呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性主要影响因子时空变化特征

2013-11-01 05:01冯宇王文杰刘军会吴昊马苏聂新艳
环境工程技术学报 2013年3期
关键词:呼伦贝尔草原防风固沙风蚀

冯宇,王文杰,刘军会,吴昊,马苏,聂新艳

中国环境科学研究院环境信息科学研究所,北京 100012

呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性主要影响因子时空变化特征

冯宇,王文杰*,刘军会,吴昊,马苏,聂新艳

中国环境科学研究院环境信息科学研究所,北京 100012

以呼伦贝尔草原生态功能区为研究对象,选择植被覆盖度、坡度、土壤可蚀性、大风日数和湿润指数作为防风固沙功能重要性的评价指标,综合采用构建专家判断矩阵和层次分析法建立了评价指标体系。利用ETM影像数据和地理信息系统技术对呼伦贝尔草原生态功能区三期(2000—2003年、2004—2007年和2008—2011年)的防风固沙功能重要性进行了评价,并分析了各单因子重要性和综合重要性的动态变化和空间分布格局。结果表明,植被覆盖度是影响防风固沙功能重要性的关键因子。2000—2011年,呼伦贝尔草原生态功能区的防风固沙功能重要性呈先升高后降低的趋势;空间分布由东向西逐渐升高,沙带地区防风固沙功能重要性较高,温性草甸草原区和温性草原区防风固沙功能重要性较低。

防风固沙功能;指标体系;重要性评价;区域分异;影响因子

防风固沙功能重要性评价是为了识别防风固沙功能最重要的区域,评价防风固沙功能对区域生态安全的重要性程度[1]。植被作为一种重要的自然资源通过根系固定表层土壤,改善土壤结构,减少土壤裸露面积,提高土壤抗风蚀的能力;同时,还可以通过阻截等方式降低风速,削弱大风携带沙子的能力,减少风沙的危害[2]。因此,对植被防风固沙功能的研究备受关注。

国内外学者对防风固沙功能进行了大量的研究,内容涵盖防风固沙功能的影响因子分析[3-16],各因子间的相互关系研究[6,17-20],植被的防风固沙效益分析[5,21-29]及防风固沙功能的价值计算与评估[30-31]等。植被的防风固沙功能研究包括:1)建立力学-数学机理型模型,定量评估、模拟、预报土壤的风力侵蚀过程,计算植被的防风固沙量[32];建立基于遥感和地理信息系统等现代信息技术的宏观区域尺度上的防风固沙功能评估实用模型和运行系统。2)在时空方面开展多尺度的研究,如空间上的断面尺度,地块(图斑)尺度和区域尺度等;时间上的小时尺度,日尺度和月、季、年际尺度等。近年来,我国学者在风蚀测定与评估模型、土壤风蚀强度分级以及风蚀防治技术等方面进行了多角度的研究,主要研究区域集中在西北沙漠边缘等风蚀强烈、危害严重的地区[8,33-34],并从定性描述[35-45]转向了定量分析[46-50]。

笔者通过对呼伦贝尔草原生态功能区(研究区)防风固沙功能重要性主要影响因子时空变化的定量研究,进行防风固沙功能重要性评价,以期为呼伦贝尔草原生态功能区的保护与建设提供理论指导,同时为呼伦贝尔草原生态功能区土地沙化的有效防治提供借鉴。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

呼伦贝尔草原生态功能区是《全国生态功能区划》50个重要生态功能保护区之一,该区地处大风入侵我国华北的主通道上,位于内蒙古自治区高原东北部的海拉尔盆地及其周边地区(114°19′48″E~122°09′36″E,47°22′12″N~50°43′48″N),行政区涉及内蒙古自治区呼伦贝尔的牧业四旗(新巴尔虎右旗、新巴尔虎左旗、陈巴尔虎旗局部和鄂温克族自治旗局部)和三市(满洲里市、海拉尔市和额尔古纳市南部),总面积77 199 km2,海拔最高为1 038 m,最低为545 m。东北边缘和大兴安岭西北麓低山丘陵区分别属于内陆华夏系沉降带和大兴安岭新华夏系隆起带,奠定了呼伦贝尔沙地的基本形态,形成了北部、中部以及南部三条沙带[51]。

呼伦贝尔草原生态功能区属温带大陆性季风气候,气候较寒冷,降水较少,干旱多大风;因纬度偏高,年平均气温较低(-2.5~0 ℃),年≥10 ℃积温为1 800~2 200 ℃,年降水量250~380 mm,降水趋势东北少于西南,相对湿度60%~70%,具有半湿润-半干旱的过渡特点;年大风日数20~40 d,平均风速4~5 ms。受全球气候变暖趋势的影响,2000—2010年温度变化明显,平均温度比20世纪50年代上升了2.49 ℃,同时年降水量也有一定程度的减少,因此加剧了呼伦贝尔草原干旱的程度[51]。

