用于气候变化影响评估的草地分布式模型研究

气候变化和草地退化的自然与人为影响都是科学关注的前沿焦点，近年常出现的白灾和黑灾等极端气候事件对牧区造成的重大影响亦频频出现，草地生态系统和草地畜牧业对气候变化的响应评估与适应成为应对气候变化的重要领域。本研究拟在收集历史气候资料、土壤和草地资料的基础上，结合野外试验和考察，分析草地物候和植物生长与气候要素间的关系，建立以栅格为基本单元的植物生长发育模型；引入分布水文模型方法，构建分布式草地植物物候和生长动态模拟模型，注重降水的区域栅格间重新分配在草地生态系统中的作用，并加入草地管理措施的效应，以便更有效地评估气候及气候变化对草地生态系统的影响，模拟适应气候变化的对策。其创新之处在于将物种个体生长发育模拟与群落系统模拟的结合，单区域模拟与空间多区域同步模拟的内在联系与有机结合，自然生态系统模拟与人为措施响应模拟的结合，为评估气候对草地生态系统影响提供创新方法和有效工具。

草地生态系统对气候变化的响应评估与适应是应对气候变化的重要领域。本研究在利用历史气候资料、土壤普查资料和内蒙古牧业试验站草地观测资料的同时，对内蒙古草原各区域进行了野外考察和样方调查取样，并在荒漠草原进行了增温补水试验。利用以上资料分析了牧区气候变化特点、草地生态系统要素间及与气候间的关系，建立牧草物候发育模型；引入CENTUIRY模型，进行校正和分区验证，利用气候变化情景数据对未来气候变化的影响进行了评估，并加入草地管理措施的效应。结果表明：（1）内蒙古地区年平均温度上升，≥0℃积温呈明显增加趋势; 内蒙古东部及东北部地区降水量有增加趋势，西部大部分地区则呈减少趋势;阴山北麓荒漠草原近10年温度增高趋势显著，而降水量年际间变化大，具有年代际尺度的变化特征，近十年降水量处于负距平阶段。（2）利用开顶室（OTC）进行荒漠草地增温与补水结合的试验，表明温度与降水共同影响草地生态系统；增温使温度超过牧草的耐热适应能力时会使牧草死亡；而适度增温与充沛降水协同可使牧草生物量增加。（3）由于气候和地形影响降水及其分配，无论从大尺度上还是小尺度上都会影响草地生物量。降水量和干燥度从宏观上影响区域的总体生物量分布，空间和年际间都存在较大的草地生物量差异，荒漠草原草地生物量和盖度都小于典型草原和草甸草原。荒漠草原地区小地形草地生物量的空间差异明显，且与50cm以内土层土壤贮水量有显著正关系；草地生物量、盖度与利用高光谱同时测定获得的植被指数RVI和归一化植被指数NDVI等特征值关系密切。（4）建立了天然草地牧草物候模型，验证表明模型可模拟牧草的物候期，平均标准偏差返青期在7d左右，效果最好；而平均标准偏差抽穗期为10d左右，开花期为11d左右，成熟为13d，枯黄期为15d左右。将水分效应引入模型可使物候期模拟精度提高。(5) CENTURY模型模拟的各类草原生长季地上部分生物量季节变化的模拟值与实测值趋势比较一致，决定系数(R2)为0.60左右，能够模拟草地量对气候的响应。在A2及B2情景下，与Baseline相比，草甸及典型草原草地生产力有增加趋势，荒漠草原和草原化荒漠草地生产力有减少趋势；轻度和中度放牧管理下，植被表现出等补偿性或超补偿性生长，草甸草原和典型草原中度放牧时草地生物量达到最大，而荒漠草原和草原化荒漠在轻度放牧时草地生物量最大；重度放牧条件下则表现为欠补偿性生长。