中科院内陆河流域生态水文重点实验室简介

中科院内陆河流域生态水文重点实验室简介中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室（以下简称内陆河流域生态水文实验室）定位于国家内陆河流域水-生态-经济系统管理中亟待解决的基础及应用基础科学问题研究。

主要研究方向流域水文与水资源、流域生态水文过程、生态恢复和流域管理研究。

近年来，在内陆河流域水文过程、内陆河流域水资源调控、内陆河流域生态恢复、生态系统恢复技术集成及应用等方面取得了重大进展。

内陆河流域生态水文实验室源于1950年代原冰川冻土研究所水文研究室和沙漠所水土资源研究室的基础。

1999年冰川、沙漠、高原大气三所整合后，于2003年成立寒旱所“内陆河流域水文与应用生态重点实验室”试运行，2006年成为所级重点实验室。

2008年评估通过进入中国科学院重点实验室行列。

三所整合以来，实验室结合国家内陆河水与生态方面的需求新建和完善了流域野外观测试验站网，加强了室内分析测试能力建设，注重了新学科增长点的培育，立足流域生态水文科学前沿，寻求国家西部水-生态问题解决方案。

在国内率先开展了生态水文学、生态经济学和流域科学研究。

1 总体定位实验室围绕内陆河流域水-生态-经济系统管理中亟待解决的基础及应用基础的科学问题，以水为主线，通过长期野外定位观测，建立流域大尺度、多维度的监测网络系统和实验室分析为一体化的研究平台；在内陆河流域水文与水资源、流域水文-生态系统的互作机制、生态恢复和流域管理等领域取得标志性创新成果，为内陆河流域可持续发展提供科技支撑，取得不可替代地位；凝聚内陆河流域科学研究的杰出人才和创新研究团队，发挥引领作用，成为具有国际影响力的流域科学研究中心。

2 主要研究方向内陆河流域生态水文学研究急需建立水循环的基础理论，需要在方法和技术上创新，逐渐形成以生态水文研究为主线的流域科学体系，服务于集成流域管理。

为此，集中开展如下三个方向的创新研究：1）流域水文与水资源高寒山区水文过程与冰雪、冻土水资源效应。

研究冰川与积雪消融、冻土水热传输过程及其产汇流过程机理，分析高寒山区典型下垫面能水平衡过程，揭示冰雪消融及冻土变化对高寒山区流域水文过程的影响及其水资源效应，预估未来冰雪、冻土变化对流域水资源的影响。

森林、草地产流机理。

研究森林、草地生态系统结构及其格局，分析典型森林、草地生态系统水热传输过程及能水平衡规律，揭示森林、草地地表径流、壤中流形成过程、尺度效应及形成机理，预测全球变化条件下森林、草地产流变化。

荒漠绿洲地下水和地表水转化过程。

基于野外监测、同位素示踪及模型模拟等手段，研究不同水文单元地下水与地表水转化过程、规律及影响因素，探讨荒漠绿洲地下水和地表水的联合利用途径。

2）流域水文-生态系统的互作机制高寒植被生态系统格局功能。

研究高寒植被分布、结构与功能，探讨森林斑块的形成机理及其稳定性机制，揭示高寒植被生态系统格局功能演变过程。

绿洲结构、功能与水分利用。

分析不同尺度绿洲的结构与功能，研究绿洲水分利用效率、绿洲生产力及绿洲稳定性，揭示绿洲功能与水分利用相互作用机理，提出绿洲稳定的水资源配置模式。

荒漠植被的水分适应机制。

研究荒漠植被水分代谢及其调控机理，水分利用来源、水分利用效率，不同尺度蒸散耗水规律及尺度转换，荒漠植被稳定的水分阈值，探讨荒漠植被耐旱机制及水分适应策略。

流域水文-生态系统相互作用机制。

研究山地-绿洲-荒漠植被格局与水文过程的耦合关系，探讨气候-水文过程-生态格局变化之间的相互作用机理，揭示形成流域生态格局和过程的水文学机制。

3）生态恢复和流域管理生态系统稳定性与生态恢复原理。

建立内陆河流域山地-绿洲-荒漠生态系统稳定性评估指标体系和方法，评估生态系统稳定性与生态服务功能，研发退化生态系统恢复与重建的关键技术，研发生态系统结构与功能的优化配置与调控技术，构建内陆河流域山地-绿洲-荒漠生态系统恢复与重建模式。

