干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析

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第()卷第*期()))年0月

生态学报

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干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条

件的影响分析

3(程国栋’王根绪’3

兰州/’E中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室3,*))))2

摘要!以黑河流域下游额济纳荒漠绿洲为研究对象3分析了景观生态的基本特点和景观嵌块体类型3通过景观空间格局及其变化分析与景观生态功效的评价3利用-论述了水资源条件变化对研究)年代和$)年代两期有关景观生态的资料3指出河流廊道是干旱区荒漠绿洲的主要生态流3河流廊道的变化是导致荒漠绿洲景观格局变化的驱区景观格局的影响3动力F

关键词!干旱区.荒漠.绿洲.景观生态.空间格局.水资源.影响

兰州,*)))).(E兰州大学资源环境学院3

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文章编号!’)))&)$**/()))2)*&)*%*&)%中图分类号!+$3’-’文献标识码!6’<4

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干旱区荒漠绿洲系指荒漠中有水源3可供人类生存并从事各种社会经济活动的区域3其绿洲生态系统既是整个荒漠生态系统的组成部分3又是决定荒漠生态系统结构与功能的关键组分3同时也是干旱区生态

’8

最为敏感的部分7对外界干扰3尤其区域水土资源的开发3响应强烈3表现在绿洲生态系统的景观空间格3

局及其功能随水土资源开发程度而变化3在干旱区不受区域水土资源开发影响的绿洲生态系统几乎不存在3普遍存在林草退化3土地盐碱化或沙漠化等问题3因此评价与预测区域资源开发利用后的生态环境变化趋势3成为干旱区社会经济持续发展过程中始终需要解决的问题之一F

从区域角度出发3绿洲生态系统的状况的评价3实质是绿洲生态景观空间格局与功能的分析3不同时期景观格局的变化的研究就是对生态系统演变的预测F景观结构组分是相对同质的生态要素或单元3绿洲生态系统的变化3首先表现在景观结构组分/或景观元素2的空间结构9相互作用及功能的变化与演替3景

(8观生态学就是用来研究一类基质中景观要素之间的相互作用及在大尺度上作为整体的景观动态7而由3

不同生态系统所组成的景观的空间结构9相互作用9功能及动态变化是景观异质性的具体表现3景观异

基金项目!国家\"九五#攻关课题$%&$’(&)*&)*以及国家重点基金+$,*’)*)联合资助收稿日期!修订日期!’$$-&)’&)-.’$$-&’(&’)作者简介!王根绪/男3博士3研究员’$%0123

万方数据卷

\"#

质性研究一直是景观生态学的基本问题之一!景观空间格局分析是景观生态学研究的核心之一%对干旱$

区荒漠绿洲的景观的空间格局分析%将有助于正确评价生态状况及其与自然与人类活动的关系$&研究区域概况

本文研究以内蒙古额济纳旗为研究对象%该区域位于河西最大内陆河

黑河流域下游尾闾地段%介

-于东经’北纬\"总面积*按地貌单元划分%研究区由()*+,-\"./*+-)(,0.%’)0-,-+./1-)1(,-+.%+-12*3\"+45$西南部干燥剥蚀低山残丘6中部及东部冲积平源及湖盆洼地与南部巴丹吉林沙漠等类型组成$气候极端干

旱%年均降水量仅\"蒸发量为\"黑河经甘肃张掖地区和酒泉地区金塔县流入(3’/1’3\"(++/1\"++55%55%境内%分成东6西两条支流%分别汇入东6西居延海%形成广阔的三角洲冲积平原%历史上著名的古居延绿洲就位于该冲积平原上靠近东河一带$据史载%从汉始%这里繁荣的农垦经济与商贸活动一直延续

1-至明代%在长达*曾一度形成稳定的灌溉绿洲达-著名的黑城成为从+++多年的开发过程中%317*+85%

1#

汉代至元代各历史时期重要的边防重镇!尤其是建国后%随着中上游工农业经济的迅速$从本世纪以来%

发展%黑河进入本区的水量不断减少%由0进入’+年代的平均*-3\"*亿5\"下降到9+年代的’391亿5\"%+年代后%进一步减少到年均约2水资源量的急剧减少%导致额济纳旗境内生态环境不断恶化%终3(亿5\"%端湖泊干涸6地下水位下降%原来繁茂的乔灌木林大量消亡的同时%天然草场不断缩小%现代沙漠化在本区民族关系及中上游经济发展产生深远影响$

