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本论文以黑河下游额济纳绿洲为研究区,在充分进行长期定位观测实验的基础上,以绿洲主要植被类型(胡杨林、柽柳灌丛)的生态耗水为主线,对额济纳绿洲生态系统演化、胡杨林林分特征、胡杨单木耗水、柽柳灌丛蒸散发进行了研究,讨论了绿洲生态耗水量问题;研究了荒漠河岸林分布和荒漠植物生长状况与土壤水和地下水位的关系,计算了额济纳绿洲的水量平衡。论文初步回答了水文循环过程中生态系统的作用及其对水环境的适应性问题,为维护流域不同生态系统的健康,实现干旱地区经济持续发展,实施生态环境保护与水资源优化管理提供理论依据和技术支撑。初步得到以下研究结果:
1.额济纳绿洲生态系统种群较少、结构简单,主要类型是荒漠草地和荒漠河岸林。从对1982到2000年额济纳绿洲生态系统演化过程的分析中,得出由于水资源持续减小,导致绿洲生态系统退化,以胡杨为主的河岸乔木林和荒漠稀疏草地减小了45.02﹪和14.55﹪。绿洲原有的湖泊数量和水域面积锐减,沦为沙漠化土地;河岸林和草地的减少,致使以流动沙丘为代表的沙漠化面积,以年平均3.37﹪的速率增加。额济1纳绿洲正在从河岸乔灌林→河岸灌草林→荒漠稀疏灌丛一荒漠稀疏草地_戈壁的方向演化。
2.在胡杨单木和林分耗水规律及尺度转化方面,研究了胡杨树干边材液流的日变化、逐日变化和季节变化过程,揭示了边材液流沿树干高度、方位、径阶的变化特征,初步认识了胡杨边材液流的时空变化规律。对边材液流与气象和土壤温湿因子的相关性进行了统计分析,建立了部分树种边材液流与环境因子的多元回归模型。在此基础上,以单木的液流通量作为纯量,实现了单木耗水向林分耗水的尺度转换。
3.通过对植物生长的土壤水分条件和地下水位的研究,得出土壤质地类型、地下水位动态变化和土壤盐分是决定绿洲区植被生长的主要因素。不同植被生长状况下的土壤含水量有很大差别。在1.5m深土层范围内粘性土中的平均含水量为12.72~15.59﹪,沙性土中为3.15~13.71﹪时胡杨生长良好;粘性土中为9.35~12.39﹪,沙性土中为1.95~2.04﹪时胡杨生长一般:粘性土中为6.74﹪,沙性土中为1.55~2.00﹪时胡杨生长较差。研究得出,胡杨、沙枣和柽柳的生态适生水位均为1~5m,而梭梭的生态适生水位为2~4m,苦豆子的生态适生水位为1~3m。
4.在柽柳灌丛蒸散发和能量平衡研究中,将改进的波文比一能量观测系统用于测定灌木一柽柳群落的蒸散发,计算出额济纳地区柽柳灌丛(6~9月)的蒸散量为335.31mm,其中8月份潜热通量占能量支出量的62.85﹪,感热通量占32.85﹪,土壤热通量占4.44﹪。环境因子对蒸散速率的影响大小依次为净辐射、土壤含水量、水气压、风速和空气温度,复相关系数为0.968。
5.利用莺落峡、正义峡和狼心山水文站长序列实测的地表径流和额济纳绿洲的地下水观测资料,分析了黑河下游地表径流时空变化和地下水位变化规律。计算了地表水和地下水的水量平衡。根据实际测定的植物耗水量,估算了额济纳绿洲的实际耗水量。