全 文 ：第 31卷 第 2期
2010年 4月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
JournalofInnerMongoliaAgriculturalUniversity
Vol.31 No.2
Apr.2010
基于 RS和 GIS的鄂尔多斯
半日花景观动态变化研究＊
韩春荣 1 , 刘果厚 1＊ , 韩宝龙 2 , 史学刚 2
(1. 内蒙古农业大学生态环境学院 ,呼和浩特 010019;2. 乌海市林业局 ,乌海 016000)
摘要: 本文以珍稀濒危植物鄂尔多斯半日花(Helianthemumordosicum)为研究对象 , 利用其有限的分布以及荒漠植
被群落结构比较简单的特点 ,在遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)技术支持下 ,首次界定了鄂尔
多斯半日花分布区 , 并对鄂尔多斯半日花分布区近几年来的景观变化进行了分析 ,研究了鄂尔多斯半日花不同分布
区域群落动态 , 论述了鄂尔多斯半日花的生存现状。得到的结论如下:(1)鄂尔多斯半日花分布面积为 1 123.771
km2 ,生于海拔 1 100m～ 1 600m范围内;(2)鄂尔多斯半日花分布区面积逐渐减小 、斑块趋于破碎化。
关键词: RS和 GIS; 鄂尔多斯半日花; 景观动态变化
中图分类号: S771.8;Q949.758.9 文献标识码: A 文章编号:1009-3575(2010)02-0109-07
STUDYOFTHEDYNAMICCHANGEOFHELIANTHEMUMORDOSICUMLANDSCAPEUSINGRSANDGIS
HANChun-rong1 , LIUGuo-hou1＊ , HANBao-long2 , SHIXue-gang2
(1. ColegeofEcologyandEnvironmentScience, InnerMongolicaAgriculturalUniversity, Hohhot 010019, China;
2. WuhaiShiForestry016000, China)
Abstract: ThisarticletakethreatenedplantsHelianthemumordosicumasobjectofstudy, usingdelimiteddistributionaswellaschar-
acteristicofsimpledesertcommunitystructurebythetechniquesofRS, GISandGPS, firstlydelimitedtheHelianthemumordosicum
distributionarea, studiedthelandscapevariationinrecentyearsatHelianthemumordosicumdistributionarea, anddiscussfragmenta-
tioncausesindifferentareas.Expounditssurvivalpresentsituationinitially.Theresultsareasfollows:(1)Thedistributionareaof
Helianthemumordosicumis1 249.064km2 , wasbornintheelevation1 100m～ 1 600mscope;(2)Helianthemumordosicumdistribution
areatendtoreduction, thepatchofthisspeciestendtofragmentation.
Keywords: RSandGIS; Helianthemumordosicum; dynamicchangeoflandscape
鄂尔多斯半日花(HelianthemumordosicumY.Z.
Zhao, Z.Y.ZhuetR.Cao)隶属于半日花科半日花属。
半日花科有 8个属 ,约 170种 ,多生地中海区域 ,北
美亦产;半日花属约 80种 ,主产地中海区和南北美
洲 [ 1] 。半日花科在我国仅有 1属 2种 [ 2] ,分别为半
日花和鄂尔多斯半日花 ,分布于我国新疆准噶尔和
