1、中科院內陸河流域生態水文重點實驗室簡介中國科學院內陸河流域生態水文重點實驗室（以下簡稱內 陸河流域生態水文實驗室）定位于國家內陸河流域水-生態-經濟系統管理中亟待解決的基礎及應用基礎科學問題研究。主要 研究方向流域水文與水資源、流域生態水文過程、生態恢復和 流域管理研究。近年來，在內陸河流域水文過程、內陸河流域 水資源調控、內陸河流域生態恢復、生態系統恢復技術集成及 應用等方面取得了重大進展。內陸河流域生態水文實驗室源于1950年代原冰JI凍土研究所水文研究室和沙漠所水土資源研究室的基礎。1999年冰川、沙漠、高原大氣三所整合后，于 2003年成立寒旱所“內陸河流域 水文與應用生態重點實驗室”

2、試運行，2006年成為所級重點實驗 室。2008年評估通過進入中國科學院重點實驗室行列。三所整合以來，實驗室結合國家內陸河水與生態方面的需求新建和完善了 流域野外觀測試驗站網，加強了室內分析測試能力建設， 注重了 新學科增長點的培育，立足流域生態水文科學前沿， 尋求國家西 部水-生態問題解決方案。在國內率先開展了生態水文學、生態 經濟學和流域科學研究。發展為集野外監測與室內分析的流域生態水文科學研竺*阜早國*文 過程H淵生岳木0荒漠即洲生 盤水文生忠蛭矯與 水管理20162009復千區布交姓理題3水熱姓性與甲T效域樣字桁生 區生香水交 I中科Bi內的河宴躺室甘去古愿河4世室事早區康文上 120

3、08中科院內用河淄域生得水文點實驗中（新尼）亭早區水宓毒就專19992006內隨河流域水文重點實監室（所級）；2003內陸河流域水文與應用生態支檢率（所報）率區水文酬究室哪究室）195 口水土空源室（研究室）區域特色顯著.學科優勢明顯1總體定位實驗室圍繞內陸河流域水-生態-經濟系統管理中亟待解決的 基礎及應用基礎的科學問題，以水為主線，通過長期野外定位 觀測，建立流域大尺度、多維度的監測網絡系統和實驗室分析 為一體化的研究平臺；在內陸河流域水文與水資源、流域水文 生態系統的互作機制、生態恢復和流域管理等領域取得標志性 創新成果，為內陸河流域可持續發展提供科技支撐，取得不可 替代地位；凝聚內陸河

4、流域科學研究的杰出人才和創新研究團 隊，發揮引領作用，成為具有國際影響力的流域科學研究中 心。2主要研究方向內陸河流域生態水文學研究急需建立水循環的基礎理論，需 要在方法和技術上創新，逐漸形成以生態水文研究為主線的流域科學體系，服務于集成流域管理。為此，集中開展如下三個方向的創新研究：1）流域水文與水資源高寒山區水文過程與冰雪、凍土水資源效應。研究冰川與積雪消融、凍土水熱傳輸過程及其產匯流過程機理，分析高寒山區典型下墊面能水平衡過程，揭示冰雪消融及凍土變化對高寒山區流域水文過程的影響及其水資源效應，預估未來冰雪、凍土變化對流域水資源的影響。森林、草地產流機理。研究森林、草地生態系統結構及其格局

5、，分析典型森林、草地生態系統水熱傳輸過程及能水平衡規律，揭示森林、草地地表徑流、壤中流形成過程、尺度效應及形成機理，預測全球變化條件下森林、草地產流變化。荒漠綠洲地下水和地表水轉化過程。基于野外監測、同位素示蹤及模型模擬等手段，研究不同水文單元地下水與地表水轉化過程、規律及影響因素，探討荒漠綠洲地下水和地表水的聯合利用途徑。2 ）流域水文- 生態系統的互作機制高寒植被生態系統格局功能。研究高寒植被分布、結構與功能， 探討森林斑塊的形成機理及其穩定性機制， 揭示高寒植被生態系統格局功能演變過程。綠洲結構、功能與水分利用。分析不同尺度綠洲的結構與功能，研究綠洲水分利用效率、綠洲生產力及綠洲穩定性，

