干旱區(qū)氣候變化及其對山地森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和水文過程影響研究進(jìn)展

常學(xué)向， 趙文智， 田全彥

（中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)臨澤內(nèi)陸河流域研究站，中國科學(xué)院內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，干旱區(qū)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000）

IPCC 報(bào)告已經(jīng)肯定了人類活動(dòng)造成氣候變化的事實(shí)［1］，而且發(fā)現(xiàn)在過去的幾十年里地表溫度大幅上升［2-3］。過去半個(gè)多世紀(jì)，中國西北干旱區(qū)氣溫上升速率高達(dá)0.34 ℃·(10a)-1，明顯高于全球平均水平0.12 ℃·(10a)-1［1］，且高海拔山地生態(tài)系統(tǒng)和凍原區(qū)對全球變暖的響應(yīng)可能更為敏感和迅速［4］。全球氣溫變暖將通過影響降雨、蒸散、徑流和土壤濕度等陸面水循環(huán)要素，引起水資源在時(shí)間和空間上的重新分配，對地表水資源產(chǎn)生重要影響［5］，可能加劇水資源短缺［6-7］。因此，迫切需要穩(wěn)定的水資源供給和氣溫升高控制在1.5 ℃以內(nèi)［2,5］。而森林在調(diào)節(jié)溫度和生產(chǎn)淡水方面、減緩和適應(yīng)氣候變化方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用［8］。

綠洲面積僅占我國干旱區(qū)面積的4%～5%，卻撫育了干旱區(qū)90%以上的人口，創(chuàng)造了干旱區(qū)95%以上的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值［9］。水是形成綠洲的根本要素，綠洲植被依水而生，伴水而存［9］。因此，水資源的安全與穩(wěn)定，是干旱區(qū)人民生存、生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。干旱區(qū)山地是維系干旱區(qū)綠洲存在河流的發(fā)源地。干旱區(qū)山地森林分布在干旱區(qū)河川徑流形成區(qū)，具有重要的涵養(yǎng)水源功能，有“綠色水庫”之稱［10］。氣候變化將改變山地森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成和功能［11-12］，將深刻影響森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)水文過程，進(jìn)而影響河川徑流形成區(qū)的地表水資源形成，威脅干旱區(qū)綠洲的安全［5-7］。氣候變化如何影響山地森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性？如何影響山地森林生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源功能？如何減緩或彌補(bǔ)氣候變化對山地森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能的影響？如何有效減輕和適應(yīng)氣候變化［6］，維持穩(wěn)定的干旱區(qū)綠洲水資源供給，保持綠洲生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展？如何實(shí)現(xiàn)干旱區(qū)山地綠水青山，為建設(shè)綠色“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”發(fā)揮重要生態(tài)安全屏障功能？關(guān)鍵在于深入掌握氣候變化對干旱區(qū)山地森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)水文過程的影響機(jī)理［13-14］，并在不同的時(shí)空尺度上理解這些過程的復(fù)雜性［6,8］。因此，系統(tǒng)地綜述干旱區(qū)氣候變化及其對干旱區(qū)山地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)水文過程的研究進(jìn)展，對促進(jìn)干旱區(qū)山地生態(tài)學(xué)的研究和發(fā)展，對促進(jìn)管理部門如何規(guī)劃、預(yù)防氣候變化的影響，都具有十分重要的科學(xué)意義。