呼伦贝尔草原生态功能区的地表土层主要为沙质栗钙土,厚度稳定在0.1~0.3 m,整个研究区广泛分布。土层下部普遍存在钙富集层,植物根系难以穿透;沙带的固定、半固定沙丘发育风沙土;植被以草原为主,沿大兴安岭西麓为森林草原或草甸草场,东部及南部有樟子松林带或疏林。

呼伦贝尔草原生态功能区受自然条件和人为因素的综合影响。强劲的风力构成风蚀沙化的强大动力,巨厚的松散沉积物为风蚀沙化准备了丰富的物质来源,气候的变化增加了区域干旱的程度,沙漠化敏感性高,呼伦贝尔草原已经成为影响我国华北地区的重要沙尘源之一。近年来随着人口增长、过度放牧以及大规模的盲目开垦,使得部分地区的生态环境开始恶化,全地区荒漠化过程加剧,草地退化面积占全区草地总面积的59%。截至2008年,呼伦贝尔沙化土地总面积超过130.52万hm2,成为我国四大沙地中唯一仍在扩展的沙地。

1.2 数据收集及预处理

1.2.1 数据获取

遥感数据采用2000—2011年覆盖研究区的MODIS反射率数据,空间分辨率为1 km×1 km,时间分辨率为8 d〔数据来源于美国国家航空航天局(NASA)网站〕。气象数据覆盖研究区2000—2011年逐月(日)的平均降水量、温度、风速资料以及各站点的经纬度和高程(数据来源于国家气象中心信息资料室)。其他资料包括呼伦贝尔草原生态功能区1∶25万的DEM数据和1∶100万的土壤类型图(数据来源于全国生态环境调查数据库)。

1.2.2 数据处理

1.2.2.1 MODIS遥感数据处理

利用NASA研发的MRT软件对MODIS数据进行格式和投影转换,将HDF格式转换为TIFF格式,将SIN投影转换为ALBERTS投影系统,同时完成图像的镶嵌与重采样。在ENVI软件中利用呼伦贝尔草原生态功能区矢量边界ROI进行影像裁剪。最后,以最大值合成法(MVC)逐像元选取逐月的NDVI(归一化植被指数)最大值,最大值合成法可以有效消除太阳高度角、卫星视角、轨道漂移及云层遮盖影像,最后合成逐月植被指数,得到2000—2011年逐月的NDVI时间序列。

1.2.2.2 气象数据处理

收集了呼伦贝尔行政区和周边22个气象站点2000—2011年的气象数据,包括月(日)平均降水量、平均气温、平均风速以及各气象站点的经纬度和海拔高度,用克里格插值法将获取的离散点的气象数据(降水量、温度等)进行空间插值。为了便于分析,需要统一栅格大小,即进行重采样,使栅格化的气象数据与遥感影像的分辨率相匹配,并且具有相同的投影信息。

2 防风固沙功能重要性评价指标体系的构建

2.1 指标选择原则

选择确定指标的原则可归纳为综合性、主导性和实用性原则。评价指标既要有代表性,又要能够通过对研究区域防风固沙功能重要性的动态变化进行宏观管理。依据不同研究范围、层次和手段方法,所选指标应包括自然和人为两个方面,尽可能简洁并易于获取、经济实用、切实可行。

2.2 评价指标的选择

呼伦贝尔草原生态功能区的防风固沙功能重要性评价主要考虑呼伦贝尔草原的沙漠化敏感性,沙尘及其影响范围与程度[1]。研究表明,在不同的植被覆盖和地形条件下,土壤受到风力、降水等气候的侵蚀各异,导致区域的沙化程度有较大的差异。

植被覆盖是描述生态系统的重要参数之一,是影响土地荒漠化的一个重要因子。一般而言,一个地区生态环境条件好,水热条件适合,植被生长茂盛,其覆盖度较高,则很少发生土地沙化;相反,当生态环境恶化时,植被生长稀少,植被覆盖度低导致地表裸露,则发生土地沙化和土壤侵蚀的情况较为严重。土壤可蚀性是指土壤是否易受侵蚀破坏的性能,即土壤对侵蚀介质剥蚀和搬运的敏感性。坡度体现了区域地形自身对风蚀的抗蚀性,坡度陡的区域对风速起到一定的阻滞作用。风力强度是影响风对土壤颗粒搬运的重要因素,大风是土壤风蚀的起因和外在动力,持续时间越长,对土壤造成的侵蚀越强,对沙尘的搬运距离也越远。湿润指数反映了某个区域热量和水分之间的相互作用关系,还表现出降水对区域的风力侵蚀的作用。基于上述考虑,同时根据评价指标选择原则,笔者选取植被覆盖度、土壤可蚀性、坡度、大风日数和湿润指标评价呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能的重要性。