6、揭示綠洲功能與水分利用相互作用機理，提出綠洲穩定的水資源配 置模式。荒漠植被的水分適應機制。研究荒漠植被水分代謝及其調控機理，水分利用來源、水分利用效率，不同尺度蒸散耗水規律及尺度轉換，荒漠植被穩定的水分閾值，探討荒漠植被耐旱機制及水分適應策略。流域水文 - 生態系統相互作用機制。研究山地- 綠洲 - 荒漠植被格局與水文過程的耦合關系，探討氣候- 水文過程 - 生態格局變化之間的相互作用機理，揭示形成流域生態格局和過程的水文學機制。3）生態恢復和流域管理生態系統穩定性與生態恢復原理。建立內陸河流域山地- 綠洲-荒漠生態系統穩定性評估指標體系和方法，評估生態系統穩定性與生態服務功能，研發退化生態

7、系統恢復與重建的關鍵技術，研發生態系統結構與功能的優化配置與調控技術，構建內陸河流域山地- 綠洲 - 荒漠生態系統恢復與重建模式。流域生態經濟與水資源配置。研究內陸河流域人類活動驅動的自然 - 社會系統水循環規律，評估流域水資源配置的環境效益，研發山區水源涵養保水技術、水資源緊缺型綠洲水調控技術和流域水分管理和生態輸水技術，提出流域水資源可持續利用的生態經濟管理模式。集成研究與綜合管理。建立內陸河流域多維度的生態水文監測網絡體系，集成山地- 綠洲 - 荒漠生態系統恢復與重建模式，構建基于生態修復的“山區保水- 綠洲節水 -荒漠配水”水資源綜合管理模式，提出變化環境下流域水 - 生態 - 經濟系

8、統集成管理與決策支持系統。3 目標通過建立內陸河流域科學觀測 - 試驗、數據- 模擬研究平臺，揭示氣候變化和人類活動影響下內陸河流域個體、群落、生態系統、景觀、流域等不同尺度生態與水文相互作用的過程和機理；建立耦合生態、水文和社會經濟的流域集成模型，提高內陸河流域水- 生態 - 經濟系統演變的綜合分析能力和流域綜合管理能力；使我國流域生態水文研究進入國際先進行列，為國家內陸河流域水安全、生態安全以及社會經濟可持續發展提供基礎理論和科技支撐。4 科研平臺4.1 人工氣候模擬實驗室人工氣候模擬實驗室自 2011 年建成以來，針對干旱區黑河下游極端環境，開展模擬和控制大氣和土壤的溫度、空氣濕度、光照

9、，形成不同氣溫、濕度、光照等生境組合實驗環境，利用室內盆栽典型荒漠植物紅砂、梭梭、霸王、沙冬青和檉柳，完成不同水勢、光、溫、濕等組合的生態水文實驗。通過室內模擬實驗對荒漠植物對大氣水汽的利用規律、邊界條件及利用量的研究，揭示荒漠植物水汽利用生態水文機制，探討荒漠植物大氣水汽利用的生態、生理、分子生物學的響應特征及其適應性機理，認識荒漠植物適應極端干旱環境生存策略，為“黑河流域生態- 水文集成研究重大計劃”提供相關研究基礎。實驗室現有儀器設備包括LT/ACR-2002 人工氣候室控制系統、FLOW32A-1包裹式莖流儀、WP-4CS物露點水勢儀、GFS-3000光合系統儀、MINIPAM光儀、P

10、TM4觥合儀、電子天平等。4.2 植物生理生化實驗室實驗室針對干旱區內陸河流域下游極端的干旱環境， 重點探索荒漠植物響應及適應干旱、 高鹽、 低溫等逆境脅迫的生理變化過程、細胞調控機制以及分子遺傳機理等重要理論科學問題。近年來，主要開展了中下游荒漠區植物紅砂基因組基礎特征的研究，包括染色體特征、 倍性、 基因組大小及基因組序列構成特點等方面的研究；開展了下游主要荒漠植物紅砂、檉柳、梭梭、霸王、白刺大氣水汽細胞利用機制及水通道蛋白基因調控機理研究。 上述研究成果為深入認識干旱區內陸河流域極端干旱生態環境植物的適應存活對策、 生態恢復和可持續發展具有重要學術和決策價值。實驗室配置有能進行染色體檢測

