干旱区内陆河流域斑块植被格局、动态及其功能研究—以黑河流域为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 何志斌 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-11-26 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 赵文智 |
| 关键词 | 干旱区 内陆河流域 黑河流域 斑块植被 分布格局 空间异质性 斑块动态 生态水文功能 |
| 其他题名 | Study on Spatial Patterns, Dynamic and Functions of Patch Vegetation in Inland River Basin of Arid Region —a Case Study of Heihe River Basin |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 在干旱区内陆河流域，斑块植被普遍分布在整个流域，从上游山区的斑块森林、中游荒漠斑块灌丛到下游荒漠河岸林斑块。这些斑块是气候、地形、土壤和植被的长期作用的结果，是一种稳定的植被分布格局，对人工植被生态系统恢复具有科学的指导意义和模拟样板作用。本文以景观生态学、生态水文学和土壤学的理论为基础，采用高分辨率遥感影像、野外实地调查数据、长期定位观测数据、实验室分析数据和历史观测资料，并通过3S技术与地统计方法分析研究了黑河流域不同类型的斑块植被分布格局、空间异质性程度、植被动态过程以及生态水文功能。获得初步结论如下： 1斑块植被格局及其空间异质性 干旱区内陆河流域由于气候、地形、水资源等的影响，使流域上、中、下游斑块植被的种类、斑块面积、形状和空间分布格局都存在较大的差异，以黑河流域为例研究的结果表明：黑河流域上游山区森林斑块主要分布在阴坡和半阴坡，海拔和地形是影响斑块空间异质性的主要因素。在斑块内部，由于采伐干扰引起有效资源的空间异质性，导致林分密度和空间格局发生明显变化。从森林恢复的整个过程来看，林分密度出现先增大后减小的趋势，而树龄组成结构的空间异质性程度则出现相反的变化趋势，其空间自相关尺度A0从5.51m（恢复期为0年）减小到0.99m（恢复期为30年），再增大到20.87m（恢复期为70年）。此外，残留林木的空间位置对次生幼林空间分布格局也有较大影响，在残留林木较集中的区域，实生苗明显少于空地，增大了次生林的空间异质性，但是对次生林自疏过程有重要的意义。 黑河中游荒漠及荒漠绿洲过渡带植被呈灌丛斑块分布格局，对这些灌丛斑块的格局、异质性及其对空间尺度的依赖关系研究表明：（1）在不同的生境条件下，灌丛斑块大小和空间格局存在明显的差异。戈壁生境中的泡泡刺种群趋向于小斑块、大密度，空间自相关尺度较小（15m），而沙漠生境中趋向于大斑块、小密度，空间自相关尺度（25m）大于戈壁生境。（2）过渡带斑块植被对空间尺度有较强的敏感性，并且空间异质性程度越高的种群对空间尺度越敏感，对荒漠绿洲过渡带泡泡刺和红砂种群的例证研究表明：野外调查所采用的样地面积和样方粒度对斑块植被的空间格局及异质性都存在较大的影响，如果样地面积太小，包容不了影响植被空间异质性的环境因子，所以在这个尺度上（样地面积）计算的空间异质性参数不能真实反映整个荒漠绿洲过渡带的植被空间格局；样方太小时，样方间的数据差异很大，这种差异足以掩盖由空间位置不同带来的差异；但样方太大，样方间的数据趋于同质，异质性程度减小，结果难以反映植被空间异质性。因此，野外调查的样地面积和样方大小不能随意选择，而是要根据斑块对可塑性面积单元的敏感程度来判断。如泡泡刺种群的野外调查样地面积应不小于200 m×200 m，而红砂种群应不小于100 m×100 m，并且两个种群的样方粒度应在20×20m到30×30m之间。（3）荒漠斑块植被物种多样性随空间尺度增大其空间依赖性减弱，种-面积曲线斜率z值随空间尺度增大呈幂函数降低曲线，从1m2增大到100m2、1km2的尺度，z值从0.370降到0.213、0.035，并且在100m2的尺度上出现拐点，这表明了100m2正方形调查样方基本可以反映荒漠植被物种多样性的信息，可以作为野外调查的样方面积。 黑河下游天然荒漠河岸林植物种群斑块格局明显，沿河道至荒漠的断面上依次分布着胡杨、柽柳、苦豆子和荒漠灌丛等，斑块内部异质性较小，斑块之间异质性增强。