林业科学  2005, Vol. 41 Issue (5): 2-7   PDF    
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郭泉水, 王春玲, 郭志华, 谭德远, 史作民.
Guo Quanshui, Wang Chunling, Guo Zhihua, Tan Deyuan, Shi Zuomin.
我国现存梭梭荒漠植被地理分布及其斑块特征
Geographic Distribution of Existing Haloxylon Desert Vegetation and Its Patch Character in China
林业科学, 2005, 41(5): 2-7.
Scientia Silvae Sinicae, 2005, 41(5): 2-7.

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收稿日期:2004-11-29

作者相关文章

郭泉水
王春玲
郭志华
谭德远
史作民

我国现存梭梭荒漠植被地理分布及其斑块特征
郭泉水1, 王春玲2, 郭志华1, 谭德远3, 史作民1     
1. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 100091;
1. 国家林业局野生动植物保护司 北京 100714;
3. 北京林业大学生物科学与技术学院 北京 100083
摘要: 根据2001年出版的《中国植被图集》, 应用地理信息系统(GIS)ARC/INFO(NT版)和数字化仪, 提取梭梭荒漠植被信息, 绘制梭梭荒漠植被地理分布专题图, 并以此为基础, 对梭梭荒漠植被的群落类型、分布格局及其斑块特征进行分析; 同时, 结合近年来对梭梭荒漠植被结构的调查结果, 对我国梭梭荒漠植被状况进行评价。结果表明:我国现存梭梭荒漠植被总面积约11.4万km2, 其中, 以新疆分布的面积最大, 约占全国梭梭荒漠植被总面积的73.1%, 其次是内蒙古, 约占全国的14.1%, 青海省和甘肃省的分布面积较小, 分别占全国的7.9%和4.9%;不同梭梭荒漠群落类型的面积不尽相同, 其中, 梭梭柴砾漠的面积约占全国梭梭荒漠植被总面积的37.3%, 梭梭柴沙漠约占全国的21.3%, 白梭梭荒漠约占全国的23%, 其他梭梭荒漠群落类型的总面积约占全国的19.4%。我国梭梭荒漠植被分布在107.6—77.3°E, 47.4—36.1°N; 垂直分布87~3174m;在梭梭荒漠植被分布区的东界和南界, 主要分布的梭梭荒漠群落类型是梭梭柴砾漠, 在西界和北界, 主要分布的是梭梭柴沙漠。组成我国梭梭荒漠植被的斑块共180个, 主要特征是:小斑块多, 大斑块少, 斑块之间的面积相差悬殊, 多数斑块之间距离较远。虽然我国梭梭荒漠植被分布面积大, 但群落盖度小, 盖度小于30%的面积约占现存梭梭荒漠植被总面积的70%。
关键词: 梭梭荒漠植被    地理分布    斑块特征    植被盖度    
Geographic Distribution of Existing Haloxylon Desert Vegetation and Its Patch Character in China
Guo Quanshui1, Wang Chunling2, Guo Zhihua1, Tan Deyuan3, Shi Zuomin1     
1. Research Institute of Forestry Ecological Environment and Protection, CAF Beijing 100091;
1. Department of Protection, State Forestry Administration, P.R.China Beijing 100714;
3. College of Bioscience and Biotechnology, Beijing Forestry University Beijing 100083
Abstract: On the basis of the "Atlas of China vegetation" compiled by the "China Vegetation Atlas Editorial Committee of the Chinese Academy of Sciences, we had applied the Geographic Information System (GIS) ARC/INFO (NT version) and digitizer to extract Haloxylon desert vegetation information and draw a special topic map of the geographic distribution of Haloxylon desert vegetation.On this basis, we had analyzed the community type, distribution pattern and patch character of Haloxylon desert vegetation.At the same time, according to the survey result of Haloxylon desert vegetation structure in recent years, we had undertaked preliminary evaluation of Haloxylon desert vegetation resources.The result showed that the total area of existing Haloxylon desert vegetation is 114 000 km2, the distribution area in Xinjiang was the largest, accounting for 73.1% of total national Haloxylon desert vegetation, then followed by Inner Mongolia, accounting for about 14.1% of the national total; the distribution areas of existing Haloxylon desert vegetation in Qinghai and Gansu provinces accounted for 7.9% and 4.9%, respectively.The area of different Haloxylon desert vegetation types is also different, the area of Haloxylon ammodendron gravel desert accounted for 37.3% of the total area of Haloxylon desert vegetation; The area of H.ammodendron desert accounted for about 21.3% of the national total; The area of H. persicum accounted for 23% of the national total; And other types of Haloxylon desert community accounted for 19.4% of the national total. In China the Haloxylon desert vegetation located at: 107.6—77.3°E, 47.4—36.1°N. The altitude of vertical distribution was between 87~3 174 m.In the east and south borders of the Haloxylon desert vegetation distribution area, the major Haloxylon desert community type is H.ammodendron gravel desert while in the west and north borders, the major community type is H.ammodendron desert.The patches consisted of Haloxylon desert vegetation is 180 in China.The characters of the patches are many small patches, fewer large patches, with area of patches among patches was different by a big margin and the distance between most patches was fairly distant.According to actual survey result in recent years, although the distribution area of Haloxylon desert vegetation in China is very large, yet its coverage was in general fairly small, with an area of less than 30% coverage accounting for 70% of the total area of existing Haloxylon desert vegetation.
Key words: Haloxylon desert vegetation    geographic distribution    patch character    vegetation coverage    

