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Simulating and analyzing dynamic changes of potential vegetation in arid areas of Northwest China

中国西北干旱区潜在植被模拟与动态变化分析



全 文 :书中国西北干旱区潜在植被模拟与动态变化分析
李飞1,赵军2,赵传燕3,王旭峰4
(1.滁州学院国土信息工程系,安徽 滁州239000;2.西北师范大学地理与环境科学学院,甘肃 兰州730070;3.兰州大学干旱与
草地生态教育部重点实验室,甘肃 兰州730000;4.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃 兰州730000)
摘要:潜在植被是指在没有人为干扰、在现有的环境条件下,植被的全部演替系列完成时立地应该存在的植被状
况。西北干旱区生态环境问题突出,以潜在植被为研究对象来探究西北干旱区植被背景及其变化规律,成为西部
生态环境恢复重建的基础性工作。本研究以IOCSG(integratedorderlyclassificationsystemofgrassland)模型为潜
在植被评定模型,在GIS研究方法的支持下,对西北干旱区潜在植被进行了模拟,并对其动态变化进行了分析,得
出以下结论:1)采用IOCSG评定模型对中国西北干旱区潜在植被分布进行了模拟,通过检验得出,IOCSG评定模
型对研究区植被模拟精度达到了78%,较好的重现了研究区潜在植被分布格局。2)分布在研究区的潜在植被类型
有21类,不同区域植被的多样性差异较大。天山、阿尔泰山一带及大兴安岭地区植被分布较为丰富。相比之下,
准噶尔盆地、塔里木盆地、巴丹吉林沙漠地区分布比较单一,主要以荒漠、半荒漠为主。3)由于立地气候环境的改
变,区域植被系统表现出不稳定性,主要表现为4个特点:扩展变化、缩减变化、波动性变化以及消亡变化。4)气候
环境适应性的改变使潜在植被发生了演替过程,从2个周期的变化来看,天山、阿尔泰山、大兴安岭及以西地区以
及呼伦贝尔高原地区成为植被演替的敏感区。
关键词:潜在植被;IOCSG模型;GIS;西北干旱区
中图分类号:Q948.15+6  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)04004209
  潜在植被的概念是从1956年在“演替顶级”问题长期讨论的过程中,由Tüxen[1]最早提出的“潜在自然植被”
的概念中演化出来的。Tüxen[1]将其定义为在没有人为干扰、在现有的环境条件下(如气候、土壤条件等),植被
的全部演替系列完成时立地应该存在的植被状况。潜在自然植被不一定是植被现状,而是一种与它所处立地达
到一种平衡的演替终态,一旦人类的干扰停止后即可实现的演替顶级[2]。潜在植被的研究对生态恢复和深入理
解生态过程有重要意义。尤其是近年来,随着全球温度升高、二氧化碳浓度增加等全球变化问题的日益突出,关
于植被分布与环境之间关系的研究也越来越多。较早的如Gaussen的生态学方法、Küchler的综合方法、Braun
Blanquet的表格方法等。这些方法普遍存在客观性程度低,重复性程度高,效率低的不足。在20世纪下半叶,植
被制图开始了定量研究。Trol和Paffen[3,4]先后出版了一个季节气候的世界地图,将世界划分为5个基本生物
气候区以及极地和冷/温北方区,提供了许多气候界限值和世界季节气候图及其代表的潜在植被类型。1975年
Whittaker[5]将世界的主要植被类型转置于年平均气温与年降水量的图表上,显示了植被类型按气候梯度分布的
格局。随后Holdridge[6]、Thornthwaite[7]、Penman、Kira、Budyko、Seleblyakov的植被模型被广泛应用到全球各
地的气候植被分类中[8]。
我国应用上述模型开展了大量宏观区域植被和气候的关系研究。张新时[911]、方精云[12]、倪健[13]分别将
Penman方法、Thornthwaite模型、Kira模型和Holdridge生命地带系统等引进中国,对我国植被-气候关系进
行了模拟。杨正宇等[14]在前人的研究基础上,就Penman方法、Thornthwaite模型、Kira模型和 Holdridge生命
地带系统对中国植被分布模拟的一致性和适用性进行了比较分析。周广胜和王玉辉[15]提出了基于区域潜在蒸
