旱区土地开发对环境破坏
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作者：李朝生 梁存柱 王炜 刘钟龄 单位：内蒙古大学生态与环境科学系
1区域环境概况
乌拉盖河上中游地区位于内蒙古锡林郭勒盟乌珠穆沁盆地东北部,北临蒙古,是大兴安岭西麓山前丘陵区的一部分。地理坐标在E118°42'-119°55',N45°33'-46°50'之间,面积为8660km2。本地区的地势东北高,西南低。东北部属于大兴安岭山系的宝格达山海拔约1500m,西南部海拔约900m。内蒙古最大的内流河—乌拉盖河发源于宝格达山,从东北到西南纵贯全境,其下游进入乌珠穆沁盆地最低处后逐渐漫流,两岸形成大面积的沼泽湿地和一些小型湖泡。本地区属中温带半湿润温凉气候区。年平均气温0℃左右,一月均温约-21℃,七月均温约20℃,年降雨量约400mm,无霜期约110天。土壤主要为黑钙土和暗栗钙土。乌拉盖地区的地带性植被是以贝加尔针茅(Stipabiacalensis)建群的草甸草原为代表。该区地形与生境类型多样,使植物群落类型有相应的分化,呈现出有规律的梯度序列。在该地区东北部的宝格达山,形成森林灌丛植被。北部与东部以丘陵为主,约占全区面积的3/4,主要植被类型是含有丰富杂类草的贝加尔针茅草甸草原;西南部为高平原漫岗,地势平缓,主要植被是以贝加尔针茅、羊草(Leyumschinensis)为主的草甸草原;往西,逐渐被大针茅(Stipagrandis)草原所替代。由于乌拉盖河及其支流斯尔基河纵贯全境,在河流中下游形成宽阔的河滩与阶地,成为多样化的草甸、灌丛、沼泽复合分布的湿地景观。长期以来,乌拉盖地区主要作为天然放牧场利用,成为我国目前保存较完整,人为扰动较轻的天然草原景观生态区域。近30年来,农牧业开发强度逐渐增大,农业开垦在60年代后期已有一定的规模,90年代以来又有很大扩展,主要集中于低山丘陵区的沟谷、缓坡和河滩阶地。
2研究方法
2.1技术路线本文的研究工作以乌拉盖地区不同时段的1∶20万TM假彩色卫片和1∶20万地形图为基础,在前人工作基础上,再进行详尽的地面调查,对乌拉盖地区的景观类型在相应的尺度上进行分类。并用arc/info等软件对景观类型分三个时期(1988-1992年,1993-1995年,1996-1997年)进行计算和分析,获得各时期的属性数据,根据这些数据对乌拉盖地区开垦活动影响下的景观格局进行动态分析。
2.2景观格局分析
2.2.1景观多样性指数(H)H值的大小反映景观要素的多少和各景观要素所占比例的变化,即表示景观类型的复杂程度。如果各景观类型所占比例差异增大,则景观多样性下降
2.2.2优势度
2.2.3均匀度(E)均匀度是描述不同景观类型的分配均匀程度。均匀度和优势度都是描述景观由少数几个主要景观类型控制的程度,这两个指数可以彼此验证优势度用来表示景观多样性对最大多样性的偏离程度或描述景观由少数几个主要的景观类型控制的程度。优势度越大,表明偏离程度越小,即组成景观类型所占比例差异大,或者说某一种或少数几种景观类型占优势;优势度小则表明偏离程度小,即说明景观的各种景观类型所占比例大致相当;优势度为0,表示组成景观的各种景观类型所占比例相等。
2.2.4景观的分离度(F)景观分离度是指某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度。本文中只考虑斑块的面积与个数对分离程度的影响其中,Fi为景观类型i的分离度;Di为景观类型i的距离指数;Si为景观类型i的面积指数;n表示景观类型i中的斑块个数;A为景观的总面积;Ai表示景观类型的面积;
3景观分类
在中等尺度上,根据研究区景观生态格局的形成过程不同,首先将该区分为人工景观和自然景观两大类。在人工景观中,又根据人工作用方式的不同分为两类;在自然景观中,根据植被、地貌、土壤等综合指标将其分为五类。
4结果分析
在各时期的景观类型图上进行计算、统计得相应的斑块面积和斑块个数
4.1景观多样性分析从表3的景观多样性指数可以看出,研究区的景观多样性在三个时期内呈递增趋势,不同时期间的增长率分别为9.11%和5.77%。表明,研究区的景观多样性随开发活动的不断加强而增加。
4.2景观优势度分析同样,优势度在不同时期也是递增的过程,各时期间的增长率分别为40.46%和11.61%,也就是说,组成研究区景观的各景观类型所占的比例差异在不断加大,即一种或少数几种景观占优势的地位在明显增加。
