水源涵养是森林的重要生态功能,以往对森林水源涵养功能的研究大多基于林分尺度或坡面尺度,量化流域尺度森林水源涵养功能,既是水资源管理的需求也是多年来森林水源涵养功能研究的瓶颈。围绕乌鲁木齐河流域云杉天然林水源涵养功能定量评估问题,本文就以下四个方面展开研究:1云杉林与地形因子(海拔、坡度、坡向)关系的定量研究;2云杉林潜在分布区定量研究;3流域森林变化与水文响应定量研究;4基于InVEST模型的流域水源涵养功能定量评估。上述研究将为天山中部云杉林合理经营管理及客观评定流域尺度云杉林水源涵养功能提供科学依据。主要研究结论如下:基于3S技术的乌鲁木齐河流域现有云杉林与地形因子关系定量研究表明:(1)云杉林分布面积大小与海拔服从韦伯函数分布,83%的云杉林分布在海拔2000~2600 m,海拔2200~2400 m是其最宜分布区;(2)云杉林在坡向上的分布受生境综合指数制约,在生境综合指数最优(0.7~0.8)的阴坡分布58.93%的云杉林,在西北坡和东北坡分布30.25%云杉林,在生境综合指数最低(0.3~0.4)的阳坡则无云杉林分布;(3)使用高斯函数可定量刻画云杉林在不同坡度上的分布状况,83%的云杉分布在坡度16°~45°之间,陡坡(26°~35°)云杉分布频率最大,达35%。基于实地调查数据与GIS空间建模技术构建的生境指数模型,对云杉林潜在分布区的预测表明:(1)研究区有7.01×103 hm2的林地下限带、林间空地及阴坡半阴坡区域可作为云杉潜在分布区(占研究区总面积6.37%),是未来林地的发展空间;(2)基于生境指数模型模拟的云杉潜在分布区与现有云杉林分布区生境条件差异不显著,与云杉林不可分布区生境差异极显著。基于SWAT模型,对设定流域不同面积云杉林的水文响应分析表明:(1)SWAT模型能较好的模拟乌鲁木齐河流域月径流过程;(2)在林地状况恒定前提下,影响模型模拟最敏感参数为CN2,率定期与验证期R2和Ens均高于0.85、相对误差|Re|均小于5%,模型模拟精度较高;(3)在相同气象条件下,丰水年、平水年、枯水年云杉林变化与径流量呈线性相关,云杉林面积每增加1%,三种年份径流量分别减少0.22 m3/s、0.21 m3/s、0.16 m3/s,且在丰水年和平水年径流增加更显著;(4)随着流域云杉林面积的减少直至消失,径流差异的变异系数、波动范围变化逐渐增大,当林地覆盖率由14.54%到0%,径流波动范围扩大6.16倍。基于InVEST模型对流域尺度水源涵养功能定量研究表明:(1)InVEST模型可较好的评估流域尺度水源涵养量。通过InVEST模型的模拟,乌鲁木齐河流域云杉林区水源涵养总量为4.93×106 m3,占研究区水源涵养总量(2.41×107 m3)的20.46%,林区平均水源涵养深度为54.25 mm;(2)云杉林区水源涵养量的贡献率与森林面积密切相关,其水源涵养量贡献率在海拔、坡度、坡向上的分布与云杉林的空间分布格局一致;而每公顷水源涵养量则随海拔升高先增大后降低、随坡度增大而降低,越接近阴坡,水源涵养能力越强;(3)研究区各地类中以林地水源涵养能力最强(每公顷水源涵养量为544.78 m3·hm-2),随着云杉林覆盖率的不断增加,水源涵养功能不断增强,平均水源涵养深度、水源涵养总量及单位面积涵养量均呈增加趋势,云杉林面积每增加1%,研究区与云杉林区水源涵养总量分别增加0.437×106 m3、0.522×106 m3;因此,加强对研究区云杉林的保护与抚育管理,才能使森林发挥持续稳定的水源涵养生态服务功能。