散进行气候-植被分类的观点,并给出了热量和水分划分的指标:区域热量指数(RTI)和区域湿润指数(RMI),
初步定量研究了中国气候-植被的关系。孙艳玲和延晓冬[16]结合布迪科的净辐射和辐射干燥度指数对我国植
被与气候的关系进行研究,为更好地分析我国植被与气候的关系及评估全球气候变化的影响提供依据。但是,应
42-50
2011年8月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第20卷 第4期
Vol.20,No.4
 收稿日期:20100525;改回日期:20101029
基金项目:国家自然科学基金项目(40961026),安徽省高校省级科学研究项目(KJ2011Z273)和滁州学院科研项目(2010kj025B)资助。
作者简介:李飞(1982),男,甘肃庄浪人,讲师。Email:lfgis@163.com
通讯作者。Email:Zhaojun@nwnu.edu.cn
用于全球尺度粗略模拟的模型,并不适用于我国这一特定的区域性研究,使得我国植被与环境关系的特殊性不能
为国际上通用的模型所反映。
本研究采用的模型为综合顺序分类法,此分类方法是一种草原分类方法,也是我国两大草原分类方法之一。
选取此分类体系的主要原因为:第一,西北干旱区是我国草原主要分布区,草地面积占全国草地总面积的70%以
上,选择此理论适合研究区植被分布特点;第二,此理论体系的提出及发展是基于中国区域气候特征与植被分布,
应用此模型有较强的针对性;第三,此理论一级分类单位类以水热条件为指标划分,分类指标信息量大,对生产有
较多指导意义,其检索图可以直观体现类的地带性和发生学关系,了解各个类的相似或相异程度,预测它的自然
特性和生产特征。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
中国西北干旱区介于北纬36°44′~49°57′,东经73°26′~123°55′,海拔-152~6851m,覆盖面积约243万
km2,约占全国总面积的1/4。从分界线来看主要是大兴安岭以西,昆仑山-阿尔金山-祁连山和长城一线以北
的广大地区(图1)[17]。区内地形以高山、盆地、高原为主,有天山、祁连山、阿尔泰山、贺兰山等山系,交错相间塔
里木、准噶尔、吐鲁番盆地,又有内蒙古、鄂尔多斯等高原分布。西北干旱区深居欧亚内陆,远离海洋,加之复杂的
地理与气候环境,干旱成为主要的气候特征。从植被覆盖来说,西部由阿拉善高原温带荒漠区、准噶尔盆地温带
荒漠区、阿尔泰山山地草原针叶林区、天山山地草原针叶林区、塔里木盆地暖温带荒漠区构成;东部由西辽河流域
干草原区,内蒙古高原干草原区、荒漠草原区,鄂尔多斯高原干草原、荒漠草原区,大兴安岭寒温带针叶林区构成。
图1 中国西北干旱区范围
犉犻犵.1 犃狉犻犱犪狉犲犪犻狀犖狅狉狋犺狑犲狊狋犆犺犻狀犪
1.2 IOCSG模型
本研究中所运用的模型是任继周[18]提出的气候-土地-植物综合顺序分类法(integratedorderlyclassifica
tionsystemofgrassland,IOCSG),简称综合顺序分类法。此理论唯物地承认气候、土地、植物在构成草地这一
土地-生物资源中的作用,辨证地认识和处理气候、土地和植物等因素在草原分类中的顺序关系,并按其稳定程
34第20卷第4期 草业学报2011年
度顺序地安排它们在一定的级别中作为分类指标。气候条件较之土地和植物稳定,就将其作为高级分类单位的
指标,植物条件最容易发生变化,就将其作为低级分类单位的指标。在具体划分中,首先以量化的生物气候指
标———>0℃的年积温(∑θ)和湿润度(K)为依据,根据热量带与湿润度所构成的二维分类结构图进行类的划
分[19,20]。
1.3 数据准备
IOCSG模型所需要的气象数据采用中国西北区气象观测站1961-2005年119个站点的降水数据和115个
站点的>0℃年积温数据;气象要素空间化的DEM(digitalevaluatemodel)数据采用美国地质调查局(USGS)发
布的全球1km×1kmDEM数据;用于研究区潜在植被精度检验的植被数据采用1979年中国科学院植物研究
所的中国植被数据集;中国边界数据采用国家基础地理信息中心2005年发布的1∶400万中国行政区划数据。
1.4 数据处理
1.4.1 气象数据空间化与精度验证 由于气象台站分布的稀疏性、不均匀性以及离散性,要想尽可能准确的得
到研究区域的气候数据,选择较优的空间内插方法是研究问题的前提。本研究选择Kriging插值方法作为研究
