全 文 ：第 34 卷第 20 期
2014年 10月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.20
Oct.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金(41261102); 国家 973前期(2011CB411912)
收稿日期:2013鄄01鄄21; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄11
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: czf123@ sina.com
DOI: 10.5846 / stxb201301210123
常兆丰,张剑挥,王强强,朱淑娟,张大彪,樊宝丽,唐进年,刘世增,张国中,李爱德.河西绿洲边缘积沙带形成的典型相关因子.生态学报,2014,34
(20):5823鄄5831.
Chang Z F, Zhang J H, Wang Q Q, Zhu S J, Zhang D B, Fan B L, Tang J N, Liu S Z, Zhang G Z, Li A D.Canonical correlation factors causing the
formation of accumulated sand鄄belts along the oasis fringe in Hexi corridor.Acta Ecologica Sinica,2014,34(20):5823鄄5831.
河西绿洲边缘积沙带形成的典型相关因子
常兆丰1,2, 张剑挥1,2,*,王强强1,2, 朱淑娟1,2,张大彪1,2,樊宝丽1,2,
唐进年1,2,刘世增1,2,张国中1,2,李爱德1,2
(1. 甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站, 民勤摇 733300; 2. 甘肃省治沙研究所, 兰州摇 730070)
摘要:绿洲边缘积沙带的形成因素及其生态效应是一个新的科学问题。 为了研究河西绿洲边缘积沙带的形成原因,运用方差分
析、相关分析以及典型相关分析等方法,对河西绿洲边缘积沙带的 21个样点的观测资料进行了分析。 结果表明:河西绿洲边缘
积沙带的分布趋势大致为东高西低、东宽西窄,大部分地段目前处于稳定阶段;积沙带上的优势种植物以天然柽柳最多,不同优
势种植物的积沙带的迎风坡植被盖度及植被纯盖度差异较显著。 典型相关分析结果表明:积沙带的高度和宽度是降水量、到沙
源的距离、背风坡植被盖度和年平均风速等气候环境因子共同作用的结果。 积沙带的生态效应:一是自身作为一种障碍物的防
护作用,二是阻截、减少流沙流沙进入农田的作用。
关键词:积沙带高度;积沙带宽度;气候环境因子;典型相关因子;生态效应;甘肃河西
Canonical correlation factors causing the formation of accumulated sand鄄belts
along the oasis fringe in Hexi corridor
CHANG Zhaofeng1,2, ZHANG Jianhui1,2,*, WANG Qiangqiang1,2, ZHU Shujuan1,2, ZHANG Dabiao1,2, FAN
Baoli1,2, TANG Jinnian1,2, LIU Shizeng1,2, ZHANG Guozhong1,2, LI Aide1,2
1 Minqin National Station for Desert Steppe Ecosystem Studies, Minqin, Gansu 733300, China
2 Gansu Desert Control Research Institute, Lanzhou, Gansu 730070, China
Abstract: Accumulated sand鄄belts refer to those formed along the oasis fringe, especially at the upwind location, due to the
accumulation of sand blocked by farmland windbreak. In the 60 years since the foundation of new China, a lot of trees have
been planted for desertification combating in northwest and north China, thus, accumulated sand鄄belts were formed at the
upwind location. The formation and the ecological effects of the accumulated sand鄄belts along the oasis fringe is a new
scientific concern. To study the formation causes of these belts in Hexi corridor, 21 samples were selected, and the height /
