塔里木河流域胡杨林区生态输水效益评估
时间：2023-03-02 20:55:07 来源：千叶帆 本文已影响人
张 靓，赵少军，魏光辉
(新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000)
塔里木河流域是我国最大的内陆河流域，也是我国面向中亚、西亚开放的“桥头堡”和“中-巴经济走廊”的重要通道，位于“丝绸之路经济带”建设的核心区，地理位置独特、地缘优势明显[1-2]；
其因兼具鲜明的地域特色、极端脆弱的生态系统和突出的生态问题而闻名于世。流域分布的胡杨林面积分别占世界和中国胡杨林面积的54%和90%，拥有世界上数量最多、分布面积最广的天然胡杨林资源基因库，生态地位不可替代。沿河发育的以胡杨为主的荒漠河岸林、绿洲-荒漠过渡带以及天然湖泊湿地等共同构成的荒漠河岸生态系统，是我国生态安全战略格局“两屏三带”中“北方防沙带”和生态文明廊道的重要组成部分，是阻挡塔克拉玛干沙漠侵袭绿洲的自然生态屏障[3-5]。
塔里木河流域总面积102.7万km2，占新疆总面积的61.8%，水资源总量401.8亿m3，具有自然资源丰富和生态环境脆弱的双重特点。受人类活动和气候变化影响，目前只有和田河、叶尔羌河、阿克苏河、开都-孔雀河四条源流与塔里木河干流有地表水联系，形成“四源一干”格局[6]。
1.1 野外调查
主要调查内容包括胡杨个体生长状况(枝下高、冠幅、长势)、林龄结构、胡杨幼苗(1～3 a生)数量及物种多样性等。根据不同输水区输水的景观类别、持续输水年限等，将其划分为：①常态化(>6 a)或长时间输水(3～6 a)的胡杨林保护区。②长时间输水(3～6 a)的稀疏胡杨林区。③长时间输水(3～6 a)或短期输水(≤3 a)的胡杨林退化区。④湖泊湿地，具体调查内容见表1。
1.2 遥感分析
收集生态输水前后的多源多尺度高频次遥感数据，包括Sentinel-1微波数据、Landsat-TM光学影像数据、Modis-EVI植被指数数据、Modis-LST地表温度数据、GEWEX-SRB地表辐射数据、CMORPH降水数据、AMSR-E辐射计数据、GRACE重力卫星数据等，数据周期介于5～16 d，分辨率5～250 m，数据总量达到100GB以上。经数据处理，获取输水区内淹灌范围、淹灌持续时间、湖泊水面面积、地下水储量、土壤水、植被覆盖度、蒸散发、生态环境综合质量指数等成果。
表1 生态输水区类别与野外调查内容
1.3 生态输水效益评价指标体系
为科学评价生态输水效益，从淹灌效率、地下水和土壤水响应、植被生长与群落结构变化及生态环境质量时空格局4个方面，构建了生态输水效益评价指标体系(见表2)[7-9]。
表2 生态输水效益的评价指标体系
续表2
2.1 生态输水淹灌效率
2.1.1 淹灌面积
流域胡杨林淹灌面积219 133.3 hm2，其中淹灌退化区面积179 073.3 hm2，占淹灌总面积的81.7%。淹灌影响面积452 133.3 hm2，其中淹灌影响退化区面积353 133.3 hm2，占淹灌影响总面积的78.1%。因此，淹灌和淹灌影响退化区的面积分别占胡杨林退化总面积(541 666.7 hm2)的33.1%和65.2%，表明流域生态输水的淹灌和淹灌影响范围还未完全涵盖胡杨林退化区。
阿克苏河、叶尔羌河、和田河、孔雀河及塔河干流淹灌面积分别为14 066.7 hm2、56 866.7 hm2、19 266.7 hm2、3266.7 hm2及125 666.7 hm2，影响面积分别为40 533.3 hm2、102 800 hm2、25 600.0 hm2、6133.3 hm2及277 066.7 hm2。通过由原来的每年1次遥感监测增加到目前的2～7 d 1次，更加精细地探测出胡杨淹灌的范围和过程；