区年降水量数据的空间化方法,通过与实际的观测值(X)对比发现,Kriging插值方法对研究区降水量的空间化
有较好估算精度(图2)。
由于积温在空间分布上与区域、海拔有一定的相关性,采用Kriging插值方法估算精度较低,本研究选择先
分区,然后采用基于DEM分区修正的IDW(inversedistanceweighting)插值方法对研究区积温数据进行空间
化[21],精度对比发现,有很好的估算精度(图3)。
分区模型:
犑犿=∑

犻=1


犼=1
(狌犻犼)犿犱2(犡犼,犞犻)
式中,犮表示分区的数量,狀表示样本数,狌犻犼表示样本犡犼隶属于区犆犻的隶属度,犞犻为第犻区的中心,犿是权重系
数,犱2(犡犼,犞犻)是样本犡犼到区中心犞犻的欧式距离的平方。在具体的分区中,通过使犑犿 最小,将气象台站划分为
犮个不同的分区。
基于DEM分区修正的IDW插值模型:
犢=α×犇犈犕+犫+犐犇犠(犡-^狔),^狔=α犎+犫
式中,犢 表示积温的预测值,犇犈犕 表示分区后的数字高程数据,系数犪,犫表示分区的海拔与积温的线性统计参
数,犐犇犠(犡-^狔)表示对残差的反距离加权处理,犡 表示实际的观测值,^狔表示海拔与积温的统计函数,犎 表示气
象站点的海拔。
1.4.2 研究区植被模拟与检验 采用IOCSG模型的湿润度模型犓=犚/0.1∑θ(式中,犓 为湿润度;犚为年降水
量;∑θ为>0℃年积温;0.1为模型调整系数),利用栅格运算得到研究区湿润度数据。依据IOCSG划分模型,对
积温数据与湿润度数据进行叠加,得到不同时期的中国西北干旱区潜在植被类型图(图4)。由于气候数据与研
究区现生植被数据在时间上不一致,为了较合理的检验IOCSG模型划分的潜在植被精度,本研究选取了研究区
相对稳定的植被分布斑块(面积大于10000km2)的中心,作为研究区潜在植被的检验点(图5),对比发现,IOC
SG模型对研究区潜在植被模拟精度达到了78%,较好的重现了研究区潜在植被分布格局。
2 结果与分析
2.1 中国西北干旱区植被背景(a时期,1961-1975年)
通过IOCSG评定模型划分出研究区的潜在植被类型有21类,不同区域植被的多样性差异较大。天山一带
潜在植被分布较为丰富,分布有寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类,寒冷湿润冻原、高山草甸类,寒冷微润少雨冻原、
高山草甸草原类,暖温微干暖温带典型草原类,寒温微干山地草原类,寒温干旱山地半荒漠类,微温干旱温带半荒
漠类,其中分布面积最大的为寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类,分布面积为108991km2,纬度跨越为8°以上,分
布在海拔1047~7239m;其次为微温干旱温带半荒漠类,主要分布在天山边缘地区,此类型在阿尔泰山以南地
区、鄂尔多斯高原及以北地区也有分布,分布面积占研究区总面积的23.5%,是研究区第二大潜在植被类型,主
44 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.4
要分布在海拔3083m以下的地区;寒冷湿润冻原、高山草甸类,寒冷微润少雨冻原、高山草甸草原类,暖温微干
暖温带典型草原类,寒温微干山地草原类,寒温干旱山地半荒漠类分布面积较小,在天山一带零星的分布。
沿阿尔泰山分布的植被从北向南(高海拔→低海拔)依次为寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类→寒冷湿润冻原、
高山草甸类→寒冷微润少雨冻原、高山草甸草原类→寒温微干山地草原类→寒温干旱山地半荒漠类。
准噶尔盆地主要分布的潜在类型为暖温干旱暖温带半荒漠类,总分布面积为103341km2,主要分布在北纬
37°31′~46°05′,海拔165~1793m的区域。
塔里木盆地地区主要分布的潜在植被类型为温暖极干暖温带荒漠类,此类型在阿拉善高原及以北地区也有
较大面积的分布,面积为630526km2,是研究区总面积的25.8%,纬度跨越为5°,主要分布在海拔2000m以下
的区域。
图2 降水量空间化精度验证
犉犻犵.2 犘狉犲犮犻狊犻狅狀狏犲狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳狊狆犪狋犻犪犾犻狕犪狋犻狅狀
狅犳狆狉犲犮犻狆犻狋犪狋犻狅狀
图3 积温空间化精度验证
犉犻犵.3 犘狉犲犮犻狊犻狅狀狏犲狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳狊狆犪狋犻犪犾犻狕犪狋犻狅狀
