（生态学专业论文）浑善达克沙地榆树疏林榆树种群特征分析.pdf

浑善达克沙地榆树疏林榆树种群特征分析 摘要 浑善达克沙地内的榆树( u l m u s p u m i l a ) 疏林是发育在纯沙性母质土壤上的 一种独特的、具有超地带性顶级性质的沙地植被，是一种重要的自然资源，具 有极其重要的社会、经济、生态价值。本文利用3 s 技术，结合野外调查，在国； 内疏林草原研究的基础上，对浑善达克沙地上的榆树疏林的分布范围、特征及 其与气候因子的关系进行了较为系统的研究，阿时也在样地尺度上对榆树种群、 的数量动态、分布格局及其规律进行了分析。主要研究结果如下： 1 浑善达克沙地榆树疏林中的榆树种群的年龄结构极不合理，基本上都呈 衰退型( 衰退始于4 0 年前) 。榆树的天然更新极度不良，分布于沙丘上的榆树 种群的更新要好于塔拉生境中的。榆树种群在幼树阶段的死亡率比较高( 6 0 9 0 ) ，种群的存活曲线在整体上接近于d e e v e y i i 型，在各样地中则表现为 d e e v e y h i 型。 2 榆树疏林广泛地分布在浑善达克沙地的中部和东部，其中正蓝旗最多。 气候分析结果显示榆树疏林的分布是各种气候因素综合作用的结果，而不是由； 某一个气候因子显著主导的。榆树疏林的分布主要受地形、地下潜水和降水量+ 的影响，与降水量的关系最为密切。 3 在不同尺度下，浑善达克沙地榆树疏林中的榆树种群均表现为集群分布， 并且随着尺度的增大，其聚集的强度也在逐渐增强。，随着榆树的生长，东中部 沙地塔拉生境中的榆树有逐步扩散的趋势，西部沙地塔拉生境中的榆树则表现 出先聚集后扩散的趋势，沙丘生境中的榆树种群则随着年龄的增长表现出先聚 集后扩散的趋势。 4 浑善达克沙地榆树疏林中的榆树种群斑块大小一般为8 0 0 时，沙地西部 塔拉生境中的榆树种群的斑块面积要一般大于16 0 0 时。 5 浑善达克沙地榆树疏林中的榆树种群的格局强度随着研究尺度的增大而 降低，在8 0 0 时的尺度上基本上都出现一个小的峰值，而且沙丘生境中的榆树 种群的格局强度要高于塔拉生境中的榆树种群。自西向东，榆树种群的格局强 度随环境的变化呈现出规律性的变化。 6 在浑善达克沙地榆树疏林生态系统中，榆树虽然是建群种，但它对生态空 间的占据程度却比较低，而且随着环境条件的改变，对生态空间的占据能力也 在发生着变化，具体的变化规律为：由东向西，塔拉生境中榆树种群对生态 空间的占据能力先增大后减小，沙丘生境中榆树种群的占据能力则是先减小后 增大；塔拉生境中榆树种群对生态环境的占据能力要高于沙丘生境中的榆树 种群；榆树种群格局强度的尺度变化不明显，个体分布的均匀性程度差异不 。大。 关键词：浑善达克沙地，榆树疏林，年龄结构，格局强度，格局规模，分形特征 a n a l y s i so fp o p u l a t l 0 nc h a rac t e i u s t i c so fu l m u s p u n l l as p a r s ef o r e s ti ni 弧】_ n s h a n d a k es a n d y l a n d a b s t r a c t u m u sp u m i as p a r s ef o r e s ti nh u n s h a n d a k es a n d yl a n dw h i c hg r o w so np u r e s a n di sa , k i n do fu n i q u es u p e r - z o n a lc l i m a t ev e g e t a t i o no fs a n d yf o r e s t i ti sa n i m p o r t a n tn a t u r a lr e s o u r c ew h i c hh a se x t r e m e l yi m p o r t a n ts o c i a l ，e c o n o m i ca n d e c o l o g i c a lv a l u e t h ed i s s e r t a t i o ns t u d i e dt h ed i s t r i b u t i o n 、；c h a r a c t e r i s t i c sa n di t s r e l a t i o n s h i pw i t hc l i m a t es y s t e m a t i c a l l yb yu s i n g3 st e c h n o l o g y , c o m b i n i n gf i e l d i n v e s t i g a t i o n , a n ds t u d y i n gh o m es p a r s ef o r e s t a t t h es a m et i m e ，i t a n a l y z e d t h e p o p u l a t i o nd y n a m i c s ，d i s t r i b u t i o np a r e ma n d r e g u l a rp a r e m t h em a i nr e s u l t sa l ea