中国西北干旱区生态系统演化的长程效应研究 ——以额济纳盆地为例

论文摘要

最近50a来，中国西北干旱区生态环境不断恶化，不仅制约了当地的社会和经济发展，而且影响着整个北方地区的生态安全，并对中国中、东部地区的环境构成威胁。为改善这种生态环境状况，各级政府投入了大量物力和人力，启动了一系列的生态保护与建设工程。要使这些投入发挥最大的生态效益，必须查清西北地区生态系统的长期演化趋势，了解人类活动究竟能在什么层次和多大程度上影响生态系统的演化，据此制订更为科学合理的生态保护和建设的战略决策。因此，西北干旱区生态系统演化趋势及其机制的研究是涉及国家生态安全的重大科学问题，对西北各级地方政府生态保护与建设目标及措施的制订也具有重要的指导意义。 由于生态系统外界环境变化的随机性、生态系统—环境间反馈关系的复杂性、生态系统变化机理的不明确性，基于生态模型对生态系统的演化趋势进行预测存在着较大的不准确性，并且随预测时间变长，这种不准确性增大。以历史资料为基础进行外推的方法则对资料的时间长度有极强的依赖性，只有具备足够长时间序列的观测资料，才能提取出较大时间尺度上生态系统的演化信息，对未来较长时期内生态系统的演化趋势进行外推。但在有关干旱区生态系统演化的研究中，因资料积累不足等原因，目前通常只能获得较短时间内(几年或最多几十年)的相关资料。因此，提出不依赖于观测资料时间长度的新方法，利用较短时期内的资料，对西北干旱区生态系统的演化趋势及其机制进行分析，不仅具有重要的实践意义，也是当前理论研究的一个难点。 在上述背景下，论文以系统科学思想为指导，基于生态系统时空关系和尺度效应的分析，提出了利用较短时间内的植被格局资料提取生态系统大时间尺度上演化趋势的方法。利用这种方法，选取中国西北干旱区典型内陆河—黑河流域下游额济纳盆地作为研究区，对该区生态系统不同时间尺度上的演化过程进行了分离；然后分别分析了大时间尺度和中、短时间尺度上生态系统演化的特点、驱动机制及其景观学表现；最后，对研究区生态系统的演化趋势及荒漠在未来的分布格局进行了推演。 1．生态系统演化的时空关系及尺度效应分析 以系统科学思想为指导，结合分形理论和等级系统理论，对系统有序度和形态、状态、功能间的关系，植被空间格局计盒维数的生态学意义，生态系统多重分形结构与系统等级间的对应关系，生态系统时空尺度间的对易关系进行了理论探讨，得出如下结论：

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 研究背景及选题意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 存在的不足及发展趋势
• 1.3 研究目标、内容与思路
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究思路
• 第二章 研究区概况
• 2.1 自然地理条件
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气象
• 2.1.3 地质与地貌
• 2.1.4 水文
• 2.1.5 土壤
• 2.1.6 植被
• 2.2 社会经济概况
• 2.3 主要生态环境问题
• 2.3.1 地下水位下降及土壤旱化
• 2.3.2 土壤盐渍化
• 2.3.3 风蚀强烈，沙漠化加剧，沙尘暴强度增大
• 2.3.4 绿洲萎缩，物种多样性降低
• 第三章 生态系统演化的时空关系及尺度效应
• 3.1 生态系统演化的长程效应和中、短程效应
• 3.1.1 生态系统的长程和中、短程作用及其效应
• 3.1.2 长程作用和中、短程作用间的关系
• 3.1.3 生态系统演化中的长程效应和中、短程效应
• 3.2 生态系统演化的标度
• 3.2.1 生态系统的有序度标度
• 3.2.2 生态系统有序度标度与结构、状态和功能标度间的关系
• 3.2.2 生态系统几何学的有序度标度
• 3.3 生态系统的多重分形结构与系统等级间的关系
• 3.4 生态系统的时空对易
• 3.5 小结
• 第四章 额济纳盆地生态系统长程作用及其效应的提取方法
• 4.1 额济纳盆地生态系统长程作用及其效应提取的基本步骤
• 4.1.1 生态系统长程作用提取的基本步骤
• 4.1.2 生态系统长程效应提取的基本步骤
• 4.2 遥感数据的景观信息提取
• 4.2.1 遥感数据选取与预处理
• 4.2.2 植被和裸地的解译与分类
• 4.2.3 各景观类型的解译与分类
• 4.2.4 遥感图像分类结果的精度问题
• 4.3 植被和裸地格局的多重分形分析及计盒维数的计算
• 4.3.1 计盒维数的数学基础
• 4.3.2 粗视化过程
• 4.3.3 多重分形分析
• 4.3.4 植被和裸地计盒维数计算结果的初步分析
• 4.4 景观格局指数的计算
• 4.4.1 景观格局指数的选取
• 4.4.2 景观格局指数的计算方法
• 4.5 小结
• 第五章 额济纳盆地生态系统演化的长程效应分析
• 5.1 额济纳盆地生态系统长程作用的变化特点
• 5.2 额济纳盆地生态系统演化的长程效应
• 5.3 额济纳盆地生态系统长程作用变化的驱动力
• 5.4 额济纳盆地生态系统长程作用变化趋势的推演
• 5.4.1 额济纳盆地生态系统长程作用的变化趋势
• 5.4.2 生态系统宏观退化趋势下的荒漠化进程
• 5.5 小结
• 第六章 额济纳盆地生态系统演化的中、短程效应分析
• 6.1 额济纳盆地生态系统中、短程作用的变化特点
• 6.2 额济纳盆地生态系统演化的中、短程效应
• 6.2.1 植被与裸地景观格局的波动变化
• 6.2.2 各景观生态类型的波动变化
• 6.3 额济纳盆地生态系统中、短程作用变化的机制
• 6.3.1 生态系统中、短程作用变化的驱动力
• 6.3.2 生态系统中、短程作用变化过程中正反馈机制的强化
• 6.4 额济纳盆地各植被类型的演化机制
• 6.4.1 草地的演化机制
• 6.4.2 乔木林的演化机制
• 6.4.3 灌木林的演化机制
• 6.5 小结
• 第七章 结论及展望
• 致谢
• 参考文献