内陆河荒漠植被系统对水文过程的响应模拟研究

本项目以黑河流域下游荒漠绿洲为研究区域，以野外台站多年积累资料和定位监测试验为基础，通过对不同生态系统区土壤水、地表水、降水、地下水多年动态变化测定，分析荒漠绿洲水循环特征；通过对荒漠典型植物汁液中氢氧同位素的测定，分析干旱植物水分利用状况和耗水机理；利用实测资料分析荒漠绿洲地下水、土壤水与植被生理指标和植被生长的关系，定量研究绿洲对水文过程的响应机理。在以上观测、试验、分析基础上建立荒漠绿洲植被变化与水文过程关系的模拟模型，揭示干旱区水文过程与植被变化的耦合关系，为干旱内陆河流域生态水文理论与方法的形成、完善提供积累。

利用分形和概率统计的方法对胡杨根系分布与根区土壤水分的关系进行了分析研究。引入土壤含水率期望(cm•g•g-1)的概念，建立了含水率期望值与根系分维值之间的函数关系，并求出了适宜胡杨生长的土壤含水率期望值的范围: (10.1, 66.7)。根系土壤水分的变化对胡杨根系分布有直接影响，当土壤含水率期望值小于34.02时，根系分布的分形维数随期望值的增加而增大；当土壤含水率期望值大于34.02时，根系分布的分形维数随期望值的增加而减小。利用测定土壤含水率可判断中龄胡杨在生长旺期根系分布的基本特点。.对不同地下水埋深处土壤剖面水分垂直变化，各层土壤水、地下水和胡杨木质部水的δ18O值变化特征及胡杨对各水源吸收比例进行了研究。结果表明：第一，随地下水埋深的加深，土壤水分垂直变化出现明显的层次变化特征。土壤剖面δ18O值变化也存在显著变化层，分别为80 cm，160 cm和240 cm。第二，随着地下水埋深的加深和土壤干旱程度的加剧，胡杨主要水源从单一层次的土壤水或地下水转变为2.00 m以下的深层土壤水和地下水，贡献率也随深度增大。胡杨水分利用来源的这种转换是胡杨对干旱缺水条件做出的一种适应性选择，也是胡杨在极端干旱区荒漠河岸林中能够长期存活的原因之一。.对极端干旱区多枝柽柳(Tamarix ramosissma)叶片气体交换参数观测的基础上, 引入诊断函数f(H)对BWB模型和BBL模型提出的气孔导度(gs)模型中的空气湿度(hs或Ds)进行了评价, 并将评价结果引入叶子飘和于强推导出的gs机理模型。结果表明：(1) BWB和BBL模型对hs (或Ds)的模拟效果存在很大差异: BWB模型拟合效果较好(R2=0.5354), BBL模型的结果显著但效果较差(R2=0.1103)。试验结果显示：随hs或Ds)的增大, gs呈先增大后减小的趋势, 可用Gauss模型进行拟合, R2分别为0.593和0.258, 说明gs与hs的关系要比Ds更密切; (2)叶子飘和于强给出的简化模型(Simple模型)和该文给出的指数模型(Gauss-h模型)均具有较好的模拟效果(R2分别为0.8707和0.8286), η值分别为0.1245和0.0171, 其值均介于0–1之间; (3)模型验证中Gauss-h模型较Simple模型明显低估了观测值, 当观测条件无限趋近于Simple模