全 文 ：武汉植物学研究 2001, 19( 1) : 25～30
Journal of Wuhan Botanical Research
四合木( Tetraena mongolica)分布区
景观结构时空变化分析
张云飞1　 杨　持2　 陈家宽3

( 1.武汉大学生命科学学院, 武汉 430072;　2.内蒙古大学生态与环境科学系, 呼和浩特 010021;
3.复旦大学生命科学学院生物多样性科学研究所, 上海 200433)
摘　要: 利用 3S 技术、1972年航空黑白像片、1988年T M CCT磁带数据以及 1995 年1
10万
TM 影像等信息源, 以斑块为最小景观结构单元,对西鄂尔多斯特有种四合木( T etraena mon-
golica)的分布及其分布区的景观结构进行了研究。结果表明: ( 1)四合木的分布区面积约为 2
754 km2; ( 2)分布区面积及斑块平均面积都在减少。1988 年实际占有1 456 km2, 1995 年为
1 268 km2, 平均每年减少 27 km2, 单个斑块平均面积 1988 年为 18. 79 km2, 1995 年为 15. 38
km2, 减少了 18. 1% ; ( 3)四合木分布面积的减少在不同时空尺度上并不相同, 1988～1995 年
间的年变化率比 1972～1988年间的年变化率高 5倍, 空间尺度上城市工业区的年变化率比
放牧分布区高。
关键词: 四合木; 时空尺度; 景观结构; 分布区
中图分类号: Q16; X176　文献标识码: A　文章编号: 1000-470X( 2001) 01-0025-06
Spatial-temporal Change of Landscape Structure in the
Distribution Region of Tetraena mongolica
ZHANG Yun-Fei
1, YANG Chi
2 , CHEN Jia-Kuan
3

( 1. Col leg e of L if e S ci ences, W uhan Unive rsity, Wuhan　430072, Ch ina;
2. Dep ar tment of E cology and E nv ironment S cience, I nner Mong ol ia Univ ersity , Huhhot 010021, China;
3. Inst itut e of Biodiv ersity S cienc e, Col leg e of L if e Sci ences, F udan Univ ersi ty, Shanghai 200433, Chin a)
Abstract: The dist ribut ion and the change of Tetraena mongolica, endem ic to
the w estern Ordos, are studied in the form of patch units based on the aerial
image ( 1972 ) , CCT of T M ( 1988) and the image of T M ( 1995) ( Scale:
1
100 000) . The results are as follow s: ( 1) the dist ribut ion o f Tetraena
mongolica is determined and dist ribut ion area is 2 754 km
2
; ( 2) the distr ibution
area and the average patch area o f T etr aena mongol ica are decreasing , fr om


收稿日期: 2000-04-03,修回日期: 2000-08-14。
基金项目:国家自然科学基金资助项目( 39660017)。
作者简介:张云飞( 1969- ) ,男,博士生,主要从事植物生态学和保育生物学工作。
通讯作者。Author for corresponden ce.
1 456 km 2 to 1 268 km2 in 1995. T he average patch area of Tetraena mongol ica
is 18. 79 km
2, and decreases to 15. 38 km
2
in 1995, decreasing 18. 1%; and
( 3) the decreasing of dist ribut ion area of Tetr aena mongolica is varied in dif-
ferent spat ial-temporal scale, the annual rate of decreasing is 5 t imes higher in
periods of 1988～1995 than in periods of 1972～1988, and the decr easing r ate in
the urban and indust ry area is higher than that in the grazing area.
