变化环境下内蒙古典型草原水文过程及水-草-畜响应试验与模拟研究

A variety of reasons cause changes of water-grass-livestock relationships of eco-hydrological process in Inner Mongolia grassland basin. These changes lead to the grassland degrade rapidly. Currently, the relationships of water-grass-livestock and their combined effects on hydrological processes of degraded grassland are not enough awareness. So, This project take Inner Mongolia steppe as study object, based on the monitoring, survey, testing and analysis for regional hy-dro-meteorological, vegetation ecology, physical geography, geological and hydrogeological characteristics, and by used of the remote sensing information interpretation, numerical simulation and artificial intelligence calculations, from different temporal and spatial scales the study on the moisture migration and conversion mechanisms of typical steppe GSPAC system and the dynamic response relationships of water-grass-livestock will be carry out, and then the distributed physical processes hydrological model considered water-grass-livestock relationships of the typical grass-land ecology will be built. Through the model application and scenario analysis, to discuss the water-grass-livestock changes will produce what kind effects on grassland degradation. Finally, the balance threshold of water-grass-livestock will be comfirmed. All of conclutions from this re-search can be as the scientific basis and theoretical support in rational utilization of grassland re-sources and maintaining the sustainable development of grassland resources.

多重因素引起内蒙古草原流域生态水文过程中的水-草-畜关系发生改变，进而导致草原迅速退化。目前关于退化草原流域水文过程中水-草-畜的关系，以及它们发生变化对草原流域水文过程的综合影响并没有足够的认知。本项目以内蒙古典型草原为研究对象，以考虑水-草-畜关系的分布式生态水文过程为研究主线，通过对研究区域水文气象、植被生态、自然地理、地质及水文地质特征等进行监测、勘察、试验与分析，应用遥感信息解译、数值模拟技术及人工智能计算方法，从不同时间和空间尺度开展典型草原GSPAC系统水分运移与转换机制，明确草地生态系统水-草-畜动态响应关系的研究，进而构建基于物理过程的考虑水-草-畜关系的典型草原分布式水文生态耦合模型，通过模型应用的情景分析，讨论变化环境下水-草-畜的改变会对草原退化产生怎样的影响，最终得出水-草-畜平衡的阈值，从而为科学合理利用草地资源，维系草地资源的可持续发展提供科学依据和理论支持。

选择内蒙古巴拉格尔河典型草原流域为研究对象，通过野外土壤、植被采样，测试分析了土壤物理化学特征参数、水利特性参数和植被第一初级生产力，对于土壤空间水利特性和化学特征进行了揭示，对土壤粒径分析方法进行了探讨研究；采用双累积曲线法、累积距平法、Mann-Kendall趋势检验法和小波分析等方法分析了研究区降水-径流的变化规律及关系，实现了内蒙古典型草原草地生态系统主要水文要素转换机理及规律的研究。在分析气候因素和人类活动因素（人口、牲畜数量和产业产值）变化规律的基础上，探讨了这些因素对于流域径流的影响，采用累积量斜率变化率比较法对气候变化和人类活动的影响程度进行了定量计算；采用统计相关检验法从气候和人类活动多种因素中筛选径流响应模型模拟输入因子；以人工智能方法中的人工神经网络实现了流域径流对于气候和人类活动等影响因素的响应模拟，最终实现了内蒙古典型草原草地水文过程、植被和放牧以及影响因子的响应关系研究。基于土壤、植被和水文等野外实测数据，结合地球系统科学数据土地覆盖数据、中国土壤数据库数据、气象数据共享网数据、水文部门数据和社会经济统计数据等，以ARCSWAT初步构建了内蒙古典型草原分布式流域水文模型，实现了内蒙古典型草原流域水文演变过程的模拟。研究结果表明，环境要素气候的变化波动对于典型草原流域径流的减少趋势具有一定贡献，而以畜牧业为主的人类活动确为典型草原流域径流减少的主要原因，因此，需要考虑水资源和植被关系设计正确的社会经济发展模式，以草地资源放牧容量作为畜牧业发展的基础。结合本项目，培养硕士研究生4名，其中1名硕博连读，发表期刊论文11篇，其中SCI收录2篇，CSCD及中文核心期刊论文8篇，编写本科教学教材1部。