国内外祁连山绿洲荒漠区水文研究现状及发展趋势

1.2.1　流域上游与中游气候变化对比研究

20世纪30年代，人们开始对全球主要山地相似垂直带梯度分布规律进行比较，特别是雪线及森林上下限的全球比较［1］。20世纪70年代，人们开始对垂直带空间分布与水热条件的定量关系进行分析［2-3］。德国景观生态学创始人Carl Troll强调了山地三维垂直带的重要性和意义［1］；侯学煜先生比较全面地勾画出中国山地植被的分布格局及生态法则，还强调植被三维地带的“相对性”［4］。张新时概括了中国山地植被垂直带的7个基本生态地理类型，还根据青藏高原植被三维变化的特点提出了青藏高原特有的“高原地带性”［5］。现阶段，相关研究主要集中在大尺度上利用遥感和地信系统进行数字化研究，张百平从地学信息图谱研究的角度，将山地垂直带谱研究上升到地学信息图谱的高度［2，6］。朱晓勤在GIS支持下对秦岭山地植被分布与环境梯度关系进行研究［6］。近年来，在全球气候变暖的背景下，许多学者开展了林内与林外小气候对比［7］、荒漠与绿洲气象对比［8］、不同坡向降水和气温对比［9-10］、高原与周边区域气候对比［11-12］、气候敏感区对比［13-14］等研究。但本研究的显著特点是，选择典型区域，采用同一批气象仪器建立自动气象站，采集的数据系统误差较小；获取的19.3万多组自动气象站数据量较大，也较连续，并且本研究的研究成果可与祁连山林区的多年监测数据对接，可上推走廊更长期降水、气温变化特征。通过这些数据的处理分析，探索黑河上游与中游荒漠区降水和气温的年际、年内变化有什么不同，呈现什么规律，并通过模型建立和评价，定量分析祁连山北坡及坡前走廊降水和气温的预测评估机理。

1.2.2　流域中游水资源转化研究

关于降水、土壤水、地下水的相关研究属于水文学领域，研究手段与水文学发展密切相关［15］。从20世纪50年代末期开始，主要以产汇流理论为基础建立的概念性水文模型得以广泛应用［16］。20世纪80年代初［17］，水资源量的计算以及不同水源之间转化研究得以开展。水资源试验研究逐步揭示了大气降水、地表水、土壤水和潜水相互转化、相互制约的作用关系，理论定性研究居多，定量研究较少［18］。为此，许多学者在特定的区域内利用试验实测数据开展了大量的相关研究。赵传燕等在黑河下游地区研究了地下水位的波动变化，结果发现2006年地下水位与黑河分水前（2000年）的地下水位相比较，地下水位总体上明显升高，但中游地下水在分水后仍有显著下降，平均下降0.96 m［19］。刘冰等对黑河流域荒漠区降水特征及其土壤水分对降水脉动响应进行了研究，结果发现荒漠区土壤水分对降水脉动具有显著的响应现象［20］，赵文智等研究指出，荒漠区植物对地下水埋深的响应并不是简单的线性关系，而是植物适应气候、土壤、地下水等环境因素综合作用的结果［21］。从国内外近年来的许多研究可以看出，有些学者研究了降水与土壤水的关系，或者土壤水与地下水的关系，有些学者研究了植物生长与地下水的关系，还有一些学者研究了降水、地下水、土壤水的年内年际变化特征等。综合起来看，这些研究成果都为干旱区荒漠化防治提供了宝贵的资料，但是，正如赵文智等研究指出的那样［21］，荒漠化防治措施中，要考虑气候、土壤、地下水等环境因素的综合作用结果。正由于这个原因，2006年甘肃省祁连山水源涵养林研究院在黑河流域中游建立“红沙窝荒漠化综合防治试验站”进行长期定位多要素监测，已取得了与土地荒漠化和沙尘暴发生、发展等相关的气象、水文、土壤、植被等9年连续完整的数据。本研究基于荒漠化防治中地下水资源管理的重要性和相关性，提取降水量、水面蒸发量、空气湿度、土壤体积含水量、地下水埋深等数据开展研究。

1.2.3　流域中游荒漠区植物生长与水分关系研究(www.xing528.com)

关于植物生长对水分变化响应的相关研究，有许多学者通过植物组织含水量、蒸腾速率、水势、渗透势等测定研究植物体内水分对植物形态、生理活动的影响［22-24］，而本研究是关于荒漠区植物生长对植物体外水分（如土壤水）变化的研究，不考虑水分对植物形态、生理等的影响，而是只关注降水、土壤水、地下水对植物生物量、盖度等方面的影响。相关研究成果都为干旱区荒漠化防治提供了宝贵的资料［25］，但实际工作最需要紧紧围绕植被荒漠化问题开展研究［26］。虽然也有一些学者开展了相关研究，如赵良菊对黑河下游河岸林植物水分来源进行了研究［27］，但是，总体显得科技支撑较薄弱。因此，本研究为探索荒漠化防治中地下植物生长与水分变化的响应关系，提取0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深土壤质量含水率、植被平均生物量、植被平均盖度、地下水埋深、降水量等数据开展研究。

1.2.4　流域中游荒漠区生态环境评价

黑河中游地处青藏高原和蒙新荒漠交汇处的甘肃中部、河西走廊中段，其中走廊平原属大陆性温带干旱气候，北部荒漠区属大陆性温带干旱荒漠气候，特殊的自然条件决定了其生态环境极为脆弱，因而其生态环境备受关注。本研究选取甘肃张掖北部荒漠典型区反映自然环境特点的气候、水文、地貌、植被等指标，采用层次分析法对该区的生态环境进行评价［28-29］，并进而掌握研究区内生态环境质量的发展变化及主要影响因素，为荒漠区生态建设和环境规划以及治理和保护工作的有效开展提供科学依据，推动荒漠区域的社会经济与生态环境实现和谐、科学、可持续发展。