祁连山中段人工植被恢复的生态水文机理研究

Qilian mountains are typical representative of the mountain ecosystems in arid regions of Northwest China, also headstream of some major inland rivers, and it play a great function to maintain ecological security and sustainable development of inland river basins. In recent years, many ecological projects including natural forest protection and construction of nature reserve have been carried out in these regions, but further research and exploration are still needed about how to solve the ecological and hydrological problems occuring during the restoration of artificial vegetation. Therefore,the project will be carried out to research the eco-hydrological mechanism of artificial vegetation system in the middle region of Qilian Mountain .Base on the eco-hydrology theory, field surveys, long-term observation and simulation experiments,eco-hydrological processes and feedback mechanisms of natural landscape and artificial vegetation system be comprehensively analyzed, and eco-hydrological mechanism of artificial vegetation system will be revealed and understanded.In addition, by eco-hydrological model and multi-objective optimization methods, this project will provide a reasonable spatial pattern balancing between ecological and hydrological benefits for artificial vegetation restoration in mountain areas, also provide theoretical basis and practical guidance for the Qilian Mountain ecological restoration and reconstruction.

祁连山是我国西北干旱区山地生态系统的典型代表，也是主要内陆河的发源地，对维护区域生态安全及可持续发展具有重要的意义。近年来，国家在该区域实施了天然林保护工程、保护区生态建设等多个生态工程项目，但如何解决山区人工植被恢复重建过程中出现的一些生态和水文方面的问题，仍需要进一步研究探索。为此，本项目基于生态水文学理论，在祁连山中段地区开展人工植被恢复的生态水文机理研究。通过大量的野外调查、定位观测和模拟实验，对比分析自然景观和人工植被恢复体系的生态水文效应，开展植被格局与水文过程的反馈机制研究，综合分析人工植被恢复的生态水文机理；采用生态水文模型模拟人工植被恢复体系的生态水文过程，并通过多目标优化方法为山区人工植被恢复提出兼顾生态效益和水文效益的空间格局配置模式，为祁连山区植被恢复重建工作提供理论基础和实践指导。

近年来，祁连山区通过天然林保护工程、保护区生态建设等多个生态工程项目的实施，人工植被面积呈快速增加趋势，但如何解决山区人工植被恢复重建过程中出现的一些生态和水文方面的问题，仍需要进一步研究探索。为此，本项目基于生态水文学理论，在祁连山中段地区选择典型流域和样地，建立森林生态水文过程观测研究平台，开展了植被格局与水文过程的作用机制研究；对比研究人工林和天然林的微气象因子、蒸腾耗水、土壤水分等，分析人工林演替过程中物种组成、土壤水热、土壤碳氮循环等变化规律；基于天然林斑块空间分布格局、林龄组成结构、胸径与林分密度关系等，确定了人工林建设的理论阈值。. 主要结论与意义：（1）水热状况对斑块森林空间格局形成与稳定起到关键作用，而较强的空间异质性促进了次生林的自疏过程，加快了恢复演替速度，提高了林下植被物种丰富度，增强了系统稳定性。（2）随着人工林林龄增加，林下物种数增加，但是生物量呈显著减小趋势；此外，人工林林冠截留率增加、深层土壤旱化是制约人工林稳定的关键因子，但是通过适度择伐能够缓解土壤水分恶化，提高人工林的稳定性。（3）人工林土壤有机碳随着造林年限增长呈显著的增加趋势，土壤氮没有明显的变化趋势，而土壤容重和PH值则呈明显地降低趋势。（4）以天然林空间格局为模板，提出了人工林空间布局模式，即人工林应呈斑块状布局在坡向N、NE和NW，坡度15°-45°，海拔2700-3300m的范围内；在半阴坡应根据坡面面积布设60-65%左右的人工林斑块；人工林密度和组成结构调控应以0.25hm2面积为单元，在≤23m的尺度上宜构建聚集分布的格局，而在＞23m尺度上应以随机分布格局为主；处于不同恢复阶段的人工林应通过适度择伐和补栽的方式形成异龄组成结构，而择伐的强度及林分密度应根据林木胸径而定，林分密度与胸径呈负指数函数关系。. 项目已积累了大量的生态水文数据资料，并在研究所网站上共享。目前已发表学术论文16篇，其中SCI论文9篇，培养博士研究生2名，硕士研究生1名。