生态水文最优性的特征与演替过程研究

The optimality is one highlight in ecohydrology and the challenges include optimality verification, optimality dynamics and optimality quantification. Based on the observation of Network In China for Eco-hydrology Experiment (NICEE), this project focus on whether the ecohydrological optimality exists, whether the ecohydrological optimality maintains in changing environment, and the dynamics of ecohydrological optimality. The potential achievements are to quantify the impact of human activities on ecohydrological optimality and to develop a dynamic model of ecohydrological optimality. These are valuable for the ecohydrological research and the ecosystem protection.

生态水文最优性是生态水文研究的前沿和热点问题，目前尚存在最优性存疑、演替过程不清、定量困难等挑战。本项目以中国北方生态水文观测网（NICEE）为基础，根据不同气候条件下的生态水文观测数据，开展生态水文最优性验证、变化环境下的生态水文最优性特征和生态水文最优性演替过程研究，有望在生态水文最优性中定量考虑人类活动影响和生态水文最优性演替过程的动力学描述两个方面取得创新性成果，以推动生态水文学研究的理论与方法创新，同时为响应生态文明建设的国家需求。

生态水文最优性是生态水文研究的前沿和热点问题，目前尚存在最优性存疑、演替过程不清、定量手段困难等挑战。项目以Eagleson的生态水文最优性原理为指导，基于严密的数学物理模型推导，建立典型区域生态水文最优性模型，以植被最优盖度为突破口，结合遥感卫星对植被长势的观测为手段，辅以地面水文气象观测资料，验证了区域生态水文最优性的存在，并开展了变化环境下的生态水文最优性特征以及生态水文最优性演替机制的研究。项目执行过程中取得一些重要的发现：(1)不论在尺度较小的内蒙古地区科尔沁沙地的西拉木伦-老哈河流域，还是空间跨度较大的中国东北样带，以植被最优盖度为表征的生态水文最优性特征均存在，并与遥感卫星资料获得的实际植被盖度较为相近，空间存在较大差异的区域主要受到人为活动的强烈改造和干扰；(2)降水、温度和土壤水分均是控制最优植被盖度的重要因素，而植被自身特征要素，包括叶倾角、叶面积指数和树干比，也是造成植被最优盖度存在差异的内在驱动因素，体现了不同植被类型对同一气候环境的适应能力；(3)降水是控制东北样带区内草地生长最主要的因素，而样带区东部的森林对水分条件并不敏感，在水分供应较为充足的条件下，能量条件是关键制约因素，森林在用水效率和对极端气候的缓冲性方面比草类植物要强。本研究为生态水文学研究提供了新的研究方法和视角，所获成果对中长期水文预报以及生态保护和修复方面有重要指导和借鉴作用。