本文针对嫩江中上游流域生态功能作用和林业生态工程建设的需要，采用盆栽模拟试验、野外定位观测和室内综合分析相结合的研究方法，从单木水平、林分水平和流域水平3个水平上，系统开展了主要造林树种的水分生理生态特性、森林的水分传输过程和流域的水量平衡等方面的研究，不仅揭示了水源涵养林的蓄水功能机理，而且采用层次分析法对试验流域内水源涵养林的空间配置进行了优化。研究结果为该区流域综合治理和水源涵养林生态系统经营提供了重要参考。 通过对3种梯度水分胁迫条件下主要造林树种苗木的水分生理生态指标的测定，系统分析了参试树种苗木对水分胁迫的反应和适应性。 在水分胁迫条件下，叶水势的变化与分析结果表明供试树种苗木吸水能力依次为水曲柳＞银中杨＞白桦＞白榆；维持水分平衡能力依次为白榆＞白桦＞水曲柳＞银中杨；保水能力依次为白榆＞白桦＞水曲柳＞银中杨；维持膨压的能力依次为白榆最强，水曲柳和白桦次之，银中杨最弱。 在影响蒸腾速率的变化的诸因子中，土壤水分影响最大，其次是大气温度和相对湿度，光照和大气CO2浓度影响较小。随着土壤含水量的降低，各树种单株蒸腾耗水量大幅度下降且差异越来越小，反映出水分胁迫的结果导致各树种的特性不再是影响蒸腾耗水量的主要因子。 森林对水分的传输是通过林冠层、枯枝落叶层、土壤层等界面层来实现的，不同林分类型起主要作用的层面有所不同。其中，落叶松人工林以林冠作用层占优势，表现出较好的调节径流结构与径流量的消洪作用；天然阔叶混交林以林地土壤层作用占明显优势，表现出较好的对地下径流补充的补枯作用；天然黑桦林仅在枯落物层的作用上表现出优势；而天然白桦林在林冠、枯落物和土壤3个作用层上均维持较高的水平。良好的林分结构其林冠截流、枯枝落叶层吸持、土壤层涵蓄作用占降雨量的比例分别达到5％～10％、8％～10％、70％～80％，在月降雨量不超过80～90mm的情况下，几乎不产生地表径流。 蒸散是不同生态系统类型水量平衡中水分的主要输出形式，儿乎占水分总输入量的80％以上(除白桦林外)；径流量在水量平衡中所占份额较小，为水分总输入量的9.43％～10.59％，并以农田最大，为森林生态系统径流量的2倍以上。 试验流域蒸散量占水分总输入量的84.56％，表现出明显的削减洪峰作用，而对枯水期水分的补给无意义。而在流域森林覆盖率为84.55％条件下，生长季节内试验流域土壤贮水量增加了10.47mm(即7.36万t)，这对满足植物枯水期生长和对地下径流的补充具有重要意义。 运用层次分析法确定试验流域水源涵养林最优植被类型结构为天然白桦林24.86％、天然黑桦林16.30％、天然阔叶混交林44.49％、落叶松人工林10.88％、草地3.47％。优化后试验流域整体水源涵养能力增加了53.61万t，与现状相比相对提高23.45％。