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库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力分析

林龙圳 陈远书 马玮哲 林震 于强

林龙圳, 陈远书, 马玮哲, 林震, 于强. 库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力分析[J]. 北京林业大学学报, 2021, 43(4): 108-123. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200242
引用本文: 林龙圳, 陈远书, 马玮哲, 林震, 于强. 库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力分析[J]. 北京林业大学学报, 2021, 43(4): 108-123. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200242
Lin Longzhen, Chen Yuanshu, Ma Weizhe, Lin Zhen, Yu Qiang. Evolution and driving forces of ecosystem pattern in Kubuqi Desert of northern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2021, 43(4): 108-123. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200242
Citation: Lin Longzhen, Chen Yuanshu, Ma Weizhe, Lin Zhen, Yu Qiang. Evolution and driving forces of ecosystem pattern in Kubuqi Desert of northern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2021, 43(4): 108-123. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200242

库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力分析

doi: 10.12171/j.1000-1522.20200242
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目(42001211),北京市哲学社会科学基金重大项目(20LLZZA015)
详细信息
    作者简介:

    林龙圳,博士生,副研究员。主要研究方向:生态文明建设与管理。Email:linlongzhen83@163.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学生态文明研究院

    责任作者:

    于强,博士,讲师。主要研究方向:区域生态空间分析、林业定量遥感。Email:yuqiang@bjfu.edu.cn 地址:同上

Evolution and driving forces of ecosystem pattern in Kubuqi Desert of northern China

  • 摘要:   目的  研究库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力,厘清不同驱动因子对生态系统格局变化的影响程度,进而提出针对性的改进措施,为库布齐沙漠地区生态保护和高质量发展提供科学依据和决策支持。  方法  采用生态系统变化幅度、年变化率、动态度及景观格局指数分析了库布齐沙漠地区2000—2018年生态系统格局和演变特征,及主要驱动力对生态系统变化的贡献。  结果  (1)库布齐沙漠地区生态系统以草地、裸地和农田为主,三者共占91.46%,水域、建设用地和林地占比都很小。(2)研究期内,库布齐沙漠地区生态系统农田、草地和建设用地面积增加,林地、水域和裸地面积减少,生态系统演变以裸地转换为草地为主,同时草地转换为裸地也较为明显。(3)研究期内生态系统景观破碎化程度和景观多样性指数均上升。(4)生态保护与修复是生态系统格局演变的首要驱动力,贡献率为44.53%;土地退化是引发生态系统变化的第二驱动力,贡献率为23.87%;农田扩张、城镇化建设和水资源开发的贡献率分别为17.72%、8.51%和5.37%。  结论  为实现库布齐沙漠地区生态系统可持续发展,应科学实施生态保护修复工程,统筹推进山水林田湖草沙综合治理、系统治理、源头治理,重点防止土地退化,合理开发利用耕地,促进生态系统良性循环,维护区域生态安全。

     

  • 图  1  研究区位置图

    Figure  1.  Location of the study area

    图  2  库布齐沙漠地区生态系统2018年空间分布

    Figure  2.  Spatial distribution of ecosystems of the Kubuqi Desert in 2018

    图  3  2000—2018年库布齐沙漠地区生态系统类型空间转换

    Figure  3.  Spatial conversion of ecosystems of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    图  4  2000—2018年库布齐沙漠地区生态系统年变化率空间分布

    Figure  4.  Spatial distribution of annual ecosystem conversion rate of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    图  5  2000—2018年景观类型水平上景观格局指数变化

    Figure  5.  Landscape pattern indexes of ecosystems at class level during 2000−2018

    图  6  2000—2018年库布齐沙漠地区生态系统林草地变化的空间分布

    Figure  6.  Spatial distribution of forest land and grassland of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    图  7  库布齐沙漠不同地区不同时段林草地变化统计

    Figure  7.  Statistical histogram of woodland and grassland change in different regions during varied periods of the Kubuqi Desert

    图  8  2000—2018年库布齐沙漠地区生态系统裸地变化的空间分布

    Figure  8.  Spatial distribution of bare land of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    图  9  库布齐沙漠不同地区不同时段裸地变化统计

    Figure  9.  Statistical histogram of bare land changes in different regions during varied periods of the Kubuqi Desert

    图  10  2000—2018年库布齐沙漠地区生态系统农田变化的空间分布

    Figure  10.  Spatial distribution of farmland of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    图  11  库布齐沙漠不同地区不同时段农田变化统计

    Figure  11.  Statistical histogram of farmland changes in different regions during different periods of the Kubuqi Desert

