干旱缺水区植被结构对其产水功能的影响

In china, the dryland regions are key areas for Forestry and Ecological projects although there is critical conflict among vegetation restoration and limited water and it is a big challenge for regional vegetation restoration.Quantification of the relationship between vegetation structure and water yield is the key to moderate relationship among vegetation and water. However, the mechanism for vegetation structure effect on hydrological processes is still unclear and the relationship between vegetation structure and water yield is not quantified. In this application, vegetation structure and hydrological processes will be measured on plots, slopes and watersheds based on forest hydrology study at Liupanshan Ecohydrological Research Station based on 15-year observation. The effects of vegetation structure on water yield will be analysied.The key parameters of vegetation structure and their threshold values will be quantified. Soil and Water Intergrated Model(SWIM), an eco-hydrological model, will be updated and improved by discribing vertical structure of vegetation. The mechanism of vegetation structure effect on regional hydrology and its spatial variation will be revealed by model simulation and statistical analysis. The effect of vegetation structure on regional water yield will be quantified and its difference will be discussed among different spatial scales. Optimal strategy for regional vegetation restoration will be proposed based on eco-hydrological effects of vegetation at watershed scale.

干旱缺水地区是我国林业生态工程实施的重点区域，但该区域森林植被与水的矛盾十分突出，这使得协调林水矛盾成为该区植被建设必须面对的首要问题。森林植被结构与其产水间的定量关系是实现林水协调的关键，然而目前有关森林植被结构和其产水量之间的关系研究尚处于定性阶段，有关研究主要集中在植被类型和覆盖度的水文影响，对乔灌草层及其组合等所形成的植被垂直结构的综合水文影响机制尚不清楚。本项目以在宁夏六盘山生态水文站15年的相关研究积累为基础，在群落和坡面尺度上观测不同植被垂直结构下的植物生长与水文过程，定量分析植被垂直结构对产水的影响，确定影响水文的植被垂直结构的关键指标及其阈值。基于坡面尺度研究，改进生态水文模型SWIM，使其能定量描述植被垂直结构及其水文影响。通过模型模拟和统计分析揭示流域尺度上植被垂直结构对产水量的影响机制，提出基于植被生态水文效应的流域尺度植被恢复对策。

森林植被结构与其产水间的定量关系是实现林水协调的关键，然而目前植被垂直结构的综合水文影响机制尚不清楚。本项目通过定位观测、统计分析和模型模拟等手段，围绕干旱缺水区植被结构对其产水功能的影响开展了从样地到流域乃至区域的多尺度研究，研究内容包括植被结构的时空特征、植被结构对水分条件的响应、植被结构对水文过程和流域径流的影响。研究发现：.1.微地形改变森林结构 如六盘山华北落叶松人工林30年后，林分密度从980株/公顷（坡顶）到2125株/公顷（坡中下部）；当小于1700株/ha时，密度越大，平均胸径越小；当大于1700株/ha时，平均胸径不再随密度变化而变化，而保持在9.5cm左右。.2.森林最佳密度 维持较高的生物植物多样性和木材生产，六盘山不同林龄的华北落叶松林最佳密度为2600株/ha（15年生）、2000株/ha（20年生）和1250株/ha（30年生）。.3.年降水400 mm是敏感界限年平均降水量394 mm的祁连山中段对气候变化最敏感，对干旱的抵抗力最低，干旱缓解后的恢复力最强；更干旱的祁连山西段（年降水量330 mm）则对干旱呈现出低抵抗力，而且干旱缓解后恢复力也很弱，较湿润的祁连山东段则对气候变化不敏感。.4.植被结构对树木生长及其应对气候变化的影响 大树对气候变化抵抗力弱，恢复力差。处于林冠层上部的优势层和共优势层对气候变化的抵抗力弱，反应更强烈。.5.森林结构影响水分平衡分量华北落叶松人工林生长季年总蒸散量为427mm，产流50 mm，消耗上方侧向输水159 mm，森林对产流的综合贡献是负的。.6.植被在流域产流中的作用流域年径流存在显著的尺度效应，植被对其有一定的调控作用。植被结构的改善是泾河流域径流减少的最主要因素。.本项目积累了大量的生态水文数据，初步认识了植被结构和产水的关系，这些数据和结果可为干旱缺水区的高质量发展提供科学依据。