2.3 评价指标权重的确定、定级及划分

应用层次分析法(AHP)计算出各要素权重,经构建专家判断矩阵、层次单排序及各因子一致性检验,实现呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性评价指标体系的构建及权重确定(表1)。

表1 防风固沙功能重要性评价指标体系及权重

1)气候条件的指标层权重由大风日数和湿润指数构成(0.347 3)。

依据评价结果的可比性原则以及研究区域实际情况,将植被覆盖度、土壤可蚀性、坡度、大风日数和湿润指数各划分五个等级,在此基础上,对各等级进行分级赋值,赋值越小,表明土地沙化敏感性越低,则防风固沙功能重要性的程度越低(表2)。

2.4 评价模型的构建

呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性评价模型的建立,即综合分析多项评价因子的整体状况和各因子的空间差异性。综合指数包括因子属性及其权重系数,用以实现防风固沙功能重要性的定量化评价。加权求和的防风固沙功能重要性综合指数计算公式:

Ej=∑C(i,j)Wij

(1)

式中,Ej为j空间单元防风固沙功能重要性综合指数;C(i,j)为j空间单元第i个因素重要性等级值;Wij为影响防风固沙功能重要性因子的权重。

表2 防风固沙功能重要性评价指标及分级

2.5 评价指标因子专题信息提取

2.5.1 植被覆盖度

NDVI可较好地反映出区域的植被覆盖度及年际空间分布差异。为此,根据多年平均月NDVI(图1)可以看出,7月的NDVI最大,能鲜明地突出植被覆盖度的年际变化特征。根据多年7月NDVI的分布(图2),以四年为一期将研究区分为三期(2000—2003年、2004—2007年和2008—2011年),根据三期平均NDVI的变化趋势,选取2003年7月、2007年7月和2011年7月的遥感数据为代表进行三期变化研究,在ERDAS中提取呼伦贝尔草原生态功能区三年的NDVI(图3)。

图1 呼伦贝尔草原生态功能区多年平均月NDVIFig.1 Average monthly NDVI of Hulun Buir Grassland eco-function area over years

图2 呼伦贝尔草原生态功能区多年7月NDVI象元均值变化Fig.2 The NDVI pixels mean in July of Hulun Buir Grassland eco-function area over years

图3 呼伦贝尔草原生态功能区7月NDVIFig.3 The July NDVI of Hulun Buir Grassland eco-function area

2.5.2 土壤可蚀性

土壤可蚀性与土壤的机械组成和土壤有机质的含量密切相关。一般来说,凡有机质、物理性黏粒和细粒含量高的土壤,其透水性较强,水稳定性指数、抗冲指数都比较高,因而其土壤抗蚀性也就较强;凡砂粒、粉砂粒含量高,有机质含量少的土壤,虽然透水性强,但水稳定性指数和抗冲性指数都较低,因而抗蚀性较差。选取EPIC模型的计算公式,并利用研究区域1∶100万土壤类型图,按土壤可蚀性进行等级划分和赋值,经GIS软件转换成1 km栅格单元的土壤可蚀性专题图(图4)。

图4 呼伦贝尔草原生态功能区土壤可蚀性 Fig.4 Soil erodibility of Hulun Buir Grassl and eco-function area

2.5.3 坡度

利用呼伦贝尔草原生态功能区1∶25万的DEM数据,通过GIS提取呼伦贝尔草原生态功能区的坡度值,并经GIS软件转换成1 km栅格单元的坡度专题图(图5)。

图5 呼伦贝尔草原生态功能区坡度Fig.5 Slope of Hulun Buir Grassl and eco-function area

图6 2000—2011年呼伦贝尔草原生态功能区年大风日数变化Fig.6 The change of yearly strong wind number in Hulun Buir Grassland eco-function area during 2000-2011

2.5.4 大风日数

研究表明[52],砂质壤土的起沙风速为6 ms,选用全年风速大于6 ms的天数作为评价防风固沙功能重要性指标具有重要意义。根据有关站点的气象数据,统计呼伦贝尔行政区以及周边地区22个站点2000—2011年的大风日数变化(图6)。选取2003年、2007年和2011年三年数据,通过矢量化建立点图层,采用克里格插值法提取呼伦贝尔草原生态功能区的大风日数,并经GIS软件转换成1 km栅格单元的大风日数专题图(图7)。

