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河岸带植物多样性对维持陆域生态系统和水域生态系统的稳定具有重要意义。当河岸带植物发生退化时,会降低河岸带的生态功能。在干旱内陆河流域,以往相关研究大多集中于河流水文过程对河岸带植物分布格局的控制作用。近年来,随着国内外越来越多的旱区内陆河被人为调控,水资源调配改变了天然河道的水文过程,减少了洪水发生的频率,降低了天然河道水量和河水持续时间,减少了对河岸带植物的扰动和水分补给,使得旱区河岸带的植物主要依赖于地下水。然而,在玛纳斯河流域,河岸带的地下水位埋深阈值,河岸带范围的界定,河流-地下水相互作用驱动下河岸带植物生态的格局-过程-尺度的研究依然缺乏,基于河岸带植物保护与恢复的河流输水方案还有待研究。本文基于长时间的野外动态监测数据,利用野外调查,数理统计与数值模拟相结合的方法,系统研究了河岸带地下水文过程与植物组成和多样性空间分布格局的关系,提出了河岸带植物保护与恢复的建议。主要研究内容及结论如下:(1)采用典范对应分析方法量化了环境因子对植物分布的贡献,确定了影响河岸带植物分布的主要环境因子,揭示了植物沿主要环境因子梯度变化方向的演替过程。结果表明:地下水位埋深,地下水矿化度是控制玛纳斯河河岸带植物分布的主要环境因子。当地下水矿化度较低时,沿着地下水位埋深增加的方向,植物逐渐由湿生草本植物,中生灌木植物,向中生草本植物,旱生草本植物和旱生灌木植物方向演化。当地下水矿化度高时,河岸带植物主要为盐生草本和盐生灌木植物。(2)采用对数正态分布模型,广义加性模型拟合了植物出现频率及多样性与地下水位埋深的关系,确定了玛纳斯河河岸带的地下水位埋深阈值。研究表明:适宜草本植物生长的地下水位埋深范围为1-1.5m,适宜灌木植物生长的地下水位埋深范围为2-4m。当地下水位埋深小于6 m时,可以满足玛纳斯河河岸带地区大多数植物的生长需求。草本植物多样性峰值出现在地下水位埋深为2-3m的地方,灌木植物多样性峰值出现在地下水位埋深为3-5m的地方,总植物多样性指数峰值出现在地下水位埋深为2-4m的地方。研究区内优势物种芦苇和红柳出现的频率对地下水位埋深的变化并不敏感。根据芦苇和红柳的植被覆盖度与地下水位埋深的关系可知,芦苇在地下水位埋深小于3m的地方植物覆盖度最高,红柳在地下水位埋深为2-5m的地方植物覆盖度最高。(3)采用地质分析,数值模拟,水化学分析的方法研究了流域尺度地下水流动系统的形成与发育特征,及其驱动下水化学类型和矿化度的演化。研究表明:在地貌形态,地质构造,岩性结构控制下,河床下400m深度范围内发育局部-区域嵌套地下水流动系统。局部地下水流动系统中地下水流速为0.1-1.0m/天,区域地下水流动系统中地下水流速小于0.1m/天。在地下水动力场的驱动下,从出山口到尾闾湖,水化学类型和矿化度呈现明显的分带性特征。在上游冲洪积扇地区,地下水水化学类型为HCO3-Na·Ca,地下水矿化度小于0.5 g/L;在中游平原绿洲区,地下水水化学类型为SO4·HCO3-Na(Na·Ca),地下水矿化度为1-4 g/L;在下游风积沙漠区,地下水水化学类型为Cl·SO4-Na,地下水矿化度大于10 g/L。(4)根据河流-地下水关系的时空变化,划分了流域尺度河流-地下水关系的基本类型。分析了流域尺度,在地貌形态,岩性结构,人类活动(区域地下水开采,河流水资源调配)的控制下,河流-地下水关系改变的驱动因素,并确定了在现行输水模式下,河流对河岸带地下水的影响范围。研究结果表明:地貌形态,岩性结构控制河流-地下水关系的空间格局;人类活动(水资源调配)的叠加,改变了局部河流-地下水之间的关系,使得河流-地下水相互作用变得更为复杂。