基于多维度生态特征耦合的科尔沁沙地生态系统功能分区研究

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00170

摘要/Abstract

摘要：

基于2013—2022年NDVI、NPP、CLCD及地形坡度等多源遥感数据和计算获取的NDVI_S和CV生态特征参数，构建涵盖NPP、CV、NDVI_S和土地利用转移矩阵的生态特征耦合体系，对科尔沁沙地生态系统进行功能分区。结果表明：涵养区面积4 435.3 km²，以森林为主（91.7%），集中分布于大兴安岭南缘和努鲁儿虎山北缘丘陵区，水体湿地主要分布于水库及湖沼区；稳定区面积59 471.3 km²，以农田（62.6%）和草地（35.4%）为主，农田集中分布于沙地中、东和南部，草地在北部地区集中分布；恢复区面积27 979.8 km²，以草地为主（97.2%），除东、南部和西辽河沿岸农耕为主及北部森林涵养区外，其他地区逆转态势均较为显著；退化区面积22 731.8 km²，以轻度退化为主（18 483.5 km²），集中于东、南部农田及北部大兴安岭南缘，农田和草地向低植被覆盖用地转化最为活跃，通榆县西北部水体发生重度退化；生态脆弱区面积 8 472.2 km²，以不透水地表（54.8%）和荒地（44.9%）为主，受自然条件与人类活动双重驱动。

关键词: 科尔沁沙地, 生态特征, 耦合, 生态系统, 功能分区

Abstract:

Based on multi-source remote sensing data， including NDVI， NPP， CLCD， topographic slope， and derived ecological characteristic parameters （NDVI_S and CV） from 2013 to 2022， this study constructs an ecological characteristic coupling system incorporating NPP， CV， NDVI_S， and land use transfer matrices to conduct functional zoning of the Horqin Sandy Land ecosystem. The results indicate that： The conservation zone covers an area of 4 435.3 km²， predominantly forest （91.7%）， concentrated in the southern foothills of the Greater Khingan Mountains and the northern hilly areas of the Nurulhushan Mountains， with water bodies and wetlands mainly distributed in reservoir and marsh areas. The stable zone spans 59 471.3 km²， primarily consisting of farmland （62.6%） and grassland （35.4%）. Farmland is concentrated in the central， eastern， and southern parts of the sandy land， while grassland is predominantly distributed in the northern region. The restoration zone covers 27 979.8 km²， mainly grassland （97.2%）. Except for the eastern and southern regions， the areas along the Xiliao River dominated by agriculture， and the northern forest conservation zone， other areas show a marked reversal trend. The degradation zone occupies 22 731.8 km²， with mild degradation being predominant （18 483.5 km²）， concentrated in the eastern and southern farmlands and the southern foothills of the Greater Khingan Mountains in the north. The conversion of farmland and grassland to low vegetation cover land uses is most active， and severe degradation of water bodies is observed in the northwestern part of Tongyu County. The ecologically fragile zone covers 8 472.2 km²， dominated by impervious surfaces （54.8%） and barren land （44.9%）， driven by both natural conditions and human activities.

Key words: Horqin Sandy Land, ecological characteristics, coupling, ecosystem, functional zoning

中图分类号:

F205

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图/表 9

图1 科尔沁沙地位置注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号GS（2022）4309号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.1 The location of the Horqin Sandy Land

表1 科尔沁沙地生态系统功能分区判定标准

Table 1 Ecosystem functional zoning and assessment criteria for the Horqin Sandy Land

生态类别	生态健康程度及特征	判定标准
生态涵养区	高覆盖，自然或人工高生产力具有水源涵养、土壤保持和生物多样性维持功能	森林：2013—2022年连续10 a NDVI>0.5、2013—2022年NDVI_S ≥ 0 a^-1、2013—2022年连续10 a CLCD未发生变化湿地和水体：2013—2022年CLCD未发生变化区域
生态稳定区	较高覆盖，结构完整，功能稳定，抗干扰能力较强	森林、草地和农田：2013—2022年连续10 a NDVI>0.4、坡度≤ 8°、2013—2022年NDVI_S ≥ 0 a^-1、0<CV<10% 且2013—2022年连续10 a CLCD未发生变化区域
生态恢复区	中等覆盖，因自然恢复或人工干预生态系统逐步修复	灌木、草地、森林和湿地：2013—2022年NDVI_S > 0.01 a^-1、2022年NDVI>0.3、自2022年CLCD提取生态恢复区
生态退化区	低覆盖，退化植被，生态系统结构破坏、生态功能下降	2013—2022年NDVI_S<0 a^-1且用地转为低植被覆盖用地类型（如森林→农田，其他用地→不透水地表）区域
生态脆弱区	极低覆盖，易受自然或人为干扰，自身恢复能力弱	2013—2022年连续10 a NPP<250 g $⋅$ m^-2 $⋅$ a^-1或2022年CLCD用地类型为荒地、不透水地表和冰雪区域