图7 呼伦贝尔草原生态功能区大风日数Fig.7 Strong wind number of Hulun Buir Grassland eco-function area

2.5.5 湿润指数

湿润指数为区域降水量与潜在蒸散量之比,反映某个区域热量和水分间的相互关系,与干燥度互为倒数,表现出降水对区域的风力侵蚀的作用。采用张宝堃等[48]提出的干燥度计算公式,统计呼伦贝尔行政区以及周边地区22个站点2000—2011年的日平均气温和5—9月降水量,选取2003年、2007年和2011年三年数据,通过矢量化建立点图层,采用克里格插值法提取呼伦贝尔草原生态功能区的湿润指数,并经GIS软件转换成1 km栅格单元的湿润指数专题图(图8)。

图8 呼伦贝尔草原生态功能区湿润指数Fig.8 Wetness index of Hulun Buir Grassland eco-function area

3 结果与分析

3.1 单因子评价

3.1.1 植被覆盖度对防风固沙功能重要性的影响

依据分级标准提取三期的植被覆盖度指标进行呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性评价(图9)。从整体上看,以植被覆盖度为指标的防风固沙功能高度重要区和极重要区主要分布在呼伦贝尔草原生态功能区西部地区以及沙带区。由于东西向湿润度的不同导致植被水平地带的分化,呼伦贝尔草原生态功能区的气象统计资料显示,年湿润度的地理分布从东向西逐渐减少,植被覆盖度空间分布呈现从东向西逐渐递减的态势(图3)。而植被覆盖度越低,意味着土地沙化敏感性越高。

植被覆盖度对呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性影响的变化特征如表3所示。

图9 基于植被覆盖度的防风固沙功能重要性评价Fig.9 Wind break and sand-fixing function importance assessment based on vegetation coverage

表3 基于植被覆盖度的防风固沙功能重要性评价结果

从表3可以看出,2000—2011年,极重要区面积呈先增加后减少的趋势,由4 741 km2增加到17 334 km2,增加17.02%,之后又减少到895 km2,减少22.22%;高度重要区呈减少趋势,总体减少了31.65%;中度重要区面积变化幅度小,呈先增加后减少的趋势;轻度重要区面积呈增加的趋势,总体增加了30.83%;一般重要区呈先减少后增加的趋势,由17 689 km2减少到9 217 km2,减少47.89%,之后又增加到22 479 km2,增加了1.4倍。由于20世纪末人类不合理的经济活动,呼伦贝尔草原生态功能区的植被严重退化,沙尘天气频繁。近年来加大了生态恢复工程的力度,使呼伦贝尔草原生态功能区的植被覆盖度明显增加。

3.1.2土壤可蚀性对防风固沙功能重要性的影响

依据分级标准提取土壤可蚀性指标进行呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性评价(图10)。整体上看,防风固沙功能重要性表现为东部地区高,中西部地区重要性相对较低。防风固沙功能极重要地区主要分布在呼伦贝尔草原生态功能区的沙带地区,土壤类型以草原风沙土为主。由于草原风沙土的土壤可蚀性大,其抗蚀能力小,极易发生土壤风蚀,意味着防风固沙功能重要性程度高。栗钙土和黑钙土的土壤可蚀性较小,因此重要性程度较低。

图10 基于土壤可蚀性的防风固沙功能重要性评价 Fig.10 Wind break and sand-fixing function importance assessment Based on soil erodibility

图11 基于坡度的防风固沙功能重要性评价Fig.11 Wind break and sand-fixing function importance assessment based on slope

3.1.3 坡度对防风固沙功能重要性的影响

依据分级标准提取坡度指标进行呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性评价(图11)。整体上看,防风固沙功能重要性表现为中部地区最高,西北部稍高于东南部地区。由于边缘山区地势高,东南稍高,略向西北倾斜,中部地势最低。坡度低,其地形自身对大风的阻滞性低,防风固沙功能愈显重要。

3.1.4 大风日数对防风固沙功能重要性的影响

依据分级标准提取大风日数指标进行呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性评价。整体上看,防风固沙功能高度重要和极重要地区主要分布在呼伦贝尔草原生态功能区的西北地区和东部部分区域。由于西部地区年平均风速较大,年大风日数可达50 d,而东部地区不足10 d。风速大,容易发生土壤风蚀,土地沙化敏感性高,意味着防风固沙功能的重要性程度高(图12)。从图12可以得出,2000—2011年12年间,以大风日数为指标的呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性程度呈先升高后降低的趋势。

