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随着全球环境问题的日益突出,全球环境变化逐渐成为自然地理学的研究主题。经过20多年的发展,全球环境变化的研究已经趋向综合,如“全球变化与陆地生态系统”的研究和“_十地利用/覆被变化”的研究已发展成为“全球土地计划”,更加强调了对土地系统的综合研究,这里的土地系统是指“人类与环境耦合的陆地生态系统”。本文以位于中国北方农牧交错带的鄂尔多斯市为案例区,基于NOAA/AVHRR遥感植被数据、LANDSAT/TM解译的_十地利用/覆被数据、长期气象观测数据、社会经济统计数据及基础地理数据等,借助数理统计、小波分析、人工神经网络、GIS空间分析和遥感图像处理等方法研究了20世纪80年代以来该区域的生态系统变化及其驱动因素。本研究对于中国北方农牧交错带生态系统的管理具有一定价值的参考意义。
本研究主要的结论如下:
(1)位于中国北方农牧交错带的鄂尔多斯市是典型的脆弱生态区。
鄂尔多斯市多年平均降水量少且变率大,多年降水变率约在22%~31%;土壤质地疏松,生物、化学作用过程缓慢微弱,极易遭受风力、水力侵蚀;生物群落结构简单,多样性差,自我恢复能力低,生态系统的整体稳定性差,极易遭到人类活动的破坏;由于人口压力造成的草原的开垦、过度放牧等对该区的生态系统造成了很大的影响,出现了沙漠化和水土流失等环境问题;煤炭资源的开采也对地表环境造成了较大的破坏。
(2)气候变化和土地利用变化是鄂尔多斯市生态系统变化的主要驱动因素。
1981~2003年,鄂尔多斯市年均温有明显增加的趋势,而且统计特征显著;降水量年际波动比较大略有增加的趋势,但是统计特征不显著。年均温和年降水量变化线性趋势的区域差异比较明显。年均温变化的主周期约为4年、11年和21年;年降水量变化的主周期约为4年、6年和9年。年均温和年降水量多年变率存在明显的区域差异。年均温和降水量的年际变化波动较大且存在明显的区域差异。气候变化类型的区域差异比较明显。1988~2000年,研究区高覆盖度草地和耕地面积减幅较大,低覆盖度草地和未利用地面积有较大增幅;从研究区土地利用类型之间的转化看,该市的土地退化比较明显。各旗(区)土地利用综合动态度、土地利用强度变化和相对土地利用动态度均存在明显的区域差异。
(3)鄂尔多斯市气候变化和土地利用变化对生态系统的影响。
1982~2003年,鄂尔多斯市降水量空间分布与年际变化对生态系统的影响明显强于气温变化对其的影响。研究时段内,植被生长季气温、降水量年际变化与NDVI(mean)年际变化的空间相关性存在明显的区域差异;对于研究区大部分地区,植被生长季NDVI(mean)年际变化与降水量年际变化空间相关的显著性要高于其与气温年际变化空间相关的显著性。植被NDVI(max)年际变化对气温、降水量年际变化的敏感性存在明显的区域差异;对于研究区大部分地区,植被NDVI(max)年际变化对降水量年际变化的敏感性要高于其对气温年际变化的敏感性。植被生产潜力年际变化波动性较大,而且其变异系数存在明显的区域差异。植被生产潜力受降水量年际变化影响较大。粮食单产年际变化与降水量年际变化之间存在较强的线性相关性和周期相关性。但是,其与气温年际变化之间的相关性相对较弱。气候变化对研究区生态系统的影响可分大致为三个类型区,即东部区、中部区和西部区。
1988~2000年,鄂尔多斯市景观结构恶化,大部分地区植被净初级生产景呈减少的趋势,生态系统服务价值减少。研究区景观结构总体恶化;除准格尔旗、鄂托克旗、鄂托克前旗景观结构优化外,杭锦旗、达拉特旗、东胜区、伊金霍洛旗和乌审旗景观结构均恶化。研究时段内达拉特旗、东胜区和准格尔旗植被净初级生产量总体增加;鄂托克旗、鄂托克前旗、杭锦旗、乌审旗和伊金霍洛旗植被净初级生产量总体减少。研究时段内研究区生态服务价值总体减少;准格尔旗和东胜区的生态系统服务价值有所增加,其它各旗生态系统服务价值均减少。各旗(区)土地利用变化对生态系统的影响存在明显的区域差异。
(4)鄂尔多斯市生态系统变化驱动机制的初步分析与概念模型的建立。
气温变化、降水量变化和土地利用变化对陆地生态系统结构和功能的影响均存在正负效应。三者对生态系统的影响不是单独的起作用,而是相互关联、综合作用。气温的升高可以提高绿色植物光合作用效率也可以加快土壤的蒸发造成植物的“生理干旱”。降水量的增加可以缓解植被生长过程中水分条件的限制,但多雨天气的增加也会减少太阳辐射量。合理的土地利用行为可以保护和恢复自然生态系统,反之则会对生态系统造成巨大的破坏。在对鄂尔多斯市气温变化、降水量变化以及土地利用变化对生态系统影响分析的基础上,本文初步构建了内蒙古鄂尔多斯市生态系统变化驱动机制的概念模型。