我国对内陆河干旱区生态水文大规模的研究始于九五国家科技攻关计划重大项目西北地区水资源合理利用与生态环境保护研究（1996-2000）。经过多年研究,对西北内陆河干旱区水文循环与生态格局的结构关系与演变机理有了明确认识。山区降雨产流,平原区径流消耗,出山口径流形成地下水潜流场,形成并支撑平原区绿洲-过渡带-荒漠共生体系,即由水分驱动的干旱区平原生态圈层结构。水资源开发利用改变了地下水位的空间分布,生态圈层结构也随之改变。因此生态系统的安全取决于地下水潜流场的稳定性,关键在于保持绿洲荒漠之间一定规模的过渡带,阻止荒漠扩张,使绿洲与荒漠保持安全距离。根据生态圈层结构理论,这需要过渡带保持一定的地下水埋深。绿洲安全是内陆河干旱区生态保护的核心。灌溉是干旱区水资源开发利用的常见形式,这是水分向绿洲集中的过程,对绿洲生态安全会造成重大影响。一方面,由于水资源向绿洲集中,潜流场外缘地下水位下降,导致绿洲荒漠交错过渡带植被退化消亡,过渡带面积减少,荒漠向绿洲进逼。另一方面,灌溉排水不畅,导致绿洲内部地下水位剧烈上升,产生次生盐碱化。例如,地处河西走廊的黑河流域1970年代至1990年代,天然绿洲萎缩,过渡带面积减少了 6972km2,荒漠扩大了 14281km2。1990年代至2016年,人工绿洲面积又增加了 732km2,而过渡带进一步减少4127 km2,荒漠面积持续扩大。与此同时,次生盐碱化面积不断扩大,累积达到722.22km2,初步估算因盐渍化而蒸发损耗与被咸化的水量合计约6.92～8.22亿m3/年。这种由地下水位（埋深）变化导致荒漠化与盐碱化并存的生态问题,内外夹击,严重威胁着绿洲生态安全。本文旨在研究探索一种系统解决内陆河干旱平原绿洲生态安全问题的综合技术方法途径,通过理论分析与实证考察,对荒漠化和次生盐碱化形成演变机理及其内在联系进行深入研究,通过人工干扰局部地下水位,协同消除次生盐渍化、恢复过渡带以遏制荒漠化扩张。基于干旱区内陆河平原生态圈层结构原理,论述绿洲-过渡带-荒漠共生体系与地下水埋深变化机理联系,建立绿洲生态安全的理论基础。内陆河出山口以下平原为径流耗散区,潜水蒸发是其主要形式,以潜水影响层概念描述毛管上升水分布规律,建立地下水位（埋深）与地表生态单元补排关系,从机理上揭示荒漠化与盐渍化的地下水埋深条件。对绿洲生态安全的关键绿洲荒漠交错过渡带进行深入研究,开展过渡带野外调查,包括群落构成、群落演替、地下水埋深等,界定过渡带合理范围,以阻止荒漠化扩张。通过潜水影响层与过渡带植被根系作用层关系定义控制荒漠化边界的临界地下水埋深,以潜水影响层与地表面关系定义产生次生盐碱化的地下水临界埋深,并提出相应的定量计算方法与结果。基于支撑生态圈层结构的地下水连续潜流场概念,提出协同解决灌区内部次生盐碱化和过渡带荒漠化的地下水位调控思想及技术方法。本文以黑河流域中下游平原区为例,并选择罗城灌区（绿洲）深入剖析,通过大量的野外实地调查和研究分析,开展内陆河干旱区绿洲生态安全应用研究。论文取得了如下主要研究成果。（1）建立了干旱区绿洲生态安全的理论基础。根据干旱区内陆河平原生态圈层结构原理,通过揭示绿洲-过渡带-荒漠共生体系与地下水埋深变化机理联系,表明过渡带对于遏制荒漠化扩张、保障绿洲生态安全起决定性作用,因此保护并恢复过渡带是绿洲整体生态安全的关键。由于以灌溉为主的水土资源开发利用是水资源向绿洲集中的过程,必然导致地下水位的空间分布发生变化:一是潜水蒸发最薄弱的过渡带地下水位下降,结果是过渡带退化,荒漠化随之扩张,导致绿洲直接面对荒漠;二是灌区排水不畅使地下水位超乎寻常地上升,导致绿洲内部出现大量盐碱地,直接威胁绿洲自身安全。显然,水资源利用不可避免地同时引发过渡带退化荒漠扩张与次生盐渍化。潜流场的连续性使得二者既有必然的内在联系,又具有互补性,为协调研究提供了理论依据。