全 文 ：书西北植物学报!
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文章编号$
#"""()"!*
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收稿日期$
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%修改稿收到日期$
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基金项目$国家自然科学基金"
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#
作者简介$王希义"
#,+%&
#!男!在读硕士研究生!主要从事干旱区生态需水与恢复生态学研究&
-(./01
$
203456789
:!
#$;<6.
"
通信作者$徐海量!博士!研究员!硕士生导师!主要从事恢复生态学研究&
-(./01
$
9751
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2;/<;<3
塔里木河中游荒漠河岸林物种多样性
对地下水埋深变化的响应
王希义#!!徐海量#"!凌红波#!!白
!
元#!
"
#
中国科学院新疆生态与地理研究所!乌鲁木齐
+$""##
%
!
中国科学院大学!北京
#"""),
#
摘
!
要$于塔里木河中游地区选取
$"
个样地!并采集相应地区
$"
眼地下水位监测井的数据&根据监测井的地下
水位检测数据!将地下水位按不同埋藏深度划分为
"
"
!.

!
"
).

)
"
.

"
+.

+
"
#".

#
#".
共

个梯度!
对不同地下水埋深下的样地群落盖度物种多样性进行分析!以探讨主要植物分布频率与地下水埋深的关系!明确
塔里木河中游地区荒漠河岸林植被的合理生态水位!为塔里木河中游地区乃至全流域的生态系统恢复提供依据&
结果显示$"
#
#塔里木河中游地区共出现植物
#*
种!其优势种植物为胡杨&"
!
#随着地下水位的降低!植被的盖度
逐渐减小%当地下水位介于
!
"
).
时!植被的盖度平均为
$,;#)?
!当地下水埋深介于

"
+.
时!植被的覆盖度小
于
!"?
%当地下水位低于
#".
时!植被的平均覆盖度仅为
%;*?
&"
$
#随着地下水位的降低!研究区内的各类物
种多样性指数均呈先增加后降低的趋势!一般在地下水埋深
!
"
).
时物种的多样性最高!其次为
)
"
.
和
"
"
!
.
%当地下水位在
.
以下时!物种的多样性锐减!地下水位低于
#".
时!物种仅存柽柳和胡杨!多样性降至很小&
"
)
#塔里木河中游地区植物所要求的地下水平均深度为$胡杨
);*+.
柽柳
$;*$.
芦苇
!;$).
骆驼刺
);#".