图12 基于大风日数的防风固沙功能重要性评价Fig.12 Wind break and sand-fixing function importance assessment based on strong wind number

3.1.5 湿润指数对防风固沙功能重要性的影响

依据分级标准提取湿润指数指标进行呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性评价(图13)。整体上看,防风固沙功能极重要地区主要分布在西部地区和东北部分区域。呼伦贝尔草原生态功能区年平均气温自西南向东北逐渐降低,西部≥10 ℃年积温高达2 274 ℃,东部地区不足1 900 ℃。年降水量东部为340~380 mm,西部为250~300 mm,其空间分布呈现从东向西逐渐递减的态势。根据图13得出,2000—2011年12年间以湿润指数为指标的呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性程度呈先升高后降低的趋势。

图13 基于湿润指数的防风固沙功能重要性评价Fig.13 Wind break and sand-fixing function importance assessment based on wetness index

3.2 防风固沙功能重要性综合评价及其空间分布特征

从2011年呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性空间分布特征来看,防风固沙功能极重要区和高度重要区主要分布在新巴尔虎右旗西南地区以及海拉尔河两岸的沙带地区,该地区气候干燥,多大风以及地势和植被覆盖度很低,加上人类活动的影响,诱发和引起沙漠化程度的加重,防风固沙功能的重要性程度高。中度重要区分布较广,分布在新巴尔虎旗东部地区,并沿东北方向,经过新巴尔虎左旗的南部及北部,延伸至海拉尔和鄂温克旗北部区域。轻度重要区和一般重要区主要集中在东部的温性草甸草原区和温性草原区,该地区植被覆盖度高,并覆盖了较大的森林面积,气候湿润,抗风蚀能力较强,土地沙漠化敏感性低。

3.3 防风固沙功能重要性空间分布特征

利用地理信息系统软件分别将三期单因子进行空间叠加,采用式(1)进行防风固沙功能重要性综合指数运算,并根据表1中的分级标准做出2003年、2007年以及2011年呼伦贝尔草原重要生态功能区防风固沙功能重要性的综合评价(图14)。

图14 防风固沙功能重要性综合评价Fig.14 Comprehensive assessment of wind break and sand-fixing function importance

总体上,2000—2011年间呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性程度呈先增强后减弱的趋势。2003—2007年间,防风固沙功能高度重要区和极重要区面积增加,其中,极重要区面积由6.305×103km2增加到8.441×103km2,增加了33.9%;而在2007—2011年间,减少到5.264×103km2,减少了37.6%。2000—2011年中度重要区面积总体减少了13.2%;轻度重要区面积总体增加22.0%;一般重要区面积呈先减少后增加的趋势,总体面积基本不变,但年际变化幅度较大(表4)。

表4 呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性动态变化

4 讨论

(1)为了评价防风固沙功能,许多学者提出了一些防风固沙功能的影响因子,主要集中于防风固沙物质量的计算与评估。如李晶等[30]采用了董治宝等[46]提出的风蚀流失量模型,对区域生态系统的防风固沙功能及其价值的时空变化进行了初步评估。由于土壤风蚀的过程非常复杂,影响因素繁多且相互制约,任何单一模型都难以尽全。依据环境保护部生态功能区划技术规范的要求,并结合呼伦贝尔草原生态功能区的实际情况,选用了植被覆盖度、坡度、土壤可蚀性、大风日数和湿润指数指标,综合考虑了人为因素和自然因素,基于构建专家判断矩阵和层次分析法确定其权重,最终建立防风固沙功能重要性的综合评价模型。除了模型本身固有的缺陷外,分级标准、参数选取等因素也会给评价结果的精确性带来影响,需要今后进一步深入研究,不断修正。尽管如此,研究的一些初步结果仍然有助于了解呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能各影响因子及其重要性的动态变化。

(2)研究表明,造成土壤风蚀的因素有自然和人为两方面。其中,人类不合理翻耕土地、放牧和樵采等,在自然条件相同的情况下,其加速土壤风蚀性可达几倍、十几倍至几十倍。因此,植被覆盖度是反映当地生态系统防风固沙功能重要性的关键因子。初步研究表明,低覆盖度草地的防风固沙功能重要性高于高覆盖度草地。在当地风况和地表性质不变的情况下,建议通过保护天然植被或建立人工植被提高区域生态系统整体的防风固沙功能。

(3)该生态功能区的防风固沙功能重要性空间分布差异性明显,防风固沙功能重要性较强的区域主要分布在沙地等植被覆盖较低、气候干燥多风的区域。建议重点加强该区域的生态恢复建设,构建呼伦贝尔草原生态功能区的生态安全格局,以有效的生态红线措施提高区域整体生态系统的服务功能。

