干旱区凝结水的生态水文效应研究

凝结水作为干旱区除降雨外的主要水分补给来源，尽管量很少，但是具有重要的生态水文意义。目前，凝结水研究已成为干旱区生态水文学研究的一个主要组成，通过定位观测，对凝结水的形成机理、形成量和影响因子已有了初步的研究成果，并且在观测技术上也有了明显的改进。但是有关凝结水生态水文效应，大部分研究仍只是定性描述，缺乏定量研究。本项目拟在干旱内陆河-黑河中游绿洲荒漠区，依托中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站，采用同位素技术确定典型荒漠植物对潜在水源的吸收比例；通过控制实验，即增加和阻止凝结水在土壤和植物表面上形成的方法，观测典型荒漠植物、土壤水分和微生物结皮对凝结水的响应变化；结合前期研究数据资料，定量评价干旱区凝结水的生态水文效应，为流域水资源评价和生态需水量估算提供基础数据和理论依据。

本项目基于长期观测数据，阐明了干旱区凝结水与微气象因子的回归关系；证明了凝结水能使部分荒漠植物抗旱能力提高，植物叶片通过微结构-吸水器直接吸收凝结水，提高叶片含水量；阐明了凝结水在沙地物理结皮形成过程中的作用；比较了凝结水、雨水、土壤水、植物水的D、18O同位素，确定了典型荒漠植物的水分来源以及凝结水的功能。. 本项目完成情况：1）凝结速率与微气象因子的关系。通过控制实验，在排除土壤水分、风速和下垫面对凝结水形成过程影响的条件下，建立凝结水形成速率与近地层微气象因子之间的多元回归方程。2）典型荒漠植物对凝结水的响应。选择雾冰藜、油蒿、猪毛菜、虫实和白茎盐生草等5种荒漠植物，通过控制实验，观测植物生理指标变化，辨识植物对凝结水的响应。3）凝结水在沙地物理结皮形成过程中的作用。选择了5个野外试验区，通过收集梭梭脱落的同化枝，在有无凝结水的情况下，观测梭梭同化枝与沙土形成结皮的情况。4）凝结水同位素分析。采集凝结水、雨水、土壤水、植物水样品，分析植物水分来源以及凝结水的功能。. 项目获得的主要进展：1）在排除土壤水分、风速和下垫面对凝结水形成过程影响的条件下，沙土凝结水主要受近地层空气相对湿度、气温和地表温度的控制。 因此，在凝结水模型构建中应重点考虑这3个微气象因子。2）凝结水能够提高荒漠一年生植物净光合速率、气孔导度等生理指标，增强了荒漠植物的抗旱能力。当空气湿度超过75%的情况下，一些荒漠植物叶片能通过一种特殊的微结构直接吸收凝结水。3）凝结水能够促使梭梭同化枝与地表沙子逐渐形成质地较硬的盐结皮。4）同位素分析显示，荒漠植物水分主要来自土壤水和地下水，而凝结水仅改变了植物叶片的水分含量，并不能传输到植物茎杆组织中。