30年来青海三江源生态系统格局和空间结构动态变化

第27卷　第4期2008年7月地 理 研 究GEO GRA P HICAL RESEA RC H Vol 127,No 14J uly ,2008

收稿日期:2007212209;修订日期:2008202215

基金项目:国家科技支撑计划(2006BAC08B03);中国科学院西部行动计划资助项目(KZCX22XB2206203) 作者简介:徐新良(19722),男,山东青岛人,副研究员。主要从事土地利用/土地覆被变化及其陆地生态系统碳

循环研究。E 2mail :xuxl @lreis 1ac 1cn

30年来青海三江源生态系统格局

和空间结构动态变化

徐新良,刘纪远,邵全琴,樊江文

(中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)

摘要:在多期遥感图像支持下,通过对生态系统类型进行辨识,获得了三江源地区生态系统类型空间分布数据集,并在此基础上分析了20世纪70年代中后期以来青海三江源地区生态系统格局和空间结构的动态变化。结果表明:30年来三江源地区生态系统格局稳定少动,生态系统类型变化相对缓慢,农田、森林、草地、水体与湿地和荒漠生态系统的年变化速率均小于015%,是长江、黄河流域乃至全国各区域生态系统转类变幅最小的稳定少动区。20世纪70年代中后期以来三江源地区生态系统类型的转变主要发生在草地和水体与湿地生态系统上,草地生态系统的变化主要发生在中部和东部地区,水体与湿地生态系统的变化主要发生在广大西部和北部地区。

关键词:三江源;生态系统;空间格局;空间结构

文章编号:100020585(2008)0420829211

三江源地区位于青海省南部,地处青藏高原腹地,是长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地,这里自然条件严酷,生态系统群落结构简单,系统内物质、能量流动缓慢,抗干扰和自我恢复能力低下,是全球生态环境最为敏感和脆弱的地区之一。近年来,受全球气候变暖及日趋频繁的人类经济活动的共同影响,三江源地区生态系统持续退化,生态系统结构和功能受到严重干扰,已对我国黄河、长江、澜沧江中下游乃至亚洲东部地区的生态安全构成威胁。潘竟虎等研究发现1986～2000年黄河源区林地、湿地、草地和冰川面积减少,建设用地、耕地和未利用土地面积显著增加,土地综合利用程度下降[1]。王根绪等研究发现近30年来,黄河源区由于高寒稀疏化草原草地、黑土化与杂类草草地和沙化草地等景观类型的迅速发展,区域景观空间格局趋于破碎化和多样化,生态功能处于减退的动态变化趋势中,且这种减退幅度在80年代以后显著增强[2]。目前从整体看,三江源区各类生态系统均表现出不同程度的退化趋势,其中草地生态系统的退化最显著。据调查,三江源区中度以上退化草场面积达0112亿hm 2,占本区可利用草场面积的58%。同上世纪50年代相比,草场单位面积产草量下降30～50%,优质牧草比例下降20～30%,有毒有害类杂草增加70～80%,草地植被盖度减少15～25%[3]。此外,三江源区湿地生态系统也出现了明显的退化,湖泊水位下降、面积萎缩,河流出现断流以及沼泽湿地退化等。黄河源区80年代初有沼泽面积389512km 2,90年代面积减少为3247145km 2,平均每年递减达58189km 2[4]。长江源区许多山麓及山前坡地上的沼泽湿地已停止发育,部分地段

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出现沼泽泥炭地干燥裸露的现象[5]。

生态系统格局和空间结构反映了各类生态系统自身的空间分布规律和各类生态系统之间的空间结构关系,是决定生态系统服务功能整体状况及其空间差异的重要因素,也是人类针对不同区域特征实施生态系统服务功能保护和利用的重要依据[6,7]。近年来,国内外学者对三江源地区的生态环境退化,尤其是草地退化进行了大量研究[8～18],但对源区生态系统的空间格局及其空间结构的动态变化还未见全面的报道。为了对三江源区生态系统的空间格局及其空间结构的动态变化取得全面客观的科学认识,我们将分析时段追溯到了20世纪70年代中后期,在遥感解译获取70年代中后期、90年代初期和2004年三期生态系统类型空间分布数据集的基础上,通过分析掌握了70年代以来青海三江源地区生态系统的空间格局及其空间结构动态变化规律。