width of the belts, as well as the vegetation, soil, soil moisture and climatic factors were investigated. This paper analyzed
the correlation between the height / width of the belts and the vegetation, soil, soil moisture and climatic factors using the
methods of variance analysis, correlation analysis and canonical correlation analysis. The results indicate that: the
accumulated sand鄄belts take a trend of being high and wide in the east whereas low and narrow in the west, and most of the
parts tend to be stable; the species on the belts are dominated by Tamarix austromongolica, the vegetation cover and the
pure vegetation cover of different dominant species on the leeward slope of the accumulated sand鄄belts vary significantly. The
canonical correlation analysis shows that: the height and width of accumulated sand鄄belt is the interaction of precipitation,
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distance to the sand source, leeward vegetation cover and annual average wind speed. Moreover, the height of accumulated
sand鄄belts are negatively correlated to the soil moisture at the depth of 30—50cm, air humidity and leeward vegetation
cover, and the width of the belts is also negatively correlated with the distance to the sand source. The ecological effects of
the accumulated sand鄄belts are both positive (stopping sands from moving into farmland, protective role as an obstacle) and
negative (when the belts decay and activate one day, they will become the new sand sources) . At present, there are no
signs showing the negative effects of the belts. The ecological effects of the accumulated sand鄄belts are: firstly the protective
role as an obstacle, and secondly to intercept and reduce the sands moving into farmlands. Whether by use single correlation
analysis method or by use canonical correlation analysis method, the results show that the accumulated sand鄄belt height and
width are closely related with annual precipitation,by use principal factor analysis method,the results also show that the
contribution of annual precipitation in climatic and environmental factors in the maximum rate. In Hexi oasis edge,
accumulated sand鄄belt distribution trends roughly east accumulated sand鄄belt higher and wider than west accumulated sand鄄
