（森林培育专业论文）民勤绿洲景观格局与动态及荒漠化成因分析.pdf

摘要 绿洲是在干旱气候条件下形成的一种隐域性景观，在干旱区经济发展中发挥着重 要作用。水是绿洲生存和发展的基础，水资源的空间分布格局决定了绿洲景观格局的 空间分布。由于人口的增加和自然资源的过度利用，绿洲经济的发展和环境之间的不 协调日益加剧，并且已经严重威胁绿洲的可持续发展。 本文以我国干旱地区具有代表性的甘肃省民勤绿洲为例，以景观生态学理论为指 导，以t m 影像为数据源，以遥感( r s ) 和地理信息系统( g i s ) 为技术手段，研究了 民勤绿洲1 9 8 7 2 0 0 1 年绿洲景观格局的演变过程与规律，并结合2 0 世纪5 0 年代以来 的气象和社会经济数据探讨了绿洲荒漠化的成因，提出了荒漠化防治对策。初步研究 结论如下： 1 景观格局及其变化1 9 8 7 年- 2 0 0 1 年，1 ) 从1 9 8 7 年到2 0 0 1 年，民勤绿洲景 观异质性增加，多样性指数( s h d i ) 从1 7 9 减小到1 6 0 ，均匀度指数( s h e i ) 从0 6 6 减小到0 ，5 9 ：2 ) 景观蔓延度( c o n t a g ) 增加，蔓延度指数从4 2 5 0 增加到4 7 9 8 。蔓延 度增加更直接的表现是斑块数目的减少和斑块平均面积的增加，】9 8 7 年- 2 0 0 1 年， 民勤绿洲的斑块数目( n u m p ) 从2 0 8 7 3 减小到1 8 8 0 l ，斑块平均面积( m p s ) 从2 1 5 6 h m 2 增加到2 3 5 4 h m 2 。民勤绿洲斑块形状越来越趋于复杂，因为其形状指数( m s i ) 增 大，斑块平均分维数( m p f d ) 也增大：1 9 8 7 年一2 0 0 1 年，形状指数( m s i ) 从l 8 9 1 增加到2 2 9 0 ，斑块平均分维数( m p f d ) 从1 3 8 增加到1 4 i 。 2 景观动态1 9 8 7 年- 2 0 0 1 年，民勤绿洲农田、白刺荒漠和流动沙地的面积增加 非常大，农田面积增加最多达到2 4 5 4 8k m 2 ，其它的景观要素类型如居民地、沙枣林、 梭梭林、沙蒿荒漠和拂子茅高禾草草甸面积也都有所增加，但不如前3 种景观要素面 积增加明显。虽然景观要素面积发生变化，但整个景观基质没有发生改变，白刺荒漠 一直是民勤县占优势的景观要素，在2 个年份中，其面积占总景观总面积的比例分别 为3 5 8 2 和3 8 2 8 。 3 荒漠化成因分析及防治对策荒漠化是自然因素( 主要是气候) 和人类活动共 同作用的结果。地理位置的特殊和气候条件的恶劣为荒漠化的发生和发展提供了条 件。人为因素中以人口增加过快、用水机制不健全、过度开荒、过度放牧和滥樵滥采 等不合理活动使绿洲荒漠化程度进一步加重。 为了实现民勤绿洲的持续发展，本文最后从控制人口数量、加强水资源管理、调 整土地利用结构、完善防护林体系等6 方面防治绿洲荒漠化的对簧建议。 关键词：景观分类；景观格局；景观动态；民勤绿洲；荒漠化 s t u d yo nl a n d s c a p e p a t t e r na n dd y n a m i c sa n dd e s e r t i f i c a t i o nc a u s e s o f m i n q i n o a s i s s p e c i a l i t y ：f o r e s tc u l t i v a t i o n p o s t g r a d u a t e ：j i n gx u e h u i t u t o r ：p r o f h u a u g x u a n - r i l i w ub or e s e a r c h e r a b s t r a c t o a s i si s ak i n do fi n t r a z o n a l l a n d s c a p ed e v e l o p e du n d e r t h eb a c k g r o u n do fa r i d c l i m a t e ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei na r i dr e g i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t w a t e r i st h e b a s i sf o ro a s i st oe x i s ta n dd e v e l o p ，s ot h ew a t e rr e s o u r c e ss p a t i a ld i s t r i b u t i o np a t t e r n s d e c i d et h eo a s i ss p a t i a ld i s t r i b u t i o nl a n d s c a p ep a t t e r n s w h i l ew i t ht h eg r o w i n g p o p u l a t i o n a n do v e r u s i n gn