s f o l l o w s ： 1 a g i n gs t r u c t u r eo fu m u sp u m i 肠p o p u l a t i o n si nh u n s h a n d a k es a n d yl a n di s u n r e a s o n a b l e ，m u c ho fw h i c hi sd e c l i n i n g ( b e g a n f r o m4 0y e a r sa g o ) n a t u r a l r e g e n e r a t i o no fu m u sp u m a p o p u l a t i o n i se x t r e m e l y b a d u t m u sp u m i l aw h i c k d i s t r i b u t e so nd u n ec a nr e n e wb e t t e rt h a nt h a ti nt h el o w l a n db e t w e e nd u n e s t h e m o r t a l i t yi nt h es t a g eo fy o u n gt r e ei sm u c hh i g h e r ( a l m o s t 6 0 - 9 0 ) t h es u r v i v o r c u r v eo fu l m u sp u m i l ap o p u l a t i o n si sc l o s et od e e v e y l i ，a n di ts h o w sd e e v e y l h - o n v a r i o u sp l o t s 2 u l m u sp u m i l as p a r s ef o r e s ti nh u n s h a n d a k es a n d yl a n dd i s t r i b u t e sw i d e l yi n t h em i d d l ea n dt h ee a s t , m o s ta l ei nz h e n g l a nc o u n t y t h ea n a l y s i so fc l i m a t es h o w s t h a tt h ed i s t r i b u t i o no fu l m u s p u m i l as p a r s ef o r e s ti st h er e s u l to f a 1 1 k i n d so fc l i m a t e f a c t o r s ，b u t n o tb e c a u s eo fac e r t a i nf a c t o r t h ed i s t r i b u t i o no f 聊砌岱p u m i as p a r s e f o r e s ti sm a i n l yi n f l u e n c e db yt e r r a i n ，u n d e r g r o u n dw a t e r ，a n dr a i n f a l l , a m o n gw h i c h ， p r e c i p i t a t i o ni st h em o s ti m p o r t a n t 3 u n d e rd i f f e r e n ty a r d s t i c k su l m u s p u m i l as p a r s ef o r e s ti nh u n s h a n d a k es a n d y l a n ds h o w sc o n t a g i o u sd i s t r i b u t i o n w i t ht h ei n c r e a s eo f y a r d s t i c k , t h ec o n t a g i o u s i n t e n s i t yi n c r e a s e sg r a d u a l l y w i t ht h eg r o w t ho fi t ，u l m u sp u m i l ai nt h em i d d l ee a s t s p r e a d sg r a d u a l l y , b u ti tg a t h e r sf i r s t ，t h e ns p r e a d si nt h ew e s t e mt a l ah a b i t a t m e a n w h i l e ，u l m u sp u m i l ag r o w i n go nd u n e sg a t h e r sf i r s t , t h e ns p r e a d s 4 t h ep a t c ho fu l m u sp u m i l as p a r s ef o r e s ti nh u n s h a n d a k es a n d yl a n di sa b o u t 8 0 0i n i ，w h i l et h ep a t c ho fu m