    图  12  2000—2018年库布齐沙漠地区生态系统建设用地变化的空间分布

    Figure  12.  Spatial distribution of construction land of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    图  13  库布齐沙漠不同地区不同时段建设用地变化统计

    Figure  13.  Statistical histogram of construction land change in different regions during different periods of the Kubuqi Desert

    图  14  2000—2018年库布齐沙漠地区生态系统水域变化的空间分布

    Figure  14.  Spatial distribution of water area of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    图  15  库布齐沙漠不同地区不同时段水域变化统计

    Figure  15.  Statistical histogram of water area changes in different regions during varied periods of the Kubuqi Desert

    表  1  景观格局指数含义

    Table  1.   Landscape indexes and descriptions

    水平层次
    Level layer
    指数名称
    Index name
    具体含义
    Description
    类型水平和景观水平
    Class level & landscape level
    斑块数量
    Number of patch (NP)
    衡量某一特定类型斑块的破碎程度
    Measuring the degree of fragmentation of a particular type of plaque
    斑块密度
    Patch density (PD)
    反映景观破碎化程度,PD值越大,破碎化程度越高
    Reflecting the degree of landscape fragmentation, the higher the PD value is, the higher the fragmentation degree is
    最大斑块指数
    Largest patch index (LPI)
    反映最大斑块面积占总景观面积的百分比,是斑块水平上优势度的度量
    Reflecting the percentage of the largest patch area in the total landscape area, which is a measure of dominance at the patch level
    类型水平
    Class level
    边缘密度
    Edge density (ED)
    景观范围内单位面积上异质景观要素斑块间的边缘长度
    Edge length between patches of heterogeneous landscape elements per unit area of landscape
    景观水平
    Landscape level
    斑块集合指数
    Patch cohesion index (COHESION)
    反映不同斑块类型的聚集程度,COHESION值越小,斑块离散程度越高
    Reflecting the aggregation degree of different plaque types, the smaller the cohesion value is, the higher the dispersion degree is
    景观形状指数
    Landscape shape index (LSI)
    度量景观聚散程度,LSI值越大,斑块越离散
    Measuring the degree of landscape aggregation and dispersion. The larger the LSI is, the more dispersed the patches are
    香农多样性指数
    Shannon-Wiener index (SHDI)
    度量景观多样性
    Measuring landscape diversity
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    表  2  2018年库布齐沙漠地区主要生态系统类型构成

    Table  2.   Type constitution of major ecosystems of the Kubuqi Desert in 2018

    Ⅰ级生态系统类型
    Class Ⅰ
    ecosystem type
    Ⅱ级生态系统类型
    Class Ⅱ
    ecosystem type
    面积
    Area/km2
    Ⅱ级在Ⅰ级中占比
    Proportion of grade
    Ⅱ in grade Ⅰ/%
    Ⅱ级在整体中占比
    Proportion of grade
    Ⅱ in the whole/%
    Ⅰ级在整体中占比
    Proportion of grade
    Ⅰ in the whole/%
    农田 Farmland (FL) 旱地 Dry land 3 180.85 100.00 9.22 9.22
    林地
    Woodland (WL)
    有林地 Forest land 389.34 45.76 1.13 2.47
    灌木林 Shrub land 147.97 17.39 0.43
    疏林地 Sparse woodland 295.94 34.78 0.86
    其他林地 Other woodland 17.57 2.07 0.05
    草地
    Grassland (GL)
    高覆盖度草地 High coverage grassland 3 118.89 16.60 9.04 54.44
    中覆盖度草地 Medium coverage grassland 9 457.47 50.32 27.40
    低覆盖度草地 Low coverage grassland 6 216.51 33.08 18.01
    水域
    Water area (WA)
    河渠 Canal 280.68 26.18 0.81 3.10
    湖泊 Lake 83.69 7.81 0.24
    水库坑塘 Reservoir pond 26.36 2.46 0.08
    滩地 Beach 681.58 63.56 1.97
    建设用地
    Construction land (CL)
    城镇用地 Urban land 79.07 7.72 0.23 2.97
    农村居民点 Rural residential land 445.75 43.52 1.29
    其他建设用地 Other construction land 499.39 48.76 1.45
    裸地
    Bare land (BL)
    沙地 Sandy land 9 074.60 94.56 26.29 27.80
    戈壁 Gobi desert 16.18 0.17 0.05
    盐碱地 Saline-alkali land 364.83 3.80 1.06
    沼泽地 Swamp 91.09 0.95 0.26
    裸土地 Bare land 10.64 0.11 0.03
    裸岩石质地 Bare exposed rock 39.77 0.41 0.12
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    表  3  2000—2018年库布齐沙漠地区主要生态系统类型构成变化幅度

