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        天山北麓腋球頂冰花分布區(qū)的生境破碎化現(xiàn)狀評價

        2015-12-22 01:49:16張馳王丹丹郭麗趙維奇王紹明張霞石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院新疆石河子832000
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:景觀

        張馳,王丹丹,郭麗,趙維奇,王紹明,張霞(石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,新疆石河子832000)

        景觀破碎化是描述景觀格局的一個重要參數(shù),最初是指原生境面積的喪失,也包括生境空間格局的改變[1-2]。即在人為活動和自然的干擾下,大塊連續(xù)分布的自然生境被其他非適宜生境——基質(zhì)分隔成許多面積較小的斑塊的過程[3]。生境破碎化的影響作用于生態(tài)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié),從個體行為到種群動態(tài),直至生態(tài)系統(tǒng)通量[4-5]。由于人類活動的干擾,物種棲息地破碎化已成為不可爭辯的事實。棲息地的破壞造成全球約82%的物種受到不同程度的生存威脅,我國是物種棲息地破碎化最嚴重的國家之一[6]。最近幾年,隨著新疆北部經(jīng)濟發(fā)展的加速,人類活動對環(huán)境的影響越來越大,生境破碎化嚴重。新疆特有種——腋球頂冰花對各種生態(tài)因子特別敏感,可以檢測環(huán)境變化,另外它還是早春時節(jié)防風(fēng)固沙的重要植物之一[7]。

        研究區(qū)域位于新疆維吾爾自治區(qū)的天山北坡經(jīng)濟區(qū),即天山北麓中段G312國道附近的部分地區(qū),是腋球頂冰花的典型分布區(qū)。在調(diào)查研究區(qū)景觀格局總體特征的基礎(chǔ)上,對該區(qū)域景觀斑塊類型進行劃分,然后分別從斑塊面積、斑塊數(shù)目、斑塊密度指數(shù)及斑塊破碎化指數(shù)等方面分析各景觀組分的數(shù)量特征,以期說明不同景觀組分之間的特征差異,評價景觀的破碎化程度,進而對不同樣地的破碎化程度進行等級劃分,揭示各個景觀組分在整個景觀中的差異,為保護腋球頂冰花的多樣性奠定基礎(chǔ)。

        1 研究區(qū)概況

        準(zhǔn)噶爾盆地位于我國新疆維吾爾自治區(qū)北部,是我國第二大內(nèi)陸盆地。天山北麓 81°01'~90°14'E,43°24'~45°24'N,地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣,歐亞大陸腹地,總面積約為14.90×104km2。準(zhǔn)噶爾盆地和天山北麓及周圍地區(qū),受西風(fēng)帶和北冰洋水汽兩個氣團的影響,形成春冬多雨雪、夏季干熱的中溫帶氣候[8]。年平均氣溫為6.89℃,年均降水量為179.98 mm[9]。土壤以棕鈣土及草甸鹽土為主。這一區(qū)域氣候變化敏感,是生態(tài)脆弱帶。早春短命植物多集中分布于這一帶。研究區(qū)域位于天山北坡經(jīng)濟區(qū),即準(zhǔn)噶爾盆地南緣、天山北麓中段G312國道附近的部分地區(qū),是腋球頂冰花的典型分布區(qū)。該區(qū)域是海拔較高的荒漠草原,腋球頂冰花作為群落的伴生種或者優(yōu)勢種,形成層片或小群落。

        2 研究方法

        實地野外調(diào)查于2013年4月4日至4月5日進行,正值腋球頂冰花開花時節(jié)。從石河子市出發(fā),沿著天山北麓的G312國道自東向西,途徑沙灣縣(SW)、安集海鎮(zhèn)(AJH)、奎屯市(KT)、烏蘇市(WS)4個采樣地區(qū)。根據(jù)腋球頂冰花分布的地理位置,選取片斷化的斑塊為研究樣地,設(shè)置人工標(biāo)記,并進行GPS定位,選取4個采樣地區(qū)7個自然種群,共計19個斑塊(表1)。

        研究區(qū)景觀的分布格局現(xiàn)狀可能是受到某些干擾因素綜合作用的結(jié)果。研究首先對景觀斑塊類型進行劃分,以此為基礎(chǔ),分別描述景觀的面積、斑塊數(shù)目、斑塊密度指數(shù)、斑塊破碎化指數(shù),然后根據(jù)這些指數(shù)對研究區(qū)的景觀格局進行評價分析。

        2.1 斑塊類型的劃分 景觀的基本構(gòu)成單元是斑塊,要了解景觀格局,對斑塊類型進行劃分是要首先解決的問題。根據(jù)目前研究樣地的土地利用狀況,將19個斑塊綜合成5種斑塊類型,如表2所示。

        2.2 景觀破碎化評價 景觀破碎化造成的影響主要有生境總數(shù)減少、斑塊數(shù)量增加、斑塊面積減少、斑塊間距離增加。目前,景觀破碎化評價主要用景觀破碎化指數(shù)來衡量。景觀破碎化指數(shù)是指景觀內(nèi)某一生境類型在綜合給定時間內(nèi)與給定性質(zhì)上的破碎化程度[10]。評價指標(biāo)有:斑塊面積、斑塊數(shù)目、平均斑塊面積、斑塊破碎化指數(shù)、景觀破碎度等基本參數(shù)。該究采用以下指數(shù)。

        2.2.1 斑塊密度指數(shù)。斑塊密度(PD)是指研究區(qū)內(nèi)斑塊個數(shù)與面積的比值,其中斑塊密度指數(shù)越大,表示破碎化的程度越高。

