陕西省植被类型的空间分布＊

汪丽平，魏志成，梁卫卫，关青青，陈 俊

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌712100）

空间异质性是陆地生态系统的一个主要属性，也是产生空间格局的主要原因［1］，异质性分析已成为生态学者研究不同尺度生态系统功能和过程的重要手段［2］。

陕西省地处我国西北地区，北部跨黄土高原中部，习惯上属西北大区，总面积20.56万平方公里［3］，自然环境复杂，生态条件多样，植物资源种类繁多，由于不同的地形条件和海拔梯度，形成了独特的植被分布格局［4］，造成了极度复杂的生态环境，为多类型的自然和人工植被提供了优越的物质和能量基础。陕西省植被类型大致分为针叶林、针阔叶混交林、落叶阔叶林、灌丛、草原、草丛、草甸、沼泽、温性作物落叶果树、暖温性作物落叶果树、亚热带作物落叶及常绿果树，共11类［5］。

近年来，随着我国工农业生产的迅速发展，环境的压力日趋加剧，导致环境污染严重，生态破坏剧烈［6－7］。在植被资源的开发利用上过于盲目，有破坏性的倾向。陕西省是中国水土流失、沙化等环境问题最严峻的地区之一，水土流失面积占全省土地总面积的66.9%［8］，流失的表土大部分流入黄河导致河床上升，水库泥沙淤积，严重威胁到黄河流域的生态安全［9］。土地沙化问题主要分布在长城沿线以北，黄土高原地区尤为明显［10－11］。长期以来，农业等活动中的过垦过牧，最终使风沙趋于严重，生态环境恶化［12］。需要在区域土地利用规划新的举措，以鼓励适当的土地利用和水土保持［13］。

新中国成立以来陕西省相继启动并实施了一批重点生态建设工程，使陕西植被情况有所好转。经过50多年的艰苦奋斗，全省累计建设无水利设施基本农田147.7×104hm2。提高了耕地质量，改善了生态环境［14］。对土地沙化进行分区治理，在长城沿线的“三北”防护林区继续植树造林增强了防风固沙的作用［15］。陕北已经出现了退耕还林工程（GGP）［16］，植被覆盖状况尽管波动起伏，整体在持续转好［17］，中国西部的植被覆盖程度显著增加［18］。

陕西省南北狭长，交错分布着盆地、山地、高原、沙漠和河流，从南到北空间分布格局差异极大。但是，目前为止还没有关于陕西省整体植被类型空间分布格局的研究报道，因此本研究利用陕西省植被图（1∶1 000 000）［5］，将陕西省划分为陕北北部、陕北南部、关中地区、陕南地区4大区域进行调查分析，对每个区域植被类型的分布面积、植被多样性调查研究，并按照植被类型的盖度与β－分布模型相结合的解析方法对陕西省植被的空间分布规律等进行分析研究，β－分布模型最早于2008年应用到植被盖度的空间异质性解析中，并且证明了组成植被群落的植物种的盖度频度分布与β－分布模型具有很好的吻合性，同时利用该模型可以定量地计算出组成群落的各植物种的空间异质性指数值［19］，旨在为陕西省的土地合理利用提出建议。

1 调查区域概况与调查方法

1.1 调查区域概况

陕西省最南端位于安康市东南的镇坪县（N31° 41′36″），北至榆林市府谷县（N39°35′05″），西南隅位于汉中市宁强县（E105°29′42″），东至府谷县（E111° 14′29″）。南北纵贯纬度7°53′29″，约870公里；东西跨越经度5°44′47″，500公里左右。

陕西地处西北内陆，受大陆性气候影响较大。气温年较差陕北为29～34℃，关中为27～31℃，陕南在24～27℃之间。陕西极端气温相差悬殊，极端最低气温是－32.7℃，极端最高气温42.8℃。年平均降水量340～1240mm［20］。降水南多北少，陕南为湿润区，关中为半湿润区，陕北为半干旱区。

