青海湖流域生态水文过程与水分收支研究

从流域整体出发，准确理解流域灌丛、草甸、草原、沙地、湿地和农田等不同生态系统的生态水文过程及其相互作用关系是治理青海湖流域生态退化的关键。本项目以青海湖流域为研究区，在点尺度上开展流域单个典型生态系统（灌丛、草甸、草原、沙地、农田和湖泊）水循环各要素的综合实验观测，理解不同生态系统主要植物种群和植被分布格局对水文过程的响应和水分收支关系；在集水区和子流域尺度上开展降雨-径流过程和土壤水分时空变化特征的实验观测，揭示地表覆被类型和空间格局的产流机理和尺度效应；在流域尺度上通过同位素示踪方法研究"大气降水-地表水-地下水"之间的水量转化关系；在以上研究基础上建立基于过程的生态系统和流域尺度水分平衡机理模型，揭示流域不同空间尺度水分收支规律，并结合流域水资源利用状况，评价青海湖流域的水资源承载力，提出流域水资源合理利用与优化配置模式，为国家实施的青海湖流域生态治理与保护工程提供科学依据。

项目以青海湖流域为研究区，通过野外观测、同位素分析和模型模拟方法，系统研究了青海湖流域7种生态系统（具鳞水柏枝灌丛、金露梅灌丛、高山嵩草高寒草甸、芨芨草草原、沙地、农田和湖泊）生态水文过程与水分收支，取得以下主要进展：（1）建立了流域多尺度生态水文过程与水热通量观测平台，确定了典型生态系统地表能量和水量收支数量关系，发现青海湖潜热通量和感热通量的变化与净辐射存在2-3个月的滞后特点，青海湖面年平均蒸发量为828 mm/y，夜间蒸发量占全天蒸发总量的47.7%，干冷的西风气流能够显著增加湖面蒸发，而暖湿的东南季风气流则对湖面蒸发产生抑制作用；发现高山嵩草草甸是流域重要的产流区，而芨芨草草原则主要是水分消耗区，6-9月各生态系统水分有所盈余，3-4月和10月水分亏缺最多，整个流域蒸散发随海拔高度上升呈现先增加再减少的趋势；（2）揭示了高寒植物水分利用来源与适应策略，发现金露梅、农作物油菜和燕麦主要依赖浅层和中层土壤水，河岸生态系统的具鳞水柏枝对地下水和河水的依赖程度较高，芨芨草和沙地人工植物（肋果沙棘）用水深度随土壤水分的变化而在深层土壤和浅层土壤之间转换并具有较高的水分利用效率；（3）建立了基于基径-群落尺度转换的灌木树干茎流估算模型，发现影响高寒生态系统蒸散发的主要因素是能量收支和温度，而土壤水分是控制芨芨草草原蒸散发的重要因素；（4）发现流域内不同陆地生态系统地下生物量都显著高于地上生物量，土壤平均大孔隙数量从大到小依次为金露梅灌丛>芨芨草草原>农田>高山嵩草草甸>沙地；（5）建立基于过程的生态系统和流域尺度水分平衡机理模型，揭示了流域不同空间尺度水分收支规律，发现未来气候变化情景下青海湖流域径流和蒸散发将持续增加；分析了流域水资源利用状况，评价了青海湖流域的水资源承载力，提出流域水资源合理利用与优化配置模式，认为综合采取“节水型”和“经济型”调整方案，入湖径流量能够满足青海湖的生态需水量。以上研究可为高寒地区的生态保护与水资源管理提供科学依据。