并不断优化输水方案，提高了淹灌效率。
2.1.2 淹灌持续时间
淹灌时间<7 d和>29 d分别为淹灌不足和过度淹灌，8～28 d为适度淹灌，适宜胡杨林种群更新。通过对胡杨林高频监测发现，淹灌不足(<7 d)的区域为39 940.0 hm2，占淹灌总面积的18.1%(见表3)；
过度淹灌(>29 d)区域为87 766.7 hm2，占淹灌总面积的40.1%；
适度淹灌(8～28 d)区域为91 459.9 hm2，占淹灌总面积41.8%。塔河干流适度淹灌(8～28 d)区域面积52 306.7 hm2，占比41.7%；
过度淹灌(>29 d)区域占比为40.1%。叶尔羌河适度淹灌(8～28 d)区域面积25 000.0 hm2，占比44.0%；
淹灌不足(<7 d)和过度淹灌(>29 d)占比分别为24.9%和31.1%。和田河适度淹灌(8～28 d)区域面积6946.7 hm2，占比36.1%；
淹灌不足(<7 d)和过度淹灌(>29 d)占比分别为18.7%和45.2%。孔雀河适度淹灌(8～28 d)区域面积1586.6 hm2，占比47.9%，淹灌不足(<7 d)和过度淹灌(>29 d)占比分别为19.3%和32.8%。阿克苏河适度淹灌(8～28 d)区域面积5620.0 hm2，占比40.0%，淹灌不足(<7 d)和过度淹灌(>29 d)占比分别为26.7%和33.3%。
表3 塔里木河流域胡杨林不同淹灌时长面积及比例
2.2 地下水和土壤水响应
2.2.1 地下水储量
以2000—2003年的地下水平均值为基准值进行对比分析(见表4)，2015年地下水储量减少的区域占流域总面积的49.1%；
2016年生态输水实施后，地下水储量减少的区域呈现缩减，占流域总面积的35.3%，0～50 mm的区域占流域总面积的50.6%，总体呈现增加；
2021年，流域地下水储量增加明显，0～100 mm的区域占流域总面积的53.4%，100～200 mm的区域占45.9%，>300 mm的区域占流域总面积0.7%，生态输水对地下水的补充效果显著。
孔雀河2015年、2016年地下水储量分别减少30 mm、20 mm；
2017—2021年每年分别增加70～80 mm、70～90 mm、80～100 mm、130～140 mm、140 mm以上。叶尔羌河输水区2015年地下水储量以减少为主，2016年以增加0～20 mm为主，2017—2019年均以增加20～40 mm为主，2020—2021年以增加40～60 mm、60～80 mm为主。塔河上中游输水区2015—2021年地下水储量增量依次集中在30～70 mm、80～100 mm、80～90 mm、100～120 mm、110～130 mm、130～150 mm、150～160 mm。和田河输水区地下水储量在2015—2018年减少幅度逐年增大，2015年减少量集中在10 mm左右，2018年减少量均超过20 mm；
2019—2021年由减少逐步转变为增加变化，2021年全区地下水储量增量均在20 mm以上。阿克苏河南部地区2015—2017年出现地下水储量减少的情况，2018—2021年地下水储量增量分别介于18～112 mm、42～113 mm、72～148 mm、56～159 mm。
表4 塔河流域不同等级地下水储量占比 %
2.2.2 地下水埋深
