濒危植物四合木生境的景观动态与适宜性评价研究

论文摘要

四合木为鄂尔多斯高原所特有的蒺藜科单种属植物,因起源古老、抗逆性强,并为生物多样性起源和环境演变研究的理想对象,四合木具有重要的学术研究价值且倍受关注。但近年来四合木分布区生态环境与景观格局发生了显著变化,原有植被自然景观破碎化明显,生境岛屿化现象普遍,致使其种群数量锐减,处于濒危状态。为此,本文即以四合木为研究对象,以其分布范围为研究区域,以四合木分布区内不同的种群斑块为生境单元,借助1977、1990、2000与2005年4个时期陆地卫星遥感影像,运用3S技术,在分析四合木种群面积动态变化的基础上,探讨其生境景观格局时空演变特征及其影响因子与作用份额;通过不同生境四合木种群数量与结构特征的比较研究,分析四合木对生境适应性的空间差异及生境与景观格局变化对其种群动态的影响;在深入分析四合木生境需求的基础上,确定影响其生存的主要生态因子及其代用指标,并用评价模型进行生境适宜性评价。主要结论如下:1.四合木主要分布在黄河与桌子山之间的狭长地带上,分布区总面积2824.31km2,由8个种群斑块组成。在研究时段内其种群面积不断减少,28a年间减少了19.36%,年均减少13.40km2;但在不同时空尺度上的减少速率并不相同。其中,以1990~2000年间减少得最快,1977~1990年间减少得最慢,且其年减少率有逐年增大趋势;在空间分布上四合木面积以桃司兔种群减少得最多,低山种群减少得最少;千里山种群减少速率最大,乌家庙种群减少速率最小。2.四合木是研究区的基质景观,但1977年以来其生境景观格局发生了较大变化。在整个景观中,斑块数量、斑块密度、景观形状指数及多样性与均匀性指数不断增加,而斑块平均面积与优势度指数逐年减小,表明研究区的景观组分趋于复杂化、破碎化与多元化。各生境类型区中,以石嘴山、桃司兔、千里山与乌达种群的景观格局较为破碎,景观结构趋于复杂;乌家庙、棋盘井与海南种群的景观格局较为完整,景观中有连通度极高的优势斑块类型存在。在各种景观中,四合木是研究区最大的景观组分,但研究时段内其主导地位不断下降,空间分布趋于分散、破碎;而耕地与林地、城镇与居民点、工矿、沙化土地及其它植被面积大幅增长,有连片延续发展且在景观中的作用与影响程度逐渐加大趋势。3.研究区历年气候波动和人类活动变化的代用指标分析表明,20世纪70年代以来,四合木分布区旱化趋势加剧,水分亏缺严重,加之人口数量剧增及城市化与工业化的巨大压力,使四合木的生存环境面临更为严峻的考验。各因素对四合木生境影响的累加效应分析表明,自然因素与四合木种群面积的关联程度大多以4a左右的平均尺度最高,人为因素的关联程度大多以6a左右的尺度最高,具有在时间尺度及累加作用上大于气候条件变化的特点。从主成分因子的信息贡献来看,人为因素对四合木生境影响作用的贡献率为55.66%,自然因素的贡献率为44.34%,可见人为因素的作用是导致四合木生境劣化的主要原因。4.不同生境的四合木种群数量与结构特征有所不同,表明四合木对不同生境的适应性有一定差异。其中四合木密度与多度以海南、低山种群较高,棋盘井与乌达种群较低;盖度、高度、冠幅以低山、乌家庙种群较大,乌达、千里山种群较小;重要值和综合优势比以低山、乌家庙、棋盘井种群较高,乌达与千里山种群较低;不同生境中四合木种群的径级、龄级、冠幅、高度结构亦有差别,体现出低山、乌家庙、棋盘井种群中四合木的适应性较高,而乌达与千里山种群中其适应性相对较低的特点。5.四合木生境适宜性的定量评价与分析表明,研究区内的气候与地形等自然因素不是四合木生长及濒危的限制性因素;而人类活动的干扰使其较不适宜或不适宜的生境面积增加了1.42%,且有33.71km2的可生存生境退化为较不适宜生境,说明人为活动可能是导致四合木局部濒危的关键因素。在各生境类型区内,以乌家庙、低山、棋盘井种群的生境质量较好,而乌达与千里山种群的生境质量较差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题背景及依据
• 1.1.1 四合木为学术界的研究热点
• 1.1.2 生境变化对物种分布和种群存活的影响是当前保育生物学的研究热点
• 1.1.3 景观是研究人类活动对环境影响的适宜尺度
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 四合木的研究现状及研究展望
• 1.2.2 生境及物种生境适宜性评价的研究进展
• 1.2.3 景观生态学在野生生物保护中的应用
• 1.3 本研究的目的与意义
• 1.3.1 现实意义
• 1.3.2 理论意义
• 1.4 论文的特色与创新
• 1.4.1 首次进行了四合木生境变化驱动因子的定量分析
• 1.4.2 全面分析了四合木对生境适应性的空间差异
• 1.4.3 首次进行了四合木生境适宜性的定量评价
• 2 研究材料与方案
• 2.1 研究材料
• 2.1.1 四合木的分布、形态特征与特点
• 2.1.2 四合木的主要压力与威胁
• 2.1.3 四合木的保护现状
• 2.2 研究方案
• 2.2.1 研究目标
• 2.2.2 研究内容