4.3景观均匀度分析研究区的均匀度在三个时期分别为0.2114、0.1702和0.1651,其递减率为19.49%和3.00%,表明景观中景观类型的分布不均匀程度随人工干扰的加大而增加,这与优势度分析所得的结论相同。
4.4景观分离度分析研究区中景观分离度的变化是复杂的。其中,农田和居民点这两个景观类型的分离度在递减,且农田的变化比居民点要迅速的多,第一到第二时期递减了96.28%,第二到第三时期递减了65.20%,而居民点则为34.11%和8.11%;相反,其余的景观类型的分离度则在不断增加,第一到第二时期按递增的速度排序为:Ⅳ>Ⅲ>Ⅴ>Ⅵ=Ⅶ,第二到第三时期按递增的速度排序为:Ⅲ>Ⅳ>Ⅴ>Ⅶ>Ⅵ。还可以看到,自然景观类型的变化远远没有人工景观类型的变化迅速,前者均在6%以下。
5结论与讨论
5.1开发活动强度与景观格局从上面的分析可以看出,研究区的景观多样性是随开发活动的加强而不断增加的。这似乎与我们曾讨论的该区的破碎化随开发活动的增强而增强相矛盾,也与曾有过的关于景观多样性与人类活动强度关系的研究相矛盾。但在中等尺度上,就该地区的实际情况来看,其景观格局的基本构型以特大斑块为主,基本呈聚集分布,故景观格局均质单一,人类对该区景观结构的影响大部分是在此特大斑块上,如开垦农田及居民点的扩展等,也就是说,是一个景观类型的数量增加的过程。即,就该区而言,景观多样性相对较低,对研究区的开发利用势必导致景观多样性由小到大再到小的过程。而本文研究所选的时段,正是该区景观多样性由小到大过程中的一小部分。优势度的增加,表明了在研究区中农田这一景观类型对整个景观的控制程度在不断加大。而均匀度减小,也同样说明了人类活动的加强使得人工景观对整个景观格局的影响在不断加大,甚至可以成为景观格局中的主导类型。分离度的变化是较为复杂的。在人工景观中,分离度不断减小,也就是说,人工景观类型的分离度与人类活动强度成反比;而在自然景观中,景观类型的分离度反而增大,这也说明,人类活动对自然景观的切割,必然造成自然景观的分离。综上,就本研究区而言,在人类活动不断加强的过程中,景观类型基本不变,但斑块数量迅速增加,由108到504再到966,其中以人为景观中的农田景观增加为最。本研究区景观格局的基本构型以大斑块为主体,基本呈聚集分布,相对均质,虽然人类干扰不断加大,但景观多样性、优势度即、均匀度相对而言都处于较低水平。就人类活动与景观格局的相互关系而言,是一个复杂的问题。在研究时,不仅要考虑原始景观格局这一因素,而且研究时所选取的时间序列在整个景观过程中处的地位也是不可缺少的因素之一,即景观格局与景观过程是相互影响的。
5.2存在的问题与对策从所选的四个指数增长率来看,开发早期的变化是巨大的,对景观格局的影响也可能是最大的,因此在开发前对开发地区进行合理的规划、设计是必要的。而且,在开发过程中进行动态的监测和管理以取得更优化的对策同样必不可少。
5.2.1存在的问题从分离度看,在人工景观中,以农田的分离度递减为最,大约分别减到前一时期的1/27和1/3;而在自然景观中,以低山丘陵草甸草原景观和高平原漫岗草甸草原景观的递增为主。也就是说,在该区的开发过程中,以开垦农田为主,而且多集中于低山丘陵和高平原漫岗区域。大斑块被切割破碎,不但破坏了自然景观的完整性,而且容易造成土地风蚀、水蚀等侵蚀的加剧;造成土地退化、生物多样性减少、恢复迟缓等一系列现象,既不利于该区畜牧业的发展,也使得人类自身的生存环境恶化。虽然乌拉盖河源头的山地森林灌丛没有丧失其功能,但源头附近低山丘陵、高平原漫岗及河流阶地的大量开垦,潜在的侵蚀危险已变为现实:1998年夏季乌拉盖水库的决口,虽与当时的大量降水有关,但与其上游水源涵养地的破坏也不无关系。
5.2.2相应的对策保持低山丘陵和高平原漫岗草甸草原景观的相对完整性,保持乌拉盖河源头的水源涵养区(山地森林灌丛景观)的完整性。农田开垦应加以控制,布局可相对集中,减少自然景观切割破碎。逐步改粗放经营为集约经营。乌拉盖地区的开发尚在初期,进行景观生态评价、设计和保护是必要的,应及时进行。
5.3结语
乌拉盖地区是我国保存较为完整的,面积较大的天然草原景观生态区域。但近几十年来对该区开发强度的不断加剧,对其景观格局的影响特别明显。研究表明:1.在原始景观格局较为均一的区域,在开发较早的时期,随开发活动的加强,景观多样性、均匀度和优势度亦增加。2.景观分离度与开发活动的关系较为复杂:a.人工景观中,景观的分离度与开发活动强度成反比关系;b.自然景观中,景观的分离度与开发活动强度成正比关系,二者是相应变化的。3.动态地研究开发活动对景观格局的影响,更有利于区域的合理开发、利用及保护。