a t u r a lr e s o u r c e s ，t h ei n c o o r d i n a t er e l a t i o n s h i pb e t w e e no a s i se c o n o m i c d e v e l o p m e n ta n de n v i r o n m e n t b e c o m es e r i o u s ，b yw h i c ht h es t a b i l i t ya n ds u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t h a v eb e e nt h r e a t e n e d t h ep r o c e s so fl a n d s c a p ep a t t e r na n dd y n a m i c sa n dd e s e r t i f i c a t i o nc a u s e so fo a s i sa r e p r o u n d l ys t u d i e db a s e do nac a s es t u d yc a r r i e do u ti nm i n q i no a s i so fg a n s up r o v i n c e ， c h i n a ，u n d e rt h et h e o r yo fl a n d s c a p ee c o l o g y , b yu s i n gr e m o t es e n s i n gd a t aa s b a s i c i n f o r m a t i o nr e s o u r c ea n dw i t hs u p p o r to fg i s ，t h eo a s i sl a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g ef r o m 1 9 8 7t o2 0 0 1a n dt h er o l eo fo a s i se v o l u t i o na n di n f l u e n c ef a c t o r sa r ea n a l y z e dw i t ht h e c l i m a t ea n ds o c i a la n de c o n o m i cd a t af r o mt h e1 9 5 0 s a tt h ee n do ft h i sp a p e r , t h ea u t h o r a l s op u tf o r w a r ds o m ea d v i c e st oc o n t r o lo a s i sd e s e r t i f i c a t i o n t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w i n g ： 1l a n d s c a p es t r u c t u r ea n dc h a n g e sf r o m1 9 8 7t o2 0 0 1 ，f i r s t ，t h eh e t e r o g e n e i t yo f m i n q i n o a s i si n c r e a s e sf o rt h ev a l u eo fs h a n n o n sd i v e r s i t yi n d e x ( s h d i ) a n ds h a n n o n s e v e n n e s si n d e x 幅h e ) d e c r e a s e ，f r o m1 7 9t o1 6 0a n d0 6 6t o0 5 9 ，r e s p e c t i v e l y s e c o n d ， t h ev a l u eo fc o n t a g i o n ( c o n t a g ) i n c r e a s e d ，f r o m4 2 5 0t o4 7 9 8 t h ed i s t i n c tm a n i f e s ti s t h ed e c r e a s i n go fn u m b e r so fp a t c h ( n u m p 、a n dt h ei n c r e a s i n go fm e a n p a t c hs i z e ( m p s ) ， f r o m2 0 8 7 3t o1 8 8 0 1a n d2 1 5 6h m 2t o2 3 5 4h m 2 ，r e s p e c t i v e l y t h i r d ，t h es h a p eo f p a t c h e sb e c o m e m o r ec o m p l e x ，f o rt h ev a l u eo fm e a ns h a p ei n d e x ( m s i ) a n dm e a n p a t c h f r a c t a l d i m e n s i o n ( m p f d ) b