研究生态输水对石羊河尾间湖区植被的影响

　　在干旱地区，内陆河流域的尾间湖通常是绿洲边缘阻止风沙侵袭的天然屏障，其生态水文效应普遍表现为以地表水、地下水和天然降水为特征的植被水分关系。伴随内陆河流域上、中游大量使用地表水，加剧了下游的用水矛盾。而下游过度开发地下水，造成植被衰退、沙丘活化，己严重影响了荒漠绿洲的生态稳定性。为了恢复荒漠、绿洲边缘人工植被和天然植被生态系统，向下游河道进行生态输水来补充植被生长缺失的水分，是许多内陆河如塔里木河、黑河等河流植被恢复采取的应急措施。研究表明，生态输水对内陆河生态恢复效果明显，说明了荒漠植被与水分的相互依存关系，即水分行为对植被生长和分布的影响。
　　青土湖是河西走廊三大内陆河之一的石羊河流域尾间湖，属民勤湖区一部分。有史料记载清朝时青土湖湖面大约东西三、四十里，南北六、七十里。19世纪末，由于大西河一次特大洪水在旧湖滩洼地汇集，再次形成民勤绿洲边缘最晚出现的最大湖泊青土湖。至建国初期，湖滩尚有部分积水，1953年干涸，特别是修建红崖山水库阻断下游河道的来水，青土湖开始进一步退化、萎缩，原来发育的湿生盐生植被逐渐衰退，青土湖西北向巴丹吉林沙漠的流沙进入青土湖，在强风的作用下与湖积沙一起形成大面积新月形沙丘和沙丘链，使湖区西北向的巴丹吉林和东南向的腾格里沙漠在青土湖连在一起，流沙进一步前移埋压湖区绿洲，风沙灾害愈来愈频繁，生态环境更加脆弱。因此，2010年10月人工输水措施正式实行，到2012年连续3年的下泄生态水量分别为1290万m,2160万m,3000万m、分别形成3k ,10k ,15k 的水域面积。伴随人工输水后地下水和土壤水环境的改变，输水对内陆河下游生境是有益还是有弊，原有的天然植被在水环境急剧变化的条件下如何响应，引起了很多学者的关注[Di-ml。而石羊河的尾间青土湖地处我国东亚季风的边缘，具有其生态脆弱性和气候敏感性，研究其水文变化及其对植被格局的影响，对于恢复整个民勤绿洲退化防护体系具有参考价值。
　　1材料与研究方法研究区概况
　　研究区位于巴丹吉林沙漠东缘、甘肃民勤县城东北70km处，地理位置为N:3900621E:10303722,该区属于温带大陆性干旱荒漠气候。年均气温8.8 , ,10 的积温30360C，无霜期162d，年日照时数3189h;年均降水量110mm蒸发量2640 mm，是降水量的24倍[00，干燥度5. 15 ;地带性土壤为灰棕漠土，非地带性土壤为草甸沼泽土和风沙土主要植物白刺(Nitraria taugtorum)、梭梭(Haloxylou ammodeudrou) ,怪柳(Tamarix ramosissima)、芦苇(Phragmites australis)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、黑果构祀(场cium ru-theuicum)、猪毛菜(Salsola colliua)等。
　　1.2研究内容和方法
　　2012年9月底人工输水3年后，对输水区植被进行调查，包括白刺灌丛、盐爪爪群落、芦苇群落、人工梭梭林群落和怪柳群落。调查方法，从绿洲边缘到青土湖底，分别选取T1,T2两条样带18个样点，每两个样点间隔500m，每个样点横向以10m间距分别选取3个样方作为重复。灌木样方10m x 10m，分别记录灌木种类、数量、株高、冠幅，同时在每个灌木样方内沿对角线设置3个1m x 1m的草本样方，调查草本的种类、个体数、盖度、高度。同时以水面为中心向外围东北向、东向、东南向、南向和西向分别设置样带，每隔500m设置植被调查样方，共设样方39个，调查植物种类、盖度、个体数量等指标。土壤有机质采用高锰酸钾外加热法，土壤全氮采用凯式法，pH值由酸度计测定，速效磷由分光光度计测定。
　　2结果与分析
