天山北麓腋球頂冰花分布區(qū)的生境破碎化現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

張馳，王丹丹，郭麗，趙維奇，王紹明，張霞(石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆石河子832000)

景觀破碎化是描述景觀格局的一個(gè)重要參數(shù)，最初是指原生境面積的喪失，也包括生境空間格局的改變［1－2］。即在人為活動(dòng)和自然的干擾下，大塊連續(xù)分布的自然生境被其他非適宜生境——基質(zhì)分隔成許多面積較小的斑塊的過(guò)程［3］。生境破碎化的影響作用于生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從個(gè)體行為到種群動(dòng)態(tài)，直至生態(tài)系統(tǒng)通量［4－5］。由于人類活動(dòng)的干擾，物種棲息地破碎化已成為不可爭(zhēng)辯的事實(shí)。棲息地的破壞造成全球約82%的物種受到不同程度的生存威脅，我國(guó)是物種棲息地破碎化最嚴(yán)重的國(guó)家之一［6］。最近幾年，隨著新疆北部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越大，生境破碎化嚴(yán)重。新疆特有種——腋球頂冰花對(duì)各種生態(tài)因子特別敏感，可以檢測(cè)環(huán)境變化，另外它還是早春時(shí)節(jié)防風(fēng)固沙的重要植物之一［7］。

研究區(qū)域位于新疆維吾爾自治區(qū)的天山北坡經(jīng)濟(jì)區(qū)，即天山北麓中段G312國(guó)道附近的部分地區(qū)，是腋球頂冰花的典型分布區(qū)。在調(diào)查研究區(qū)景觀格局總體特征的基礎(chǔ)上，對(duì)該區(qū)域景觀斑塊類型進(jìn)行劃分，然后分別從斑塊面積、斑塊數(shù)目、斑塊密度指數(shù)及斑塊破碎化指數(shù)等方面分析各景觀組分的數(shù)量特征，以期說(shuō)明不同景觀組分之間的特征差異，評(píng)價(jià)景觀的破碎化程度，進(jìn)而對(duì)不同樣地的破碎化程度進(jìn)行等級(jí)劃分，揭示各個(gè)景觀組分在整個(gè)景觀中的差異，為保護(hù)腋球頂冰花的多樣性奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地位于我國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)北部，是我國(guó)第二大內(nèi)陸盆地。天山北麓 81°01'～90°14'E，43°24'～45°24'N，地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣，歐亞大陸腹地，總面積約為14.90×104km2。準(zhǔn)噶爾盆地和天山北麓及周圍地區(qū)，受西風(fēng)帶和北冰洋水汽兩個(gè)氣團(tuán)的影響，形成春冬多雨雪、夏季干熱的中溫帶氣候［8］。年平均氣溫為6.89℃，年均降水量為179.98 mm［9］。土壤以棕鈣土及草甸鹽土為主。這一區(qū)域氣候變化敏感，是生態(tài)脆弱帶。早春短命植物多集中分布于這一帶。研究區(qū)域位于天山北坡經(jīng)濟(jì)區(qū)，即準(zhǔn)噶爾盆地南緣、天山北麓中段G312國(guó)道附近的部分地區(qū)，是腋球頂冰花的典型分布區(qū)。該區(qū)域是海拔較高的荒漠草原，腋球頂冰花作為群落的伴生種或者優(yōu)勢(shì)種，形成層片或小群落。

2 研究方法

實(shí)地野外調(diào)查于2013年4月4日至4月5日進(jìn)行，正值腋球頂冰花開(kāi)花時(shí)節(jié)。從石河子市出發(fā)，沿著天山北麓的G312國(guó)道自東向西，途徑沙灣縣(SW)、安集海鎮(zhèn)(AJH)、奎屯市(KT)、烏蘇市(WS)4個(gè)采樣地區(qū)。根據(jù)腋球頂冰花分布的地理位置，選取片斷化的斑塊為研究樣地，設(shè)置人工標(biāo)記，并進(jìn)行GPS定位，選取4個(gè)采樣地區(qū)7個(gè)自然種群，共計(jì)19個(gè)斑塊(表1)。

