景觀格局變化下艾比湖濕地防風固沙功能及其價值評估

莫豐瑞, 楚新正, 馬曉飛, 馬倩

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景觀格局變化下艾比湖濕地防風固沙功能及其價值評估

莫豐瑞1, 2, 楚新正1,*, 馬曉飛3, 4, 馬倩1

1. 新疆師范大學地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054 2. 新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室, 烏魯木齊 830054 3. 中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所, 荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室, 烏魯木齊 830011 4. 中國科學院大學, 北京 100049

基于遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)以及社會統(tǒng)計數(shù)據(jù), 運用改進后的風蝕流失量模型定量評估了2010—2015年艾比湖濕地不同景觀格局變化下防風固沙功能。結(jié)果表明: ①景觀動態(tài)度在2010—2015年增減波動性最大, 以建設用地景觀、灘地景觀和沼澤地景觀表現(xiàn)顯著, 戈壁景觀和沙地景觀波動幅度最小; ②景觀格局轉(zhuǎn)移矩陣中, 2000—2010年, 各景觀類型出現(xiàn)不同程度的減少, 主要轉(zhuǎn)向灘地景觀, 2010—2015年, 主要轉(zhuǎn)向旱地農(nóng)田景觀; ③防風固沙價值量以旱地農(nóng)田景觀增長最顯著, 較2000年增加了3.01倍; ④對比分析了改進后的風蝕流失量模型在本研究區(qū)的適用性, 結(jié)果較好, 表明植被覆蓋度與防風固沙量存在顯著相關(guān)性, 隨著時間的推移, 各景觀格局類型受人為活動影響加大, 林地景觀的防風固沙機能在減弱, 而鹽堿地景觀則在增強。

景觀格局; 防風固沙; 價值評估; 艾比湖濕地

1 前言

景觀格局變化是自然、人文及其它生物要素綜合作用的結(jié)果[1–2]。對景觀格局影響因子的分析, 可揭示景觀的形成及演化過程, 是探討景觀格局和人類生態(tài)過程相互作用的重要途徑[3]。在干旱區(qū)環(huán)境演變過程中, 干旱內(nèi)陸湖泊濕地景觀格局的變化不僅具有顯著地“指示”作用, 對于未來全球變化背景下還具有“預警”作用。景觀格局的變化可導致其生態(tài)系統(tǒng)服務功能發(fā)生演變, 進而致使生態(tài)系統(tǒng)服務功能產(chǎn)生多樣化、標準不一的現(xiàn)象[4]。目前, 關(guān)于濕地生態(tài)系統(tǒng)的具體服務功能, 尚未形成統(tǒng)一的劃分標準。Costanza等人[5]將濕地生態(tài)系統(tǒng)服務劃分為氣體調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、凈化水體等10類。國內(nèi)學者也主要參考該研究成果, 提出了相應分類。傅嬌艷等[6]將濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能分為提供產(chǎn)品、防洪減災、調(diào)節(jié)作用、保護生物多樣性、社會文化載體等5 類。張素珍等[7]認為濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能主要包括調(diào)節(jié)徑流、供水、滯留與降解污染物、豐富生物多樣性、調(diào)節(jié)氣候、生態(tài)旅游、區(qū)域生態(tài)安全等7類。崔麗娟[8]、彭友貴[9]、童春富[10]、王偉[11]亦提出了不同的分類和價值構(gòu)成。

防風固沙功能是我國西北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的主要服務功能[12], 且在濕地生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)最為典型, 對于鞏固西北重要生態(tài)屏障, 減少沙塵入侵, 維護區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。艾比湖濕地屬干旱內(nèi)陸湖泊濕地, 已成為新疆繼塔里木河流域之后的第二大生態(tài)退化區(qū)。濕地生態(tài)環(huán)境的嚴重劣變已嚴重影響到天山北坡經(jīng)濟帶和絲綢之路經(jīng)濟帶新疆段社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。本文運用景觀生態(tài)學理論和方法, 依據(jù)野外實地調(diào)查和觀測數(shù)據(jù), 結(jié)合遙感和GIS相關(guān)技術(shù), 利用生態(tài)經(jīng)濟學的技術(shù)和方法, 分析不同景觀格局下艾比湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務功能, 定量評估其生態(tài)服務價值, 進而為艾比湖濕地退化生態(tài)系統(tǒng)修復及生態(tài)建設提供理論依據(jù)和實踐支撐, 進而完善干旱內(nèi)陸湖泊濕地生態(tài)建設的研究方法和理論。

