内蒙古典型草原水文过程及其扰动与触发草地退化的水文临界条件实验与模拟研究

The rapid degradation and disappearance of native steppe grasslands in Inner Mongolia have caused serious environmental problems. Although previous studies identified that the main factors causing the degradation are overgrazing, cultivation, overdevelopment, and climate change, they have not examine how and to what extent the natural hydrology has been altered as well as threshold conditions triggering grassland degradation. This project will examine the dynamic interrelation of three important aspects (i.e., hydrology, soils, and grasses) of Inner Mongolia typical steppe by using remote sensing, field measurement, and state-of-the-art modeling to test a variety of competing hypotheses. We will conduct retrospective analyses to establish the "pristine" (i.e., least-disturbed) hydrologic conditions of steppe grasslands, which in turn will be used as the baseline for evaluating alterations of natural hydrology. In addition, we will develop an ecohydrologic model by linking variables representing these three aspects of steppe. The model will be used to simulate sensitivity of hydrologic alteration and/or topsoil erosion to grassland degradation, with different disturbances as a categorical variable. Further, we will determine threshold conditions triggering reversible and/or irreversible grassland degradation, and develop restoration scenarios. This project will advance the rationale and techniques of ecohydrology, and elucidate the interrelation among hydrology, soils, and vegetation. The project results will lay a solid scientific foundation for effectively utilizing and sustaining grasslands as well as restoring degraded ones.

内蒙古草原的迅速退化正在引起严重的生态环境问题。尽管研究表明引起草地退化的主要因素有过渡放牧、农恳开发和气候变化，但对自然水文过程的改变原因和程度、触发草地退化的水文临界条件等问题还没有足够认识。本项目以内蒙古典型草原为研究对象通过野外试验、数据分析、遥感反演和构建模型相结合的方法，研究典型草原水文过程及其转换机理；并通过分析不同扰动和水土条件下草原水文过程揭示其水文扰动机理；并结合植被生理生态数据探讨草原植被对水文变化的响应；最后利用模型返演建立草原无扰动时的水文情况；将其作为基线来确定自然水文的改变程度，模拟分析在不同扰动情况下水文条件改变将如何影响草原退化，最终得到触发草地退化的关键水文过程及其临界条件和可逆性发生的机率。本研究对丰富和完善草地生态水文理论，揭示草地水文、植被、土壤动态响应关系有重要意义，也可为合理利用草地、维系草地可持续发展以及退化草地恢复提供理论支持和科学依据。

内蒙古草原的迅速退化正在引起严重的生态环境问题。尽管研究表明引起草地退化的主要因素有过渡放牧、农恳开发和气候变化，但对自然水文过程的改变原因和程度、触发草地退化的水文条件等问题还没有足够认识。本项目以我国温带草原典型区锡林郭勒草原核心地带西乌珠穆沁旗的巴拉格尔河流域为主要研究区，流域内部设立典型区，建立生态-水文试验基地，进行野外定点连续气象、水文、土壤、植被要素观测。并结合研究区其他生态水文过程观测-试验资料和遥感数据，通过水文学、生态水文学、土壤学和遥感科学的交叉结合，全方位研究内蒙古典型草原水文过程及其扰动与触发草地退化的水文临界条件。项目主要开展了内蒙古典型草原生态系统土壤水分变化及其对降雨的响应研究；不同扰动（放牧与禁牧）条件下典型草原蒸散发量及其影响因素研究；不同降雨条件下典型草原蒸散发动态研究；基于生态水文模型的草地生物量估算及其与降雨和蒸发的关系；基于遥感的内蒙古典型草原生物量估算及其影响因素和内蒙古典型草原多年退化特征及其影响因素研究等研究，研究结果可以丰富和完善草地生态水文理论，揭示草地水文、植被、土壤动态响应关系，为变化环境下草地退化过程预测提供支撑，最终为有效实施退耕还草策略、实现草原生态水文过程与人类社会经济发展和谐统一提供科学依据。.通过本项目的实施，取得了如下研究成果：.1、获得研究区2014-2016年的气象和土壤水分连续观测数据集（持续观测中），获取研究区巴拉格尔河流域26个样地，共计78个样点连续两年的植被调查和土壤调查数据集，同时还获取了研究流域多年水文观测资料和遥感资料，整合以上数据建立了研究区的流域生态水文数据集；.2、构建了典型草原不同放牧条件下的蒸散发和生物量估算模型；.3、在本项目的资助下发表论文13篇，其中项目负责人以第一作者发表论文5篇，通讯作者2篇，SCI期刊收录论文2篇，另有1篇EI收录论文接收，2篇英文论文和2篇中文论文投稿中；.4、项目执行期间共培养硕士研究生4名，毕业1名，通过项目支持1人获得国家奖学金，2人获内蒙古自治区奖学金，25名本科学生通过本项目完成本科毕业论文获取学位，项目组成员1人晋升为教授，2人晋升为副教授；.5、项目执行期间项目组成员多次参加相关学术会议，同时邀请国内外学者赴研究区考察并及学术交流。.综上所述，在项目执行期间，全面完成计划任务书规定的研究内容及各项考核指标。