研究区经济以牧业为主%人口约*农耕面积很小%且不稳定%随着水量变化:草场面积较大%约10(’人$

-占总土面积的2但草场质量较低%平均干草产量仅约\"*;%(032=4<85$

绿特以者力%构相块范生%

旱

迅速发展%不仅严重制约着本地农牧经济的稳定发展%而且已威胁着这片荒漠绿洲的存亡%并对国防建设6

万方数据5期王根绪等/干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析5b7

分!应体现干旱荒漠绿洲生态系统的基本特点!本文提出了分类结果\"

低湿地林灌%疏林及草甸!以#$河岸疏林灌丛草甸地指由河流廊道为核心形成的沿河带状河滩!

沙枣%红柳等荒漠林灌为主要特征\"分布胡杨!

湖盆低地沼泽草甸&$河泛地!

土地类型\"

’$盐化荒漠草原灌木\"

荒漠和沙质戈壁荒漠及草原化荒漠土质平地\"($戈壁荒漠包括砾壁%

半固定沙丘指分布灌丛植被的固定与半固沙漠\")$固定%

*$流动沙丘和裸露平沙地沙漠

种土地类型\"

以裸露风沙土为特征!基本无植被分布!包括流动沙丘和平沙地两包括河泛地及低湿湖盆滩地沼泽草甸%盐化沼泽草甸及盐化草甸等

包括盐生半灌木%小灌木及盐生杂草构成的低平滩地!零星分布红柳%胡杨等乔%

土及砾地包括剥蚀戈壁%裸岩%裸土圾矿质盐漠,含干湖盆-等!无植被分布\"+$裸岩%

包括水田%水浇地%旱地%园地等\".$耕地由灌耕土和盐化灌耕土组成/

包括季节性主河道%支流以及人工改0$河流廓道指一定时期内有水流经的河道及相邻河岸地带!

沟渠等-造的河道,\"

1$湖泊水域指干旱区流域终端尾闾渚水形成的湖泊以及水库等\"

研究区各类景观的分布参数如表2所示!表2中的有关数据系根据234562347年间及233562337年间两次土地详查及卫片资料量算而得\"

表8各类景观嵌块的面积与数目统计

9:;<=>=?:@A>BCD;=EF:BG:E=:FHI=J=EK<:BGFA:?=@K?=F

嵌块体类型LMNOPNQRST嵌块体数目,块-LMNOPZ[\\]S^T

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年代234XY

_面积,c2X-P\\a

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总计UVNMW

_‘a43_‘_b5a_a322

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d^SMT面积比,e-fMNgVNVM^SM单块面积,-P\\ad^SMVhTgZiWSRMNOP嵌块体数目,块-LMNOPZ[\\]S^T

_面积,c2X-P\\a

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j研究方法j$8景观空间格局分布

_6bl

关于景观空间格局分析已提出了许多定量指标k本文结合研究区特点!主要选用以下几种指标及!

其计算方法\"

m优势度,-/st,-xW,-nV\\gZMZOSoXpq\\MwZwrvv

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1

生态学报

HV卷

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2.3

1

8破碎度\"+,.0\"+@29’:;<&7):)$=7>?A

2.3

3?2.A2@2FA

HA上述公式中G类景观所占的面积比JK2为241为景观类型数目J?表示嵌块体数目JA2A分别表示2景观面积和研究区区域总面积L

其中,+,.4@G.B分离度\"2222C&D:’:)$=7EF4

MNO景观功效评价

用于分析景观的生物生产能力G对水分K养分等的消耗水平以及生物种群数量\"生物多样+等G以评价

QR

不同景观类型的生态功效K稳定性等特征PL

I某类景观的生物生产能力G用某类景观的平均生产力表示G在本例研究中G采用某类景观的平均单位面积产草量和载畜水平表示J用某类景观中植物优势种类数来反映其具有的生物多样性J利用某类景观稳定存在的生态需水量\"用维持植被体系正常生长的生态耗水量表示+大小来评价其对水资源胁迫稳定的程度L