从出山口到尾闾湖,玛纳斯河河流-地下水关系可以划分为五种基本类型,分别为:类型1:丰水期,地下水接受脱节性河流入渗补给;类型2:全年地下水补给河水,此时河岸带地下水不受河流水文过程的影响;类型3:丰水期,河流补给地下水,枯水期,地下水补给河水,此时,河水对地下水强烈影响的范围为0-120m,当距离河岸距离超过500-650m时,河岸带地下水不受河流的影响;类型4:丰水期,河流补给地下水,河流对河岸带地下水的影响范围为0-30m;类型5:全年无输水,河流断流。部分河道存在地下水排泄。不同河流-地下水关系条件下,河岸带地下水文过程的差异性引起河岸带地下水属性(地下水位埋深,地下水矿化度等)的空间异质性。(5)采用样方调查,相似性分析等统计学方法,研究了植物组成和多样性在沿河流流向和垂直河流流向的分带特征。结果表明:在沿着河流流向,草本植物和灌木植物的组成和多样性特征随着河流-地下水关系改变呈现出明显的分带性。局部地下水流动系统势汇处维持湿生草本植物,植物多样性指数高。同时受到区域地下水排泄和间歇式河流输水的河岸带地区维持湿生草本植物,中生草本植物和中生灌木,旱生灌木,植物多样性指数高。然而,在不存在地下水排泄的河岸带地区,植物退化为旱生草本植物和旱生灌木植物,植物多样性指数降低。在区域地下水流动系统势汇处或存在侧向地下水排泄但是河流常年断流的地区,植物向盐生草本植物和盐生灌木植物方向退化,植物多样性指数降低。在垂直河流流向上,草本植物组成和多样性的分带性随河流-地下水关系的改变呈现分带性,而灌木植物的分带性不显著。在丰水期获得河流补给,枯水期向河流排泄的地段,湿生草本植物和中生灌木主要分布在距离河岸10-250m范围内,植物多样性水平高;中生草本植物,中生灌木主要分布在距离河岸250-500m范围内,植物多样性水平较高;中生草本植物,盐生草本植物和盐生灌木主要分布在距河岸500-650m范围内,植物多样性水平低。只在丰水期获得河流补给的地段,湿生草本植物主要分布在距离河岸10-30范围内,植物多样性较高;其余地区主要分布旱生草本植物和中生灌木,旱生灌木,植物多样性指数低。河流全年断流,地下水向河流排泄的地段,植物主要为盐生草本植物和盐生灌木植物,均无分带性,多样性水平低。(6)根据不同河流-地下水关系条件下维持河岸带植物的主要水源及植物组成和多样性的分布格局,厘定了河岸带范围。结果表明:不同河流-地下水关系条件下,河岸带范围存在明显差异。当河流与地下水脱节,地下水位埋深大,河岸带植物主要依赖漫岸洪水提供水源,河岸带的边界为河流高水位与低水位之间的物理边界,包含0-1000m范围内的一级阶地和二级阶地。当河岸带植物分布受到河水和地下水相互作用控制时,河岸带的范围取决了输水量和输水持续的时间,是动态变化的。在现有输水方式下,河岸带范围为0-250m。当河岸带位于局部地下水流动系统的势汇处,全年地下水补给河水,河岸带地下水不受河流水文过程的影响,河岸带的范围无限制。而当河岸带位于区域地下水流动系统的势汇处且河流断流时,河岸带范围为0-30m。(7)构建了上游地下水三维饱和流模型和下游河流-地下水系统剖面二维饱和-非饱和流模型,模拟了不同输水方案下河岸带地下水位埋深的变化过程,提出了基于河岸带植物保护与恢复的输水方案建议。结果表明:当河流渗透量由每年8000*104m3向8500*104m3,9000*104m3,10000*104m3,15000*104m3变化时,溢出带范围内地下水位埋深平均值下降0.5m,0.8m,1.3m和3.6m。溢出带地下水位埋深下降对维持湿地湿水生草本植物生长,保持溢出带湿地面积的稳定具有重要的作用。下游维持河流水深2m的情况下持续输水200天会有效降低距离河流0-100m范围内的地下水位埋深,有助于退化的旱生草本植物和旱生灌木植物向湿生草本植物,中生草本植物和中生灌木植物方向恢复。