包气带水分转化界面动力学一直是植被生态环境、水文地质领域研究的热点和难点问题。本文以青藏高原高寒草甸(草场)区为典型研究区,以包气带水分为研究对象,以土-气界面、土-根界面以及冻融锋面水分转化为主线,采用收集资料,野外调查,原位试验与数值模拟相结合的方法,开展青藏高原高寒草甸区包气带水分转化机制研究,取得以下几方面成果:(1)通过分析包气带剖面上不同时间含水率、总水头变化规律,结合外界气象要素变化,利用包气带水热运移力学理论,将青藏高原高寒草甸区包气带水分转化动力学过程划分为固态水潜热蓄积,固态水融化向液态水转化,液态水同气态水相互频繁转化,液态水冻结向固态水转化等4个阶段,对于正确理解包气带水分转化动力学过程具有重要意义。(2)依据包气带剖面上不同埋深地温梯度变化规律,结合外界气象要素变化,利用热力学传输理论,分析了包气带热量收支热力学过程,包气带剖面不同埋深处热通量收支状况同外界气温变化趋势基本保持一致,在3月初至9月底,上边界地表的热通量为正值,包气带处于从外界吸热状态,反之,包气带处于散热状态;每年3、10月份分别属于包气带吸热、放热的转折时期,而6、12月份分别属于包气带吸热、放热的极值时期;在此基础上,探索了获取包气带热量收支平均气温阈值的方法,建立了平均气温同包气带近地表热通量的相关关系,确定了包气带热量收支平均气温阈值-0.73℃,这对于极端低温环境区外界气温的变化对冻土区活动层厚度及水分固、液态相互转化量的研究具有重要意义。(3)水均衡量分析表明现状年试验区包气带水均衡接近于收支平衡;降水入渗包气带后的水分进行了重新分配,受蒸发作用影响,部分包气带水返回大气,受根系吸水作用影响,部分包气带水被草甸根系吸收腾发,受包气带储水作用影响,部分水分为维持包气带固有持水量而滞留在包气带中,受自身重力作用影响,剩余的水分则向包气带深层排泄,揭示了包气带表土入渗量的动态分配机理,为高寒区包气带水分涵养提供理论支撑。(4)利用彭曼公式计算参考作物蒸腾量的基础上,依据包气带水分均衡原理,对试验区实际蒸腾量进行计算,结果表明:实际蒸腾量占参考作物蒸腾量的68%,在此基础上,计算了试验区5月份作物系数0.18,6-8月份作物系数0.9,9月份作物系数0.38,对计算地区作物实际蒸腾量具有重要借鉴意义。(5)在基于不同环境区包气带水分转化机制研究的基础上,明确了高寒草甸生长是否受到水分胁迫的判别依据,建立了根系吸水强度同水分胁迫指数的相关关系,确定了高寒区草甸生长水分胁迫指数阈值0.43;而试验区计算水分胁迫指数0.68,以此为依据可知现状条件下高寒草甸生长不会受到水分胁迫,仅受到地区低温胁迫,且低温胁迫时间分布在6月上半月和9月中旬以后。(6)利用构建的模型对根系吸水强度进行了定量计算,试验区草甸根系吸水强度是169.1mm/a;不同埋深根系耗水强度分别为0-0.05m处是108.4mm/a,0.05-0.1m处是44.1mm/a,0.1-0.2m处是16.6mm/a,0.2m以下是0mm/a;在此基础上,利用对数正态分布密度函数构建了高寒草甸根系吸水估算模型,补充完善了土-根界面水分转化的动力学理论与方法。(7)依据冻融锋面迁移特征,将冻融锋面迁移过程划分为3个时段,其中,融化锋面运移时段4月初至翌年1月初,消融速率:10mm/d,冻结锋面运移时段11月初至翌年1月初,冻结速率:15mm/d,两个锋面1月初相遇消失后进入完全冻结时段,完全冻结时段主要是1月初至3月底,高寒区融化锋面下移最大深度2m,冻结锋面下移最大深度0.87m;揭示了包气带水分冻融锋面迁移的动力学过程,丰富了高寒区冻土成因以及冻土流变理论。以上研究成果对于正确理解包气带水分转化动力学过程,提高高寒草甸治理效率,涵养高寒区包气带水资源,保护高寒草甸生态环境,抑制地质环境负效应,揭示高寒区草甸生态环境演替机制以及高寒区冻土发育对高寒草甸的影响机理具有重要的理论和实际指导意义。