花花柴
$;#+.
黑刺
!;,+.
!只有芦苇适宜较浅的地下水埋深"
$
!;*.
#!其余的均宜在
$
"
).
左右&研究表明!
在塔里木河中游地区!最适宜植物生长的地下水位为
!
"
).
!能够保证植物正常生长的合理地下水埋深区间为
!
"
.
&因此!要使塔里木河中游地区的植被得到恢复并确保其正常生长!区域内的地下水位应确保在
.
以上&
关键词$高斯回归模型%物种多样性%地下水埋深%荒漠河岸林%塔里木河中游
中图分类号$
@,)+;##!
A
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文献标志码$
B
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FGH/010/3
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K3N50==N7Q
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I
R673Q8/NOR1OWO1.630N6R03
I
8O1=03N5O
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I
N6N5OQ/N/PR6..630N6R03
I
8O1=
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8OQ0W0QOQN5O
I
R673Q8/NOR
1OWO1=03N6
I
R/Q0O3N=
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I
O6P
WO
I
ON/N063/3Q206Q0WOR=0N
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I
R673Q8/NOR1OWO1=
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036RQORN603WO=N0
I
/NON5ORO1/N063=50
S
2ON8OO3
N5OPRO
V
7O3<
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6P
S
1/3N=Q0=NR027N063/3Q
I
R673Q8/NOR1OWO1
!
/=8O1/=N6QONOR.03ON5ORO/=63/21OO<616
I
08/NOR1OWO16PN5OQO=ORNR0
S
/R0/3P6RO=N03.0QQ1ORO/<5O=6PX/R0.2/=03
!
/3QN6
S
R6W0QO/2/=0=N6O<6=
:
=(
NO.RO=N6R/N06303.0QQ1ORO/<5O=OWO3N5O8561O2/=03(80QO6PX/R0.2/=03;X5ORO=71N=568=N5/N
$"
#
#
X5ORO/RO#*=
S
O<0O=03.0QQ1ORO/<5O=6PX/R0.2/=03/3QN5OQ6.03/3N=
S
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C0N5N5OROQ7I
R673Q8/NORQO
S
N5
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I
O6PWO
I
ON/N063QOI
R/Q7/1
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B=N5O
I
R673Q8/(
NOR1OWO12ON8OO3!
"
).
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I
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I
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C5O3N5O
I
R673Q8/NOR1OWO12ON8OO3
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N5O<6WOR/
I
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ON/N0630=1O==N5/3!"?
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I
O0=631
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I
R673Q8/NOR1OWO11O==N5/3
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"
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#
B163
I
80N5N5O168OR03
I
6P
I
R673Q8/NOR1OWO1
!
N5O<5/3
I
03
I
NRO3Q6P=
S
O<0O=Q0WOR=0N
:
0=03P0R=N1
:
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/3QN5O3QO%
X5O=
S
O<0O=Q0WOR=0N
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I
R673Q8/NOR1OWO12ON8OO3!
"
).
!
P61(
168OQ2
:
)
"
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"
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C5O3
I
R673Q8/NORQO
S
N573QOR.
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S
O<0O=Q0WOR=0N
:
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0Q1
:
;
X5O=
S
O<0O=Q0WOR=0N
:
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S
RO<067=10NN1O85O3
I
R673Q8/NOR1OWO173QOR#".
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631
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,2-(,33&,&=N01RO./0303
I
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BWOR/
I
OQO
S
N56P
I
R673Q8/NOR1OWO1P6RN5O=
S
O<0O=03.0QQ1ORO/<5O=6PX/(
R0.R0WOR/RO
$
!.$
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!.-"00$3,&!;$).
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8
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R673Q8/NOR631
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N5O=70N/21O8/NOR1OWO16PN5ORO=N0=/267N$
"
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:
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03N5O.0QQ1ORO/<5O=6P
X/R0.Y0WOR
!
N5O.6=N=70N/21O
I
R673Q8/NOR1OWO1N6N5O
I
R68N56P
S
1/3N=0=!
"
)./3QN5ORO/=63/21O
I
R673Q8/NOR1OWO1N6O3=7RON5O36R./1
I
R68N56P
S
1/3N=0=!
"
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R673Q8/NOR1OWO1
=5671Q2O/26WO.036RQORN6O3=7RON5ORO=N6R/N0636PWO
I
ON/N063/3QN5O36R./1
I
R68N5/=8O1;
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$
E/7==0/3RO
I
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S
O<0O=Q0WOR=0N
:
%
I
R673Q8/NORQO
S
N5
%
QO=ORNR0
S
/R0/3P6RO=N
%
N5O.0Q(
Q1ORO/<5O=6PX/R0.Y0WOR
!!
植被是生态系统最基本的组成部分!是自然环
境最直观的反映!在抑制荒漠化过程和保护生物多
样性等方面有着重要的生态意义&长期以来!植被
和生态环境相互关系一直是生态系统研究的重
点(#($)&在中国西北干旱地区!植被的分布长势演
替以及覆盖度与地下水的关系极为密切()(+)&在确
定合理的地下生态水位过程中!要综合考虑地下水
土壤植被等多个方面之间的动态平衡!这将会更好
地阐明干旱区植物群落和地下水位之间的关系&
目前!国内外针对荒漠河岸林植被系统与地下
水的关系的研究较多!主要表现在植被特征对地下
水变化的生理响应和适应机理方面(,)&郭玉川
等(#")
H6RN63
(
##
)研究了塔里木河下游植被覆盖度
与地下水埋深之间的关系%徐海量等(#!)结合塔里木
河中游
#!
个监测断面的监测成果!建立了地下水位
与植被覆盖度间的回归方程%其他研究也说明了植
被特征与地下水埋深有密切的关系(#$(#+)&而且此类
研究多集中于荒漠绿洲区或是塔里木河下游地区!
针对塔里木河中游植被特征与地下水位关系的相关
研究较为少见&塔里木河位于中国最干旱的地
区***塔里木盆地境内!降水极为稀少!境内的植被
较为稀疏!种类较少&本实验结合塔里木河中游植
被和地下水变化的野外调查!分析浅层地下水变化
对地表天然植被的影响!探讨塔里木河中游地区荒
漠河岸林植被的合理生态水位!为塔里木河中游地
区乃至全流域的生态保育和受损生态系统恢复提供
参考依据&
#
!
研究区概况
塔里木河位于新疆南部!塔克拉玛干沙漠北缘!
河流全长
!$%Z.
!是中国最长的内陆河(#,)&塔里
木河干流长约
#$!#Z.
!流域总面积
,!;"
万
Z.
!
&
塔里木河中游地段是指从轮台县的英巴扎至尉犁县
的恰拉!河段长约
$+,Z.
!属暖温带极干旱气候区!
年平均气温
#";* [
!年平均日照数为
!%%+
"
!,%";$5
!
%
#"[
的年积温为
)"$,;)
"
)#+$;,
[
!无霜期为
!##
"
!#)Q
!适合多种作物的生长(!")&
植被包括乔木灌木和草本等植物群落!乔木主要有
胡杨"
!"
#
$%$&$
#
()*+,-*
#!灌木主要有柽柳"
/*0*)1
,2-(,33&,&
#铃铛刺"
:*%,0";3;)"3(*%";3;)"3
#
等!草本植物主要有芦苇"
!()*
5
0,+&-"00$3,&
#罗
布麻"
4
#
"-
9
3$0<3+$0
#骆驼刺"
4%(*
5
,&
#
*)&,
6
"1
%,*
#等&
!
!
资料来源与研究方法
@;A
!
地下水位监测与植被样方调查
在塔里木河中游地段!沿河道设置了沙吉利克
沙子河口乌斯满阿其河铁依孜
*
个监测断面!在
垂直于河道的方向上!每间隔
#""
"
!"".
!对地下
水位进行监测并记录!每个断面上调查