o t hi n c r e a s e ，f r o m 1 8 9 1t o2 2 9 0a n d1 3 8t o 1 4 1 ， r e s p e c t i v e l y 2 l a n d s c a p ed y n a m i c s f r o m1 9 8 7t o 2 0 0 1 ，t h e a r e ao f f a r m l a n d ，n i t r a r i a t a n g u t o r u ma n ds h i f t i n gs a n d yl a n di n c r e a s e de v i d e n t l y , t h e a r e ao ff a r m l a n dh a si n c r e a s e d 2 4 5 ，4 8k m t h eo t h e rl a n d s c a p ee l e m e n t sa l s oi n c r e a s e d ，s u c ha sr e s i d e n t i a la r e a ，f o r e s to f e l a e a g n u sa n g u s t i f o l i aa n dh a o x y j o na m m o d e n s r o b 曲pd e s e r t o fa r t e m i s i a a r e a n a r i aa n dt h em e a d o wo fc a l a m a g r o s t i se p i g e j o s ，b u tt h ei n c r e a s e da r e aa r en o ta s e v i d e n ta st h ef i r s tt h t e e 3d e s e r t i f i c a t i o nc a u s e sa n d c o n t r o l l i n gm e a s u r e sd e s e r t i f i e a t i o ni st h er e s u l to f n a t u r a l f a c t o r s ( m a i n l y c l i m a t i c f a c t o r s ) a n dh u m a ni m p a c tt o g e t h e r t h ee s p e c i a l g e o g r a p h i c a ll o c a t i o na n dw o r s e nc l i m a t ei s t h eg o o dc o n d i t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to f d e s e r t i f i c a t i o n h u m a nf a c t o r ss u c ha sg r o w i n gp o p u l a t i o n ，t h em o r b i d i t yo fu s i n gw a t e r , o v e r - c u l t i v a t i o nb a d l a n d s ，o v e r g r a z i n ga n de x c e s s i v e l yc u ta c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to f d e s e r i i f i c a t i o n i no r d e rt or e a l i z et h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fm i n q i no a s i s ，t h e a u t h o rp u t f o r w a r ds o m ec o n t r o lm e a s u r e ss u c ha sc o n t r o l l i n gt h eg r o w t ho fp o p u l a t i o n ，r e i n f o r c i n g t h em a n a g e m e n to fw a t e r r e s o u r c e ，a d j u s t i n gt h e l a n d u s es t r u c t u r e ，a n ds oo n k e yw o r d s - l a n d s c a p ec l a s s i f i c a t i o n ；l a n d s c a p ep a t t e r n ；l a n d s c a p ed y n a m i c s ；m i n q i n o a s i s ；d e s e n i f i c a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑韭壅些盘鲎或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 一虢j ! ! - 浮碍一期：移多月名 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑! 