狅犳犪犮犮狌犿狌犾犪狋犲犱狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲
54第20卷第4期 草业学报2011年
图4 犐犗犆犛犌模型对研究区潜在植被分布的模拟(犪,犫,犮3个时期)
犉犻犵.4 犘狅狋犲狀狋犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀狊犻犿狌犾犪狋犲犱狑犻狋犺犐犗犆犛犌犿狅犱犲犾犻狀狊狋狌犱狔犪狉犲犪(犪,犫,犮狋犺狉犲犲狆犲狉犻狅犱狊)
 ⅠA:寒冷极干寒带荒漠、高山荒漠类Frigidextraridfrigiddesert,alpinedesert;ⅡA:寒温极干山地荒漠类Coldtemperateextraridmontanedes
ert;ⅢA:微温极干温带荒漠类Cooltemperateextraridtemperatezonaldesert;ⅣA:温暖极干暖温带荒漠类 Warmtemperateextraridwarmtemper
atezonaldesert;ⅤA:暖热极干亚热带荒漠类 Warmextraridsubtropicaldesert;ⅠB:寒冷干旱寒带半荒漠、高山半荒漠类Frigidaridfrigidzonal
semidesert,alpinesemidesert;ⅡB:寒温干旱山地半荒漠类Coldtemperatearidmontanesemidesert;ⅢB:微温干旱温带半荒漠类Cooltemperatearid
temperatezonalsemidesert;ⅣB:暖温干旱暖温带半荒漠类 Warmtemperatearidwarmtemperatezonalsemidesert;ⅠC:暖温微干暖温带典型草原类
Frigidsemiariddrytundra,alpinesteppe;ⅡC:寒温微干山地草原类Coldtemperatesemiaridmontanesteppe;ⅢC:微温微干温带典型草原类Cool
temperatesemiaridtemperatetypicalsteppe;ⅣC:暖温微干暖温带典型草原类 Warmtemperatesemiaridwarmtemperatetypicalsteppe;ⅠD:寒冷微
润少雨冻原、高山草甸草原类Frigidsubhumidmoisttundra,alpinemeadowsteppe;ⅡD:寒温微润山地草甸草原类Coldtemperatesubhumidmon
tanemeadowsteppe;ⅢD:微温微润草甸草原类Cooltemperatesubhumidmeadowsteppe;ⅠE:寒冷湿润冻原、高山草甸类Frigidhumidtundra,al
pinemeadow;ⅡE:寒温湿润山地草甸类Coldtemperatehumidmontanemeadow;ⅢE:微温湿润森林草原、落叶阔叶林类Cooltemperatehumidfor
eststeppe,deciduousbroadleavedforest;ⅠF:寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类Frigidperhumidraintundra,alpinemeadow;ⅡF:寒温潮湿寒温性针
叶林类Coldtemperateperhumidtaigaforest;下同 Thesamebelow
  鄂尔多斯高原地区的植被主要为微温微干温带典型草原类,分布面积为97064km2,主要分布在海拔185~
2588m的地区,其以北地区主要分布有微温干旱温带半荒漠类。
大兴安岭地区也是潜在类型分布较多的地区,主要分布有微温微润草甸草原类,分布面积为156014km2,寒
温微润山地草甸草原类,分布面积为80701km2,微温湿润森林草原、落叶阔叶林类,分布面积为8501km2,寒温
潮湿寒温性针叶林类,分布面积为6598km2。研究区各个类型具体分布详见表1。
2.2 潜在植被空间分布动态变化分析
潜在植被是一种与它所处立地的气候环境达到一种平衡的演替终态。区域性气候环境的变化直接影响着立
地潜在植被类型的分布。本研究以3个短周期(15年)来分析区域性植被类型受气候变化影响的特点。
64 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.4
图5 研究区现状植被及精度检验点分布
