鄂爾多斯高原景觀格局變化分析以伊金霍洛旗為例

1、鄂爾多斯高原景觀格局變化分析以伊金霍洛旗為例    2012-07-27     論文導(dǎo)讀:景觀生態(tài)學(xué)是目前非?；钴S的生態(tài)學(xué)前緣領(lǐng)域之一,它主要研究景觀的格局、功能與動(dòng)態(tài)變化,其核心是通過(guò)這些相關(guān)的研究?jī)?nèi)容的展開(kāi),來(lái)探討景觀尺度上的異質(zhì)性問(wèn)題.由于景觀格局既是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)者,同時(shí)又是各種生態(tài)過(guò)程在不同尺度上作用的最終結(jié)果,因此景.          景觀生態(tài)學(xué)是目前非?；钴S的生態(tài)學(xué)前緣領(lǐng)域之一,它主要研究景觀的格局、功

2、能與動(dòng)態(tài)變化,其核心是通過(guò)這些相關(guān)的研究?jī)?nèi)容的展開(kāi),來(lái)探討景觀尺度上的異質(zhì)性問(wèn)題.由于景觀格局既是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)者,同時(shí)又是各種生態(tài)過(guò)程在不同尺度上作用的最終結(jié)果,因此景觀格局研究是景觀生態(tài)學(xué)中的基礎(chǔ)性核心研究領(lǐng)域之一.由于景觀生態(tài)學(xué)其獨(dú)特的研究尺度、研究視角以及學(xué)科組成上的交叉特性,其基本原理和研究方法在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,尤其是在處理目前大尺度的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題方面.圍繞景觀格局分析,許多研究者都做了大量的研究工作,但以荒漠化地區(qū)為研究對(duì)象的工作則相對(duì)較少,而且已有的研究工作也大多是所作在一些較小尺度的典型地段上進(jìn)行的.     

3、 荒漠化是我國(guó)目前最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一,其中的重點(diǎn)發(fā)生區(qū)域主要是我國(guó)的草原地帶,而尤以荒漠草原地區(qū)最為嚴(yán)重.為此,本文以位于內(nèi)蒙古中西部地區(qū)荒漠草原地帶的鄂爾多斯高原上的伊金霍洛旗為例,通過(guò)景觀格局的定量分析,來(lái)探討鄂爾多斯高原景觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和變化趨勢(shì),以期深入理解該地區(qū)的荒漠化過(guò)程及其機(jī)理,并最終服務(wù)于該地區(qū)的荒漠化防治與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展與資源和環(huán)境的可持續(xù)利用.      研究方法 研究地區(qū)概況伊金霍洛旗地理坐標(biāo)為10858N10125E,38563949N.東西長(zhǎng)120km,南北寬61km,總面積5 899.6km2.地勢(shì)由西向東傾

4、斜,海拔高度在1 0001 500m之間.境內(nèi)外流河有烏蘭木倫與窟野河兩大水系,共有干流13條;較大的內(nèi)流河6條,多為季節(jié)性河流;大小湖泊29個(gè),其中較大湖泊6個(gè).該旗屬中溫帶典型的大陸性氣候,日照充足,年平均氣溫6.2,無(wú)霜期127136d,年均降雨量為358.2mm.地處半干旱的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū),是我國(guó)荒漠化最為嚴(yán)重的地區(qū)之一.全旗人口密度24人/km2,蒙漢雜居,地廣人稀.全境處干旱草原向荒漠草原過(guò)渡地帶,地表物質(zhì)疏松,植被覆蓋度低,風(fēng)蝕沙化、水土流失過(guò)程強(qiáng)烈.由于人為破壞,全境的地帶性草原植被(針茅草原)僅有少量保存,目前絕大多數(shù)區(qū)域都是一些以沙生植物為主的隱喻性植被,在沙性基質(zhì)上油蒿(Ar

5、temisia ordosica)占有重要地位,而在侵蝕地和覆沙丘陵上則以錦雞兒(Cara-gana spp)為主.與這一植被相關(guān)聯(lián),土壤也主要是一些非地帶性土壤類(lèi)型,主要有:風(fēng)沙土(占全旗土壤總面積的61.2%)、粗骨土(占全旗土壤總面積的10.26%)、潮土(占全旗土壤總面積的12.47%);而地帶性的栗鈣土僅占全旗土壤面積的15.33%.      圖件資料準(zhǔn)備與景觀嵌塊體分類(lèi)本次研究共采用了1984年(1977年航攝的13萬(wàn)黑白航片,1984年調(diào)繪成圖)、1991年(1987年航攝的13萬(wàn)彩紅外航片,1990年調(diào)繪,1991年成圖)和1

