水是内陆河流域一切生态过程的驱动因子，流域内山区降水集流、绿洲区集约转化、荒漠区径流耗散的水循环和水资源分配机理，形成了以森林、草甸为主体的山地垂直带谱和以绿洲、过渡带、荒漠交错区为圈层的平原区水平带谱，构成了以荒漠为基质、径流为核心、植被为主体的绿洲生态系统圈层结构［159］。干旱区生态本底从地带性尺度制约着绿洲演替，而内陆河流域的水循环特征从非地带尺度决定着绿洲及过渡带的演替，在天然水循环基础上形成的人工侧支循环及两者此消彼长的关系是干旱区内陆河流域物质转化、能量流动、信息传递的基础和条件［160］。
2.3.2.1 内流河流域地表水与地下水的循环转化
地表水与地下水的多次转化是内陆河流域水循环的基本方式。天然状态下，内陆河流域山区地表径流的80%～90%经山前戈壁带渗入地下，转化为地下水。在戈壁带前缘，60%～80%的地下水一部分以山前侧渗和泉水溢出形式排泄（见图2.4），成为绿洲的主要灌溉水源；一部分以地下径流形式进入平原区，并通过潜水蒸发排泄。进入平原区地表的绿洲灌溉用水一部分又通过土壤回渗地下，形成回归水；以地下径流的形式存在并流向沙漠地带的水资源量很有限（参考图2.3）。
在天山北麓平原、柴达木盆地南部昆仑山山前平原、河西走廊以及某些山间盆地泉水溢出量占到同一地区出山口河川径流相当大的比例，如天山北麓泉水量占河流出山口总水量的30%，玛纳斯河流域（1978年调查）泉水量占河川总径流量的57%，说明河川径流与地下水之间存在大量频繁的转化关系。这一方面提高了水资源的利用效率，另一方面影响和制约了各种形式水资源的开发利用，使水量转化中的各个环节相互影响，形成了动态转化链。大规模的地下水开采会导致河川径流的大量减少，同样，人工侧支循环中引走的河川水量增加可能造成地下水位的大面积下降、溢出带泉水量消减甚至枯竭、河流下游径流减少与水质恶化。在人工侧支循环水通量不断增加的同时，天山北麓山前平原中上部近30年来地下水位普遍下降了3～10m，1985年前后系统的监测证实，从奇台到玛纳斯地区，地下水位继续以0.3～1.2m/a的速率下降；呼图壁、玛纳斯河洪积扇一带泉水溢出量以每年7%的速率递减。
2.3.2.2 绿洲生态耗水机理
内陆河流域平原区的地表水和地下水构成统一的水资源系统和完整的生态系统。当地表水丰富时，地下水水位高；当地表径流减少时，地下水水位低；地下水位的动态变化较地表水位滞后约2～3个月［161］。天然绿洲赖以生存的水分供应以河川径流、浅层地下水为主，平原区地下水埋深浅，大部分为1～3m，除少部分以泉流和排水渠方式排泄外，大部分以潜水蒸发方式排泄，支撑平原区天然绿洲的生存。
在适宜地下水埋深范围内，植被长势良好，出现频率较高，相应的植被盖度也大。合理的地下水位上限是潜水蒸发强烈时的埋深，下限是潜水蒸发极限深度（即引起天然植物凋萎以致死亡的地下水埋深临界值）。地下水位通过植物的根系层土壤含水量对作物水分利用和生长发育产生影响，一般平均土壤含水量小于9.7%时，天然植物就无法正常生长，甚至死亡。中国科学院新疆生态与地理研究所郭占荣等［162］曾在塔里木河干流天然植被区对详细调查的21个土壤剖面的土壤含水量进行了相关分析，发现平均土壤含水量与地下水埋深呈指数下降关系：y=35.726exp（-0.0185x）。
2.3.2.3 生态干旱与生态系统演化(www.xing528.com)
在西北干旱区，绿洲植被的分布、长势及演替与地下水位、土壤水分和盐分的变化关系密切。若地下水位过高，在蒸发的作用下，土壤易发生盐渍化，对耐盐度低的植物产生胁迫；若地下水位过低，毛管上升水不易到达植物根系层，上层土壤发生干旱，植物生长受到水分胁迫，甚至因发生干旱而死亡，植被盖度降低。天然绿洲植被存亡与地下水位的关系见图2.5。
图2.5 天然绿洲地下水位与植被生长的关系
平原绿洲区人工侧支水循环总的水文效应是，地表水通量、地下水的补给和排泄条件变化改变了地下水资源量及其分布。主要表现在：在灌溉绿洲区，大量的灌溉用水导致水资源垂直方向转化加强，入渗补给使地下水位升高，灌溉期可达1.5m，从而增加了无效潜水蒸发；在绿洲区下游，由于上中游用水消耗加大，河道水量减少，地表和地下径流的水平运动减弱，地下水位下降，依赖潜水维持生命活动的地表植被因地下水位不能达到临界水深而退化，引起分布于河流沿岸的河谷林带变窄，整体功能减弱，河流尾闾及湖沼湿地植被退化；地下水位降低的同时，地下水矿化度升高，水质恶化，根系层土壤含盐量升高，引起植被类型的演化（见图2.6），导致地表植被覆盖度降低，生态干旱发生，甚至干旱范围的扩大。
人类活动和气候变化，特别是降水和温度波动是影响水资源丰枯变化和天然绿洲演变的驱动力，水资源的循环转化过程决定了平原区绿洲的水分状况。人工侧支水循环表现了水资源开发利用与平原绿洲生态系统演化的动态关系，水源条件的微小变化即可引起生态环境的小幅波动，造成生态系统结构和组成的变化，促使天然绿洲与荒漠生态系统的相互演变，图2.6所示的河岸林→灌丛草地→盐化草甸植物群落→盐生植被→荒漠植被→裸地（或沙化的植被）的演替过程在干旱区十分普遍。
图2.6 天然绿洲各景观生态类型之间的演替规律［163］
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