梭梭为黎科(Chenopodiaceae)梭梭属(Haloxylon Bunge)超旱生小乔木,高大灌丛状。由梭梭构成的荒漠群系为亚洲荒漠区分布最广泛的荒漠植被类型(中国植被编辑委员会,1983)。世界上梭梭属植物约11种,我国有2种,即梭梭柴(Haloxylon ammodendron)和白梭梭(H.persicum)(中国植被编辑委员会,1983; 国家环境保护局自然保护司保护区与物种管理处,1991)。以其为建群种的梭梭荒漠植被面积约占全国荒漠(不包括山地)总面积的1/10(胡式之,1963)。主要分布在新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等省(区)(中国科学院中国植被图编辑委员会,2001)。梭梭适应性强,对土壤要求不严,是荒漠地区造林的优良树种; 梭梭根部寄生的肉苁蓉(Cistanche deserticola)为举世闻名的中药材,在沙产业开发中具有广阔的发展前景(谭德远等,2004a; 谭德远等,2004a)。梭梭柴和白梭梭以及肉苁蓉均为国家重点保护物种(国家环境保护局自然保护司保护区与物种管理处,1991)。

梭梭荒漠植被地理分布和资源动态的研究一直备受关注(中国植被编辑委员会,1983; 国家环境保护局自然保护司保护区与物种管理处,1991; 胡式之,1963; 中国科学院中国植被图编辑委员会,2001; 谭德远,2004; 中国森林编委会,2000; 贾志清等,2004; 王仁忠等,1963; 杨美霞等,1995; 马海波,2000; 《刘慎谔文集》编辑委员会,1985; 张希林,1999; 马海波,2000; 黄培祐,1995)。1958—1959年,中国科学院曾联合全国98个单位开展过大规模的考察; 20世纪70年代末、80年代初,西北部分地区应用遥感技术进行过综合调查,在以后的数年中,此项工作一直没有停止过。2001年中国科学院中国植被图编辑委员会,汇集全国各地50年来的调查成果,编纂出版了1:1 000 000《中国植被图集》。该图集是迄今为止,以全国为对象,最详细、最精确的现状植被图(中国科学院中国植被图编辑委员会,2001),其中囊括了梭梭荒漠植被的大量信息。

