牧区道路时空变化及其对草原植被影响研究

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草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,也是牧区牧民赖以生存的境地。随着人类活动的加剧,道路不断延伸和扩张,引起草原直接和间接退化现象越来越严重,加之道路对生态环境的各种影响在时间上具有一定的滞后性,往往容易被人们所忽视,因此亟待厘清草原道路变化及其对植被生态的影响机制,为牧区道路规划及生态系统稳定提供科学依据。为此,本文选取阿巴嘎旗那仁宝拉格苏木为典型研究区,通过提取2009年和2017年研究区道路,利用GIS空间分析技术,从时间、空间、密度、方位等多角度来分析草原道路的时空分布及变化特征,并深入探讨海拔、坡度、水系等自然因素和政策、居民点、道路建设等社会因素对草原道路发展的影响;基于Landsat TM/ETM、MODIS获取的植被NDVI、NPP数据和野外调查与访问获取的草场植被样方数据来综合反映2009-2017年研究区植被变化特征,通过叠加道路数据,进一步揭示道路扩张对植被退化的影响机制,主要结论如下:(1)阿巴嘎旗那仁宝拉格苏木的道路以三级道路为主,二级道路次之,一级道路最少。2009年和2017年三级道路所占道路总长比重超90%以上;两时期内,除一级道路未变外,二级道路和三级道路总长均有增加,且北部地区道路密度有明显增加;从道路分布方位来看,道路分布方位椭圆中心向西方向移动25.95 m,向北方向移动1298.94 m,并且椭圆的长轴和短轴均有放大,旋转角度放大1.53度;从上下级间道路空间分布变化,一级路与二级路中心距离增加,二级路与三级路的重心距离呈缩小,说明二级道路以在一级道路以外扩张为主,三级道路在二级道路附近加密为主;从道路与居民点位置变化来看,居民点的增加与扩张对道路的位置和数量变化有较大影响;从典型牧户草场内道路变化来看,靠近二级道路的3个典型牧户草场道路扩张明显,靠近一级道路的典型牧户草场道路无明显变化。(2)低山丘陵的阿巴嘎旗那仁宝拉格苏木道路空间分布在一定程度上受自然要素如海拔、坡度等地貌因素的影响。其中研究区道路有70%以上分布在高程为1300 m以下的地方;2009年道路密度随海拔升高而增大,但不显著,而2017年道路密度与海拔有显著正相关,且从2009至2017年间,道路密度变化随着海拔升高而增大;交通道路密度在各坡度水平上分布均表现为随坡度增加道路密度递增的特点,但不具有显著相关性,且坡度范围很小;该区域低洼谷底对交通道路密度增加值在一定程度上随距季节性河谷的缓冲距离而增大。(3)研究区内归一化植被指数NDVI空间上有接近一半的面积呈下降趋势,降低区域主要分布在那仁苏木中北部地区;NDVI变化绝对值随着与道路距离的增加,变化绝对值减小,说明离道路近的地方,NDVI变化大,植被受影响较大,退化明显,离道路越远,NDVI变化越小,植被受影响越小;研究内植被生物量NPP空间上有80%区域减少,NPP变化绝对值随着与道路距离在100 m范围以内,离道路越远,植被生物量受到的影响越小,超过100 m范围可能受道路影响较小。(4)基于牧户草场内及附近进行植物样方对比分析道路对植被影响,从对草场生境影响来看,五个牧户网内草场植物样方和路边植物样方的JACCARD指数大多低于0.45,说明对路边植被生境破坏较严重;从对植物组成结构影响来看,路边植物结构要比网内简单;从对植物数量结构影响来看,路边物种数量要远少于网内物种数量;从对植物群落生活性结构差异影响来看,网外路边样方内植物群落生活型结构表现为一家独大,网围栏内部植物群落生活型则相对更为平衡。综合来看,路旁样方内植物群落的科属种、多样性指数、生活型结构平衡性均要低,说明道路扩张对道路两旁植被生态系统稳定性有较大影响。
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