犉犻犵.5 犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀犪狀犱狋犲狊狋狆狅犻狀狋狊狅犳狆狉犲犮犻狊犻狅狀犻狀狊狋狌犱狔犪狉犲犪
 1:寒温带、温带山地落叶针叶林Coldtemperate,temperatezonalmontanedeciduoustaigaforest;2:温带山地常绿针叶林Temperatezonalmon
taneevergreentaigaforest;3:温带草原沙地常绿针叶疏林Temperatezonalsteppesandedevergreentaigaforest;4:温带常绿针叶林Temperatezonal
evergreentaigaforest;5:温带、亚热带落叶阔叶林Temperate,subtropicaldeciduousbroadleavedforest;6:温带、亚热带山地落叶小叶林Temper
ate,subtropicalzonalmontanedeciduousforest;7:温带落叶小叶疏林Temperatezonaldeciduoussparseforest;8:温带、亚热带落叶灌丛、矮林Tem
perate,subtropicaldeciduousbrushandspinney;9:温带高山矮灌木苔原 Temperatezonalalpinespinneyandtundra;10:温带、亚热带高山垫状矮半
灌木、草本植被Temperate,subtropicalzonalalpinesemispinneyandherbage;11:温带矮半灌木荒漠 Temperatezonalsemispinneydesert;12:温带
多汁盐生矮半灌木荒漠Temperatezonalsemispinneydesert;13:温带灌木、半灌木荒漠Temperatezonalbrushandsemispinneydesert;14:温带半乔
木荒漠Temperatezonalsemiarborealdesert;15:温带高寒匍匐矮半灌木荒漠Temperatezonalfrigidextraridsemispinneydesert;16:温带禾草、杂类
草草原Temperatezonalgrasses,forbssteppe;17:温带丛生禾草草原Temperatezonalbunchgrasssteppe;18:温带山地丛生禾草草原Temperate
zonalmontanebunchgrasssteppe;19:温带丛生矮禾草、矮半灌木草原Temperatezonalshortbunchgrasses,dwarfsemishrubsteppe;20:温带山地
矮禾草、矮半灌木草原Temperatezonalmontaneshortbunchgrasses,dwarfsemishrubsteppe;21:温带、亚热带高寒草原Temperate,subtropical
frigidextraridsteppe;22:温带草甸Temperatezonalmeadow;23:温带,亚热带高寒草甸Temperate,subtropicalfrigidextraridmeadow;24:温带草本
沼泽Temperatezonalherbagemarsh;25:农业植被Agriculturevegetation;26:无植被地段Bareregion;27:湖泊Lake
2.2.1 植被系统稳定性分析 从3个时期的潜在植被分布来看,区域植被系统稳定性在减弱,在a(1961-
1975)→b(1976-1990)周期,有10种植被类型(ⅣA、ⅢB、ⅢA、ⅠF、ⅡB、ⅠD、ⅠE、ⅡF、ⅠC、ⅤA)分布比较稳
定,而在a→c(1991-2005)周期,仅有4种植被类型(ⅣA、ⅢB、ⅠF、ⅠE)。主要原因是90年代后期,西北干旱
区气候变化显著[2226],气候-植被平衡关系的改变,迫使植被类型之间发生了演替过程。
温暖极干暖温带荒漠类、微温干旱温带半荒漠类、微温极干温带荒漠类是研究区主要的3种类型,主要分布
在塔里木盆地、吐鲁番盆地以西地区、巴丹吉林沙漠、阿尔泰山以南地区、天山边缘区、鄂尔多斯高原地区,分布面
积占总面积的61.6%。从2个周期变化来看,其面积与地理分布变化不大,保持稳定的分布特点。
寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类、寒冷湿润冻原、高山草甸类主要沿天山及阿尔泰山脉分布,面积相对较少,
从b、c时期来看,保持稳定的分布特点。
寒温干旱山地半荒漠类、寒冷微润少雨冻原、高山草甸草原类、暖温微干暖温带典型草原类主要沿天山、阿尔