植被是一种有空间变化的地理现象,但这种变化不是偶然的,而是趋于一定的分布格局; 植被本身具有一定结构,不同的结构反映着不同的生态功能。充分认识植被的地理分布规律和结构特征,进而揭示其与生态因子之间的关系,是植被生态学的主要任务之一(宋永昌,2001),同时,对于指导林业实践也具有重要意义。本文基于2001年版中国现状植被图,应用地理信息系统(GIS)ARC/INFO(NT版)和数字化仪等现代信息处理技术,提取现存梭梭荒漠植被地理分布信息,绘制梭梭荒漠植被分布专题图,在此基础上,应用景观生态学原理和方法,分析梭梭荒漠群落的地理分布规律及其斑块特征,同时,结合我国近年来关于梭梭荒漠植被盖度的调查结果,对我国现存梭梭荒漠植被状况进行综合评述,以期为深入开展梭梭资源动态及相关研究提供背景资料,同时为政府有关部门制定梭梭荒漠植被宏观管理决策提供参考。

1 研究方法 1.1 梭梭荒漠植被专题图制作

应用GIS软件ARC/INFO(NT版)和数字化仪,从1:1 000 000《中国植被图集》中提取现存梭梭荒漠植被地理分布信息,制作现存梭梭荒漠植被地理分布专题图,具体程序包括:分幅图形计算机扫描→拼接→核校→数字化→编辑→属性数据录入→图形输出等。

1.2 梭梭荒漠植被景观中斑块特征要素选择及其计算方法

以梭梭荒漠植被地理分布专题图为基础,应用地理信息系统(GIS)统计分析模块,计算梭梭荒漠植被景观斑块的数量特征。具体内容包括:斑块总面积、斑块数、斑块平均面积、最小斑块面积、最大斑块面积、斑块面积极差、斑块面积变异系数、斑块密度、边缘密度等。其中斑块平均面积、斑块密度、边缘密度的计算方法如下:S=A/n,式中: S为梭梭荒漠植被斑块平均面积,A为梭梭荒漠植被总面积,n为梭梭荒漠植被斑块数; PD=n/A,式中:PD为梭梭荒漠植被斑块密度,n为梭梭荒漠植被斑块数量,A为梭梭荒漠植被总面积; ED=L/A,式中:ED为梭梭荒漠植被斑块边缘密度,L为梭梭荒漠植被斑块边缘长度,A为梭梭荒漠植被的总面积。

2 结果与分析 2.1 我国现存梭梭荒漠植被群落类型及其空间分布

在《中国植被》中,荒漠是一种自然地理景观的名称。按土壤基质类型可将荒漠区分为沙质荒漠(沙漠)、砾石荒漠(砾漠)、石质荒漠(石漠)、黄土状或壤土荒漠(壤漠)、龟裂地或粘土荒漠、风蚀劣地(雅丹)荒漠与盐土荒漠(盐漠)等。在中国植被分类系统中,梭梭柴(Form.Haloxylon ammodendron)荒漠和白梭梭(Form.H. persicum)荒漠分别属于荒漠(植被型)中小乔木荒漠(植被亚型)的下一级分类单位(群系)(中国植被编辑委员会,1983)。