2 研究區(qū)概況

艾比湖濕地(82°33′47″—83°53′21″E, 43°31′05″—45°09′35″N)位于新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉蒙古自治州境內(nèi), 在行政區(qū)劃上地跨精河縣、博樂市和阿拉山口市, 是準噶爾盆地西部最低洼地和水鹽匯集中心。艾比湖濕地面積5.06×104km2, 屬典型的溫帶大陸性氣候, 冬季寒冷漫長, 夏季炎熱難耐。全年平均氣溫8.3 ℃, 極端最高氣溫42.3℃, 極端最低氣溫–34.6℃, 年平均降水量107.49 mm, 蒸發(fā)量3627 mm, 全年風力大于8 m·s–1日數(shù)多達172 d。

艾比湖濕地地貌特征屬于低海拔山間盆地, 主要包括低山丘陵、湖泊、沼澤、沖積平原、湖濱三角洲平原、湖積平原、風成沙地等地貌類型。濕地土壤類型多樣, 主要包括鹽堿土、半水成土、水成土、灰棕土、漠土、風沙土、鹽澤土和草甸土等, 其中以漠土分布最為廣泛。艾比湖濕地主要由來自地下、地表、及山區(qū)的補給水資源而形成, 濕地內(nèi)部分布著眾多的大小河流, 博河、奎屯河、精河主要是以地表徑流的形式直接注入艾比湖濕地的補給河流, 也是該濕地以地表徑流注入湖泊的主要河流[13]。

近年來, 艾比湖濕地干涸的鹽土湖積平原已淪為鹽漠, 成為影響我國東部最大的沙塵源區(qū)。該濕地主要的植被類型除梭梭(), 胡楊(), 檉柳()為優(yōu)勢種外, 還伴有蘆葦(), 苦豆子(), 沙拐棗()等。

3 研究方法

3.1 遙感數(shù)據(jù)來源及處理

由于植被生長季中的6—8月, 植被生長達到一年中旺季, 地表覆蓋度較好, 地物特征顯著[14], 能更好的表征研究區(qū)不同景觀類型, 故選取2000年、2005年、2010年和2015年四個時期內(nèi)艾比湖濕地生長季(6—8月)為研究時段, 采用該時段內(nèi)分辨率為30 m的Landsat TM影像, 以及分辨率為250 m的MODI3Q1 NDVI數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)勘探局(USGS)網(wǎng)站(http://www.usgs.gov)和寒區(qū)旱區(qū)科學數(shù)據(jù)中心(http://www.westgis.ac.cn)。其中, 四個時期的TM影像軌道號為146/29, 不同時期影像選取時間接近于同一月份, 云量低于10%。

數(shù)據(jù)下載后, 對其進行大氣校正和幾何校正, 其中大氣校正采用絕對大氣校正法, 將TM影像的DN值轉(zhuǎn)換為地表反射率, 進而消除大氣干擾; 幾何校正利用1:10000研究區(qū)地形圖對TM影像進行精確校正, 選擇28個地面控制點以及6個檢查點, 最終保證地面控制點的誤差小于1個象元。

校正后對其進行景觀類型的遙感解譯與精度檢驗。其中, 遙感解譯與分類在ENVI?5.1軟件下進行, 由于本研究側(cè)重于探究景觀格局變化, 因此結(jié)合研究區(qū)的實際情況, 參照劉紀遠[15]的“中國資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動態(tài)研究”以及中華人民共和國林業(yè)廳行業(yè)標準《自然保護區(qū)土地覆被類型劃分》(LY/ T1725—2008)將研究區(qū)土地景觀類型劃分為: 旱地農(nóng)田景觀、林地景觀、草地景觀、水體景觀、灘地景觀、建設用地景觀、沙地景觀、戈壁景觀、鹽堿地景觀、沼澤地景觀和裸巖地景觀(表1)。