(4)在不同土地利用方式、放牧制度等人为影响因素下,土壤风蚀表现出较大的差异性[53-54]。2000—2011年间,该生态功能区防风固沙功能重要性呈先增强后降低的趋势。这种变化主要归因于经济行为的人为影响以及草原管理相关政策、放牧制度。2004—2007年间,呼伦贝尔草原生态功能区大规模开发草原资源,过度放牧,不合理的畜牧业生产方式导致草地生态系统不断退化,植被覆盖度逐渐降低。而在2007—2011年间,由于建立了合理的农耕、放牧和樵采制度,使人为加速土壤风蚀的强度降低,严格控制了放牧和草原生物资源的利用,加强植被恢复和保护较好地控制了人类活动对草地生态系统的损害,防止土地沙漠化的进一步扩大、加剧。

5 结语

防风固沙功能重要性主要影响因子的时空变化特征分析有助于了解呼伦贝尔草原生态功能区的防风固沙能力。影响因子的选择依据不同的研究对象和目标,选择的因子和评价的方法上都存在较大差别。在对呼伦贝尔草原生态功能区防风固沙功能重要性的研究中,结合呼伦贝尔草原生态功能区的实际情况,既要考虑研究对象生态环境自身的特征,也要将人类活动可能对生态功能造成的危害作为因子参考进来,将自然和人为因素相结合,得到了防风固沙功能重要性的空间分布。

[1]环境保护部.全国生态功能区划[M]:北京:环境保护部,2008:11-13.

[2]韩永伟,高馨婷,高吉喜,等.重要生态功能区典型生态服务及其评估指标体系的构建[J].生态环境学报,2010,19(12):2986-2992.

[3]GRANT P F, NICKLING W G.Direct field measurement of wind drag on vegetation for application to windbreak design and modeling[J].Land Degradation and Development,1998,9(1):57-66.

[4]BUERKERT A,LAMERS J P A.Soil erosion and deposition effects on surface characteristics and pearl millet growth in the West African Sahel[J].Plant and Soil,1999,215(2):239-253.

[5]WASSON R J,NANNINGA P M.Estimating wind transport of sand on vegetated surfaces[J].Earth Surface Processes and Landforms,1986,11(5):505-514.

[6]WOLFE S A,NICKLING W G.The protective role of sparse vegetation in wind erosion[J].Progress on Physical Geography,1993,17:50-68.

[7]van de VEN T A M,FRYREAR D W,SPAAN W P.Vegetation characteristics and soil loss by wind[J].J Soil and Water Conservation,1989,44:347-349.

[8]胡孟春,刘玉璋,乌兰,等.科尔沁沙地土壤风蚀的风洞实验研究[J].中国沙漠,1991,11(1):22-29.

[9]刘玉璋,董光荣,李长治.影响土壤风蚀主要因素的风洞实验研究[J].中国沙漠,1992,12(4):41-49.

[10]董光荣,李长治,金炯,等.关于风蚀风洞试验的某些结果[J].科学通报,1987,32(4):297-301.

[11]黄富祥,牛海山,王明星,等.毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀输沙率定量关系[J].地理学报,2001,56(6):700-710.

[12]黄富祥,王明星,王跃思.植被覆盖对风蚀地表保护作用研究的某些新进展[J].植物生态学报,2002,26(5):627-633.

[13]韩致文.半湿润地区风沙流结构的定量研究:以豫北沙地为例[J].中国沙漠,1993,13(3):25-31.

[14]邹学勇,朱九江,董光荣,等.风沙流结构中起跃沙粒垂直初速度分布函数[J].科学通报,1992,37(23):2175-2177.

[15]贺大良.输沙量与风速关系的几个问题[J].中国沙漠,1993,13(2):14-18.

[16]董治宝,董光荣,陈广庭.风沙物理学研究进展与展望[J].大自然探索,1995(3):30-38.

[17]RAUPACH M R,GILLETTE D A,LEYS J F.The effect of roughness elements on wind erosion threshold[J].J Geophysical Research,1993,98:3023-3029.

[18]董治宝,陈渭南,董光荣,等.植被对风沙土风蚀作用的影响[J].环境科学学报,1996,16(4):437-443.

[19]张春来,邹学勇,董光荣,等.植被对土壤风蚀影响的风洞实验研究[J].水土保持学报,2003,17(3):31-33.

[20]朱廷曜,关德新,周广胜,等.农田防护林生态工程学[M].北京:中国林业出版社,2001.

