克里雅河尾闾沙漠腹地绿洲胡杨年轮特征分析∗

安外尔·阿卜杜热伊木，戴 岳，师庆东，张 峰

(1.新疆大学 生态与环境学院，新疆 乌鲁木齐 830017；2.新疆绿洲生态自治区重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830017；3.新疆大学 地理科学学院 智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830017)

0 引言

树木年轮以其空间分布广、定年准确、连续性好、分辨率高及重建精度好等优势，在国际上成为全球变化研究中获取过去气候环境演变数据的重要方法之一[1-2].树木年轮记录能够反映当地降水、地表径流和地下水变化等信息[3-5].达理雅博依绿洲是位于塔克拉玛干沙漠腹地现存面积最大的天然绿洲，该绿洲受人为干扰小，保持着天然绿洲最原始的状态，在绿洲研究中极具价值[6-10].近年来，该绿洲部分地区植被退化明显[8,11-13]，这种退化或与地下水埋深、径流[5,14]有关，然而这类推断却缺少详细、连续的地下水观测数据.塔里木河中、下游已有研究表明，胡杨年轮宽度与地下水埋深之间呈负相关关系[15]，河道输水后潜水埋深与胡杨枝径向生长之间存在显著相关[16]，胡杨枝径向生长在时间序列上呈现出与径流相同的变化趋势[17].然而，此类研究主要集中在塔里木河[5,15-17]，达理雅博依绿洲开展的工作较少，即便前人对克里雅河下游洪泛事件与胡杨年轮关系进行了研究[18]，由于达理雅博依绿洲内部水系是网状水系，且克里雅河径流到达绿洲在一定程度上受到人为调水的影响，绿洲内部河道改道较频繁，影响胡杨生长的因素众多.因此，确定胡杨生长的限制因子是在此绿洲开展树木年轮学研究的前提.本文选取树木年轮的方法测定了近十年达理雅博依绿洲胡杨的年轮宽度变化，探讨了影响胡杨年轮宽度变化的可能原因，可为克里雅河下游区域生态系统的研究提供基础数据.

1 研究区概况

克里雅河是塔里木盆地南缘第二大河流，发源于昆仑山，出山后贯穿于田县城向北流入塔克拉玛干沙漠腹地.直线距于田县城约250 km处，形成了树叶状天然尾闾绿洲[8-10,19].达理雅博依绿洲位于塔克拉玛干沙漠腹地，属大陆性暖温带极端干旱气候区，年平均降水量仅17 mm[18]，2015年绿洲平均气温值为11.8 ℃，平均相对湿度为40.2%[20]；流域内年平均蒸发量为2 479.2 mm，光照资源丰富、积温高，年积温达到4 208 ℃，流域多尘暴、浮尘天气[12,21]；地表植被稀疏，主要有胡杨、灰胡杨（Populus pruinosa）、柽柳（Tamarix sp.）、芦苇（Phragmites australis）、胀果甘草（Glycyrrhiza inflate）、大叶白麻（Poacynum hendersonii）、花花柴（Karelinia caspica）、苦豆子（Sophora alopecuroides）、戟叶鹅绒藤（Cynanchum sibiricum）、骆驼刺（Alhagi sparsifolia）等.

2 研究方法

2018年7月至10月，在克里雅河下游达理雅博依绿洲的三处观测点（图1）随机选取生长健康、长势良好的16棵胡杨树（表1），用生长锥（Haglof increment borers,Haglof Inc.,Sweden）按照“十字交叉”法，在树高约1.0～1.3 m处采集胡杨的树芯，共采集32根.将采集的树芯放置于提前准备好的洁净纸筒内，并置于干燥、洁净的箱子内携带保存.

表1 克里雅河下游采样点基本信息（平均值±标准偏差）

图1 三处观测点位置示意图及达理雅博依绿洲鸟瞰

三处观测点环境特征（图2）：W1和W3观测点以胡杨群落为主，W1观测点西边河道常年有洪水漫溢，胡杨幼苗发育较好；W3观测点东边的河道是流过达理雅博依乡居住地附近的主要河道之一，河道常年有水；W2观测点是胡杨-柽柳群落大面积共存的区域，附近的河道有些年份会受到人工河流改道的影响，遭遇洪水，群落内柽柳更新较好.

图2 三处观测点立地环境鸟瞰

样本带回实验室干燥后进行粘贴、固定、打磨和抛光等预处理[22].使用HP LaserJet M1005 MFP扫描仪高分辨率（600 dpi）扫描样本；采用Adobe Photoshop CS8软件处理扫描后的图像，并测定年轮宽度；使用Minitab 16.0和SPSS 19.0软件对数据进行单因素方差分析（one-way ANOVA）.

3 结果

由图3可知，W1观测点的胡杨年轮宽度随着时间的推移呈现窄-宽-窄的特征.胡杨年轮宽度最大值出现在2014年，为4.4 mm；最小值出现在2010年，为1.9 mm.W2观测点胡杨的年轮宽度随着时间的推移呈现变窄的趋势.胡杨年轮宽度最大值出现在2012年，为5.3 mm；最小值出现在2018年，为2.3 mm.W3观测点胡杨年轮宽度随着时间无明显规律.胡杨年轮宽度的最大值出现在2011年，为4.2 mm；年轮宽度最小值出现在2013年，为2.6 mm.

图3 2010―2018年三处观测点胡杨年轮宽度变化（平均值±标准差）

相同年份不同观测点胡杨年轮宽度随着时间的推移整体上呈现变窄的趋势；年轮宽度最大值出现在2011年，最小值出现在2018年（图4A）.由图4B可知，W2观测点2010―2013年胡杨年轮宽度大于其余两处观测点；W1与W2观测点2013―2018年胡杨年轮宽度呈现下降趋势；W3观测点2013―2015年胡杨年轮宽度呈现出缓慢变宽的趋势，2016―2018年呈现出变窄的趋势，变化趋势与其余两处有差别.