塔里木河上中游和叶尔羌河生态输水后实测地下水埋深较输水前显著回升。阿拉尔断面输水前月平均地下水埋深最浅为2.23 m，最深为3.33 m；
输水后，其地下水埋深迅速回升至1.07 m。新渠满输水前最浅地下水埋深为2.29 m，输水后回升至2.01 m。英巴扎断面输水前平均地下水埋深最低达到4.70 m，输水后回升了1.97 m。乌斯满监测断面输水前最深地下水埋深为5.08 m，输水后回升至3.20 m。下河林场由2月的5.06 m降至7月的5.48 m，8月份生态输水后回升0.14 m，9月则大幅度抬升至4.49 m。盐山月平均地下水埋深在2—7月下降了0.36 m，输水后的8—9月平均回升了1.28 m。
2.2.3 土壤含水量
生态输水促使输水区土壤出现明显湿润化趋势。输水区土壤含水量总体均呈现下降趋势，干旱化程度逐渐减弱，但未输水区的土壤含水量总体以增加趋势为主，表明土壤干旱化。2015—2021年轻旱区面积占比由3.6%增至11.8%，中旱区面积基本维持不变；
由于特旱区向重旱转变，重旱区面积占比由38.6%增至51.7%，特旱区面积占比由36.1%下降至15.6%(见表5)。
表5 塔河流域不同等级土壤含水量占比 %
2.3 植被生长和群落结构
2.3.1 胡杨个体长势与林龄结构
生态输水与乔、灌木的落种时间均集中在7—10月，从而为胡杨萌发提供了有利的水分条件。生态输水后，洛浦县生态输水区每100 m2新生胡杨幼苗密度达到8株，未输水区未见新发胡杨；
从胡杨个体长势来看，胡杨冠幅14.06 m，高出未输水区500%；
而枝下高(值越小长势越好)为1.50 m，低于未输水区28.3%；
输水区的濒死胡杨占32.1%并开始复壮，未输水区濒死胡杨高达84.1%。在塔河下游，生态输水淹灌区的幼苗库总密度为74±30株/m2。在夏玛勒胡杨林保护区，胡杨枝下高在输水1 a后显著降低而冠幅明显增加；
但在过度输水时(输水时间>3 a)枝下高转变为增加和冠幅呈减小，表明胡杨长势变差。在塔河下游，生态输水后，胡杨幼苗(胸径<1 cm)和幼龄(胸径<4 cm)数目最多；
中龄阶段胡杨(胸径4～10 cm)数目较少；
胡杨近熟林(胸径>10 cm)每400 m2存在3～4株，因此生态输水显著改善了胡杨的林龄结构，生态输水促进了胡杨幼苗大面积萌发，激发了胡杨个体生长，改善了胡杨树龄结构。
2.3.2 物种多样性和植被覆盖度
在塔里木河干流南岸、和田河流域洛浦县胡杨林输水区，物种多样性Simpson指数和Shannon指数均显著高于未输水区96.5%、183.0%和48.0%、77.0%。在叶尔羌河流域和塔河干流中上游输水区，当输水时间为1～2 a时，群落物种多样性指数均显著高于未输水年份；
当输水持续3 a时，物种多样性趋于稳定；
当输水时间大于3 a时，物种多样性水平有所下降。在墨玉县输水区和塔河下游区域，随着输水时间增加，物种多样性水平均趋于稳定。
生态输水后，75.5%区域的植被覆盖度增加，而24.5%区域的植被覆盖度呈现减小；
特别在生态输水区，即93.0%的塔里木河干流南岸输水区、89.0%的洛浦县胡杨林输水区、93.3%的墨玉县胡杨林输水区、80.4%的夏玛勒林场输水区、92.5%的下河林场输水区以及80.0%的塔河干流胡杨林输水区的植被覆盖度均呈增加趋势。从月尺度来看，流域植被覆盖度在7—10月4个月份均明显增加。根据植被覆盖，将流域胡杨林分为极低覆盖，低覆盖，中覆盖和高覆盖四类(见表6)。2016—2021年，高覆盖胡杨林面积由95 880.0 hm2增加至135 200.0 hm2。其余覆盖等级的胡杨林面积呈减小趋势，其中极低覆盖(36 446.7 hm2)和低覆盖(29 786.7 hm2)的胡杨林面积分别减小了46.24%和35.31%。
