水文过程的观测试验与研究一直是资源环境领域的研究重点，水文过程是生态系统演替的主要驱动力，控制着植被生长、分布格局和生态过程。目前在地下水与地表水相互转换、径流模拟预测、蒸散发、水量平衡以及冰雪和冻土冻融过程等方面取得了一系列研究成果。同位素与地球化学示踪技术可为流域水文过程研究、水文模型结构与参数识别等提供详细的信息，能有效避免对自然状况模拟的失真问题。其在地下水起源形成、降雨径流关系、径流路径、不同水体水力联系等水循环各环节的定性定量研究方面得到应用，同时也被运用于水汽来源、坝基渗漏和植物水分利用效率等方面，并取得了显著成果。但研究多集中在平原、盆地和喀斯特等区域，对高寒冻土区、寒漠区和冰雪区的研究相对较少，且对水文过程的研究相对薄弱。黑河流域历来是研究寒旱区水文水资源的典型区域，目前在黑河流域出山径流模拟预测、地下水动态监测、融雪径流预报以及水资源利用等研究方面已取得了许多成果，涉及到水文气象、水循环、水资源等问题，分别采用观测试验、数值模拟和同位素等手段，从不同角度开展了诸多开拓性工作。　　 马粪沟流域在黑河高山区有很好的代表性，下垫面齐全，垂直带谱多样，水文过程复杂。目前高寒区水文过程规律研究还非常薄弱，冰川、积雪和冻土等对出山径流的影响及程度的认识还很模糊，应用同位素技术研究不同景观带水文过程更是鲜见报道。本文基于野外台站和观测试验，采用野外调查取样和实验室测定分析相结合的研究手段，应用同位素技术、“3S”技术与水土化学方法，以冰川积雪、高山寒漠、沼泽草甸、高山灌丛和山地草原典型景观带的各种水体为研究对象，定量解析冰川、积雪、冻土、降雨和泉水等对出山径流贡献的时空变化规律，揭示不同景观带水文过程机理，阐明不同景观带水文过程与生态系统的耦合关系。通过以上研究工作可以得出以下结论：　　 黑河高山区.马粪沟流域水化学组成可分为几种化学带：冰雪带为HCO3-Ca型；高山寒漠带为SO4-Ca-Mg型；沼泽草甸带为SO4-HCO3-Ca型；高山灌丛带泉水为HCO3-Mg-Ca型；山地草原带为SO4-Na-Ca型；出山口径流为HCO3-SO4-Mg-Ca型，是不同景观带的混合水。出山径流在干季主要来自泉水、冰雪融水和冻土融水的混合补给，泉水是其最大贡献者。在雨季，出山径流主要接受降雨、冻土融水和冰雪融水的补给。降雨和冻土融水补给占主要部分，冰川积雪融水补给相对较少。　　 马粪沟流域当地降水线与全球降水线相比，其斜率与截距均偏大，而且降雨和各景观带水体的d值都较高，远高于全球平均值10‰，说明流域地处西北内陆，山区与盆地相间，海洋蒸发的水汽很难直接到达，而降落到地表的水重新蒸发在当地水汽来源中占很大比例，受局地气候环境的影响强烈，内循环较强，为局地水汽内循环控制，致使该流域出现极高的d值。雨季气温高，蒸发强，水体中δ18O和δD最为富集。干季气温低，蒸发相对较弱，δ18O和δD值相对偏负，存在季节效应。从6月份起呈递增趋势，8月达到最大值后，转为递减趋势。不同月份受蒸发影响程度不同，同位素组成逐月变化具有显著的温度效应。　　 流域冰雪带是流域的固体水库。高山寒漠带和灌丛带孔隙度高，入渗率大，利于融水和降雨下渗，形成地下径流，补给河水。泉水接受降雨、冰雪和冻土融水的补给，是出山径流主要补给源。季节性冻土作为贮水层，可以滞留冬季降水，提高流域蓄水量，活动层中储藏的冻结水可被释放，补给径流，冻土活动层的冻融迁移转化也是其主要产汇流特征。山地草原带由于密集植被覆盖，吸纳降雨入渗，补给土壤水，并形成壤中流。　　 黑河高山区-马粪沟流域各种水资源以不同形式补给出山径流，冰川、积雪和冻土是其重要水资源。降雨很少直接产流和补给河流，而是经各景观带植被和地表截留、下渗转换成孔隙裂隙水、地下径流或壤中流，或季节性冻土，最终汇入河道，出山口河水接纳了绝大部分山区水量。流域各景观带在产汇流过程中起重要作用，这些研究成果可为解决流域水资源评价管理和提高各尺度水效益等关键科学问题提供科学依据与参考，也将丰富水文生态等方面研究的基础理论。