u sp u m as p a r s ef o r e s ti nt h ew e s tt a l ah a b i t a ti s b i g g e r t h a n1 6 0 0m 1 5 t h ep a t t e r ni n t e m i t yo fu l m u sp u m i l as p a r s ef o r e s ti nh u n s h a n d a k es a n d y l a n dd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fr e s e a r c hy a r d s t i c k o nt h e y a r d s t i c ko f8 0 0i n i t u s u a l l ya p p e a r sl i t t l e p e a kv a l u e ，a n dt h ep a t t e r ni n t e n s i t yo fu l m u sp u m i l a p o p u l a t i o n so nd u n eh a b i t a ti sh i g h e rt h a nu l m u sp u m i l ap o p u l a t i o n si nt a l ah a b i t a t f r o mw e s tt oe a s t ，t h ep a t t e r n i n t e n s i t yo fu l m u sp u m i l as p a r s ef o r e s ts h o w sr e g u l a r p a t t e r nw i t ht h ec h a n g e so fe n v i r o n m e n t 6 j nt h ee c o s y s t e mo fu m u s p u m as p a r s ef o r e s ti nh u n s h a n d a k es a n d yl a n d ， a l t h o u g hu i m u sp u m i l ai sc o n s t r u c t i v es p e c i e s ，i to c c u p i e sl e s ss p a c e a n dw i t ht h e c h a n g e so fe n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n ，i t sc h a n g i n gl a w sa r ca sf o l l o w s ：( 1 ) f r o mt h e e a s tt ow e s t , t h eo c c u p a t i o na b i l i t yo fu l m u s p u m i l as p a r s ef o r e s ti nt a l ah a b i t a tf i r s t i n c r e a s et h e nd e c r e a s e ；w h i l eo nd u n eh a b i t a ti ti st h eo p p o s i t e ( 2 y r h e o c c u p a t i o n a b i l i t yo fu l m u sp u m i l as p a r s ef o r e s ti nt a l ah a b i t a ti sh i g h e rt h a nt h a to nd u n e h a b i t a t ( 3 ) t h ey a r d s t i c kc h a n g e so ft h ep a t t e r ni n t e n s i t yo fu m u sp u m a s p a r s e f o r e s ta r en o to b v i o u s ，a n dt h e r ei sn ob i gd i f f e r e n c ei nu n i f o r m i t yd i f f e r e n c e so f d i s t r i b u t i o ni nt h ed e g r e e k e yw o r d s ：h u n s h a n d a k es a n d yl a n d ，u l m u sp u m i l ap o p u l a t i o n s ，s t r u c t u r eo f a g e ， t h ep a t t e r ns c a l e ，t h ep a t t e r ni n t e n s i t y , f r a c t a lc h a r a c t e r i s t i c s 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除本文已 经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得内墓直太堂及 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。 