監(jiān)督分類得到的分類結(jié)果要經(jīng)過分類精度檢驗、特征統(tǒng)計、柵格矢量轉(zhuǎn)換等步驟, 以使得圖像與實際土類、環(huán)境特征保持合理性[16]。本文通過兩種方法對其進行驗證: ① 野外驗證: 根據(jù)研究區(qū)試驗樣地各景觀類型的特征, 選取典型性樣地, 野外共架設采樣點138個, 其中有效樣點107個, 驗證正確點95個, 分類精度達88%＞83%[17], 表明此次景觀分類精準度較高。② 基于混淆矩陣的精度檢驗: 采用目視解譯得到感興趣區(qū)(ROI)與分類結(jié)果進行對比, 得到2000年—2015年景觀分類精度檢驗, 見表2。從表中可以看出, 四期的分類結(jié)果精度較好, Kappa系數(shù)均在0.89以上, 符合研究目的所要求的精度。

3.2 氣象、土壤數(shù)據(jù)來源及處理

氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma. cn)下載的2000年、2005年、2010年以及2015年四個時期的“中國地面氣候資料月級數(shù)據(jù)集”和“中國輻射月值數(shù)據(jù)集”。選取研究區(qū)周邊的氣象站點對其進行空間插值, 建立柵格數(shù)據(jù)。由于氣溫受高程的影響較大, 結(jié)合研究區(qū)DEM數(shù)據(jù), 對氣溫數(shù)據(jù)插值前, 對各個氣象站點的氣溫值應去除高程對其的影響, 即保證所有的氣象站點在同一水平面上進行空間插值, 最終將氣候數(shù)據(jù)和輻射數(shù)據(jù)插值成和分辨率、投影一致的柵格數(shù)據(jù)。

土壤數(shù)據(jù)包括土壤分類圖、土壤屬性、土壤質(zhì)地等。其中土壤分類圖來自陳蜀江等[13]人的《新疆艾比湖濕地自然保護區(qū)綜合科學考察》, 其余相關(guān)數(shù)據(jù)來自寒區(qū)旱區(qū)科學數(shù)據(jù)中心(http://westdc. westgis.ac.cn)以及《新疆土壤》[18]。

表1 艾比湖濕地景觀分類描述

表2 景觀分類結(jié)果精度驗證

3.3 社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源及處理

N、P和K是生態(tài)系統(tǒng)中三種主要的營養(yǎng)元素, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中多采用磷酸二銨和氯化鉀兩種化肥增補土壤中N、P和K的含量[19]。因此, 本文采用以上兩種化肥的價格進行評定。相關(guān)價格參考《中國物價年鑒》[20]、中國物價網(wǎng)(http://www.wjzxchina.com)以及中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)(http://www.agri.cn)。統(tǒng)計匯總見表3。

本文所引用的價格均是當年的實際價格, 由于不同年份間會出現(xiàn)價格的波動變化現(xiàn)象, 因此如果選用當年價格在不同年份間進行比較分析, 就會出現(xiàn)一定的差異, 影響最終結(jié)果。所以, 本文參照我國每年的CPI(消費物價指數(shù)), 經(jīng)過運算轉(zhuǎn)換為2000年不變價格。如表4:

3.4 防風固沙服務評價方法

將研究區(qū)域劃分為大小均一的1 km×1 km柵格, 逐一計算每個柵格的風蝕流失量, 疊加計算得到研究區(qū)風蝕流失量。各柵格風蝕流失量的計算因隨時空變化的參數(shù)難以獲得, 故采用區(qū)域平均值替代。

(1)、(2)式中,為風沙流失量(t);為坡度, 可有高程數(shù)據(jù)提取;為風速(m/s);為空氣濕度(%);為植被覆蓋度(%);為人為地表結(jié)構(gòu)破損率, 取1;為平均粒徑(mm);為土體硬度, 取0.9 N/cm2[21];表示時間(s), 對研究區(qū)取風速超過10 m/s的天數(shù)統(tǒng)計后替代; x, y表示距參照點距離(km);表示歸一化植被指數(shù);NDVI和NDVI分別表示無植被覆蓋和完全植被覆蓋下的值。

表3 2000年—2015年中國化肥、糧食價格 單位: 元·t-1

表4 2000—2015年換算價格表 單位: 元

通過計算艾比湖濕地無植被時風蝕量與實際風蝕量作差, 作為艾比湖濕地生態(tài)系統(tǒng)減少風蝕的防風固沙量。即:

3.5 防風固沙價值估算方法

3.5.1 保持表土價值估算

保持表土價值主要由研究區(qū)土地面積、土地質(zhì)地要素及其單位面積土地價格相乘得到, 即:

3.5.2 保持土壤肥力價值估算

保持土壤肥力價值主要以保持土壤中的N、P和K元素為表征,

即:

4 結(jié)果與分析

4.1 艾比湖濕地景觀動態(tài)度變化

通過對艾比湖濕地2000年、2005年、2010年及2015年四期遙感影像解譯、分類, 最終得到研究區(qū)四個時段內(nèi)的景觀類型動態(tài)變化圖, 如圖1。利用ArcGis中的表格屬性工具, 將各時期的分類結(jié)果導成Excle表格, 對比分析四個時期內(nèi)各景觀類型變化狀況, 如表5, 可以看出, 旱地農(nóng)田景觀自2000年至2015年面積變化呈逐年遞增的態(tài)勢, 其中2015年較2000年旱地農(nóng)田景觀類型增加了19.57%; 林地景觀和草地景觀2000年至2015年面積變化呈逐年遞減的態(tài)勢, 兩種景觀面積在2015年分別較2000年減少了14.32%和6.29%, 且二者均以2010年之后的銳減率最大; 水體景觀類型面積自2000之后呈現(xiàn)先減少后增加的態(tài)勢, 但整體表現(xiàn)為減少, 其中2015年較2000年景觀類型面積減少了7.61%; 灘地景觀面積自2000到2010年呈增加態(tài)勢, 2015年較2010年呈減少態(tài)勢, 但整體表現(xiàn)為增加, 其中2015年較2000年增加了14.98%; 建設用地景觀面積雖整體呈增加態(tài)勢, 從表3中可以看出, 2000到2010年建設用地景觀面積增加幅度不大, 自2010年以后, 呈迅猛增加, 較2010年增加了39.98%; 沙地景觀、戈壁景觀和裸巖地景觀面積整體呈增長態(tài)勢, 15 a中面積變化不大; 鹽堿地景觀面積15 a中變化幅度波動較大, 但自2010年以后均表現(xiàn)為遞增趨勢, 其中2015年較2010年增加了4.97%。

通過對艾比湖濕地前一時期與后一時期11種景觀類型面積變化進行動態(tài)度比較分析, 得到2000—2015年艾比湖濕地景觀類型面積動態(tài)度分析表(見表6), 從中可以看出, 11種景觀類型在2000—2005年動態(tài)度呈增長趨勢的有旱地農(nóng)田景觀、灘地景觀和建設用地景觀, 以灘地景觀表現(xiàn)最為顯著, 動態(tài)度為9.73%, 其余二者動態(tài)度分別為1.99%和0.96%, 表現(xiàn)為減少趨勢的景觀類型以沼澤地景觀最為顯著, 動態(tài)度為-1.81%。2005—2010年動態(tài)度呈增長趨勢的景觀類型有灘地景觀、沙地景觀、戈壁景觀、鹽堿地景觀以及沼澤地景觀, 以鹽堿地景觀表現(xiàn)最為顯著, 動態(tài)度為1.03%, 表現(xiàn)為減少趨勢的景觀類型以水體景觀表現(xiàn)最為顯著, 動態(tài)度為-2.67%。2010—2015年動態(tài)度呈減少趨勢的景觀類型有林地景觀、草地景觀、灘地景觀和沼澤地景觀, 以灘地景觀表現(xiàn)最為顯著, 動態(tài)度為-5.30%。

維生素D缺乏與感染發(fā)生的相關(guān)性及其機制研究進展…………………………………………………… 張曉丹等（5）：710

總體中, 2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年三個時間段波動變化中, 以2010—2015年的增減波動變化最大。表明自2010年以來的5年艾比湖濕地各景觀類型受自然、人為等交互干擾作用明顯, 以建設用地景觀、灘地景觀和沼澤地景觀表現(xiàn)最顯著, 以戈壁景觀和沙地景觀變化波動幅度最小, 表明2010—2015年艾比湖濕地防風固沙和水土保持效應相對較好。