内蒙古西鄂尔多斯地区[ 3] ,是典型的旱生小灌木 ,古
地中海残遗植物 [ 4] ,只有鄂尔多斯半日花在西鄂尔
多斯高原地区形成以鄂尔多斯半日花为建群种的荒
漠群落 [ 5] 。生于海拔 1 100m～ 1 600m的荒漠石质
和砾石质残丘坡地上 ,土壤为漠钙土 ,可形成小面积
荒漠群落。半日花属于国家二级保护植物 [ 6] ,对研
究古植被的生态环境 、亚洲东部特别是研究我国荒
漠植物区系的起源以及与地中海植物区系的关系有
重要的科学价值 [ 7, 8] 。对干旱草原和荒漠的防风 、固
沙来说也是 1种难得的优良物种 ,而且是 1种很具
＊ 收稿日期: 2010-03-10基金项目: 内蒙古自治区自然科学基金(20080404zd14)、教育部科学技术研究重点项目(209022)作者简介: 韩春荣(1982-),女 ,硕士研究生 ,主要从事野生植物保护与利用的研究.＊通讯作者: E-mail:guohouliu@163.com
有观赏价值的旱生小灌木 。
地球表面大部分生态系统受到人类活动的影
响 ,引起土地利用变化 ,改变了生境的空间形状和质
量 [ 9] 。生境的丧失 、退化和片断化对物种分布和种
群存活的影响是当前保育生物学研究的热点[ 10] 。
但是 ,不同时空尺度下物种分布区内景观结构变化
及其影响因子关系的研究还不多见 [ 11] ,而对于鄂尔
多斯半日花景观动态变化的研究未见报道 。因此 ,
本文应用 2002年和 2008年的遥感影像图确定鄂尔
多斯半日花分布面积及景观动态变化研究 ,反映鄂
尔多斯半日花的生存现状 ,为保护濒危物种提供基
础资料 。力图引起有关学者专家及各界人士的对保
护珍稀濒危物种的关注与重视 。
1 研究概况
1.1 研究区概况
研究区位于鄂尔多斯高原西北部 ,西界与乌兰
布和沙漠毗连 ,南界与宁夏境界相连 ,北界与库布齐
沙漠相邻 ,东界止于桌子山分水岭 ,地理坐标在 106°
36′-107°25′E, 39°10′-40°10′N的范围内 ,是我国
温带荒漠草原向荒漠过渡的典型地区 。
半日花分布区为强大陆性气候 ,冬季寒冷 、夏季
炎热 ,最低气温可达 -35℃,最高气温可达 39℃,年
平均气温 9.6℃;干旱少雨 ,平均年降水量228.3mm,
集中于 6月 ～ 8月;蒸发量 2 350.4mm,是降水量的
10.3倍 ,平均相对湿度 44%[ 12] ;地表具大量碎石块 ,
其覆盖率可达 70%以上 ,有的地方有积沙覆盖。属
于干旱半干旱气候类型区 ,种类贫乏 ,以超旱生灌
木 、半灌木占绝对优势 。
1.2 鄂尔多斯半日花的生态 、生物学特性
鄂尔多斯半日花为超旱生的小灌木 ,多在山麓
石质残丘形成半日花荒漠群落 ,在山前洪积平原少
见 。在典型的鄂尔多斯半日花群落中 ,亚优势种为
刺旋花(ConvolvulustragacanthoidesTurcz.),伴有红
沙(ReaumuriaSoongoricaMaxim.)、三芒草(Aristida
adscensionisL.)、中亚细柄茅(Ptila-grostispelioti
(Danguy)Grub.)等 [ 13] 。在一些有覆沙的地段上 ,可
出现四合木(TetraenamongolicaMaxim.)、霸王(Zy-
gophylumxanthoxylonMaxim.)等灌木 ,海拔较高的
地方有蒙古扁桃(PrunusmongolicaMaxim.)等 [ 14] 。
2 研究方法
2.1 数据来源
本文以中科院遥感卫星地面接收站提供的陆地
卫星 LandsatTM影像 ,以 2002年 9月和 2008年 9
月两个时期的影像数据为基本数据源 ,以 1:5万的
地形图为基准 ,以内蒙古自治区 1:50万地貌类型图
和 1:150万植被类型图等相关图件为补充信息源。
TM影像的地面分辨率为 30m×30m, TM影像合成
方案为 4(R)、3(G)、2(B)波段组合 ,为标准假彩色
合成。因该组合方案对植被反射最为敏感 ,不仅能
很好地反映植被生长状况 ,且各种不同植物间的光
谱差异大。
2.2 图像预处理
应用 ERDASIMAGIN8.5和 ENVI4.1遥感图像
处理软件进行遥感影像的合成 、几何校正 、增强处理
等预处理。扫描地形图 、配准 、几何纠正 、拼接 ,并在