    Table  3.   Changing range of major ecosystems of the Kubuqi Desert during 2000−2018 %

    Ⅰ级生态系统类型 Class Ⅰ ecosystem type2000—20052005—20102010—20152015—20182000—2018
    FL 3.56 0.19 −1.57 0.39 2.53
    WL 2.33 −0.94 21.61 −24.50 −6.93
    GL −2.24 0.21 0.74 4.60 3.23
    WA −2.22 −1.32 4.25 −10.05 −9.52
    CL 4.51 0.97 48.47 30.06 103.76
    BL 2.63 −0.22 −5.41 −6.61 −9.54
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    表  4  2000—2018年库布齐沙漠地区主要生态系统类型构成比率

    Table  4.   Composition rate of major ecosystems of the Kubuqi Desert during 2000−2018 %

    Ⅰ级生态系统类型
    Class Ⅰ ecosystem type
    Ⅱ级生态系统类型
    Class Ⅱ ecosystem type
    20002005201020152018
    FL 旱地 Dry land 8.99 9.31 9.33 9.18 9.22
    WL 有林地 Forest land 1.24 1.27 1.26 1.75 1.13
    灌木林 Shrub land 0.52 0.45 0.45 0.44 0.43
    疏林地 Sparse woodland 0.79 0.88 0.89 0.98 0.86
    其他林地 Other woodland 0.10 0.10 0.09 0.09 0.05
    GL 高覆盖度草地 High coverage grassland 8.06 9.41 9.43 9.81 9.04
    中覆盖度草地 Medium coverage grassland 21.13 21.36 21.38 20.66 27.40
    低覆盖度草地 Low coverage grassland 23.55 20.80 20.86 21.58 18.01
    WA 河渠 Canal 0.47 0.74 0.72 0.87 0.81
    湖泊 Lake 0.30 0.29 0.29 0.29 0.24
    水库坑塘 Reservior pond 0.04 0.05 0.05 0.09 0.08
    滩地 Beach 2.62 2.28 2.25 2.20 1.97
    CL 城镇用地 Urban land 0.05 0.08 0.08 0.10 0.23
    农村居民点 Rural residential land 1.33 1.33 1.33 1.35 1.29
    其他建设用地 Other construction land 0.07 0.10 0.12 0.83 1.45
    BL 沙地 Sandy land 28.97 29.75 29.70 28.02 26.29
    戈壁 Gobi desert 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05
    盐碱地 Saline-alkali land 1.38 1.36 1.31 1.30 1.06
    沼泽地 Swamp 0.22 0.27 0.30 0.28 0.26
    裸土地 Bare land 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
    裸岩石质地 Bare exposed rock 0.09 0.09 0.09 0.09 0.12
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    表  5  2000—2018年景观水平生态系统格局指数变化

    Table  5.   Changes of ecosystem indexes at landscape level during 2000−2018

    年份
    Year
    斑块数量
    Number of patch
    斑块密度
    Patch density
    最大斑块指数
    Largest patch index
    斑块形状指数
    Landscape shape index
    斑块结合指数
    Patch cohesion index
    香农多样性指数
    Shannon-Wiener index
    20003 1060.090 045.640 133.912 298.923 71.190 1
    20053 2060.092 945.633 433.837 398.956 51.201 9
    20103 2100.093 045.649 533.873 998.957 51.200 4
    20153 3470.097 045.369 534.952 598.914 51.234 0
    20183 0890.089 548.096 534.015 599.024 31.210 1
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    表  6  2000—2018年驱动力作用下库布齐沙漠地区生态系统面积变化统计

    Table  6.   Statistics of ecosystem change under driving forces of the Kubuqi Desert during 2000−2018

    项目
    Item
    生态保护与修复
    Ecological conservation
    and restoration
    土地退化
    Land
    degradation
    农田扩张
    Cropland
    development
    城镇化建设
    Urbanization
    construction
    水资源开发
    Water resource
    development
    生态系统面积变化
    Ecosystem area variation/km2
    FL −1 420 −169 1 857 −188 −128
    WL 309 −216 −75 −56 −22
    GL 4 077 −1 918 −1 164 −465 −263
    WA 278 −166 −161 −34 563
    CL −182 −32 −157 891 −10
    BL −3 064 2 501 −300 −147 −140
    合计 Total 4 665 2 501 1 857 891 563
    贡献率 Contribution rate/% 44.53 23.87 17.72 8.51 5.37
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-06
  • 修回日期:  2020-09-04
  • 网络出版日期:  2021-04-09
  • 刊出日期:  2021-04-30

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