belt, accumulated sand鄄belts discontinuous distribution with oasis distribution, most of the area is currently in a stable
stage,if as long as no damage, then after 70—80 years that accumulated sand鄄belt is still not activated to cause harm.
Key Words: height of accumulated sand鄄belt; width of accumulated sand鄄belt; climatic and environmental factors;
canonical correlation factors; ecological effects; Hexi of Gansu
摇 摇 自 1949年新中国成立 60 多年来,我国西北广
大沙区防沙治沙取得了巨大成就,在西北、华北绿洲
边缘形成了大量的防风固沙林带,对保护农田起到
了至关重要的作用[1]。
在西北干旱区,除农田林网和农业节水措施以
外,不论是造林治沙、机械沙障压沙,还是封沙育林
育草,几乎所有的防沙治沙措施的实施都在绿洲边
缘,尤其是上风向,于是在沙区绿洲边缘尤其上风向
形成了一条流沙堆积带,“即积沙带冶。
截至目前国内外尚没有积沙带的研究,与之相
关或相近的,一是植物阻沙、积沙的研究。 研究表
明,在营造固沙灌木林后,林带内积沙厚度增加[2]。
对固沙林不同密度与输沙量和风蚀量关系的研究表
明,植被盖度越高,土壤风蚀程度越轻,输沙量越
少[3],不同风速下土壤风蚀量随植被盖度的增加呈
指数规律减少。 二是在风沙流结构方面国内外学者
作了大量研究,既有理论分析和数值模拟[4鄄6],也有
野外观测,但最多的是风洞实验[7鄄8]。 我国学者的研
究表明,在各种风速条件下,输沙量分布沿垂向呈指
数递减规律,随着水平距离的增加输沙量亦呈指数
递减规律,其衰减速率与风速密切相关[9]。 三是灌
丛沙堆研究。 目前,从地貌学的角度对灌丛沙堆的
形态和发育已经有了较系统的研究[8鄄9]。 国外学者
对灌丛沙堆的形态、沉积学、生态学和动力过程[10鄄13]
等方面进行了较系统的研究。 国内学者通过样方调
查,认为植物生长状况和沙源是控制沙堆单体规模
的主要因素,灌丛沙堆沉积物属短距离风力搬运、风
选的产物[14]。 白刺沙堆和柽柳沙堆是西北沙区分
布最广泛的灌丛沙堆,对保护绿洲安全有重要作
用[15]。 有学者研究了唐古特白刺灌丛沙堆的不同
分布格局、成因及其生态学意义和防风效应[16]。 夏
训诚等[17]的研究表明,在新疆罗布泊地区红柳沙堆
高度可达 10 m,可有 100—200 a的历史。 四是荒漠鄄
绿洲过渡带研究。 荒漠鄄绿洲过渡带是干旱区的生
态敏感带[18],因此也是近些年来的研究热点。 这方
面的研究主要围绕着植物群落及其时空变化与多样
性、植物群落的空间异质性、植物的生态位、土壤粒
度及其水分、灌丛沙堆的异质性、荒漠化过程以及生
态恢复与重建等[19鄄21]方面进行的。
积沙带的形成是各种气候环境因子共同作用的
结果。 如果积沙带的生态功能是正向的,即有利于
防风阻沙,就应该寻找并充分发挥有利于积沙带形
成的气候环境因子;如果积沙带的生态功能是负向
的,即不利于防风阻沙,就应该寻找并设法控制有利
于积沙带形成的气候环境因子。 那么,积沙带的形
成和发育主要与哪些气候环境因子有关,积沙带与
气候环境因子的关系有何生态学意义,这就是本文
试图回答的问题。
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1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
摇 摇 甘肃河西地区系指境内黄河以西武威、金昌、张
掖、酒泉、嘉峪关 5 市,下辖 20 个区县,地理位置在
92毅45忆 E—104毅15忆 E、36毅35忆 N—42毅45忆 N之间。 该
区南侧为祁连山脉,东、东北和西面依次被腾格里沙
漠、巴丹吉林沙漠和库姆塔格 3 大沙漠包围,境内有
沙漠和零星沙地 7.54伊102km2(图 1)。 走廊大部分
区域属干旱区,最西端的敦煌、瓜州属于极端干
旱区。
该区历史上是我国重风沙危害区和主要的沙尘
源区。 新中国成立后,1950 年河西走廊沙区在农田
边缘开始了大规模造林治沙活动。 2008 年 12 月 19
日《甘肃日报》报道,在河西地区北部风沙沿线形成
了长达 1200 km 的防风固沙林带,治理大小风沙口
470余处,沙化扩展趋势基本遏制,风沙危害和沙尘
暴发生频率不断降低。
图 1摇 样点位置图
Fig.1摇 Location of sample points
1.2摇 观测调查方法
本文在河西绿洲边缘积沙带上共选择了 21 样
点(图 1),在每个样点上沿垂直农田边缘设置样线
(从农田边缘到沙漠内部平缓处),测定了样线(积
沙带在该样点的横断面)的宽度和高度(积沙带轮廓
线),积沙带轮廓线由 6—19 个测点组成(平均 14.1
个测点)。 沿该样线上设置 5—7个 2 m伊2 m的植物
调查样方,在样方内调查了样线上的植物种类、植株
高度、植株冠幅、植被盖度和冠幅内纯盖度。 纯盖度
在植株冠幅内用目测法测得。 并于每个样点上,沿
积沙带轮廓线依次从背风坡底部、背风坡中部、积沙