由于荒漠中的地貌、基质、水分与盐分的局部变化,可以造成生态条件的重大差异,所以荒漠植被的复合和镶嵌现象十分显著。他们往往是以不同的荒漠群系斑块,散布在优势荒漠植被中,或者两、三类荒漠群落类型相结合分布。在《中国植被图集》中,将土壤基质特征比较明显的梭梭荒漠进一步划分出了梭梭柴沙漠(H.ammodendron sandy desert); 梭梭柴砾漠(H.ammodendron gravel desert); 梭梭柴壤漠(H.ammodendron loamy desert)和梭梭柴盐漠(H.ammodendron saline desert),对土壤基质特征不明显的没有细分,仍统称为梭梭荒漠; 针对不同群系斑块或荒漠群落相结合的情况,进一步划分出梭梭柴沙漠+白梭梭荒漠(H.ammodendron sandy desert+H.persicum desert); 梭梭柴荒漠+西伯利亚白刺荒漠(H.ammodendron desert+Nitraria sibirica desert); 梭梭柴荒漠+油蒿荒漠(H. ammodendron desert+Artemisia ordosica desert); 梭梭柴砾漠+西伯利亚白刺荒漠(H.ammodendron gravel desert+Nitraria sibirica desert); 梭梭柴壤漠+无叶假木贼荒漠(H.ammodendron loamy desert+Anabasis aphylla desert)等类型。对白梭梭荒漠划分出了白梭梭荒漠(H.persicum desert)和白梭梭荒漠+沙蒿荒漠(H.persicum desert+Artemisia arenaria desert)。应用GIS图形处理技术,提取不同梭梭荒漠植被类型分布信息,绘制的梭梭荒漠植被地理分布专题图,如图版Ⅰ所示。

图版Ⅰ   Plate Ⅰ  

图版Ⅰ可知,我国现存梭梭荒漠植被分布的东界位于内蒙古自治区乌拉特后旗,约为107.6°E,西界位于新疆维吾尔自治区的阿图什市,约为77.3°E; 北界位于新疆维吾尔自治区的吉木乃县,约为47.4°N,南界位于青海省的都兰县,约为36.1°N; 梭梭荒漠植被集中分布区海拔87~3 174 m。现存梭梭荒漠的东界和南界的主要分布类型是梭梭柴砾漠,西界和北界分布的主要类型是梭梭柴沙漠。对照中国地势图(中国科学院中国植被图编辑委员会,2001),从地貌上分析,现存梭梭荒漠植被在新疆维吾尔自治区主要分布在阿尔泰山以南、天山以北的准噶尔盆地以及天山以南、昆仑山以北塔里木盆地的北缘; 在内蒙古自治区,主要分布在巴丹吉林、乌兰布和、腾格里三大沙漠和库布齐沙漠西部; 在青海省,主要分布在柴达木盆地,在甘肃省主要分布在河西走廊一带。应用GIS统计分析模块进行计算,得出不同省(区)梭梭荒漠群落类型的面积(表 1)。

表 1 现存梭梭荒漠群落的类型和面积分布 Tab.1 Area distribution and types of existing Haloxylon desert community hm2

表 1可知,我国现存梭梭荒漠植被的总面积约11.4万km2。其中以新疆维吾尔自治区分布的面积最大,约占全国梭梭荒漠植被总面积的73.1%,其次是内蒙古自治区,约占14.1%,青海省和甘肃省分布的面积相对较小,约占7.9%和4.9%。对不同梭梭荒漠群落类型的面积进行比较可知,以梭梭柴砾漠面积最大,约占全国梭梭荒漠植被总面积的37.3%,其次为白梭梭荒漠,约占全国的23%,再次为梭梭柴沙漠,约占全国的21.3%。这3种梭梭荒漠群落类型的面积总和约占全国梭梭荒漠植被总面积的81.6%,其他梭梭荒漠群落类型仅占全国的19.4%。

2.2 我国现存梭梭荒漠植被的盖度结构

植被中植物的多度(或密度)、盖度、高度、重量、体积、同化面积和吸收面积等做为反映植被结构的指标。在这些指标中,植被盖度容易获取且应用最广泛。为了了解我国梭梭荒漠植被结构,我们以此为指标,对我国梭梭荒漠植被分布最为集中且面积最大的新疆和内蒙古自治区的梭梭荒漠植被进行分析。表 2是对两个自治区林业厅2001年森林分类区划界定成果资料进行的汇总。

表 2 现存梭梭荒漠植被盖度结构 Tab.2 Haloxylon desert vegetation coverage structure of existing

