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绿洲-荒漠过渡带是指在不同时空尺度上,由绿洲与荒漠间的物流、能流和信息流产生不连续分布形成的具有临界阈特征的界面以及围绕该界面向外延伸的空间域。从过渡带生态系统的特殊功能和绿洲生态环境建设的需要考虑,深入研究这一特殊地带的环境演化特征对于认识其生态学过程、维护和发展绿洲具有重要的现实意义。
民勤是具有统一生态水文系统的石羊河流域各绿洲中最下游的一个绿洲,由于地下水位急剧下降,绿洲及其外围生态环境迅速退化,这对中上游绿洲的演化趋势具有极其重要的指示和预警意义。本研究以环境退化最为严重的坝区为重点,对民勤绿洲-荒漠过渡带近50年环境演化的表现及演化驱动力做了较为详尽的研究,研究结果表述如下:
以水资源减少和无节制的水资源浪费为诱因的地下水位下降是过渡带环境演化的主要驱动力。近50年过渡带的地下水位变化分析表明:绿洲-荒漠过渡带地下水位呈持续加速下降趋势,水位由荒漠向绿洲方向降低,越靠近绿洲,区域间的水位差越大,水位下降速率与近50年各时期人为活动对地下水的利用强度相一致。
景观格局与动态是过渡带生态过程在景观生态学层面上的反映。对近50年过渡带景观格局与动态的研究表明:绿洲-荒漠过渡带的景观变化不是单纯的由一种景观类型向另一种景观类型的转换,而是与人类干扰方式和强度息息相关,并先后经历了绿洲化和荒漠化两个截然相反的过程,在景观格局上表现为由简单到复杂,再到简单的过程。林地和耕地变化是影响区域景观变化的主导因素。近50年来,绿洲向外围扩张了2~3km,同时,过渡带向荒漠位移,宽度由60年代初的4km增加至80年代后期的约9km后又迅速变窄;1978~1987年景观变化强度达到历史最高水平,1998年后景观格局相对稳定;人为干扰越强的时期或区域,其景观越破碎,整个过渡带景观破碎程度较大的时期出现在景观类型转化最快的1978~1987年,景观较为破碎的区域出现在距离绿洲边界2km处和造林区。近50年,乔木林趋于消失;灌木林在80年代前大面积增加,之后急剧减少;耕地开垦强度从60年代到90年代持续增加,90年代后期有所降低,但弃耕率在近50年来呈直线增加趋势。
植被演化是过渡带生态过程在植物生态学层面上的反映。依据植物生长对地下水位埋深的响应,可将研究期划分为四个时期:植物生长适宜水位期(1961~1972年)、植物生长正常水位期(1972~1981年)、植物勉强存活水位期(1981~1984年)、植物衰亡水位期(1984~2009年)。在水位下降导致的土壤干旱化不断加剧的情况下,民勤沙井子自然植被经历了从半荒漠草原向灌木荒漠的快速、忍耐型演化过程。在这一过程中,天然群落中大量物种的分布范围发生明显的变化乃至消失,物种丰富度显著降低;48%的群系和60%的群丛消失,群落类型减少,结构简单,优势种表现出较大的生态幅,抗旱性能进一步加强,出现超早生化的趋势。
植被现状及其土壤水环境是环境演化的结果,也是生态恢复与重建的环境基础。坝区对应的过渡带是民勤环境退化特征最为显著的区域,现状调查表明:研究区植被总盖度约为36%,灌木盖度为18.7%,草本盖度为18.0%,物种丰富度为19;植被和土壤水环境随着与绿洲距离的增加具有明显的空间异质性,从景观分异角度沿绿洲至荒漠方向可划分为4个区段,区段1至区段4,物种组成、植被盖度、优势种、建群种均表现出与各区段立地条件相适应的特征,呈现出大灌木-草本-小灌木-草本的格局,对应的地貌呈现出固定-半流动-半固定-流动的格局;各区段丘间地土壤含水量垂直分布差异较大,5~60cm之间为降水主要持水层,因弱透水层的出现,区段1至区段3在60~180cm之间含水量出现了第二次波动,水分在弱透水层上的积累为地上植物的生存提供了重要的水分保证。
气候波动不是过渡带环境演化的因为,但在植被脱离地下水绝对控制、而水位又无法得到有效恢复的情况下,气候将影响今后环境的演化方向。根据近50年民勤绿洲-荒漠过渡带气象和风沙观测资料,对过渡带温度、降水、蒸发量、相对湿度、风沙活动等气候要素进行了系统的分析,结果表明:近50年,过渡带平均增温率为0.008℃·a-1,80年代后增温显著,增温率高达0.037℃·a-1;增温主要发生于冬春两季;降水呈波动上升趋势且年际稳定性增强,2000年后与60年代相比,增加幅度达27.45%,增加主要发生于春秋两季;蒸发量减少,相对湿度线性增加;受气候变化,沙尘暴在近50年持续减少,而扬沙和浮尘天气与人为干扰关系密切,存在波动和反弹;气候条件的改善对过渡带退化植被的恢复与重建以及沙漠化的逆转将起到正面作用。
综合分析认为,民勤绿洲-荒漠过渡带在近50年的环境演化中具有三个显著特征:一是绿洲向荒漠的扩张;二是继绿洲化之后的荒漠化;三是自然植被类型和组成特征上的持续早化。目前,坝区对应的过渡带生态环境存在两个稳定因素,一是景观格局的相对稳定;二是植物种组成和主导因子的相对稳定,这两个相对稳定反映出坝区过渡带环境的相对稳定。