[21]FINDLATER P A,CARTER D J,SEOTT W D.A model to predict the effects of prostrate ground cover on wind erosion[J].Australian Journal of Soil Research,1990,28:609-622.

[22]LEYS J F.The threshold friction velocities and soil flux rates of selected soils in south-west New South Wales[J].Acta Mechanical,1991,2(Suppl):103-112.

[23]王继和,马全林,刘虎俊,等.干旱区沙漠化土地逆转植被的防风固沙效益研究[J].中国沙漠,2006,26(6):903-909.

[24]汪万福,王涛,李最雄,等.敦煌莫高窟顶灌木林带防风固沙效应[J].生态学报,2004,24(22):2492-2500.

[25]杨文斌,赵爱国,王晶莹,等.地覆盖度沙蒿群丛的水平配置结构与防风固沙效果研究[J].中国沙漠,2006,26(1):108-112.

[26]左伟,王桥,王文杰,等.区域生态安全评价指标与标准研究[J].地理学与国土研究,2002,18(1):67-71.

[27]王翔宇,丁国栋,高函,等.带状沙柳沙障的防风固沙效益研究[J].水土保持学报,2008,22(2):42-46.

[28]钟卫,刘涌江,杨涛.3种沙障防风固沙效益比较的风洞实验研究[J].水土保持学报,2008,22(6):7-12.

[29]韩永伟,托学森,高吉喜,等.黑河下游重要生态功能区防风固沙功能辐射效益[J].生态学报,2010,30(19):5185-5193.

[30]李晶,任志远.陕北黄土高原土地利用防风固沙功能价值时空研究[J].干旱区资源与环境,2011,25(7):183-187.

[31]莫宏伟,任志远,王欣.植被生态系统防风固沙功能价值动态变化研究:以榆阳区为例[J].干旱区研究,2006,23(1):56-59.

[32]戚隆溪,王柏懿.土壤侵蚀的流体力学机制[J].力学进展,1996,22(1):41-55.

[33]贺大良,邹本功,李长治,等.地表风蚀物理过程风洞试验的初步研究[J].中国沙漠,1986,6(1):25-31.

[34]董光荣,段庆光,金炯,等.青海共和盆地草原沙漠化现状成因及其防治途径:以共和县为例[J].中国草地,1987(4):13-17.

[35]CHEPIL W S,MILNE R A.Comparative study of soil drifting in the field and in a wind funnel[J].Scientific Agriculture,1939,19:249-257.

[36]CHEPIL W S.Relation of wind to the dry aggregate structure of a soil[J].Scientific Agriculture,1941,21:488-507.

[37]CHEPIL W S.Dynamics of wind erosion:nature of movement of soil by wind[J].Soil Science,1945,60:305-320.

[38]CHEPIL W S.Dynamics of wind erosion:initiation of soil movement[J].Soil Science,1945,60:397-411.

[39]CHEPIL W S.Relation of wind erosion to water-stable and dry clod structrue of soil[J].Soil Sci,1942,55:275-287.

[40]CHEPIL W S.Dynamics of wind erosion:the transport capacity of the wind[J].Soil Sci,1945,60:475-480.

[41]CHEPIL W S.Factor that influence clod structure and erodibility of soil by wind:soil structure[J].Soil Sci,1952,75:473-483.

[42]CHEPIL W S.Factor that influence clod structure and erodibility of soil by wind:water stable structure[J].Soil Sci,1953,76:389-399.

[43]CHEPIL W S.Factor that influence clod structure and erodibility of soil by wind:calcium carbonate and decomposed organic material[J].Soil Sci,1954,77:473-480.

[44]CHEPIL W S.Factor that influence clod structure and erodibility of soil by wind:sand,silt and clay[J].Soil Sci,1955,80:155-162.

[45]CHEPIL W S.Influence of moisture on erodibility of soil by wind[J].Soil Sci Soc Amer Proc,1956,20:288-292.

[46]董治宝.建立小流域风蚀量统计模型初探[J].水土保持通报,1998,18(5):55-62.

[47]海春兴,刘宝元,刘烨.土壤湿度和植被盖度对土壤风蚀的影响[J].应用生态学报,2002,13(8):1057-1058.

[48]刘康,徐卫华,欧阳志云,等.基于GIS的甘肃省土地沙漠化敏感性评价[J].水土保持通报,2002,22(5):29-35.

[49]严平.137Cs法测定青藏高原土壤风蚀的初步研究[J].科学通报,2000,45(2):199-204.

[50]董治宝,屈建军,刘小兵,等.戈壁表面阻力系数的实验研究[J].中国科学,2001,31(11):953-958.