垦盎些盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权塑a 垦盔些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期 r 膏 f 月帅 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期： 电话： 邮编： 民勤绿洲景观格局与动态及荒漠化成因分析 1 引言 景观生态学是宏观生态研究的一个新领域。景观结构、功能及其动态变化是景观 生态学研究中的三个核心问题。结构决定功能，功能的改变最终将从结构的变化中反 映出来。在景观生态学中，景观结构又称景观格局，它是景观的空间格局，即大小和 形状不一的景观嵌块体在景观空间上的排列1 1 , 2 j 。景观空间格局既是景观异质性的具体 体现，也是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。景观格局及其动态变化是目前景 观生态学研究中的一个热点1 3 l ，对于揭示景观变化过程与机制具有重要意义。 干旱区绿洲景观以荒漠为基质，水是维持绿洲生态平衡的最关键因子。绿洲的主 体是人工景观，如农耕地、人工林网及人工草场等。在干旱气候条件下发育的荒漠植 被和各种盐生、沼泽、草甸植被与沿水系分布的乔、灌木林等交错分布。人工景观与 自然景观镶嵌在一起，构成干旱区复杂的景观结构。绿洲是干旱区一种特殊的景观类 型，其面积虽仅占干旱区土地面积的4 5 ，但却集中了该区域9 0 以上的人口与 9 5 以上的社会财富。因此它既是干旱区的精华所在，同时亦是区域尺度上千旱区最 大的人工干扰源地。由于在干旱区经济发展中的作用与特殊地位，绿洲成为干旱区研 究的热点。 1 1 干旱区绿洲景观生态学研究 绿洲是干旱区人们生存的基础。近年来，随着荒漠化的加剧，干旱区人们的生存 受到愈来愈大的威胁。绿洲荒漠化的发展已经严重威胁绿洲的可持续发展。绿洲是在 干旱气候条件下通过诸多因素的综合作用形成的，水是绿洲生存与发展的基础，水资 源的空间分布格局决定了绿洲景观格局的空间分布。近年来，随着人口的增加，干旱 区绿洲土地利用的规模不断扩大，强度不断增加，对水资源的需求激增。然而，绿洲 水资源的可承载能力是有限的，当需求超过水资源的供给时，为了维持原有的生产、 社会方式和保证粮食的基本需求，不得不过量开采地下水来满足需求。过量开采地下 水造成地下水位下降，进而导致土地盐碱化、植被衰退和死亡、沙漠入侵等生态问题， 使得绿洲生态环境不断恶化。许多学者开始对绿洲水资源利用以及绿洲演变规律进行 探讨【4 1 l ，通过对引起绿洲荒漠化发生的各种原因进行研究，提出一系列防止绿洲生态 环境恶化的措施】。 人工绿洲是具有高度异质性和多样性的景观类型，是人类强烈干扰自然景观的结 果，也是干旱区生态最为敏感的部分【1 0 】。随着景观生态学的不断发展，运用景观生态 学的理论与方法分析绿洲景观格局、动态，探讨景观变化过程、机制及其调控机理， 已经成为干旱区研究的热点之一。有关于绿洲的景观格局f 1 1 _ 2 ，绿洲景观变化的过程 1 2 1 - 2 5 1 ，干旱区景观生态特征与景观生态建设的方法【1 0 】等方面已经做过研究。 河北农业大学硕士学位论文 1 2 民勤绿洲研究现状 民勤绿洲位于甘肃省西部河西走廊东段北侧的石羊河下游，处于腾格里与巴丹吉 林两大沙漠前缘交汇区。近年来，水资源的过度开发利用引起民勤绿洲区域性地下水 位下降，水质恶化，沙化土地、盐渍化土地面积不断扩大，天然植被大面积衰退、死 亡。许多学者从民勤绿洲农业生产活动、荒漠植被变化、土地利用状况、水资源状况、 荒漠化的人文机制等多方面展开了对绿洲的研究，探讨绿洲荒漠化成因，寻找切实可 行的防治对策【2 6 。3 1 j 。邹应双等【3 2 l 利用r s 与g i s 技术，研究了民勤湖区近2 0 年来土地 利用动态变化，探讨了湖区生态环境恶化状况，揭示了水与人两因素是湖区生态环境 恶化的主要原因。马兴旺1 33 i 研究并模拟土地利用对水资源时空变化的影响，以及绿洲 水资源变化对绿洲土地利用的影响，据此提出了绿洲荒漠化防治模式。 运用景观生态学的理论和方法分析民勤绿洲景观格局、动态，探讨景观变化过程、 机制，目前的实例还不多。孙丹峰等m 】基于遥感信息，通过光谱特征和组合特征及它 们的空问结构特征，以1 9 8 8 年、1 9 9 2 年和1 9 9 3 年3 个时期t m 影像为数据源，采用 最大似然评价方法对民勤绿洲各荒漠化等级和区域荒漠化变化进行了初步研究。高志 海1 3 5 】运用植被指数( n d v i ) 研究了民勤绿洲1 9 8 7 年以来的植被覆盖变化。宋冬梅等【矧 将民勤绿洲划分为7 种土地利用类型，分析了近1 4 年来绿洲景观格局与动态变化，并 从土地利用角度分析了绿洲荒漠化的成因。 本文在野外调查的基础上，运用景观生态学的理论和方法，基于遥感( r s ) 在地 理信息系统( g i s ) 中的应用，对1 9 8 7 年以来民勤绿洲的景观格局及其动态变化进行 了系统分析。