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植被、地貌是构成地表生态地理格局与过程的主要因素,二者相互作用形成地表丰富多彩的景观类型。植被、地貌也是地球各种营力、自然过程、生物和非生物环境条件的显性表示,对环境变化、人类干扰具有指示作用。位于半干旱气候区的风沙地貌,属于脆弱生态系统,容易发生沙漠化,同时也是全球变化的敏感地区,对地区生态安全具有重要影响。风沙环境中植被、地貌具有协同作用关系,植被影响沙丘形态形成及风沙地貌过程,而地貌又是植被空间分异的主导因素,二者之间既存在稳定的耦合关系,又处于协同变化之中。风沙区域植被地貌研究对于认识和评价诸如沙漠化、全球气候变化有重要意义;同时由于不同植被一地貌单元的自然禀赋不同,在土地利用方式、物种多样性保护、沙漠化治理及区域可持续发展中承担不同的作用和功能,因此也具有应用价值。
论文选择位于内蒙古高原东南边缘半干旱典型草原区的浑善达克沙地为研究区,利用遥感、GIS技术及多源空间、非空间数据从多尺度角度研究了浑善达克沙地植被、地貌类型的空间分布;建立了植被—地貌耦合单元及植被、地貌的协同演化模式;揭示沙地沙漠化的时空格局;分析了区域气候变化与沙漠化的关系,并对区域可持续发展的模式进行了探讨,形成了从小尺度的植被地貌关系到区域尺度的植被地貌分布、从植被地貌的静态耦合模式到二者协同演化的研究体系。论文主要结论及创新点有:
1、建立浑善达克沙地植被分区方案和地貌信息遥感提取方法。针对沙地分区存在的不足,提出了先利用降水进行初步分区,再利用植被、地貌区域分异进行界线修正的方法,沙地分为东部森林草原过渡区、中部疏林草原区和西部灌丛草原区。地貌形态遥感提取表明,沙地有新月形沙丘和沙丘链、梁窝状沙丘、沙垄、缓起伏沙地、抛物线状沙丘和草灌丛沙堆6种地貌形态,其中梁窝状沙丘是分布最广的沙丘形态。
2、建立了多尺度水平的植被地貌耦合关系。
①小尺度上,地形地貌是影响植被分布的主要因素,在丘间平原、缓起伏沙地、沙丘的地貌单元上,分布着不同的植被类型,形成13种典型的植被—地貌耦合单元,各单元具有不同的生态功能。
②景观水平上,地形地貌和降水影响植被地貌耦合关系,但地形地貌仍是主导因素,因为沙丘—丘间平原的地貌结构是沙地景观的基本单元,小尺度水平的13种植被—地貌耦合单元综合为景观水平的丘间平原单元、沙丘阳坡—缓起伏沙地单元、沙丘阴坡单元3个单元,它们在空间上组合成3种模式。
③区域水平上,降水是植被地貌耦合分布的主导因素,从东到西降水逐渐减少,地貌多样性增加,固定沙丘比例降低。
3、多角度分析了植被地貌协同变化关系。沙丘形成演化与植被具有密切关系,沙丘类型本身包含着植被特征,梁窝状沙丘、抛物线状沙丘、草灌丛沙堆、新月形沙丘分别隐含着不同的植被覆盖。建立了6种沙丘形态之间的演化关系,以及沙丘和丘间平原植被地貌的协同演化模式,同时从植被演替角度分析了植被地貌变化过程。
4、提出了一种景观指数选择方法,通过构建归一化差值指标来定量评价景观指数对格局变化的敏感性。该方法首先根据归一化差值指标值的大小建立初选景观指数集,然后再根据景观指数意义、指数行为及具体研究目的,对初选指数进行筛选,确立最终指数集,经试验验证该方法是一种可行的方法。
5、利用多时相、多源遥感数据分析了浑善达克沙地1987年到2006年期间的沙漠化时空变化过程。
①沙地沙漠化分为两个阶段,第一阶段从1987—2000年,为沙漠化快速发展期,生态系统呈现快速恶化态势:第二阶段从2000—2006年,为沙漠化缓减期,沙漠化速率明显降低,固定沙地面积增长。
②格局变化过程与沙漠化过程相对应,在沙漠化快速发展阶段,固定沙地占优势的景观发生破碎化,斑块数量增加,斑块平均面积、最大斑块指数降低,斑块空间分布均匀性增加;在沙漠化缓减阶段,斑块联合形成较大斑块,斑块数降低、斑块平均面积、平均距离、最大斑块指数增加,斑块均匀度下降。
③各植被区沙漠化具有不同特点,东部森林草原区虽然半固定沙地和流动沙地增加了很多,但是固定沙地仍然占绝对优势,沙质草原被流动沙地或半固定沙地蚕食是主要的沙漠化过程;中部疏林草原景观区的沙漠化过程主要表现为固定沙地被半固定沙地、流动沙地不断蚕食,在2006年固定沙地、半固定沙地和流动沙地在景观中所占比例相当,景观中最大斑块为流动沙地;西部灌丛草原区的沙漠化也表现为固定沙地被蚕食,但固定沙地仍然处于优势地位。
④针对流动沙地的空间变化检测表明,过去20年里流沙扩展规模远大于流沙逆转,流沙扩展主要是原有流沙斑块向四周扩展,目前流动沙地已经形成几条流沙带,这是沙漠化治理的一大挑战。
6、沙漠化原因及治理对策分析。沙地1971-2000年30年的温度、降水、干燥度和风速变化表明,区域气候有利于沙漠化逆转,气候不是沙漠化的主要原因,而人类活动才是沙漠化的主要原因。人口增长只是沙漠化的诱因,实质上不合理的生产、管理方式才是沙漠化的主要因素。治理沙漠化,实现区域可持续发展是一项复杂的系统工程,需要思想观念、政策制度,以及生产技术的改变和改进。根据实际情况区域可持续发展模式有:人工高产草地—养殖畜牧业模式、舍饲畜牧业模式、封育—生态移民模式和自然保护区模式。