带顶部、迎风坡中部、迎风坡底部和平缓沙地挖取土
壤剖面,土壤取样深度为 0、10、30 cm 和 50 cm(图
2)。 气候资料采用当地气象站 1971—2010 年资料
和中国气象科学数据共享服务网资料。
图 2摇 积沙带轮廓线观测示意图
Fig.2摇 Contour observational diagram of sand鄄accumulation
belt摇
样方内的植被盖度进行实测。 植被纯盖度为植株投
影面积占样地面积的百分比,即在单株调查时扣除
了冠幅内的孔隙,单株的冠幅内空隙度以目估获
得[22]。 积沙带到沙源的距离在 Google earth 图像上
测定,即先在 Google earth 图像上找到观测样点,再
按当地主风方向测取与最近沙源的距离。
5285摇 20期 摇 摇 摇 常兆丰摇 等:河西绿洲边缘积沙带形成的典型相关因子 摇
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1.3摇 数据处理方法
本文采用的数据分析方法全为常规方法,包括
方差分析、相关分析、典型相关分析,即用方差分析
方法分析检验不同优势种植物积沙带的高度、宽度
和植被盖度差异;用相关分析方法分析积沙带高度
和宽度以及各气候环境因子之间的关系;用典型相
关分析揭示积沙带特征与气候环境因子之间的线性
组合关系;并运用主因子分析方法对气候环境因子
进行了排序,以作为典型相关分析结果的佐证。 风
向从 N开始,按顺时针方向分别以 0、1、2、…、15 表
示风向。 数据分析用 SPSS13.0 完成,其中典型变量
表示:
摇 摇
Ui = A1X1 + A2X2 + … + AnXn
Vi = B1Y1 + B2Y2 + … + BmYm
(1)
式中,Ui为第 i 组气候环境因子变量,X1、X2、…、Xn
为 n个气候环境因子,A1、A2、…、An为各因子对应的
系数;Vi为第 i组积沙带特征变量,Y1、Y2、…、Ym为积
沙带的 m个特征,本文中 Y1为积沙带高度,Y2为积沙
带宽度,B1和 B2分别为 Y1和 Y2的系数。
2摇 结果与分析
2.1摇 积沙带的状态
2.1.1摇 发育状态
河西地区绿洲呈斑块状、带状分布,绿洲边缘积
沙带为断续状蜿蜒分布,长约 1060 km,东段古浪—
武威—民勤—金昌绿洲边缘较完整,西段金塔—玉
门—瓜州—敦煌断缺较多(图 1)。 积沙带的高度也
是东高西低,即东段古浪—武威—民勤—金昌绿洲
边缘平均高 13.7m,中段张掖—临泽—高台绿洲边缘
平均高 8.3 m,西段金塔—玉门—瓜州—敦煌边缘平
均高 6.6 m。 积沙带的宽度是,东段古浪—武威—民
勤—金昌绿洲边缘平均宽 333. 5 m,中段张掖—临
泽—高台绿洲边缘平均宽 151. 7 m,西段金塔—玉
门—瓜州—敦煌边缘平均宽 108.9 m(表 1),积沙带
的高度与宽度为极显著正相关(P<0.01)。
表 1摇 积沙带的高度和宽度
Table 1摇 Height and width of accumulated sand鄄belt
样点编号
Sample No.
积沙带高度
Height / m
积沙带宽度
Width / m
宽度 /高度
Ratio of width
and height
样点编号
Sample No.
积沙带高度
Height / m
积沙带宽度
Width / m
宽度 /高度
Ratio of width
and height
1 (古浪) 37.90 1210.85 31.9 12 (高台 1) 10.37 174.7 16.85
2 (武威 1) 5.52 320.11 58 13 (高台 2) 10.25 158.9 15.50
3 (武威 2) 3.94 169.7 43.1 14 (高台 3) 4.96 90.8 18.30
4 (民勤 1) 17.09 208.68 12.2 15 (高台 4) 6.13 107.2 17.49
5 (民勤 2) 15.22 232.15 15.3 16 (金塔 1) 10.18 145.9 14.33
6 (民勤 3) 18.62 288.5 15.5 17 (金塔 2) 5.12 133.4 26.06
7 (民勤 4) 5.57 245.89 44.1 18 (金塔 3) 7.10 133.3 18.77
8 (金昌 1) 9.70 160.15 16.5 19 (金塔 4) 6.52 99.5 15.25
9 (金昌 2) 9.70 165.75 17.1 20 (瓜州) 4.00 101.8 25.44
10 (临泽 1) 8.53 212.93 25 21 (敦煌) 6.64 39.5 5.95
11 (临泽 2) 8.72 178.62 20.5 平均 Average 10.08 218.0 22.53
摇 摇 样点 4、5、6号沙丘顶部有柴草沙障
2.1.2摇 植被状态
河西绿洲边缘积沙带上的植被盖度西段相对较
高,东段次之,中段最低;积沙带迎风坡的植被盖度
较背风坡均匀(图 3)。
积沙带上的植被以柽柳 Tamarix austromongolica
沙包和白刺 Tamarix austromongolica 沙包最为典型,
其他天然植被主要有沙蒿 Artemisia arenaria 和泡泡
刺 Nitraria sphaerocarpa 等,人工植被主要是梭梭
Haloxylon ammodendron(表 2)。 由表 2可以看出:1)