个监测井!
共调查了
$"
眼地下水位监测井!平均每
!
个月监测
#
次"图
#
#&
图
#
!
塔里木河中游地区观测断面及监测井示意图
\0
I
;#
!
X5OQ0=NR027N0636P03WO=N0
I
/N063=O/NN5O.0QQ1ORO/<5O=6PX/R0.Y0WOR03T503/
!%"!
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
$$
卷
!!
在各个监测断面上!依照地下水位监测井的位
置!共布设了
$"
个
!*.]!*.
植物样地!记录样
方内乔木和灌木的个体数盖度冠幅等&另外!在
各个大样方内!设置
$
个
*.]*.
的草本小样方!
记录每种草本植物的个体数盖度频度等&样方调
查时间为
!"#"
"
!"#!
年每年的
%
月份&
@;@
!
数据分析
将记录的地下水位监测数据进行整理!以多年
的平均值为依据!将地下水按埋深划分为
"
"
!.

!
"
).

)
"
.

"
+.

+
"
#".

#
#".
共

个变
化的梯度&用
/^N1/2
软件进行正态拟合分析!研究
不同地下水埋深梯度下植被的盖度以及多样性等数
量指标的变化趋势&
$
!
结果与分析
B;A
!
植被盖度随地下水埋深的变化
对塔里木河中游地区的植物实地调查结果"表
#
#表明!研究区内乔木灌木草本植物共出现
#*
种&由表
#
可以看出!研究区内的植物隶属于
#"
科
#*
属!胡杨的重要值最大!其次为柽柳!说明它们是
研究区内最重要的种群%再者!为芦苇花花柴胀果
甘草铃铛刺黑刺!它们组成了灌木和草本的优势
种群%其余物种的分布较少&以上可以看出研究区
主要物种组成及数量状况!其代表了该区的群落的
类型与结构的特点&
塔里木河中游地区!随着地下水埋深的逐渐加
大!样地的植被盖度基本上呈下降的趋势"图
!
#&
表
A
!
塔里木河中游地区主要植物名录
X/21O#
!
_1/3N==
S
O<0O=03N5O.0QQ1ORO/<5O=6PX/R0.Y0WOR
编号
T6QO
种名
U
S
O<0O=
重要值
K.
S
6RN/3W/17O
#
胡杨
!"
#
$%$&$
#
()*+,-* $,;!!
!
柽柳
/*0*),2-(,33&,& !!;+$
$
黑刺
8
9
-,$0)$+(3,-$0 !;$#
)
花花柴
7*)%,3,*-*&
#
,-* #";!
*
铃铛刺
:*%,0";3;)"3(*%";3;)"3 $;+)