S研究结果SNT景观格局分布与景观功效评价

在进行景观格局分析时G先对研究区进行景观分区G根据植被景观特征和水系作用强度G划分为河岸计算研究区各类景观的多样性G优势度K破碎度指标值列表H所示L其中水域景观中因河流廊道占居较大比例G因此不进行破碎度分析L景观功能评价的生物生产力G生物种类及耗水量列表U所示L由表H可以看出G研究区河岸及河泛地低滩地和戈壁荒与固定半固定风沙地景观多样性较高G结合表反映出各景观成分面积较接近G优势度小G而破碎度较高G由于河岸及河泛地低平滩地是构成该区域荒3G

漠绿洲的主要土地类型G受水分条件影响G各类灌丛及低湿草甸和乔灌木成带状散布于河道两岸及河泛低湿滩地G其斑块的高度破碎反映了该类景观受干扰的强度较大L砾石与沙质戈壁荒漠及草原化荒漠G是研究区分布最为广泛且碎度较高的一类景观G由于绿洲退化演替的结果往往形成这类景观G加上植被覆盖的固定K半固定风沙斑块G使这类景观的多样性最高L对于多样性指数小于V各景观组N3U的其他两类景观G分的面积差异悬殊G面积最大的景观类型总是面积的Q甚至达X景观优势度增大G反映了景VW以上GQWG观由某种组分占居绝对优势的格局G由此G景观破碎度相应较小L反映了研究区裸岩土及石砾地的区域性连片分布的状况及其景观主导性地位L

表U中列出了几类景观的功效评价指标G可以看出G河岸及河泛地草甸景观和灌丛景观类型G其植物种最多G单位面积生产力最高G以载畜水平所代表的经济利用价值最大G是两类生态功效最好的景观生态尤其是受水资源短缺干扰的阻抗能力较差L相比而言G固定与半固定风沙土景观G尽管植物多样性差G种类最少G但其生产力水平次于上述两类景观而高于其他景观类型G水资源消耗较少G经济利用价值也较高G是其他几类景观稳定性最强G因此一种较为稳定的有较强阻抗力的景观类型L当然从水资源依赖程度而言G其分布较广G也是绿洲退化演替的主要方向L

SNO水资源变化对景观格局的影响分析

绿洲景观结构及组成SNONT河流廊道的变化及影响干旱区流域下游荒漠绿洲是外来径流作用的产物G类型的空间分布严格受河流廊道影响G一般地G以河流廊道为核心G带状分布主要荒漠绿洲景观G且由内向

PZR则荒漠绿洲的高级生物组成实因此G若把河流两岸灌丛草甸和河岸乔灌木林视作河流廊道的构成要素G万方数据及河泛地低平滩地K戈壁荒漠及固定半固定风沙地G裸露风沙土与岩土地以及水域等L利用前述研究方法G

体系G但耗水量显著高于其他景观G一旦水资源条件发生改变G对其影响较大G反映出这类景观的稳定性G

外G随水热的改变G植被类型由乔灌木林Y灌丛草甸Y盐化草甸Y荒漠化草甸Y草原化荒漠的层次结构G质是河流廊道L在干旱区河流廊道不仅具有传输能量与养分的功能G更是绿洲生物流的载体和传导源G干

*期王根绪等y干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析*&,

旱区荒漠绿洲景观的变化!更多地体现为河流廊道变化所导致的生物流改变\"近#随上游来水量不$%来!

断递减!研究区河流廊道变化剧烈减少幅度近#如表#所示)河流密度减少达&河流水域面积&’(!*+,’!

1减少-形成许多干涸废弃河床!随这些河流廊道的消失!沿河两岸及其水流滋润范围内的植被生态&./0!

景观格局改变!主要体现在234类景观的嵌块体面积与数目的减少!如表#所示!面发生显著退化演替!

