三江源区草地退化对高寒草甸生态系统水分收支的影响

Grassland degradation and reduction of water resources is one of the most serious ecological problems in the Three-River Source Region of Tibet Plateau, and the area of grassland degradation is still expanding, it has a tremendous impact on the ecosystem water budget. However, there are little quantitative observation and research on water budget in this area. In this study, we will be continuously monitoring water budget (precipitation, evapotranspiration, evaporation, transpiration and leakage), environmental variables (radiation, air temperature and humid, soil temperature and water content etc.) and vegetation (coverage, leaf area index and biomass) in the degraded and undegraded grasslands of Three-River Source Region using the micro-lysimeter, micro-meteorological system and conventional ecological method in growing period, respectively. Through the above studies, revealing the seasonal variation characteristics of evapotranspiration, evaporation, transpiration and leakage of degraded and undegraded grasslands; quantitatively analyze the contributions of evaporation, transpiration and leakage to the water budget; through the comparative study between the two grasslands, combining the observed data of vegetation and environment variables, comprehensively analyze the ecological mechanism of grassland degradation affecting ecosystem water budget of Three-River Source Region. This study can provide basic data and scientific basis for comprehensively studying the influences of grassland degradation on ecosystem water budget of Three-River Source Region even the entire Tibet Plateau.

草地退化和水资源减少是青藏高原三江源区面临最严重的生态问题之一，而且退化草地面积仍在增加，对生态系统水分收支产生了巨大影响。然而，对该区域的水分收支定量观测与研究非常匮乏。本研究利用小型蒸渗仪，微气象观测系统和常规的生态学方法，在植物生长季，对三江源区典型退化草地和未退化草地生态系统水分收支（降水、蒸散、蒸发、蒸腾和渗漏）、环境要素（辐射、空气温湿度、土壤温度和含水量等）以及植被状况（覆盖度、叶面积指数、生物量）进行连续观测：通过以上观测，揭示退化与未退化草地生态系统蒸散、蒸发、蒸腾和渗漏的季节变化特征；定量分析蒸发、蒸腾和渗漏对生态系统的水分收支的贡献；通过两个草地水分收支的对比研究，结合植被和环境要素的观测数据，综合分析草地退化对三江源区草地生态系统水分收支影响的生态学机制。该研究可为全面探讨三江源区乃至青藏高原草地退化对生态系统水分收支的影响提供基础数据支撑和科学依据。

青藏高原是气候变化的敏感区，在气候变化和过度放牧的双重压力下，被誉为“亚洲水塔”的三江源高寒草甸出现大面积的退化现象，对其生态系统水分收支产生了巨大影响。然而，对退化高寒草甸水分收支的定量观测与研究相对匮乏。本项目主要研究内容是，利用微气象及涡度相关系统、以及小型蒸渗仪和土壤蒸发仪，对退化高寒草甸生态系统的碳水收支和能量平衡进行连续观测，同时在生长季对植被状况展开调查，在此基础上，结合模型计算探讨其生态系统的蒸散特征及其对环境因子的响应、以及高寒草甸退化对生态系统水分收支的影响，并探讨冻融作用对其生态系统蒸散的影响。本项目取得的主要成果可归纳如下几方面：（1）三江源区退化高寒草甸生态系统的年蒸散量占降水量的比值（约0.97）明显高于大多数草地生态系统，而主要原因是由于草甸退化明显降低了植被蒸腾量，却极大地加剧了土壤蒸发量，小型蒸渗仪和模型计算结果也进一步验证了该结果；（2）与人工草地相比，退化高寒草甸生态系统的潜热能与净辐射的比值（λE/Rn）比人工草地高16%左右，而研究期间人工草地的叶面积指数最大值（2.66 m2 m-2）明显高于退化草甸（1.08 m2 m-2），说明退化草甸增加了其生态系统的蒸散量；（3）辐射、温度等变化引起的冻融时间和植被的年际间差异，导致三江源区退化草甸年蒸散量出现明显的变化，说明气候变化对冻融时间的影响极大地改变了蒸散量，进而对其生态系统的水分收支产生影响；（4）涡度相关法观测的能量（H+LE）比微气象系统测定的有效量（Rn-G）低约20%，其中蒸散量比蒸渗仪法的测定值低10%左右，由此推断涡度相关法低估了其生态系统的蒸散量，而导致其低估的主要因子是摩擦风速；（5）初步证实了三江源区高寒草甸的退化加剧了其生态系统的蒸散量，进而导致其生态系统涵养水源能力的降低。本项目研究结果对于准确评估草甸退化对三江源水分收支水的影响具有重要参考意义，也可为全面探讨三江源区乃至青藏高原高寒草甸生态系统水分收支变化提供数据支撑。