ArcGIS9.2软件上进行投影转换 ,使地形图与遥感影
像投影相一致 ,为解译遥感影像做准备工作。
2.3 解译与实地考察确定解译标志
解译以斑块为最小景观结构单元 ,在 ArcView
3.3GIS软件支持下结合相关资料 ,人机交互模式目
视解译 ,提取鄂尔多斯半日花分布区 。依据不同景
观类型在遥感影像上所表现的颜色 、阴影 、大小 、纹
理 、形状 、位置 、图形结构与相关布局等直接标志及
其它相关要素表现出的间接特征 ,经过 GPS定点考
察验证后建立解译标志 ,将其作为遥感影像目视解
译的依据和基础 。在判读区内进行多次踏察 ,建立
遥感影像判读标志(如表 1)。
野外考察共进行 3次 ,先于 2008年 8月 、2009
年 5月在判读区内进行野外实地考察和初步解译 ,
为室内判读奠定了基础。建立遥感影像判读标志
后 ,在室内进行详细判读。判读中 ,除了 “全面观察 、
综合分析”的原则 [ 15]外 ,在解译中还做到了:统筹规
划 、分区判读 ,由表及里 ,循序渐进 ,去伪存真 ,精心
解译。在详细判读过程中 ,对疑难点 、难以判读和有
待验证的问题做了详细记录 ,并在 2009年 8月进行
第 3次野外验证与补判 ,以检验判读质量和解译精
度 。解译过程中图斑轮廓线误差不超过 3个像元
(实地 90m×90m)。借助 RS与 GIS技术提取鄂尔
多斯半日花景观构成与景观格局信息。基于景观生
态学思想和研究区的生态环境特征 、土地利用现状
及相关研究成果 [ 16 ～ 18] ,将研究区的景观类型划分成
11种类型:鄂尔多斯半日花群落 、四合木群落 、耕地
与人工林地 、城市居民点 、工矿用地 、裸沙与冲沟 、水
体 、交通用地 、山体 、湿地及由其它植被组成的草地
110 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2010年
景观。研究区不同时期景观结构动态变化及景观类
型的面积变化如图 2所示。
2.4 野外考察方法
野外考察使用 GPS定点结合打印出来的 1:5万
RS影像图 ,在室内解译时记录的疑难点 、难以判读
和有待验证的地方都去确认具体景观类型 ,并做
10m×10m的样方 ,统计样方内植物数量确定群落类
型 。
3 结果与分析
3.1 鄂尔多斯半日花分布区
表 1 研究区遥感影像解译标志
Tab.1 Therepresentationindicatorofstudyarea
分布范围与生境特点 解译标志
鄂尔多斯半日
花
分布于海拔 1 100m～ 1 600m的在山麓石
质和砾石质残丘坡地上 ,土壤为漠钙土
山坡上显浅灰蓝绿色 , 色调浅于四合木偏亮 , 呈不规
则的片状或块状 , 边界模糊 , 面积不大 , 图斑内部色调
及纹理均匀细致 , 常被冲沟 、裸岩及工矿用地所分割
四合木
多分布于海拔 1 000m～ 1 300m的高平原 、
山前倾斜平原与黄河冲积平原 、石质低山
残丘及山间台地上 ,地表覆沙或砾石质
棕绿底色上显土红到浅红色 , 鲜艳偏亮 , 呈不规则的
片状或块状 , 边界模糊 ,面积较大 , 图斑内部色调及纹
理均匀细致 , 常被冲沟 、沙地 、裸岩及工矿用地所分割
耕地与人工林
地 黄河沿岸及人工灌溉地区
鲜红 、深红或偏黄色 ,形状规则 , 边界明显 , 面积不大 ,
纹理清晰 , 常与居民点镶嵌分布
城镇与居民点 分布于人口密集 、地形平坦的地区 灰或蓝灰色 , 形状规则 , 轮廓清晰 , 面积较小 , 图斑内部具网格状道路
工矿用地 城镇居民点周围 、黄河冲积平原及山体山麓地带
黑色 , 形状不规则 , 边界明显 , 常呈带状或块 、片状分
布 , 图斑内部色调均匀
裸沙与冲沟 高平原 、山前倾斜平原 、黄河冲积平原及山麓地带 、倾斜平原与洪积台地上
裸沙地为浅黄 、灰白或明亮的白色及蓝灰色 , 呈形状
不规则的带 、片 、块状 , 边界清晰 ,内部有波状 、蜂窝状
或鳞片状波纹 , 质地均匀;冲沟为蓝或明亮的白色调 ,
常呈弯曲的条带状 , 轮廓清晰 , 数量众多 , 多为干沟 ,
常有裸沙
水体 呈弯曲条带状分布于研究区西南部边缘 蓝 、黑 、蓝绿色 , 弯曲条带状 ,轮廓清晰
湿地 河流沿岸及积水洼地周围 底色发黑 , 上面发育的植被呈鲜红或深红色 , 内部图案均匀 , 常分布于河流沿岸
