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降雨是干旱半干旱地区的主要水分来源,降雨量、降雨时长、降雨强度和地表植被状况共同影响降雨入渗过程,进而影响其对土壤水的补充,最终影响地表植被的生长。退化草原生态系统稳定及其荒漠化机理是近年来草原生态水文研究的热和难点。本文基于气象数据、土壤水分数据(5、15、30、60和100cm 土层)、土壤理化性质数据(体积含水量、容重、饱和含水率、电导率、pH和有机质含量)和植被数据(种类、高度、盖度和地上地下净初级生产力),通过经典统计学、地统计学方法以及BIOME-BGC模型模拟,探讨了内蒙古退化草原在自然降雨、增加降雨(加50%)和减少降雨(减50%)等不同降雨处理条件下土壤和植物特征变化规律。对于揭示内蒙古典型退化草原水土关键要素、草地荒漠化防止及应对气候变化的影响具有重要意义,主要研究结果如下:(1)通过对2018年土壤本底值的分析发现,土壤水分动态与降雨分布格局基本保持一致,相同降雨过程各土层土壤水分增量呈降低趋势,高降雨强度、降雨前较高的土壤含水率有利于雨水下渗,5和15cm 土层土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均有显著和极显著线性关系;30和60cm 土层只与降雨强度及二者交互作用有极显著线性关系,100cm 土层与三者均无显著线性关系。土壤呈弱碱性,随土层加深,pH、电导率及容重增大,有机质含量、饱和含水率减少。容重和pH呈弱变异,其余土壤特性指标均呈中等变异,5～60cm 土层土壤含水量变异系数随土壤含水量增大而降低。(2)自然降雨(CK)和增加降雨(PA)和减少降雨(PR)分区5～60cm 土层土壤体积含水率均存在显著差异(p<0.05),且各土层土壤体积含水率均值均在PA分区达到最大值,浅层土土壤体积含水率与降雨量的变化趋势基本一致且变化幅度随土层加深而减小,60和100cm 土层土壤体积含水率无明显波动。各土层土壤体积含水率与土壤温度存在显著相关性,各土层生长季土壤温度先增加后减少。土层土壤电导率和土壤体积含水率存在线性正相关关系,5cm 土层6～10月份电导率均有显著差异;15cm 土层6月份PA分区和CK、PR分区存在明显差异,其余月份3个分区的电导率均有显著差异;30、60和100cm 土层生长季3个分区的电导率均存在显著差异。各分区土壤水分由大到小依次为:PA>CK>PR;土壤温度由大到小依次为:PR>CK>PA;电导率随土壤体积含水率的变化幅度PR>PA>CK。(3)减少降雨会使物种丰富度下降,可提高冷蒿的重要值,达到3个分区的最大值;增加降雨提高物种丰富度且冷蒿、羊草和木地肤生长季的重要值普遍大于CK分区。CK和PA分区与PR分区shannon-wiener多样性指数有显著差异,丰富度指数PA>CK>PR。经1年的增加降雨试验处理,虽然一定程度上提高了物种多样性,但对综合植被指数的贡献却不大。适当增雨可提高植被地上生物量,整个生长季各个分区的地上生物量总体而言均呈先增大后减小的趋势,适当增雨有助于5和15cm 土层根系生长。(4)优化后的BIOME-BGC模型对研究区的土壤水分及NPP模拟效果较好,具有一定的可信性,可用于模拟。NPP最大值均在8月中旬,增加80%降雨NPP无明显变化,增加120%和160%降雨的NPP最大值分别增大1.93%和3.03%;减少20%、60%和90%降雨的NPP最大值分别减少0.28%、6.34%和11.29%。5、15cm 土层的土壤水分最小值随降雨量增大而增大,增加幅度15cm<5cm 土层;最大值随降雨量减少而减少,减少幅度15cm>5cm 土层;土壤水分波动频率15cm<5cm 土层。对于30cm土层而言,增加120%和160%降雨的土壤水分无明显差异变化,但均大于增加80%降雨的土壤水分,减少的降雨量越大,其土壤水分最大值越小且最小值也越小。对于60和100cm深层土而言,土壤水分波动幅度和波动频率明显小于5、15和30cm 土层且变化不显著。(5)两个排放场景RCP4.5和RCP8.5未来30年的NPP均呈增长的趋势,RCP4.5情景下的NPP总体趋势高于RCP8.5情景下的NPP,RCP4.5情景下NPP波动较小,在RCP4.5情景下,NPP最大值出现在2033年可达到198.24g/m2,最小值出现在2021年,为169.25g/m2;在RCP8.5情景下,NPP最大值出现在2027年,达到196.35g/m2,最小值出现在2030年,为165.43g/m2。RCP8.5情景下的最大值和最小值均小于RCP4.5情景下的最大值和最小值。