全 文 ：近５０年黑河流域潜在植被的
演替及生态环境变化研究
赵军，马小平，魏伟
（西北师范大学地理与环境科学学院，甘肃 兰州７３００７０）
摘要：本研究以综合顺序分类法（ＩＯＣＳＧ）为基本理论方法，在ＧＩＳ的支持下，利用黑河流域１４个气象站点１９６１－
２０１０年间５０年的气候数据模拟出黑河流域潜在植被的演替过程，在此基础上耦合植被对气候变化的动态响应，分
析不同气候条件下黑河流域潜在生态环境的变化。结果表明：１）黑河流域潜在植被类型在逐渐减少，到ｃ时期
（１９９１－２０１０）时仅有１１种植被类型，并且在空间分布上差异性很大，下游额济纳旗地区植被类型非常单一。２）黑
河中上游气候暖湿化，潜在植被向暖湿的植被类型发展，但变暖的速度大于变湿的速度，使植被类型不断退化；而
下游额济纳旗地区，气候逐渐暖干化，潜在植被向暖干的植被类型发展，荒漠化较为严重。３）随着气候的变化，全
流域植被类型逐渐减少，潜在生态环境逐渐恶化，近年来下游额济纳旗地区植被生态环境的严重恶化是气候变化
和人为因素共同导致的结果。
关键词：黑河流域；潜在植被；演替；潜在生态环境变化；气候变化
中图分类号：Ｓ１８１．６；Ｘ１７１．１；Ｑ９４８．１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１４）０５００６１０８
犇犗犐：１０．１１６８６／ｃｙｘｂ２０１４０５０７
潜在植被是一种与所处立地达到平衡的演替终态，反映的是在无人类干扰的情况下，立地所能发育形成的
最稳定最成熟的一种顶级植被类型，是一个区域现状植被的发展趋势［１］。潜在植被的研究能够反映气候条件对
植被形态变化的影响，是植被－环境分类与关系研究的起点，也是全球变化与陆地生态系统研究的关键［２］。因
此，深入分析潜在植被的演替变化，探讨气候变化条件下潜在生态环境的变化机制无论是在保护生态环境，减缓
生态破坏，还是在预测未来气候对生态环境的影响等方面都有着重要的意义。近年来，国内外专家对潜在植被的
研究广泛而深入，Ｂｒｚｅｚｉｅｃｋｉ等［３］选取气候、地形和土壤等因素，建立了植物群落与选择因子的概率模型，应用
ＧＩＳ技术模拟了瑞士山区７１种森林群落的地理分布；Ｇｕｉｓａｎ等［４］利用年平均温度与山地植物的线性关系模拟
了瑞士Ｖａｌａｉｓ地区的高山植物空间分布；Ｄｙｍｏｎｄ和Ｊｏｈｎｓｏｎ［５］在加拿大Ｋａｎａｎａｓｋｉｅ河流域利用土壤水分、温度
和太阳辐射模拟了植被的空间格局；我国学者张秀英和赵传燕［６］选取对潜在生态环境影响较大的指标构建数学
生态环境模型，利用主成分分析方法对陇中黄土高原潜在生态环境进行评价；赵茂盛等［７］应用改进的 ＭＡＰＳＳ模
型模拟了中国当前气候状况下潜在植被类型及叶面积指数的分布；任继周等［８］应用综合顺序分类法分析了
１９５０－２０００年和２００１－２０５０年期间的草原类型演替及碳汇动态与全球气候变化之间的响应关系；赵传燕等［９］通
过野外观测取样，结合气温降水的空间分布，对黄土高原祖厉河流域内的潜在草地植被分布进行了模拟，李飞
等［１０］以综合顺序分类法（ＩＯＣＳＧ）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。目前，大多数研究成果都是围绕潜在植被的空间分布和演替特征展开
的［１１２３］，而从潜在植被入手，进一步定量研究潜在生态环境变化特征的研究尚不多见。因此本文想从潜在植被的
演替变化入手，深入总结研究潜在生态环境的变化方向和强度。
黑河流域是我国西北干旱地区一个典型的内陆河流域，流域内景观类型多样，各种自然资源较为丰富。同
时，由于流域深处亚欧大陆腹地，降水相对较少，温度较高，气候干旱，加之近几十年来人类活动对流域内有限水
第２３卷 第５期
Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．５
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
６１－６８
２０１４年１０月
收稿日期：２０１３１０２２；改回日期：２０１３１１１２
基金项目：国家自然科学基金项目“中国潜在草原格局演替及其对气候变化响应的ＧＩＳ模拟”（４０９６１２０６）资助。
