中国东北西部地区沙质荒漠化过程与植被动态关系的生态学研究——群 …

依据东北西部沙质荒漠化地区植被的分类与排序,分析了不同演替梯度上植被群落多样性指数与ＤＣＡ排序坐标值的相关关系,利用其探讨群落多样性与沙质荒漠化过程的关系;科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地,１）植物群落的生态优势度λ、Ｒｅｎｙｉ的均匀度Ｅ１与群落分布的地下水位有显著的相关系;２）植物群落Ｈｉｌｌ的多样性指数Ｈ０,Ｈ１,Ｈｉｌｌ的均匀度Ｅｈ、Ｈｉｌｌ指数的均匀度Ｅ’１与海拔、湿润系数、Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔ     

中国东北西部地区沙质荒漠化过程与植被动态关系的生态学研究：植被的排序

根据东北沙质荒漠化地质呼伦贝尔沙地,科尔沁沙地的72个沙地植物群落样地,276种植物的调查数据进行DCA排序,排序结果充分反映了沙地植被与地理因子,气候因子,地形因子,水文因子,干扰因子的关系,DCA排序的第1轴反映沙地植被分布的水分梯度;第2轴反映土壤梯度;第4轴主要反映热量梯度;DCA的1、4轴排序图和1,2,4轴排序图,反映沙地植被与沙质荒漠化的生态规律,采用定性因子评价赋值与定量因子相结合的方法,经双重筛选逐步回归分析,建立了沙地植被DCA排序坐标与地理,气候,地形,水文,干扰等诸多生态因子的线性回归模型。     

中国东北西部地区沙质荒漠化过程与植被动态关系的生态学研究——群落多样性与沙质荒漠化过程

依据东北西部沙质荒漠化地区植被的分类与排序,分析了不同演替梯度上植被群落多样性指数与DCA排序坐标值的相关关系,利用其探讨群落多样性与沙质荒漠化过程的关系;科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地,1)植物群落的生态优势度λ、Renyi的均匀度E1与群落分布的地下水位有显著的相关关系;2)植物群落Hill的多样性指数H0,H1、Hill的均匀度Eh、Hill指数的均匀度E′1与海拔、湿润系数、Thornthwaite指数、降水量、地下水位、放牧干扰等有显著的相关关系;3)植物群落Renyi的多样性指数N0,N1、Heip修正的均匀度Ep、Alatalo修正的均匀度E′h与经度、温暖指数、冷暖指数、Thornthwaite指数、土壤有机质、地下水位、放牧等干扰有显著的相关关系。4)呼伦贝尔沙地的完工-海拉尔沙带,樟子松林、贝加尔针茅羊草草甸草原;科尔沁沙地的油松林、羊草草甸草原、丛生禾草草原具有较高的多样性,各群落类型随着沙质荒漠化过程的逐渐加剧,物种丰富度逐渐降低,其递减趋势分为旱生沙化系列、湿生沙化系列、盐水至水生系列。按各群落类型的物种丰富度递减顺序可分为6个级别,6个级别所含的群落类型分别对应着稳定沙地(A、B),固定沙丘(C),半固定沙丘(D),半流动沙丘(E),流动沙丘(F)。     

沙地油蒿群落覆盖度的遥感定理化研究

鄂尔多斯地区荒化与沙地植被覆盖度有紧密的关系。用ＮＯＡＡ卫星数据对沙地植被覆盖度进行动态监测可以以为认识该地区的荒漠化动态变化及过程提供丰富的信息。通过分析沙地反射机理,建立了沙地油蒿（Ａｒｔｅｍｓｉａ ｏｒｄｏｓｉｃａ）群落盖度与修一的土壤调节植被指数（ＭＳＡＶＩ）之间的模型。然而,卫星地该关系模型之前,必须进行处理。本文首先用裸沙土壤线法校正大气影响,然后,用ＭＳＡＶＩ消除土壤背景影响。     