Key words : T etraena mongol ica; Spat ial-temporal scale; Landscape st ructure;
Distribution ar ea
地球表面上大部分生态系统受到人类的影响, 引起的土地利用方式等变化改变了生
境的空间形状和质量, 导致了种群的重新划分并且产生了复合种群的结构,影响了种群的
稳定性和持久力[ 1 3]。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[ 4]。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[ 5, 6]。
四合木( T etraena mongolica)是蒺藜科( Zygophyllaceae)古老的孑遗植物,是典型的
西鄂尔多斯特有种 [ 7 9]。它的分布区是亚洲中部一批古老孑遗植物的“避难所”,是中国生
物多样性中心或热点之一[ 10, 11]。近年来,由于城市规模的扩张及工业的发展,四合木分布
区遭受了不同形式的干扰影响。我们运用遥感( RS)、地理信息系统( GIS)和全球定位系统
( GPS)技术,对四合木的分布、分布区内景观结构在时间和空间上的演变进行了研究, 并
分析了景观变化与影响因子的关系, 以期深入了解四合木分布区的现状并预测发展趋势。
1　研究方法
1. 1　四合木分布区概况
研究区位于鄂尔多斯高原西北部的桌子山山麓地带及贺兰山的山前丘陵, 为一相对
独立的地理单元[ 9]。四合木主要分布在地形部位较高的砾质或沙砾质高平原上,地表多砾
石有时也见有薄层覆沙,个别群落可上升至石质低山残丘,一部分群落进入山间盆地的壤
质土壤上,对碱性土壤有一定程度的适应。四合木分布区——西鄂尔多斯地区属于草原化
荒漠区 [ 9, 12] ,年降水量低于 200 mm ,年平均气温 7. 1～9. 2℃, 湿润系数小于 0. 13。草原化
荒漠属超旱生植被类型,种类贫乏,以超旱生灌木、半灌木占绝对优势。
1. 2　信息源
采用 1972年 6月的 1∶5万黑白航空像片、1988年 7月的 TM CCT 磁带、由中国科
学院遥感卫星地面接收站提供的 1995年 6月的 1∶10万 TM 影像[合成方案为 4( R)
3( G) 2( B)假彩色合成] , 及其研究区 1∶10万地形图、1∶20万乌海资源系列图、1∶50万
内蒙古地貌图等相关基础图件。
1. 3　图像的预处理
1988年的 T M 影像与 1995年 T M 影像采用同样的 4( R) 3( G) 2( B)假彩色合成, 同
时利用 1988年 TM CCT 磁带多通道的特点,采用不同通道的数据合成影像,增强类型判
别的准确性。同时将拼接好的 1972年 1∶5万航空黑白像片,以 1988年的影像为基准,通
过对应控制点的方法, 转换成与 T M 影像具有一致的投影和分辨率的形式。
26 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　　　第 19卷　
1. 4　图像的解译与分析
以遥感影像和地形图为基础,对分布区内不同类型区域进行考察,考察路线分南北和
东西两个方向,对特殊地貌类型重点抽查(例如低山和丘陵) , 整个分布区共考察了 38个
点,每个点用 GPS 定位,确定经度、纬度和高度,记录群落类型和土地利用现状,对不同生
境类型的典型地段采用 50 m 样线法,调查四合木高度和丛幅等指标。在此基础上采用目
视解译的方法,辨别地物类型,确定解译标志。Co reldraw 8. 0屏幕数字化后,在地理信息
系统软件 ARC/ INFO支持下, 以 1∶10万地形图为标准, 精纠正,使三个不同时期的四
合木分布图具有统一的大地坐标,草图完成后, 到野外验证修改, 完成四合木分布区的时
间系列图(包括 1972、1988和 1995年三个时间)。在此基础上,在景观水平对四合木的分
布及种群的面积变化和破碎化程度进行了分析。
2　结果与分析
2. 1　四合木分布区及分布区内生境类型
2. 1. 1　四合木的分布区　四合木局限分布于西鄂尔多斯地区[ 8, 9] , 应用 1988年和1995年
TM 影象,结合地形图和地面综合考察, 确定了四合木的分布范围,分布区范围与朱宗元
等人[ 8]的结论基本相似,只是贺兰山前低山丘陵到乌达低山残丘间零星分布的四合木种
群朱宗元等人没有将其包括在内。分布区的面积为 2 754 km2。分布区的北端与库布其沙
漠相接,东端与桌子山相邻,西端与乌兰布和沙漠接壤,南端止于岗德尔山前的丘陵区,由
于地理阻隔, 四合木分布区的外围变化不大。
2. 1. 2　四合木分布区内的生境类型多样性　四合木分布区内, 地表状况差异明显,从石
质、砾质到沙质均有分布[ 8]。依据该地区遥感影像、地形图、地貌类型图及土地利用图 [ 13] ,
表 1　四合木分布区内生境类型
Table 1　The habitat types in the distribution reg ion of Tetraena mongolica
生境类型
Hab itat types
占分布区比例( % )
Proport ion in
dist ribu tion region
四合木斑块所占比例( % )
Proport ion of patches of
Tet raena mong ol ica
倾斜平原放牧区
Grazin g area of slant plain
14. 1 77. 9
倾斜平原城市工业区