流域生态经济与水资源配置。

研究内陆河流域人类活动驱动的自然-社会系统水循环规律，评估流域水资源配置的环境效益，研发山区水源涵养保水技术、水资源紧缺型绿洲水调控技术和流域水分管理和生态输水技术，提出流域水资源可持续利用的生态经济管理模式。

集成研究与综合管理。

建立内陆河流域多维度的生态水文监测网络体系，集成山地-绿洲-荒漠生态系统恢复与重建模式，构建基于生态修复的“山区保水-绿洲节水-荒漠配水”水资源综合管理模式，提出变化环境下流域水-生态-经济系统集成管理与决策支持系统。

3 目标通过建立内陆河流域科学观测-试验、数据-模拟研究平台，揭示气候变化和人类活动影响下内陆河流域个体、群落、生态系统、景观、流域等不同尺度生态与水文相互作用的过程和机理；建立耦合生态、水文和社会经济的流域集成模型，提高内陆河流域水-生态-经济系统演变的综合分析能力和流域综合管理能力；使我国流域生态水文研究进入国际先进行列，为国家内陆河流域水安全、生态安全以及社会经济可持续发展提供基础理论和科技支撑。

4 科研平台4.1 人工气候模拟实验室人工气候模拟实验室自2011年建成以来，针对干旱区黑河下游极端环境，开展模拟和控制大气和土壤的温度、空气湿度、光照，形成不同气温、湿度、光照等生境组合实验环境，利用室内盆栽典型荒漠植物红砂、梭梭、霸王、沙冬青和柽柳，完成不同水势、光、温、湿等组合的生态水文实验。

通过室内模拟实验对荒漠植物对大气水汽的利用规律、边界条件及利用量的研究，揭示荒漠植物水汽利用生态水文机制，探讨荒漠植物大气水汽利用的生态、生理、分子生物学的响应特征及其适应性机理，认识荒漠植物适应极端干旱环境生存策略，为“黑河流域生态-水文集成研究重大计划”提供相关研究基础。

实验室现有仪器设备包括LT/ACR-2002人工气候室控制系统、FLOW32A-1K包裹式茎流仪、WP-4C植物露点水势仪、GFS-3000光合系统仪、MINIPAM荧光仪、PTM48光合仪、电子天平等。

4.2 植物生理生化实验室实验室针对干旱区内陆河流域下游极端的干旱环境，重点探索荒漠植物响应及适应干旱、高盐、低温等逆境胁迫的生理变化过程、细胞调控机制以及分子遗传机理等重要理论科学问题。

近年来，主要开展了中下游荒漠区植物红砂基因组基础特征的研究，包括染色体特征、倍性、基因组大小及基因组序列构成特点等方面的研究；开展了下游主要荒漠植物红砂、柽柳、梭梭、霸王、白刺大气水汽细胞利用机制及水通道蛋白基因调控机理研究。

上述研究成果为深入认识干旱区内陆河流域极端干旱生态环境植物的适应存活对策、生态恢复和可持续发展具有重要学术和决策价值。

实验室配置有能进行染色体检测、荧光原位杂交分析的高级荧光显微镜OLYMPUS-BX53和自动原位杂交箱Abbott Molecular TermoBrite，配置有能进行分子、生理操作的DNA定量仪Thermo ND2000C、美国PCR仪ABI VERITI、芬兰PikoReal实时荧光定量PCR检测系统、美国伯乐Gel Doc XR+凝胶成像系统、电泳仪、美国低温高速离心机Thermo Scientific Sorvall Strato、高温灭菌锅SANYO MLS-3750、生物安全柜、超低温冰箱Thermo Scientific Forma 994、精密电子天平等一系列的基本实验仪器。

