黑河中游绿洲生态系统不同景观单元SPAC水过程研究

黑河中游绿洲生态系统水循环对整个流域水循环、水资源利用和管理有重要影响。本项目选择绿洲生态系统和各景观单元（农田、防护林、绿洲-荒漠之间人工草地和荒漠植被）作为研究对象，通过大量野外水文过程的监测，结合模拟试验、建模和GIS空间分析，在微观尺度上研究不同景观单元SPAC中水分运动的力能关系和水动力学特征，探讨提高植物水分利用效率的途径和方法；在宏观尺度上，研究不同景观单元之间的水分交换关系和水文联系、各景观单元水循环特征和耗水规律，评价绿洲生态系统水循环对整个流域水循环的影响，探讨提高整个绿洲生态系统水分利用效率的方法。研究成果可为黑河流域水-生态-经济系统的可持续发展提供理论指导和技术支撑。

黑河中游绿洲生态系统水循环对整个流域水循环、水资源利用和管理有重要影响。项目按照计划在黑河中游开展研究，在以下方面取得进展：（1）通过样带土壤水分及水力参数的空间变异研究，发现单独样点的土壤含水量可代表样带的平均土壤含水量，在周期性灌溉的情形下，利用代表样点可以较准确地估计区域内平均土壤储水量和渗漏量。在农作物不同生育阶段，通过蒸散和渗漏消耗的灌溉水和降雨量差异较大，且渗漏量占灌溉和降雨的比例在北部农田和南部农田之间的差异也较大。农田土壤冻结最为强烈，其次为林地，荒漠最弱，浅地下水埋深条件下，地下水位的变化与冻融过程有很好的相关性，冻结过程可以有效减小土壤蒸发和渗漏，利于冬季土壤水分的保持和来年植被利用。（2）该区春小麦耗水量为600mm左右，其中土壤蒸发约占30%；玉米耗水量660 mm左右，其中土壤蒸发占26%；树干液流速率变化范围为30.6-101.9 kg/(m2ˑh)，生长季节总蒸腾量约为599 mm,防护林灌溉和降雨仅占总蒸腾量的58.1%，防护林根系从地下水和农田吸水占蒸腾量的14-35%，农田灌溉对防护林蒸腾的影响距离约为8米。不同类型的农田水分的耗散特征基本一致，作物耗水量随着生育期的延伸逐渐增加，在孕穗开花时期达到最大。当前灌溉制度下，各农田均有渗漏发生，且作物均有不同程度的水分亏缺。（3）农田、防护林和荒漠景观单元之间的水文联系在不同深度具有不同的表现形式。在上层土壤（0-200 cm），防护林通过根系吸取农田土壤水分，防护林根系可延伸至农田内12-18米左右。农田和林地的交替灌溉引起农田-林地间的水文密切联系，农田-荒漠和林地-荒漠的水文联系较弱。景观单元的水文联系主要通过灌水引起的地下水位差异造成的横向水流和根系向相邻景观单元延伸吸水的方式维持。由于绿洲土壤质地较粗，灌溉水入渗快，因此应该按照代表性样点的水分条件和渗漏量来确定该区的农田灌溉量。项目按照计划，完成了相关研究内容，获得了大量的野外观测和室内分析数据，为黑河计划集成研究提供数据支撑；在不同景观单元水量交换及水力联系方面有所创新，为绿洲生态系统水文过程模型提供子模型和相关参数。项目发表论文31篇，其中SCI论文16篇，培养研究生15名，参加国内外学术会议20余人/次；项目期间有2位骨干科研人员职称得到晋升，1人获得陕西省科技新星称号。