Urban and indu st ry area of slan t plain
26. 6 31. 5
丘陵放牧区
Grazing ar ea of d ow n
12. 1 73. 9
丘陵城市工业区
U rban and indus try area of down
6. 5 62. 2
低山放牧区
Grazing area of up lan d
7. 3 91. 2
低山城市工业区
Urb an and in dust ry ar ea of u pland
5. 4 71. 7
台地
Mesa
7. 3 68. 8
以地貌类型区内
主要斑块类型为
基础, 划分了7个
生境类型(表1)。
从表1可以看出,
在 1995年,低山
放牧区内, 四合
木斑块所占面积
比 例 最 大, 为
91. 2% ; 倾斜 平
原城市工业区,
四合木斑块所占
面积比例最小,
为 31. 5%。放牧
干扰区内, 放牧是主要的干扰方式, 四合木分布面积的减少主要由于冲沟面积的变化; 城
市工业区内, 城市的扩张和工矿的发展是四合木面积减少的原因; 四合木分布区处于草原
化荒漠地带, 生态系统非常脆弱,倾斜平原和丘陵等砾质或壤质土壤上不合理的土地利用
27　第 1期　　　　　　　　张云飞等:四合木( T etraena mong ol ica)分布区景观结构时空变化分析
1.倾斜平原城市工业区; 2.台地; 3.丘陵城市工业区;
4.低山城市工业区; 5.低山放牧区; 6.丘陵放牧区; 7.倾
斜平原放牧区
1. Urban and indus t ry area of s lant plain ; 2. Mesa;
3. Urb an an d indu st ry area of dow n; 4. U rban and in-
dust ry area of u pland; 5. Grazing area of upland;
6. Graz ing area of dow n; 7. Graz ing area of s lan t plain
图 1　生境类型聚类图
Fig. 1　Pedr ogr am of habitat types of T .mongoli ca
方式会引起土壤的沙化;而土壤覆沙过厚, 四
合木将被白刺和油蒿取代; 除去石质低山, 整
个分布区内土壤的沙化是四合木面积减少的
另一重要原因。对分布区内的7个生境类型,
以斑块面积和斑块的种类为标准, 可以分为
3类, 如图 1 所示: 台地、丘陵工业区及低山
工业区为第 1类; 低山放牧区、丘陵放牧区及
倾斜平原放牧区为第 2类;倾斜平原工业区
为第 3类。
2. 2　四合木斑块在不同生境类型区的变化
2. 2. 1　四合木斑块总面积在不同生境类型
区的变化　1988 年四合木斑块总面积为
1 456 km
2
, 1995 年面积变为 1 268 km2 , 减少
了 188 km 2, 平均每年减少 26. 83 km2 (见表
2 )。其中在倾斜平原城市工业区, 每年减少
11. 58 km2, 第 1类生境类型区减少了 11. 14 km2, 第 2类生境类型区减少了 4. 05 km 2, 四
合木分布面积年减少率, 第 1类生境类型与第 2类差异极显著( P< 0. 012)。不同时间四
合木斑块总面积的变化速率也不相同。在四合木斑块面积变化较快的第1类生境类型区,
表 2　四合木斑块变化
Table 2　Change o f pat ches o f T . mongolica
生境类型
Habitat types
时间(年)
Year
四合木斑块数
Number
of patches
四合木斑块总面积( km 2)
T otal area
of patches
四合木斑块平均面积( km2)
Average ar ea
of patch es
倾斜平原城市工业区
U rban and indus try area
of slant plain
1972 11 394. 95 35. 90
1988 28 272. 72 9. 74
1995 30 191. 66 6. 39
丘陵城市工业区
Urban and indus t ry
area of dow n
1972 2 169. 45 84. 73
1988 4 145. 55 36. 39
1995 5 111. 37 22. 27
低山城市工业区
Urban and indus t ry
area of uplan d
1972 2 143. 62 71. 81
1988 3 119. 20 39. 73
1995 3 104. 48 34. 82
台地
Mesa
1972 2 173. 32 86. 66
1988 2 166. 31 83. 16
1995 4 137. 24 34. 31
倾斜平原放牧区
Grazin g area of
slan t plain
1972 - - -
1988 34 312. 69 9. 20
1995 36 292. 94 8. 14
丘陵放牧区
Grazing area of down
1972 - - -
1988 8 256. 35 32. 04
1995 10 246. 10 24. 61
低山放牧区
Grazing ar ea of u pland
1972 - - -
1988 13 184. 06 14. 16
1995 13 182. 81 14. 06
　　注: “- ”表示数据缺失。
　　Note: “- ”repres ents m issin g data.
