典型景观带水文功能研究是高寒区生态水文过程研究的重要基础和关键环节，对于理解高寒区生态过程与水文过程的耦合有着重要的作用。在全球变化的影响下，当前高寒区已成为生态水文研究的主要阵地之一。目前高寒植被水文研究多集中于乔木林和高寒草甸，对高寒灌丛的水文功能研究较少。高寒灌丛是由耐寒中生或旱生灌木为优势种而组成的山地地带性顶极群落，其分布广泛，研究区祁连山高寒灌丛面积比例可达17.8％，过去几十年来，其面积、斑块和空间连接度均呈增加趋势，这势必影响祁连山区的水文过程，但目前高寒灌丛各界面层水分传输及分配过程尚不清楚。高寒灌丛的水文功能研究，对于理解寒区流域的灌丛水文过程，提高高寒灌丛生态水文功能的解析能力，更加精确地模拟内陆河山区生态水文过程，以及水源涵养及生态保护与恢复等都具有重要意义。依托中科院寒旱所黑河上游生态—水文试验研究站，在其葫芦沟寒区水文过程集成研究小流域内，选取金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿等4种典型高寒灌丛，自2009年起陆续布设了灌丛水文系统观测试验，探讨了典型高寒灌丛的冠层降水截留过程、灌丛林下苔藓层水文效应、灌丛土壤水文特征及根际区水分分配特征、蒸散发特征以及降水产流特征，获取了相关经验参数和公式，初步定量了高寒灌丛各界面层的水分分配特征，分析了灌丛对水循环过程的影响及其水文效应。本研究主要内容包括：　　⑴获取了冠层截留影响因素及相关阈值。观测发现2010-2012年生长季，降水量与穿透雨量/树干茎流量呈显著线性正相关关系，与截留量呈幂函数递增关系;平均降雨强度与截留率呈指数递减关系，单次降水最大10min降雨强度与截留量呈显著幂函数递增关系;灌丛郁闭度与截留率之间的关系呈显著线性正相关关系。2010-2012年生长季，灌丛发生穿透降雨量为2.1mm，产生树干茎流的降雨量阈值为1.9 mm。截留过程模拟发现金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿灌丛的穿透降雨临界值分别为1.4mm、1.7mm、1.5mm和2.1mm;树干茎流临界降雨量分别为1.4mm、1.7mm、2.5mm与0.8 mm;金露梅穿透率、树干茎流率和截留率分别为61.6％、3.7％和34.8％，高山柳灌丛分别为65.5％、3.9％和30.7％，沙棘灌丛分别为51.7％、7.5％和40.8％，鬼箭锦鸡儿灌丛分别为60.4％、5.0％和34.7％;4种灌丛最大降雨量时稳定截留率分别为25.1％、17.2％、9.3％和14.5％。　　⑵高寒灌丛截留过程模拟的适合模型—王彦辉模型。2010年6-10月降水截留过程模拟结果表明，原始Gash模型、疏林Gash模型与王彦辉模型冠层降水截留模拟值与实测值的偏差为-13.0％～4.3％、-17.0～5.0％和-8.0～3.4％。原始Gash模型高估冠层截留量，而疏林Gash模型与王彦辉模型低估冠层截留量。总体来看，原始Gash模型与王彦辉模型模拟结果与观测值更为接近。就次降雨截留过程而言，王彦辉模型可给出最好的模拟结果，平均误差为±4.5％，而且该模型在降水量较大时仍能较好地模拟截留过程，比较适合祁连山高寒灌丛的冠层降水截留过程模拟。　　⑶高寒灌丛林下苔藓层具有很强的吸水性能和蒸发抑制作用。2012年测定结果表明灌丛苔藓单位面积最大持水量为13790-18980 g/m2，最大持水率为386％-782％。