根据5 0 年代以来的气候、社会经济等统计资料分析了绿洲荒漠化的成因， 并进一步提出了防治荒漠化的对策。 2 民勤绿洲景观格局与动态及荒漠化成因分析 2 1 研究区概况 2 1 1 地理位置 2 研究区概况与研究的技术路线 民勤县地处河西走廊东北部。地理位置在东经1 0 3 。0 3 一1 0 4 。0 2 、北纬3 8 。0 5 - 3 9 。0 6 7 之间。隶属甘肃省武威地区，南邻武威市，西接永昌县，东与北分 别与内蒙古阿拉善左旗、阿拉善右旗接壤。东西长2 0 6 k i n ，南北宽1 5 6 k m 。土地总面 积约为1 6 1 0 4k m 2 。 2 1 2 地貌 图2 1 研究区位置示意图 f i g 2 1l o c a t i o no f t h es t u d ya r e a 民勤县位于石羊河下游，四周被低山、沙漠环绕，地势由西南向东北倾斜，四周 高起，中部低平，具盆地特征。海拔1 2 6 1 m - 1 9 6 9 m 。 根据地貌成因、形态和地表物质组成不同，全县分为3 种地貌类型： 2 1 2 1 平原地貌 平原地貌依成因分为湖积、冲积一洪积和洪积平原。湖积平原分布于绿洲周围和 沙漠腹地，如青土湖、麻茨杆湖、苏武山北麓等地，地势平坦，受风蚀严重，地表有 盐渍化；冲积一洪积平原分布于坝区和泉山区，地势平坦，土质肥沃，是民勤绿洲农 业生产的精华地带。洪积平原主要分布在山前山后，如苏武山南麓，地面多具碎石， n 1 t ；农业大学硕士学位论文 形态为倾斜平原，坡度2 2 ，7 。 2 1 2 2 风积地貌 风积地貌是绿洲外围的主要地貌类型。风积地貌按形态有新月形沙丘、垄状沙丘 和丛草沙丘。前者分布于绿洲以外的腾格里沙漠，高度l o m - - 5 0 m t 后者一般分布于 绿洲边缘及绿洲内部，高度l o m 或3 m - - 5 m 不等。大多数生长柽柳、白刺等荒漠植 被。 2 1 2 3 丘陵地貌 丘陵包括北部的抱疙瘩、雅布赖山、北山、独青山；西部的长沙蛉、红山梁、莱 菔山；东面的半个山、红岗山、枪杆岭山；南面的馍头山、红崖山、阿拉古山；中部 的狼跑泉山、林山等。因受外营力的长期剥蚀，均为岛状孤山，除抱疙瘩海拔1 9 3 6 m 外，其余都为海拔1 6 0 0 m 以下的低山或丘陵。 2 1 3 气候 民勤深处亚洲大陆腹地，是一个沙漠盆地气候干燥，夏热冬寒，温差悬殊，日 照充足具典型大陆性气候特征。 民勤地区气候的基本特点如下： ( 1 ) 气候干旱，降水少，蒸发大。民勤县多年平均降水量1 1 2 m m 左右，虽高 年份1 8 8 1 m m ( 1 9 7 3 年) ，最低年份4 2 2 m m ( 1 9 6 2 年) 。降水的年际变化较大，年降水 量平均绝对变率2 7 7 m m ，平均相对变率2 4 5 ，极端绝对正变率7 1 9 m m ( 1 9 7 3 年) ， 极端绝对负变率7 1 3 m m ( 1 9 6 2 年) 。年平均降水日数4 0 8 d ，日降水量0 1 m m 的天数 只有3 2 d ；年平均降雪日数7 2 d ，积雪日数l l d ，降雪量很少。降水季节分配不均匀， 多集中在夏末秋初，7 、8 、9 三个月的降水量占全年降水量的5 7 。多年平均蒸发量 2 5 9 3 m m ，是降水量的2 3 倍，作物生长期( 4 月一7 月) 的蒸发量占年蒸发量的7 0 ， 强烈的蒸发对潜水的矿化和土壤盐渍化起很大的作用。干燥度大于4 。 ( 2 ) 温差大，日照充足，热量丰富。据民勤县1 9 5 3 年一2 0 0 3 年气象资料统计 分析，多年平均气温8 1 4 ，极端最高气温4 1 1 ，极端最低气温一2 7 3 。c 。无霜期 1 7 5 d ，全年1 0 的积温3 1 4 7 8 ，全年平均曰照时数3 0 2 1 h ，4 月一9 月平均每天 日照9 h 以上，1 2 h - 1 4 h 的长日照达4 5 d ，年均日照百分率为“。 ( 3 ) 大风日数多，风速大。风多且风级数大是本区特点，全年盛行风向为偏西 与偏东风，年平均风速2 8 m s ，最大风速3 lr r l s ，六级以上大风绝大多数是 西北风，八级以上大风日数年平均2 7 6 d ，最多达4 3 d ，沙尘暴日数3 l ，l d ，6 月中旬 至7 月上旬常有干热风。 2 1 4 水文 2 1 4 1 地表水 民勤县境内唯一的地表水源为石羊河。石羊河发源于祁连山，径流主要靠祁连d 4 民勤绿洲景观格局与动态及荒漠化成因分析 冰雪融水和山区降水补给。石羊河上游自东向西由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、 金塔河、西营河、东大河、西大河等8 条支流组成，后两条主要流入金昌市，最下游 为昌宁盆地；前6 条出山口后被上游的凉州区和古浪县耕地引灌，引灌后的余水、洪 水和潜入地下的灌溉渗漏水在中游出露，形成红水河、臼塔河、清水河、南沙河、北 沙河等河流，于民勤县境南部汇合成为石羊河，流入民勤，进入红崖山水库。 由于上游工农业生产的发展，用水量不断增加，石羊河流入民勤的水量自5 0 年 代以来一直呈减少趋势。