多尺度协同的塔里木河荒漠河岸林植被的水文响应研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张广朋 |
| 答辩日期 | 2020-09-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 徐新文 ; 徐海量 |
| 关键词 | 荒漠河岸林 地下水 多尺度 稳定同位素 植物功能性状 Desert riparian forest Groundwater Multiscale Stable isotope Plant functional traits |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Study on Vegetation-Hydrological Response of Desert Riparian Forest in Tarim River at Multi-scale |
| 英文摘要 | 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，因此，深刻理解多尺度下的荒漠河岸林与水文过程的协同适应机制成为开展生态保护最为关键的科学基础。 本文针对不同水文过程下荒漠河岸林多尺度协同适应过程的关键科学问题，借助树轮年表构建、稳定同位素及植物功能性状等多种技术方法，以水资源转移转化过程为主线，从器官、物种（个体）、群落到区域尺度，利用大量的、连续长时间的、丰富的实地调查及实验数据，定量厘清了河道渗漏及生态闸放水对荒漠河岸林生长的贡献，明确了荒漠河岸林群落的水分来源及利用效率等适应机制，从环境筛选和生态位分化的角度研究了地下水变化下荒漠河岸林多样性维持和分异机制，揭示了连续长时间漫溢干扰下群落多样性的演替规律。同时，提出了针对塔里木河干流促进荒漠河岸林生长的生态水利工程合理调控措施，以及塔里木河下游实现荒漠河岸林保护和修复的地表水-地下水干扰模式。研究的开展不仅丰富干旱区生态水文研究，更为塔里木河生态调度及荒漠河岸林生态保育提供了重要的技术参考和科学理论依据。研究结果表明：（1）河道耗水量和生态闸放水量的峰值与地下水埋深的谷值存在一致性，生态闸放水对抬升地下水埋深，进而促进植被生长起到关键作用。其中，胡杨树干生长与生态闸放水量的相关性较好，而地下水埋深是促进冠层生长的关键因子生态水利工程修建以后，虽然耗水量比修建前减少了 12.4%；而树轮年表和TINDVI（累计植被指数） 分别增加了 5.6%和 4.2%，这表明生态水利工程促进了植物生长需水与供水（即生态闸放水和地下水埋深变化）的过程耦合，提高了植物生长对水资源的利用效率。 此外， 从生态水高效利用的角度， 当塔里木河径流量大于 43.1×108m3 时，应通过生态闸对天然植被进行引水漫溢。（2） 随着地下水埋深的增加， 胡杨幼林水分来源由集中到分散， 其它林龄胡杨的水分来源均能随地下水埋深的增加逐步下移，且当地下水超过 5m 时，其他林龄胡杨对浅层土壤水的利用率明显下降，避免了与胡杨幼林的水分竞争。 多枝柽柳水分来源呈现出“聚集-分散”的分布特点，罗布麻、 胀果甘草及芦苇更多的利用接近于相对深层的土壤水（贡献率超过 60%）。 在地下水 2~3m、 3~4m 和4~5m 埋深下，随着胡杨林龄的增加，其水分利用效率逐步减小，在地下水 5~6m埋深下过熟林显著小于其他林龄胡杨水分利用效率。在 4~5m 地下水埋深下荒漠河岸林在个体和群落尺度水分利用效率均达到最大值， 存在明显的中度干扰效应，与胡杨相比，灌木、半灌木及多年生草本其在变化水分条件下生长过程较为稳定。（3） 地下水埋深和土壤盐分含量共同主导了荒漠河岸林的物种多样性，地下水埋深增加和土壤盐分含量的降低均可提升其物种多样性水平。 塔里木河下游物种在地下水埋深和盐分浓度生境变幅上存在较大差异， 多枝柽柳及胡杨所适应的地下水埋深和土壤盐分浓度生境范围均最大，相较于土壤盐分浓度，其他物种对地下水埋深的适应生境范围相对较小。干旱和盐分胁迫维持其群落内 LN（叶氮含量）、 LP（叶磷含量） 和 SLA（比叶面积） 性状的功能多样性，与盐分胁迫相比，地下水埋深下降导致的干旱胁迫更容易影响到植物性状的功能多样性，地下水埋深对功能性状平均值具有较强的直接正效应，对群落功能性状距离有较强的间接负效应。（4） 生态输水为塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的保护（补给地下水和土壤水水量占输水量的 44.5%和 42.6%）和恢复（用于漫溢的水量占 4.9%）提供了丰沛的水源。强度和轻度的漫溢干扰将促进植物分别演替成对干旱胁迫抗性较差的芦苇群落和花花柴群落。在中度漫溢干扰下（1 年 1~2 次，每次持续时间20~30d），植物形成了物种多样的（最大多样性指数）、以乔灌木为建群种（最大重要值）的植物群落。 为促进荒漠河岸林的生长和恢复， 在荒漠河岸林生态系统恢复的初期，对退化区实施中度漫溢干扰，地下水埋深由>7m 减小至 2~4m。此后，基于生态系统的保护和水资源的高效利用，植物群落的干扰模式应维持 4~5m的地下水埋深，至少实现 2~3 年 1 次、持续时间 20-30d 的地表水漫溢。若干旱加剧，为避免生态系统受损严重，可将地下水埋深维持在 5~7m，此时水力分配可在一定的程度弥补植物群落的生态水亏缺。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15407]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张广朋. 多尺度协同的塔里木河荒漠河岸林植被的水文响应研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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