（2）建立了干旱平原潜水蒸发概念性模型,从机理上揭示荒漠化与盐渍化的地下水埋深条件。内陆河出山口以下平原为径流耗散区,潜水蒸发是其主要形式。由于毛管吸引力驱动,依附于潜水面形成潜水影响层,地下水通过潜水影响层与地表生态产生联系。地表植被通过根系作用层从潜水影响层吸收水分,对于过渡带,当地下水位下降,潜水影响层与过渡带植被根系作用层脱离接触,由于失去水分补给,导致过渡带植被消亡,形成荒漠入侵。当地下水位上升,潜水影响层接触到地表,携带土壤中的盐分不断输送到地表析出结晶,形成次生盐碱化。潜水影响层概念描述了潜水面毛管水的分布规律,将毛管水最大上升高度定义为潜水影响层厚度用以概括土壤毛管上升水活动范围,以土壤水垂直分布描述潜水影响层内土壤水分布结构。利用自主推导研发的土壤毛管当量孔径推理计算公式,通过分析参数取值方法,探讨了液体表面张力在不同生态问题中取值问题,深化了潜水影响层厚度的计算方法。利用经验公式拟合曲线,同时尝试从理论推导了潜水影响层土壤水分布结构。（3）对影响绿洲生态安全的关键因素绿洲荒漠交错过渡带进行深入研究,通过大量野外调查与研究分析,确定了黑河流域中下游平原区合理荒漠边界。在黑河流域平原区开展过渡带野外调查和研究分析,包括植被演替、群落构成、根系作用层范围、地下水埋深等,共计235个野外植被取样点,8个河岸典型断面植被与地下水关系调查,68个地下水观测点。确定了黑河流域平原区过渡带植被主要群落类型为骆驼刺、梭梭、白刺、沙拐枣、柽柳,主要分布规律为多呈单一物种、中低盖度形式。得到了水分改变条件下植被演替的规律,随着水分条件的改变,过渡带灌木半灌木过渡型植被群落逐渐向荒漠地带性植被演替甚至消亡。根据野外调查的不同植被群落的根系作用层厚度及地下水埋深资料,分析了过渡带获得地下水补给的埋深条件,确定了黑河流域中下游平原区过渡带合理保护范围,通过界定过渡带-荒漠边界阻止荒漠化扩张。（4）根据荒漠化和次生盐碱化产生机理,定义对应的地下水临界埋深并实施计算,作为治理和管控的重要依据。当潜水影响层与过渡带植被群落根系作用层发生接触才开始吸收水分,二者有交叉地下水才能够对过渡带植被形成稳定补给,因此将潜水影响层厚度与过渡带植被根须作用层厚度之和定义为荒漠化地下水临界埋深。在潜水蒸发作用下土壤盐分被溶解并随着水分运动,当潜水影响层与地表发生接触后,携带的盐分将在地表析出结晶,因此将潜水影响层厚度直接定义为次生盐碱化地下水临界埋深。通过罗城灌区实施计算,并进行大量野外实证分析,获得罗城灌区外围过渡带梭梭+白刺+沙拐枣、柽柳、骆驼刺+芦苇+沙蓬3种植被群落的荒漠化地下水临界埋深分别为8.26m、11.26m和13.26m,绿洲灌区内部次生盐碱化地下水临界埋深为1.29m。（5）基于支撑生态圈层结构的地下水连续潜流场概念,提出了协同解决过渡带荒漠化和灌区内部次生盐碱化的地下水位调控思想及技术方法。过渡带荒漠化是绿洲外围潜流场收缩,地下水埋深过深,导致过渡带植被缺水而消亡;绿洲内部次生盐碱化是地下水埋深过浅,水量过剩。显然二者从水量上高度互补。基于地下水流场的连续性,可以对地下水进行局部人工干预,调控地下水位,协同解决过渡带荒漠化和次生盐碱化。地下水位调控:抽取盐碱地咸水,将地下水位调降到盐渍化临界埋深之下以消除盐渍化;将抽出的咸水输送到过渡带调升地下水位至荒漠化临界埋深之上以恢复过渡带,阻止荒漠扩张。本文以罗城灌区为地下水位调控示范进行分析研究,并对黑河流域进行了潜力估算。得到:①罗城灌区盐碱化区域被矿化水量为1.76×106～4.70×106 m3,另有自盐碱地蒸发耗用水量为1.99×107m3,通过调控,预计可恢复宽度约为0.85～2.37km、面积约为23～212km2的过渡带范围。②黑河流域平原区次生盐碱化被矿化的水资源量约为0.43～1.73亿m3,盐碱地蒸发耗用水量约为6.49亿m3,如果实现协同调控,预计可恢复过渡带面积约258～2110km2。