• 2.2.3 研究方法
• 2.2.4 技术路线
• 3 研究区概况
• 3.1 研究区范围与地理位置
• 3.2 研究区地理环境的历史变迁
• 3.2.1 新生代以前的地理环境演变
• 3.2.2 第三纪地理环境变迁及其植物群变化
• 3.2.3 第四纪地理环境变迁及其植物群变化
• 3.2.4 现代鄂尔多斯高原气候与环境
• 3.3 研究区的现代地理环境特征
• 3.3.1 自然地理环境特征
• 3.3.2 自然资源概况
• 3.3.3 社会经济概况
• 3.3.4 资源开发与城市化进程
• 4 四合木种群面积动态分析
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 研究思路
• 4.1.2 数据来源及处理
• 4.1.3 景观分类及遥感影像解译标志确定
• 4.1.4 信息提取及空间数据库的建立
• 4.2 四合木种群分布范围及其生境类型区界定
• 4.3 四合木种群面积动态特征
• 4.3.1 四合木种群面积变化的时间序列分析
• 4.3.2 四合木种群面积变化的空间差异
• 4.3.3 四合木种群面积动态度分析
• 4.4 小结
• 5 四合木生境景观格局时空分析
• 5.1 景观格局指数选择
• 5.1.1 面积指数
• 5.1.2 斑块形状与密度指数
• 5.1.3 多样性指数
• 5.1.4 聚散性指数
• 5.2 四合木生境景观格局时空分析
• 5.2.1 四合木生境景观类型动态变化
• 5.2.2 四合木生境整体景观格局动态变化
• 5.2.3 不同生境类型区景观格局动态变化及其区域差异
• 5.2.4 不同景观要素类型格局变化
• 5.2.5 四合木种群斑块景观格局时空变化
• 5.3 景观格局变化对区域生态安全的影响
• 5.3.1 生境质量逐渐下降，边缘效应明显增加
• 5.3.2 破碎的景观格局加剧了土地沙漠化
• 5.3.3 城镇、工矿、交通道路景观格局对局部盐碱化和环境污染的影响
• 5.3.4 景观异质化发展降低了其抗干扰能力
• 5.3.5 景观变化导致生物多样性降低
• 5.4 小结
• 6 四合木生境景观动态驱动因子定量分析
• 6.1 研究方法
• 6.2 四合木分布区的气候变化特征分析
• 6.2.1 气温的变化特征
• 6.2.2 降水量的变化特征
• 6.2.3 蒸发量的变化特征
• 6.2.4 干燥度的变化特征
• 6.2.5 大风天气的变化特征
• 6.2.6 气候变化的综合影响
• 6.3 四合木生境变化的人为驱动因子系统分析
• 6.3.1 人口数量的变化
• 6.3.2 生产生活方式的变化
• 6.3.3 政策驱动因素分析
• 6.3.4 人为因素的综合影响
• 6.4 四合木生境变化的自然与人为驱动因子累加效应分析
• 6.4.1 研究方法
• 6.4.2 自然因素的累加效应
• 6.4.3 人为因素的累加效应
• 6.5 四合木生境变化的自然与人为因素贡献率分析
• 6.5.1 研究方法
• 6.5.2 指标选取
• 6.5.3 结果分析
• 6.6 小结
• 7 不同生境四合木种群数量与结构特征比较研究
• 7.1 研究方法
• 7.1.1 样地调查
• 7.1.2 四合木种群数量特征统计
• 7.1.3 四合木种群结构特征测定
• 7.1.4 土样采集与测试
• 7.1.5 主要参数定义及计算公式
• 7.2 不同生境四合木种群数量特征比较分析
• 7.2.1 四合木种群的个体数量指标比较分析
• 7.2.2 四合木种群的综合数量指标比较分析
• 7.3 不同生境四合木种群结构特征比较分析
• 7.3.1 四合木种群的径级结构
• 7.3.2 四合木种群的年龄结构
• 7.3.3 四合木种群的冠幅结构
• 7.3.4 四合木种群的高度结构
• 7.3.5 四合木种群的空间结构
• 7.4 小结
• 8 四合木的生境适宜性评价
• 8.1 评价方法
• 8.1.1 四合木的生境要素
• 8.1.2 四合木生境适宜性评价指标权重
• 8.1.3 四合木生境适宜性评价准则
• 8.1.4 生境评价单元与评价模型
• 8.1.5 四合木生境适宜性评价等级划分
• 8.2 评价结果与分析
• 8.2.1 四合木生境的单因素适宜性评价
• 8.2.2 四合木的潜在生境适宜性评价
• 8.2.3 四合木的实际生境适宜性评价
• 8.2.4 人类活动影响下的四合木生境适宜性变化
• 8.3 小结
• 9 四合木及其生境保护的建议与对策
• 9.1 四合木的濒危原因探讨
• 9.1.1 进化潜能衰退是四合木濒危的主要内因
• 9.1.2 人为因素是造成四合木大面积被毁的主要外因
• 9.1.3 地质历史因素也是四合木种群衰退的原因之一
• 9.2 四合木及其生境的保护途径与对策
• 9.2.1 保护四合木的生存环境
• 9.2.2 采取人工方式，加快四合木的自然更新
• 9.2.3 培育人工繁育种群，建立人工繁育基地
• 9.2.4 深入开展科学研究，采取迁地保护措施
• 10 结论与讨论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介