4.2 艾比湖濕地景觀格局轉(zhuǎn)移

4.2.1 2000—2005年艾比湖濕地景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

(1)水體景觀、鹽堿地景觀和沙地景觀大幅減少。見表7所示, 其中, 水體景觀減少了5123 ha, 鹽堿地景觀減少了4095 ha, 沙地景觀減少了1349 ha。減少的景觀類型中, 8.48%的水體景觀轉(zhuǎn)化為林地景觀, 轉(zhuǎn)化后的林地景觀占整個林地景觀構(gòu)成的22.49%, 3.7%的水體景觀轉(zhuǎn)化為灘地景觀, 轉(zhuǎn)化后的灘地景觀占整個灘地景觀構(gòu)成的9.99%。

(2)沼澤地景觀、草地景觀和戈壁景觀面積呈現(xiàn)不同程度的減少, 分別減少了906 ha、841 ha和662 ha。其中, 沼澤地景觀主要轉(zhuǎn)向林地景觀和灘地景觀, 草地景觀主要轉(zhuǎn)向鹽堿地景觀, 戈壁景觀主要轉(zhuǎn)向建設用地景觀和旱地農(nóng)田景觀。

圖1 2000年—2015年艾比湖濕地景觀類型圖

表5 艾比湖濕地2000—2015年景觀面積變化表

表6 2000—2015年艾比湖濕地景觀類型面積動態(tài)度分析表

表7 2000—2005年艾比湖濕地景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣(單位: ha)

4.2.2 2005—2010年艾比湖濕地景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

(1)濕地景觀類型中水體景觀、林地景觀和草地景觀大面積減少, 見表8所示, 其中水體景觀減少了6717 ha, 林地景觀減少了765 ha, 草地景觀減少了561?ha。這其中13.35%的水體景觀轉(zhuǎn)化為灘地景觀, 占2010年灘地景觀構(gòu)成的30.11%; 3.32%的林地景觀轉(zhuǎn)化為草地景觀, 占2010年草地景觀構(gòu)成的0.99%, 雖然林地景觀面積的減少主要轉(zhuǎn)化為草地景觀, 但轉(zhuǎn)化部分較少, 且草地景觀的減少與其向其他各類景觀均有所轉(zhuǎn)移有關(guān), 其中以向灘地景觀轉(zhuǎn)移占主導, 有0.89%的草地景觀向灘地景觀轉(zhuǎn)移, 占2010年灘地景觀構(gòu)成的2.19%。

(2)艾比湖濕地景觀類型中, 鹽堿地景觀、灘地景觀和沙地景觀大面積增大。其中, 鹽堿地景觀面積的增大主要由灘地景觀轉(zhuǎn)移, 而灘地景觀面積的增大又主要由水體景觀轉(zhuǎn)移, 其中, 13.35%的水體景觀向灘地景觀轉(zhuǎn)移且占灘地景觀面積構(gòu)成的30.12%。沙地景觀類型增加了663?ha, 其中主要由草地景觀和鹽堿地景觀轉(zhuǎn)移, 分別為0.9%的草地景觀和0.21%的鹽堿地景觀轉(zhuǎn)移而來。

4.2.3 2010—2015年艾比湖濕地景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

(2)旱地農(nóng)田景觀、水體景觀和沼澤地景觀類型不斷增大。其中, 旱地農(nóng)田景觀面積增幅最為顯著, 約為2010年的4倍。這其中44.06%的鹽堿地景觀轉(zhuǎn)移為旱地農(nóng)田景觀, 占旱地農(nóng)田景觀構(gòu)成的74.21%。水體景觀和沼澤地景觀的增加也主要由灘地景觀轉(zhuǎn)移, 分別由47.04%和2.80%灘地景觀轉(zhuǎn)移。

由此可見, 2010—2015年間它類景觀類型主要向旱地農(nóng)田景觀轉(zhuǎn)移, 從中也反映了人為活動的加劇致使擴耕范圍不斷遞增。

4.3 防風固沙物質(zhì)量變化

通過公式計算得到研究區(qū)四個時期防風固沙量分布圖(圖2)。從中可以看出研究區(qū)2000—2015年四個時期的風沙保持量存在顯著差異, 最小值可達0, 最大值可達5780 t/km2。從整體中, 風沙保持的低值集中分布且呈斑塊面積相對較大; 風沙保持量的較高值呈斑塊狀、條帶狀分布, 主要分布于研究區(qū)西南部農(nóng)耕區(qū)及河道周圍。