1 西北干旱區(qū)氣候變化研究

氣溫升高和降水量的時(shí)空分布改變是氣候變化的最主要特征［1］。研究發(fā)現(xiàn)在中國西北干旱區(qū)氣溫和降水均呈增加趨勢［5,15-19］。利用51 個(gè)氣象站的數(shù)據(jù)，Li等［15］研究1961—2010年氣候變化時(shí)發(fā)現(xiàn)西北干旱區(qū)山區(qū)、綠洲、荒漠區(qū)氣溫分別增加了0.33 ℃·(10a)-1、0.34 ℃·(10a)-1、0.36 ℃·(10a)-1，降水量分別增加了10.15 mm·(10a)-1、6.29 mm·(10a)-1、0.87 mm·(10a)-1。陳亞寧等［5］研究發(fā)現(xiàn)西北干旱區(qū)氣溫升高了0.39 ℃·(10a)-1，明顯高于全球平均水平0.12 ℃·(10a)-1［1］。姚俊強(qiáng)等［16］基于122 個(gè)氣象站點(diǎn)1961—2011年月降水量資料，利用線性趨勢、Mann-Kendall 非參數(shù)趨勢和突變檢驗(yàn)法、Morlet 小波分析等方法研究了西北干旱區(qū)降水量空間分布及多時(shí)間尺度下的變化規(guī)律和趨勢，發(fā)現(xiàn)近50 a來西北干旱區(qū)降水量呈增加趨勢，但增濕幅度存在區(qū)域差異，其中祁連山亞區(qū)［38.67 mm·(10a)-1］增濕最明顯。汪有奎等［17］利用1956—2009 年祁連山北坡定位觀測、遙感監(jiān)測和實(shí)地調(diào)查的氣象、水文、森林、草原資料及相關(guān)文獻(xiàn)，采用回歸與對比分析相結(jié)合的方法，綜合分析了祁連山北坡生態(tài)環(huán)境變化，發(fā)現(xiàn)1960 年以來祁連山北坡氣溫、降水量呈上升、增加趨勢，年均氣溫、年降水量的年際變化率分別為0.033 ℃·(10a)-1、0.57 mm·a-1。程鵬等［18］利用1960—2017年水文、氣象資料，采用相關(guān)分析、Mann-Kendall和小波分析等方法，研究發(fā)現(xiàn)近60 a來祁連山中部年均氣溫以0.39 ℃·(10a)-1的幅度上升。溫煜華等［19］利用祁連山24 個(gè)氣象臺站1961—2017 年逐日降水資料，選用12 個(gè)極端降水指數(shù)，采用線性趨勢法、Pearson相關(guān)性分析法等分析了祁連山極端降水指數(shù)的時(shí)空變化特征，發(fā)現(xiàn)祁連山雨日降水總量以13.86 mm·(10a)-1的速率變化。觀測結(jié)果和模擬研究均顯示干旱區(qū)的變暖加劇，且在過去的一個(gè)世紀(jì)里全球干旱區(qū)（1.2～1.3 ℃）的升溫比濕潤區(qū)（0.8～1.0 ℃）的高20%～40%［20］。然而，這些研究僅體現(xiàn)了氣候變化和發(fā)展趨勢，卻缺少較高的空間分辨率的氣候變化研究成果。而對于管理者來說更需要較高空間分辨率的氣候變化研究成果［21］，才能建立和指導(dǎo)適應(yīng)氣候變化的管理策略［22］。

