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荒漠草原是水分限制型的脆弱生态系统，为了明确荒漠草原生态水文作用关系及水循环过程，进一步为该区生物多样性保护、水资源可持续管理提供决策，本文选择荒漠草原上东河小流域通过野外现场试验以及人工降雨模拟试验等，分析了植物群落特征、蒸散发、降雨产流过程、水量平衡、小流域生态水文特征等。研究结果如下：
(1)对上东河小流域60年气象数据分析降雨呈略微增加趋势，变化率1.6mm?10年-1，气温变化呈增加趋势，增温率为0.46℃?10年-1。土层厚度、土壤含水量、土壤养分及水热条件是影响群落特征的主导因子。
(2)小流域内研究样地的群落盖度、高度、地上生物量之间表现出围封>轻度>中度>重度的规律；随着围封年限的增加，群落物种数减少，地上生物量、群落盖度、群落平均高度随围封年限增加呈显著正相关；围封使得草原土壤养分含量增加；围封13年后，针茅、羊草、冰草、糙隐子草为群落的建群种；
(3)群落覆盖度与蒸散量为正相关关系，降雨补给对群落蒸散发影响较大，只有土壤含水量较高时，群落差异对蒸散发的影响表现出显著水平。如果1周内没有降雨补给，则荒漠草原蒸散量基本在1mm/d之内；蒸散量受到降雨补给的影响程度远大于群落差异的影响程度；地上生物量和蒸散量呈显著的正相关关系；辐射和地表温度对蒸散量交互影响；用SEBAL模型结合Landsat8的OIL遥感数据反演出小流域尺度日蒸散量，反演结果与实测值相比偏高，但是结合地面观测数据校正后结果较好；上东河小流域植物生长季(4月15日-9月15日)蒸散比介于92%—94%，降雨的补给绝大部分用来提供植物生长的耗水，生长季总降雨量与总蒸散量呈正相关关系。
(4)轻度、中度、重度3个退化样地的人工模拟降雨产流试验表明：轻度退化样地雨强为20mm/h、40mm/h、60mm/h时，径流滞后时间分别为27分18秒、22分05秒、5分08秒；中度退化样地雨强为20mm/h、40mm/h、60mm/h时，径流滞后时间分别为17分21秒、14分56秒、5分04秒；重度退化样地雨强为20mm/h、40mm/h、60mm/h时，径流滞后时间分别为14分59秒、13分17秒、3分20秒，植物延缓径流的发生，促进降雨在土壤中的入渗。雨强与产流量呈显著的正相关。重度退化样地径流系数与雨强呈显著的线性函数正相关(P＜0.05)；中度与轻度退化样地径流系数与雨强呈显著的指数函数正相关(P＜0.05)。雨强为20mm/h时，径流系数与三个样地的地上生物量呈显著的线性负相关(P＜0.05)；当雨强为40mm/h-60mm/h时，径流系数与地上生物量呈显著的幂函数负相关(P＜0.05)。径流系数随着样地退化程度加重而增加即轻度＜中度＜重度。雨强由20mm/h增加至60mm/h时，重度、中度、轻度退化样地径流系数分别从10.58%增加至32.29%、6.27%增加至31.49%、2.98%增加至31.34%。群落退化程度对径流系数影响非常显著。
径流系数与群落盖度呈显著的二次多项式函数负相关(P＜0.05)；坡度与径流系数呈显著的指数函数正相关；雨强为20mm/h至60mm/h之间上东河小流域径流系数(α)与坡度(i)及群落盖度(C)的关系式为：α=-62.26C+2.472i+15.775，进而得出上东河小流域径流系数的空间分布图。
(5)降雨中土壤水分入渗过程：当雨强为20mm/h至60mm/h之间时，降雨历时60min后，土壤水分入渗深度在20cm以内，说明该区土壤水分入渗速率较低，降雨产流为超渗产流。对降雨中土壤入渗运用渗流方程建立了物理模型结合有限元软件进行了模拟，模拟误差在9.6%以内，精度可靠。
(6)建立了上东河小流域的水量平衡方程。小流域2015年生长季蒸散发占生长季总降雨的92%，地表径流量占总降雨量的1.3%，土壤贮水量变量占降雨量的-2.1%，渗漏占8.8%；2016年生长季蒸散发占生长季总降雨的93.9%，地表径流量占1.3%，土壤贮水量变量占0.4%，渗漏占4.5%；2017年生长季蒸散发占总生长季降雨的93.1%，土壤贮水量变量占-3.3%，渗漏占10.2%。水量平衡分析得出，小流域降雨补给主要用于植物群落的蒸散发，3个年份的降雨深层渗漏量介于9.8-19mm之间。
(7)年降雨量对地上生物量、植物高度、群落盖度的影响显著，坡面群落地上生物量与土壤含水量二者之间为线性正相关关系；降雨补给量与雨后蒸散量二者具有显著的线性正相关关系；降雨梯度对植物的比叶面积产生影响，银灰旋花的比叶面积随增雨表现不显著，略有增加趋势，糙隐子草比叶面积随增雨呈显著的正相关关系，克氏针茅的比叶面积随增雨呈先增加后减小的趋势。增雨后地下生物量总体呈增加趋势，根系体积也随着增雨呈增加的趋势。