盐生草
:*%"
5
+"3
5
%"0)*+$& ";%
%
骆驼刺
4%(*
5
,&
#
*)&,
6
"%,* #;!"
+
芦苇
!()*
5
0,+&-"00$3,& #!;$
,
胀果甘草
=%
9
-
9
))(,>*,3
6
%*+* );#)
#"
小障毛
4%$)"
#
$&
#
$3
5
3& ";#+
##
鹿角草
=%"&&"
59
3+3$,
6
"%,* ";!%
#!
罗布麻
4
#
"-
9
3$0<3+$0 ";$!
#$
鸦葱
?-")>"3)**$&+),*-* ";#
#)
苔草
@*)2+),&+*-(
9
* ";$
#*
小花棘豆
A2
9
+)"
#
,&
5
%*B)* ";*)
当地下水埋深介于
"
"
!.
时!植被盖度的平均值
为
$,;#)?
%当地下水埋深介于
!
"
).
时!植被盖
度的平均值降为
$#;!%?
%当地下水埋深介于
)
"

时!植被的覆盖度平均值为
!);%?
%当地下水埋深
介于

"
+.
时!植被的覆盖度已小于
!"?
%地下水
埋深到
+.
多时!植被的平均盖度进一步减小为
#$;!%?
%当地下水埋深低于
#".
时!样方植被的
平均覆盖度仅为
%;*?
&
B;@
!
物种的多样性随地下水埋深的变化
为了综合全面反映物种多样性的变化!本实验
选取了
/^R
I
/1OP
指数
B1/N/16
指数
U5/3363(C0O(
3OR
指数和
U0.
S
=63
指数&各指数的计算公式如
下$
/^R
I
/1OP
丰富度指数$
C`
"
?&#
#+
13D
"
#
#
B1/N/16
均匀度指数$
C`
(
#
+
&
?
,` #
"
D,
D
#
!
&#
)+(
O9
S
"
&
&
?
,` #
D,
D
13
D,
D
#
&#
)"
!
#
U5/3363(C0O3OR
信息指数$
C`&
&
?
,` #
"
!,13!,
# "
$
#
综合反映物种丰富度和均匀度的修正的
U0.
S
(
=63
指数$
C #`&13
(
&
?
,` #
"
D,
D
#
!
) "
)
#
式中!
C
为多样性指数%
?
表示样方内的物种数%
D
为样方中全部种的个体数%
D,
表示样方中第
,
个种
的个体数%
!,
表示第
,
个种的多度比例&
在不同地下水埋深梯度下!以植被调查样方的
多样性指数的平均值作为物种多样性的测度指标!
对塔里木河中游地区的物种多样性随地下水埋深的
变化状况做了比较"图
$
#&
由图
$
可知!在塔里木河中游地区!随着地下水
埋深的增加!各类指数呈现出先增加后降低的趋势!
一般在地下水埋深
!
"
).
时达到最大值!其次是
)
图
!
!
塔里木河中游植被盖度与地下水埋深关系
\0
I
;!
!
aO
I
ON/N063<6WOR/
I
O<5/3
I
O=73QORQ0PPORO3N
I
R673Q8/NORQO
S
N503N5O.0QQ1ORO/<5O=6PX/R0.Y0WOR
$%"!
#"
期
!!!!!!!!
王希义!等$塔里木河中游荒漠河岸林物种多样性对地下水埋深变化的响应
".
和
"
"
!.
&其中!
B1/N/16