6、998年(1998年110萬(wàn)TM遙感影像,目視解譯)3個(gè)年度的110萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀.嵌塊體類(lèi)型分類(lèi)說(shuō)明天然草地以天然草本植物為主,未經(jīng)改良,用于放牧和割草的草地人工草地人工種植牧草的土地,包括人工種植的用于牧業(yè)的灌木喬木林地包括郁閉度30%的天然霍人工喬木林,以及郁閉度為10%30%的稀疏喬木林地灌木林地覆蓋度40%的灌木或半灌木林地以及灌木為主的飛播地.耕地種植農(nóng)作物的土地,包括旱作農(nóng)田和水澆地兩大部分.河流水面天然形成的河流常水位線(xiàn)以下的面積湖泊水面天然形成的積水區(qū)常水位線(xiàn)以下的面積居民點(diǎn)包括城鄉(xiāng)居民點(diǎn)以及工礦用地等流動(dòng)沙地平均植被覆蓋度<15%的流動(dòng)沙丘或平沙地. 

7、60;    研究所采用的景觀格局分析指數(shù)景觀格局計(jì)算使用了目前國(guó)際上最流行的景觀空間格局分析軟件包Patch Analyst,全部計(jì)算在Arcview GIS軟件平臺(tái)上完成.由于定量描述景觀特征的指數(shù)很多,但它們相互之間的相關(guān)性往往很高,因此本次分析所選用的數(shù)量化指標(biāo)包括:斑塊數(shù)目(NUMP)、斑塊總面積(CA)(km2)、平均斑塊面積(MPS)(km2)、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差(PSSD)、斑塊邊緣密度(ED)(km/km2)、平均斑塊邊緣(MPE)(km/patch)、平均斑塊分維數(shù)(MPFD)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)(AWMPFD)、平均形狀指數(shù)(MSI)、香儂多

8、樣性指數(shù)(SDI)、香儂均勻度指數(shù)(SEI)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(DI).關(guān)于這些指數(shù)的計(jì)算方法在PhilipC. Eikie, Robert S. Rempel和Angus P Carr.等人1999年編著的"Patch Analyst User's Manual-ATool for Quantifying Landscape Structure"中都有詳盡敘述,故本文不再贅述.所有的景觀格局分析均在整個(gè)景觀與斑塊類(lèi)型兩種尺度上進(jìn)行.      結(jié)果與討論 景觀尺度上的景觀格局變化分析景觀尺度的鄂爾多斯高原伊金霍洛旗景觀格

9、局指數(shù)計(jì)算結(jié)果在19841998年的3個(gè)年度內(nèi),居優(yōu)勢(shì)地位的斑塊類(lèi)型均是天然草地(53%63%),因此,該地景觀的變化始終是在天然草地為景觀基質(zhì)的基礎(chǔ)上發(fā)生的.從圖1和表2可以看出,鄂爾多斯高原景觀從19841998年間最明顯的格局變化包括了斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差、邊緣密度、平均斑塊邊緣、平均形狀指數(shù)、平均斑塊分維數(shù)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)的增加,其中變化最為明顯的增加發(fā)生在19911998年這一時(shí)間段內(nèi);與此同時(shí)平均斑塊大小卻呈現(xiàn)出逐漸變小的變化趨勢(shì).所不同的是平均形狀指數(shù)和斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差在19841991時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)、19911998時(shí)段內(nèi)卻呈現(xiàn)出了下降的變化趨勢(shì);同時(shí)還可以看出,邊緣密度和