作者简介：赵军（１９６３），男，山西河津人，教授，博士。Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｏｊｕｎ＠ｎｗｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者。
资源的过度开采利用等，使得流域内许多自然植被生态环境恶化、生态系统十分脆弱和不稳定。因此，对流域内
潜在生态环境变化方向和强度机理的研究及分析是为流域内的生态恢复和重建提供科学依据的迫切需要。本文
应用时间较长的气象站点数据，通过模拟流域内潜在植被演替变化的过程，对流域内植被生态环境的变化进行定
量的评价分析，研究气候变化条件下潜在生态环境变化的方向和强度，以便为黑河流域生态治理提供决策支持。
１ 材料与方法
图１ 黑河流域示意图
犉犻犵．１ 犛犮犺犲犿犪狋犻犮犱犻犪犵狉犪犿狅犳犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱
１．１ 研究区概况
黑河流域是我国西北干旱地区第二大内
陆河流域，位于河西走廊中部，大致介于
９７°００′～１０２°００′Ｅ，３７°３０′～４３°００′Ｎ之间，
干流全长８２１ｋｍ，跨越了青海、甘肃、内蒙古
三个省区，流域面积约为１４．２９万 ｋｍ２（图
１）。是甘蒙西部最大的内陆河流域，由于流
域地处亚欧大陆腹地，远离海洋，降水少，蒸
发量大，太阳辐射强烈，气候干燥，昼夜温差
较大，为典型的大陆性气候。上游祁连山区
的冰雪－森林带是全流域水资源的发源和涵
养区，中游张掖绿洲是西北干旱区最大的连
片人工绿洲，下游主要以荒漠为主，其额济纳
旗绿洲是遏制巴丹吉林沙漠西移和南迁，减
缓沙尘暴的重要生态屏障。
１．２ 数据来源与处理
本研究采用的气候数据来源于中国气象
科学数据共享服务网（ｈｔｔｐ：／／ｃｄｃ．ｃｍａ．ｇｏｖ．
ｃｎ／ｈｏｍｅ．ｄｏ），从该网站提供的黑河流域周
边１７个气象台站中，选取１４个气象台站（梧
桐沟、金塔、吉诃德３个站点的数据不全）１９６１－２０１０年间５０年的降水数据和温度数据，分析潜在植被的演替变
化过程；数字高程模型（ＤＥＭ）采用国际科学数据服务平台（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａｍｉｒｒｏｒ．ｃｓｄｂ．ｃｎ／）发布的３０ｍ分辨率的
ＤＥＭ数据。分别求得每个气象台站的年降水数据和＞０℃的年积温数据（∑θ），以１５年，１５年，２０年为时间周
期，将数据分成ａ、ｂ、ｃ三个时间段［１０］，在ＡｒｃＧＩＳ中用克里格插值（ｋｒｉｇｉｎｇ）方法对研究区的降水数据进行空间插
值；再用分区ＤＥＭ修正的反距离加权插值（ＩＤＷ）方法对研究区＞０℃年积温数据进行空间插值，最终得到年降
水量、年积温的空间栅格数据；最后，采用综合顺序分类法（ＩＯＣＳＧ）的湿润度模型，利用栅格数据运算得到研究
区的湿润度数据（Ｋ）。对＞０℃年积温和湿润度数据分别进行分级，通过地理信息系统（ＧＩＳ）的空间叠置分析得
到ａ、ｂ、ｃ三个时期黑河流域潜在植被的类型分布及演替变化过程图（图２）。
１．３ 潜在植被的评定模型
本文所运用的模型是任继周、胡自治、牟新待等提出的气候－土地－植物综合顺序分类法，简称综合顺序分
类法，此理论唯物的承认气候、土地、植物在构成草地这一土地－生物资源中的作用，认识及处理气候、土地和植
物等因素在草原分类中的顺序关系，并按其稳定程度顺序地安排它们在一定的级别中作为分类指标。在具体的
划分中，首先以量化的生物气候指标———＞０℃年积温数据（∑θ）和湿润度数据（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［２，１１１２］。
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。
２６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．５
图２ 黑河流域潜在植被分布及演替变化图
犉犻犵．２ 犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀犪狀犱狊狌犮犮犲狊狊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犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱
