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东北农牧交错区水分条件的空间分异及其对土地利用的影响

第 20 卷第 3 期
2001 年 9 月

地 理 科 学 进 展
PRO GR ESS IN GEO GRA PH Y

V o l 20, N o. 3 . Sep. , 2001

  文章编号: 100726301 ( 2001) 0320234206

东北农牧交错区水分条件的空间 分异及其对土地利用的影响
张军涛1, 2 , 艾 华3 , 于长英2
31 大连管理干部学院, 大连 116031)

水资源的数量和质量决定了一个地区的农业生产特点和旱涝灾害发生的频率和程度, 而水分条件的空间差异是决定东北农牧交错区自然景观分异、 变化的主导因素[ 1 ]。 为了对 近 48 年 ( 1951 1998 年) 东北农牧交错区水分条件的空间分异及其与土地利用的关系进行 ~ 分析研究, 本文选取了北纬 40° ′ 46° ′ 东经 115° ′ 124° ′ 49 ~ 24 , 41 ~ 50 之间的区域作为研究对 象。

1 大气降水的空间分异

研究区域的大气降水主要来自太平洋吹来的东南季风, 降水量空间分布的基本形势是 沿经度方向自东南向西北递减。 降水量在一年中的变化、 季节分配和降水变率存在着明显 的差异。 1951 1998 年的气象统计资料分析表明, 研究区域的年降水相对变率均在 16% 对 ~ 以上, 3 5 月和 9 11 月的降水变率在 28% 以上, 6 8 月的降水变率大于 21% , 4 6 月 ~ ~ ~ ~ 和 4 10 月的降水变率则分别为 25% 和 17% 。 降水集中在 5 9 月份, 与这一区域植物的 ~ ~ 生长季节相吻合。

  收稿日期: 2001205; 修订日期: 2001208   基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目 ( 49731020)   作者简介: 张军涛 ( 19632) , 男, 河北省石家庄市人, 博士后, 教授。主要从事自然地理综合研究、区 域经济与可持续发展等方面的研究; 在国内外核心期刊发表论文 30 多篇, 合作出版著作 4 部。 E 2 a il: jun tao 1zhang@ 2631net m

(11 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 21 东北财经大学公共管理系, 大连 116025;

摘要: 大气降水、土壤水分和干燥度指数是在经度方向上控制区域景观格局的主要因素。 本文运用最新的调查统计资料, 对东北农牧交错区降水、土壤潜在蒸散量、干燥度指数及 农作物生长期间土壤水分盈亏量的空间分布进行了分析; 提出了研究区内作物生长季期 分布, 提出了 5 种土地利用区域组合类型。 间土壤潜在蒸散量的空间分布规律和干燥度指数的时空变化情形。 结合水分条件的空间 关 键 词: 农牧交错区; 水分条件; 空间分布; 土地利用 中图分类号: P344; F 301124  文献标识码: A

3 期     张军涛 等: 东北农牧交错区水分条件的空间分异及其对土地利用的影响

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2 土壤水分的空间分异
211 土壤潜在蒸散量及干燥度指数
地 点 昌 图 朝 阳 建 昌 喀 左 通 辽 开 鲁 林 西
3 5月 ~ 1162 4129 3148 4119 3101 4124 4145 4161