10、平均斑塊邊緣雖然在19911998年這一時(shí)段內(nèi)總體呈現(xiàn)出了逐漸增加的趨勢(shì),但在19841991和19911998這兩個(gè)時(shí)段間隔內(nèi)其變化趨勢(shì)卻并不同步.上述變化說(shuō)明,景觀的破碎化程度在增加;斑塊面積大小的離散程度也在增加,景觀斑塊大小的變化呈現(xiàn)出小的更小、大的更大的變化趨勢(shì).而香儂多樣性指數(shù)、香儂均勻度指數(shù)逐漸變小的趨勢(shì)說(shuō)明,這說(shuō)明景觀的異質(zhì)性程度在下降.優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的增加變化說(shuō)明,在整個(gè)伊金霍洛旗,景觀愈來(lái)愈由少數(shù)景觀斑塊類(lèi)型所控制,除天然草地之外,對(duì)整個(gè)景觀起一定的動(dòng)態(tài)控制作用的斑塊類(lèi)型還有灌木林地與耕地.      斑塊類(lèi)型尺度上的景觀格局變

11、化分析從表2可以看出,河流水面、湖泊水面與居民點(diǎn)3種斑塊類(lèi)型由于所占的面積比例小(0.28%2.82%),其對(duì)整個(gè)景觀格局的影響也較小,故對(duì)不同景觀斑塊的格局變化的討論將主要集中在其它6種斑塊類(lèi)型中.天然草地 從19841996年間其面積以12.63%比率在增加,其中除19841991年間面積出現(xiàn)減少外,19911998年其更是以17.75%的比率增長(zhǎng).在面積增加的同時(shí),其斑塊數(shù)量、邊緣密度與平均斑塊分維數(shù)也在增長(zhǎng),這說(shuō)明斑塊形狀越來(lái)越不規(guī)則,同時(shí)該斑塊類(lèi)型的復(fù)雜性在增加.平均斑塊大小、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差與平均斑塊邊緣指數(shù)的下降說(shuō)明天然草地斑塊面積的離散程度在減小.  

12、0;   人工草地 伊金霍洛旗屬半農(nóng)半牧地區(qū),人工草地建設(shè)在當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)發(fā)展中具有重要的意義.從19841998年間,人工草地面積減少了192.12km2;其斑塊體數(shù)目也由68個(gè)減少為2個(gè),其平均面積則由2.96km2增加到4.54km2.這說(shuō)明該類(lèi)斑塊的破碎化程度減小,不同斑塊之間趨向于聯(lián)合成片.林地的變化 林地共包括了喬木林地與灌木林地兩類(lèi).由于該地氣候?yàn)楦珊怠敫珊禋夂?加之農(nóng)墾歷史較長(zhǎng),所以其天然喬木林發(fā)育微弱,僅在沿河兩岸以及地下水出露較多的小范圍內(nèi)有一定發(fā)育.因此,該地的喬木林基本上為人工林地.從表2可以看出,該地喬木林地經(jīng)歷了先升后降的變化過(guò)程,在1984年時(shí)

13、有喬木林地276.5km2,1991年增加到719.97km2,1998年有降低為334.56km2;與斑塊面積變化不同,喬木林斑塊數(shù)目則一直呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì),于這一斑塊數(shù)目和面積變化相對(duì)應(yīng)的是,其平均斑塊面積則在增加,平均斑塊邊緣長(zhǎng)度與斑塊邊緣密度、平均斑塊形狀指數(shù)也在增加.這說(shuō)明其在景觀中的破碎化程度再下降、復(fù)雜性程度在增加.有關(guān)研究指出,整個(gè)鄂爾多斯高原均是以灌木為優(yōu)勢(shì)植被類(lèi)型的.在伊金霍洛旗,灌木林地主要位于位于沙丘之間的覆沙灘地以及起伏不大的固定與半固定沙丘上.從表2和圖2 d可以看出,無(wú)論面積還是斑塊數(shù)目,灌木林地都呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì),而尤以數(shù)目的增加明顯,從19841998年間,其

14、增加了差不多80%.這顯示出該類(lèi)型斑塊的破碎化程度在加深,而平均斑塊邊緣長(zhǎng)度與斑塊邊緣密度的增加也顯示了相同的規(guī)律.而平均斑塊形狀指數(shù)的增加與斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差的降低則說(shuō)明,灌木斑塊的復(fù)雜性程度有所加強(qiáng),同時(shí)斑塊本身大小之間的差異在縮小,斑塊大小更趨于均勻.      耕地變化 從表2可以看出,從19841998年間,耕地面積的雖有一定的增加,但增加幅度不大,僅26%左右,相比之下,斑塊數(shù)目的變化卻非常明顯,差不多增加了77%.平均斑塊面積、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差卻在減小.這一變化情況說(shuō)明,耕地斑塊的破碎化程度在增加,但斑塊相互之間在大小上的差異在縮小.斑

