氣候環(huán)境特性及人類活動

氣候環(huán)境特性及人類活動胡楊地理分布胡楊在全球的分布具有明顯的地理特征，主要分布在北緯30°～50°之間的亞洲中西部、地中海、北非和歐洲南端，生長于荒漠區(qū)的河流沿岸及湖濱地帶，一般可以在大陸性干旱氣候地區(qū)形成蔥郁的綠洲。胡楊林在中亞荒漠區(qū)是分布最廣的喬木樹種之一，主要分布于中國西北、蒙古、哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦、中亞細(xì)亞、巴基斯坦、伊朗、阿富汗、印度、敘利亞、伊拉克、埃及、以色列、土耳其、阿爾及利亞和高加索等地區(qū)。位于中亞42．5°～44°N，58°～60°E的Tu-ran低地的Amudarya三角洲地區(qū)分布著大面積的胡楊，該地區(qū)大部分位于烏茲別克斯坦境內(nèi)，小部分位于土庫曼斯坦境內(nèi)。在伊拉克的DhiQar省、Euphrates幼發(fā)拉底河地帶，以及位于41°65'N、60°62'E的咸海AralSea殘留區(qū)南部250km的AmuDarya河下游地區(qū)，Karakum和Kizylkum沙漠過渡地區(qū)均有胡楊分布。位于赤道上的肯尼亞也有胡楊分布，但屬于相對孤立的地域。目前，全世界最大的胡楊天然林集中在中國新疆和哈薩克斯坦，由于人為干擾，許多國家的胡楊林已經(jīng)遭到嚴(yán)重破壞，僅有零散分布中國的胡楊林主要分布于新疆、甘肅、內(nèi)蒙、寧夏、青海等5個省份(自治區(qū))。新疆胡楊分布于北緯36°30'～47°、東經(jīng)82°30'～96°之間的廣大地區(qū)，分布面積占全國的91．1%，其中89．1%的胡楊分布于塔里木盆地，主要集中在塔里木河上游葉爾羌河、喀什河以及塔里木河中游一帶，是目前全世界最大的一片天然胡楊林，面積為35．2萬hm2。此外，在準(zhǔn)噶爾盆地、伊犁河谷、天山南坡、塔什庫爾干和昆侖山也有胡楊分布。從新疆塔里木河谷形成的走廊狀沿岸森林?jǐn)嗬m(xù)向東，經(jīng)羅布低地和哈順戈壁而至甘肅河西走廊西端的額濟(jì)納谷地均有胡楊分布。在內(nèi)蒙古烏蘭察布盟(四王子旗北部)、伊克昭盟(杭錦旗西部)、巴顏淖爾盟、阿拉善盟以及寧夏中衛(wèi)縣也有胡楊分布。青海省西部的柴達(dá)木盆地以西、昆侖山北麓、拖拉海沿岸的河灘階地和阿拉山沙漠區(qū)是胡楊天然林分布的東部界限。胡楊分布區(qū)域的氣候環(huán)境特征及人類活動胡楊是荒漠地區(qū)天然分布的唯一可以建群的高大喬木樹種，適應(yīng)于極端干旱的氣候環(huán)境條件，耐鹽堿、水濕，抗干旱、風(fēng)沙，具有維護(hù)分布區(qū)內(nèi)生態(tài)平衡等作用。胡楊生長區(qū)域的氣候、水資源、地下水、土壤等環(huán)境條件的獨特性、生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性以及人類活動的長期干擾，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境有較大影響。面對全球氣候環(huán)境變化以及人類活動影響的相互疊加，對胡楊分布區(qū)域氣候環(huán)境特征和變化規(guī)律，以及胡楊自身的適應(yīng)性進(jìn)行研究具有重要意義。氣候特征胡楊生長區(qū)域多屬于典型的干旱大陸性荒漠氣候條件，干旱氣候指標(biāo)中，降水要素特征尤為重要。