图4 三处观测点年轮宽度累积趋势（A）和同一年份不同观测点的胡杨年轮宽度（B）

4 讨论

植被是绿洲在沙漠景观中的突出表现，植被的扩张和衰退决定了绿洲的发展和消亡[9].干旱区天然植被作为生态系统的重要组成部分，在荒漠生态系统中具有重要的生态意义[14].植被的生长和动态受到多种环境因子的影响，如小气候、土壤结构、水分、太阳辐射、地形等[9].分析环境因子对植物的影响，不仅能够了解植物对环境变化的敏感性和抗性，也有助于了解不同植物对环境条件的不同适应机制[23].植物对环境因子如温度、湿度、光照强度、水条件有一个适应和忍耐区间[24-25].在沙漠地区，降水量稀少，蒸散率高[9,26]，不足以维持非地带性天然植被组成的生态系统的正常运转[27]，因而地下水和地表水成为荒漠地区天然植被维系生存和发展的最主要水分来源[28].在个体和种群尺度上，地下水主要影响植物的活力，地表水主要影响植物的更新[9].然而地下水和地表水的变化与植被演变之间有着复杂的关系，它涉及地下水、土壤、植被等相互之间的动态平衡[14].

达理雅博依绿洲位于塔克拉玛干沙漠腹地，是典型的大陆性气候环境.该绿洲年降水量仅17 mm，对胡杨的生长几乎无意义，克里雅河泻入绿洲水量的变化可能是胡杨生长的决定性因子[7,18].储国强等[18]认为达理雅博依绿洲位于河流末端，只有特大洪汛期才有洪水泻入下游尾闾地带，胡杨的生长与洪汛期的洪水密切相关.根据2010―2018年不同观测点胡杨年轮宽度整体呈下降的趋势（图4A），也可认为这个时期克里雅河下游水量逐渐减少，河道供水不如从前.W3观测点位于绿洲中部河道西岸（图2），2012―2018年间W3观测井地下水埋深总体上呈缓慢上升趋势，由于人工坝对洪水的控制和分流[29]，或者地表水和地下水埋深对改善胡杨水分利用效率和生物量积累之间的滞后效应[30]，导致W3观测点胡杨年轮宽度之间差异显著（图3）.克里雅河尾闾洪水的泻入量受到上游径流量的影响，而中游地段水资源的过度开发利用、沙漠区河道的摆动和迁移，也可能影响注入尾闾水量的多寡[18].此外，克里雅河上游带来的泥沙堆积会使下游河床升高，最终导致沙漠区河道摆动或迁移[7]，从而使绿洲水文状况发生变化.

荒漠河岸植物总是对于洪水频率、量级、持续时间和季节性流量变化相关的地下水位波动敏感[31-32].然而，洪水通过漫溢、侧渗的方式湿润地表到地下水位之间的厚层干土，为现存胡杨林地补充水分[33]，当年地下水埋深在一定程度上可影响次年植物的生长[28].地下水位的埋深或为决定天然植被繁茂程度的关键因素.在地下水条件良好的情况下，水分交替及洪水和地下水埋深的上升是影响植物水分利用效率变化的主要因素[34].胡杨幼苗期，因植株生长需要，立地的浅层土壤水可能被幼苗吸收利用的较多，因而当地地下水位可能降低较快[33]，W1地下水位观测点附近洪水频发，胡杨更新较好（图2），因此或导致胡杨样本年轮宽度的年际显著差异（图3）.

在生长季的不同月份（个别月份除外），胡杨（成年和幼龄）和柽柳之间存在着激烈的水分竞争[35]，柽柳在水分利用方面倾向于灵活的策略，胡杨则倾向保守[36]，胡杨和柽柳对土壤水分的吸收利用深度随林龄增加而下移，而柽柳适应不同水分条件的能力优于胡杨[37].干旱条件下，随着地下水埋深的增加，胡杨不断降低生长速率以维持水分利用效率，而柽柳先提高水分利用效率，再降低生长速率[34].地下水埋深和pH值是控制胡杨生长发育的主要变量，水环境的空间异质性导致胡杨形态和生理特征的变化.地下水因素诱发胡杨与柽柳的竞争[10].因此，干旱荒漠区胡杨和柽柳并存的区域，胡杨可能受到柽柳的竞争排挤.W2观测点的胡杨年轮序列，显现出非气候信息的长期变化[38]，或受附近柽柳竞争的影响（图2）.

5 结论

塔克拉玛干沙漠腹地克里雅河尾闾达理雅博依绿洲三处观测点的16个胡杨样本年轮宽度的分析结果表明：

（1）总体上，2010―2018年胡杨年轮宽度随着时间的推移呈现变窄的趋势.

（2）该绿洲西部胡杨群落（W1观测点），胡杨年轮宽度随着时间的推移呈现窄-宽-窄的特征，年际差异极显著（P=0.006<0.05）；该绿洲中部胡杨群落（W3观测点），胡杨年轮宽度随着时间的推移变化起伏无明显规律，年际差异极显著（P=0.005<0.05）.胡杨-柽柳群落（W2观测点），胡杨年轮宽度随着时间的推移呈现变窄的趋势，年际差异不显著（P=0.746>0.05）.

（3）胡杨群落中，洪水与地下水埋深的变化、种内竞争及河流水量的变化均有可能影响胡杨的年轮宽度变化；胡杨-柽柳群落中，胡杨与柽柳存在的种间竞争可能影响胡杨的年轮宽度变化.