研究區(qū)景觀的分布格局現(xiàn)狀可能是受到某些干擾因素綜合作用的結(jié)果。研究首先對(duì)景觀斑塊類型進(jìn)行劃分，以此為基礎(chǔ)，分別描述景觀的面積、斑塊數(shù)目、斑塊密度指數(shù)、斑塊破碎化指數(shù)，然后根據(jù)這些指數(shù)對(duì)研究區(qū)的景觀格局進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

2.1 斑塊類型的劃分 景觀的基本構(gòu)成單元是斑塊，要了解景觀格局，對(duì)斑塊類型進(jìn)行劃分是要首先解決的問(wèn)題。根據(jù)目前研究樣地的土地利用狀況，將19個(gè)斑塊綜合成5種斑塊類型，如表2所示。

2.2 景觀破碎化評(píng)價(jià) 景觀破碎化造成的影響主要有生境總數(shù)減少、斑塊數(shù)量增加、斑塊面積減少、斑塊間距離增加。目前，景觀破碎化評(píng)價(jià)主要用景觀破碎化指數(shù)來(lái)衡量。景觀破碎化指數(shù)是指景觀內(nèi)某一生境類型在綜合給定時(shí)間內(nèi)與給定性質(zhì)上的破碎化程度［10］。評(píng)價(jià)指標(biāo)有:斑塊面積、斑塊數(shù)目、平均斑塊面積、斑塊破碎化指數(shù)、景觀破碎度等基本參數(shù)。該究采用以下指數(shù)。

2.2.1 斑塊密度指數(shù)。斑塊密度(PD)是指研究區(qū)內(nèi)斑塊個(gè)數(shù)與面積的比值，其中斑塊密度指數(shù)越大，表示破碎化的程度越高。

式中，Ni表示研究區(qū)斑塊總數(shù)或某斑塊類型的斑塊數(shù)目，Ai表示研究區(qū)斑塊的總面積或某斑塊類型的總面積［11］。

2.2.2 斑塊破碎化指數(shù)。斑塊破碎化指數(shù)(FN)是指景觀被分割的破碎化程度，反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，與自然環(huán)境的破壞程度有關(guān)。

式中，F(xiàn)N1，F(xiàn)N2分別為景觀兩種類型的斑塊破碎化指數(shù);FN1反映整個(gè)研究區(qū)景觀的破碎化程度;FN2反映某斑塊類型的破碎化程度;Np為景觀內(nèi)各類型斑塊總數(shù);Nc為研究區(qū)內(nèi)景觀總面積與景觀內(nèi)最小斑塊面積的比值;MPS為景觀內(nèi)所有斑塊的平均斑塊面積;Nf為景觀內(nèi)某斑塊類型的斑塊數(shù)目［12－13］。FN1和FN2的值域均為［0，1］，0表明生境完全沒(méi)有遭受破碎化，1表明生境完全遭受破碎化。

表1 研究區(qū)概況

表2 斑塊類型

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀總體特征 對(duì)斑塊的基本信息進(jìn)行測(cè)量及統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到的基本參數(shù)值如表3所示。

研究區(qū)域可分為5個(gè)景觀組分，共計(jì)19個(gè)斑塊，總面積為21 862 m2。在這5個(gè)景觀組分中，居民用地(A)占5個(gè)斑塊，面積共2 327 m2;農(nóng)用地(B)占1個(gè)斑塊，面積為4 000 m2;工業(yè)用地(C)占5個(gè)斑塊，面積共12 450 m2;防護(hù)林地(D)占7個(gè)斑塊，面積共3 045 m2;荒地(E)占1個(gè)斑塊，面積為40 m2。根據(jù)各個(gè)景觀組分的面積特征可知，腋球頂冰花的分布區(qū)中，工業(yè)用地(C)所占面積最大，其次是農(nóng)用地(B)、防護(hù)林地(D)及居民用地(A)，所占面積最小的是荒地(E)(圖1)。據(jù)實(shí)地調(diào)查，近幾年此區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，各種中小型企業(yè)趁勢(shì)發(fā)展，故該地區(qū)的工業(yè)用地面積所占比例較高。工業(yè)發(fā)展之前，該區(qū)域主農(nóng)耕，故農(nóng)用地所占比列僅次于工業(yè)用地。另外，新疆北部風(fēng)沙較大，各種生態(tài)防護(hù)林的建立亦是必不可少的?？梢?jiàn)，在該區(qū)域的腋球頂冰花的分布區(qū)中，各種景觀組分與該區(qū)域的人類活動(dòng)有著密不可分的關(guān)系。通過(guò)表3可知，不同斑塊類型的平均斑塊面積大小順序依次是B＞C＞A＞D＞E，這個(gè)順序與斑塊面積的順序不一致，這與取樣有關(guān)，有兩種景觀類型的斑塊只有1個(gè)。