山体 呈南北向分布于研究区南部与东部 蓝灰 、棕色 ,轮廓清晰 , 南北向延伸 , 图斑内部色调不均匀 , 具明显的山脊线与沟谷 ,地形切割较大
其它植物 分布于研究区内 浅红 、棕红或桔黄色 , 色调深于四合木 , 形状不规则 ,图斑内部色调不均 , 有绒质感
111第 2期 韩春荣等: 基于 RS和 GIS的鄂尔多斯半日花景观动态变化研究
图 1 鄂尔多斯半日花分布区地理位置示意
Fig.1 GeographicalpositiondiagramofdistributionareaofHelianthemumordosicum
通过 TM影像解译 ,结合地形图和地面综合考
察 ,首次确定了鄂尔多斯半日花分布范围 ,如图 1。
鄂尔多斯半日花主要分布在鄂尔多斯市鄂托克旗棋
盘井 ,乌海市 、千里沟 、甘德尔山和桌子山低山及丘
陵上 ,五虎山也有少量分布 ,平均海拔高度在 1 100m
～ 1 600m。
半日花经历了漫长而复杂的地质历史变迁过
程 ,目前半日花分布区处于地质历史上又一个气候
偏向干燥的脆弱期 ,分布区的范围狭窄 ,并且抗外界
干扰能力很小 [ 16] 。通过对分布区遥感影像的解译
得出(如图 2):2002年鄂尔多斯半日花分布区总面
积为 1 287.223km2;2008年鄂尔多斯半日花分布区
总面积为 1 249.064km2(见表 1)。
3.2 鄂尔多斯半日花分布区景观动态变化原因分
析
3.2.1 鄂尔多斯半日花分布面积动态变化
图 2-a 2002年 图 2-b 2008年
图 2 2002 ～ 2008年鄂尔多斯半日花景观格局变化图
Fig.2 ChangeoflandscapepatternintheregionofHelianthemumordosicumduring2002～ 2008
112 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2010年
表 2 鄂尔多斯半日花分布面积动态表(单位 km2)
Tab.2DynamicofHelianthemumordosicumdistributionarea(Unit:km2)
鄂尔多斯半日花总面积 以鄂尔多斯半日花建群种的群落面积
与其它植物伴
生的群落面积
2002年 1 161.931 471.192 690.739
2008年 1 123.771 458.191 665.58
变化 -38.160 -13.001 -25.159
鄂尔多斯半日花分布总面积包括以鄂尔多斯半
日花为建群种的鄂尔多斯半日花群落面积和与其它
植物伴生(主要有四合木 +半日花 ,红沙 +半日花)
的群落面积 。 2008年鄂尔多斯半日花分布区总面积
为 1 123.771km2 ,其中以鄂尔多斯半日花为建群种
的群落面积为 458.191km2;与其它植物伴生群落面
积为 665.58km2。而 2002年鄂尔多斯半日花分布区
总面积为 1 161.931km2 ,其中以鄂尔多斯半日花为
建群种的群落面积 471.192km2;与其它植物伴生群
落的面积为 690.739km2。
3.2.2 鄂尔多斯半日花分布区景观动态变化原因
图 3 鄂尔多斯半日花景观及其
有影响景观类型面积变化
Fig.3 AreachangeofHelianthemumordosicum
landscapeandinfluencelandscape
3.2.2.1 地理环境的异质性 在整个分布区内鄂
尔多斯半日花面积的变化也有分异 ,不同的分布区
域干扰方式不同 ,鄂尔多斯半日花分布区减小的面
积也不同 ,其中以棋盘井分布区面积减小的最高 ,山
地放牧区面积减小的最低 。
由表 1可以看出 6a内鄂尔多斯半日花分布总
面积减少了 38.160km2 ,平均每年减少 6.360km2。
与其它植物伴生群落面积也在减小 ,平均每年减少
4.193km2 ,以鄂尔多斯半日花为建群种的群落面积
平均每年减少 2km2。由于近些年来工矿企业的飞
速发展 ,是鄂尔多斯半日花的生境遭到严重破坏。
但以鄂尔多斯半日花为建群种的群落面积变化不
大 ,是因为该群落处于西鄂尔多斯国家级自然保护
区内 ,尤其是位于阿尔巴斯苏木南端的半日花核心
区面积没有变化 ,而这一面积仅为 149.073km2 [ 19] 。
在考察过程中发现:在保护区的缓冲区和实验区有