ⅠＤ：寒冷微润少雨冻原、高山草甸草原类Ｆｒｉｇｉｄｓｕｂｈｕｍｉｄｍｏｉｓｔｔｕｎ
ｄｒａ，ａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗｓｔｅｐｐｅ；ⅠＥ：寒冷湿润冻原、高山草甸类Ｆｒｉｇｉｄｈｕ
ｍｉｄｔｕｎｄｒａ，ａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗ；ⅠＦ：寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类Ｆｒｉｇｉｄ
ｐｅｒｈｕｍｉｄｒａｉｎｔｕｎｄｒａ，ａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗ；ⅡＢ：寒温干旱山地半荒漠类Ｃｏｌｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｅａｒｉｄｍｏｎｔａｎｅｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ；ⅡＣ：寒温微干山地草原类 Ｃｏｌｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｅｓｅｍｉａｒｉｄｍｏｎｔａｎｅｓｔｅｐｐｅ；ⅡＤ：寒温微润山地草甸草原类Ｃｏｌｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｅｓｕｂｈｕｍｉｄｍｏｎｔａｎｅｍｅａｄｏｗｓｔｅｐｐｅ；ⅡＥ：寒温湿润山地草甸类
Ｃｏｌｄｔｅｍｐｅｒａｔｅｈｕｍｉｄｍｏｎｔａｎｅｍｅａｄｏｗ；ⅡＦ：寒温潮湿寒温性针叶林类
Ｃｏｌｄｔｅｍｐｅｒａｔｅｐｅｒｈｕｍｉｄｔａｉｇａｆｏｒｅｓｔ；ⅢＡ：微温极干温带荒漠类Ｃｏｏｌ
ｔｅｍｐｅｒａｔｅｅｘｔｒａｒｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｅｚｏｎａｌｄｅｓｅｒｔ；ⅢＢ：微温干旱温带半荒漠类
Ｃｏｏｌｔｅｍｐｅｒａｔｅａｒｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｅｚｏｎａｌｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ；ⅢＣ：微温微干温带典
型草原类Ｃｏｏｌｔｅｍｐｅｒａｔｅｓｅｍｉａｒｉｄｔｅｍｐｅｒａｔｅｔｙｐｉｃａｌｓｔｅｐｐｅ；ⅣＡ：温暖极
干暖温带荒漠类 Ｗａｒｍｔｅｍｐｅｒａｔｅｅｘｔｒａｒｉｄｗａｒｍｔｅｍｐｅｒａｔｅｚｏｎａｌｄｅｓ
ｅｒｔ；ⅣＢ：暖温干旱暖温带半荒漠类 Ｗａｒｍｔｅｍｐｅｒａｔｅａｒｉｄｗａｒｍｔｅｍｐｅｒ
ａｔｅｚｏｎａｌｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ．下同Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
１．４ 潜在生态环境的评价方法
图３ 黑河流域潜在植被面积变化
犉犻犵．３ 犜犺犲犪狉犲犪狅犳狆狅狋犲狀狋犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀犮犺犪狀犵犲犻狀
犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱
采用 ＡｒｃＧＩＳ软件中的ＤａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔＴｏｏｌｓ
下的ＦｅａｔｕｒｅｓＴｏＰｏｉｎｔ工具计算出各个潜在植被类
型在３个时期（ａ、ｂ、ｃ）的重心分布图（图３，图４），进而
分析阐述重心的迁移变化。
生态系统的脆弱性是一个自然的或社会的系统遭
受来自气候变化持续危害的范围或程度，是系统状况
的综合表现之一，具有一定的模糊性［１３］。因此为了研
究潜在生态环境的变化，本文根据潜在植被的分布特
征将植被类型划分为４大类：即ⅡＦ为森林；ⅠＤ、Ⅰ
