素的響應(yīng)具有明顯的時(shí)空差異。6個(gè)年表對(duì)氣候要素的響應(yīng)一致

7、性較好。利用6PC1年輪寬度序列進(jìn)行相關(guān)函數(shù)分析后，相關(guān)關(guān)系顯著增強(qiáng)，反映PC1年輪指數(shù)對(duì)區(qū)域水文氣候的共同響應(yīng)要強(qiáng)于單個(gè)年表。 3．除LX年表外，研究區(qū)胡楊生長(zhǎng)與正義峽徑流量主要呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，6個(gè)采樣點(diǎn)年表和6PC1年表均與2-4月徑流量的負(fù)相關(guān)最顯著，并以6PC1的響應(yīng)更顯著，相關(guān)系數(shù)為～0.544(p≤0.05)。由于各個(gè)采樣點(diǎn)附近的地下水位在2-4月是一年中最淺的時(shí)期(其中3、4月分別為最淺月份)，上、中、下游采樣點(diǎn)所對(duì)

8、應(yīng)地下水位分別為2.45m、1.6m、3.55m；無論對(duì)胡楊休眠期的2月、3月，還是對(duì)開始進(jìn)入生長(zhǎng)期4月的胡楊而言，地下水都已滿足胡楊生長(zhǎng)水分需求，而2-4月徑流量較大，占年徑流量的25.8％，徑流補(bǔ)給只能使地下水位過高，造成胡楊生長(zhǎng)受到脅迫。LX采樣點(diǎn)年表與2-4月徑流量負(fù)相關(guān)關(guān)系不顯著，而與6-8月的徑流量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，可以理解為6-8月是胡楊生長(zhǎng)旺季，蒸發(fā)最強(qiáng)烈，盡管LX采樣點(diǎn)地下水位較淺，但海拔相對(duì)最高，徑流量補(bǔ)給少，又經(jīng)歷

9、了一年中4-6月徑流量最少時(shí)期，對(duì)地下水補(bǔ)給量微不足道，土壤層水分散失強(qiáng)烈，胡楊生長(zhǎng)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(guān)關(guān)系，并具有生物學(xué)意義。各采樣點(diǎn)地下水位淺是研究區(qū)胡楊輪寬序列與徑流量呈負(fù)相關(guān)的真正緣由。同時(shí)也反映了胡楊徑向生長(zhǎng)對(duì)水文因子響應(yīng)的時(shí)空差異性既受水文因子限制，又與海拔等小地形狀況關(guān)系密切。 4．胡楊徑向生長(zhǎng)對(duì)氣候要素響應(yīng)的分析發(fā)現(xiàn)，額濟(jì)納旗胡楊主要依賴地下水生長(zhǎng)，在水分充足情況下，胡楊生長(zhǎng)主要

10、受溫度因子限制，與降水量無關(guān)，這與新疆塔里木河胡楊研究結(jié)論相一致。相關(guān)時(shí)段分析結(jié)果顯示，6個(gè)采樣點(diǎn)年表中的5個(gè)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(guān)最顯著，都超過95％信度水平，與最高氣溫最顯著的響應(yīng)在9-11月的秋季，但對(duì)當(dāng)年胡楊生長(zhǎng)無多大生理學(xué)意義。反映出最低氣溫對(duì)胡楊生長(zhǎng)的影響遠(yuǎn)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(guān)系數(shù)分別為0.4

11、72和0.460(p≤0.05)。從生理學(xué)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(shí)期研究區(qū)地下水位很淺，徑流量比較大，胡楊生長(zhǎng)的土壤水分積累過多，胡楊年輪生長(zhǎng)與徑流量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)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(qiáng)樹木呼吸作用。與冬季(12-2月)平均最低氣溫相關(guān)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(dòng)，但仍可通過光合作用合成有機(jī)物儲(chǔ)存于胡楊細(xì)胞內(nèi)，