学文网作者：杨银科 阎正龙 单位：长安大学环境科学与工程学院 国家测绘局陕西基础地理信息中心
胡杨地理分布胡杨在全球的分布具有明显的地理特征，主要分布在北纬30°～50°之间的亚洲中西部、地中海、北非和欧洲南端，生长于荒漠区的河流沿岸及湖滨地带，一般可以在大陆性干旱气候地区形成葱郁的绿洲［2，5］。胡杨林在中亚荒漠区是分布最广的乔木树种之一，主要分布于中国西北、蒙古、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦、中亚细亚、巴基斯坦、伊朗、阿富汗、印度、叙利亚、伊拉克、埃及、以色列、土耳其、阿尔及利亚和高加索等地区［5－9］。位于中亚42．5°～44°N，58°～60°E的Tu-ran低地的Amudarya三角洲地区分布着大面积的胡杨，该地区大部分位于乌兹别克斯坦境内，小部分位于土库曼斯坦境内［6］。在伊拉克的DhiQar省、Euphrates幼发拉底河地带，以及位于41°65'N、60°62'E的咸海AralSea残留区南部250km的AmuDarya河下游地区，Karakum和Kizylkum沙漠过渡地区均有胡杨分布［7，9］。位于赤道上的肯尼亚也有胡杨分布，但属于相对孤立的地域［5］。目前，全世界最大的胡杨天然林集中在中国***和哈萨克斯坦，由于人为干扰，许多国家的胡杨林已经遭到严重破坏，仅有零散分布（表略）中国的胡杨林主要分布于***、甘肃、内蒙、宁夏、青海等5个省份(自治区)。***胡杨分布于北纬36°30'～47°、东经82°30'～96°之间的广大地区，分布面积占全国的91．1%，其中89．1%的胡杨分布于塔里木盆地，主要集中在塔里木河上游叶尔羌河、喀什河以及塔里木河中游一带，是目前全世界最大的一片天然胡杨林，面积为35．2万hm2［5，11］(表2)。此外，在准噶尔盆地、伊犁河谷、天山南坡、塔什库尔干和昆仑山也有胡杨分布。从***塔里木河谷形成的走廊状沿岸森林断续向东，经罗布低地和哈顺戈壁而至甘肃河西走廊西端的额济纳谷地均有胡杨分布。在内蒙古乌兰察布盟(四王子旗北部)、伊克昭盟(杭锦旗西部)、巴颜淖尔盟、阿拉善盟以及宁夏中卫县也有胡杨分布。青海省西部的柴达木盆地以西、昆仑山北麓、拖拉海沿岸的河滩阶地和阿拉山沙漠区是胡杨天然林分布的东部界限。
胡杨分布区域的气候环境特征及人类活动
胡杨是荒漠地区天然分布的唯一可以建群的高大乔木树种，适应于极端干旱的气候环境条件，耐盐碱、水湿，抗干旱、风沙，具有维护分布区内生态平衡等作用［4］。胡杨生长区域的气候、水资源、地下水、土壤等环境条件的独特性、生态系统的脆弱性以及人类活动的长期干扰，对区域生态环境有较大影响。面对全球气候环境变化以及人类活动影响的相互叠加，对胡杨分布区域气候环境特征和变化规律，以及胡杨自身的适应性进行研究具有重要意义。气候特征胡杨生长区域多属于典型的干旱大陆性荒漠气候条件，干旱气候指标中，降水要素特征尤为重要［11］。胡杨生长区域年降水高度集中，多集中在夏季，6～8月的降水量可占年总量的50%～65%，降水常集中在一、二场雨上，有“湿年一场雨”之说。另外，降水变率较大，我国***(特别是南疆)有近一半气象台站的降水资料表明，年降水变率在0．3～0．5之间［10，12］。河西走廊及柴达木盆地亦相近，一年中降水多集中在7～8月，而且形成有效降水的频率很少，多是零星的小阵雨［11，14］。温度空间分布受地形影响，地域性不及降水强，年温差和日温差较大。***塔里木河胡杨分布区内平均温度年较差为28．5～44．1℃，日较差20～27．5℃，极端最高40．6℃，极端最低－25．5℃，大于10℃年积温在4040～4210℃，年日照时数为573．