2 0 世纪5 0 年代进入民勤盆地的水量为5 7 3 1 0 8m 3 ，2 0 世 纪6 0 年代减少为4 4 3 1 0 8m 3 ，7 0 年代为3 1 7 1 0 8m 3 ，8 0 年代则为2 2 9 l o sr n 3 ， 9 0 年代平均不足1 5 l o sm 3 。地表水资源的持续减少，迫使民勤县过度开采地下水， 极大地影响了民勤绿洲的可持续发展能力。 为了缓解民勤用水压力，2 0 0 0 年9 月，甘肃省景电二期向民勤调水工程正式建成， 并投入使用。工程设计输水能力为0 6 1 1 0 8m a - 1 ，2 0 0 1 年实际调水量为0 4 7 1 0 8 m 3 ，河道渗漏损失o 1 2 xl o sm 3 ，实际进入红崖山水库的水量为o 3 5 1 0 8m 3 。民勤 调水工程在一定程度上缓解了民勤的用水紧张状况，但因用水缺口太大，不能从根本 上解决问题。 2 1 4 2 地下水 民勤绿洲的地下水总资源量指地下水的天然补给量，包括和地表水不重复的补给 量与和地表水重复的补给量两部分。据王耀琳等1 3 6 j 分析估算，和地表水不重复的补给 量包括两部分，一是地下径流侧向补给，民勤地区可消耗的地下径流为0 4 9 1 0 8m 3 ： 二是降水、凝结水的有效渗入，总量为0 1 1 1 0 8m 3 。和地表水重复的补给量包括地 表水渠系有效渗入o 8 1 l o sr r t 3 和地表水田问有效渗入o 0 5 1 0 sm 3 ，共0 8 6 1 0 8 m 3 。这样，民勤绿洲地下水的总资源量为1 4 6 1 0 8m 3 。 2 1 5 土壤 民勤县境内土壤主要由耕作土壤和自然土壤组成。耕作土壤分布于绿洲腹地，由 灰棕漠土、革甸土、草甸沼泽土等经长期灌耕淋溶、耕作施肥等人为成土作用演变形 成的绿洲灌淤土、盐化灌淤土、沙化灌淤土、灌淤潮土和盐化潮土等构成。其中，绿 洲灌淤土分布在绿洲腹地中南部，质地以轻壤、中壤为主，海拔相对较高，地下水质 好；该类土壤比较肥沃，养分含量较高，保肥保水性能较好，适种范围较广，产量较 高且稳定，属民勤高产土壤。盐化灌淤土主要分布于6 0 年代时地下水位3 m - 5 m 、 矿化度2 0 0 0 m 鲫- 3 0 0 0 m 鲫以上并且地形较低的泉山及湖区南部。该类土壤剖面特征 及耕层养分状况与绿洲灌淤土相似，但是由于l m 土体内可溶盐分含量高于绿洲灌淤 土，作物易遭受不同程度盐害，产量低而不稳，属低产土壤。沙化灌淤土分布于流动 沙丘、半固定沙地和平沙地分布比较集中的东南一带，由于风蚀，地面覆盖一层厚薄 不等的细沙，养分含量低，保肥保水性能差，作物产量低而不稳定，多风年禾苗常常 被流沙埋压打死而颗粒无收，属质量最差的耕作土壤。灌淤潮土主要分布于湖区中部 的外河、石羊河两岸的低阶地和洼地上，该类土壤养分含量较高，水分条件好，不受 5 河北农业大学硕士学位论文 沙化和盐碱威胁。民勤耕作土壤的主要特点是，土壤肥力偏低，限制因素多，特别是 灌溉用水严重不足使土壤肥力难以充分发挥作用。民勤自然土壤主要分布在绿洲农区 边缘及外围，主要类型有灰棕漠土、风沙土、盐土和草甸土。 2 1 6 植被 民勤绿洲历史上水草丰盛，沼泽和草甸植被是过去绿洲主要原生植被。随着石羊 河上游来水逐渐减少，湖水干涸，沙漠入侵，原生植被退化，生长衰弱，并有进一步 退化趋势。民勤县的植被总体上可分为绿洲人工植被和自然植被。 2 1 6 1 人工植被 人工植被可分为两部分，一部分是绿洲内部和边缘地带的农田林网、小面积片林 和农作物，这是绿洲覆盖的主体；另一部分是上世纪6 0 年代以来在绿洲外围人工营 造的防风固沙林，面积约4 5 1 0 4h m 2 ，造林树种主要有梭梭( h a l o x y l o n a m m o d e n s r o n ) 、柠条( c a r a g a n ak o r s h i n s k i i ) 、花棒( h e d y s a t u r ns c o p a r i u m ) 、沙枣 ( e l a e a g n u sa n g u s t f 向妇谗 ，其中梭梭和沙枣的面积约占8 0 ，研究区西南部的西沙窝 地区保存的连片梭梭固沙林面积就达4 7 1 0 3h m 2 。由于地下水位下降、树种单一、 造林密度大、病虫害严重等原因，人工固沙林已严重衰退，到目前为止，约i , o x1 0 4 h m 2 的沙枣人工林已完全死亡，5 0 - - 6 0 的梭梭人工林也衰退严重。 2 1 6 2 自然植被 受典型的干旱荒漠气候的控制，民勤县的自然植被主要是荒漠植被，具有组成种 类少、层片结构简单、生产力低等特点。研究区共有种子植物约1 5 0 多种，分属于 3 6 科1 1 5 属，主要由早生、超早生的灌木、半灌木和小灌木组成。这些植物形成的 荒漠植被组成简单，结构稀疏，多数群落的盖度在1 5 以下，流动沙丘上的植被盖度 通常在5 以下。 民勤县的自然植被按地貌、土壤和植被特征可分为： 砾质荒漠植被：主要分布于低山、剥蚀残丘和砾质戈壁区。植被组成以沙生灌木、 半灌木和一年生、多年生草本植物为主。主要的植物种有珍珠( s a l s o l a p a s s e r i n a ) 、 红砂( r e a u m u r i as o o n g o r i c a ) 、泡泡刺( n i t r a r i as p h a e r o c a r p a ) 和戈壁针茅( s t i p a g o b i c a ) 等。 