表1 科尔沁沙地生态系统功能分区判定标准

Table 1 Ecosystem functional zoning and assessment criteria for the Horqin Sandy Land

生态类别	生态健康程度及特征	判定标准
生态涵养区	高覆盖，自然或人工高生产力具有水源涵养、土壤保持和生物多样性维持功能	森林：2013—2022年连续10 a NDVI>0.5、2013—2022年NDVI_S ≥ 0 a^-1、2013—2022年连续10 a CLCD未发生变化湿地和水体：2013—2022年CLCD未发生变化区域
生态稳定区	较高覆盖，结构完整，功能稳定，抗干扰能力较强	森林、草地和农田：2013—2022年连续10 a NDVI>0.4、坡度≤ 8°、2013—2022年NDVI_S ≥ 0 a^-1、0<CV<10% 且2013—2022年连续10 a CLCD未发生变化区域
生态恢复区	中等覆盖，因自然恢复或人工干预生态系统逐步修复	灌木、草地、森林和湿地：2013—2022年NDVI_S > 0.01 a^-1、2022年NDVI>0.3、自2022年CLCD提取生态恢复区
生态退化区	低覆盖，退化植被，生态系统结构破坏、生态功能下降	2013—2022年NDVI_S<0 a^-1且用地转为低植被覆盖用地类型（如森林→农田，其他用地→不透水地表）区域
生态脆弱区	极低覆盖，易受自然或人为干扰，自身恢复能力弱	2013—2022年连续10 a NPP<250 g $⋅$ m^-2 $⋅$ a^-1或2022年CLCD用地类型为荒地、不透水地表和冰雪区域

图2 科尔沁沙地生态涵养区用地分布注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号GS（2022）4309号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.2 Land use distribution in ecological conservation area of the Horqin Sandy Land

图3 科尔沁沙地生态稳定区用地分布注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号GS（2022）4309号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.3 Land use distribution in ecologically stable area of the Horqin Sandy Land

图4 科尔沁沙地生态恢复区用地分布注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号GS（2022）4309号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.4 Land use distribution in ecological restoration area of the Horqin Sandy Land

图5 科尔沁沙地生态退化区用地类型（A）和退化程度（B）分布注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号GS（2022）4309号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.5 Distribution of land use types （A） and degradation levels （B） in the ecologically degraded area of Horqin Sandy Land

图6 科尔沁沙地各类退化用地面积

Fig.6 Area of degraded land types in Horqin Sandy Land

表2 2013—2022年科尔沁沙地土地利用转移矩阵 (km2)

Table 2 Land use transfer matrix in the Horqin Sandy Land from 2013 to 2022

地类	不透水地表	草地	灌木	荒地	农田	森林	湿地	水体	2013年合计	流出合计
不透水地表	708.7	45.0	0.0	12.6	105.6	0.7	0.0	17.3	890.0	181.3
草地	157.1	5 608.5	1.2	424.4	323.2	190.8	0.5	20.7	6 726.5	1 118.0
荒地	17.2	54.5	0.0	610.7	31.9	0.0	0	11.4	725.7	115
农田	268.6	1 560.4	0.1	35.1	6 693.2	22.2	0.5	50.1	8 630.1	1 936.9
森林	1.1	139.9	1.6	0.0	15.6	1 737	0.0	0.8	1 896.0	159.0
湿地	0.0	0.0	0.0	0.0	0.1	0.0	0.1	0.0	0.3	0.2
水体	5.1	2.7	0.0	4.0	5.4	0.5	0.0	153	170.7	17.7
2022年合计	1 157.8	7 411	2.8	1 086.9	7 174.9	1 951.3	1.2	253.3
流入合计	449.1	1 802.5	2.8	476.2	481.7	214.3	1.1	100.3

图7 科尔沁沙地生态脆弱区用地分布注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号GS（2022）4309号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.7 Land use distribution of the Horqin Sandy Land ecologically fragile area

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