在确定土壤水分状况时, 首先要计算土壤的水分平衡, 而确定土壤水分平衡状况的关

键是土壤潜在蒸散量的计算。 这里采用经修改后的彭曼公式进行潜在蒸散量的计算[ 2 ]。 利用 研究区内 40 个气象台站 1951 1998 年的地面气候资料, 运用所编制的软件, 输入纬度、海 ~ 拔高度、 年和月的平均气温、 日照百分率、 降水、 相对湿度和风速的统计数据后, 计算出 月、 季、 年的潜在蒸散量及其干燥度指数。 干燥度指数的计算公式为: D = f E t P , 其中 E t 为月、季或年潜在蒸散量; P 为月、季 或年降水量; f 为随季节而变异的系数[ 3 ]。图 1 显示的是研究区 5 9 月潜在蒸散量的空间 ~ 分布, 位于科尔沁沙地和松嫩沙地的站点具有较高的潜在蒸散量, 辽西南低山丘陵区的潜 在蒸散量也比较大; 大兴安岭山地、河北坝上地区和辽河平原的站点潜在蒸散量相对较低。 表 1 则反映了几个典型站点的年干燥度及其在年内的变化。 其中各个地点冬、 春季节的干 燥度要大于夏、 秋季节; 年干燥度指数在总体上呈自东向西逐渐增加的趋势。
表 1 典型站点的年干燥度以及年内的变化
6 8月 ~ 1109 1129 1108 1141 1149 1198 1130 1147 9 11 月 ~ 1124 2198 2181 2134 2165 3150 3107 3173 12 2 月 ~ 1199 3198 3181 4178 3102 4179 4161 5136

巴林左旗

F ig 11 T he sp a tia l distribu tion of P E in resea rch a rea from M ay to Sep tem ber
( P E : 潜在蒸散量, L ong itude: 经度, L atitude: 纬度)

Tab11 The annua l ar id ity and its var ia tion in a year for severa l sites

年干燥度
1118 1156 1134 1156 1175 2105 1173 1179

图 1 研究区 5 9 月潜在蒸散量的空间分布 ~

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地  理  科  学  进  展           20 卷

212 作物需水量与土壤水分盈亏量
地 点 谷子需水量
563164 614116 631176 551174 521182 585179 628184 592132 509135 482177 577179 486162 539120 528195 539108 551175 691136 443187 544144 635107 576115 544182 550194 575137 501132 611117 540145 569108 666100 562194 494160 590161 601122 479111 609119 510112 460181 642112 526131 549169

判断一个地方是干燥还是湿润, 应该以水分平衡来计量。 但要精确确定一个地区的实

际状况是很困难的[ 4 ]。为此, 我们在研究区内选取了 40 个地理位置不同的地点, 计算了几 种农作物生长季土壤水分的盈亏量。 因为, 从作物生长发育所需要的水分看, 几乎完全是
表 2 生长季 ( 5 9 月) 作物需水量和土壤水分盈亏量 ( 单位: mm ) ~

Tab12 The average prof it and def ic it of so il m o isture for d ifferen t cops in grow ing sea son (un it: mm )
水分盈亏
- 128156 - 165139 - 231234 - 102162 - 173110 - 106183 - 205145 - 144182 - 90103 23157 - 75175 11169 1136 6125 - 76132 10110 - 46172 - 52141 - 34177 - 77113 - 59190 - 55104 - 74196 - 85189 51109 12114 - 59147 - 64163 - 48134 - 64159 - 36185 65117 112143 - 0119 34115 - 68171 - 32142 - 37168 105161 - 78104

玉米需水量
664107 738112 772121 675120 619134 683143 763175 698149 617183 620137 713181 571186 639190 650146 663100 705153 830134 531189 695136 778101 738109 667144 679107 699182 574124 743192 653129 687102 817167 673137 516152 691199 728189 576163 737129 586171 522189 776108 610108 649114

水分盈亏
- 160136 - 221162 - 174105 - 125101 - 110191 - 226157 - 130125 - 145199 - 101183 - 123187 - 155173 - 152119 - 336158 - 108152 - 101105 - 159162 - 156123 - 169109 - 155199 - 148138 - 174152 - 170148 - 191108 - 286185 - 159114 - 202186 - 301120 - 148189 - 245129 - 164162 - 42183 - 94172 - 51119 - 34187 - 43184 - 3164 - 27177 - 67128 9123 32147

高粱需水量
642173 692125 794163 683144 595109 720171 778146 677126 633168 670172 724158 636140 618144 596107 709179 588179 830179 530157 636165 712171 689105 669179 662153 651111 556176 733139 609134 646103 808122 643185 574109 717162 683166 570138 687136 553137 493172 770175 604121 651157