表6 塔河流域不同覆盖度胡杨林 hm2
2.4 生态环境质量时空格局
2.4.1 生态水利用效率
根据监测分析，在胡杨林稀疏的洛浦县、墨玉县、孔雀河下游和塔河南岸输水区，生态水利用效率较低，分别仅为3.9 %、4.0%、15.4%、17.4 %；
而在胡杨林覆盖较高的夏玛勒林场、下河林场、沙雅、轮台和尉犁罗布淖尔输水区，生态水利用效率较高，分别达到29.30%、26.60 %、32.10 %、43.60 %、37.23%。因此，为提高稀疏胡杨林区的生态水利用效率，需要采取工程和非工程措施，加快生态修复进程，以减少裸地无效蒸发。
2.4.2 生态环境质量指数(RSEI)
参考《生态环境状况评价技术规范》(HJ 192—2015)，以0.25为间隔划分生态环境质量(RSEI)等级如下：优(0.75～1.00]、良(0.50～0.75]、中(0.25～0.50]、差[0～0.25]。生态环境质量等级为优的胡杨林仅满足其生态需水量即可，避免因过度灌溉导致胡杨林生长受到胁迫；
生态环境质量等级为中、良的胡杨林输水区进行适度输水，满足胡杨林生长需求，逐渐改变其生长环境；
生态环境质量等级为差的胡杨林进行重点输水，促使胡杨林生态环境质量状况呈现增加趋势，彻底扭转恶化局面。塔里木河流域输水区胡杨林区生态环境质量状况处于优、良、中、差四个等级的占比分别为11.3%，42.1%，32.3%，14.3%(见表7)。生态环境质量等级为优的胡杨林主要分布于叶尔羌河、阿克苏、和田河、开都-孔雀河源流区和塔里木河上游部分地区。生态质量状况处于良、中的地区达到74.4%，主要分布于塔里木河干流中游和下游的大部分地区。
表7 胡杨林输水区生态质量等级与面积统计
3.1 生态输水的水文响应不明、靶向固化，将危及胡杨林群落稳定
由于输水的生态水文响应不明，导致生态输水的区域未能与胡杨林退化区相吻合，生态输水靶向固化，胡杨林过度淹灌和淹灌不足的问题并存。根据监测，塔河流域胡杨林淹灌的退化区面积占淹灌总面积的81.7%，表明18.3%的胡杨林无需淹灌，仅通过河道渗漏抬升地下水以满足其生态需水量即可。退化胡杨林区的生态输水需适时、适量、适度。根据监测，在输水时间超过3 a的过度淹灌区，胡杨枝下高转变为增加和冠幅呈现减小，胡杨长势变差；
这是由于流域土壤含盐量较高，过多的水分会加速土壤中钠离子和氯离子在植物根部的积累，造成胡杨根系功能受损，阻碍其生长。因此在不同来水背景下，亟须开展明确流域胡杨林保护目标、保护范围、需水规模，以及塔河源流区实施胡杨林输水对向塔河干流输水任务完成的影响及干流向下游输水任务完成产生的影响等工作内容。
3.2 缺少生态输水监测与效益评估指标体系
当前胡杨林生态输水大多以应急为主，没有建立长期、稳定和系统的生态监测体系。如在分析胡杨林对生态输水的生理、生态响应及水分转化方面，需布设固定样方和水文监测断面对其进行长期监测，从而为今后制定合理的生态输水方案以及开展生态输水效益评估提供数据支撑。另外，对生态输水效益评估，也缺少适宜于流域的、涵盖水、土、气、生等生态要素的综合评估体系。
4.1 优化塔里木河流域生态水总体调控方案
塔里木河流域作为一个有机整体，为满足胡杨林重点保护区的生态输水及干流下泄指标，应从流域角度出发，综合生态需水、供水模式等研究成果，构建源流“集中同步组合以实现干流增流”、干流“闸群联合调度以实现分段耗水控制”、下游“生态输水以实现地下水位调控”的生态水调控总体方案。流域内各地州、兵团师负责本行政区生态输水基础设施建设和生态调水的具体组织实施。在满足水资源“三条红线”指标用水的基础上，通过流域水量统一综合调度，保障胡杨林重点保护区生态输水及干流下游下泄指标的完成，并统筹好上下游、左右岸，源流与干流生态调水[10]。