胡楊生長區(qū)域年降水高度集中，多集中在夏季，6～8月的降水量可占年總量的50%～65%，降水常集中在一、二場雨上，有“濕年一場雨”之說。另外，降水變率較大，我國新疆(特別是南疆)有近一半氣象臺站的降水資料表明，年降水變率在0．3～0．5之間。河西走廊及柴達(dá)木盆地亦相近，一年中降水多集中在7～8月，而且形成有效降水的頻率很少，多是零星的小陣雨。溫度空間分布受地形影響，地域性不及降水強(qiáng)，年溫差和日溫差較大。新疆塔里木河胡楊分布區(qū)內(nèi)平均溫度年較差為28．5～44．1℃，日較差20～27．5℃，極端最高40．6℃，極端最低－25．5℃，大于10℃年積溫在4040～4210℃，年日照時數(shù)為573．5h，無霜期218d，多年平均降水量為45．2mm，蒸發(fā)量則高達(dá)2900mm以上。內(nèi)蒙古黑河流域額濟(jì)納胡楊分布區(qū)多年平均氣溫為8．3℃，極端最高氣溫42．2℃，極端最低氣溫－37．6℃，空氣極為干燥，平均相對濕度為35%左右，潛在蒸發(fā)量高達(dá)3706mm，是降水量的近100倍。在以變暖為主要特征的全球氣候變化背景下，我國西北內(nèi)陸地區(qū)近30年來的溫度也在波動增長，20世紀(jì)80年代后35°N以北地區(qū)的增溫更為明顯，特別是冬季增溫顯著，增溫幅度最大的新疆北部近10年的年平均氣溫比前10年的平均值增長了1．0℃。胡楊生長區(qū)域總的氣候特征是:溫差大、變化多、水量少、干燥、頻繁的干熱風(fēng)和大風(fēng)、蒸發(fā)量高，冬季嚴(yán)寒、夏季酷熱。水資源特征胡楊生長區(qū)域內(nèi)高的蒸發(fā)量和低的降水量，決定了以胡楊為建群種的荒漠河岸林綠洲生態(tài)景觀的維持高度依賴于河流徑流以及受河流徑流影響的地下潛水系統(tǒng)。大多數(shù)內(nèi)陸河流徑流主要由上游山區(qū)水源形成區(qū)的高山冰川積雪融水下泄形成，以及中下游的小部分大氣降水匯入。由于河流流經(jīng)區(qū)域氣候極其干旱，降水稀少，蒸發(fā)量大，中下游地表徑流水量占總徑流量的比例均很低，中下游反而多是河流徑流的耗散區(qū)和消亡區(qū)。河流徑流量在不同季節(jié)洪枯懸殊的特征非常明顯。徑流水量的消耗除蒸發(fā)外，主要形式為滲漏、兩岸漫溢以及形成大小不等的季節(jié)性湖泊。新疆塔里木河是典型的西北內(nèi)陸河流，以上游冰雪融水為補給，徑流量與高山冰川儲水量、積雪量和山區(qū)溫度高低有密切的關(guān)系，一般從當(dāng)年10月到來年3月為枯水期，每年3、4月有不明顯的春汛，7、8月出現(xiàn)洪峰;洪枯懸殊，冬春兩季缺水，夏季洪水過剩，易發(fā)生洪災(zāi)。另外，4至6月份當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動增加，灌溉引用大量河水，易造成徑流量進(jìn)一步減少，這一時期也是荒漠綠洲生態(tài)用水的高峰期，徑流量的銳減必然影響到胡楊樹木正常的萌發(fā)生長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境之間的用水矛盾問題日益凸顯。近年來，由于對水資源的不合理利用而導(dǎo)致的河流流量銳減對綠洲植被造成了幾乎毀滅性的打擊，植物群落受到干擾后其自然演替過程和動態(tài)平衡關(guān)系被打破，隨之發(fā)生逆行演替。地下水特征胡楊具有延伸到地下潛水層附近的龐大根系，有強(qiáng)大的根部滲透壓和含碳酸氫鈉的樹葉，比一般中生樹種抗旱和耐鹽堿，但對胡楊抗旱性和耐鹽性卻不能過分夸大。