15、塊邊緣密度、平均斑塊邊緣長(zhǎng)度、平均形狀指數(shù)(MSI)的增加說(shuō)明,耕地斑塊的復(fù)雜性程度在加大.在伊金霍洛旗,其基本的小地貌類(lèi)型為梁灘相間的格局.受該地貌格局的制約,耕地主要分布于梁地與地下水豐富的沙丘間覆沙灘地上.在梁地上的農(nóng)田,基本上都是雨養(yǎng)的旱作農(nóng)田,為了避免農(nóng)田土壤遭受風(fēng)蝕危害,一般農(nóng)田斑塊均不大;而在沙丘間覆沙灘地上的農(nóng)田,由于有豐富的地下水可資利用,依靠打井提取地下水,該地帶是當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)耕地的集中分布地,但受沙丘地貌與地下水井位的影響,耕地也是小片分散分布.耕地斑塊景觀指數(shù)的變化,既是地貌格局與水文變化的結(jié)果,也是地貌格局與水文對(duì)耕地規(guī)模制約的直接反映.   

16、;   流動(dòng)沙地的變化 流動(dòng)沙地是伊金霍洛其變化最大的嵌塊體類(lèi)型.從表2可以看出,其面積從1984年的671.83km2減少到203.55km2(減幅達(dá)69.7%),嵌塊體數(shù)目也同時(shí)由473減少為174塊(減幅為63%),嵌塊體的平均面積也有1.42km2降低為1.17km2;與此同時(shí),嵌塊體的斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差、邊緣密度呈現(xiàn)出下降的變化趨勢(shì),而平均斑塊邊緣長(zhǎng)度、平均形狀指數(shù)、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差卻在增加,這與前幾類(lèi)斑塊類(lèi)型的格局指數(shù)變化有一定的共同之處,說(shuō)明斑塊的破碎化程度在減弱,斑塊本身的形狀復(fù)雜性在增加.由于流動(dòng)沙地對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的危害最大,在環(huán)境治理上只有當(dāng)其斑塊面積與斑塊數(shù)越來(lái)

17、越小(少)、景觀類(lèi)型的破碎化程度不斷加深時(shí)才能滿(mǎn)足人類(lèi)環(huán)境治理的要求,格局指數(shù)的上述變化情況說(shuō)明,景觀流動(dòng)沙地的面積有所減少,但剩余下來(lái)的流動(dòng)沙地,其治理的難度越來(lái)越大.總體而言,在斑塊類(lèi)型這一尺度上,斑塊邊緣密度、平均斑塊邊緣長(zhǎng)度、平均形狀指數(shù)基本上呈現(xiàn)增加的變化趨勢(shì),而斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差在減少,平均斑塊分維數(shù)的變化不大,這說(shuō)明,不同類(lèi)型斑塊的復(fù)雜性的變化趨勢(shì)基本相同-均有不同程度的增長(zhǎng),但增加幅度有限;同時(shí)還說(shuō)明,不同類(lèi)型斑塊內(nèi)部其大小差異的幅度在不斷縮小.      結(jié)論.從198419911998的三個(gè)典型年度的情況來(lái)看,天然草地的占整個(gè)景觀區(qū)域的面積均在50%以上,根據(jù)R.福爾曼,M.戈德羅恩的景觀景觀斑塊體-基質(zhì)-廊道模式與基質(zhì)判別標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,天然草地為伊金霍洛旗的景觀基質(zhì),景觀格局指數(shù)的所有變化均是在此基礎(chǔ)上發(fā)生和演變的.從整個(gè)景觀尺度的格局指數(shù)變化情況顯示,伊金霍洛旗景觀的破碎化程度在增加;景觀斑塊大小的變化呈現(xiàn)出小的更小、大的更大兩極分化變化趨勢(shì).同時(shí)景觀的異質(zhì)性程度在下降,景觀愈來(lái)愈有少數(shù)景觀斑塊類(lèi)型所控制.在斑塊類(lèi)型這一尺度上,格局指數(shù)的變化說(shuō)明,不同類(lèi)型斑塊的復(fù)雜性的變化趨勢(shì)基本相同,