牧户居住和放牧现象 ,在这种受放牧等人为干扰的
条件下 ,对鄂尔多斯半日花群落的稳定性及保护造
成了严重的不良影响 [ 12] 。
图 4 鄂尔多斯半日花景观及其
有影响景观类型平均斑块面积
Fig.4 MeanpatchareachangeofHelianthemumordosicum
communitylandscapeandinfluencelandscape
3.2.2.2 鄂尔多斯半日花群落分布区内景观类型
变化明显 由图 3可知:鄂尔多斯半日花分布区景
观类型变化明显 。其中工矿用地面积变化最快 ,由
2002年的 131.417km2到 2008年的 181.002km2 ,平
均每年增长 8.264km2;城市居民用地平均每年增长
5.254km2。由于人类活动的加剧 、城市化进程的加
快 、工矿企业的不合理开采使鄂尔多斯半日花分布
区面积逐年减小 。造成了鄂尔多斯半日花等珍稀濒
危植物生境丧失的危险。
113第 2期 韩春荣等: 基于 RS和 GIS的鄂尔多斯半日花景观动态变化研究
3.2.2.3 鄂尔多斯半日花群落景观斑块破碎化严
重
斑块平均面积用于描述景观粒度 ,在一定意义
上揭示景观破碎化程度 ,其值越小 ,表明景观越破
碎 。由图 4可知鄂尔多斯半日花与四合木群落斑块
平均面积减小明显 ,说明它们的分布区景观趋于破
碎化。
3.2.3 保护措施 保护鄂尔多斯半日花的生存环
境:合理规划工 、农 、牧业与城镇用地的发展 ,控制工
矿用地的盲目开发;根据生境适宜性选择重点保护
区域 ,不同的生境类型区采取不同的保护与管理措
施 。
培育人工繁育种群 ,建立人工繁育基地:2000年
何丽君 [ 20]研究对半日花的组织离体培养形成完整
植株 ,为半日花的炼苗 , 快繁驯化提供技术指导 ,
1995年慈忠玲以及 2003年李晶等也研究了不同组
织培养条件对愈伤组织形成的影响 [ 21, 22] ;西班牙学
者 Rodríguez-PérezJ.通过人工授粉研究了 2种濒
危植物半日花(分布于地中海不同区域)的种子和果
实产量以及幼苗存活率 ,认为半日花种群数量减少
是由于原分布地破坏直接造成的结果[ 23, 24] 。这些研
究成果为半日花繁殖和人工栽培奠定了基础 ,为更
好地挽救濒危植物半日花提供了技术指导 。将为促
进其种群扩大 ,而且可为西北干旱区的生态建设增
添新的造林材料 ,对鄂尔多斯半日花的有效保护 、利
用和研究起到极其重要作用。
4 讨论
半日花分布区位于草原化荒漠地带[ 1, 5] ,由于上
新世以来 ,程度不同的荒漠条件一直延续至今 ,因而
第三纪半日花等孑遗植物能够保存下来。鄂尔多斯
半日花现代分布区由于周围沙漠等地理阻隔 ,分布
区的外围扩张可能性极小 。鄂尔多斯半日花分布区
内部由于城市化和工矿业的发展 ,以及不合理的土
地利用方式 ,鄂尔多斯半日花实际占有面积在有所
缩小。
鄂尔多斯半日花分布区景观破碎华严重 ,城市
和工矿在鄂尔多斯半日花斑块内部发展 ,使鄂尔多
斯半日花的斑块面积减小 。当干扰斑块面积小于鄂
尔多斯半日花斑块时 , 鄂尔多斯半日花斑块数量的
变化滞后于干扰斑块数量的变化 ,斑块数量反映不
出鄂尔多斯半日花破碎化的程度 , 鄂尔多斯半日花
斑块的平均面积可以粗略地反映出鄂尔多斯半日花
每个斑块的变化 。由于放牧干扰引起沙化时 ,生境
的变化导致鄂尔多斯半日花消失 ,如不逆转当前的
土地利用形式 ,将会引起鄂尔多斯半日花生境破碎
花更严重。
由于鄂尔多斯半日花的分布区面积很小 ,人为
干扰造成分布区面积很快减少 ,在草原化荒漠地区
鄂尔多斯半日花的更新很困难 ,照目前的状态发展 ,
鄂尔多斯半日花将面临着生存危机。
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更 正
《内蒙古农业大学学报 》(自然版)2009年第 4期第 170页 ,因印刷过程中漏排了附图 ,现更正如下:
附图 内蒙古河套平原上更新统 -全新统(Q3-4)含水组咸淡水分布略图
Thedistributionofaquifergroupofsalt-freshwaterofEpipleistocene-Holoceneseries
115第 2期 韩春荣等: 基于 RS和 GIS的鄂尔多斯半日花景观动态变化研究