学位论文作者签名 日期 导教师签 厂 | 峻绯 刍0 8 6 1 8 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将学位论文的全 部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索， 也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期 间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古 大学就读期间导师的同意；若用于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名 日 期 第一章引言 第一章引、言 众所周知，自然界中的植物种、植物群落和植被景观在空间的分布都有自己特殊的规律 性，这种规律性在生态学中被称之为分布格局。广义的分布格局( e x t e n s i v ed i s t r i b u t i v ep a t t e r n ) 的范围很广，小到一个低等植物( 如地衣) 在一块岩石或一个树干上的分布，大到整个世界 植被的分布规律都属于它的研究范畴，而狭义的分布格局则仅指种群个体在水平位置的分布 样式。大格局属于地理学的范畴可以借助遥感等手段加以研究；中度格局可以用排序和分类 的方法研究；小范围的格局就是通常所说的狭义格局( i n t e n s i v ed i s t r i b u t i v ep a t t e r n ) ，则可以通 过特定的格局分析方法来进行分析。一个植物种在一个群落中的分布有随机分布( r a n d o m d i s t r i b u t i o n ) 和非随机分布( n o n - r a n d o md i s t r i b u t i o n ) 两种类型，其中，非随机分布又包括集群分 布( c o n t a g i o u sd i s t r i b u t i o n ) 和均匀分布( r e g u l a rd i s t r i b u t i o n ) 。在自然群落中，种群多以集群的 方式分布，种群的集群分布是形成植物群落斑块和植被景观斑块的基础，因此，种群分布格 局与群落格局和景观格局是密切相关的，它是研究其它尺度生命单元空间分布格局的基础n 3 。 种群格局的形成，一方面决定于种自身的特性，另一方面则与群落环境密切相关。群落 环境包括生物因子和非生物因子。非生物因子又包括土壤因子、气候因子、地形因子等。在 一个群落内部，格局一般与土壤因子有较大的关系。 ” 种群的分布格局可以用三种特征加以描述，即格局规模( s c a l e ) 、格局强度( i n t e n s i t y ) 和= 夸 局纹理( g r a i n ) 。格局规模是指种的一个斑块( p a t c h ) 和一个斑块间隙( g a p ) 之和的平均长度，它 等于一个斑块的中心到另一个相邻斑块中心的距离，或者一个斑块间隙的中心到另一个斑块 间隙中心的距离。对一个种群来讲，它可以有不同大小的斑块，因而就有不同大小的规模。 格局强度指某一规模下，斑块与斑块间隙的密度差异程度。在一个群落中，一个种的斑块是 它的个体集中分布之地，而它的斑块间隙，多数情况下仍含有少数该种个体。如果一个种的 斑块间隙完全不含该种个体，这种格局就叫做完全格局( p e r f e c t p a t t e r n ) 。在自然群落中，完全 格局较少见。格局纹理是指斑块和间隙的大小，一般以同一规模下的平均直径表示。纹理不 同于规模，因为规模包括一个斑块和它的问隙，而纹理则分别包括斑块大小和斑块问隙的大 小。斑块较大的格局叫粗纹理( c r u d eg r a i n ) ，斑块较小的格局叫细纹理( f i n eg r a i n ) 。研究格局 规模、强度和纹理的科学叫做格局分析( p a t t e r na n a l y s i s ) 。格局分析过程就是用数学方法确定 格局规模、强度和纹理，它的分析结果一般用格局分析图表示n 矗1 。 对群落中各个种的格局分析是研究群落内部镶嵌结构的重要方法，因为一个种的斑块的 第一章引言 形成、变化影响着整个群落结构的变化，对优势种来说更是如此。在格局分析研究的早期， 一般均以群落优势种为主要研究对象，随着植被科学的发展，研究的深度和精度要求也越来 越高，格局分析逐渐从单个种群格局分析向多个种群格局分析再到群落格局分析的方向发展， 现在它又与植被景观格局相联系。这一过程与数量科学的发展密不可分的。群落格局分析是 研究小群落和小群落间隙或群落斑块和群落斑块间隙镶嵌结构的过程，而景观格局分析则是 研究各种群落和生态系统在空间的分布、配置及其相互功能之间的关系。 研究种群分布格局的目的不仅在于对种群水平结构进行定量描述，更重要的是它能够在 一定程度上揭示格局的成因，阐述种群及群落的动态变化，深化对相应群落结构的认识。此 外，种群分布格局的研究还可以为珍稀濒危植物的群落演替趋势、濒危机制的探讨奠定科学 的基础，同时也可以为确认该植物在群落中的地位和作用以及与相邻物种之间相互关系提供 理论依据。 