沙质荒漠化土地景观分类与制图：以毛乌纱沙地为例

对景观分类理论和方法进行了探索,并以毛乌素沙地为研究对象,提出了一套适用于农牧交错区沙质荒漠化土地景观分类与制图的方法,由于沙丘分布广泛,与地带性植被和土壤的分布相迭加,增加了地表景观的破碎程度,使农牧交错区沙地的主要景观要素类型在结构上具有复合性,为了更好地描述沙地景观的复合性特征,作者提出景观基本结构组分的概念,首先确定景观基本结构组分,根据景观基本结构组分的不同组合确定景观要素类型;然后在野     

沙质草原沙漠化过程中植被演替研究现状和展望

在综述了我国半干旱地区沙质草地沙漠化过程中植被演替研究现状,提出了目前沙地植被演替研究中存在的主要问题和今后的研究工作。指出,①沙地植被演替的最大特点就是沙质地表基质的流动性和风沙活动伴随着植被演替的各阶段,研究中应考虑近地表风沙流的影响;②在干扰对生态系统影响越来越大的今天,沙地植被的演替序列往往出现一些随机性和不规则性,应加强对沙地植被演替序列的非线性和演替顶极的多元性、多样性的研究;③应继续从生理生态、种群生态、群落生态以及生态系统生态等不同水平层面上深入研究演替过程中植物种的替代机制,还应加强沙地土壤种子库与地上植被动态耦合、种子岛效应等的研究,以及沙地植被演替趋势和速率等的预测。     

沙质荒漠化土地景观分类与制图—以毛乌素沙地为例

对景观分类理论和方法进行了探索,并以毛乌素沙地为研究对象,提出了一套适用于农牧交错区沙质荒漠化土地景观分类与制图的方法。由于沙丘分布广泛,与地带性植被和土壤的分布相迭加,增加了地表景观的破碎程度,使农牧交错区沙地的主要景观要素类型在结构上具有复合性。为了更好地描述沙地景观的复合性特征,作者提出景观基本结构组分的概念。首先确定景观基本结构组分,根据景观基本结构组分的不同组合确定景观要素类型;然后在野外调查的基础上,通过对遥感数据的解译和判读进行景观要素类型的划分;最后在GIS支持下成图。该方法对我国北方农牧交错区沙质荒漠化土地具有普遍意义。     

不同荒漠化阶段植被生态特征对土壤环境因子的响应——以民勤荒漠绿洲过渡带为例

荒漠绿洲过渡带是荒漠化和绿洲化两种地理过程共同影响的生态交错区,是恢复生态学重点关注的区域。利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据,采用方差分析和冗余分析,研究了民勤荒漠绿洲过渡带4种不同荒漠化发展阶段的植被生态特征和土壤环境因子的变化规律与相互关系。结果表明:(1)随着荒漠化的发展,土壤环境因子中,除有效土层厚度逐渐变浅外,风蚀痕迹占地率、表土砾石含量、盐碱斑占地率和坡度均呈现增加的动态趋势;植被因子中,除优势种盖度与植被总盖度的比值逐步增加,物种丰富度、优势种多度等其他指标均表现出明显的下降特征;(2)土壤环境因子中,有效土层厚度在4种荒漠化阶段对植被生态特征的影响程度达显著水平(P0.05),风蚀痕迹占地率在轻度、中度和重度阶段是植被生态特征变化的主导驱动因子。其他因子在多数荒漠化阶段与植被生态特征相关性不显著;(3)相比其他荒漠化阶段,中度阶段中植被生态特征对土壤环境因子的响应更加敏感,应是荒漠化防治重点关注的阶段。     