泰山脉一带分布,90年代后期,这3类植被分布趋向减少变化,其中寒冷微润少雨冻原、高山草甸草原类变化更
为明显,从a时期的13467km2 减少到c时期的7714km2,海拔基高增加到1609m,而其纬度变化不太明显;
暖温微干暖温带典型草原类分布从天山山脉向东缩小到博格达山、巴里坤山一带,分布面积减少到3284km2。
这主要与天山、阿尔泰山脉一带温度的升高与降水量的增加有直接的关系[2730]。
寒温潮湿寒温性针叶林类主要分布在大兴安岭地区,90年代前期变化不大,而后期面积减少较大,从a时期
的6598km2 减少到c时期的3492km2,海拔段整体向高海拔地区移动。主要原因是,90年代后期,此区域气候
趋向干旱化发展,气候环境的变化致使微温湿润山地草甸类向此区域扩展,立地潜在植被类型发生了转化。
74第20卷第4期 草业学报2011年
表1 研究区植被分布统计(犪时期)
犜犪犫犾犲1 犛狋犪狋犻狊狋犻犮狊狅犳犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狆狅狋犲狀狋犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀犻狀狊狋狌犱狔犪狉犲犪(狆犲狉犻狅犱狅犳犪)
类代码
Classcode
主要分布
Distribution
面积
Area(km2)
纬度范围
Latituderange
海拔
Elevation(m)
ⅠA 沿阿尔金山北部边缘零星分布NorthernAltun 146 37°09′~38°54′ 2352~3662
ⅡA 北山地区及沿阿尔金山北部边缘分布 MountainareaandAltun 4699 36°57′~41°48′ 1657~3522
ⅢA 阿尔金山以北地区NorthernAltun 301263 36°49′~44°31′ 547~2950
ⅣA 塔里木盆地、吐鲁番盆地以西地区及巴丹吉林沙漠以北地区Tarimbasin,Turpan
basinandBadanJarandesert
630526 39°30′~44°33′ -151~1843
ⅤA 吐鲁番盆地Turpanbasin 2032 42°31′~42°57′ -153~294 
ⅠB 沿博格达山、巴里坤山分布BogdaandBalikunhil 3919 37°46′~43°50′ 1821~3986
ⅡB 沿天山、阿尔泰山山脉及博格达山、巴里坤山边缘分布 Tianshan,Altun,Bogda
andBalikunhil
76307 37°54′~48°52′ 690~3630
ⅢB 阿尔泰山以南地区、天山边缘区、鄂尔多斯高原及以北地区Tianshan,Altunand
Ordosplateau
575258 37°20′~48°26′ 225~3083
ⅣB 准噶尔盆地、贺兰山周边地带分布JunggarbasinandHelanmountain 103341 37°31′~46°05′ 165~1793
ⅠC 沿天山山脉分布 Tianshan 7950 38°55′~48°01′ 1423~4028
ⅡC 沿天山、阿尔泰山山脉、锡林郭勒高原分布 Tianshan,AltunandXilinGolplateau 67232 37°18′~49°03′ 496~3617
ⅢC 鄂尔多斯高原、乌兰察布高原Ordosplateau,Ulanqabplateau 97064 38°11′~45°10′ 185~2588
ⅣC 长城一线零星分布Greatwal 987 38°21′~39°36′ 823~1216
ⅠD 沿天山及阿尔泰山脉分布 TianshanandAltun 13467 38°25′~49°07′ 1197~4164
ⅡD 呼伦贝尔高原、大兴安岭以西地区 HulunbeirplateauandDaxinganling 181745 39°29′~49°05′ 493~3315
ⅢD 大兴安岭地区Daxinganling 156014 39°24′~46°53′ 112~2223
ⅠE 沿天山及阿尔泰山脉分布 TianshanandAltun 19316 38°32′~49°08′ 1346~4146
ⅡE 大兴安岭地区Daxinganling 80701 39°26′~49°46′ 445~3169
ⅢE 大兴安岭地区Daxinganling 8501 43°53′~46°43′ 279~1814
ⅠF 沿天山及阿尔泰山脉分布TianshanandAltun 108991 38°47′~49°08′ 1047~7239