1 1 植物种群空间分布格局研究进展 格局分析最早是采用非随机性的数量方法来测定，如用泊松分布、负二项分布、奈曼分 布等数学模型与实际的分布情况进行拟合。最早对群落中植物种群个体分布的非随机性进行 研究的学者是g l e a s o n 和s v e d b u r g 。s v e d b u r g 在19 2 2 年通过实测的某个数量的样方出现的频度 与以p o i s s o n 分布为基础的预期频度作比较，然后用r 检验判定其是否与p o i s s o n 分布相吻合的 方法来进行种群分布格局的判定，这开创了种群分布格局研究的先河。同时，他还根据p o i s s o n 序列方差等于均值的性质将“方差均值”作为随机性的估计量，该方法后来也成为检验种群非 随机性分布的标准方法之一阳1 。此后，b l a c k m a n 、d a v i d 、m o o r e 和m o i l s i t a 等人又先后提出了 十多个非随机性检验的统计指标，这些指标对种群个体分布格局的类型及强度作出了说明。 但需要指出的是，由于随机取样均为单一尺度，故而他们对集群分布的聚块规模、强度差异 等问题都未能进行定量的描述。 英国生态学家g r e i g s m i t h 的研究弥补了上述研究的不足。他在1 9 5 2 年设计了邻接格子样 方( c o n t i g u o u sg r i do fq u a d r a t e s ) ，并在此基础上提出了区组分析方法( b l o c k - s i z ea n a l y s i so f v a r i a n c e ) ，比较好地克服了传统单一尺度取样及分析方法难以全面客观的反映种群分布格局 的不足，向种群格局的精确测定迈出了重要的一步，使格局研究步入了一个新的阶段。此后， 有许多学者运用该方法进行了大量的研究，同时也根据实际情况对区组分析法不断的加以改 进，使其e l 臻完善。k e r s h a w 是继g r e i g - s m i t h 之后又一位推动种群格局研究的生态学家。他在 1 9 6 0 年提出用种群分布格局的协方差分析方法来确定各种群格局间的相关性之后，又于1 9 7 0 2 第一章引言 年率先给出了相对精确的计算格局强度的方法。另外，h i l l 于1 9 7 3 年对g r e i g - s m i t h 区组分析 法作了修正，同时在邻接格子样方和样条取样的数据处理中创造性的提出了二项局部方差分 析法( t w ot e r m l o c a lv a r i a n c e ) 和谱分析法( s p e c t r a la n a l y s i s ) 两种新方法h 1 。 早期的格局分析方法多是研究格局规模的，直到2 0 世纪7 0 年代才出现了一些判定格局 强度的方法，而格局纹理分析较为理想的方法则是近几年才出现的。在植物生态学中，格局 规模的生态定义比较明确，有些学者认为只要格局规模研究清楚，种群与群落的结构关系就 已明了，没有必要进行格局强度和纹理的分析。鉴于此，相应的格局分析方法大多也都是为 研究格局规模而设计的。在文献中，对格局规模进行研究的论文也大大多于对格局强度和纹 理研究的论文。对于植被景观格局的研究，则是在2 0 世纪8 0 年代后期才逐渐发展起来，到 2 0 世纪9 0 年代已初步形成了一些独特的景观格局研究方法。 我国在种群分布格局方面的研究起步较晚，直到上世纪8 0 年代植物种群分布格局的研究 才得以进行。阳含熙的种群格局的非正式出版以及他对内蒙古草原群落水平格局的研究 工作极大地推动了我国在该领域的研究。1 9 9 5 年，张金屯在植被数量生态学方法一书中 较为全面地介绍了国内外格局研究方法和发展动态，开阔了生态学家的视野，进一步促进了 种群格局的研究。近年来，我国有不少学者进行了植被格局方面的研究，主要是实际应用 方面的研究，也有一些方法方面的研究，比如，张金屯( 1 9 9 8 ) 引入了点格局分析1 ，马克 明、祖元刚( 1 9 9 9 ) 则将分形理论运用于格局研究，进一步拓宽了格局分析的领域嘲。谢宗 强( 1 9 9 9 ) 在对银杉种群空间格局进行分析时使用交叉尺度避免了单一尺度取样的缺陷，弥 补了g 坨i g s m i t h 邻接格子样方法在区组间距过大方面的不足口】。 1 2 研究目的和意义 沙地榆树( u l m u s p u m i l a ) 疏林是榆树在沙质土壤上的一种特殊分布形式，在我国仅见于 呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地和浑善达克沙地。榆树疏林草原也被认为是沙地当中最稳定的植 被类型，是沙地植被演替的顶极群落，也是最适合当地气候条件的生态群落。但近几十年来， 由于人类不合理的经营活动，榆树疏林遭到了严重的破坏，分布面积大大减少，种类和结柯 也发生了很大变化。在这一地区，榆树疏林具有极其重要的生态、经济和社会价值，它的盛、 衰、存、亡对当地的社会经济发展和土地沙漠化的防治具有极为重要的意义，极有必要进行 全面的保护和系统的研究。值得欣慰的是，现在越来越多的学者已经开始将注意力集中到这 一领域并从各个角度对其展开了系统的研究，相关的研究成果也时常见诸于各类科研文献之 中。