U5/3363(C0O3OR

U0.
S
=63
指数值在地下水埋深
)
"
.
时略高于地
下水埋深
"
"
!.
的值!而
/^R
I
/1OP
指数值在地下
水埋深
)
"
.
时低于
"
"
!.
的值&变化幅度最
小的为
B1/N/16
均匀指数!为
";!#
"
";#
%变化幅度
最大的为
U5/3363(C0O3OR
指数!为
";!!
"
";,
&
这表明该地区最适合植物生长的地下水埋深为
!
"
.
!之后随着地下水位的逐步下降!物种的多样
性均匀度以及丰富度都随之出现与之对应的递减
趋势&
B;B
!
不同地下水埋深下物种的多样性排序
本实验从不同的角度选取了
)
个物种多样性指
数!在一定的样方内!都可以计算出一个指数值!所
以这些多样性指数都是固定的&然而!自然界的生
态系统是十分复杂的!一个固定的值往往反映不出
物种的多样性特征!所以需采用含有参数的多样性
指数加以综合的描述&含有参数的多样性指数是指
在方程中含有一个或多个可变的参数!随着参数取
值的不同!物种多样性的指数也就不同!这种指数更
有利于解释环境变化对多样性的影响&在此!引入
H01
多样性指数排序的方法(!#)&
D*`
"
&
?
,` #
!,
/
#
#
+
#&/
"
*
#
式中!
D*
为多样性的排序值%
*
%
"
!
*

#
%规定
* #`
时!
D*`O
C
!
C
为
U5/3363(C0O3OR
信息指数%
*`"
时!
D* ?`
&
?
为样方内的物种数%
!,
为第
,
个种的
多度比例&
H01
多样性指数的分析结果如图
)
所示!从图
)
中可是看出!随着地下水位的下降!物种的多样性
也是表现出先升高后降低的趋势&若物种多样性从
图
$
!
塔里木河中游地区物种多样性
随地下水梯度的变化
\0
I
;$
!
U
S
O<0O=Q0WOR=0N
:
/163
II
R673Q8/NORQO
S
N5
I
R/Q0O3N=03N5O.0QQ1ORO/<5O=6PX/R0.Y0WOR
高到低排序的话!相对应的地下水位为
!
"
)

)
"


"
"
!

"
+

+
"
#"
和
#
#".
&
另外!从图
)
还可以看出!塔里木河中游的物种
多样性随着地下水位的变化表现出了
$
个阶段性趋
势&首先!第一阶段的地下水埋深为
"
"
.
!此阶
段不同地下水位所对应的物种多样性曲线走向一
致%第二阶段的地下水埋深为

"
#".
!曲线的走势
趋于平直化%第三个阶段为地下水埋深
#
#".
时!
由于水资源的严重短缺!植被类型仅为柽柳以及少
量的胡杨!多样性曲线几乎成了一条直线&
综上所述!在塔里木河中游地区!就多样性的变
化与地下水位而言!当地下水的埋深超过
.
时!
物种的多样性减少明显!这主要是由于这些区域的
地下水深度超过了草本植物的适宜生态水位%同时!
过低的地下水位也使部分灌木衰退!种类和数量也
不如地下水位较高的区域&
B;C
!
塔里木河中游物种合理水位的高斯模型分析
根据在塔里木河中游地区对胡杨柽柳芦苇
骆驼刺花花柴黑刺等典型植物的随机抽样!得到
这些植被在不同地下水埋深范围内出现的频率统计
结果"表
!
#&
从表
!
可以看出!数据属于偏正态分布&所以!
用频率代替物种多度!用高斯回归"
E/7==0/3RO(
I
RO==063
#模型进行拟合(!!)!其概率密度函数为$
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式中!
2
为地下水埋深%
$
为
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的数学期望!反映
132
的平均值%
"
为
132
的均方差!反映
132
偏离其
图
)
!
塔里木河中游不同地下水埋深下
H01
多样性指数的分析结果
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I
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!
X5ORO=71N6PQ0WOR=0N
:
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:
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/163
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S
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西
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北
!
植
!
物
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学
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报
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卷
表
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塔里木河中游地区典型植物在不同地下水埋深范围内的出现频率
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1/3N=73QORQ0PPORO3NQO
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种群
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出现频率
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黑刺
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表
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几种典型植物的对数正态分布拟合参数
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黑刺
8
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数学期望的程度&
为了确定塔里木河中游地区主要物种生长所需
的合理的地下水位!选取
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S
.