5h，无霜期218d，多年平均降水量为45．2mm，蒸发量则高达2900mm以上。内蒙古黑河流域额济纳胡杨分布区多年平均气温为8．3℃，极端最高气温42．2℃，极端最低气温－37．6℃，空气极为干燥，平均相对湿度为35%左右，潜在蒸发量高达3706mm，是降水量的近100倍。在以变暖为主要特征的全球气候变化背景下，我国西北内陆地区近30年来的温度也在波动增长，20世纪80年代后35°N以北地区的增温更为明显，特别是冬季增温显著，增温幅度最大的***北部近10年的年平均气温比前10年的平均值增长了1．0℃［14－15］。胡杨生长区域总的气候特征是:温差大、变化多、水量少、干燥、频繁的干热风和大风、蒸发量高，冬季严寒、夏季酷热。水资源特征胡杨生长区域内高的蒸发量和低的降水量，决定了以胡杨为建群种的荒漠河岸林绿洲生态景观的维持高度依赖于河流径流以及受河流径流影响的地下潜水系统。大多数内陆河流径流主要由上游山区水源形成区的高山冰川积雪融水下泄形成，以及中下游的小部分大气降水汇入。由于河流流经区域气候极其干旱，降水稀少，蒸发量大，中下游地表径流水量占总径流量的比例均很低，中下游反而多是河流径流的耗散区和消亡区［16］。河流径流量在不同季节洪枯悬殊的特征非常明显。径流水量的消耗除蒸发外，主要形式为渗漏、两岸漫溢以及形成大小不等的季节性湖泊。***塔里木河是典型的西北内陆河流，以上游冰雪融水为补给，径流量与高山冰川储水量、积雪量和山区温度高低有密切的关系，一般从当年10月到来年3月为枯水期，每年3、4月有不明显的春汛，7、8月出现洪峰;洪枯悬殊，冬春两季缺水，夏季洪水过剩，易发生洪灾［16－17］。另外，4至6月份当地农业生产活动增加，灌溉引用大量河水，易造成径流量进一步减少，这一时期也是荒漠绿洲生态用水的高峰期，径流量的锐减必然影响到胡杨树木正常的萌发生长，农业生产与生态环境之间的用水矛盾问题日益凸显。近年来，由于对水资源的不合理利用而导致的河流流量锐减对绿洲植被造成了几乎毁灭性的打击，植物群落受到干扰后其自然演替过程和动态平衡关系被打破，随之发生逆行演替［14］。地下水特征胡杨具有延伸到地下潜水层附近的庞大根系，有强大的根部渗透压和含碳酸氢钠的树叶，比一般中生树种抗旱和耐盐碱，但对胡杨抗旱性和耐盐性却不能过分夸大。事实上，胡杨在荒漠中是不能完全脱离潜水或径流水而生存的。在荒漠干旱气候条件下，地下潜水位深浅，或者有无地表径流灌溉是影响胡杨生长的直接的决定性因素。***塔里木河谷，胡杨与潜水位的关系大致是:潜水位1～3m，胡杨生长良好，能萌蘖更新;4～5m，生长停滞，树木稀疏，幼树枯萎;6～8m，大树枯梢，小树枯死;9m以下，大部分胡杨枯死［10，17］。而在气候相对湿润的温带荒漠地带，有径流水补给或沙丘凝聚水供给的情况下，胡杨生长较少受潜水位的限制［15］。生长在荒漠河岸附近的胡杨，距离河道越远，地下水越深，胡杨长势越差，平均胸径、冠幅、树高等指标均逐渐变小［10］。在干旱环境强烈蒸发作用下，地下水位过高，会因蒸发而无效耗散，并导致土壤发生严重盐渍化，对胡杨生长造成盐胁迫;地下水位过低，胡杨生长则因受到水分胁迫而生命活动受到抑制，出现退化甚至死亡［10，12］。当地下水埋藏深度在胡杨适宜生长范围内时，地下水的水化学特征，特别是矿化度高低会对胡杨的生长产生显著影响，绝大多数胡杨林的分布、长势及演替规律明显受地下水矿化度高低的影响［14，18］。水中的无机盐有些是植物需要的，但浓度高于植物根细胞液的浓度时，细胞中的水分会渗透出来，造成植物脱水萎蔫，不同植物对所吸收水分的含盐量有其不同适应范围［15］。胡杨对地下水矿化度也有最佳适宜浓度，超过就会出现衰败。