科尔沁沙地封育过程中植被特征的动态变化

为研究沙地退化植被封育恢复过程中植被特征的动态变化规律,分别于2011年、2013年和2015年8月中旬在流动、半固定、固定沙丘和沙质草地上开展了3次植被特征调查。结果表明:2011—2015年,流动沙丘优势植物沙米(Agriophyllum squarrosum)的优势度逐渐降低,半固定沙丘优势植物差巴嘎蒿(Artemisia halodendrom)的优势度波动下降、一年生植物优势度有所增加;固定沙丘和草地中一年生植物的优势度有所下降,多年生植物所占比例逐渐增加;随着退化植被封育恢复,植被盖度、物种丰富度、凋落物量和地上-地下生物量明显增加; 2011—2015年,4种生境上的平均凋落物量和半固定沙丘的植被盖度逐年增加,而物种丰富度和地上生物量表现出波动变化趋势,地下生物量年际间变化不显著;沙地退化植被封育恢复过程中,物种丰富度与植被盖度、地上生物量、凋落物量、地下生物量和总的植物生物量呈极显著线性正相关。沙地退化植被封育恢复过程中植物群落组成和优势种的动态变化,反映了沙地植物群落的正向演替与群落结构复杂化的趋向;沙地退化植被的封育恢复导致了物种多样性与生物量的线性正相关。     

我国三北地区植被变化的动因分析

地表植被变化是气候变化、人类活动等多种因素共同作的结果。然而,以往的研究要么集中在与气候变化有关的气象因素,要么集中在与人类活动有关的人为因素,鲜有基于长期数据监测下对自然与社会因素之间相互作用的定量评估。因此,气候变化和人为因素对地表植被变化的相互作用并不明确,各个因素对植被变化影响的量化贡献仍然不确定。为了评价生态修复项目对荒漠化防治的效果、以及在土地荒漠化防治中自然与社会因素对我国植被变化的影响、及其复杂的相互作用机理,该研究应用卫星遥感影像资料,通过面板数据混合回归模型大数据分析方法,计算了1983年至2012年气候变化和人类活动对我国北方地区植被变化的贡献率。结果表明,气候变化和人类活动对NDVI变化均有重要作用,其中人类活动对植被覆盖度变化的影响占58.2%—90.4%、气候变化占9.6%—41.8%;不同地区表现出不同的地理分异特征,并存在时滞效应。由此可见,荒漠化防治必须充分考虑不同因素的综合作用和地域特征,才能取得事半功倍的效果。研究结果较好地体现了卫星遥感影像资料在大尺度(省域尺度)下与社会经济统计指标的融合,为进一步中尺度(县域尺度)研究提供了方法借鉴。     

封育对科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落植被特征及空间异质性的影响

以科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落为对象,分析了放牧和不同封育年限下小叶锦鸡儿群落的植被特征及植被分布的小尺度空间异质性.结果表明:放牧和封育样地内植被均以1年生草本植物为主,物种数没有明显差异;封育6年、封育12年样地的植株密度分别为(124.46±5.22)株·m~(-2)和(203.05±10.38)株·m~2,显著高于放牧样地(P<0.05);封育样地的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数均低于放牧样地,并随着封育年限的增加而减小;封育样地植被分布的小尺度空间异质性小于放牧样地,并且封育年限越长,空间异质性越小.

Abstract：

This paper studied the vegetation characteristics and small-scale spatial heterogeneity of Caragana mirophylla community in Horqin Sandy Land in northeast Inner Mongolia of China under grazing and under 6-and 12 years enclosure, aimed to assess the effects of grazing and enclosure on vegetation restoration. In the sampling plots of grazing and different years enclosure, the species composition of C. mirophylla community all dominated by annual herbaceous plants. The species richness in grazed plot and in the plots enclosed for 6 and 12 years was 22, 19, and 20, respectively, with no significant difference. In the plots enclosed for 6 and 12 years, the plant density was (124.46±5.22) plants·m~(-2) and (203. 05±10. 38) plants·m~(-2), respec- tively, being significantly higher than that in grazed plot, which suggested that enclosure was an effective method to accelerate the vegetation restoration in Sandy Land. The Shannon-Wiener index, Simpson species diversity, and Pielou evenness in enclosed plots were lower than those in grazed plot, and decreased with increasing enclosure duration. The small-scale spatial heteroge-neity of vegetation in enclosed plots was smaller than that in grazed plot. The longer the enclosure duration, the smaller the spatial heterogeneity was.     