积沙带迎风坡植被盖度较高,背风坡很低,大部分样
点的背风坡几乎无植被;2)积沙带上植被稀疏,植被
纯盖度不足植被冠幅盖度的 1 / 3;3)除了东端古浪绿
洲边缘和西端金塔绿洲边缘外,中段绿洲边缘积沙
带的背风坡基本无植被;4)西端积沙带上的柽柳的
纯盖度较高,约占冠幅盖度的 1 / 2甚至以上。
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图 3摇 积沙带植被盖度
Fig.3摇 Vegetation cover on the accumulated sand鄄belt
2.2摇 积沙带高度与建群种植物的关系
21个样点按优势种植物可分为以下 6 类:1)沙
蒿群落(1、8、13 号样点),2)梭梭人工林群落(2、3
号样点),3)柽柳群落顶部有沙障(4、5、6 号样点),
4)柽柳群落(7、9、11、16、17、18、19、20、21 号样点),
5)白刺群落(14、15号样点),6)其他,如沙地旋复花
Inula salsoloides、沙米 Agriophyllum squarrosum 等(图
4)。 由图 4可以看出:1)走廊东端主要是沙蒿、梭梭
群落和柽柳+沙障等人工措施,走廊西端主要是天然
柽柳沙包;2)沙蒿群落的积沙带高度变差最大,在河
西走廊东端古浪沙区可达 37.9 m。 梭梭积沙带最
低,柽柳积沙带顶部增加设沙障会显著增加积沙带
的高度(平均较无沙障的柽柳积沙带高约 10 m);3)
柽柳沙包积沙带居多,在全部 21 个样点中占 12 个。
分别以上述 6种优势种植被类型作方差检验
图 4摇 不同优势种植物的积沙带高度
Fig.4 摇 The height of s accumulated sand鄄belts with different
dominant species
(表 2),由表 2可见,其中只有积沙带迎风坡植被盖
度和植被纯盖度在 6 种植物群落之间差异显著(P<
0郾 05)。
表 2摇 按优势种植物统计的积沙带高度和植被盖度
Table 2摇 Height of the sand鄄accumulation belts and the vegetation cover (classified according to the dominant species)
优势种
Dominant species
样方号
Sample No.
积沙带
Accumulated
sand鄄belt
高度
Height
宽度
Width
植被盖度 Vegetation cover / %
总的 Total
盖度
Coverage
纯盖度
Pure
coverage
迎风坡
Windward slope
盖度
Coverage
纯盖度
Pure
coverage
背风坡
Leeward slope
盖度
Coverage
纯盖度
Pure
coverage
沙蒿 A. arenaria 1,8,13 19.28 509.97 20.10 5.04 18.94 4.05 21.26 6.03
梭梭 H. ammodendron 2,3 4.73 244.91 20.96 8.63 37.42 15.70 4.49 1.56
柽柳 T. austromongolica 4,5,6 16.98 243.11 8.72 2.52 17.08 4.92 0.36 0.12
柽柳 T. austromongolica 7,9,11,16,17,18,19,20,21 6.67 137.22 27.36 15.95 45.25 23.94 9.47 7.96
白刺 N. tangutorum 14,15 5.55 99.00 13.75 2.31 27.50 4.62 0.00 0.00
其他 Other 10,12 9.45 193.82 5.84 0.60 9.68 1.01 2.00 0.20
方差检验 Variance test 0.054 0.340 0.102 0.096 0.014* 0.039* 0.680 0.669
摇 摇 **为极显著相关(P<0.01),*为显著相关(P<0.05), -表示负相关
7285摇 20期 摇 摇 摇 常兆丰摇 等:河西绿洲边缘积沙带形成的典型相关因子 摇
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2.3摇 积沙带的形成因子
2.3.1摇 单相关分析
相关分析结果表明:积沙带的高度与降水量、平
均风速以及到沙源距离为极显著正相关(P<0.01),
与背风坡植被盖度为显著正相关(P<0.05);积沙带
的宽度与降水量、空气相对湿度、30—50 cm 土壤含
水率、沙源距离、背风坡植被盖度以及地下水位为极
显著正相关(P<0.01),与年平均风速为显著正相关
(P<0.05)(表 3)。
从表 3中可见,积沙带的高度和宽度只与上述
几个因子显著相关,然而,这些气候环境因子内部又
是相互作用的(表 4)。
表 3摇 积沙带高度、宽度与气候环境因子的相关系数
Table 3摇 The correlation coefficient between the height / width of accumulated sand鄄belts and the climatic factors
因子
Factors
因子编号
Factor No.