1.2 调查方法

在植被图上将陕西省划分为陕北北部（榆林市）、陕北南部（延安市）、关中地区（宝鸡市、咸阳市、铜川市、西安市、渭南市）、陕南地区（汉中市、安康市、商洛市）4个区域。然后将每个区域细划为1cm ×1cm（实际面积为10km×10km）的等面积样方，再在每个样方内以2mm间隔均匀的设置25（5× 5）个点，记录样方内每种植被类型所占的点数，得到样方内每种植被的盖度（每种植被在样方内的点数／25×100%）。

1.3 数据分析方法

植被盖度空间分布解析利用β－分布模型［19，21］。假设xi为各个区域内某植被的盖度，盖度的密度函数由下式表示：

式中：α和β表示β－分布模型形状的参数，用下式表示：

式中：μ为盖度平均值，σ2为方差。各个区域内某种植被的空间异质性指数值（Ii）用下式定义［21－22］：

各区域整体的空间异质性指数（Ic）是每种植被的盖度（xi）与它们的空间异质性指数（Ii）进行加权平均得到：

式中：s表示每个区域内存在的植被类型数目。Shannon－Wiener物种的多样性指数（H′）［22］

式中：pi表示每种植被的盖度。

2 结果与分析

2.1 陕西植被总体状况

表1是对陕西省4个区域植被特征的概述，陕西省共分成1934个1cm×1cm的样方（每个样方实际面积10km×10km＝100km2），其中陕北北部570个（57 000km2）、陕北南部401个（40 100 km2）、关中地区279个（27 900km2）、陕南地区684个（68 400km2）样方。

盖度的密度函数符合β－分布模型［20－21］，按照β－分布模型对陕西省4个区域植被盖度进行解析得到陕西省植被总体情况如表1。4个地区的总植被数和多样性指数差异不大，样方内的平均植被数与平均多样性指数在陕北南部和陕南地区之间没有显著性差异（P＞0.05），但均极显著多于陕北北部（P＜0.01），陕北北部又极显著多于关中地区（P＜0.01），关中地区的平均植被数最少。空间异质性指数关中地区＞陕南地区＞陕北北部＞陕北南部。陕北南部样方内平均植被数最多，空间异质性指数最低，而关中地区样方内平均植被数最少，空间异质性指数最高。

2.2 优势植被

表2为每个区域盖度＞5%的植被类型及其对应的空间异质性指数。

陕北北部以沙地先锋植物（Pioneer Sand Plant Communities）群落（48）和长芒草（Stipa bungeana）草原（44）为主要优势植被，其盖度分别为12.55%和9.64%（面积分别为7153.5km2和5494.8km2），都属于温带丛生禾草典型草原。由于沙地先锋植物群落和长芒草草原的空间异质性指

数都比较低，说明陕北北部温带丛生禾草典型草原普遍存在，且分布较均匀。此外，一些温性风沙地作物（Grains in sandy land）落叶果树（63、64、66）和温性黄土地作物（Grains in loess land）落叶果树（68、69、71）占有很大比例，但是它们的空间异质性指数较高，在陕北北部分布不均匀。

表1 陕西省植被整体状况Table 1 The overall condition of vegetation in Shaanxi province

表2 陕西省优势植被Table 2 Competitive vegetation of Shaanxi province

陕北南部的主要优势植被是辽东栎（Quercus liaotungensis）林（11），其盖度为11.35%（面积为3166.65km2），空间异质性指数最低（Ii＝2.110），所以辽东栎林在陕北南部是分布面积最大且最均一的植被类型。其次是渭北黄土地旱塬麦秋一年二熟（The crops in dry highland of Weibei loess land which harvest twice a year）作物（72），苹果、梨等（属暖温性作物落叶果树）和一些暖温性渭河盆地作物（Grains in the highland of Weihe Basin）落叶果树（76、77、79），所占比例分别为9.69%和9.39%，面积分别为2703.51km2和2619.81km2。