利用ArcGis10.0軟件將防風固沙分布圖與同時期內(nèi)的景觀分類圖進行疊加, 對比分析導出各景觀類型下防風固沙量, 如表10。從中可以看出, 2000年艾比湖濕地各景觀類型中以林地景觀和沙地景觀的防風固沙量最大; 2005年以林地景觀、鹽堿地景觀、沙地景觀和旱地農(nóng)田景觀的防風固沙量最大; 2010年以旱地農(nóng)田景觀、鹽堿地景觀和草地景觀的防風固沙量最大; 2015年以旱地農(nóng)田景觀和鹽堿地景觀的防風固沙量最大。整體中, 2000—2015年旱地農(nóng)田景觀、灘地景觀和鹽堿地景觀的防風固沙量呈直線迅猛增長趨勢, 其中以旱地農(nóng)田景觀表現(xiàn)最為顯著, 2015年防風固沙量較2000年增加了3.01倍; 林地景觀、草地景觀和沙地景觀的防風固沙量自2000—2015年呈減少趨勢, 其中尤以林地景觀表現(xiàn)最為顯著, 2015年防風固沙量較2000年減少了2.38倍。

表8 2005—2010年艾比湖濕地景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣(單位: ha)

表9 2010—2015年艾比湖濕地景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣(單位: ha)

圖2 2000年—2015年艾比湖濕地防風固沙量分布圖

表10 艾比湖濕地景觀類型防風固沙物質(zhì)量表(單位: 萬噸)

4.4 防風固沙價值量變化

利用ArcGis10.0軟件分別對2000、2005、2010和2015四個時期的風沙保持功能所產(chǎn)生的保持表土價值和表土肥力價值進行計算, 加和, 最終得到研究區(qū)四年不同景觀類型下的防風固沙價值量, 如表11。從表中可以看出, 2000年和2005年的防風固沙價值量以林地景觀居首, 達0.6129萬噸; 2010年和2015年以旱地農(nóng)田景觀的防風固沙量居首。整體中, 艾比湖防風固沙價值量呈逐年遞增趨勢。其中, 2000—2005年艾比湖濕地防風固沙價值量增加了3.59%, 平均年際遞增率為0.72%; 2005—2010年艾比湖濕地防風固沙價值量增加了8.39%, 平均年際遞增率為1.68%; 2010—2015年艾比湖濕地防風固沙價值量增加了0.62%, 平均年際遞增率為0.12%。表明, 2005—2010的5年間艾比湖濕地防風固沙價值量呈迅猛增長態(tài)勢, 其中以旱地農(nóng)田景觀類型的防風固沙價值量增長顯著, 這可能由于人為活動的不斷擴耕, 致使耕地面積遞增, 進而引起旱地農(nóng)田景觀防風固沙價值量的增長。

表11 艾比湖濕地景觀類型防風固沙價值量表(單位: 億元)

5 結(jié)論與討論

對景觀格局影響因子的分析, 可揭示景觀的形成及演化過程, 是探討景觀格局和人類生態(tài)過程相互作用的重要途徑。目前, 國內(nèi)研究主要集中在對濕地景觀格局變化及其驅(qū)動力/動態(tài)模型等方面[23–24], 而對濕地景觀格局內(nèi)部過程和環(huán)境效應的定量研究則是薄弱環(huán)節(jié)。尹澄清等[25]研究了白洋淀水陸交錯帶對營養(yǎng)物質(zhì)的截留作用和南方農(nóng)村地區(qū)多水塘系統(tǒng)在截留農(nóng)田中氮磷以及農(nóng)藥方面的重要作用; 李秀珍等[26]做了不同景觀格局對濕地養(yǎng)分去除功能的影響研究。國外對景觀格局變化的機理研究也以定性分析為主, 如與森林、濕地生態(tài)系統(tǒng)相鄰的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)上從事農(nóng)業(yè)活動被認為是對森林和濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡構(gòu)成的主要威脅[27–28]。

通過對艾比湖濕地2000年、2005年、2010年和2015年四個時期景觀類型動態(tài)度對比分析, 得出2010—2015年各景觀類型面積年際間增加波動較大, 表明2010年以后艾比湖濕地各景觀類型受自然、人為等交互干擾作用強烈, 以建設用地景觀、灘地景觀和沼澤地景觀表現(xiàn)最為顯著。濕地景觀格局轉(zhuǎn)移方面, 2000—2005年, 水體景觀、鹽堿地景觀和沙地景觀面積大幅減少, 主要轉(zhuǎn)向林地景觀和灘地景觀; 2005—2010年, 水體景觀、林地景觀和草地景觀面積大幅減少, 主要轉(zhuǎn)向灘地景觀; 2010—2015年, 鹽堿地景觀、灘地景觀和草地景觀面積大幅減少, 主要轉(zhuǎn)向旱地農(nóng)田景觀。