11、、 熒光原位雜交分析的高級熒光顯微鏡OLYMPUS-BX5和自動原位雜交箱Abbott MolecularTermoBrite ,配置有能進行分子、生理操作的DNAS量儀ThermoND2000c 美國 PCR ABI VERITI、芬蘭 PikoReal 實時熒光定量PCR僉測系統、美國伯樂Gel Doc XR+膠成像系統、電泳儀、美國低溫高速離心機Thermo Scientific Sorvall Strato 、高溫滅菌鍋 SANYOMLS-375A生物安全柜、超低溫冰箱ThermoScientific Forma 994、精密電子天平等一系列的基本實驗儀器。實驗室具備了能進行植物生理、

12、 細胞、 分子常規檢測研究的實驗條件。4.3 樹木年輪學實驗室實驗室針對干旱區內陸河流域生態環境演變過程，近年來，在上游山區主要開展了冰川物質平衡線的高寒灌木年輪重建和不同海拔梯度針葉樹徑向生長與年輪形成監測研究， 在下游荒漠區主要開展了近200 年來尾閭湖湖泊水位變化灌木年輪水文學研究、 綠洲尺度生態演化的胡楊樹木年輪學評價、 荒漠河岸林主要樹種徑向生長與年輪形成監測研究、 荒漠灌木年輪氣候學研究、人工灌木林適應性年輪生態學評價及新灌木種的年輪學適宜性研究等工作。 上述研究成果對于深入認識干旱區內陸河流域生態環境演變、生態恢復和可持續發展具有重要學術和決策價值。實驗室現有儀器設備包括Lint

13、ab 樹輪寬度測量儀、高分辨率掃描儀、影像分析工作站、實體顯微鏡、照像顯微鏡、生長錐、微樣芯采樣器、 形成層切片制作系統、 樣芯與樹盤前處理系統和野外樹木徑向生長監測儀等。4.4 同位素水文實驗室同位素水文實驗室由氣體穩定同位素質譜儀、 2 臺元素分析儀和土壤 - 植物提水系統組成。該實驗室主要用于測定液態水的穩定氫氧同位素組成和土壤和植物固態樣品穩定碳、氮、氫、氧及硫同位素組成(8 13G 5 15M 5 DX 8 18O和8 34S)。其中液態水的SD和8 18O主要研究不同尺度的水循環過程，如生態系統植物水分來源、大氣水汽來源、水汽內循環特征、生態系統蒸散發的分割、徑流分割、地表水地下水

14、的轉化、地下水補給源及補給時間等；植物 SD和8 18O主要用于研究全球氣候變化、植物水分來源和大氣環流特征等；土壤和植物S13C和S15N主要用于研究生態系統碳氮循環過程： 如全球氣候變化、 植物水分利用效率和生態系統氮素來源等；硫同位素主要用于環境領域的硫循環和硫源解析等研究。同位素水文實驗室針對西北干旱內陸河流域的生態- 水文過程， 對內陸河流域水循環過程、 生態水文過程和碳氮循環特征進行了研究。 借助該研究平臺開展了下述工作： 通過對黑河流域和巴丹吉林沙漠不同水體SD 8 18O和S34S的測定，揭示了黑河源區大氣水汽來源、 黑河源區降水對河川徑流的貢獻、 黑河流域地表水與地下水轉化、

15、黑河流域不同水體與巴丹吉林沙漠地下水的關系及巴丹吉林沙漠湖水蒸發損失率等； 通過對黑河流域大氣水汽、土壤、植物葉片、枝條及根系水的SD和8 18O的測定與分析， 揭示了黑河流域典型生態系統植物水分來源、 生態系統大氣水汽交換特征、植物蒸騰與土壤蒸發對大氣水汽的 d-excess的調節作用及黑河源區水汽內循環特征等；通過對沙坡頭植物和土壤S13C和S15N及碳、氮含量的測定，揭示了荒漠植物水分利用效率、 氮素來源、 水肥關系及固沙植被系統演替特征等。4.5 離子色譜實驗室離子色譜實驗室核心設備為美國戴安公司的 ICS-5000 分析型離子色譜系統， 該系統是戴安公司最新推出的最高端研究級色譜系統