1972～1988年的 16年间,
平均每年减少 3. 45 km 2,
减少速率最快的倾斜平原
城市工 业区, 在 1972～
1988 年 间 也 只减 少 了
7. 64 km
2
, 分别比 1988～
1995的 7年间的减少速率
11. 14 和 11. 58 km2 少许
多, 1972～ 1988 年间 与
1988～ 1995 年间的年变
化 率差异极显著 ( P <
0. 008) , 说明后 7 年比前
16年的破坏速度大得多。
如以目前的速度发展下
去, 倾斜平原城市工业区
内的四合木将在 16. 6 年
后消失。
2. 2. 2　四合木斑块数在不
同生境类型区的变化　四
合木在分布区内连续分
28 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　　　第 19卷　
布,四合木斑块的破碎化属于侵入型破碎化 [ 6, 8, 9] , 即在斑块内部改变生境,一般经历 3个
过程,最初干扰斑块只在四合木斑块内部发展, 四合木保持一个完整的斑块;当干扰斑块
发展到一定程度连接在一起时,四合木的斑块分割,四合木斑块数量增加;当干扰进一步
发展,干扰斑块发生融合时,干扰斑块间的四合木斑块消失,四合木的斑块数量又在减少,
在这个过程中,四合木的分布区逐渐破碎化。四合木斑块的数量 1972～1995年间增加很
少,但四合木斑块的总面积减少很多(见表 2)。
2. 2. 3　四合木斑块平均面积在不同生境类型区的变化　从表 2可看出,倾斜平原工业区
四合木斑块平均面积最小, 1995年为 6. 39 km2 ,破碎化程度最高, 台地四合木斑块平均面
积最大。由于四合木总面积的减少和斑块数量增加,四合木平均斑块面积在缩小。平均斑
块面积减少最快的为台地, 1995比1988年减少了58. 7%。与总面积变化相一致,第1类生境
类型区四合木平均斑块面积的年递减( 3. 23 km 2)大于第2类生境类型区的递减( 0. 41
km
2 )。四合木在不同生境类型区的破碎化程度不同, 且破碎化的速度也不一样。
3　讨论
四合木局限分布于西鄂尔多斯地区[ 8, 9] ,该地属于草原化荒漠气候,由于上新世以来,
程度不同的荒漠条件一直延续至今,因而第三纪孑遗植物四合木等能够保存下来 [ 13]。现
代四合木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。四合木分布区
内部由于城市化和工业的发展,以及不合理的土地利用方式, 四合木实际占有面积在缩
小。
四合木分布区的破碎化过程属于侵入型破碎化[ 6] ,城市和工矿在四合木斑块内部发
展,四合木的斑块面积减少。当干扰斑块面积小于四合木斑块时, 四合木斑块数量的变化
滞后于干扰斑块数量的变化,斑块数量反映不出四合木破碎化的程度,四合木斑块的平均
面积可以粗略地反映出四合木每个斑块的变化。由于第 2类型区只有当放牧干扰引起沙
化时,生境的变化才导致四合木消失,因而第 1类型区四合木面积的减少和四合木斑块平
均面积的变化大于第2类型区。台地的四合木斑块平均面积最高, 但四合木斑块减少速率
也很大, 1988～1995年的斑块平均面积每年减少 6. 98 km 2,如不逆转当前的发展趋势,与
四合木破碎化最严重的倾斜平原城市工业区一样,也会破碎成面积很小的四合木斑块。
由于四合木的分布区面积很小, 人为干扰造成分布区面积很快减少,在草原化荒漠区
四合木的更新很困难, 照目前的状态发展, 四合木将面临着生存的危险。
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30 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　　　第 19卷