沙质荒漠植被：主要分布在平沙地和固定程度不同的沙垄、沙丘及丘间低地上。 植被由沙生灌木、半灌木与一年和多年生草本组成，主要植物种包括白刺( n i t r a r i a t a n g u t o r u m ) 、沙蒿( a r t e m i s i aa r e a n a r i a ) 、霸王( z y g o p h y l l u mx a n t h o x y l o n ) 、芦苇 ( p h r a g m i t e sc o m m u n i s ) 、砂生针茅( s t i p a g l a r e o s a ) 和沙葱翻i l i u m m o n g o l i c u m ) 等。 盐渍化草甸植被：主要分布在绿洲边缘的低地和其它盐渍化土地上。植被主要由 叶肉质的耐盐或喜盐植物组成，如盐爪爪( k a l i d i u mf o l i a t u m ) 、翅碱蓬( s u a e d a h e t e r o p t e r a ) 、芦苇( p h r a g m i t e sc o m m u n i s ) 、芨芨草( a c h n a t h e r u ms p l e n d e n s ) 和马 蔺( i r i sl a c t e a ) 等。 民勤绿洲景观格局与动态及荒漠化成因分析 2 1 7 社会经济 民勤县内共有民勤、昌宁和环河3 块绿洲。全县共有2 3 个乡( 镇) ，其中包括 2 0 个农业乡( 镇) 和3 个牧业乡( 镇) 。全县土地总面积1 6 1 0 4k m 2 ，其中，绿洲 面积占总面积的1 6 。截止2 0 0 3 年底全县总人口约3 0 7 万人，其中农业人口2 5 0 万人，占总人口的8 1 4 。绿洲人口密度达到2 2 3 人k m 2 。 民勤是典型的绿洲农业县，种植业比较发达，夏粮以春小麦为主，秋粮以玉米为 主。经济作物商品率高，是农业的支柱之一，黑瓜子、瓜类、茴香、葵花子、棉花、 油料等都具有一定的生产规模。工业基础薄弱，相对落后，主要工业生产品有原煤、 面粉、白酒、建筑材料、地毯等。 民勤县一、二、三产业的比例分别为5 2 7 、1 9 9 和2 7 4 。就农业结构而言， 农林牧副各业比例分别是，种植业占7 7 ，林果业不足3 ，牧业占2 0 ，副业比重 不足0 1 。从收入看，种植业收入占农业总收入的8 0 。全县农民人均纯收入2 6 7 8 元。全县耕地面积有近8 x 1 0 4 h m 2 ，但由于缺水，多年来只有6 0 多的耕地在耕种， 播种面积一直在5 l o h m 2 左右，其中小麦播种面积占到4 5 ，玉米1 6 ，棉花1 0 ， 籽瓜8 ，白兰瓜、茴香、蔬菜等占的比例很小。 林业生产是民勤县农业发展的重要保证。到2 0 0 3 年底，民勤县森林面积约8 5 x 1 0 4h m 2 ，比上一年新增造林面积7 4x1 0 3h m 2 ，森林覆盖率由2 0 0 2 年的9 3 增至 2 0 0 3 年的1 0 6 4 。为保护民勤的天然植被，1 9 8 2 年甘肃省人民政府批准建立甘肃省 连古城自然保护区( 省级) ，面积1 4 1 0 4h m 2 ，主要目的是保护绿洲和荒漠过渡区 的天然灌丛植被，其核一i i , 区即是绿洲西部边缘的沙生植物灌丛带。2 0 0 1 年，国家批 准建立甘肃省连古城国家级自然保护区，面积扩大到3 9 1 0 5h m 2 ，不但保护范围更 大，而且保护对象既包括了原有的沙生植被，又增加了荒漠生态系统。国家级自然保 护区的建立，必将有力地促进民勤县天然植被的保护和绿洲荒漠化防治工作。 2 2 研究技术路线 本研究的范围为民勤县三块绿洲之一的民勤绿洲，它是民勤县绿洲的主体，面积 约4 5 0 1 5 3 k m 2 。 2 2 1 主要数据来源 ( 1 ) 1 9 8 7 年和2 0 0 1 年两期美国陆地卫星( 1 m ) 遥感数据； ( 2 ) 2 0 世纪5 0 年代以来民勤县的气象数据和社会经济统计数据； ( 3 ) 2 0 0 3 年8 月一9 月和2 0 0 4 年8 月，对民勤县进行了植被和土壤调查，共调查 植物群落样方8 7 个，利用g p s 定位遥感解译野外参照点3 2 3 个。 河北农业大学硕士学位论文 2 2 2 研究方法 ( 1 ) 民勤绿洲景观格局与动态分析：运用景观生态学研究方法，在野外调查基础 上，以遥感( r s ) 和地理信息系统( g i s ) 为主要技术支持，采用f r a g s t a t s 软件包作 为景观格局分析工具，采用g 1 s 的空间分析功能计算两期影像景观要素之间的相互转 化。 ( 2 ) 民勤绿洲荒漠化成因分析：利用2 0 世纪5 0 年代以来民勤县的气象数据和社 会经济统计数据分析民勤绿洲荒漠化成因。 本文的技术路线见图2 2 图2 2 技术路线示意囤 f i g 2 2f r a m e w o r ko f t h es t u d y 民勤绿洲景观格局与动态及荒漠化成因分析 3 民勤绿洲景观分类与制图 景观分类与制图是景观生态学研究中的基础性工作。