　　2. 1生态输水前后青土湖植被组成和分布
　　生态输水前后植物分布，输水前共9种植物，主要以盐生和沙旱生植物为主，种类少，结构简单，湿生植被只有芦苇生长，长势差。输水后植物种数达到14种，增加的物种主要是多年生和一年生草本，输水后土壤中积聚的盐分在淋溶作用下下移，沙篙、红砂等一些典型沙生植物能够繁衍生长，但随着土壤水分强烈蒸发，盐分在地表积聚，典型沙生植物能否继续存在，需要进一步研究。
　　2. 2生态输水后湖区典型植被白刺群落的特征变化
　　2. 2. 1生态输水后白刺群落的植被特征变化
　　从人工输水区和未输水区白刺群落植被变化情况，可以看出，未输水区白刺群落内伴生植物种只有5种，伴生植物两种耐盐灌木呈衰退状态，3种草本，其中芦苇处于衰退状态，说明地下水位超出了草甸发育的临界地下水位。而白刺在未输水区正常生长，说明白刺处于1 ~ 5 m的生态地下水位。输水以后，白刺群落伴生植物增加到8种，说明输水对地表积聚的大量盐分淋洗，导致地表土壤盐渍化减轻，群落内物种表现出对水文变化的响应，芦苇、盐生草、猪毛菜、驼蹄瓣等草本植物大量繁衍，芦苇密度从输水前的1株/ ，增加到37株/ ，红砂、沙篙、盐爪爪等灌木幼苗生长，说明输水措施改变了当地土壤的水盐环境，利于一些湿生、盐生草本植物和灌木繁衍。而建群植物白刺在水淹环境下，出现衰退现象。
　　2. 2. 2生态输水后白刺群落的土壤特征变化
　　土壤表层水分的变化对土壤理化性质有一定的影响。人工输水前后白刺群落内土壤速效磷、土壤有机质、土壤全氮和pH值的变化，表中显示输水区与未输水区各指标均值存在极显著差异(P 0.01)。输水前土壤pH值为7.691，土壤为碱性，输水后土壤pH值呈中性，说明输水淋溶了表土的盐分，表现为速效钾含量降低，降低幅度为0. 755 mg/1008。土壤中的有机质和全氮含量为输水区大于未输水区，这主要由群落内植被变化引起。
　　2. 3生态输水前后地下水对植被的影响
　　青土湖及其周边近30年地下水位变化结果显示，地下水位在20世纪80年代初，青土湖周边地下水位4m左右，青土湖中心地下水2m左右，之后开始持续下降，1990~2000年下降幅度增大，与大量开荒种植籽瓜有关，年均下降0. 61m。到2007年，平均下降到17.65 m，青土湖中心区域地下水位也下降到接近4m。
　　2010年政府采取应急输水措施，青土湖中心区域地下水位从3. 78m回升到3.48m,3年回升了30cm。通过3年的应急补水后一些植物表现出积极的响应，怪柳沙包在生态输水前与输水后的对比发现，新梢长平均增加8cm，盖度增加20 %，特别是枯枝率减少近40 %，植被恢复明显。
　　2. 4生态输水后水分侧渗对物种多样性变化的影响
　　水源远近灌木物种的Simpson指数、Shan-non一wiener指数, Pielou均匀度指数的差异显著性表明，距水源0. 5 km处3种多样性指数与其它4个点均存在显著差异(P0.5)，水源点的Simp-son指数和Pielou均匀度指数与距离水源1~2km点差异不显著，而Shannon一wiener指数的变化趋势为远离水源1km处开始减小。
　　近水源处群落优势种为盐爪爪，距水源500m处盐爪爪没有枯死现象;距离水源lkm和1.5 km处优势种为白刺和黑果构祀，说明盐生、旱生的建群种白刺和盐爪爪对大面积人工输水表现出不同程度的生理响应。盐爪爪喜湿喜盐，但不易长期浸水，在距离水源500m范围内能够形成优势种，表明土壤水盐条件适宜盐爪爪单优势种存在;白刺属于旱生植物，通常生长在内陆湖盆周围，在高地下水位条件下能够形成优势种;但在沙埋条件下，能够产生大量的不定根，依靠天然降水也能正常生长，因此在远离水源1km外沙地上生长良好，表现为优势种，可能是水沙环境共同作用的结果。
　　3讨论
