黑河下游荒漠河岸林蒸散耗水特征与生态需水试验研究

本项目以阿拉善荒漠生态水文试验研究站为平台，在多年工作积累的基础上，以荒漠河岸林为研究对象，以Lysimeter和SPAC系统测定仪等先进仪器，配合标准样地水分平观测场等综合观测，获得荒漠河岸林叶片、单株、林分和区域尺度的蒸散耗水数据，采用生态学、水文学、植物生理学并结合气象学、数理统计学等多学科的方法，进行荒漠河岸林蒸散耗水观测试验研究，阐明荒漠河岸林蒸散耗水的机制，揭示荒漠河岸林蒸散耗水规律，实现荒漠河岸林耗水的空间尺度扩展和时间尺度扩展，确定荒漠绿洲生态需水过程和需水量，为荒漠河岸林水分管理和维护绿洲稳定提供理论依据。

通过对荒漠河岸林不同尺度蒸散耗水的观测试验研究，认识了荒漠河岸林叶片、单株、林分等尺度的蒸散耗水特征，阐明了荒漠河岸林蒸散耗水机制；基于样地调查和解析木，建立了胸径与边材面积的关系模型，边材面积的生长模型，实现了耗水的时空尺度扩展；确定了基于遥感分类和生态恢复的黑河下游生态需水量，提出了通过生态耗水计算生态需水的方法。达到了项目研究目标的要求。项目主要取得了以下成果：. (1) 基于稳定同位素方法，确定了荒漠河岸林水分利用的来源——地下水和土壤水，而并非河水，地下水得到河水的有效补给。随地下水位埋深的增加，荒漠河岸林从吸收单一层次的土壤水转为以吸收2.00m以下多层土壤水和地下水。该结论为荒漠河岸植被水分利用策略及其对干旱胁迫的适应机制研究提供科学依据。. (2) 明确了荒漠河岸林不同尺度耗水机制。叶片尺度构建了气孔导度模拟的机理模型；单株尺度建立了荒漠河岸林耗水的模型；林分尺度确定了荒漠河岸林生长季的作物系数，利用SVM和Priestley-Taylor模型对林分水平蒸散量进行了模拟。. (3) 通过水势、根系液流、根际区土壤水分观测，证实了荒漠河岸林存在水力再分配过程；确定了荒漠河岸林水力再分配模式；量化了荒漠河岸林根系水力再分配的数量。. (4) 通过对胡杨幼苗和成熟木叶片蒸腾和树干液流的观测，证实了荒漠河岸林存在实在的夜间蒸腾，夜间蒸腾与水汽压差呈显著正相关；并基于径向生长和液流速率的同步观测，提出了一种将夜间蒸腾从液流通量分割的新方法。. (5) 利用边材面积的分布模型与边材面积的生长模型，实现了耗水的时空尺度扩展。建立了边材面积和胸径及树高关系，确定边材面积作为空间尺度扩展的纯量，为林分尺度的蒸腾估算提供基础。基于解析木年龄和边材面积构建了边材面积生长模型，进行了时间尺度扩展。该成果可对荒漠河岸林中长期耗水进行有效的预测。. (6) 利用遥感进行生态分区，确定了基于遥感分类的生态需水量；将区域生态需水分为天然绿洲、水域和恢复地下水位的生态需水，从水循环的角度确定了基于生态恢复的下游绿洲生态需水量；确定了黑河现状年(2008年)的生态总需水量为4.04-4.28亿方，目标年(1987年)生态需水量为5.42-5.72亿方。在生态需水量计算基础上，基于多目标优化模型构建了黑河下游生态水量调度方案。