1　数据基础与处理

本研究选择的遥感信息源包括20世纪70年代中后期的MSS图像、90年代初期TM 图像和2004年TM/ETM图像,覆盖整个三江源地区的三期遥感影像各28幅。为了更好地反映三江源区各类生态系统的生长状况,我们选择的三期遥感影像成像时间主要集中在7、8月份。MSS遥感影像的空间分辨率为80m,将生态系统格局与空间结构变化的研究时段回推到70年代,而且通过与TM图像对比分析,以保证生态系统类型信息的遥感获

图1　三江源生态系统类型获取技术流程图

Fig11　The technical process of acquiring ecosystem types in the Three2River Headwaters region

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取精度。三期遥感影像均进行了单波段提取、假彩色合成、几何精纠正、图像镶嵌、图像切割等处理,形成以三江源县级行政单元为基础的标准假彩色影像,然后通过土地覆盖的遥感解译获得三期土地覆盖数据,进而在此基础上通过对三江源区各生态系统类型进行辨识,获得70年代中后期、90年代初期和2004年三期生态系统类型空间分布数据集。从三江源区土地覆盖的遥感解译到生态系统类型的获取,整个技术流程如图1所示。

在构建三江源区生态系统类型空间数据集的过程中,根据土地覆被遥感分类体系[19],结合1∶100万植被图、青海三江源自然保护区总体规划、三江源自然保护区生物多样性科考报告、三江源自然保护区生态环境等相关资料,我们对三江源地区的生态系统类型进行了识别、判定和分析,划分出6大生态系统类型:(1)农田生态系统,主要包括土地覆被遥感分类系统中的水田、旱地;(2)森林生态系统,主要包括土地覆被遥感分类系统中的密林地(有林地)、灌丛、疏林地、其他林地;(3)草地生态系统,主要包括土地覆被遥感分类系统中的高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地;(4)水体与湿地生态系统,主要包括土地覆被遥感分类系统中的沼泽地、河渠、湖泊、水库、冰川与永久积雪、滩地;(5)荒漠生态系统,主要包括土地覆被遥感分类系统中的沙地、戈壁、盐碱地、高寒荒漠;(6)其他生态系统,主要包括土地覆被遥感分类系统中的居民点(城镇、农村居民点、工矿用地)、裸土地和裸岩石砾地。

2　三江源生态系统类型的空间分布与面积变化

2004年三江源地区各生态系统类型空间分布如图版2图2所示,从图中看,三江源地区生态系统类型以草地为主,草地生态系统面积占了源区总面积的65137%;其次为其他生态系统类型,占源区地区总面积的12170%,其中裸土地和裸岩石砾地面积占总面积的12168%,集中分布于中、西部的高大山体的顶部;荒漠生态系统面积占三江源总面积的8157%,集中分布于西部的治多县和唐古拉山乡;森林生态系统面积占全区总面积的4171%,集中分布于东部的兴海县、玛沁县、同德县、河南县、甘德县、久治县、班玛县一带,以及中南部的玉树、囊谦县局部地区;水体与湿地生态系统面积占全区面积的814%,其中水体面积占全区的612%,沼泽地面积占全区的212%,水体集中分布于中部的玛多县,以及西部的治多县和唐古拉山乡,而沼泽地以杂多县、治多县以及称多县分布较多;农田生态系统在三江源地区分布较少,其中以东部的同德、兴海、泽库县分布相对较多。

表1　2004年三江源各流域生态系统类型面积统计表(km2)

T ab11　The area of ecosystem types in different b asins in2004(km2)

流域名农田森林草地水体与湿地荒漠其他

长江流域01411129103029160151891411422819619149140

黄河流域9141131040016074318188581211115831577643159

澜沧江流域01932352170256291061372130201577591168

总计91510614164159202977160223731821583311034384167

从2004年各生态系统类型面积在长江、黄河和澜沧江三大流域的分布情况看(表1),农田生态系统主要集中在黄河流域,面积为914113km2,占流域总面积的0191%。森林生态系统主要分布于黄河流域和澜沧江流域,其中黄河流域森林生态系统面积为1040016km2,占流域总面积的10133%,而澜沧江流域森林生态系统面积为235217km2,仅占流域总面积的6136%。草地生态系统均为三大流域的主要生态系统类型,在各流域