对照表 1表 2不难发现,我国现存梭梭荒漠植被的盖度普遍较小。在新疆,梭梭群落盖度大于30%的面积仅占该区梭梭荒漠植被总面积的12.07%;内蒙古梭梭群落盖度大于30%的面积比新疆略大,但也仅占该区梭梭荒漠植被总面积的29.57%。由于新疆和内蒙古梭梭荒漠植被面积的总和约占全国梭梭荒漠植被总面积的87.2%,为我国梭梭荒漠植被的主要分布区,因此,这两个区梭梭植被的盖度结构基本上可代表全国梭梭荒漠植被的总体状况。

2.3 我国现存梭梭荒漠植被景观中的斑块特征

对现存梭梭荒漠植被分布专题图中的各景观的斑块特征进行定量分析,其结果见表 3

表 3 现存梭梭荒漠植被斑块特征 Tab.3 Patch character of existing Haloxylon desert vegetation

植被景观的斑块特征是植被最重要的空间分布特征之一,另外, 斑块大小也是景观空间结构的重要参数。从表 3可知,我国现存梭梭荒漠植被共由180个斑块组成。斑块之间的面积差别较大。其中最大的斑块面积是最小斑块面积的17 683倍。对照图 1可以发现,梭梭荒漠植被面积较大的斑块主要集中分布在新疆,而内蒙古的斑块面积相对较小。综合分析可概括出我国现存梭梭荒漠植被景观的斑块特征:小斑块多,大斑块少,斑块面积大小差别悬殊,多数斑块间的距离较大。

2.4 自然与人为干扰对梭梭荒漠植被地理分布格局和斑块特征的影响

我国梭梭荒漠植被分布地域广阔,植被盖度低,植被景观破碎化现象比较严重。发生这种现象的原因可概括为两个方面:一是自然因素。从生态系统的观点分析,梭梭荒漠植被处在水热因素极度不平衡的环境之中,水分亏缺,热量过剩而迅速散失。无论是以辐射平衡与降水的比值来衡量还是以热量与降水的比值来衡量,均表现出3~4倍以上(甚至60~70倍)的水分亏缺。梭梭荒漠植被中的生物成分(植物、动物、微生物)非常单纯且贫乏,群落结构、食物链和营养级位均比较简单,由于生境严酷,所以经常处在极限因素的边缘,为了减少个体之间对水分和营养物质的竞争,植株个体之间的距离加大,是其在脆弱生境之间维持平衡的一种生态对策; 二是人为干扰。人为干扰对非常脆弱的梭梭荒漠植被生态系统造成的损害是非常严重的,甚至是毁灭性的。如20世纪50年代中苏联合综考队对古尔班通古特沙漠南缘的莫索湾地区考察表明,该地区是我国白梭梭集中分布的地区,白梭梭与梭梭柴共同构成了该地区荒漠植被的优势种群,为我国梭梭荒漠植被分布的典型区域之一。1958年夏季军垦大军来到此地,在很短的时间内就将以梭梭为主的荒漠植被开垦成了4.3万hm2的耕地(黄培祐,1995);80年代初,内蒙古的阿拉善地区有梭梭成林84.8万hm2,90年代末横穿该地区东西的800 km的梭梭林已沦为稀疏的53万hm2的残林,部分地区的梭梭由建群种变成了伴生种或偶见种,甚至有些地段变成了寸草不生的沙漠和砾石戈壁。梭梭荒漠植被的植物种类由20世纪70年代末的96种减少到目前的30多种。产生这些现象的原因可能还受近40年来气候极度干旱,黑河水断流,湖泊干涸,地下水位下降,各种自然灾害频繁发生等多方面的影响,但是人为活动的干扰是带有主导性的(张希林,1999)。梭梭的嫩枝和群落中的许多草类可为羊和骆驼采食; 梭梭的材质坚实,是上等的薪炭材,梭梭根部寄生的肉苁蓉是很好的强身剂,具有滋阴壮阳、润肠通便之功效,正是由于这些原因,梭梭荒漠植被分布的地段,自然也就成了人们放牧、樵采、采挖肉苁蓉等人为活动较为频繁的场所。