2 氣候變化對山地森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響研究

從區(qū)域到全球尺度上，溫度和降水是生態(tài)系統(tǒng)過程的主要?dú)夂蝌?qū)動(dòng)因素［23］。由于溫度和降水的變化，已經(jīng)對陸地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成重大影響，如植物的物候期變化和生長期延長［24-25］、樹木生長增加［26］、高山林線向上遷移［27］、樹木死亡［28］等。而森林這種在組成、結(jié)構(gòu)和功能的持續(xù)變化很大程度上取決于森林種群個(gè)體對不斷變化的環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素和干擾機(jī)制的反應(yīng)［29］。生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性被定義為一個(gè)群落對抗變化的能力［30］，可以用所選擇表征指標(biāo)的平均值及其變化之間的比率定量表述［31］。氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)時(shí)間穩(wěn)定性的影響可以用抗逆性和恢復(fù)力來概括［32］，而這些穩(wěn)定性指標(biāo)主要考慮氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)同步和延遲的影響［33］。利用年輪寬度數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖像網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，編制了與地中海、溫帶和大陸生物群落相對應(yīng)的西班牙11個(gè)樹種和502種森林的表征森林生長和生產(chǎn)力的絕對年輪寬度指數(shù)（TRWI）、歸一化植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)，Gazol等［13］研究了森林對干旱的恢復(fù)力，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)力與干旱的嚴(yán)重程度和森林的組成結(jié)構(gòu)有關(guān)。利用長期的標(biāo)準(zhǔn)化降水、蒸發(fā)指數(shù)（SPEI）數(shù)據(jù)和衛(wèi)星獲取的增強(qiáng)植被指數(shù)（EVI）數(shù)據(jù)，Huang 等［34］研究了2000—2014 年全球尺度上常綠闊葉林群落的時(shí)間穩(wěn)定性、抗逆性和恢復(fù)力，發(fā)現(xiàn)全球EVI的抗逆性和恢復(fù)力主要受溫度和輻射的影響。利用單因素方差分析和多元回歸模型，Ouyang等［35］研究了樹種多樣性、林分結(jié)構(gòu)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和環(huán)境條件對中國亞熱帶森林穩(wěn)定性影響的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)樹種豐富度、林分結(jié)構(gòu)多樣性對穩(wěn)定性產(chǎn)生正向影響，而種群密度對穩(wěn)定性有負(fù)向影響；降水變率和坡度主要通過對樹種豐富度的影響間接影響穩(wěn)定性。由于保護(hù)工作往往在較小的地理范圍內(nèi)進(jìn)行，因此生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評估也應(yīng)在更精細(xì)的空間分辨率下進(jìn)行［20］。在0.05°空間分辨率下，綜合暴露性、敏感性和恢復(fù)力指標(biāo)，Li等［36］對全球陸地生態(tài)系統(tǒng)短期氣候變異性的相對脆弱性進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)全球脆弱性模式在很大程度上取決于暴露性，而生態(tài)系統(tǒng)的敏感性和恢復(fù)力可能在當(dāng)?shù)爻叨壬霞觿』蚓徑馔獠繗夂驂毫Α⒈┞缎耘c敏感性之間存在較顯著的負(fù)相關(guān)。但是氣候變化如何影響森林結(jié)構(gòu)和空間格局的變化？氣候與組成和功能多樣性之間的關(guān)系如何轉(zhuǎn)化為森林結(jié)構(gòu)復(fù)雜格局？氣候變化如何影響森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性？對干旱區(qū)高寒山地森林生態(tài)系統(tǒng)，這些作用機(jī)理至今存在沒有厘清的問題。只有厘清這些問題，才能更好的為應(yīng)對氣候變化提供理論基礎(chǔ)［10］，才能選擇適當(dāng)?shù)木徑?、適應(yīng)和治理策略應(yīng)對氣候變化的長期和短期影響［22］，才能深入認(rèn)識干旱區(qū)高寒山地森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)展演化趨勢。

3 氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)水文過程影響

陸地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化必將改變水平衡和植物水分過程［37］、改變陸面水循環(huán)要素，如土壤水分、蒸散量［38］，生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)加速［39］，從而影響林區(qū)的產(chǎn)水量［40］。對于森林生態(tài)系統(tǒng)，其水文過程主要包括冠層截留、穿透降水、蒸散、林下地被層和土壤水分儲存以及產(chǎn)流等幾方面［41］。但影響冠層截留和穿透降水的主要因素有植物類型、結(jié)構(gòu)和分布格局［42］、冠層飽和點(diǎn)、冠層覆蓋度［43］、穿透系數(shù)和平均冠層蒸發(fā)速率以及降雨分布［44］，而林區(qū)產(chǎn)水量主要受土壤水分、蒸散量的制約［38-39］。因此，該項(xiàng)內(nèi)容主要選擇氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的土壤水分、蒸散過程、根系吸收水分的影響以及耦合模型研究4個(gè)方面展開論述。