Ｅ、ⅠＦ、ⅡＣ、ⅡＤ、ⅡＥ、ⅢＣ为草原草甸；ⅡＢ、ⅢＢ、Ⅳ
３６第２３卷第５期 草业学报２０１４年
Ｂ为半荒漠；ⅣＡ、ⅢＡ为荒漠，并定义植被从
图４ 黑河流域潜在植被类型重心分布
犉犻犵．４ 犜犺犲犵狉犪狏犻狋狔犮犲狀狋犲狉狅犳狆狅狋犲狀狋犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀
狋狔狆犲狊犻狀犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱
箭头方向表示植被重心迁移方向Ａｒｒｏｗｓｈｏｗｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｅｎｔｅｒｍｉｇｒａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．
荒漠向森林方向的演替变化为正向变化，反
之为负向变化，以潜在植被的演替方向和演
替次数定义植被分布对气候变化的适应性，
以潜在植被演替变化的面积大小和强度定义
植被分布对气候变化的敏感性，分析气候变
化对植被生态环境的影响，进而定量研究黑
河流域潜在生态环境的变化。
２ 结果与分析
２．１ 潜在植被的分布格局
依据ＩＯＣＳＧ植被评定模型，划分出黑
河流域的潜在植被类型在ａ时期（１９６１－
１９７６）为１３种类型，ｂ时期（１９７６－１９９０）为
１２种类型，ｃ时期（１９９１－２０１０）为１１种类型
（图２）。从整体上看，黑河流域植被分布比
较单一，大的景观类型主要以半荒漠和荒漠
为主（图２）。并且不同区域潜在植被类型分
布差异较大，从空间分布上看，黑河流域潜在
植被的分布表现出明显的纬度地带性特征和
干湿度地带性特征。下游额济纳旗地区深居
内陆腹地，是典型的大陆性气候，具有降水
少、蒸发强烈，温差大，风大沙多，日照时间长等特点，其潜在植被的类型比较单一，主要以温暖极干暖温带荒漠
（ⅣＡ）和微温极干温带荒漠（ⅢＡ）为主，还有极少的暖温干旱暖温带半荒漠类型（ⅣＢ）；中游河西走廊平原区，光
热资源较为丰富，温度较高，降水量相对较少而蒸发强烈，其潜在植被的类型主要以微温干旱温带半荒漠（ⅢＢ）
为主；上游南部祁连山区，其降水较多，温度较低，陆面蒸发蒸腾量很大，气候较为湿润，分布有寒冷潮湿多雨冻
原、高山草甸类（ⅠＦ），寒温干旱山地半荒漠类（ⅡＢ），寒温微干山地草原类（ⅡＣ），寒温微润山地草甸草原类（Ⅱ
Ｄ），寒温湿润山地草甸类（ⅡＥ），寒温潮湿寒湿性针叶林类（ⅡＦ），微温微干温带典型草原（ⅢＣ）等类型，其潜在
植被类型较为丰富，植被生态系统较为复杂。
２．２ 潜在植被的演替变化特征
从３个时期潜在植被分布及演替的情况来看（图２），黑河流域潜在植被类型逐渐减少，植被生态系统稳定性
在减弱，整体上，流域内的潜在植被大致按以下方向演替变化：ⅠＤ→ⅠＥ→ⅠＦ→ⅡＢ→ⅡＣ→ⅡＤ→ⅡＥ→ⅡＦ→
ⅢＡ→ⅢＢ→ⅢＣ→ⅣＡ→ⅣＢ，即朝着暖湿的植被类型方向演替发展。这与黑河流域气候逐渐变暖变湿的趋势是
相同的［１４１６］。但是下游额济纳旗地区气温逐年升高，蒸发量增大，而降水量逐年减少，使微温干旱温带半荒漠类
（ⅢＢ）逐渐向微温极干温带荒漠类（ⅢＡ）和温暖极干暖温带荒漠类（ⅣＡ）演替，使其荒漠类植被ⅢＡ和ⅣＡ的面
积总体增大，分别从ａ时期（１９６１－１９７５）的８９９６１．２ｋｍ２ 增加到ｂ时期（１９７６－１９９０）的９１３１３．３ｋｍ２ 再到ｃ时
期（１９９１－２０１０）的９３００９．２ｋｍ２，说明下游额济纳旗地区朝着暖干的植被类型方向演替发展，荒漠化加剧。
ａ时期（１９６１－１９７５）有１３种潜在植被类型（ⅠＤ、ⅠＥ、ⅠＦ、ⅡＢ、ⅡＣ、ⅡＤ、ⅡＥ、ⅡＦ、ⅢＡ、ⅢＢ、ⅢＣ、ⅣＡ、Ⅳ
Ｂ）。从ａ时期（１９６１－１９７５）到ｂ时期（１９７６－１９９１）的演替变化过程中，寒冷微润少雨冻原、高山草甸草原类潜在
植被（ⅠＤ）消失，被演替变化为寒冷湿润冻原、高山草甸类（ⅠＥ），剩下１２种潜在植被类型（ⅠＥ、ⅠＦ、ⅡＢ、ⅡＣ、
ⅡＤ、ⅡＥ、ⅡＦ、ⅢＡ、ⅢＢ、ⅢＣ、ⅣＡ、ⅣＢ），而寒冷湿润冻原、高山草甸类（ⅠＥ）面积从ａ时期的４７８４．５ｋｍ２ 减少
到ｂ时期的１９７９ｋｍ２，大部分面积沿祁连山西北方向演替为寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类（ⅠＦ）。上游祁连山