关中地区以暖温性渭河盆地作物落叶果树（76、 77、78、79）为主，其总盖度占植被群落的22.36%（面积为8966.36km2），它们的空间异质性指数均比较高。另外，暖温性作物落叶果树类的渭北黄土地旱塬麦秋一年二熟作物（72）也占很大比例（11.47%，面积为4599.47km2），但其空间异质性指数比较低。

陕南地区优势植被是栓皮栎（Quercus variabilis）林（13：盖度为10.20%，面积6976.8km2）与锐齿栎（Quercus aliena var.acuteserrata）林（14：盖度为9.21%，面积6299.6km2），其它几种植被的盖度差距不大，呈缓慢降低趋势。而空间异质性指数栓皮栎林较小，其它几种优势植被异质性指数差异不大。

2.3 植被盖度与异质性指数

图1显示了4个区域所有植被的盖度与它们的空间异质性指数之间的关系。由图1可以看出，它们之间均存在负相关关系，R2值在0.86以上。说明随着植被盖度的增大空间异质性指数呈现降低的趋势。

图1 植被盖度与其空间异质性指数的关系注：图中的每一个点代表一种植被类型Fig.1 Relation between vegetation cover and spatial heterogeneityNotes：Tach point in the figure represents a vegetation type

3 讨 论

3.1 盖度与空间异质性

本文以陕西省植被为研究对象，利用β分布模型解析方法，探讨了陕西省景观植被的空间分布格局，得出陕西省4个区域的所有组成植被类型的盖度与它们的空间异质性指数之间存在负相关关系。即植被的空间异质性增大，植被盖度会随之减少。在宏观上得出的结论同样也适用于实际生产中，放牧强度过大或人类干预导致植被的空间异质性增大，植被的盖度就会减少，所以在植被利用过程中，尽量避免过度利用，降低异质性以维持较大的覆盖度。这在生产实践中有重要意义。

3.2 4个区域的优势植被及其空间异质性

陕北北部优势植被为沙地先锋植物群落和长芒草草原，还有一些人工植被如温性风沙地作物、黄土地作物也占有较大的比例，说明陕北北部植被群落比较脆弱，农牧交错，人为干扰严重，牧业不断消弱，整体的环境有恶化趋势［23］，因此在发展畜牧业时要注意草地合理利用，积极发展退耕还灌还草工程，禁止放牧或轻度放牧。重视植被在造林固沙、防风固沙、在水土保持中起到的重要作用［24］。

陕北南部以辽东栎林还有一些人工植被（渭北黄土地作物）为主要优势植被，其中，辽东栎不仅在土壤的保水中，扮演重要角色，对保持当地农业的持续发展也有重要作用［25］，陕北南部样方内的平均植被数最多，空间异质性指数最低（表1）。因此，植被丰富且分布均匀，适宜发展种植业与林业。同时也要重视植被保护，开展退耕还林、还灌工程，增加植被覆盖度。

关中地区自然条件优越，农业、种植业发展良好。人工植被所占比例很大，基本代替了自然植被，主要的优势植被是暖温性渭河盆地作物落叶果树，关中地区样方内的平均植被数最少，空间异质性指数最大，说明该区农业、种植业发展总体方向单一，其植被在空间上呈斑块状分布，因此，根据植被特征因地制宜地发展适合当地条件的特色产业，同时整个区域要坚持农业和种植业，粮、果、蔬及多种经济作物全面发展。

陕南地区天然林丰富，还伴有人工林。陕西省是中国北方最重要的森林省份之一［26］。本研究表明，栓皮栎林和锐齿栎林为该区的优势植被，陕南地区在4个区域中面积最大，总植被数、多样性指数最高，空间异质性指数也比较高，说明该区由于盲目开发，利用过度，林业保护任务艰巨。

本研究以陕西省植被图为对象进行植被空间分布的研究［5］，20多年来陕西省植被由于气候变化和人为干扰利用，特别是陕北地区近年来由于煤炭产业的迅猛发展，植被破坏严重，本研究结果将为下一步利用遥感技术对陕西省20多年来植被分布状况的变化进行对比研究提供参考。

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