但令人遗憾的是，这些研究多以科尔沁沙地的榆树疏林为研究对象，研究的内容也多局 3 第一章引言 限于对榆树疏林的群落结构、物种组成的调查和对系统的恢复、更新、演替的宏观分析以及 人为干扰对榆树疏林的影响，对于榆树疏林生态系统空间分布格局的研究相对较少，对于浑 善达克沙地榆树疏林中的榆树种群的分布格局及种群动态的研究则从未有过，而运用3 s 技术 去探讨榆树疏林的分布以及这种分布和气候因子之间关系的研究亦未见报道。 鉴于此，本文利用遥感分析软件和地理信息系统软件，结合野外调查、遥感影像( 中巴， 2 0 0 6 ) 及定位数据，运用数量生态学中的种群格局分析方法，在国内疏林草原研究的基础上， 对浑善达克沙地榆树疏林的分布范围、特征及其与气候因子的关系进行了较为系统的研究， 同时也在样地尺度上对榆树种群的数量动态、分布格局及其规律进行了较为细致的分析：希 望此项研究能够弥补沙地榆树疏林研究在这方面的不足，同时也期望通过此项研究使人们对 浑善达克沙地榆树疏林植被的分布规律以及榆树种群的分布格局、种群动态特征及其生境特 点能有更深入的了解，更希望此项研究能够为这一地区的植被恢复与天然林保护等生态建设 工程提供理论指导和技术支撑。 1 3 研究内容 1 浑善达克沙地榆树疏林的地理分布及其与气候因子的关系。 通过样地调查、相关资料分析以及遥感影像的解译，对浑善达克沙地榆树疏林的地理分 布特征进行分析，并在遥感解译的基础上绘制出榆树疏林的分布图和分布的密度等级图，同 时结合相应的气候数据资料分析榆树疏林在浑善达克沙地的分布规律，为榆树种群的深入研 究和有效保护提供基本资料和科学依据。 2 浑善达克沙地榆树疏林榆树种群分布格局的研究。 分布格局是影响种群发展的主要原因之一，通过研究不同生境下( 沙丘、塔拉1 ) 、不同 发育阶段、同一纬度不同经度下各榆树疏林样地中的榆树种群的分布格局来揭示环境对种群 分布格局的影响。 3 浑善达克沙地榆树疏林榆树种群的数量动态。 通过绘制种群年龄结构图、生命表、存活曲线等方法对榆树疏林中的榆树种群的数量动 态进行分析，揭示其增长和消亡的规律。 1 塔拉：沙丘问甸子滩她。水分含量较高 4 第一章引言 t 4 研究的技术路线 图1 1 研究技术路线流程图 f i 9 1 1t e c h n i c a ll i n ef l o wc h 俎 t 5 第二章研究区概况和研究方法 2 1 研究区概况 第二章研究区概况和研究方法 2 1 1 研究区自然地理概况 浑善达克沙地是内蒙古自治区五大沙地之一，地处锡林郭勒高原中部，东起大兴安岭南 段西麓的达里诺尔以东的低山丘陵区，向西一直延伸到集二铁路线以西，东西狭长，约4 7 0 l 皿，南北较狭，宽度1 0 - 1 0 0 虹不等，面积为3 2 1 4 9 5 3k m 2 ，海拔1 0 5 0 一- 1 3 0 0m 。地面起伏不 大，沙地边缘为剥蚀低山、丘陵，境内则为沙丘、盆地、湖泊及剥蚀高原交错分布的地形哺引帕。 2 1 2 气候 图2 1 浑善达克沙地地理范围 f i 9 2 1t h eg e o g r a p h i cr e g i o no fh u n s h a n d a k es a n d yl a n d ( 王炜和王永利，2 0 0 4 ) 浑善达克沙地属温带大陆性气候，其基本特征是冬季寒冷，夏季温热少雨，春秋季节风 6 第二章研究区概况和研究方法 大沙多，因此，寒冷、大风、少雨、干旱是本区气候的显著特点。该区年平均气温0 9 - - 5 5 ，一月平均气温1 7 以下，春季平均气温3 8 ，年极端最低气温普遍在3 5 以下。寒 冷期长达7 个月。年平均风速4 - - , 5m s ，最大风速普遍在2 4 , - - 2 8m s ，局部地区瞬间风速可达 3 4 m s 。大风日数全年为6 0 - 8 0 d ，其中3 - - , 5 月为大风期，占全年有风日的4 0 - - 5 0 。年均 降水量较少，东南部为3 5 0 - - 4 5 0 咖，西北部为1 0 0 - - - 2 0 0 衄，其中春季降水量3 6 1 衄，6 - - , 8 月为雨季，降水量占全年的7 0 ，并多为分布不均的阵雨。年平均蒸发量2 0 0 0 - - 2 7 0 0 珊，相 对湿度6 0 以上。年日照时数3 0 0 0 - - - , 3 2 0 0 h ，日照率7 0 。 1 0 年有效积温2 0 0 0 - 2 6 0 0 ， 无霜期1 0 0 一- 11 0d j 引。 2 1 3 地貌 浑善达克沙地在大地构造上为华夏系沉降带上的一个沉降区，属地质构造单元的蒙古地 槽古生代褶皱带的一部分。海西运动时上升为陆地，以后则进入了长期的剥蚀夷平时期。燕 山运动以来，经历了缓和的震荡式的构造运动，在挠曲作用下形成下陷的大断裂，西北为苏 尼特左旗、苏尼特右旗、阿巴嘎旗、锡林浩特隆起带，东为大兴安岭低山丘陵，南侧有阴山 东西向复杂构造北缘的大断裂，因此，沙地本身为一个地堑式凹陷带。第三纪早期，该区发 生沉降，沦为大型内陆湖盆，广泛地沉积了厚约1 0 0 2 0 0m 的第三纪湖积物。第三纪晚期上 升为高原地貌，在第三纪末期和第四纪初期，因气候干燥，湖面缩小，在强劲的风力作用下 逐渐出现流沙。