近40年科尔沁沙地植被时空变化及其驱动力

科尔沁沙地是我国沙漠化土地防治的重点工程区。近些年来,受气候变化、生态工程建设和人类活动的影响,该区的植被生长发生了一定的变化。研究区域植被的动态变化,可为后期沙地的综合治理和工程的合理建设提供科学依据。基于此,以1981-2015年NOAA-NDVI、MODIS-NDVI数据及同期气象和社会经济数据为依托,采用一元线性回归和相关分析的方法,对科尔沁沙地NDVI的时空变化及驱动因素进行了研究。结果表明:(1)1981-2015年NDVI整体呈波动的增长趋势(增速为0.00114 a-1);空间上NDVI呈增长趋势的区域(面积占68.8%)主要位于东南缘及中部部分地区,而研究区的西北缘呈降低趋势。(2)不同程度沙漠化区的NDVI均表现为先降低(1981-2000年)后上升(2001-2015年)的变化过程,说明前期遭受破坏的植被在后期得以恢复。(3)驱动力分析表明,降水和温度是驱动科尔沁沙地部分区域NDVI变化的影响因素;人口变化和生态工程的实施均驱动了区域内植被的时空变化;而经济的发展并不是该区植被变化的主要驱动因素。     

Effectiveness of sand-fixing measures on desert land restoration in Kerqin Sandy Land,northern China

In the semi-arid Kerqin Sandy Land of north China, land desertification and frequent sand storms in the spring strongly affect the growth of grassland vegetation and crops, and give rise to large reductions in yield as a result of wind erosion and sand dune movement. To bring desertification under control and reduce its influence on grassland and farmlands, many measures have been developed and implemented for stabilizing mobile sand dunes and restoring desertified grasslands. This study was conducted from 1996 to 2003 to evaluate the effectiveness of desert land restoration after implementation of sand-fixing measures. The results showed that construction of straw checkerboards and planting of shrub seedlings significantly enhances topsoil development on the dune surface, increasing silt and clay content and facilitating accumulation of soil carbon and total N, as well as accelerating an increase in plant diversity, vegetation cover and plant density. These findings suggest that using straw checkerboards and planting shrubs are successful methods for mobile sand dune stabilization and desertified grassland restoration in semiarid regions. The mechanism creating these changes is a reduction in wind erosion and improvement of the soil environment for plants. In addition, our results showed that construction of straw checkerboards was slightly more effective in vegetation and soil restoration in comparison with planting shrub seedlings, especially at the primary stage.     

科尔沁沙地沙漠化土地恢复面临的挑战

对科尔沁沙地近50年来沙漠化土地面积、水资源可利用性、土地利用与草地植物生产力的变化进行了分析.结果发现：科尔沁沙地的土地沙漠化在经历了20世纪50—80年代中期的快速发展之后,80年代后期发生了逆转.在过去的50年中,西辽河径流量持续减小,1999年在西辽河中游的内蒙古自治区通辽市段断流;近20年来,位于科尔沁沙地腹地的西湖水位下降近10 m, 2001年干涸.科尔沁沙地草场的地上生物量由1937年的520 g·m^-2下降到2005年的197 g·m^-2.产生这种结果的主要原因是土地利用方式的变化,即基于灌溉的沙漠化治理规模的扩大和灌溉农田面积的增加,导致用水量增加.这也是科尔沁沙地实现土地沙漠化持续逆转面临的严峻挑战.     