針對防風固沙服務價值評估的方法較多, 主要有替代法[29–30],模型[12]和風蝕流失量模型等[31–32]。韓永偉[4]將董治寶[33]建立的風蝕流失量模型進行了改進, 去除了董治寶[33]模型中的時間變量較難統(tǒng)計, 短時間內(nèi)研究難以解決的難題。因此, 本文采用韓永偉改進后的模型, 對2000年、2005年、2010年和2015年四個時期艾比湖濕地防風固沙生態(tài)服務功能進行了評估, 得出2000—2015年, 隨著時間的推移, 防風固沙量以旱地農(nóng)田景觀增長最顯著, 較2000年增加了3.01倍。除此之外, 由于韓永偉等[4]利用改進后的模型探究了黑河下游重要生態(tài)功能區(qū)植被的防風固沙功能。結(jié)果表明, 植被覆蓋度與防風固沙量存在顯著相關(guān)性, 這與本文的結(jié)果相一致。一般地, 覆蓋度越高, 防風固沙量越大, 進而水域、裸地的防風固沙量可趨近于0。

在本文水體、裸巖地景觀的防風固沙量趨近于0, 林地、草地景觀的防風固沙量相對較高, 與其覆蓋度呈正比。但本研究還發(fā)現(xiàn), 隨著時間的推移, 人為活動不斷加劇, 導致景觀格局類型發(fā)生了巨大變化, 迫使耕地面積擴增, 與此同時, 林地景觀的防風固沙機能表現(xiàn)為遞減趨勢, 相對應地鹽堿地景觀的防風固沙機能呈迅猛上升趨勢。

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MO Fengrui, CHU Xinzheng, MA Xiaofei, et al. The windbreak and sand fixation function and its value assessment of landscape patterns change of Ebinur lake wetland[J]. Ecological Science, 2017, 36(6): 195-206.

The windbreak and sand fixation function and its value assessment of landscape patterns change of Ebinur lake wetland

MO Fengrui1,2, MA Xiaofei3,*, CHU Xinzheng1, MA Qian1

1.College of Geographical science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, China 2. Key Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Area of Xinjiang, Urumqi 830054, China 3. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

This study carried out quantitative evaluation on the windbreak and sand fixation function of Ebinur Lake Wetland under different landscape patterns from 2000 to 2015 by using an improved model of loss amount from wind erosion based on remote sensing data, meteorological data, soil data and social statistic data. The results showed that ① the most serious landscape dynamic degree fluctuated from 2010 to 2015, and construction land landscape, bottomland landscape and marshland landscape changed significantly, while Gobi landscape and desert landscape fluctuated the most slightly. ② Landscape change matrix showed that different landscapes all decreased to different extents and mainly transformed into bottomland within 2000-2010, and mainly transformed into dryland landscape within 2010-2015. ③ The value quantity of windbreak and sand fixation of dry land landscape increased by 3.01 times compared with that in 2000, which was the most significant.④Contrastive analysis was carried out on the applicability of the model in this research area. The result was satisfactory and showed that vegetation coverage was significantly correlated with the amount of windbreak and sand fixation. As time went by, the landscapes were affected more and more seriously by human activities, the windbreak and sand fixation function of forest land landscape was weakening, while the windbreak and sand fixation function of saline and alkaline land were enhancing.

landscape pattern; windbreak and sand fixation; value assessment; Ebinur Lake wetland

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.06.027

F062.2

A

1008-8873(2017)06-195-12

2017-08-07;

2017-09-19

國家自然科學基金項目(41261046)

莫豐瑞(1992—), 男, 新疆阿勒泰市人, 碩士研究生, 主要從事干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境防治方面的研究, E-mail: 364982725@qq.com

馬曉飛, 男, 博士, 主要從事干旱區(qū)景觀生態(tài)及遙感水文方面的研究, E-mail: xiaofei_ma@126.com