４６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．５
区分布的寒温草原类潜在植被（寒温微干山地草原类，ⅡＣ；寒温微润山地草甸草原类，ⅡＤ）向寒温湿润山地草甸
类（ⅡＥ）演替变化，使ⅡＥ的面积从ａ时期的２４８９．８ｋｍ２ 增加到ｂ时期的５１０２．６ｋｍ２，再到ｃ时期的８０５７．２
ｋｍ２，说明黑河下游地区逐渐向暖湿的植被类型方向演替变化，分布在祁连山西北部的寒冷湿润冻原、高山草甸
类（ⅠＥ）经过ｂ时期（１９７６－１９９０）到ｃ时期（１９９１－２０１０）的演替变化，逐渐被寒温微润山地草甸草原类（ⅡＤ）和
寒温湿润山地草甸类（ⅡＥ）所代替。微温干旱温带半荒漠（ⅢＢ）主要分布在走廊平原区，其面积为３１３１８．６ｋｍ２
（１９６１－１９７５），经过ｂ时期（１９７６－１９９０）和ｃ时期（１９９１－２０１０）的演替变化，微温干旱温带半荒漠（ⅢＢ）逐渐被
演替为微温微干温带典型草原类（ⅢＣ）和暖温干旱暖温带半荒漠类型（ⅣＢ），面积也从３１３１８．６ｋｍ２（１９６１－
１９７５）→２９０８３．３ｋｍ２（１９７６－１９９０）→２２２９５４．４ｋｍ２（１９９１－２０１０）（图３）。主要是因为走廊平原区降水量逐年增
加，积温逐年升高，导致气候从中温带转向暖温带，干旱转向微干旱。
２．３ 潜在生态环境的变化
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［１０］。
从表１可以看出，整体上，在黑河流域潜在植被类型的演替变化中负向变化大于正向变化，即潜在生态环境
逐渐恶化，半荒漠类植被向荒漠类变化的趋势一直存在，但演替变化面积呈减小趋势。个别的，像草原草甸和森
林之间的正向演替变化大于负向变化但变化面积不大。说明黑河流域潜在生态环境对气候变化的适应性较差，
敏感性较强，气候变化对植被类型的演替影响较大。
表１ 黑河流域潜在生态环境面积变化
犜犪犫犾犲１ 犜犺犲犮犺犪狀犵犲犱犪狉犲犪狅犳狆狅狋犲狀狋犻犪犾犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犻狀犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱 ｋｍ２
项目
Ｉｔｅｍ
正向Ｐｏｓｉｔｉｖｅ
荒漠→半荒漠
Ｄｅｓｅｒｔ→
ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ
半荒漠→草原草甸
Ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ→ｇｒａｓｓｌａｎｄ
ｍｅａｄｏｗ
草原草甸→森林
Ｇｒａｓｓｌａｎｄｍｅａｄｏｗ→
ｆｏｒｅｓｔ
负向Ｎｅｇａｔｉｖｅ
森林→草原草甸
Ｆｏｒｅｓｔ→ｇｒａｓｓｌａｎｄ
ｍｅａｄｏｗ
草原草甸→半荒漠
Ｇｒａｓｓｌａｎｄｍｅａｄｏｗ→
ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ
半荒漠→荒漠
Ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ→
ｄｅｓｅｒｔ
ａ→ｂ ５４２ １３１３ ２５５ ２６ ０ １８９９
ｂ→ｃ ０ ０ １５３６ １８９ ８５９ １６７１
在ａ→ｂ的变化中，半荒漠和荒漠间的负向变化远远大于正向变化，半荒漠类植被逐渐荒漠化；半荒漠、草原
草甸和森林之间的演替变化中正向变化大于负向变化，但是演替变化的面积均很小。在ｂ→ｃ的变化中，除了草
原草甸和森林间的正向变化大于负向变化外，其他植被类型之间的演替变化均为负向变化且变化规模较大。说
明８０年代以后潜在生态环境恶化的趋势越来越明显，速度有所加快。
在全球气候变化的影响下，植被分布的水热条件发生变化，进而驱动植被的演替变化。从图４来看，黑河下
游潜在植被的重心逐渐向南移动，半荒漠类植被类型逐渐向荒漠类转化，荒漠化加剧，由于植被类型单一，所以对
气候变化非常敏感，应对气候变化的能力也非常有限。中上游地区潜在植被的重心变化较为复杂，植被演替变化