积沙带高度
Height of accumulated
sand鄄belt
积沙带宽度
Width of accumulated
sand鄄belt
降水量 Precipitation X1 摇 0.761** 摇 0.925**
蒸发量 Evaporation X2 -0.112 -0.298
相对湿度 Relative humidity X3 摇 0.432 摇 0.615**
平均风速 Average wind speed X4 摇 0.572** 摇 0.495*
大风日数 Windy days X5 -0.135 -0.258
沙尘暴日数 Sandstorms days X6 -0.078 -0.17
最大风向 Gale wind direction X7 摇 0.117 摇 0.153
沙源距离 Distance to sand sources X10 摇 0.869** 摇 0.756**
土壤水分 摇 0—30cm X8 摇 0.135 摇 0.389
Soil moisture content 30—50cm X9 摇 0.413 摇 0.604**
迎风坡植被盖度 盖度 Cover X11 -0.282 -0.182
Coverage on windward slope 纯盖度 Pure cover X12 -0.305 -0.169
背风坡植被盖度 盖度 Cover X13 摇 0.482* 摇 0.567**
Coverage on leeward slope 纯盖度 Pure cover X14 摇 0.14 摇 0.186
沙面结皮 Crust X15 摇 0.15 摇 0.261
是否灌丛 Bushes X16 -0.214 -0.385
地下水位 Water table X17 摇 0.389 摇 0.563**
摇 摇 **为极显著相关(P<0.01),*为显著相关(P<0.05), -表示负相关
表 4摇 气候环境因子之间的相关系数
Table 4摇 Correlation coefficient between the climatic and environmental factors
因子编号
Factor No
相关因子 Related factors
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16
X2 -*
X3 ** **
X4
X5 ** -** **
X6 -** ** **
X7 -** -**
X8 ** *
X9 ** * **
X10 ** ** *
X11
X12 -** **
X13
X14 * **
X15 -* ** -*
X16 ** **
X17 ** * *
摇 摇 **为极显著相关(P<0.01),*为显著相关(P<0.05), -表示负相关
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2.3.2摇 典型相关分析
单相关分析结果只反映了积沙带高度和宽度与
相互独立的气候环境因子之间的关系。 显然,积沙
带的发育是多种气候环境因子共同作用的结果,由
表 4可以看出,17 个气候环境因子之间无一例外地
发生着相互作用,因此,如果仅凭单相关分析结果,
就无法正确反映气候环境因子对积沙带形成和发育
的共同作用。
全部 17个气候环境因子与积沙带高度和宽度
的典型相关分析表明,虽然典型相关系数较高,但结
果是典型变量 U1和 U2所表达的信息量很低,即 U1和
U2分别仅仅表达了全部 17 个因子信息量的 22.3%
和 5.9%。
逐步删除其系数的绝对值最小的因子,直到仅
保留因子 X1、X3、X4、X9、X1 3和 X1 7共 7个系数绝对值
较大的因子,做典型相关分析:
U1 = - 0.506X1 - 0.109X3 - 0.164X4 + 0.059X9 -