3.1 氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)土壤水分影響研究

土壤水分是鏈接氣候、植物和水文過程的主要變量［45］。氣候變化（特別是降水的變化）主導(dǎo)著土壤水分動(dòng)態(tài)變化，而植物的多樣性又促進(jìn)了土壤水分的異質(zhì)性［46］。Fatichi等［46］選擇6個(gè)不同氣候條件和植被蓋度、3種類型土壤性質(zhì)的典型山坡，利用機(jī)械生態(tài)水文模型Tethys-Chloris 研究了生物和非生物環(huán)境對土壤水分時(shí)空變異的影響，發(fā)現(xiàn)濕潤氣候條件下非生物環(huán)境的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了生物環(huán)境的影響，但在地中海氣候條件下生物環(huán)境對土壤水分時(shí)空變異的影響更顯著。Liu 等［47］利用小波分析分析了多年觀測美國俄克拉荷馬州的斯蒂爾沃特西南部草地、林地及侵入種區(qū)的土壤水分動(dòng)態(tài)，研究了降水變化與土壤水分波動(dòng)的一致性。Gonzalez-Ollauri等［48］提出了一種新的試驗(yàn)方法和數(shù)值計(jì)算框架，研究了夏季生長在蘇格蘭斜坡上的桐葉槭（Acer pseudoplatanusL.）的樹木結(jié)構(gòu)特征對樹干莖流量及土壤水分動(dòng)態(tài)的影響。然而，對干旱區(qū)高寒山地森林生態(tài)系統(tǒng)，氣候-植被-土壤水分在樣地、坡面、流域等不同時(shí)空尺度上是如何相互作用的？土壤水分的時(shí)空變化是如何驅(qū)動(dòng)的？仍然缺乏綜合性的定量結(jié)果。由于許多水文過程是土壤水分的非線性函數(shù)，只有深入了解土壤水分時(shí)空變化，才能在較大尺度上呈現(xiàn)這些過程［49］。

3.2 氣候變化對蒸散過程影響研究

由于氣候變化，致使植被生長期延長、生理和物候發(fā)生變化，從而也改變了蒸散過程［41］，因此蒸散量的變化及其潛在機(jī)制的研究引起了廣泛的興趣［50］。Zhang 等［39］基于遙感數(shù)據(jù)，研究了1982—2013 年全球的蒸散量，發(fā)現(xiàn)全球蒸散量、降水量分別以0.88 mm·a-1、0.66 mm·a-1趨勢增加，但增溫過高可能會(huì)加速土壤水分蒸發(fā)，形成干旱趨勢。Palmquist 等［51］利用基于過程的土壤水分模型SOILWAT 研究了溫度增加和降水變化對美國西部三齒蒿（Artemisia tridentata）生態(tài)系統(tǒng)日尺度的水量平衡方程中各要素的影響，發(fā)現(xiàn)盡管冬季和春季降水量增加了7%，但由于蒸散量增加了6%，致使春末和夏季的土壤水分減少了。Nouri等［52］定量研究了17個(gè)干旱區(qū)潛在蒸散量的變化趨勢和氣象因子對潛在蒸散量變化趨勢的作用和敏感性，發(fā)現(xiàn)潛在蒸散量在冬季、春季、夏季、秋季和全年分別有70.6%、64.7%、70.6%、76.5%和70.0%的增加趨勢。da Costa等［53］對亞馬遜熱帶雨林15 a的研究發(fā)現(xiàn)由于降雨量只有正常年份降雨量的一半，致使樹木大量死亡，導(dǎo)致森林蒸騰量減少了30%。Ning 等［54］對中國干旱到濕潤氣候區(qū)、森林覆蓋率超過10%的44個(gè)流域的研究發(fā)現(xiàn)，2006—2015年由于森林覆蓋率顯著增加致使森林的蒸散量增加明顯；與1976—1985年比較，68.0%的集水區(qū)平均森林覆蓋率增加了4.5%，而其平均蒸散量則增加了8.2%。Wang等［55］同步監(jiān)測了蒸騰量、潛在蒸散量、葉面積指數(shù)和0～60 cm土層的有效土壤水分，研究了中國西北部六盤山落葉松人工林2016 年和2018 年生長季的蒸騰量，并建立了日尺度的蒸騰量模型。Yang 等［56］利用Budyko 框架定量分析了降水量、潛在蒸散量和植被變化對祁連山區(qū)地面蒸散量的影響，發(fā)現(xiàn)1982—2015年祁連山區(qū)的地面蒸散量、降水量、潛在蒸散量和NDVI均呈顯著增加趨勢，增幅分別為1.52 mm·a-1、3.18 mm·a-1、0.89 mm·a-1和4.0×10-4a-1。然而，對于干旱區(qū)高寒山地森林生態(tài)系統(tǒng)，氣候和穩(wěn)定性變化如何改變蒸散過程？影響的內(nèi)在機(jī)理是什么？尚不清楚。只有識別不同因素對蒸騰過程的影響機(jī)理，才能促進(jìn)有效的水資源管理，提高氣候變化影響的評估質(zhì)量［57］。

