旱区沟渠湿地植被演变对排水水盐响应机制研究

Water management for ditch wetlands and farmland drainage are important means to ensure food production, biodiversity protection and the wetland water environment in irrigated areas. The ditch wetland ecosystems in arid regions are strongly interfered by discharge volume and salinity of farmland drainage. However, due to insufficient understanding of the responses among drainage processes, salt and water dynamics and vegetation evolution in ditch wetlands in arid areas, unscientific drainage poses negative impact on the ecology of ditch wetlands. Taking a ditch wetland ecosystem in an arid saline-alkali improvement irrigation area as an example, this project intends to study salt and water dynamics, salt and water interferance and vegetation responses of farmland drainage and ditch wetland ecosystem using theories of irrigation and drainage, ecology and hydrology etc. based on field experiment. Drainage management model will be constructed based on the response of drainage regulation-salt and water dynamics-vegetation; suitable plans for drainage water management will be proposed by considering both agricultural production and wetland environmental protection. Research findings may have important theoretical and practical significance to enrich and improve agricultural water resources management, which can provide scientific basis for land improvement in saline environment and environmental protection.

对农田及灌区沟渠湿地排水进行调控管理是保障粮食生产、保护灌区生物多样性和湿地水环境等方面的重要手段。旱区沟渠湿地生态系统受农田排水水盐干扰强烈，但由于对旱区沟渠湿地排水过程-水盐动态-植被演变之间的响应规律认识不足，导致沟渠湿地生态因不科学的排水而产生不利影响。因此，本课题拟以旱区一盐碱地改良灌区沟渠湿地生态系统为例，以观测试验为基础，应用农田水利学与生态学、水文学等交叉手段，开展农田排水与沟渠湿地生态系统水盐动态、水盐干扰与植被响应规律研究，构建基于排水调控-水盐动态-植被演替响应的排水管理模型，研究并提出兼顾农业生产和湿地环境保护的适宜排水调控策略。研究成果对丰富和完善农业水资源管理具有重要的理论意义和实践意义，可为盐碱地治理及环境保护提供科学依据。

对农田及灌区沟渠湿地排水进行调控管理是保障粮食生产、保护灌区生物多样性和湿地水环境等方面的重要手段。旱区沟渠湿地生态系统受农田排水水盐干扰强烈，但由于对旱区沟渠湿地排水过程-水盐动态-植被演变之间的响应规律认识不足，导致沟渠湿地生态因不科学的排水而产生不利影响。本项目以旱区一盐碱地改良灌区沟渠湿地生态系统为例，通过试验、数值模拟和理论分析，研究了沟渠湿地水盐动态和湿地植被系统对农田排水调控的响应机理与响应关系。主要取得了以下研究成果：（1）构建了HYDRUS数值模型，研究了不同水文年农田土壤水盐运动和排水排盐效果的影响；（2）在明晰了沟渠湿地内水分来源、组成和消耗过程的基础上，构建了沟渠湿地水盐动态模型，分析了不同水文年下排水调控模式对沟渠湿地水盐动态的影响。同时，系统研究了农田排水及区外来水对旱区沟渠湿地水盐动态及排水策略的影响。根据盐分浓度和流量对湿地的综合影响分析结果，可将上游来水分为无风险、低风险、中风险、高风险四类，无风险和低风险的上游来水将对沟渠湿地系统和排水管理产生积极的影响，而中风险和高风险的情况将增加排水管理的难度；（3）采用方差分析、相关性分析、典型相关分析和冗余分析的方法，揭示了植被空间分布格局与土壤生态因子间的耦合关系，结果表明决定旱区农田排水沟植被分层的关键生态因子是土壤含水率与电导率；（4）构建了水盐影响下的沟渠湿地生态系统植被演化模型，研究了在不同农田排水管理措施影响下旱区沟渠湿地植被的演替规律和演替趋势；（5）提出了兼顾农业生产和环境保护的排水管理策略，研发了盐碱化灌区生态沟渠的快速构建方法,为干旱半干旱区农业水资源管理和生态环境保护提供科学依据。