黑河高寒灌丛生态水文效应研究

变化环境下的生态水文研究是国内外热点。高寒灌丛在我国寒区具有较大的面积比重，对寒区水循环过程具有重要的影响，且对气候变化极为敏感，但我国高寒山区灌丛水文相关研究却极为薄弱，干旱内陆河流域山区水循环过程研究更亟需。本项目拟在中科院寒旱所黑河上游－生态水文试验研究站（祁连站）马粪沟试验小流域，在试验点和山坡径流场两种尺度上，观测山区典型灌丛冠层降水再分配过程，分析灌丛枯枝落叶层和土壤水文功能，探讨灌丛与积雪相互关系、山坡灌丛水量平衡特征，初步定量高寒山区灌丛的生态水文功能及其对山区流域水资源的贡献，简化生态水文模型的相关方案，为黑河山区流域尺度水循环集成研究和大尺度分布式生态－水文模型构建提供相应经验公式、验证数据和可能的简化参数化方法。

典型景观带水文功能研究是高寒区生态水文过程研究的重要基础和关键环节。本项目依托中科院寒旱所黑河上游生态－水文试验研究站，在其葫芦沟寒区水文过程集成研究小流域内，选取金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿等4种典型高寒灌丛，对黑河上游高寒灌丛各界面层水分传输及生态水文效应进行了初步研究。探讨了典型高寒灌丛的冠层降水截留过程、林下苔藓层水文效应、灌丛土壤水文特征及根际区水分分配、蒸散发以及降水产流特征，获取了相关经验参数和公式，初步定量了高寒灌丛生长季的水量平衡特征。研究结果表明，通过冠层的截留作用，灌丛生态系统超过30%的大气降水消耗于冠层截留蒸发，降水特征、冠层盖度与叶面积指数影响灌丛截留过程；截留过程中树干茎流的集流作用使灌丛根际区水分出现富集现象，灌丛林下水分输入空间异质性增强；高寒灌丛林下苔藓层有较好的持水性能，且可抑制地表蒸散发过程，使水分能够在土壤中储存更长时间，具有很强的水分涵养功能；灌丛土壤层结构疏松，具有容重小、孔隙度大的特点，有很强的持水能力；约87.7%水分通过蒸散发的方式进入大气，是高寒灌丛水分消耗的主要途径；高寒灌丛地表径流和浅层壤中流很小；最终大气降水中12.3%的水分储存于土壤中，其中0-40 cm土壤中约2.4%的水分产生径流，其余9.9%的水分储存于深层土壤中，以深层壤中流或基流的方式到达河道。在生长季，祁连山高寒灌丛可减少地表径流及浅层壤中流的产生，但是却具有产生潜在深层径流的能力，具有较好的涵养水源功能。