气候变化情景下川西北高寒草地沙化现状模拟与趋势预测

Northwest Sichuan Plateau is located on the eastern margin of the Qinghai - Tibet Plateau. It is the water conservation area of the upper reaches of the Yangtze River and Yellow River, is also one of the China's five ranches. However, Alpine grassland desertification has been seriously threatening the region's ecological security and animal husbandry sustainable development. The human factors of overgrazing and reclamation and natural factors of climate change are considered to be the main driving forces of the desertification. With the increasing ecological protection, the artificial influence in alpine grassland desertification will gradually weaken. It is foreseeable that the effects of climate change will become more prominent in the future desertification processes. Taking this as the starting point, this project will first modify the dynamic vegetation model — Integrated Biosphere Simulator (IBIS) based on the field data. And then the project will analyze the contribution of climate change in current desertification by comparing the simulation results and actual situation of desertification. Finally, based on the IPCC climate scenario data, the desertification trend of alpine grassland in Northwest Sichuan will be predicted and the countermeasures will be put forward. The project will provide a scientific reference for better understanding the relationship between climate change and grassland desertification in the Northwest Sichuan, and addressing the adverse effects of climate change.

川西北高原位于青藏高原东缘，是长江、黄河上游的水源涵养区，也是我国五大牧场之一，但高寒草地的沙化问题正严重威胁该地区的生态安全和畜牧业的可持续发展。以过度放牧、开垦为主的人为因素和以气候变化为主的自然因素被认为是沙化的主要驱动力。随着生态保护力度的不断增强，高寒草地沙化中的人为影响将逐渐减弱，可以预见在未来的沙化过程中气候变化的影响将会愈加凸显。本项目即以此为出发点，首先结合地面观测，对动态植被模型——Integrated Biosphere Simulator (IBIS) 进行区域化修改，模拟气候变化下川西北高寒草地的沙化过程；然后比较沙化现状模拟结果与实际状况，分析气候变化在当前草地沙化中的贡献；最后，基于IPCC气候情景数据，预测未来气候变化下川西北高寒草地的沙化趋势，并提出对策措施。项目能够为深入理解气候变化与川西北高寒草地沙化之间的关系，以及应对气候变化的不利影响提供科学参考。

川西北高原位于青藏高原东缘，是长江、黄河上游重要的水源涵养区和生态屏障，其中草地面积占60%以上。然而，高寒草地沙化已成为该区域最严重的生态环境问题之一。气候变化被认为是导致高寒草地沙化的重要诱因。本研究即以此为出发点，研究气候变化情景下川西北高寒草地的沙化现状与未来发展趋势，为合理应对气候变化的不利影响提供科学参考。着眼于气候因素，本研究首先分析了1961~2018年川西北高原温度、降水、风速、潜在蒸散和气候干燥度的变化特征，在此基础上讨论了气候变化，尤其是气候变暖对草地沙化的影响路径；然后，在不同沙化程度的高寒草地上，对植被和土壤进行抽样调查，测定地上/地下生物量、植被覆盖度、叶面积指数、表层土壤粒度、有机质、全氮、含水量等理化性质；根据沙化梯度上高寒草地生态系统的光谱特征，构建高寒草地沙化遥感监测方法；最后，根据川西沙化草地生态特征，对集成生物圈模型（Integrated Biosphere Simulator, IBIS）进行了区域化，使其能够较好的模拟川西草地的气候-植被关系，并对草地沙化进行了模拟和预测。结果显示：1961~2018年川西北高原的温度呈显著上升趋势，受其影响潜在蒸散（Potential Evapotranspiration, ETo）也呈上升趋势。降水量变化表现为平均增加但线性趋势不显著，总体倾向率大于ET。因此，气候干燥度呈多年平均变湿润特征，但线性趋势不明显。土壤随着沙化程度增加，有机质、全氮值显著降低（P<0.05）；含水量、碳氮比受沙化程度影响不明显（P>0.05）；随着沙化程度的增加，区域土壤颗粒粗化趋势明显。本研究构建了一个适合于青藏高原东缘的高寒草地沙化自动遥感监测方法，识别总体精度达到82.05%，对重度沙化的识别精度几乎达到100%。遥感监测研究发现，川西北高寒草地的沙化呈碎片化特点，无大规模的连片重度沙化区域。基于RCP4.5情景下的气候变化数据，模拟2021~2050年川西北高寒草地的沙化趋势，发现气候变化下高寒草地以轻度沙化为主，几乎不会引发重度沙化。从区域分布来看，川西北高原的西北和中部地区沙化趋势较强，而北部地区沙化趋势弱。