0.338X10 - 0.263X13 + 0.025X17
V1 = - 0.256Y1 - 0.767Y2
U2 = 0.091X1 + 0.286X3 + 0.119X4 + 0.909X9 -
1郾 175X10 + 0.273X13 - 0.160X17
V1 = - 2.081Y1 + 1.951Y2 (2)
式(2)中,第 1 对典型变量 U1和 V1为极显著
(R= 0.986,P<0.01),U1所表达的信息量占 7 个因子
全部信息量的 40.7%,V1表达的信息量分别占 2个因
子的 92.6%;第 2对典型变量 U2和 V2为较显著(R =
0郾 756,P<0.05),U2所表达的信息量占 7个因子全部
信息量的 11. 3%,V2表达的信息量占 2 个因子的
7郾 4%。 U1和 U2合计所表达的信息量占 7 个因子全
部信息量的 52.0%;V1和 V2合计所表达的信息量占 2
个因子全部信息量的 100.0%。
由(2)式的第 1 对典型变量可见,年降水量
(X1)、沙源的距离(X10)、背风坡植被盖度(X13)和年
平均风速(X4)等对积沙带的宽度和高度具有较大的
正向作用;由第 2 对典型变量可见,沙源的距离
(X10)对积沙带的高度有较大的正向作用,30—50
cm土壤含水率(X9)和空气湿度(X3)对积沙带的宽
度也有较大的正向作用。 同时,30—50 cm土壤含水
率以及空气湿度、背风坡植被盖度对积沙带高度还
有一定的负向作用,沙源的距离对积沙带的宽度有
较大的负向作用。
3摇 讨论
积沙带的形成始于农田的外围防护林建设。 甘
肃河西地区在 20 世纪 50 年代开始营造农田防护
林[23],绿洲边缘的积沙带经历了 60—65a 的形成发
育过程,其上的植被可能经历了多次更替过程,样点
调查得到的植被盖度只反映当前积沙带上的植被状
况。 因而在表 3 中,迎风坡植被盖度与积沙带的高
度和宽度并不相关,而在 2 对典型变量中,植被盖度
的系数也并不很大。
积沙带的形成必须经历发育、成长、稳定和衰退
4个阶段。 河西绿洲边缘的积沙带随绿洲断续分布,
大部分地段目前处于稳定阶段,只有个别新绿洲外
围(人工固沙带上风向)的积沙带目前处在发育阶段
或成长阶段。 调查的 21 个样点中,15 个样点有结
皮,其中有 1个(5号)样点有轻微的风蚀,个别地段
尚处于堆积发育阶段,由此可以认为,河西绿洲边缘
积沙带目前处于稳定状态。 从目前河西绿洲边缘积
沙带的现状可见,只要适当保护,积沙带经历 70—
80a尚不至于活化造成危害。
积沙带的生态作用既有正向作用,亦有负向作
用。 正向作用如阻止流沙进入农田、积沙带自身防
风阻沙的作用等。 负向作用如积沙带衰退、活化后,
就会形成新的沙源。 目前,河西绿洲边缘积沙带的
负向作用尚未表现出来。 河西绿洲边缘积沙带目前
处于稳定状态,其生态效应主要体现在 2 个方面:一
是自身的防护作用,积沙带越高,其自身防御风和阻
挡流沙入侵农田的范围越高;二是阻截、减少流沙进
入农田的作用,积沙带的堆积体的大小是各种气候
环境因子共同作用的结果,其中也包括了积沙带自
身作为一种障碍的阻挡作用。 当然,积沙带的生态
效应还不止于这些,其他方面的生态效应尚待以后
进一步的观测研究。
影响积沙带的高度和宽度的相关因子有许多,
这些因子并不是孤立地作用于积沙带。 单相关只反
映了单项因子与积沙带高度和宽度的关系,而典型
相关反映了因子的线性组合作用。 本文典型相关分
析结果表明,积沙带的高度和宽度是降水量、到沙源
的距离、背风坡植被盖度和年平均风速等气候环境
因子共同作用的结果。 不仅如此,30—50 cm土壤含
水率以及空气湿度、背风坡植被盖度对积沙带高度
9285摇 20期 摇 摇 摇 常兆丰摇 等:河西绿洲边缘积沙带形成的典型相关因子 摇