　　水分胁迫是荒漠地区生态系统结构和功能变化的主要驱动力。内陆河下游生态输水对植物生长、复壮产生明显的效果圈，石羊河向下游生态输水导致物种多样性增加，增加的植物种以草本为主，说明人工应急输水改善了土壤的水盐环境，为草本植物生长创造了适宜的条件，这与塔里木河下游输水后植被响应相一致。人工输水后盐生草甸的代表性物种芦苇大量发育，说明生态输水使地下水位抬升到3. 5m芦苇生长胁迫地下水位以上。
　　20世纪60年代中期青土湖地下水位1m左右，以芦苇为建群种的盐生草甸植被广泛发育，80年代初青土湖己被流沙覆盖，地下水位下降到2m以下，芦苇己萎缩成高10cm，节间0. 2cm的鸡爪芦苇，组成盐生草甸的大部分植被逐渐演变为沙质荒漠群落;2000年以后青土湖中心地下水位下降到4m以下，盐生草甸植被除生长不良的芦苇外，其它以盐生草甸为主的植物群落己基本消失，一些耐盐的植物如黑果构祀、盐爪爪生长衰退，怪柳群落在积沙的条件下正常生长。在风沙活动剧烈的湖中心，白刺群落成为优势种群，在沙埋条件下形成白刺沙包。2010年人工补水后，盐生植物盐爪爪开始大量发育，草甸植被芦苇又得以大量繁衍，植被有朝着盐生湿生环境演变的趋势。
　　干旱区内流河的生态水文过程具有很高的变异性，而且天然植被的组成和分布对土壤和水文条件的变化具有明显的响应，白刺群落的自然消长不但受降水的影响，而且地下水位的变化也制约群落的发育。随着石羊河上游来水量日益减少，青土湖逐渐萎缩，流沙进一步前移埋压湖区绿洲，湿生盐生植被逐渐衰退，沙生植物建群种白刺大量发育。当地下水位4m，白刺盖度达48%，白刺新梢长达30cm，平均株高61. 5 cm，白刺平均根深3. 15m;当地下水位在4 ~ 8m时，白刺吸收地下水变得困难，但白刺沙包在沙埋条件下，依靠天然降水，维持其生长，白刺盖度22 %，沙丘处于半固定状态，平均新梢长17cm，平均高49cm。但生态输水后白刺的生长受到了抑制，可能是由于水淹抑制白刺根系的呼吸，或者淋溶的盐分下移对白刺根系造成伤害。
　　天然植被的生长与衰败与地下水位的埋深有直接的关系。影响灌木生物量变化的主要因子是地下水埋深，当地下水位水埋深小于5m时，怪柳处于良好生长状态，青土湖人工生态输水后怪柳生长状态转好，说明地下水位回升侧渗使土壤湿度增加到促进深根性灌木利用的程度。人工输水初期，地下水位在短时期内迅速响应，水位升高，但植被变化的响应周期一般是1 ~2年，而植被种类出现明显变化一般在2年以上，生态恢复达到自我更新和自我繁殖的幼苗出现的时间一般在4 ~5年。文中研究结果在3年内的植被变化与上述研究基本一致。
　　据研究，塔里木河第一次人工输水后，其对地下水位的影响距离为450m，第4次输水后影响距离1050m，但地下水位的响应程度随远离河槽而减小。青土湖输水3次后，其物种多样性指数在距离水源500m处存在差异性，说明水分侧渗影响到500m范围内地下水和土壤水的空间分布。而距离水源1km外群落的复杂性依次降低，优势度和均匀度不存在差异，这说明输水区的侧渗对1km以外的植被在短期内没有影响。
　　青土湖水文和植被的历史演替过程以及沙化后物种结构简单，单一输入大量的水难以实现自身稳定繁衍的湖泊，一个稳定生态系统的形成需要很长时间，因此建议在生态输水时采取人工辅助植被恢复措施，提高物种的丰富程度。
　　4结论
　　(1)生态输水区物种从未输水前的9种增加到14种，群落内物种丰富度增加。
　　(2)生态输水导致青土湖核心区建群种白刺衰退甚至死亡，盐生灌木盐爪爪和盐生草甸芦苇大量发育。土壤中pH值由碱性变为中性，土壤中养分含量有所增加。
　　(3) 3年生态输水使青土湖核心区地下水位回升了30cm，地下水位的侧渗使深根性灌木的生长有明显的恢复，主要表现在新稍增长、盖度增加、枯枝率降低。
　　(4)在距离水源500m处群落的物种多样性差异显著，输水后水面其侧渗影响范围500m。