一般而言，地下潜水矿化度比较低时，胡杨普遍生长较好。塔里木流域相关研究表明，地下水的矿化度＜5g/L，在0．288～5．275g/L之间，基本适宜胡杨生长［14］。周茅先、肖洪浪等在研究额济纳州地下水水盐特征与植被的生长关系时也指出，胡杨在地下水位为2m左右、矿化度小于1g/L的环境中生长较好［19］。另外，地下水中Cl－含量过高，也会抑制胡杨生长［14］。土壤类型土壤含水量、含盐量以及土壤有机质含量是决定胡杨生长的主要因素。胡杨的生长与土壤水关系非常密切，土壤含水量是限制胡杨生长发育的主要生态因子。当土壤的有效含水量不能满足胡杨的生理需要时会形成土壤干旱。当地下潜水位下降至一定深度，地表蒸腾条件不变，土壤包气带含水量下降到植物难以从土壤中吸收到足以维持其生态的水分，会造成胡杨及其他灌丛植被的衰退与死亡［14］。张元明、陈亚宁等对***塔里木河中游地区植被进行多元统计分析，从定量角度揭示了决定塔里木河中游地区植物群落分布的环境因子主要是地下水埋深和土壤含水量，胡杨长势差的原因与土壤含水量有密切关系［20］。土壤含盐量对植物的生长发育也有影响。土壤中盐分含量高时，会抑制植被对养分的吸收。就胡杨而言，其生存不仅依赖于水源条件，还取决于水土的盐分条件［21］。徐海量、宋郁东等指出，在干旱地区影响植被生长的主要因素是土壤水分和盐分［22］。赵枫、金海龙等研究表明，影响胡杨生长的因素除地下水埋深、矿化度等外，还与土壤含盐量有关，尤其是包气带土壤的含盐量［21］。在地下水水位与矿化度、土壤含水量等指标均适宜于胡杨生长时，土壤中有机质含量的高低与胡杨分布盖度和长势有一定的相关关系，有机质含量高，胡杨分布密集长势较好，反之盖度低、长势差［20－22］。人类活动随着社会经济的进一步发展，人类活动对天然胡杨生长的影响日益加剧。***塔里木河流域水文资料表明，20世纪50年代中期至60年代，塔河三源流(即和田河、叶尔羌河、阿克苏河)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仅为42．04×108m3，平均以每年0．25×108m3速率下降［17］。近几十年来，由于干旱气候和沙质土壤等自然原因与人类在经济利益驱动下对水资源的盲目掠夺开发等社会原因，导致内陆河流在中下游段水文过程完全丧失，河道断流、尾闾干涸、地下水位下降、土地沙漠化、盐碱化及植被退化过程加剧等一系列生态环境问题。大量农田灌溉排水进入河流，使河水的矿化度增加，水质盐化。河流沿岸区域植被破坏，土壤侵蚀加剧，使河水泥沙汇集量增加［20，22］。
胡杨对气候环境的适应及其更新演替和相关保护复壮措施
对气候环境的适应胡杨适应气候环境能力极强，具有耐盐碱、耐水湿、抗风沙等特性，但对所处环境水分条件极为敏感。胡杨外在形态，特别是叶形的变化是其对气候环境适应的明显特征，叶形变化的原因及不同叶形的功能差异引起了学者的关注［23］。苏培玺等研究表明，卵圆形叶光合效率和水分利用效率比披针形叶高［24］。胡杨叶和皮中相对较高的酚类物质对于其抵御强烈的紫外辐射，减少高温伤害，维持胡杨体内正常的生理活动具有重要的意义。程春龙等研究了中国西北极端干旱区胡杨酚类次生代谢物质与土壤水分的关系，结果表明卵圆形叶中酚类物质含量跟土壤水分含量有显著的负相关性［4］。酚类物质分子中芳环是疏水部分，但由于带有大量的亲水的酚羟基或其他亲水基团，使整个分子显示较强的亲水性，表明酚类次生物质可能具有保水的功能，能够降低叶片的水分蒸腾作用，减少水分散失，初步证明了胡杨能够合成和调节体内酚类次生代谢物质的含量以适应土壤水分条件的变化。胡杨通过调节酚类次生代谢物质的体内的合成、转运和转化等过程来抵御极端干旱环境下各种环境因子的胁迫［4］。