苔藓持水量与浸泡时间呈显著的自然对数关系，浸泡开始0.5 h后苔藓持水量显著增加，12.0 h后趋于稳定。灌丛林下苔藓层吸水速率在浸泡前2.0h内急速下降，2.0-6.0 h内呈缓慢下降，6.0 h往后吸水速率趋于饱和，其吸水速率与浸泡时间呈极显著幂函数关系。在祁连山区高寒灌丛生态系统中，移除绿色苔藓层后灌丛林下地表蒸散量增加约29.0％（2012年7月-9月），而冠层盖度对苔藓层蒸散影响不显著，表明大部分蒸发水汽来自于苔藓层下的有机质层。　　⑷高寒灌丛土壤具有较好的水分调蓄功能。2010年6-10月金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿的茎干集流率分别为59、30、110和49;灌丛茎干对降水有明显的汇集作用，降水可通过树干汇流到植株根际区，造成根际区小范围内降水的富集。2013年试验测定表明:灌丛冠层下水分水平分布趋势为根际区＞冠层边缘＞冠层中间;水分垂直分布为土壤上层(0-20 cm)水分高于下层(20-40cm)。微地形对冠层下土壤水分空间分布有一定的影响，降水过程后灌丛林下下坡位土壤含水量高于上坡位，表层高于深层，水分由上坡位流向下坡位，同时产生水分消耗。丛生状灌丛土壤水分垂直差异最大，多茎干灌丛易形成优先流，集流效应明显。试验区高寒灌丛土壤容重均小于高寒草甸，容重随土层深度增加而增加，而孔隙度等物理性质则大于高寒草甸，并随土壤深度增加而减少。灌丛土壤具有良好的孔隙度、结构特征，具有很强的调蓄水分能力。　　⑸生长季节高寒灌丛蒸散发约为林旁高寒草甸的80％。研究期间(2013年7-8月)，灌丛总蒸散量占降水量的87.7％。4种灌丛林下蒸散平均值为1.6mm/day，林外草甸蒸散远大于灌丛林下蒸散，约为林下蒸散量的1.9倍，整株灌丛平均值为2.4 mm/day，灌丛蒸散发约为林旁草甸的80％。8月灌丛林下日蒸散量最大，7月和8月灌丛林下蒸发皿系数(Kp)分别为0.55和0.61(P＜0.01)，可利用其估算高寒灌丛草甸蒸散发量。净辐射、相对湿度和水汽压与灌丛草甸蒸散发显著相关，其中蒸散量与净辐射呈正相关，与相对湿度和水汽压呈负相关。灌丛郁闭度与林下蒸散量之间呈二次多项式关系，呈显著负相关关系(P＜0.01)。当灌丛郁闭度增加时，灌丛林下蒸散会相应减少，当郁闭度超过0.6后，蒸散量基本趋于稳定。　　⑹高寒灌丛地表径流和浅层壤中流产流很少。相同坡度草甸比灌丛更容易产生地表径流，其40cm土壤层以上总产流量大于灌丛，但总体量很小。灌丛与草甸径流场短期对比观测结果表明（2012年7-9月），灌丛地表径流产流系数极低，产流14次，最大为0.02 mm;40cm仅产流5次，最大为0.02 mm。灌丛地表径流量占到降水量不足0.1％，而灌丛壤中流占降水量不足0.05％。　　⑺祁连山高寒灌丛在生长季可减少地表径流及浅层壤中流的产生，但是具有产生潜在深层径流的能力，具有很好的涵养水源功能。祁连山区高寒灌丛上承高山寒漠带，下接森林带/草甸带之间，在坡面上存在寒漠带流下的地表径流或壤中流的水分补给效应。在微地形及灌丛综合作用下，灌丛土壤水分由上坡位流向下坡位过程中产生消耗，其地表及浅层壤中流很少，大部分水分由此进入深层土壤中，形成深层壤中流并最终进入河道，这是灌丛减少地表径流和浅层壤中流，增加深层径流量的重要机制。气候变化背景下，降水频率减少，降水事件尺度增大会使灌丛增加深层径流的能力加强;高寒灌丛林线将逐渐上移，斑块大小及连接度的增加，势必会影响高寒山区流域的水文过程。