ⅡF 大兴安岭地区Daxinganling 6598 46°13′~48°03′ 733~1540
2.2.2 扩展型植被类变化 趋向扩展变化的植被为微温微润草甸草原类与微温微干温带典型草原类,其中微温
微润草甸草原类主要分布在大兴安岭地区,从a→b→c变化来看,微温微润草甸草原类向大兴安岭以西地区发
展,纬度向北扩展,其分布面积增加较多,达到c时期的225212km2,主要原因是立地气候的暖干旱化变化,使得
寒温微润山地草甸草原类、微温湿润森林草原、落叶阔叶林类向微温微润草甸草原类转化;微温微干温带典型草
原类从a时期的乌兰察布高原扩展到了浑善达克沙地及科尔沁沙地地区,分布面积趋向增加的态势发展,在c时
期分布面积达到234329km2,海拔基高从a时期的185m下降到c时期的126m,整体向低海拔区移动,主要原
因为立地气候的干旱化变化,使得寒温微润山地草甸草原类、微温微润草甸草原类向微温微干温带典型草原转
化。
2.2.3 缩减型植被类变化 微温湿润山地草甸类主要分布在大兴安岭地区,分布面积从a时期的80701km2→
b时期的45662km2→c时期的32053km2,其分布缩小到呼伦贝尔高原地区;主要原因为立地气候的干旱化变
化使得微温湿润山地草甸类向寒温微润山地草甸草原类、微温微润草甸草原类转化。
寒温极干山地荒漠类主要分布在北山地区及沿阿尔金山北部边缘分布,在b时期与c时期,此类型从北山地
区消失,总体来讲分布面积趋向减少的变化特点;寒冷干旱寒带半荒漠、高山半荒漠类主要沿博格达山、巴里坤山
一带分布,3时期分布面积从3919km2→2538km2→1764km2 减少变化;主要原因为立地气候向湿润化变化
84 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.4
使得寒温极干山地荒漠类向寒温干旱山地半荒漠类转化,寒冷干旱寒带半荒漠、高山半荒漠类向暖温微干暖温带
典型草原类转化。
2.2.4 波动型植被类变化 微温湿润森林草原、落叶阔叶林类主要分布在大兴安岭地区,分布面积为8501
km2,b时期其分布向北扩展,面积增加到23753km2,到c时期又缩小到7714km2,气候变化的不稳定性是这一
波动性变化的主要原因。
2.2.5 消失型植被类变化 暖温微干暖温带典型草原类、寒冷极干寒带荒漠、高山荒漠类以零星的特点分布在
长城一线与阿尔金山北部边缘,分布面积较少,从2时期的变化来看,基本上从研究区消失。
3 结论与讨论
本研究以综合顺序分类为理论,借助于GIS研究方法,对西北干旱区的潜在植被进行了模拟,并利用现生植
被对潜在植被进行了检验,IOCSG评定模型对研究区植被模拟精度达到了78%,较好的重现了研究区潜在植被
分布格局。分布在研究区的潜在植被类型有21类,不同区域植被的多样性差异较大。天山、阿尔泰山一带及大
兴安岭地区植被分布较为丰富。相比之下,准噶尔盆地、塔里木盆地、巴丹吉林沙漠地区分布比较单一,主要以荒
漠、半荒漠为主。通过3个时期潜在植被分布变化得出,研究区植被系统表现出其分布的不稳定性,主要表现为
4个特点:扩展变化、缩减变化、波动性变化及消亡变化。气候环境适应性的改变是植被类型发生变化的主要原
因。另外,天山、阿尔泰山、大兴安岭及以西地区以及呼伦贝尔高原地区成为潜在植被类型演替的敏感区。
虽然本研究较为准确的模拟了研究区潜在植被的分布,但是综合顺序分类法毕竟是一种依据统计方法建立
的静态模型,这种分类方法对气候指标的依赖性太大,容易受到气候波动性变化的影响。结合遥感数据对研究区
植被分布与变化进行验证是后续研究的主要工作。另外,潜在植被的分布与演替受多种因素的影响,综合考虑区
域环境等各种因素,如小区域气候环境,人类活动等因素是本研究进行深入研究的方向。
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犛犻犿狌犾犪狋犻狀犵犪狀犱犪狀犪犾狔狕犻狀犵犱狔狀犪犿犻犮犮犺犪狀犵犲狊狅犳狆狅狋犲狀狋犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀犻狀犪狉犻犱犪狉犲犪狊狅犳犖狅狉狋犺狑犲狊狋犆犺犻狀犪
LIFei1,ZHAOJun2,ZHAOChuanyan3,WANGXufeng4
(1.DepartmentofLandInformationEngineering,ChuzhouUniversity,Chuzhou239000,China;2.Colege
ofGeographyandEnvironmentalScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou730070,China;
3.MinistryofEducationKeyLaboratoryofAridandGrassAgriculturalEcology,Lanzhou
University,Lanzhou730000,China;4.ColdandAridRegionsEnvironmental
andEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofSciences,
Lanzhou730000,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thepotentialvegetation,asafinalstateofsuccessionwhichachievesthebalancewithitssite,isthe
moststableandmatureclimaxvegetationtypeatthesitewithouthumaninterference.Theecologicalandenvi
ronmentalproblemsofthenorthwestaridareaareveryserious.Takingthepotentialvegetationasthereference
forshowingbackgroundsofvegetationandrulesofchangehasbecomethepreliminaryandinfrastructuralwork
towardsecologicalconstructioninaridareasofNorthwestChina.Basedontheintegratedsequenceclassifica
tion(IOCSG)andthesupportofGIS,thispapersimulatesdistributionofvegetation,andanalyzesdynamic
changesinthestudyarea.1)UsingtheIOCSGmodelinaridareasofNorthwestChina,theaccuracyofpoten
tialvegetationsimulatedreached78%.2)Therewere21potentialvegetationtypesdistributedinthestudyare
a.Thediversityofvegetationindifferentregionswasquitedifferent.VegetationwasabundantinTianshan,
Altai,Daxinganling.Incontrast,intheJunggarBasin,TarimBasin,andBadainJarandesert,thedistribution
ofvegetationwasrelativelysimple,mainlyindesertandsemidesert.3)Asclimateandenvironmentchangeat
asite,theregionalvegetationsystemshowsinstability.Therearefourtypicalvariationpatterns,i.e.increas
ingchange,reducingchangeanddisappearingandfluctuatingvegetation.4)Complicatedprocessesofsucces
sionofthepotentialvegetationhappenedbecauseofchangesinclimaticandenvironmentaladaptabilityatthe
site.InTianshan,Altai,Daxinganling,tothewestofDaxinganlingandHulunbeier,successionsofthepoten
tialvegetationaremoresignificant.
犓犲狔狑狅狉犱狊:potentialvegetation;IOCSGmodel;GIS;aridareaofNorthwestChina
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