实验室具备了能进行植物生理、细胞、分子常规检测研究的实验条件。

4.3 树木年轮学实验室实验室针对干旱区内陆河流域生态环境演变过程，近年来，在上游山区主要开展了冰川物质平衡线的高寒灌木年轮重建和不同海拔梯度针叶树径向生长与年轮形成监测研究，在下游荒漠区主要开展了近200年来尾闾湖湖泊水位变化灌木年轮水文学研究、绿洲尺度生态演化的胡杨树木年轮学评价、荒漠河岸林主要树种径向生长与年轮形成监测研究、荒漠灌木年轮气候学研究、人工灌木林适应性年轮生态学评价及新灌木种的年轮学适宜性研究等工作。

上述研究成果对于深入认识干旱区内陆河流域生态环境演变、生态恢复和可持续发展具有重要学术和决策价值。

实验室现有仪器设备包括Lintab树轮宽度测量仪、高分辨率扫描仪、影像分析工作站、实体显微镜、照像显微镜、生长锥、微样芯采样器、形成层切片制作系统、样芯与树盘前处理系统和野外树木径向生长监测仪等。

4.4 同位素水文实验室同位素水文实验室由气体稳定同位素质谱仪、2台元素分析仪和土壤-植物提水系统组成。

该实验室主要用于测定液态水的稳定氢氧同位素组成和土壤和植物固态样品稳定碳、氮、氢、氧及硫同位素组成（δ13C、δ15N、δD、δ18O和δ34S）。

其中液态水的δD和δ18O主要研究不同尺度的水循环过程，如生态系统植物水分来源、大气水汽来源、水汽内循环特征、生态系统蒸散发的分割、径流分割、地表水地下水的转化、地下水补给源及补给时间等；植物δD和δ18O主要用于研究全球气候变化、植物水分来源和大气环流特征等；土壤和植物δ13C和δ15N主要用于研究生态系统碳氮循环过程：如全球气候变化、植物水分利用效率和生态系统氮素来源等；硫同位素主要用于环境领域的硫循环和硫源解析等研究。

同位素水文实验室针对西北干旱内陆河流域的生态-水文过程，对内陆河流域水循环过程、生态水文过程和碳氮循环特征进行了研究。

借助该研究平台开展了下述工作：①通过对黑河流域和巴丹吉林沙漠不同水体δD、δ18O和δ34S的测定，揭示了黑河源区大气水汽来源、黑河源区降水对河川径流的贡献、黑河流域地表水与地下水转化、黑河流域不同水体与巴丹吉林沙漠地下水的关系及巴丹吉林沙漠湖水蒸发损失率等；②通过对黑河流域大气水汽、土壤、植物叶片、枝条及根系水的δD和δ18O的测定与分析，揭示了黑河流域典型生态系统植物水分来源、生态系统大气水汽交换特征、植物蒸腾与土壤蒸发对大气水汽的d-excess的调节作用及黑河源区水汽内循环特征等；③通过对沙坡头植物和土壤δ13C和δ15N及碳、氮含量的测定，揭示了荒漠植物水分利用效率、氮素来源、水肥关系及固沙植被系统演替特征等。

4.5 离子色谱实验室离子色谱实验室核心设备为美国戴安公司的ICS-5000分析型离子色谱系统，该系统是戴安公司最新推出的最高端研究级色谱系统。

ICS-5000除具备基础的离子分析功能外，还可根据用户的需求进一步升级，通过添加电化学检测器、紫外检测器、不同的分析柱等模块实现生物液相、氨基酸分析等功能。

离子色谱主要用于环境样品的分析，包括地表水、地下水、饮用水、雨水、生活污水和工业废水、酸沉降物和大气颗粒物等样品中的阴、阳离子。

另外在食品、卫生、石油化工、水及地质等领域也有广泛的应用。

可检测所有常规离子，对于最常用的内陆河流域水环境化学阴、阳离子分析可以做到12-17分钟得到一个样品的阴离子或阳离子分析结果，配合62位自动进样器的使用更可以实现24小时不间断样品测试，大大提高了离子分析效率。