16、。 ICS-5000 除具備基礎的離子分析功能外， 還可根據用戶的需求進一步升級，通過添加電化學檢測器、紫外檢測器、不同的分析柱等模塊實現生物液相、氨基酸分析等功能。離子色譜主要用于環境樣品的分析，包括地表水、地下水、飲用水、雨水、生活污水和工業廢水、酸沉降物和大氣顆粒物等樣品中的陰、陽離子。另外在食品、衛生、石油化工、水及地質等領域也有廣泛的應用。可檢測所有常規離子， 對于最常用的內陸河流域水環境化學陰、陽離子分析可以做到12-17 分鐘得到一個樣品的陰離子或陽離子分析結果，配合62 位自動進樣器的使用更可以實現24 小時不間斷樣品測試，大大提高了離子分析效率。為配合離子色譜的使用， 實驗室

17、還配備有賽默飛離子色譜自動進樣器、 默克 - 密理博超純水機、 梅特勒 - 托利多半微量電子天平以及配合土壤前處理的小型設備，包括振蕩機、離心機、烘箱、冷藏柜等。本實驗室核心設備ICS-50002015 年運行情況良好，累計分析超過 1000 個樣品。4.6 土壤與水化學分析室土壤與水化學分析室主要承擔土壤、植物與水樣C、 N、 P、 K等營養元素及鹽分離子的測定分析工作。 近年來分析室運行正常，基本能滿負荷工作。 分析室主要完成了兩方面的工作： 一是承擔中國生態系統研究網絡站沙坡頭站和臨澤站土壤與水樣的監測分析工作， 每年提供的監測數據在質量上通過土壤分中心與水分中心的好評， 監測數據質量在

18、網絡站評比中名次靠前。 二是完成了寒旱所多位研究人員承擔的項目化驗分析工作， 2015 年完成2000 多個土壤、 植物樣碳、 氮、 磷的分析工作。 主要儀器及其用途如下：元素分析儀（德國 ELEMENTAR器公司，VARIO MACRO用于土壤、植物與水樣碳、氮含量的測定；色譜分析儀（瑞士萬通） ，用于水樣鹽分離子測定；全自動凱式定氮儀（瑞士布琪） ，用于土樣、植物樣全氮含量測士定；分光光度計（日本島津） ，用于土樣、植物樣全磷、速效磷含量的測定及硝態氮、銨態氮等的比色分析；火焰光度計，用于鉀元素的測定；其它配套的儀器包括電導率儀、PH計、烘箱、離心機、高速可變 速粉碎機、振蕩儀等。5 野外

19、平臺5.1 臨澤內陸河流域研究站臨澤站成立于 1975 年， 2003 年加入中國生態系統研究網絡（ CERN） ， 2005年入選國家生態與環境野外科學觀測站（ CNER）N，2007 年入選第一批水利部水土保持科技示范園區。臨澤站地處甘肅省河西走廊中部的臨澤縣， 黑河流域中游， 區域上屬于中溫帶干旱區。 已形成了以黑河中游綠洲農田生態系統和荒漠生態系統為中心基地， 以上游森林生態系統為輔助觀測點， 以流域水資源、綠洲灌溉農田生態系統、綠洲與荒漠（沙漠）過渡帶和荒漠生態系統為一體的多學科綜合試驗研究站。臨澤站占地700畝，現有各類建筑面積 5000m2有試驗用地164137mz其中長期試驗地

20、 29375mz定位樣地71637mz觀測場地63125m2擁有環境綜合觀測場2個、氣象觀測場、農業試驗地、水肥試驗場、荒漠植物引種圃及溫室等設施，在周邊地區設有水分、 土壤、 植被、 地下水等長期觀測樣地 （點） 。 現有各類儀器設備 58 臺（套） ，包括自動氣象站、環境監測系統、農田和荒漠小氣候梯度系統、渦動相關系統、光合速率測定系統、土壤呼吸系統、 植物莖流計、 水勢儀、 植物生長箱、 原子分光光度計、離子色譜儀、定氮儀、水質分析儀等，總價值達815 萬元。從 2009 年開始，在實驗室的支持下，開展了綠洲生態水文、干旱區土壤與綠洲農業、 干旱區植物生理、 森林生態水文以及流域尺度水文