Monitoring sandy desertification of Otindag Sandy Land based on multi-date remote sensing images

Sandy desertification is now the main ecological problem in the Otindag Sandy Land. In order to reveal the process of land degradation, especially the latest situation of sandy desertification, a method integrating remote sensing, Geographic Information System (GIS) and field survey was employed to build a sandy desertification dataset for analysis. Remote sensing images included the Landsat Thematic Mapper (TM) image in 1987, the Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM⁺) image in 2000, and the image with the Charge-Coupled Device Camera (CCD) on the China-Brazil Earth Resources Satellite (CBERS) in 2006. Five land-cover classes, including active sand dunes, fixed sand dunes, semi-fixed sand dunes, inter-dune grassland and wetlands, were identified. Results showed that the Otindag Sandy Land has been suffering sandy desertification since 1987 with 2 different desertified stages. The first stage from 1987 to 2000 was a severe sandy desertification period, characterized by the fixed sand dunes decreasing at a high speed, and the semi-fixed and active sand dunes increasing remarkably. The second stage spanned from 2000 to 2006 and the sandy desertification was weakened greatly. Although a large area of fixed sand dunes were transformed to other types, fixed sand dunes were still the dominant type in the Ointdag region at 2006. Spatial change detection based on active sand dunes showed that the expansion area was much larger than the reversion area in the past two decades, and that several active sand belts had been formed, suggesting that sandy desertification controlling of the Otindag Sandy Land will be a long-term task.     

Monitoring sandy desertification of Otindag Sandy Land based on multi-date remote sensing images

Sandy desertification is now the main ecological problem in the Otindag Sandy Land. In order to reveal the process of land degradation, especially the latest situation of sandy desertification, a method integrating remote sensing, Geographic Information System (GIS) and field survey was employed to build a sandy desertification dataset for analysis. Remote sensing images included the Landsat Thematic Mapper (TM) image in 1987, the Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM⁺) image in 2000, and the image with the Charge-Coupled Device Camera (CCD) on the China-Brazil Earth Resources Satellite (CBERS) in 2006. Five land-cover classes, including active sand dunes, fixed sand dunes, semi-fixed sand dunes, inter-dune grassland and wetlands, were identified. Results showed that the Otindag Sandy Land has been suffering sandy desertification since 1987 with 2 different desertified stages. The first stage from 1987 to 2000 was a severe sandy desertification period, characterized by the fixed sand dunes decreasing at a high speed, and the semi-fixed and active sand dunes increasing remarkably. The second stage spanned from 2000 to 2006 and the sandy desertification was weakened greatly. Although a large area of fixed sand dunes were transformed to other types, fixed sand dunes were still the dominant type in the Ointdag region at 2006. Spatial change detection based on active sand dunes showed that the expansion area was much larger than the reversion area in the past two decades, and that several active sand belts had been formed, suggesting that sandy desertification controlling of the Otindag Sandy Land will be a long-term task.     

基于多时相遥感影像的浑善达克沙地沙漠化监测

沙漠化是浑善达克沙地面临的主要环境问题.为了揭示该地区沙漠化过程,特别是其最新状态,利用1987年和2000年的Landsat TM/ETM 及2006年的中巴资源卫星CCD数据,在地面考察资料及地理信息系统(GIS)的支持下,提取了固定沙地、半固定沙地、流动沙地、丘间草原及湿地5种地表覆被类型,建立了浑善达克沙地沙漠化数据库.结果表明浑善达克沙地在过去20a里发生了沙漠化,但是可分为两个阶段.第一阶段从1987年到2000年,为沙漠化快速发展期,固定沙地面积显著减少,而半固定沙地和流动沙地则明显增加;第二阶段从2000年到2006年,为沙漠化缓减期.尽管发生了沙漠化,但固定沙地仍然是浑善达克沙地面积最大的类型.针对流动沙地的空间变化检测表明在过去20a里沙地恶化的面积远远大于逆转的面积,并且已经形成了几条流动沙带,这意味着浑善达克沙地沙漠化的遏制是一个长期的过程.     

