流域植被结构动态的水文学机制及其模拟研究

Influenced by the climate changes, responses of vegetation structure to hydrological processes variation have altered its regulation for streamflow. This project highlights the role of hydrological changes in forcing and keeping vegetation structure and focuses on changes in response and threshold of vegetation structure to water stress. According to the thought “influences resulted from water stress – response of vegetation structure – ecohydrological processes simulation and feedback” and using methods of in-situ monitoring, experiment and modeling, objectives of this project are: to study vegetation structure and its response to hydrological change on multi-scale; to identify hydrological thresholds which impact on vegetation structure and vegetation spatial distribution; to set up a dynamic vegetation structure model incorporated ecohydrological processes; to analyze response of vegetation structure forced by multi-variable and its feedback to runoff; and to obtain ecological scenarios to maintain catchments integrity using the trade-off between evapotranspiration, runoff and ecological water requirement. Results of this project will enrich and develop ecohydrology theory, and is significant to catchments conservation and resolving problems in runoff generation under climate change.

气候变化影响下，流域生态系统面临着水文变异引起的植被结构变化，以及由此产生的水文过程调节功能降低等系列生态环境问题。本项目强调水文过程在驱动植被结构动态中的关键作用，围绕水分胁迫影响下植被结构特征响应机制与阈值的关键科学问题，以“水分变化胁迫-植被结构响应-系统模拟与反馈”为总体研究思路，通过定位监测、实验与模拟相结合的方法，研究多尺度植被动态特征及其对水文过程的响应，辨识影响植被结构动态以及空间分布变化的关键水文指标阈值；构建耦合生态水文过程的植被结构动态模型，分析多要素驱动下植被结构动态响应规律及其对径流过程的影响，权衡产流、蒸散和生态需水的动态响应关系，筛选维护健康流域产流过程的生态情景。成果将从内涵和机制上丰富和发展生态水文学基础理论，为发展应对气候变化的流域保护和解决产流问题的生态学方法提供技术指导。

针对植被结构特征及其对水分胁迫的响应的敏感性问题，研究水分胁迫对植被结构特征变化的关键驱动机制，以“水分变化胁迫-植被结构响应-系统模拟与反馈”为总体研究思路，开展了系列研究工作，完满完成项目研究任务，已发表期刊论文发表期刊论文9篇，其中SCI/EI论文7篇，授权专利1项，申请专利2项，软件著作权2项，在投SCI文章3篇，中文1篇。培养硕士研究生3人。具体研究成果如下：.（1）多尺度植被结构特征及关键生态水文过程：以气候变化与高强度人类活动引起的水文情势的变异为出发点，剖析植被结构特征对水文情势变化的响应，界定关键植被特征对水文情势变化的响应，界定典型植被适宜的水位深度；剖析流域尺度上植被盖度、有效根深等关键生态参数对气候变化的响应；核算基流与径流对气候事件的响应规律。.（2）植被结构动态对水文变化的响应与适应模拟：以植被的响应及其对水文过程的调控为研究思路，开展了植被分布对水位变化的响应，构建了植被格局演替模型和耦合双源的植被蒸散发模型，模拟了不同水位条件下植被分布及其对蒸散的影响；构建耦合植被生态参数的dBCP模型，模拟植被生态参数对气候变化的响应及其对径流过程的调控。.（3）健康流域目标下生态情景的筛选与分析：考虑地下水变化对湿地植被需水与地表水盐的影响，建立了调控湿地生态地下水水位的湿地沟渠开挖方案；以甲烷与二氧化碳排放对水位变化的响应，判识影响温室气体排放的水位波动幅度、频率与周期特征，界定了湿地适宜的水位情势精细化管理；基于植被对流域水文情势的调控，提出了防控洪水的植被策略。.研究成果从内涵和机制上丰富和发展了生态水文学基础理论，也为应对气候变化对流域生态水文的影响具有实践指导意义。研究成果为进一步开展相关研究工作奠定了坚实的理论与数据支撑。