21、水資源效應和水資源管理等方面的研究， 取得了重要研究成果。2.5.2 阿拉善荒漠生態水文試驗研究站阿拉善站始建于 1982 年，隸屬于中國科學院寒區旱區環境與工程研究所。該站地處黑河流域下游、阿拉善高原的西部，毗鄰巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠，大本營地理坐標為42 01 N,100 21 E,海拔920m本站以額濟納綠洲和荒漠為研究載體，開展極端干旱條件下生態水文學、恢復生態學、荒漠生態學、沙漠化防治及可持續管理學的基礎理論研究， 注重荒漠生態系統的技術開發、 試驗示范和技術推廣。 突出極端干旱區荒漠植被動態、水分平衡，生態水文、能量平衡、物質流和荒漠化過程研究。為解決極端干旱條件下人類活動 -

22、大氣 - 植被 - 水的耦合關系，黑河下游生態環境演化、 巴丹吉林沙漠水來源， 干旱區資源優化配置和可持續發展等問題提供科技支撐。截至目前，試驗站擁有300畝實驗用地和50hm2荒漠生態系統觀測用地。實驗用地中布設有荒漠綜合觀測場（面積為50mx 50中、輔助觀測場（面積為30X 50ml和規范氣象觀測場（面積為25X25m 日光溫室觀測試驗場（面積為20mx 10n）,作為荒漠生態系統長期定位觀測場地。此外，設有綠洲 - 荒漠過渡帶、 河岸林和鹽化草甸等長期觀測樣地和黑河河岸到荒漠樣帶地下水觀測井20 眼。 主要的儀器有： 自動氣象站、 渦動相關儀、波文比系統、 微機資料處理系統以及常規電子

23、測量儀器等多臺設備。 建立和完善了干旱區生態水文長期多次度監測網， 積累了大量干旱區生態水文觀測資料，包括雨量數據、氣溫數據、土壤溫度和濕度監測數據、土壤水勢和熱導率數據、渦動相關通量、胡楊和檉柳樹干液流數據、 地下水位實時觀測數據等。 與多家單位實現基礎數據共享。2015 年， 由該試驗站承擔和執行中科院重點部署項目 1 項，中科院科技創新交叉與合作團隊1 項， 國家自然科學基金和社會科學基金 20 余項。同時，試驗站與中國科學院地理科學與資源研究所，北京師范大學，蘭州大學，陜西師范大學等科研部門長期合作共同承擔科研項目和人才培養。 推動了試驗站的跨區域合作和國際交流。2.5.3 黑河上游生

24、態-水文試驗研究站黑河上游生態- 水文試驗研究站（黑河上游站）成立于 2008年， 為中科院寒旱所所級站， 地處黑青海省祁連縣扎麻什鄉河西村（北緯38 15,東經99 52,大本營海拔3040米）。該站以寒區水文和寒區生態水文學為主要研究方向， 探討高寒山區流域生態、 水文過程機理及其對全球變化的響應， 為變化環境下高寒山區徑流預估及水源地保護服務。2009 年以來，在中科院內陸河流域生態水文重點實驗室和研究所共同支持下， 黑河上游站得到了較大發展， 現生活區面積4000mz總建筑面積600mz水、電、網絡、通訊設施齊全，站區配備數據采集中心、網絡通訊設備、樣品室、土壤水熱參數實驗室以及生態水

25、文實驗室等， 建立了寒區水文和寒區生態水文多尺度監測網絡，擁有寒區氣象監測網絡、冰川水文觀測場、凍土水文監測網絡、雪水文場、寒漠水文試驗小流域、森林水文場、灌叢水文場以及地下水監測網絡等。 近年來， 支撐了國內相關單位的研究課題 30 余項， 夏季每天在站工作人數30 余人， 數據共享數十個單位，基本實現了公用平臺的功能。2014年加入中國科學院陸面過程觀測網（CAS-LASON和世界氣象組織全球冰凍圈監測網絡（WMO-GCW考站）。6儀器設備序號設備名稱設備型號購買時問價格（萬元）使用總時間（小時）非本室使用時間（小時）1環境監測系統ZENO3200200130.049960-2定氮儀Bu chiK37020025921672-3自動氣象站ENVIS200343.21156836804環境氣象站HS-50/Li-7500200436.4621600-5環境觀測系統ENVIS20041602593128537大型稱重式蒸滲儀WeightingLysimeter200454194767008包裹式植物莖流測量系統FLOW322005821629686259雙系統多路沙地溫度冠層溫濕度采集儀2005327584-10穩定同位素質譜儀Isoprime20052809600-11波義比系統ENVIS20064783