植物的光合作用是植物生长发育和形成生产力的物质基础，植物气孔是叶片与外界进行气体交换的门户，同时可防止植物因蒸腾作用所引起水分的过多损失［23］。胡杨叶片光合速率和蒸腾速率明显受气孔导度的影响，光合速率、蒸腾速率和气孔导度间高的相关性说明胡杨属于气孔限制型植物［24］。胡杨的更新演替及保护复壮措施胡杨林是荒漠区特有的珍贵森林资源，它的首要作用在于防风固沙，创造适宜的绿洲气候和形成肥沃的土壤，具有调节气候、阻止沙漠漫延、稳定河道及维持荒漠区生态平衡的生态功能。天然或人为的河流改道是造成胡杨林衰退的根本原因。不适当的采伐、毁林垦荒以及过度放牧都会造成森林资源的破坏和土地风蚀，最终导致土地荒漠化加剧［25］。胡杨林的保护及更新复壮措施主要有:保证胡杨林地的生态用水;建立天然胡杨林保护区;处理好农、林、牧之间的矛盾，坚决制止毁林开荒，退耕还林，使胡杨林与农、牧业协调发展;引洪灌溉及挖桩、伐桩萌蘖更新;广泛宣传保护胡杨林的重要意义，以唤起更多的人对这一事件的关注，使保护区内的胡杨林在不受到外来干扰的情况下，依据其自然规律繁衍生息下去;在保护区以外的河流两岸和容易引起荒漠化的地方，留出胡杨林带，防止乱砍滥伐;在胡杨的疏林地、垦荒地上采取人工促进天然更新和人工造林等措施恢复胡杨林的生机。为了恢复和重建受损的胡杨林绿洲生态环境，国家自2000年开始在黑河、塔里木河等内陆河流实施向下游生态输水工程［17，22，25］。经过多年努力，生态输水的效益明显，地下水位大幅升高，植被随着生境的改变，长势明显好转。依据实地监测和遥感数据，生态输水工程的实施不仅没有对黑河流域中游区域植被生态造成负面影响，而且对下游地区地下水及植被生长的效应十分显著，在狼心山断面地下水涨幅高达1．4m，东河生态输水对胡杨的影响范围达到距离河道1000m左右［25］。塔里木河流域生态输水后，在离河300m范围，胡杨径向生长对生态输水的响应非常积极，离河距离大于300m处，胡杨对生态输水的响应较小［17，22］。分析表明，线状的生态输水只是缓解河道附近植被的衰退，改善局部生态环境。为扩大输水的生态效应，应在沿自然河道线性输水的基础上，分段实施河水漫溢的面上供水方案，从根本上缓解整个流域生态环境恶化的趋势［17，26］。
结论
胡杨是荒漠地区天然分布的唯一可以建群的高大乔木树种，适应于极端干旱的气候环境条件，具有维护分布区内生态平衡等作用。胡杨在全球的分布具有明显的地理特征，主要分布在北纬30°～50°之间的亚洲中西部、地中海、北非和欧洲南端;在中国主要分布于***、甘肃、内蒙、宁夏、青海等5个省(自治区)，***塔里木河流域的天然胡杨林是目前全世界最大的。胡杨生长区域具有温差大、变化多、水量少、干燥、频繁的干热风和大风、蒸发量高，冬季严寒、夏季酷热的气候环境特征。胡杨的生长主要依赖于内陆河流径流以及受河流径流影响控制下的地下潜水系统。在荒漠干旱气候条件下，地下潜水位深浅，或者有无地表径流灌溉是影响胡杨生长的直接的决定性因素。当地下水埋藏深度在胡杨适宜生长范围内时，地下水的水化学特征，特别是矿化度高低会对胡杨生长状态产生显著影响，绝大多数胡杨林的分布、长势及演替规律明显受地下水矿化度高低的影响。土壤含水量、含盐量以及土壤有机质含量是决定胡杨生长的主要因素。胡杨外在形态，特别是叶形的变化是其对气候环境适应的明显特征，胡杨通过调节酚类次生代谢物质在体内的合成、转运和转化等过程来抵御极端干旱环境下各种环境因子的胁迫。胡杨林的保护及更新复壮措施应该科学、合理。生态输水工程对于恢复和重建受损的胡杨林绿洲生态环境作用显著。
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