交替发生，大致呈现出沿着祁连山向西北方向移动的趋势，说明在暖湿化的气候变化条件下，植被类型比较丰富
的地区，其植被对气候变化的适应性相对较强，但是由于变暖的速度大于变湿的速度，导致植被类型有所减少，植
被逐渐退化，生态环境趋于不稳定状态。
ａ→ｂ的转化过程中（表２），半荒漠向草原草甸类转化１３１３ｋｍ２，占流域面积的０．９２％，主要发生在中上游地
区，向荒漠类转化１８９９ｋｍ２，占流域面积的１．３％，发生在下游额济纳旗地区，主要原因是降水量的逐渐减少和温
度的逐渐升高；草原草甸类逐渐向森林类转化２５５ｋｍ２；而荒漠类向半荒漠类、森林类向草原草甸类的反弹演替
变化均不大，说明下游额济纳地区植被生态系统对气候变化的敏感性较强，恢复能力较弱，植被生态系统极不稳
定，容易受到气候变化和外界因素的影响。
ｂ→ｃ的转化过程中（表３），半荒漠类向荒漠类转化１６７１ｋｍ２，使下游额济纳旗地区的荒漠化趋势进一步加
５６第２３卷第５期 草业学报２０１４年
剧，草原草甸类向半荒漠类转化８５９ｋｍ２，向森林类转化１５３６ｋｍ２，森林类向草原草甸类反弹转化１８９ｋｍ２，说明
中上游地区植被生态系统对气候变化的适应性较弱，敏感性较强，随着气候暖湿化，植被向暖湿的植被类型转化，
其类型逐渐退化减少。
表２ 黑河流域潜在植被类型犪（１９６１－１９７５）→
犫（１９７６－１９９０）的转移变化
犜犪犫犾犲２ 犜犺犲狊犺犻犳狋犮犺犪狀犵犲狅犳狆狅狋犲狀狋犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀狋狔狆犲犳狉狅犿
犪（１９６１－１９７５）狋狅犫（１９７６－１９９０）犻狀
犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱 ｋｍ２
ａ→ｂ 半荒漠
Ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ
草原草甸
Ｇｒａｓｓｌａｎｄｍｅａｄｏｗ
荒漠
Ｄｅｓｅｒｔ
森林
Ｆｏｒｅｓｔ
半荒漠Ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ ２９１２４ １３１３ １８９９ ０
草原草甸 Ｇｒａｓｓ
ｌａｎｄｍｅａｄｏｗ
０ ２０５５５ ０ ２５５
荒漠 Ｄｅｓｅｒｔ ５４２ ０ ８９３３０ ０
森林Ｆｏｒｅｓｔ ０ ２６ ０ １８
表３ 黑河流域潜在植被类型犫（１９７６－１９９０）→
犮（１９９１－２０１０）的转移变化
犜犪犫犾犲３ 犜犺犲狊犺犻犳狋犮犺犪狀犵犲狅犳狆狅狋犲狀狋犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀狋狔狆犲犳狉狅犿
犪（１９７６－１９９０）狋狅犫（１９９１－２０１０）犻狀
犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱 ｋｍ２
ｂ→ｃ 半荒漠
Ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ
草原草甸
Ｇｒａｓｓｌａｎｄｍｅａｄｏｗ
荒漠
Ｄｅｓｅｒｔ
森林
Ｆｏｒｅｓｔ
半荒漠Ｓｅｍｉｄｅｓｅｒｔ ２７９８５ ０ １６７１ ０
草原草甸 Ｇｒａｓｓ
ｌａｎｄｍｅａｄｏｗ
８５９ １９４６４ ０ １５３６
荒漠 Ｄｅｓｅｒｔ ０ ０ ９１２６６ ０
森林Ｆｏｒｅｓｔ ０ １８９ ０ ８１
整体上看，流域内荒漠类、森林类植被类型面积总
图５ 黑河流域潜在生态环境的面积变化
犉犻犵．５ 犜犺犲犪狉犲犪狅犳狋犺犲狆狅狋犲狀狋犻犪犾犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋
犮犺犪狀犵犲犻狀犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱
体呈现增加的趋势（图５），分别从ａ（１９６１－１９７５）时期
的８９９６１．２和４３．６ｋｍ２ 增加到ｃ（１９９１－２０１０）时期
的９３００９．２和１６２４．２ｋｍ２，平均增加速度为６０．９和
３０．２ｋｍ２／ａ；草原草甸类植被类型从ａ（１９６１－１９７５）
时期到ｂ（１９７６－１９９０）时期的演替中面积增加１０７７．３