[51]万勤琴.呼伦贝尔沙地沙漠化成因及植被演替规律的研究[D].北京:北京林业大学,2008.

[52]陈渭南,董治宝,杨佐涛,等.塔克拉玛干沙漠的起沙风速[J].地理学报,1995,50(4):360-367.

[53]何文清,赵彩霞,高旺盛,等.不同土地利用方式下土壤风蚀主要影响因子研究:以内蒙古武川县为例[J].应用生态学报,2005,16(11):88-92.

[54]周尧治,王旭,杨佳霞,等.不同利用方式对草甸草原抗风蚀能力的影响[J].环境科学,2008,29(5):1394-1399. ○

《环境工程技术学报》征稿启事

《环境工程技术学报》是中华人民共和国环境保护部主管、中国环境科学研究院主办,面向国内外公开发行的环境工程技术领域综合性科技期刊。

本刊的主要栏目有:水污染控制技术与资源化利用,大气污染控制技术与清洁能源的利用,土壤污染防治与农村环境综合整治技术,固体废物污染防治与资源化技术,生物、生态工程与恢复技术,基于循环经济的污染综合防治技术,辐射与振动污染防治技术,其他环境系统工程与管理技术(包括环境信息集成技术、监测与监控技术、区域环境整治及城市污染综合治理示范性工程技术等)方面的研究新成果论文、环境工程新技术推广应用案例;环保产业政策与管理,行业动态,热点论坛,研究简报,学术活动信息等。

为了将《环境工程技术学报》办成汇集环保工程技术创新、环保工程技术新成果及推广应用、环保产业政策、行业动态、专家言论于一体的我国环保工程技术领域的高端精品刊物,《环境工程技术学报》坚持全心全意依靠本学科专家办刊,聘请来自国内外著名研究机构和高等院校的知名专家学者组成编委会。在编委会的领导下,形成以编委、学科带头人和著名专家教授为核心的约稿、初筛选、评审、定稿、审读的“专家系统”及规范化的稿件深加工系统,形成高效规范化运作机制。

《环境工程技术学报》期待您的合作和关注,并与我们一起分享您在该领域的独到见解、研究成果和成功经验,促进该领域的学术交流和进步,共同努力将本刊办成能代表国内外一流学术水平的著名期刊。

欢迎使用本刊网站(www.hjgcjsxb.org.cn)的在线投稿系统投递您的文章。

SpatialandTemporalVariationofMainImpactFactorsandImportanceofWindBreakandSand-fixingFunctioninHulunBuirGrasslandEco-functionArea

FENG Yu, WANG Wen-jie, LIU Jun-hui, WU Hao, MA Su, NIE Xin-yan

Institute of Environmental Information, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

With the eco-function areas of the Hulun Buir grassland as the case study areas, the vegetation cover, topographic factor, soil erodibility, strong wind hours and wetness index were selected as the indicators to assess the importance of wind break and sand-fixing function, and the assessment indicator system constructed using a combination Delphi Method and Analytic Hierarchy Process Method. The function importance of wind break and sand-fixing was evaluated for the eco-function areas in three periods (2000-2003, 2004-2007, 2008-2011) by ETM image data and GIS, and the dynamic change and spatial distribution pattern of single factor importance and comprehensive importance were analyzed. The result indicated that the vegetation coverage played the most prominent role in the wind break and sand-fixing function. From 2000 to 2011, the function importance increased first and then reduced, with the increase trend from east to west. The sand belt area was with highest importance while the temperate meadow steppe area and temperate steppe area were with light importance.

wind break and sand-fixing function; indicator system; importance assessment; spatial heterogeneity; impact factors

1674-991X(2013)03-0220-011

2012-11-23

国家环境保护公益性行业科研专项(201109025)

冯宇(1989—),女,硕士研究生,主要从事区域生态评价与规划研究,fengyu.13130020991@163.com

*责任作者:王文杰(1970—),男,研究员,主要从事区域生态评价与规划、环境遥感应用研究,wangwj@craes.org.cn

X321

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.03.036

猜你喜欢
呼伦贝尔草原防风固沙风蚀
黄土高原水蚀风蚀交错带迎风坡水蚀影响的风蚀特征
土壤风蚀可蚀性研究进展评述
1970—2020年呼伦贝尔草原气候变化特征分析
呼伦贝尔草原载畜量偏低原因探究
秦王川灌区种植春小麦与披碱草对耕地风蚀的影响差异
呼伦贝尔草原资源植物调查与评价——以鄂温克族自治旗为例
保护性耕作对土壤风蚀的影响