后在长期的自然和人为因素影响下，导致了沙地的形成。浑善达克沙地大部 分为第三纪的湖相粘土、沙质粘土和沙砾质层所组成的湖相地层，少数地区有花岗岩和变质 岩出露，局部地区有玄武岩覆盖n 0 1 。 浑善达克沙地的风沙地貌主要是由不同形态的沙丘和相连的沙丘链组成，沙丘高度一般 1 0 - - - 2 0m 之间。浑善达克沙地中，各类沙丘占总面积的4 3 ，其中流动沙丘占4 0 ，半固定 沙丘占2 0 ，固定沙丘占4 0 。沙丘间有面积不等、形状不一的低平甸子地，其形成类似于 西辽河流域的“坨甸”相间的地貌景观。浑善达克沙地东段( 蓝旗以东) 沙丘以固定沙丘为主， 多呈浑园状，沙丘间甸子滩地( 俗称“塔拉”) 宽阔；西段沙丘以半固定沙地为主，并有流动 的新月形沙丘及沙丘链呈斑状分布，沙丘间甸子地窄小。浑善达克沙地固定沙丘链的形态多 为沙垄及沙垄梁窝状沙丘，沙垄间常有同向延伸的平坦沙地和湖盆洼地，两者有规律的交 替重现。半固定沙丘则呈斑点状散布在固定沙丘之间。由于受强烈的风蚀作用和人为活动的 影响，半固定沙丘往往在迎风面普遍形成一个圆形的风蚀窝，并出现裸露的沙面，成为沙地 半固定沙丘的一个显著特征，同时它也是沙丘活化的重要标志。受主风向的影响，此地分布 7 苎三主翌壅垦垫垫塑翌垄查鲞 的沙丘及沙丘链和沙垄大致作西北西东南东方向排列阳1 。当前，浑善达克沙地的主要生 态环境问题是固定沙丘和半固定沙丘的活化。据不完全统计，流沙面积由2 0 世纪5 0 年代占沙 地总面积的2 3 增加至l j 7 0 年代中期的8 2 和8 0 年代末期的1 3 。1 9 9 6 年，在沙地的东部地区， 各类沙丘总面积达到5 0 以上n 羽。 2 1 4 植被 浑善达克沙地以草原植被为主，沙地油松林( f o r m p i n u st a b u l a e f o r m i s ) 、白杆林( f o r m p i c e am e y e r i ) 、山杨白桦林( f o r m p o p u l u sd a v i d i a n a + b e t u l a p l a t y p h y l l a ) 和榆树林等超地带 性植被明显，其中榆树疏林的分布最为广泛。沙地榆树疏林结构独特，分布不均，多3 5 株 丛生呈团块状分布。其次为沙地灌丛植被，主要有小叶锦鸡儿( c a r a g a n am i c r o p h y l l a ) 、中 间锦鸡儿( c a r a g a n ai n t e r m e d i a ) 、黄柳( s a l i x f l a v i d a ) 和小红柳( s a l i xm i c r o s t a c h y a ) ，半 灌木植被有褐沙蒿( a r t e m i s i ak l e m e n t z e ) 群系。流动沙地大部分为裸露沙丘，植被盖度在1 5 以下，常见的植被有沙竹( p s a m m o c h l o av i l l o s a ) 、沙米( a g r i o p h y l l u mp u n g e n s ) 、沙蓬( s a l s o l a p e s t i f e r ) 和残存的黄柳及沙蒿( a r t e m i s i aa r e n a r i a ) 。半固定沙地的植被盖度在1 5 4 0 之 间，具有强烈的风蚀特征。半固定沙地迎风坡的风蚀窝不生长植物，背风坡的植被有黄柳、 小叶锦鸡儿、沙蒿、沙蓬等。固定沙丘的植被盖度在4 0 以上，植物种属和群丛类型较多， 沙丘间低地植物生长茂盛，优势种为小红柳，在水分条件较好的地段常伴生有芦苇( p h r a g m i t e s j e h o l e n s i s ) 、拂子茅( c a l a m a g r o s t i se p i g e j o s ) 等。此外，浑善达克沙地的高大沙丘常形成明 显的阴阳坡，阳坡植物稀疏，主要有蒿类群丛( a s s a r t e m i s i a s p p ) ，阴坡上除乔木外，还有 蒿属c 4 r t e m i s i a ) 半灌木、沙生丛生禾草等吼1 1 。 由于沙地是呈东西向延展的大型沙地，其东端深入大兴安岭南段西麓的森林草原地带， 而西端则楔入蒙古高原的荒漠草原地带，中间广大沙区处于半干旱典型草原地带，故植被结 构具有明显的超地带性分异特征。东部沙生系列植被的组成，受大兴安岭南段山地和燕山北 部山地区系的影响较深，种类组成十分丰富，常见的有白杆、油松、沙地柏( s a b i n av u l g a r i s ) 等组成的常绿针叶林群落，但仅以“片断”出现在高位沙丘的阴坡，并与山杨一白桦林、中生 夏绿灌丛、褐沙蒿灌木丛、沙生丛生禾草杂类草草原等形成有规律的结合。浑善达克沙地 中部地区则是以榆树疏林褐沙蒿半灌木丛的复合景观为特征的。由于受半干旱气候的制约， 常绿针叶林群落、沙地中生灌丛、沙生丛生禾草杂草类草原相继消退，而灌木和中旱生草 本植物的比重增加。沙区西部，榆树已难以成林，只个别零星分布。锦鸡几灌丛上升为沙丘 的主要优势类型，褐沙蒿群落的伴生成分也由荒漠草原成分所替代n 3 】。 