        式中,Ni表示研究區(qū)斑塊總數(shù)或某斑塊類型的斑塊數(shù)目,Ai表示研究區(qū)斑塊的總面積或某斑塊類型的總面積[11]。

        2.2.2 斑塊破碎化指數(shù)。斑塊破碎化指數(shù)(FN)是指景觀被分割的破碎化程度,反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,與自然環(huán)境的破壞程度有關(guān)。

        式中,F(xiàn)N1,F(xiàn)N2分別為景觀兩種類型的斑塊破碎化指數(shù);FN1反映整個研究區(qū)景觀的破碎化程度;FN2反映某斑塊類型的破碎化程度;Np為景觀內(nèi)各類型斑塊總數(shù);Nc為研究區(qū)內(nèi)景觀總面積與景觀內(nèi)最小斑塊面積的比值;MPS為景觀內(nèi)所有斑塊的平均斑塊面積;Nf為景觀內(nèi)某斑塊類型的斑塊數(shù)目[12-13]。FN1和FN2的值域均為[0,1],0表明生境完全沒有遭受破碎化,1表明生境完全遭受破碎化。

        表1 研究區(qū)概況

        表2 斑塊類型

        3 結(jié)果與分析

        3.1 景觀總體特征 對斑塊的基本信息進行測量及統(tǒng)計計算,得到的基本參數(shù)值如表3所示。

        研究區(qū)域可分為5個景觀組分,共計19個斑塊,總面積為21 862 m2。在這5個景觀組分中,居民用地(A)占5個斑塊,面積共2 327 m2;農(nóng)用地(B)占1個斑塊,面積為4 000 m2;工業(yè)用地(C)占5個斑塊,面積共12 450 m2;防護林地(D)占7個斑塊,面積共3 045 m2;荒地(E)占1個斑塊,面積為40 m2。根據(jù)各個景觀組分的面積特征可知,腋球頂冰花的分布區(qū)中,工業(yè)用地(C)所占面積最大,其次是農(nóng)用地(B)、防護林地(D)及居民用地(A),所占面積最小的是荒地(E)(圖1)。據(jù)實地調(diào)查,近幾年此區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展迅速,各種中小型企業(yè)趁勢發(fā)展,故該地區(qū)的工業(yè)用地面積所占比例較高。工業(yè)發(fā)展之前,該區(qū)域主農(nóng)耕,故農(nóng)用地所占比列僅次于工業(yè)用地。另外,新疆北部風(fēng)沙較大,各種生態(tài)防護林的建立亦是必不可少的??梢?,在該區(qū)域的腋球頂冰花的分布區(qū)中,各種景觀組分與該區(qū)域的人類活動有著密不可分的關(guān)系。通過表3可知,不同斑塊類型的平均斑塊面積大小順序依次是B>C>A>D>E,這個順序與斑塊面積的順序不一致,這與取樣有關(guān),有兩種景觀類型的斑塊只有1個。

        表3 基本景觀參數(shù)

        3.2 斑塊密度指數(shù) 斑塊密度是評價某一景觀類型破碎化程度的指標(biāo)之一,可以揭示類型斑塊分割景觀基質(zhì)的程度,對物質(zhì)和能量分布以及生物保護有著重要的影響[14]。斑塊密度值越大,表明生境破碎化程度越大。由表3中斑塊密度值可知,景觀破碎化程度由大到小依次為,E>D>A>C>B。破碎化程度最大的是荒地,此地緊靠G312國道,該類型斑塊數(shù)僅1個,與取樣有關(guān),這可能是造成其破碎化程度較大的原因。防護林地破碎化程度僅次于荒地,可能是因為防護林地是人工景觀,人為因素更加顯著所致。破碎化程度最小的是農(nóng)用地,這可能與新疆地區(qū)往往進行大面積的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān),故此類型的景觀基質(zhì)尚可保持不被分割的狀態(tài)。

        3.3 斑塊破碎化指數(shù) 斑塊破碎化指數(shù)FN1為0.000 869,即為整個研究區(qū)的景觀破碎化指數(shù),由此指數(shù)可知整個區(qū)域的景觀破碎化程度并不是很嚴重。據(jù)表3可知每個斑塊類型的破碎化指數(shù)FN2,其中FN2最大的是防護林地,最小的是農(nóng)用地和荒地。不過農(nóng)用地和荒地的斑塊數(shù)均為1,故其FN2值均為0,表示此斑塊類型完全沒有破碎化,這與選取樣地有關(guān)。根據(jù)FN2值越大,表明破碎化程度越大,得出這5種景觀類型的破碎化程度由大到小的順序為D>A>C>B=E(圖2),此結(jié)果與斑塊密度所得結(jié)果基本一致。

        4 結(jié)論

        通過對腋球頂冰花在分布區(qū)的景觀格局的現(xiàn)狀和破碎化程度進行初步評價分析,得到如下結(jié)論:

        (1)天山北麓G312國道附近的腋球頂冰花分布區(qū)可分為5種景觀斑塊類型,分別為居民用地、農(nóng)用地、工業(yè)用地、防護林地和荒地。

        (2)工業(yè)用地在該研究區(qū)域占有較高的面積比例,約57%,其次依次為農(nóng)用地、防護林地和居民用地,所占面積比例最小的是荒地。

        (3)根據(jù)斑塊密度指數(shù),得出研究區(qū)景觀破碎化程度從大到小的順序依次為:E>D>A>C>B;根據(jù)斑塊破碎化指數(shù),得到破碎化程度由大到小的順序為:D>A>C>B=E,兩種指數(shù)得出的結(jié)果基本一致?;诖?,并依照對研究區(qū)的實地考察,對腋球頂冰花的分布區(qū)的破碎化程度劃分如下,破碎化程度最大的是荒地,其次是防護林地、居民用地、工業(yè)用地,最小的是農(nóng)用地。

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