鄂爾多斯高原湖泊動態(tài)及其生態(tài)系統(tǒng)功能研究.pdf

1、湖泊是地球表層各級系統(tǒng)、各級圈層相互作用的聯(lián)結點，是地球水圈不可缺少的重要環(huán)節(jié)。湖泊具有調節(jié)區(qū)域氣候、記錄區(qū)域環(huán)境變化、維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡和繁衍生物多樣性的特殊功能。鹽堿湖泊是湖泊發(fā)育的后期階段，約占地球湖泊總數(shù)的一半，特別是干旱-半干旱地區(qū)，鹽堿湖泊數(shù)量較多，對維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結構和生產力有著決定性作用。鄂爾多斯地區(qū)是我國兩大鹽堿湖泊群分布區(qū)之一，該地區(qū)是一敏感、特殊的生態(tài)過渡帶，是我國干旱-半干旱區(qū)相對獨立的自然單元。本課題選取鄂

2、爾多斯地區(qū)鹽堿湖泊群為研究對象，進行了湖泊動態(tài)及其驅動因子的研究，研究分析了湖泊生態(tài)系統(tǒng)結構和功能，并且應用熵理論分析了鹽堿湖泊生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。首先運用遙感數(shù)據(jù)(RS)結合地理信息系統(tǒng)(GIS)，研究分析了鄂爾多斯地區(qū)湖泊動態(tài)變化特征;其次，在生態(tài)學、景觀生態(tài)學、氣候學、生物統(tǒng)計等學科理論的具體指導下，分析研究了氣候變化和人類活動對湖泊動態(tài)變化的影響;第三，研究分析了鄂爾多斯地區(qū)典型湖泊水體中的浮游植物物種構成、密度和群落結構，深入分

3、析了浮游植物功能群動態(tài)以及與環(huán)境因子的相關性;第四，引用熵理論分析評價鹽堿湖泊生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。研究得出如下結論:
　　1、鄂爾多斯鹽堿湖泊群動態(tài)變化特征:湖泊面積和數(shù)量變化的總趨勢是減少的，在研究時間序列范圍內，從1980年～2012年，湖泊面積大于1Km2湖泊數(shù)量由83個減少到57個，湖泊消失或干涸共26個，損失率達31.33％;湖泊水域面積由334.52 Km2減少到234 Km2，湖泊面積損失100.52Km2，損失率達3

4、0％。從1980年～1995年，湖泊數(shù)量由83個增加為93個，新增湖泊數(shù)量為10個;湖泊面積由334.52 Km2增加到372.13 Km2，增加面積37.61Km2。從1995年～2012年，湖泊數(shù)量由93個減少到57個，湖泊消失數(shù)量為36個;湖泊面積由372.13Km2減少為234Km2，減少量為38.13 Km2。湖泊這種動態(tài)特征是氣候變化和人類活動干擾兩大因素的共同作用的結果。
　　2、分析湖泊動態(tài)的主要驅動因子之一氣候驅

5、動因子，研究課題選取了1960～2012年鄂爾多斯地區(qū)的氣候數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到結論為鄂爾多斯區(qū)域氣候總趨勢趨向變暖，研究區(qū)域氣溫動態(tài)變化幅度增幅范圍在0.45℃/10a～0.6℃/10a之間，明顯高于全國平均水平的0.208℃/10a;降水量總體趨勢呈減少趨勢，在1960s降水量波動較大，從1968年～2012年的時間序列上，降水量的整個趨勢的線性擬合遞減率值為4.16mm/10a。灰度關聯(lián)分析，降水量、氣溫與湖泊面積變化具有較高的

6、關聯(lián)度值。
　　3、人類活動干擾是湖泊動態(tài)變化的主要驅動因子之一，土地是人類生存的基礎資源，所以土地利用動態(tài)能夠充分揭示出人類活動干擾的強度。通過對鄂爾多斯地區(qū)土地利用動態(tài)的研究，得出結論:在1980～2012年鄂爾多斯地區(qū)增加的土地覆蓋類型主要為草地、林地、建設用地，增加的數(shù)量分別為:1367.03 Km2、424.96 Km2、204.46 Km2，減少的土地覆蓋類型為未利用土地和耕地，減少的數(shù)量分別為1991.57Km2、1

7、56.291Km2;面積變化顯著的土地覆蓋類型是草地和未利用土地，在33年的時間序列上，草地面積增加了1367.03 Km2，未利用土地類型減少了1991.57Km2。其中湖泊面積呈減少趨勢，通過不同時間序列上土地動態(tài)度分析，湖泊動態(tài)變化主要在1995～2012年時間序列上，動態(tài)度為3.3％。
　　4、景觀格局分析可以較好地在區(qū)域尺度上揭示鄂爾多斯地區(qū)湖泊的動態(tài)特征。通過景觀格局分析得出:鄂爾多斯地區(qū)以草地和沙地為主要景觀構成，其

8、次為耕地、林地，總體上是以草地和沙地兩大類型構成的基質，輔以耕地和林地的交錯景觀格局，其他景觀類型所占比例很小，構成形似補丁狀或帶狀散布于其中。鄂爾多斯地區(qū)景觀結構主要是草地、沙地、平原區(qū)的耕地、鹽堿地為主，其景觀功能以此結構類型為基礎的;其中湖泊景觀比例值很小，分別為0.0044（1980年）、0.005（1995年）、0.0041（2012年），三期的鄂爾多斯地區(qū)湖泊景觀破碎度最小值為1.1（1995年），平均斑塊面積最大值為0.9