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局

应用地统计学和经典统计学方法,对毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被特征的空间分布格局及其相互关系进行研究,结果表明: 0-5 cm和5-10 cm土壤水分符合指数模型,10-15 cm土壤水分和植物群落物种数、植被盖度、植被密度都符合球状模型;0-5 cm土壤水分、植物群落物种数和植被盖度都具有强空间自相关性,5-10 cm、10-15 cm土壤水分和植被密度都具有中等程度的空间自相关性;从牛枝子群落到黑沙蒿群落,各层土壤水分与植物群落物种数之间具有相似的空间格局,都呈先升高后降低的变化趋势,而植被盖度和植被密度呈逐渐减小的变化趋势;0-5 cm土壤水分与植物群落物种数之间具有显著的正相关,是制约植被物种空间分布的关键因素。     

中国生态环境脆弱区范围界定

中国生态环境脆弱区既是生态退化区域, 也是贫困人口集中分布区, 但其空间分布范围至今仍然不明确。本研究针对土地沙化、水土流失和石漠化等典型生态问题, 采用遥感和GIS技术, 建立评价指标体系及评价模型, 综合评价了全国生态环境敏感性, 定量揭示敏感性空间分布特征。在此基础上, 结合政府文件和已有的研究成果, 识别出全国生态脆弱区分布范围。结果显示, 生态极敏感区主要分布在我国西北干旱/半干旱地区、西南湿润地区、东南湿润地区以及黄土高原丘陵沟壑区; 高度敏感区主要分布在阿尔泰山、天山、阴山南麓、科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地、羌塘高原西部、横断山和东南丘陵山地等区域。在全国划定了18个重点生态脆弱区, 总面积240.1万km², 并明确了每个脆弱区的名称、类型、面积、分布范围以及面临的主要生态问题。完成的中国生态脆弱区分布图为全国生态保护红线划定提供了参考底图。     

放牧方式对浑善达克沙地榆树疏林退化的影响

浑善达克沙地榆树疏林是分布于草原地带的隐域植被类型,相较周边的典型草原区,其植被更加茂密,乔灌丛生,水草丰美,千百年来一直是牧民的优质冬季牧场。近半个世纪以来,因人类的过度开垦以及不合理的放牧管理,浑善达克沙地植被遭到空前的破坏,沙丘活化,载畜能力降低,生态价值和经济价值严重受损。近年来,随着国家草畜平衡以及禁牧政策的推广落实,放牧的牲畜总量得到一定程度的遏制,然而大面积草场还在继续退化。在牧民对生产生活的基本需求下,牲畜总量不可能无限制的压制。另外,适度的放牧对草原生态系统健康是有益的。因此,如何改良放牧方式,合理利用草场,在保持生态良好的基础上合理发挥草场的畜牧价值,是我们亟待探索的问题。以浑善达克沙地的典型天然植被榆树疏林为例,对不同放牧方式下的植被进行调查,基于沙地特殊的基质和植被特征,探讨适合沙地的放牧利用方式。研究表明,在相似的放牧强度下,把沙地作为冬营地,其榆树种群更新正常,植被覆盖度以及植物种类等均能保持良好,而把沙地作为夏季营地,榆树疏林植被退化严重,具体表现为:(1)榆树种群自然更新受阻;(2)灌木群落大量死亡或消失;(3)草本覆盖度显著降低,植物种类减少,多年生草本比例减少,一、二年生草本比例增加;(4)裸沙面积增加,沙丘趋于活化。本研究认为目前沙地植被的退化主要由不合理的放牧引起,并非气候因素所致。沙地适合于冬季放牧而不适合其他季节放牧。借鉴牧民的传统放牧方式,建议配合周边的典型草原区实行季节性倒场放牧,仅将沙地作为冬季营地使用,既能有效保护沙地植被又能充分发挥其畜牧价值。