事實上，胡楊在荒漠中是不能完全脫離潛水或徑流水而生存的。在荒漠干旱氣候條件下，地下潛水位深淺，或者有無地表徑流灌溉是影響胡楊生長的直接的決定性因素。新疆塔里木河谷，胡楊與潛水位的關(guān)系大致是:潛水位1～3m，胡楊生長良好，能萌蘗更新;4～5m，生長停滯，樹木稀疏，幼樹枯萎;6～8m，大樹枯梢，小樹枯死;9m以下，大部分胡楊枯死。而在氣候相對濕潤的溫帶荒漠地帶，有徑流水補給或沙丘凝聚水供給的情況下，胡楊生長較少受潛水位的限制。生長在荒漠河岸附近的胡楊，距離河道越遠(yuǎn)，地下水越深，胡楊長勢越差，平均胸徑、冠幅、樹高等指標(biāo)均逐漸變小。在干旱環(huán)境強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下，地下水位過高，會因蒸發(fā)而無效耗散，并導(dǎo)致土壤發(fā)生嚴(yán)重鹽漬化，對胡楊生長造成鹽脅迫;地下水位過低，胡楊生長則因受到水分脅迫而生命活動受到抑制，出現(xiàn)退化甚至死亡。當(dāng)?shù)叵滤癫厣疃仍诤鷹钸m宜生長范圍內(nèi)時，地下水的水化學(xué)特征，特別是礦化度高低會對胡楊的生長產(chǎn)生顯著影響，絕大多數(shù)胡楊林的分布、長勢及演替規(guī)律明顯受地下水礦化度高低的影響。水中的無機(jī)鹽有些是植物需要的，但濃度高于植物根細(xì)胞液的濃度時，細(xì)胞中的水分會滲透出來，造成植物脫水萎蔫，不同植物對所吸收水分的含鹽量有其不同適應(yīng)范圍。胡楊對地下水礦化度也有最佳適宜濃度，超過就會出現(xiàn)衰敗。一般而言，地下潛水礦化度比較低時，胡楊普遍生長較好。塔里木流域相關(guān)研究表明，地下水的礦化度＜5g/L，在0．288～5．275g/L之間，基本適宜胡楊生長。周茅先、肖洪浪等在研究額濟(jì)納州地下水水鹽特征與植被的生長關(guān)系時也指出，胡楊在地下水位為2m左右、礦化度小于1g/L的環(huán)境中生長較好。另外，地下水中Cl－含量過高，也會抑制胡楊生長。土壤類型土壤含水量、含鹽量以及土壤有機(jī)質(zhì)含量是決定胡楊生長的主要因素。胡楊的生長與土壤水關(guān)系非常密切，土壤含水量是限制胡楊生長發(fā)育的主要生態(tài)因子。當(dāng)土壤的有效含水量不能滿足胡楊的生理需要時會形成土壤干旱。當(dāng)?shù)叵聺撍幌陆抵烈欢ㄉ疃龋乇碚趄v條件不變，土壤包氣帶含水量下降到植物難以從土壤中吸收到足以維持其生態(tài)的水分，會造成胡楊及其他灌叢植被的衰退與死亡。張元明、陳亞寧等對新疆塔里木河中游地區(qū)植被進(jìn)行多元統(tǒng)計分析，從定量角度揭示了決定塔里木河中游地區(qū)植物群落分布的環(huán)境因子主要是地下水埋深和土壤含水量，胡楊長勢差的原因與土壤含水量有密切關(guān)系。土壤含鹽量對植物的生長發(fā)育也有影響。土壤中鹽分含量高時，會抑制植被對養(yǎng)分的吸收。就胡楊而言，其生存不僅依賴于水源條件，還取決于水土的鹽分條件。徐海量、宋郁東等指出，在干旱地區(qū)影響植被生長的主要因素是土壤水分和鹽分。趙楓、金海龍等研究表明，影響胡楊生長的因素除地下水埋深、礦化度等外，還與土壤含鹽量有關(guān)，尤其是包氣帶土壤的含鹽量。在地下水水位與礦化度、土壤含水量等指標(biāo)均適宜于胡楊生長時，土壤中有機(jī)質(zhì)含量的高低與胡楊分布蓋度和長勢有一定的相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)含量高，胡楊分布密集長勢較好，反之蓋度低、長勢差。