4.2 建立生态输水监测与效益评估体系，优化胡杨林生态输水实施方案
在胡杨林生态输水区，构建“多维度”(纵向水流演进-横向水量转化-竖向植被响应)、“多尺度”(胡杨个体-群落结构和功能-生态系统面积、质量和稳定性变化等)、“多生态要素”(水、土、气、生要素)、多技术手段(空-天-地一体化)的综合监测系统，确立胡杨林生态输水效益科学、精准、完整的评估指标体系。利用监测资料和输水效益评估结果，明确胡杨林重点保护与修复目标、范围、需水量，植物落种时间，适宜的河水漫溢干扰频度、水量、持续时间，以及地下水埋深阈值等要素，提出生态输水原则，制定针对胡杨保护与修复的生态输水方案。重点在对生境状况优良的胡杨林提供满足正常生存的水源后，优先对退化区胡杨林进行生态输水，保障生态淹灌面积和退化区胡杨林面积相吻合，在提高生态水利用效率的同时，实施洪水漫溢以激活土壤种子库和胡杨根蘖萌新，孕育胡杨幼苗生长。
(1)流域胡杨林淹灌面积1.46万hm2，其中淹灌退化区面积1.19万hm2，占淹灌总面积的81.7%。淹灌影响面积3.01万hm2，其中淹灌影响退化区面积2.35万hm2，占淹灌影响总面积的78.1%。淹灌和淹灌影响退化区的面积分别占胡杨林退化总面积(3.61万hm2)的33.1%和65.2%，表明生态输水淹灌和淹灌影响范围还未完全涵盖胡杨林退化区。
(2)生态输水后，流域地下水储量减少区域呈现缩减，占流域总面积的35.3%，上升0～100 mm的区域占流域总面积的53.4%，上升100～200 mm的区域占45.9%，上升大于200 mm的区域占流域总面积0.7%，生态输水对地下水的补充效果显著。
(3)生态输水后，75.5%的区域植被覆盖度增加，而24.5%的区域植被覆盖度呈现减小；
在生态输水区，即93.0%的塔里木河干流南岸输水区、89.0%的洛浦县胡杨林输水区、93.3%的墨玉县胡杨林输水区、80.4%的夏玛勒林场输水区、92.5%的下河林场输水区以及80.0%的塔河干流胡杨林输水区的植被覆盖度均呈增加趋势。
(4)流域胡杨林区生态环境质量状况处于优、良、中、差四个等级的占比分别为11.3%，42.1%，32.3%，14.3%。生态环境质量等级为优的胡杨林主要分布于叶尔羌河、阿克苏、和田河、开都-孔雀河源流区和塔里木河上游部分地区。生态质量状况处于良、中的地区达到74.4%，主要分布于塔里木河干流中游和下游的大部分地区。
猜你喜欢 塔河胡杨林总面积 择一处秋色美景——“胡杨林”公民与法治(2022年10期)2022-10-12塔河流域在役大中型水库风险评估研究水利规划与设计(2020年1期)2020-05-25太平洋名字的来历红领巾·探索(2019年6期)2019-08-01塔河10区碳酸盐岩裂缝型储层承压堵漏技术钻井液与完井液(2018年5期)2018-02-13我国湿地10年“丢”一个海南省妇女生活(2015年4期)2015-09-10星空告白——白月光与胡杨林天文爱好者(2015年12期)2015-08-23以石为绢塔河写意中华奇石(2015年12期)2015-07-09以石为绢 塔河写意中华奇石(2015年11期)2015-07-09额济纳的胡杨林新西部(2014年10期)2015-01-05土地出让信息资源导刊(2014年12期)2014-08-15 相关热词搜索：塔里木河，输水，林区，