通过本研究，我们更加系统的认识了荒漠草原上东河小流域的生态水文特征，对该区的生态恢复及水资源的可持续利用具有深远的意义。
(1)对上东河小流域60年气象数据分析降雨呈略微增加趋势，变化率1.6mm?10年-1，气温变化呈增加趋势，增温率为0.46℃?10年-1。土层厚度、土壤含水量、土壤养分及水热条件是影响群落特征的主导因子。
(2)小流域内研究样地的群落盖度、高度、地上生物量之间表现出围封>轻度>中度>重度的规律；随着围封年限的增加，群落物种数减少，地上生物量、群落盖度、群落平均高度随围封年限增加呈显著正相关；围封使得草原土壤养分含量增加；围封13年后，针茅、羊草、冰草、糙隐子草为群落的建群种；
(3)群落覆盖度与蒸散量为正相关关系，降雨补给对群落蒸散发影响较大，只有土壤含水量较高时，群落差异对蒸散发的影响表现出显著水平。如果1周内没有降雨补给，则荒漠草原蒸散量基本在1mm/d之内；蒸散量受到降雨补给的影响程度远大于群落差异的影响程度；地上生物量和蒸散量呈显著的正相关关系；辐射和地表温度对蒸散量交互影响；用SEBAL模型结合Landsat8的OIL遥感数据反演出小流域尺度日蒸散量，反演结果与实测值相比偏高，但是结合地面观测数据校正后结果较好；上东河小流域植物生长季(4月15日-9月15日)蒸散比介于92%—94%，降雨的补给绝大部分用来提供植物生长的耗水，生长季总降雨量与总蒸散量呈正相关关系。
(4)轻度、中度、重度3个退化样地的人工模拟降雨产流试验表明：轻度退化样地雨强为20mm/h、40mm/h、60mm/h时，径流滞后时间分别为27分18秒、22分05秒、5分08秒；中度退化样地雨强为20mm/h、40mm/h、60mm/h时，径流滞后时间分别为17分21秒、14分56秒、5分04秒；重度退化样地雨强为20mm/h、40mm/h、60mm/h时，径流滞后时间分别为14分59秒、13分17秒、3分20秒，植物延缓径流的发生，促进降雨在土壤中的入渗。雨强与产流量呈显著的正相关。重度退化样地径流系数与雨强呈显著的线性函数正相关(P＜0.05)；中度与轻度退化样地径流系数与雨强呈显著的指数函数正相关(P＜0.05)。雨强为20mm/h时，径流系数与三个样地的地上生物量呈显著的线性负相关(P＜0.05)；当雨强为40mm/h-60mm/h时，径流系数与地上生物量呈显著的幂函数负相关(P＜0.05)。径流系数随着样地退化程度加重而增加即轻度＜中度＜重度。雨强由20mm/h增加至60mm/h时，重度、中度、轻度退化样地径流系数分别从10.58%增加至32.29%、6.27%增加至31.49%、2.98%增加至31.34%。群落退化程度对径流系数影响非常显著。
径流系数与群落盖度呈显著的二次多项式函数负相关(P＜0.05)；坡度与径流系数呈显著的指数函数正相关；雨强为20mm/h至60mm/h之间上东河小流域径流系数(α)与坡度(i)及群落盖度(C)的关系式为：α=-62.26C+2.472i+15.775，进而得出上东河小流域径流系数的空间分布图。
(5)降雨中土壤水分入渗过程：当雨强为20mm/h至60mm/h之间时，降雨历时60min后，土壤水分入渗深度在20cm以内，说明该区土壤水分入渗速率较低，降雨产流为超渗产流。对降雨中土壤入渗运用渗流方程建立了物理模型结合有限元软件进行了模拟，模拟误差在9.6%以内，精度可靠。
(6)建立了上东河小流域的水量平衡方程。小流域2015年生长季蒸散发占生长季总降雨的92%，地表径流量占总降雨量的1.3%，土壤贮水量变量占降雨量的-2.1%，渗漏占8.8%；2016年生长季蒸散发占生长季总降雨的93.9%，地表径流量占1.3%，土壤贮水量变量占0.4%，渗漏占4.5%；2017年生长季蒸散发占总生长季降雨的93.1%，土壤贮水量变量占-3.3%，渗漏占10.2%。水量平衡分析得出，小流域降雨补给主要用于植物群落的蒸散发，3个年份的降雨深层渗漏量介于9.8-19mm之间。
(7)年降雨量对地上生物量、植物高度、群落盖度的影响显著，坡面群落地上生物量与土壤含水量二者之间为线性正相关关系；降雨补给量与雨后蒸散量二者具有显著的线性正相关关系；降雨梯度对植物的比叶面积产生影响，银灰旋花的比叶面积随增雨表现不显著，略有增加趋势，糙隐子草比叶面积随增雨呈显著的正相关关系，克氏针茅的比叶面积随增雨呈先增加后减小的趋势。增雨后地下生物量总体呈增加趋势，根系体积也随着增雨呈增加的趋势。
通过本研究，我们更加系统的认识了荒漠草原上东河小流域的生态水文特征，对该区的生态恢复及水资源的可持续利用具有深远的意义。