人類活動隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人類活動對天然胡楊生長的影響日益加劇。新疆塔里木河流域水文資料表明，20世紀(jì)50年代中期至60年代，塔河三源流(即和田河、葉爾羌河、阿克蘇河)平均下泄到塔河干流的年水量在51．79×108m3，到了90年代，三源流下泄到塔河干流年水量僅為42．04×108m3，平均以每年0．25×108m3速率下降。近幾十年來，由于干旱氣候和沙質(zhì)土壤等自然原因與人類在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動下對水資源的盲目掠奪開發(fā)等社會原因，導(dǎo)致內(nèi)陸河流在中下游段水文過程完全喪失，河道斷流、尾閭干涸、地下水位下降、土地沙漠化、鹽堿化及植被退化過程加劇等一系列生態(tài)環(huán)境問題。大量農(nóng)田灌溉排水進(jìn)入河流，使河水的礦化度增加，水質(zhì)鹽化。河流沿岸區(qū)域植被破壞，土壤侵蝕加劇，使河水泥沙匯集量增加。胡楊對氣候環(huán)境的適應(yīng)及其更新演替和相關(guān)保護(hù)復(fù)壯措施對氣候環(huán)境的適應(yīng)胡楊適應(yīng)氣候環(huán)境能力極強(qiáng)，具有耐鹽堿、耐水濕、抗風(fēng)沙等特性，但對所處環(huán)境水分條件極為敏感。胡楊外在形態(tài)，特別是葉形的變化是其對氣候環(huán)境適應(yīng)的明顯特征，葉形變化的原因及不同葉形的功能差異引起了學(xué)者的關(guān)注。蘇培璽等研究表明，卵圓形葉光合效率和水分利用效率比披針形葉高。胡楊葉和皮中相對較高的酚類物質(zhì)對于其抵御強(qiáng)烈的紫外輻射，減少高溫傷害，維持胡楊體內(nèi)正常的生理活動具有重要的意義。程春龍等研究了中國西北極端干旱區(qū)胡楊酚類次生代謝物質(zhì)與土壤水分的關(guān)系，結(jié)果表明卵圓形葉中酚類物質(zhì)含量跟土壤水分含量有顯著的負(fù)相關(guān)性。酚類物質(zhì)分子中芳環(huán)是疏水部分，但由于帶有大量的親水的酚羥基或其他親水基團(tuán)，使整個分子顯示較強(qiáng)的親水性，表明酚類次生物質(zhì)可能具有保水的功能，能夠降低葉片的水分蒸騰作用，減少水分散失，初步證明了胡楊能夠合成和調(diào)節(jié)體內(nèi)酚類次生代謝物質(zhì)的含量以適應(yīng)土壤水分條件的變化。胡楊通過調(diào)節(jié)酚類次生代謝物質(zhì)的體內(nèi)的合成、轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)化等過程來抵御極端干旱環(huán)境下各種環(huán)境因子的脅迫。植物的光合作用是植物生長發(fā)育和形成生產(chǎn)力的物質(zhì)基礎(chǔ)，植物氣孔是葉片與外界進(jìn)行氣體交換的門戶，同時可防止植物因蒸騰作用所引起水分的過多損失。胡楊葉片光合速率和蒸騰速率明顯受氣孔導(dǎo)度的影響，光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度間高的相關(guān)性說明胡楊屬于氣孔限制型植物。