不同放牧制度下呼伦湖流域生态水文过程模拟研究

本项目针对北方寒旱区草原型湖泊流域的典型气候、下垫面条件与生态水文过程的特殊性， 以水文非线性系统理论为基础，将水文学、生态学、地质统计学、地理信息系统、遥感等学科的理论与技术交叉渗透，对内蒙古草原型湖泊呼伦湖流域不同放牧制度下生态水文过程进行模拟研究,建立适宜不同放牧制度下的分布式时变增益模型（DTVGM）。利用贝叶斯统计理论和不确定性分析方法对所建立的模型进行有效性、适用性、精度和可靠性评估与检验。分析不同放牧制度下，影响呼伦湖流域生态水文过程的主要因素及水环境系统的演变趋势，探索水科学中非线性系统理论与分布式流域模型的新理论、新技术以及适用性评估原理与方法，为不同放牧制度和不同土地利用方式下的流域生态水文过程模拟和水资源优化配置提供理论依据和技术支持。研究对于寒旱区草原型湖泊流域生态建设和保护具有重要意义。

本项目针对北方寒旱区草原型湖泊流域的典型气候、下垫面条件与生态水文过程的特殊性，以野外实验及室内模拟为手段，将水文学、生态学、统计学、地理信息系统等学科交叉渗透，对内蒙古草原型湖泊呼伦湖流域气候变化及水文水质分布特征进行调查研究，可以看出呼伦湖周边流域在1960～2010年期间气候发生了波动，流域气候总体呈现出干旱—湿润—干旱的变化过程，1963-2007年克鲁伦河和乌尔逊河年径流总量变化趋势相似。呼伦湖流域地下水pH值在7～9之间波动；地下水中的DO含量在0.63～9.65mg/l之间；呼伦湖以南区域，盐度和电导率偏大，以北区域值偏小。在野外实际监测的基础上利用MODIS遥感数据对呼伦湖水质进行反演模拟及预测，其中呼伦湖水体叶绿素a的浓度与MODIS数据建立的模型为Cchl-a= r11*362.801-r12*339.19+r11/r12*30.7164-68.4466，相关系数为0.75；化学需氧量模型为CCOD=-r17*2169.85+r18*10978.06-r19*2415.45 +0.5691，相关系数为0.75，总氮、总磷与波段组合的相关性较低，不宜建立模型。并最终对呼伦湖流域不同放牧制度草场土壤植被生态环境进行调查，并进行降雨模拟试验对不同放牧草场水沙及营养元素运移及植被降雨截留过程进行研究。结果表明：在休牧、轮牧、自由放牧草场叶面积指数、盖度、土壤容重、生物量等指标差异显著（p﹤0.05），三种放牧草场土壤孔隙度小顺序为轮牧草场＜自由放牧草场＜休牧草场。总氮含量为休牧＞自由放牧＞轮牧，土壤有机质含量大小关系为休牧＞轮牧＞自由放牧。降雨模拟试验中休牧、轮牧、自由放牧草场的产流率随降雨历时的增加而逐渐增大并最后达到稳定状态，产沙过程与产流过程相反，三种放牧草场的径流总量及产沙总量均为自由放牧草场＞轮牧草场＞休牧草场。放牧制度对土壤流失的质地产生显著影响，自由放牧草场粉粒粘粒流失严重，容易出现土壤沙化现象。在休牧、轮牧、自由放牧三种制度下，水浸泡法测定的截留量分别是0.468mm、0.320mm、0.271mm。降雨模拟实验法测得的结果分别是0.957mm、0.613mm、0.431mm。呼伦湖流域草原一次降雨量大于等于30mm全流域降雨，其植被截留量为6.462×106m3。本研究对于寒旱区草原型湖泊流域生态建设和保护具有重要意义。