积减少速率分别达到.相反!+15’6-+$.’和1+7#’!869类景观面积增加速率达1+*,’和-+7-’\"灌

丛草甸6沼泽植被以及河岸林灌景观类型的嵌块体缩小或消失!以废弃干河床为沙源的流动沙丘随之发

展!景观趋于荒漠化\"同时!终端湖泊萎缩或干涸!近#来!黑河流域下游西居延海和东居延海相继干湖!$%

1

湖泊水域景观面积减少约1*&$$/0\"

表:不同景观类型的多样性6优势度及破碎度值

!;<=>?:@河泛地低平滩地XYYZ[\\%YVY%\\R%RS]\\[W]^W%U/

$+&.1$+$---+7.$+&-&$+$,,-+7,#

戈壁荒漠(包括半固定与固

定沙丘)(_W^\\SWTW]‘\\RUYZSWc)a\\b%RSTW0\\a\\bT%RS

$+755$+-#*-+*7-+$,5$+$1#1+$55

裸岩土及沙丘地d%]W]eUf%RS

水

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景观类型Q%RSTU%VW

景观多样性Q%RSTU%VWS\\[W]T\\‘h

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(m\\RSWbV%‘U/WTf0)

表n各类景观的景观功效评价

;<=>?n@景观类型Q%RSTU%VW‘hVWT

产草量_(m)]%TTV]eSZU‘fl01

载畜水平(羊单位m&+,)/01q%]]h植物种数tW(-$$lW‘%‘\\eR‘hVWT0)耗水量q(m)eRTZ0V‘\\eReau%‘W]0*/01

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表v近v来河流廊道变化及其景观影响w<

vwJ;<=>?v;O?DOP?AD?KA>景观变化速度x河流廊道(’)%‘WeaY%RSTU%VWU/%RlW

河流密度

河流水域缩小数目减少

流量减少(减少(’)’)

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v+:+:景观格局的动态变化

由表-和表1可以看出!自.至7的-无论景观斑块数还是景观面积$年代(-7.5)$年代(-775)$%间!都发生显著变化其中景观类型26而景观类型8和9则大幅度增加\"景!3及8都呈现明显减少现象!万方数据观格局也有所改变!对于河岸及河泛地低平滩地!斑块数减少!单块面积有所增加!使多样性有所降低!优

([#

生态学报

)$卷

势度有所增加!而戈壁荒漠及固定与半固定风沙地景观则正好相反!景观更加碎块化!多样性显著增加!而

优势度则趋于减少\"在#中!流域下游进入研究区的地表径流量的减少幅度达$年代到%$年代的大约&$’

减少(这对于密切依赖地表河流廊道而存在与发展的绿洲景观的影响是深刻的\"到历史上的最高峰!)*!从景观的分离指数的变化上更能说明这一点!如表+所示!受水资源胁迫干扰!景观类型,-.-/以及0

和1的分离度在#进入%这些景观的斑块发离程度进一步加$年代就表现出较高斑块分离度!$年代后!剧!而以裸露风沙土-裸岩土等严重荒漠化景观分离度都不断减少!表现出荒漠化景观不断加剧之趋势\"

表2景观分离度指标值及其变化

345672849:;<4=7;7=4>4?@A9B46C749:@?;7E@A9

景观类型G’HIJK’LMNOLM分离度指数UML’V’NWXH

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2结束语

干旱荒漠绿洲景观是河流廊道作用的产物!河岸及河泛地林灌-草甸等景观类型的生态效能较高!但对水的需求也较高!易受水资源短缺的胁迫干扰而稳定性差!戈壁荒漠-草原化荒漠以及固定与半固定风沙土景观对水资源胁迫相对不敏感!其稳定性较强!尤其是固定与半固定风沙地!不但其稳定性较好!而且有较高的生态效能!在荒漠化迅速发展的研究区!该类景观可视作较佳的景观类型\"这种特性使得景观格局及其变化具有明显规律!受河水影响范围!景观破碎化且随河流水量减少而破碎化程度不断加剧!景观多样性较高!但斑块分离度高且呈不断分离化发展趋势]远离河水影响区!一般呈荒漠化景观!景观破碎化优势度较高!而且随水资源减少!景观多样性和破碎化程度不断减小!斑块分离程度下降!但戈程度较低!

壁荒漠!草原化荒漠类型的景观受风蚀作用和其他景观的内演作用影响其景观多样性和破碎度均最高且随水资源减少而不断增加\"

水资源减少!首先引起河流廊道的变化!研究区河流廊道变化剧烈!其密度!景观面积及条数均呈现较大幅度减少!而荒漠绿洲对水源的依赖性使得河流廊道的变化!直接导致整个景观结构与空间格局发生改变!成为研究区景观过程的主要驱动力\"参考文献

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万方数据