3.3 根系吸收水分研究

根系吸收水分在土壤水分的時(shí)空演變中發(fā)揮著重要作用［58］。植物根系吸收土壤水分，然后通過植物蒸騰和土面蒸發(fā)進(jìn)入大氣，從而使土壤、植物、大氣成為一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)，清楚認(rèn)識植物根系吸水模式將為理解土壤水分時(shí)空變化驅(qū)動(dòng)因素、氣候變化對植被水文過程的影響奠定基礎(chǔ)。通過時(shí)空替代方法，在陜西省延安市天河流域，Song 等［59］研究了林齡為6 a、9 a、12 a、18 a 和21 a 的雨養(yǎng)蘋果（Malus pumila Mill）園土壤水分和根系分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)21 a林齡的成熟蘋果園淺層（＜2 m）土壤水分減小了，而深層（＞2 m）土壤水分比淺層的高；隨著樹齡的增加，細(xì)根（直徑＜2 mm）向縱深延伸的趨勢明顯。Zhang 等［60］利用探地雷達(dá)和根鉆法調(diào)查了中國科爾沁沙地東南部不同林齡（10 a、20 a、30 a、40 a、50 a）樟子松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）人工固沙林根系的空間分布特征，并建議應(yīng)根據(jù)樹的根系所占的面積來確定樟子松人工林林分密度，以避免因水分競爭而造成樟子松人工林的退化或死亡。Manoli等［61］利用一個(gè)考慮土壤水分動(dòng)態(tài)、根系吸水、植物蒸騰和葉水平光合作用的3D 土壤-植物模型研究了多種樹的根系對水的競爭利用。Yang 等［62］監(jiān)測了澳大利亞南澳洲弗林德斯大學(xué)校園內(nèi)木葉樹（Allocasuarina verticillata）的樹干液流、水勢和根際土壤水勢等指標(biāo)，建立了木葉樹樹木的根系吸水模型。近年來，許多學(xué)者為了更好地描述根系吸水情況，以Richards方程為基礎(chǔ)，在根系吸水模型中引入了水分脅迫指數(shù)ω和臨界水分脅迫指數(shù)ωc［63］。Bouda 等［64］利用陸面模型（LSM）預(yù)測土壤水分動(dòng)態(tài)，并融入根系結(jié)構(gòu)參數(shù)到LSM 模型，以提高LSM 的精度。然而，對于干旱區(qū)高寒山地森林生態(tài)系統(tǒng)的地上植被冠層-根系結(jié)構(gòu)-土壤水分之間存在何種協(xié)同匹配關(guān)系？受那些因素影響？對這些作用機(jī)制還存在認(rèn)識不足的問題［50,59］。