出现空间异质性变化最大的尺度为400m，该尺度与种群替换尺度基本一致。而斑块内部因不同种群而变化，苦豆子和柽柳具有较大的空间自相关尺度，而胡杨种群的空间异质性随尺度变化复杂，受到多个生态过程的影响。 2 斑块植被动态及其驱动因子 山区森林斑块动态主要受气候变化和人为干扰的影响，以祁连山中段排露沟流域为例研究表明：采伐干扰事件促使林分密度呈指数曲线上升，在30年的恢复期内，其密度从2.1棵•100m-2增加到169棵•100m-2。当林分密度达到最大时，云杉林开始自疏过程，在恢复期为70年时其密度已下降至17棵•100m-2，其中主要保留树木在40-70龄之间，而且各龄级的保留率具有一定的空间依赖性。森林干扰普遍存在于不同的时空尺度上，在较大的时间尺度上，采伐干扰事件诱发了林木的生长释放，但在较小的尺度上，降水和温度却控制着林木生长。 荒漠绿洲过渡带泡泡刺灌丛沙堆动态变化主要受降水、地下水和沙埋的影响。维持泡泡刺种群正常生长发育的年降水量在110 mm 左右，但只有地下水位较深（>10m）时，泡泡刺才能成为优势种群，占据自己的生态位。研究区多年平均降水量为117mm，戈壁生境地下水位在12-13m，因此，泡泡刺种群生长旺盛。沙漠生境地下水位在3-5m，但沙埋干扰使泡泡刺成为优势种群。此外，绿洲沙漠过渡带退化或死亡的泡泡刺，并不是因为水分、沙埋或年龄因的素，而是放牧、鼠害所造成的。 3 斑块植被生态、水文功能 （1）山区斑块森林对径流的贡献。以排露沟流域为例研究表明：该流域云杉林面积占到整个流域面积的38%，而云杉林对流域径流量的贡献非常小。当平均降水量为407.1mm（2700m）时，云杉林对流域径流的贡献量为9352m3，仅占径流总量的2.6%，当降水量为376.2mm，云杉林还需要消耗掉18328m3土壤水。因此，山区斑块森林并不能增加流域径流量，甚至还消耗掉部分径流，而草地对流域径流贡献最大，超过60%，其次是裸岩和草甸，分别为32-34%和14-17%。表明山区森林斑块是主要的水分耗散区。（2）斑块森林水分调节作用。云杉林斑块的土壤水力传导度明显高于林斑上下边缘草地，斑块内土壤表层、20cm和100cm 土层的饱和水力传导度分别为0.378、0.987和2.631cm/s，因此，森林土壤能够使降水快速入渗，把地表径流转入壤中流，并且延长径流过程。此外，森林斑块的土壤储水量非常高，在排露沟流域森林土壤储水量占到整个流域的50%，这些水分能够调节干旱期林木需水。（3）斑块森林富集养分功能。排露沟流域斑块森林土壤有机碳平均含量为84.9±26.7g/kg，是阳坡草地的3倍。土壤有机碳含量变化主要受海拔、土壤含水量、植被类型、林木郁闭度等的影响，在空间上存在较大的变异。对于半阴坡0.17～0.89hm2的小林斑来说，其斑块面积大小并未明显影响土壤有机碳含量的变化，而土壤含水量是影响的主导因素。 中游荒漠灌丛沙堆也具有富集养分功能，在灌丛沙堆形成后，沙堆沉积物中腐殖质、有机与无机营养元素绝对含量虽然很低，但明显高于周围丘间地，所以在沙堆-丘间地系统中，灌丛沙堆是一个营养元素和有机物相对富集的肥沃之岛。泡泡刺、柽柳沙堆无论是灌木存活或者死亡，其沙堆的有机碳和全氮含量分别是流动沙丘10倍和20倍之多。此外，灌丛沙堆还具有防风阻沙，维护绿洲生态安全的功能。如泡泡刺灌丛沙堆是通过改变风沙流结构特征而起到防风阻沙的效果。与风向平行，距离泡泡刺30m、5m、泡泡刺沙堆顶和沙堆后5m的风速变化很小（6.7±1.4～7.9±0.9m/s），但在泡泡刺沙堆背风区一定范围会形成一个风速很小的弱风区（2.4±0.9m/s），改变气流结构，阻止流沙。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 141 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21539]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何志斌. 干旱区内陆河流域斑块植被格局、动态及其功能研究—以黑河流域为例[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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