F
"
E
#
"
"
E
#为估算
标准&
E
S
.
为物种出现最大频率时所对应的地下水
位!是植物生长的最适值%
F
"
E
#为地下水埋深的数
学期望!反映了地下水埋深的平均值%
"
"
E
#为地下
水埋深的均方差!反映地下水埋深偏离数学期望的
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"
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#这
$
个重要参数的分析结
果表明$
"
#
#植物出现频率最高值
E
S
.
所对应的地下水
埋深即为植物生长所需的最适地下水埋深&由表
$
可以看出!在塔里木河中游地区!除了芦苇地下水埋
深处于
#
"
!.
外!其余的均在
!
"
$.
之间&
"
!
#数学期望
F
"
E
#表明了植物生长所要求的
地下水埋深的平均深度&由表
$
中看出!典型植物
所要求的地下水平均深度为$胡杨
);*+.
柽柳
$;*$.
芦苇
!;$).
骆驼刺
);#".
花花柴
$;#+
.
黑刺
!;,+.
!只有芦苇适宜较浅的地下水埋深
"
$
!;*.
#!其余的均在
$
"
).
左右&
"
$
#地下水埋深的方差
"
"
E
#反映了植物对地
下水位的忍耐程度!数值越大就表明植物的忍耐性
越大!即植物可在较大的地下水范围内生存!耐旱能
力较强!如胡杨柽柳和骆驼刺等%数值越小!说明耐
旱能力较弱!如芦苇花花柴等&
)
!
讨论与结论
在塔里木河中游地区!生态系统脆弱并且不稳
定性!天然乔灌草等植被对生存空间内水的依赖
性表现得极为明显&因此!研究塔里木河中游植被
生长所需的合理地下水位显得特别重要&但是!对
塔里木河中游地区的地下水研究!不仅仅只局限于
该地区!还需考虑上游地区的水资源现状以及开发
利用状况&上游地区水资源相对丰富!在今后的研
究中应加强上游与中游地区的综合分析!使研究结
果更加合理&
随着离河距离的增加!地下水埋深加大!物种多
样性指数呈现降低趋势!植物种类减少!群落结构趋
向简单&在地下水埋深
!
"
).
时!物种多样性指
数最大!其次为
)
"
.
和
"
"
!.
!所以!该地区合
理的地下水位可能就是
!
"
.
!当地下水低于
.
时!物种多样性明显降低&这说明水分是影响植被
分布和生存的主要因素!地下水位的不断下降以及
土壤含水率的丧失是引起植被退化的主导因子&
利用高斯模型模拟结果表明!乔灌木的最适地
下水埋深大约为
$
"
).
!草本植物大约为
!
"
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*%"!
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期
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王希义!等$塔里木河中游荒漠河岸林物种多样性对地下水埋深变化的响应
保证植物能够正常生长的地下水埋深区间大致为
$
"
*.
%乔灌木的适宜地下水埋深区间较大!耐旱能
力强!草本植物的适宜地下水埋深区间较小!耐旱能
力较弱&当地下水埋深超过
.
时!植被的盖度已
经很小&由此可以得出!地下水埋深
.
就可以作
为内陆荒漠河岸植被正常生长受到抑制的临界深
度&因此!保证合理的地下水位是维持流域生物多
样性的关键措施&应对流域的水资源进行合理的布
局!适度的进行开发!严格控制灌溉的面积!加强管
理科研监测等方面的工作!以实现该地区地下
水的可持续利用!促进生态的恢复和经济的可持续
发展&
参考文献!
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"冯金朝#!
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"黄子琛#!
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