胡楊的更新演替及保護(hù)復(fù)壯措施胡楊林是荒漠區(qū)特有的珍貴森林資源，它的首要作用在于防風(fēng)固沙，創(chuàng)造適宜的綠洲氣候和形成肥沃的土壤，具有調(diào)節(jié)氣候、阻止沙漠漫延、穩(wěn)定河道及維持荒漠區(qū)生態(tài)平衡的生態(tài)功能。天然或人為的河流改道是造成胡楊林衰退的根本原因。不適當(dāng)?shù)牟煞ァЯ謮ɑ囊约斑^度放牧都會造成森林資源的破壞和土地風(fēng)蝕，最終導(dǎo)致土地荒漠化加劇。胡楊林的保護(hù)及更新復(fù)壯措施主要有:保證胡楊林地的生態(tài)用水;建立天然胡楊林保護(hù)區(qū);處理好農(nóng)、林、牧之間的矛盾，堅決制止毀林開荒，退耕還林，使胡楊林與農(nóng)、牧業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展;引洪灌溉及挖樁、伐樁萌蘗更新;廣泛宣傳保護(hù)胡楊林的重要意義，以喚起更多的人對這一事件的關(guān)注，使保護(hù)區(qū)內(nèi)的胡楊林在不受到外來干擾的情況下，依據(jù)其自然規(guī)律繁衍生息下去;在保護(hù)區(qū)以外的河流兩岸和容易引起荒漠化的地方，留出胡楊林帶，防止亂砍濫伐;在胡楊的疏林地、墾荒地上采取人工促進(jìn)天然更新和人工造林等措施恢復(fù)胡楊林的生機(jī)。為了恢復(fù)和重建受損的胡楊林綠洲生態(tài)環(huán)境，國家自2000年開始在黑河、塔里木河等內(nèi)陸河流實施向下游生態(tài)輸水工程。經(jīng)過多年努力，生態(tài)輸水的效益明顯，地下水位大幅升高，植被隨著生境的改變，長勢明顯好轉(zhuǎn)。依據(jù)實地監(jiān)測和遙感數(shù)據(jù)，生態(tài)輸水工程的實施不僅沒有對黑河流域中游區(qū)域植被生態(tài)造成負(fù)面影響，而且對下游地區(qū)地下水及植被生長的效應(yīng)十分顯著，在狼心山斷面地下水漲幅高達(dá)1．4m，東河生態(tài)輸水對胡楊的影響范圍達(dá)到距離河道1000m左右。塔里木河流域生態(tài)輸水后，在離河300m范圍，胡楊徑向生長對生態(tài)輸水的響應(yīng)非常積極，離河距離大于300m處，胡楊對生態(tài)輸水的響應(yīng)較小。分析表明，線狀的生態(tài)輸水只是緩解河道附近植被的衰退，改善局部生態(tài)環(huán)境。為擴(kuò)大輸水的生態(tài)效應(yīng)，應(yīng)在沿自然河道線性輸水的基礎(chǔ)上，分段實施河水漫溢的面上供水方案，從根本上緩解整個流域生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢。結(jié)論胡楊是荒漠地區(qū)天然分布的唯一可以建群的高大喬木樹種，適應(yīng)于極端干旱的氣候環(huán)境條件，具有維護(hù)分布區(qū)內(nèi)生態(tài)平衡等作用。胡楊在全球的分布具有明顯的地理特征，主要分布在北緯30°～50°之間的亞洲中西部、地中海、北非和歐洲南端;在中國主要分布于新疆、甘肅、內(nèi)蒙、寧夏、青海等5個省(自治區(qū))，新疆塔里木河流域的天然胡楊林是目前全世界最大的。胡楊生長區(qū)域具有溫差大、變化多、水量少、干燥、頻繁的干熱風(fēng)和大風(fēng)、蒸發(fā)量高，冬季嚴(yán)寒、夏季酷熱的氣候環(huán)境特征。胡楊的生長主要依賴于內(nèi)陸河流徑流以及受河流徑流影響控制下的地下潛水系統(tǒng)。