ｋｍ２，但是在ｂ（１９７６－１９９０）时期到ｃ（１９９０－２０１０）时
期的演替中又大幅度的减少，到ｃ（１９９０－２０１０）时期
仅有１９７１２．７ｋｍ２；半荒漠类植被类型面积呈现减少
的趋势，平均递减速度为７０．２ｋｍ２／ａ，其递减速度较
快，植被类型逐渐减少，流域内植被逐渐退化，植被生
态环境恶化，植被生态系统逐趋单一化，其稳定性逐渐
降低。
３ 结论
本研究在模拟黑河流域潜在植被分布和演替的基础上，耦合了植被分布和演替与气候变化的动态响应，分析
研究了在气候变化条件下流域内不同时间尺度上植被潜在生态环境的分布变化和稳定性，得出以下结论。
１）从潜在植被分布来看，流域内植被的分布有一定的纬度地带性和干湿地带性。上游祁连山区潜在植被类
型丰富，生态系统较为复杂，随着纬度的逐渐增加，植被的类型逐渐减少，到下游额济纳旗地区植被比较单一，生
态系统极不稳定。
２）从植被演替来看，中上游地区的潜在植被逐渐向暖湿性植被类型方向发展，下游额济纳旗地区的潜在植被
向暖干性的植被类型方向发展，这与流域内的气候变化是相似的。说明潜在植被类型演替的驱动因素主要是气
候变化条件下植被分布所需的水热条件发生的改变。
３）从整体来看，随着气候的变化，流域内的潜在植被类型在不断减少，植被生态环境逐渐恶化。尤其是下游
额济纳旗地区，逐渐向荒漠化方向发展，生态系统极不稳定，中上游地区的植被逐渐向暖湿性植被类型发展，特别
６６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．５
是寒温潮湿寒湿型针叶林类（ⅡＦ）面积迅速扩大，但草原草甸类植被类型逐渐减少，植被单一化，类型转化较复
杂，其生态系统稳定性较强，潜在生态环境变化不明显。
本研究从潜在植被的演替入手，分析了潜在生态环境的变化，结果与黑河流域实际生态环境的变化相比较发
现：近几十年来，黑河流域生态环境严重恶化、植被减少的原因是不同的，中上游地区气候逐渐变暖变湿，植被退
化的主要原因是人类不合理的利用有限的水资源，滥砍滥伐造成的；下游地区植被迅速退化，沙漠化不断加剧是
由于中上游过度开发利用水资源，致使下游水资源缺乏，甚至枯竭，加之气候逐渐变暖变干，使得生态环境恶化，
植被减少。
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７６第２３卷第５期 草业学报２０１４年
犞犲犵犲狋犪狋犻狅狀狊狌犮犮犲狊狊犻狅狀犪狀犱犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾犮犺犪狀犵犲狊犻狀狋犺犲犎犲犻犺犲犚犻狏犲狉狑犪狋犲狉狊犺犲犱狅狏犲狉狋犺犲狆犪狊狋５０狔犲犪狉狊
ＺＨＡＯＪｕｎ，ＭＡＸｉａｏｐｉｎｇ，ＷＥＩＷｅｉ
（ＣｏｌｅｇｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＮｏｒｍａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＰｏｔｅｎｔｉａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒｗａｔｅｒｓｈｅｄｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｏｖｅｒａ５０ｙｅａｒ
ｐｅｒｉｏｄｆｒｏｍ１９６１ｔｏ２０１０ｕｓｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＧＩＳｉｎｆｏｒ
ｍａｔｉｏｎａｎｄｃｌｉｍａｔｅｄａｔａｆｒｏｍ１４ｗｅａｔｈｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｃｏｖｅｒｉｎｇｔｈｉｓｔｉｍｅｐｅｒｉｏｄ．Ｌｉｎｋｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆ
ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅ
ＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒｗａｔｅｒｓｈｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｉｍａｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：１）Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅｓ
ｇｒａｄｕａｌｙｒｅｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒｗａｔｅｒｓｈｅｄｗｉｔｈｏｎｌｙ１１ｔｙｐｅｓｒｅｍａｉｎｉｎｇｂｙｔｈｅ１９９１ｔｏ２０１０ｐｅｒｉｏｄ，ａｎｄ
ｗｉｔｈｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．２）ＩｎｔｈｅｕｐｐｅｒａｎｄｍｉｄｄｌｅｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒｗａｔｅｒ
ｓｈｅｄｔｈｅｃｌｉｍａｔｅｉｓｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔｏｂｅｃｏｍｅｗｅｔｔｅｒａｎｄｗａｒｍｅｒａｎｄｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｅｓａ
ｃｈａｎｇｅｔｏｗａｒｄｗａｒｍａｎｄｗｅｔａｄａｐｔｅｄｓｐｅｃｉｅｓｂｕｔｗｉｔｈａｍｏｒｅｒａｐｉｄｃｈａｎｇｅｔｏｗａｒｍｔｈａｎｗｅｔａｄａｐｔｅｄｓｐｅｃｉｅｓ．
Ｉｎｃｏｎｔｒａｓｔ，ｔｈｅｃｌｉｍａｔｅｂｅｃｏｍｅｓｄｒｉｅｒａｎｄｗａｒｍｅｒｗｉｔｈａｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅ
ｔｏｗａｒｍａｎｄｄｒｙｉｎｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｍｅｓｏｚｏｉｃｃｅｎｏｚｏｉｃｒｅｇｉｏｎ，ａｇｇｒａｖａｔｉｎｇｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．３）Ａｓｔｈｅｃｌｉｍａｔｅ
ｃｈａｎｇｅｓ，ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅｓｇｒａｄｕａｌｙｒｅｄｕｃｅｉｎｔｈｅｅｎｔｉｒｅｄｒａｉｎａｇｅｂａｓｉｎａｎｄｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｄａｍａｇｅｉｎ
ｃｒｅａｓｅｓ．Ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｈｕｍａｎｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｓｅｒｉｏｕｓｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ｉｎｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｍｅｓｏｚｏｉｃｃｅｎｏｚｏｉｃａｒｅａｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒｗａｔｅｒｓｈｅｄ；ｐｏｔｅｎｔｉａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ；ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ；ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎ
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檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
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８６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．５