胡杨林生态格局与过程对洪水漫溢、人工灌溉的响应与调控

植物与水分的关系是干旱区生态水文学研究的核心，而受制于水分的植被生态格局与过程的研究又是该领域的热点和难点，成为干旱区环境保护和生态建设必须面对的基础科学问题。本项目以塔里木河干流胡杨林为研究对象，以水-胡杨生长关系为中心，依托阿克苏水平衡站和塔河生态断面的长期监测与试验，对比研究塔河干流洪水漫溢区与生态闸堰人工灌溉区的地表水-土壤水-地下水的转化特征，定量分析胡杨生长特征参数与地下水位、土壤水分异质性以及土壤湿度概率密度函数的关系，重点研究水文过程对两岸胡杨林生态格局与过程的影响及其相互作用，分析生态闸堰灌溉区胡杨种群动态和健康状况，探索胡杨生长对洪水漫溢、人工灌溉的响应与适应机制，提出生态闸堰适宜灌溉面积及其调控对策。本项研究将发展荒漠河岸林生态水文学研究新内容，为荒漠河岸林生态系统的管理和恢复提供科学依据。

以水-胡杨生长关系为核心，以胡杨实生苗的繁殖格局作为切入点，系统地完成了洪水漫溢和人工灌溉改变河流水循环过程对胡杨林生态格局与过程的影响研究；项目在基于胡杨林繁殖更新及其与水分等要素关系的长期定位观测的基础上，建立了干旱区荒漠河岸林生态过程与水文过程的耦合关系的数值模型，初步阐明了胡杨林繁殖更新对洪水漫溢、人工灌溉的响应与适应机制，并提出了塔河干流生态闸优化调控对策，为中亚荒漠河岸林生态系统的管理和恢复提供了科学依据。主要成果为：（1）阐明了洪水漫溢、人工灌溉下河水－土壤水－地下水的相互补给过程的时空变化特征，人工修建堤防工程后的河水侧渗补给量仅为自然洪水漫溢下的1/6。（2）基于试验观测得到胡杨幼苗生长的最适土壤水分为16.8%-19.2%；大于12.0%，通过改变生长策略和自身生理调节能够适应水分条件的变化；小于9.6%，胡杨幼苗失去水分调节能力。胡杨幼苗正常生长的土壤盐分含量应小为18.32 g•kg-1、Cl-小于2.74 g•kg-1；幼苗致死土壤盐分含量大于27.95 g•kg-1、Cl-大于8.38 g•kg-1。（3）受水、热、基质要素的制约，胡杨种子繁殖具有“数量取胜”、“风险分摊”和 “随遇而安”的适应对策；胡杨克隆繁殖具有资源利用最大化和风险最小化的适应策略；单纯的灌溉不能改变干旱区荒漠河岸植被的水分状况，唯保持稳定的地下水埋深才能维持植被正常生长。（4）自主研发了塔里木河分布式生态水文学模型（TREHM），定量分析了塔河干流洪水漫溢、人工灌溉下河水-土壤水-地下水-植物蒸散水分转化过程及其互馈关系，阐明了胡杨生长对洪水漫溢、人工灌溉的响应与适应机制，丰富了中亚荒漠河岸林生态水文学研究内容。（5）系统模拟了塔河下游12次放水的生态水文过程变化，提出了塔河干流30座生态闸优化调控方案与运行管理模式，为塔河胡杨林生态系统的管理和恢复提供了科学依据。通过4年的研究，项目圆满完成了项目预定的研究内容，达到了既定的项目研究目标并取得了重要的研究成果。通过该项目的完成，已经在国内外公开发表学术论文39 篇，其中18篇为SCI文章。申请专利7项，软件登记2项,其中发明专利3项、实用新型专利4项，获得自治区科技进步一等奖2项。共培养3名博士、4名硕士，在站博士后2名，出站博士后1名，合作培养德国博士生3名。培养40岁以下青年学科带头人3名，40-50岁2名。