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还有一定的负向作用,沙源的距离对积沙带的宽度
还有较大的负向作用。
典型相关分析较单相关分析能更全面的揭示积
沙带与各气候环境因子之间的关系,然而选用因子
过多会使得典型变量过于复杂。 剔除变量最常用的
方法是主因子分析,但主因子分析是按各因子观测
数据的相似性,将代表性较强的因子作为主因子,而
剔除了与前面主因子信息重复的因子。 本文中,年
降水量、空气相对湿度、最大风风向、大风日数、年沙
尘暴日数等为第 1—5 主因子(表 5),但最大风风
向、大风日数、年沙尘暴日数在典型因子中的系数绝
对值较小,背风坡植被盖度(X13)的贡献率很小,但
在典型因子中的系数绝对值却相对较大。 由此可
见,贡献率小的单项因子在典型因子中的组合作用
并不一定小,因而不能依据主因子分析结果剔减贡
献率小的因子,而只能从上一步典型相关分析结果
中剔除系数绝对值较小的因子,逐步剔减。
除金塔以外,河西其他各地绿洲边缘的地下水
位埋深都越过 8 m,而当地下水位越过 7.5m 时植物
无法利用[24],荒漠植物主要依靠降水维持生存。 由
表 4 可见,年降水量影响空气相对湿度、土壤水分、
灌丛的形成等,进而影响积沙带的形成和发育。 因
而,不论是单相关分析结果还是典型相关分析结果,
都表明积沙带的高度和宽度与年降水量关系密切,
主因子分析结果显示年降水量在气候环境因子中的
贡献率最大。
表 5摇 主因子及其贡献率
Table 5摇 The main factors and their contribution rate
因子编号
Factor No.
气候环境因子 Climatic and environmental factors
X1 X3 X7 X5 X6 X2 X15 X8 X9
贡献率 Contribution rate 32.74 18.16 17.72 10.00 8.33 4.54 3.39 1.86 1.31
累计贡献率
Cumulative contribution rate 32.74 50.89 68.61 78.62 86.95 91.50 94.89 96.75 98.06
因子编号
Factor No.
气候环境因子 Climatic and environmental factors
X16 X4 X10 X17 X14 X13 X11 X12
贡献率 Contribution rate 0.83 0.54 0.29 0.17 0.08 0.02 0.01 0.00
累计贡献率
Cumulative contribution rate 98.88 99.43 99.72 99.89 99.97 99.99 100.00 100
4摇 结论
河西绿洲边缘积沙带的分布趋势大致为东高西
低、东宽西窄,积沙带随绿洲断续分布,大部分地段
目前处于稳定阶段,只要不加破坏,积沙带经历 70—
80a尚不至于活化造成危害。
河西绿洲边缘积沙带的优势种植物以柽柳最
多。 不同优势种植物的积沙带高度及宽度差异不显
著,但其迎风坡植被盖度及植被纯盖度均差异较
显著。
积沙带的高度和宽度是降水量、到沙源的距离、
背风坡植被盖度和年平均风速等气候环境因子共同
作用的结果。 积沙带高度还与 30—50 cm 土壤含水
率以及空气湿度、背风坡植被盖度存在一定的负相
关关系,积沙带的宽度与沙源的距离亦存在一定的
负相关关系。
河西绿洲边缘积沙带的正向生态效应主要体现
为自身的防护作用和阻截、减少流沙进入农田的作
用,积沙带越是高大,其正向的生态效应越大。 河西
地区降水稀少,大部分地区的绿洲边缘地下水植物
无法利用,节约用水、保护沙层土壤水分是保护积沙
带植被进而保护积沙带稳定性的关键措施。
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