表3 基本景觀參數(shù)

3.2 斑塊密度指數(shù) 斑塊密度是評(píng)價(jià)某一景觀類型破碎化程度的指標(biāo)之一，可以揭示類型斑塊分割景觀基質(zhì)的程度，對(duì)物質(zhì)和能量分布以及生物保護(hù)有著重要的影響［14］。斑塊密度值越大，表明生境破碎化程度越大。由表3中斑塊密度值可知，景觀破碎化程度由大到小依次為，E＞D＞A＞C＞B。破碎化程度最大的是荒地，此地緊靠G312國(guó)道，該類型斑塊數(shù)僅1個(gè)，與取樣有關(guān)，這可能是造成其破碎化程度較大的原因。防護(hù)林地破碎化程度僅次于荒地，可能是因?yàn)榉雷o(hù)林地是人工景觀，人為因素更加顯著所致。破碎化程度最小的是農(nóng)用地，這可能與新疆地區(qū)往往進(jìn)行大面積的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)，故此類型的景觀基質(zhì)尚可保持不被分割的狀態(tài)。

3.3 斑塊破碎化指數(shù) 斑塊破碎化指數(shù)FN1為0.000 869，即為整個(gè)研究區(qū)的景觀破碎化指數(shù)，由此指數(shù)可知整個(gè)區(qū)域的景觀破碎化程度并不是很嚴(yán)重。據(jù)表3可知每個(gè)斑塊類型的破碎化指數(shù)FN2，其中FN2最大的是防護(hù)林地，最小的是農(nóng)用地和荒地。不過(guò)農(nóng)用地和荒地的斑塊數(shù)均為1，故其FN2值均為0，表示此斑塊類型完全沒(méi)有破碎化，這與選取樣地有關(guān)。根據(jù)FN2值越大，表明破碎化程度越大，得出這5種景觀類型的破碎化程度由大到小的順序?yàn)镈＞A＞C＞B=E(圖2)，此結(jié)果與斑塊密度所得結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)腋球頂冰花在分布區(qū)的景觀格局的現(xiàn)狀和破碎化程度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)分析，得到如下結(jié)論:

(1)天山北麓G312國(guó)道附近的腋球頂冰花分布區(qū)可分為5種景觀斑塊類型，分別為居民用地、農(nóng)用地、工業(yè)用地、防護(hù)林地和荒地。

(2)工業(yè)用地在該研究區(qū)域占有較高的面積比例，約57%，其次依次為農(nóng)用地、防護(hù)林地和居民用地，所占面積比例最小的是荒地。

(3)根據(jù)斑塊密度指數(shù)，得出研究區(qū)景觀破碎化程度從大到小的順序依次為:E＞D＞A＞C＞B;根據(jù)斑塊破碎化指數(shù)，得到破碎化程度由大到小的順序?yàn)?D＞A＞C＞B=E，兩種指數(shù)得出的結(jié)果基本一致。基于此，并依照對(duì)研究區(qū)的實(shí)地考察，對(duì)腋球頂冰花的分布區(qū)的破碎化程度劃分如下，破碎化程度最大的是荒地，其次是防護(hù)林地、居民用地、工業(yè)用地，最小的是農(nóng)用地。

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