从生物学角度分析,斑块大小对生态系统的影响主要有两个方面:一是对生态系统内部能量和营养物质分配的影响,二是对物种数量的影响。这是因为大小不同的斑块,它们的边缘和内部的比例不同,大斑块边缘所占的比例小,而小斑块边缘所占的比例大。斑块边缘所占的比例越大,斑块内部面积所占的比例就越小(徐化成,1995)。斑块边界上的小气候(如光照和温度)明显不同于斑块内部。斑块面积小就容易导致一些位于边缘上的植物死亡,还可能引起边际周围和边际上的植物种子雨(seed rain)散布到斑块内部,从而改变斑块内部的物种组成。已有研究表明,这种边缘效应可影响到斑块内部几米或几公里处的生物和生物环境,而且斑块越小,其边缘效应的影响越明显(李义明,1995)。因此斑块由大到小的变化,可能会对梭梭荒漠植被的生存和扩展构成一定威胁。

3 讨论

林业的核心问题是如何合理地控制森林发育的时间和空间格局,而这一问题的解决依赖于森林地理分布和森林结构的认识。但由于以往的图形处理和数值计算手段相对落后,对于准确获取资源数据和图形表达带来一定影响。近年来,随着生态学研究领域从定性到定量进而向图形化方向发展,现代信息处理技术不断向生态学研究领域渗透,这些问题也逐步得到妥善解决,其中具有强大空间分析和图形制作功能的地理信息系统(GIS)成了相关领域的有力工具。Dobson(1997)利用GIS技术编制美国濒危物种分布图,Nilsen(1999)用GIS技术研究了高纬度地区植物群落的分布,编制了植被图,Kadmom(1999)利用GIS技术研究了植物物种分布与降水空间变化的关系。本文关于梭梭荒漠植被的信息源,均来自我国最新出版的1:1 000 000的现状植被图,不同省(区)的梭梭荒漠植被面积和不同梭梭荒漠群落类型的面积以及梭梭荒漠植被斑块数量特征等,都是基于GIS技术完成的,因此,计算结果有一定的确定性。但也不可否认,由于现状植被图是经过多年调查不断积累后编制完成的,对于从开始调查到图集出版间隔时间较长的局部地区来说,有可能会因某种干扰发生一些变化,出现梭梭荒漠植被专题图与现实的梭梭荒漠植被分布不相吻合的情况。

近年来,遥感技术和方法在森林制图、森林资源调查、动态监测、森林火灾监测和评估、森林病虫害监测等方面得到广泛应用(彭少麟等,1999; 肖化顺,2004),并展现出广阔的发展前景。但目前直接应用遥感数据进行梭梭荒漠群系特征研究仍有许多不便。主要问题在于从遥感影象上识别树种和林下植物等存在一定困难。梭梭柴和白梭梭在植物分类学上的区别特征,还很难从光谱特性上进行明显的区分; 林下优势植物种类往往是进行群系分类的基础,而利用遥感对林下植物种类的识别比识别林分中优势树种更为困难,何况有些群系的划分是依据生境中的土壤因子。因此,在遥感技术不断发展的今天,仍不可忽视通过实地调查得到的图文资料的作用。

《中国植被图集》按不同的土壤基质仅划分出了梭梭柴沙漠、梭梭柴砾漠、梭梭柴壤漠和梭梭柴盐漠等不同的梭梭柴荒漠植被类型,对于其他土壤基质的梭梭柴荒漠并没有再进行细致的划分。本文遵从《中国植被图集》这种划分结果,未做任何修订。今后有必要对这些没有按土壤基质划分的梭梭柴荒漠,通过实地调查做更细致的划分,以臻完善。

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