暑 第二章研究区概况和研究方法 2 1 5 土壤类型 浑善达克沙地土壤类型以栗钙土为主，固定沙丘上己发育了栗钙土型沙土和松沙质栗钙 土，其次为棕钙土。因地理位置、气候环境等因素的影响，土壤的形成发育具有明显的地带 分异规律。一般东部为草甸栗钙土或暗栗钙土，向西逐渐演变为淡栗钙土，到西北部二连浩 特附近则过渡为棕钙土。土壤区域性分布除带有地带性因素的烙印外，更直接的是受非地带 性因素所支配。其境内风沙土是主要的隐域性土壤，并呈坨( 沙丘) 、甸( 丘间低地) 相间分布， 东部甸子地宽阔，西部窄小，土壤多为草甸或盐化草甸土，局部地段有盐碱土和沼泽土。围 绕湖盆和低湿洼地的土壤往往呈环带状分布，基本模式是：湖盆一沼泽土、草甸沼泽土、盐 化草甸土、草甸土、风沙土。东部固定沙丘上大都表现出明显的成土过程，沙地中坨、甸水 土条件较好，地面土层较厚，土层较紧，有机质含量增高，是畜牧业和林业的重要基地n 司。 2 1 6 水文 浑善达克沙地的水资源较为丰富，水分状况优越，水资源总量为3 9 8 亿立方米。地表水 总量为6 5 亿立方米，地表径流主要分布在沙地的东中部，其中，东南部主要有闪电河、滦河 等，东部和中部有公格尔音河、锡林河、高格斯台河等。浑善达克沙地内陆湖泊较为富集， 沙丘问具有较广阔的丘间低地，并分布有1 1 0 余个积水面积不等的小湖泊，面积比较大的有达 里诺尔和库尔查干诺尔湖。沙地的地下水十分丰富，分布广泛，水量大且埋藏浅( 多为5 1 0 m ，有的仅为l 2m ) n 羽。 2 1 7 浑善达克沙地近5 0 年来环境变化发展趋势的研究 文献记载表明，这一地区人类大规模开发的历史较短。直至1 个世纪以前，内蒙古浑善达 克沙地仍然是水草肥美的草原，而近年来的生态状况与1 0 0 年前，甚至5 0 年前相比已经严重退 化。由于过度放牧、开垦、樵采等人为因素，这一地区土地沙化现象十分严重，环境演变剧 烈，严重制约本地区主体经济的发展h 引。 对于近5 0 年来环境变化的原因，不同的研究者依据自己的研究结果提出了不同的看法， 一部分研究者认为浑善达克沙地环境的变化主要是气候的自然演变造成的，另一部分则认为 人类活动的干扰是主因。基于此，对这一地区未来的环境演化趋势，也就有了两种不同的甚 至是相反的看法。 气候学派强调气候是自然地理环境中最为活跃和易变的因素，并利用史料和气象资料对 9 第二章研究区概况和研究方法 其进行了周期分析和趋势分析。研究证明该区降水变化有一定的周期性，认为自2 0 世纪6 0 年 代初以来，该区进入干旱少雨阶段并还将持续下去，土地沙化也将继续发展。这一研究间接 说明沙化可能是自然气候影响的结果，而非仅仅是人为破坏的影响n 7 】。 人为学派则强调人类活动的影响。浑善达克沙地长期以牧为主，由于人口的大量迁入和 自然增长，导致土地资源的不合理开发利用，生态环境严重恶化。对锡林浩特、敦达浩特、 查干诺尔3 个气象台站的气候资料分析表明，浑善达克地区近3 0 年来气候变化的总趋势呈波动 性地向暖湿方向发展，而浑善达克地区的生态退化则表现为以居民点为中心的斑点式发展。 因此得出结论：生态环境恶化主要是人类活动的影响造成的n 町。 北京大学的何刚等人通过研究认为：前面的研究之所以得出不同的结论，原因在于不同 的研究者所根据的气候周期不同。实际上，气候变化过程和趋势并不能直接反映生态状况的 变化，如温度的升高可能导致蒸发量的增加，虽然降水增多了，但湿度仍然降低，气候并不 一定朝暖湿方向发展。只有综合分析生态脆弱性的机制，才能对未来的生态状况有一个合理 的解释和预测n 町。 2 2 研究方法 1 空间格局分析：通过野外调查，在浑善达克沙地的中线( 东西向) 上的有代表性的地 段设置5 个调查点( 见图2 2 ) ，每个调查点依生境设置两块样地，一块为固定沙丘样地，另 一块为塔拉样地，样地大小为4 0m x 8 0m 。采用相邻格子样方法将样地都划分为1 2 8 个相邻的 小格子样方，单元格的大小为5m x 5m 。在每个小样方内调查株数、测量胸径、树高和冠幅， 并利用g p s 确定每株树在样方中的坐标位置。按2 5m i 、5 0m l 、1 0 0m i 、2 0 0m i 、4 0 0i n 和 8 0 01 1 1 6 个不同尺度( 见图2 3 ) 进行统计计算、数学拟合，确定浑善达克沙地榆树疏林榆树 种群的空间分布格局类型、格局规模和格局强度。 2 种群动态特征：在每块榆树疏林样地中有代表性的选择胸径较小的榆树幼树( 胸径3 1 0c m ) 、中等大小( 胸径1 50 1 1 左右) 的成熟树、以及胸径较粗的老树( 胸径2 5c m 左右) 各 6 棵，测量其胸径大小，并用生长锥钻取年轮条，然后在显微镜下计数年轮数，利用s p s s 统 计分析软件对年龄和胸径做回归分析，得到胸径与年龄的关系方程，再利用此方程确定所调 查榆树的年龄大小。在此基础上，进一步编制浑善达克沙地整体及各样地的榆树种群生命表， 同时绘制年龄结构图和存活曲线。最后，根据这些数据分析浑善达克沙地榆树疏林榆树种群 的动态特征。 3 遥感解译和气候分析：以2 0 0 6 年获得的中巴遥感影像为基本信息源，参照l ：2 5 0 0 0 0 第二章研究区概况和研究方法 地形图选取地面控制点，在p c i 软件的g c p w o r k s 模块下进行几何校正