由于景观生态学起步较晚， 景观分类与制图无论在理论上还是方法上都还不十分成熟。 关于景观分类，通常有两种观点：( 1 、从传统的土地分类的角度来划分，融入生 态学观点。这方面以加拿大的生态土地分类为代表，欧洲学者也多持这种观点。该观 点主要强调景观的整体性，通常有严密的分类体系和专门的术语。( 2 ) 基于f o r m a n 和 g o d r o n 的景观生态学思想，即景观是由相互作用的生态系统组成的镶嵌体1 3 】。美国 学者多持这种观点，主要强调景观空间上的异质性和景观要素之间的相互作用，通常 没有严格、固定的分类体系和专门的术语。从应用上来说，第一种观点更为严谨，第 二种观点比较灵活，但有时带有一定的随意性。无论采取何种观点进行分类都必须结 合研究对象的特点和研究的目的。从国内外发表的文献看，多倾向于第一种观点1 3 8 4 0 】。 本研究中的景观分类系统的建立采用第二种观点，并以下述原则为指导思想f 4 l j ： ( 1 ) 综合性原则：景观是区域综合体，因而对其分类应体现出综合体的特征。( 2 ) 主导因子原则：景观的形成是多种因子综合作用的结果，但各种因子在景观形成中的 作用是不同的，景观分类要反映出控制景观形成过程的主要因子。( 3 ) 实用原则：对 景观类型的划分，应因其实用目的而定，对同一景观而言，不同的研究者，其目的不 同，研究的侧重也不同，因而对景观的分类也就不一样。考虑到人类活动对于景观演 化的主控性，当前流行的景观分类多在其高级单元中体现出人类活动对景观形成的影 响，区分出自然景观和人为主导景观。( 4 ) 功能与过程一致性原则：任何景观都具有 定的结构，执行一定的功能。同一类型的景观或景观要素具有相似的结构，执行的 功能和控制的生态过程具有相对的一致性。 3 1 景观分类系统的建立 结合研究区的特点，根据课题研究的需要和所能获得的资料情况，将民勤绿洲景 观要素类型划分为：林地、耕地、荒漠植被、革甸、次生盐碱地、居民地、流动沙地、 干河床、水体等9 大类。林地包括沙枣林和梭梭林。荒漠植被包括5 个亚类，即白刺 荒漠、柽柳荒漠、红砂荒漠、沙蒿荒漠、盐爪爪一黑果枸杞荒漠。草甸包括芨芨草草 甸和拂子茅一高禾草草甸2 个亚类。水体主要指水库。因此，本研究中民勤绿洲景观 要素类型划分为9 大类，共1 5 小类( 表3 1 ) 。景观格局与动态分析按照1 5 种景观要 素类型进行分析和计算。 9 河北农业大学硕士学位论文 表31 民勤绿洲景观分类系统 t a b l e3 , 1l a n d s c a p ec l a s s i f i c a t i o ns y s t e mo f m i n q i no a s i s 3 2 遥感影像的监督分类 本研究选用l a n d s a tt m 影像为基本数据源，其地面分辨率为3 0 m 。收集了1 9 8 7 年和2 0 0 1 年研究区2 期t m 影像数据。在使用前，对两期影像数据进行了几何校正 和辐射校正。影像的成像时间及部分成像参数见表3 2 。 表3 2 研究用t m 影像数据背景资料及部分成像参数 t a b l e 3 2b a c k g r o u n dd a t aa n ds o m ei m a g i n gp a r a m e r e r so v r mi m a g e s c o v e d 坚s t u d y a r e a 遥感影像是地表物体反射或发射电磁波特征的记录，是地表景观特征的综合反映。 根据由波谱曲线所决定的影像特征来识别物体的性质是遥感应用的基础，景观光学特 性综合反映了植被和土壤的特征。植被覆盖在土地最表层，是遥感图像反映的最直接 信息。 遥感影像分类是将影像中的所有像元按其性质分为若干个类别的技术过程。分类 方法主要有监督分类和非监督分类两种。监督分类( s u p e r v i s e d ) ，又称训练分类法， 1 0 民勤绿洲景观格局与动态及荒漠化成因分析 即用被确认类别的样本像元去识别其它未知类别像元的过程。已被确认类别的样本像 元指那些位于训练区内的像元。在分类过程中，通过在影像上对每一种类别选取一定 数量的训练区，计算机可以计算每种训练区样区内的统计或其它信息，每个像元通过 和训练样本做比较，最终按照不同规则将其划分到和其最柏似的样本中。 在能够准确选择训练区的条件下，监督分类的精度高于非监督分类。本研究由于 对研究区比较了解，结合2 0 0 3 年和2 0 0 4 年连续两年在野外所作植被和土壤调查资料 以及积累的3 2 3 个野外控制点( g p s ) 数据( 表3 3 ) ，本研究最终采用了最大似然监督 分类法。 表3 3 景观要素类型的野外控制点 t a b l e 3 3t h eg p s p o to f t h el a n d s c a p ee l e m e n t i nf i e l d 3 3 景观制图 景观类型图是根据景观分类的原则综合表现地表景观中各种景观要素类型的相互 关系并通过各个景观要素的分布和组合反映地表景观的空间特征的一种专题地图。它 是景观分类在空间上的具体体现。景观生态学以研究空间关系见长，因此景观制图在 景观生态学中占有重要地位。 景观制图一般有两种方法：( 1 ) 通过对航片