3.4 氣候變化和生態(tài)水文過程相互作用與反饋的耦合模型

氣候和生態(tài)水文過程的研究首先通過對各要素、多尺度的觀測，以收集和描述不同尺度的氣候、生態(tài)水文過程各要素的狀態(tài)信息，從而獲得地表過程一些基本規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識［65］。但要更準(zhǔn)確地預(yù)測和定量研究氣候變化對生態(tài)水文過程的影響，開展流域參數(shù)和氣候?qū)λ捻憫?yīng)的定量研究，就需要建立氣候、水文和生態(tài)過程相互作用與反饋的耦合模型。Gao等［66］利用分布式生態(tài)水文模型模擬了黑河流域上游水文過程和植被動(dòng)態(tài)，分析了流域水平衡特征及其與植被的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)實(shí)際蒸散量的空間分布模式主要受降水量和氣溫影響，同時(shí)植被的分布模式也增加了實(shí)際蒸散量的空間變化。Paschalis等［67］為了在時(shí)空尺度上揭示水文、植物生理過程，利用生態(tài)水文模型定量研究了美國德克薩斯州斯托克頓堡灌木林和草地生態(tài)系統(tǒng)水通量與植物生產(chǎn)力，揭示了土壤水分的空間分布以及植物生產(chǎn)力、大氣水通量和氣象要素的動(dòng)態(tài)變化。Tang等［68］利用R-RHESSys水文-生態(tài)模型研究了美國內(nèi)華達(dá)州東部半干旱、干旱山區(qū)Cleve Creek 流域降水量變化與植物動(dòng)態(tài)對流域水平衡的影響規(guī)律。Li 等［58］研究了祁連山東部青海省大通縣森林保護(hù)區(qū)的青海云杉樹干液流與環(huán)境因子之間的相互作用關(guān)系，并比較了BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多元回歸模型在該研究中的性能，闡明了時(shí)滯效應(yīng)和不同土壤水分條件在樹干液流響應(yīng)機(jī)制中的重要作用。Montaldo等［69］基于Montaldo 生態(tài)水文模型，耦合LSM 和植被動(dòng)態(tài)模型（VDM），利用15 a 的氣象、樹木蒸騰量和土壤水分的長期數(shù)據(jù)，研究了地中海撒丁島典型生態(tài)系統(tǒng)的水力再分配、根際水分平衡和巖質(zhì)亞層水分平衡。以上研究均是在單一尺度上開展的模型模擬研究，但要充分地確定氣候變化對生態(tài)水文過程的反應(yīng)，就需要將葉片尺度的生理、樹的地上和地下的反應(yīng)、根系動(dòng)態(tài)和土壤水分、林分的響應(yīng)和物理水文學(xué)結(jié)合起來的模型［70］。而這種復(fù)雜的模型又很難在較大空間尺度上進(jìn)行參數(shù)化和校準(zhǔn)，這就需要在不同的時(shí)空尺度上建立氣候、水文和生態(tài)過程相互作用與反饋的耦合模型。

4 展望

越來越多的證據(jù)表明，氣候變化通過影響土壤水分、蒸發(fā)、蒸騰和徑流在控制水循環(huán)中起著重要作用［37-40］。但干旱區(qū)高寒山地（如祁連山）生態(tài)系統(tǒng)是氣候變化響應(yīng)較為敏感和迅速的地區(qū)，氣候變化對干旱區(qū)山地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)水文過程影響機(jī)制的研究才剛剛起步，尚未得到充分的定量研究結(jié)果。在干旱區(qū)高海拔山地，生態(tài)水文過程的研究主要集中在土壤水分動(dòng)態(tài)［71］、冠層結(jié)構(gòu)與截留率的關(guān)系［72］、植物蒸騰及其影響因素［73-74］及降水變化對林地產(chǎn)水量的影響［75］，而氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響研究也只開展了氣候變化對植被物候［24,76］、林線［27］、青海云杉徑向生長［77］、陸地初級生產(chǎn)力［23,78］和陸地蒸散量變化［57］、冠層位置對青海云杉?xì)夂?生長關(guān)系［79］以及高山植物群落［80］的影響，尚未開展氣候變化對森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)水文過程影響的綜合性研究。

展望未來，在氣候變化研究方面，干旱區(qū)山地要評估優(yōu)于1 km空間分辨率的氣候變化趨勢，才能更好的為管理者提供應(yīng)對氣候變化的理論基礎(chǔ)，選擇適當(dāng)?shù)木徑?、適應(yīng)和治理策略應(yīng)對氣候變化的長期和短期影響；在氣候變化與森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)水文過程相互作用方面，要從樣地、坡面、流域及個(gè)體、群落、生態(tài)系統(tǒng)等多個(gè)尺度，植被-大氣、根系-土壤、土壤-大氣多界面開展跨土壤學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科交叉研究，利用通量觀測、樹干液流技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、野外模擬實(shí)驗(yàn)、遙感和模型模擬等方法，闡明氣候變化對干旱區(qū)山地森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性及水文過程的影響機(jī)制，預(yù)測未來氣候和森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)水文過程變化趨勢，以促進(jìn)干旱區(qū)山地生態(tài)學(xué)的發(fā)展，為管理部門適應(yīng)和緩解氣候變化的影響奠定理論基礎(chǔ)。