9、1Km2（1995年）。
　　5、在區(qū)域尺度上研究鄂爾多斯地區(qū)鹽堿湖泊生態(tài)系統(tǒng)，選取了六個典型湖泊，通過分析湖泊水體中的浮游植物群落來揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)結構和功能過程。通過對采集水樣在實驗室鏡檢，共鑒定出水體中浮游植物種類為5門28屬40種，其中藍藻門8屬11種，綠藻門11屬16種，硅藻門7屬9種，裸藻門1屬3種，甲藻門1屬1種;浮游植物優(yōu)勢種是廣生性種類，六個樣湖浮游植物種類分布依次為:浩通音查干淖爾5門20屬25種，紅堿淖5門1

10、9屬24種，其和淖爾4門15屬16種，察汗淖爾3門8屬10種，哈日芒乃淖爾2門3屬4種，巴嘎淖爾2門2屬3種。湖泊水體pH為浮游植物密度的主要限制因子，湖泊水體鹽度是浮游植物物種多樣性的主要限制因子。
　　6、研究鄂爾多斯地區(qū)鹽堿湖泊生態(tài)系統(tǒng)結構和功能，選取紅堿淖和浩通音查干淖為研究對象，采用野外實驗生態(tài)調查方法，結合浮游植物功能群和典范對應分析方法，進行了浮游植物群落季節(jié)動態(tài)分析以及與環(huán)境因子的關系。研究結果為其中紅堿淖浮游植物

11、種群按照浮游植物功能群劃分方法，共劃分為14個功能群:x1/x2/w1/TD/C/J/M/G/Wo/MP/H1/P/S2/Tc，季節(jié)變化動態(tài)為:J/X1/x2/W1/P/TD/C/M（夏季）→G/P/X1/W1/Wo/MP/H1/TD/S2/Tc（秋季）;浩通音查干淖爾浮游植物劃分為8個功能群:X1/F/P/D/W1/Wo/J/Tc，其中季節(jié)動態(tài)為X1/Tc/J/P/W1/F/D（夏季）→X1/Tc/J/P/W1/F/D/Wo（秋季）。

12、紅堿淖和浩通音查干淖爾浮游植物功能群主要是受到pH、總離子度(Tds)、電導率(CON)升高的脅迫，其中pH是影響浮游植物功能群分布的主要因子。
　　7、湖泊生態(tài)系統(tǒng)是多因素相互作用的復雜系統(tǒng)，系統(tǒng)結構中各組成成分的相互作用是非線性的，其動態(tài)是一個由信息流驅動下各組成成分與環(huán)境耦合在一起的自組織過程，熵是復雜系統(tǒng)正確分析中的主要理論工具。為了科學地分析鹽堿湖泊生態(tài)系統(tǒng)狀況，所以在評價鄂爾多斯鹽堿湖泊生態(tài)系統(tǒng)脆弱性中引用熵函數(shù)理論分

13、析是科學的，通過構建評價指標體系，運用綜合信息熵模型，得到結論為:鄂爾多斯典型湖泊綜合信息熵值依次為HT（浩通音查干淖爾）＜BG（巴嘎淖爾）＜HJ（紅堿淖爾）＜QH（其和淖爾）＜HR（哈日芒乃淖爾）=CH（察汗淖爾），即生態(tài)系統(tǒng)脆弱性程度的比較順序。根據(jù)關注因子不同，分別作了關注多個因子和不同因子給予不同權重時的綜合信息熵分析，結果顯示為:當考慮浮游植物和湖泊面積兩項指標時，熵值大小順序為:QH＜CH＜HR＜HT＜BG＜HJ，HJ（紅堿

14、淖）熵值最大。通過比較鄂爾多斯地區(qū)1980年、1995年、2012年土地利用類型結構的信息熵，依次為1980年(2.74)、2012年(2.71)、1995年(2.54)，年際之間的熵值差值很小，說明了該地區(qū)土地利用多樣性程度近33年里是相似的，但是根據(jù)信息熵計算其土地利用均勻度為:1980年(0.598)、1995年(0.56)、2012年(0.6)，數(shù)值較大，說明土地利用類型有較大的波動，人類活動加強了該區(qū)域湖泊生態(tài)系統(tǒng)脆弱性程度。

15、
　　鄂爾多斯地區(qū)鹽堿湖泊動態(tài)變化主要是氣候變化和人類活動干擾的結果，其變化導致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的變化，尤其人類活動干擾增加了湖泊生態(tài)系統(tǒng)脆弱性，鑒于湖泊對于該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的無可替代的重要性，應加強湖泊生態(tài)系統(tǒng)的恢復和保護。通過本研究更加系統(tǒng)地掌握內陸干旱區(qū)鹽堿湖泊的變化與驅動機制，為干旱-半干旱區(qū)內陸鹽堿湖泊生態(tài)系統(tǒng)理論作出重要補充，加強了物理學、生物學、生態(tài)學、遙感、地理信息系統(tǒng)、景觀生態(tài)學等諸多學科理論在生態(tài)學領域的綜