水分盈亏
- 138102 - 187122 - 150135 - 104169 - 237195 - 112113 - 125134 - 107177 - 114193 - 111167 - 305103 - 110164 - 119145 - 119148 - 110116 - 111184 - 130115 - 137152 - 160133 - 238116 - 137100 - 185183 - 267128 - 114178 - 201173 - 135149 - 34186 - 57127 - 26119 - 12199 - 35170 9147 - 67161 - 57102 - 19115 - 65135 - 38160 16195 - 98174 50156

白 城 巴林左旗 北 票 长 岭 昌 图 朝 阳 赤 峰 大 安 多 伦 法 库 阜 新 阜新县 扶 余 沽 源 建 昌 建 平 开 鲁 康 保 康 平 喀 左 凌 源 林 西 乾 安 前 郭 三岔河 双 辽 泰 来 洮 安 通 辽 通 榆 围 场 翁牛特旗 锡林浩特 西乌珠穆沁旗 叶柏寿 御道口 鱼儿山 扎鲁特旗 彰 武 镇 赉

注: 正值为盈余, 负值为亏缺。

3 期     张军涛 等: 东北农牧交错区水分条件的空间分异及其对土地利用的影响

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借助于根系吸收土壤中的水分。 作物的需水量以及一个地方土壤水分盈亏量值, 可以在一 定程度上反映土壤水分条件的干湿状况。 由于同一种农作物不同的品种需水量有差别, 因 此, 这里所计算的是农作物需水量的平均状况 ( 表 2) 。 从表中数据可以看出, 在农作物生长期间不同的作物对水分的需求存在着差异, 因而 所表现出的土壤水分盈亏量就不同。 但是, 这三种农作物的需水量和土壤水分盈亏量的变 化具有明显的区域差异性和同一的变化趋势。

3 基于水分条件空间分异的土地利用
311 土地利用的空间结构 312 土地利用数量结构

东北农牧交错区是环境演变的敏感地带, 总体上属于边际土地, 是土地资源类型分布 错综复杂的地区。 因此, 土地利用的结构和类型也具有错综复杂性。 通过对研究区土地利 用现状进行分析, 其土地利用的空间格局基本表现为农业用地、 牧业用地以及林业用地之 间的过渡和交错, 即农林牧业用地兼有和农牧业用地呈插花式分布。 从宏观尺度看, 地形、 水分、 热量和风力等区域变量的空间分布形式, 决定了研究区 土地利用从东部和东南部的农业用地、 农林牧用地向西部和西北部的牧农用地、 牧草地的 过渡。属于松辽平原的部分和辽西丘陵地区, 以耕地为主, 林地和牧草地也占有较大比重; 河北承德坝上地区和辽宁西部处于农区向牧区过渡的半农、 半牧和农牧交错地带, 土地利 用兼有农区和牧区的特点; 内蒙古东部的半干旱区牧业用地占优势, 草场类型主要是草甸 草场、 草甸草原草场和草原草场, 同时也呈现出农牧用地交错分布的景观。 基于上述宏观的土地利用结构, 叠加上局部地形、 土壤类型、 气候条件和生物等变量 的影响, 使研究区的土地利用类型和结构更为错综复杂。 这里以图 2 来表示具体的土地利 用区域组合类型。

图 2 土地利用区域组合类型
F ig 12 T he com b ina tion typ es of land u se

东北农牧交错区的土地利用具有过渡性和农林牧业用地交错分布的特征, 还可以通过 几个典型地点耕地、 林地和牧草地所占的百分比来说明。 由表 3 可知, 吉林省白城地区的

( 注: G 耕地, L 林地, C 草地; 其中 a 1b 1c 见参考文献 [ 5 ]) ( G- cu ltivated land; L - fo rest land; C- g rassland )

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地  理  科  学  进  展           20 卷

  注: 数据来自吉林省和内蒙古自治区土地管理局 (1998 年) 。

耕 地面积所占比重最大, 达到 3912% , 锡林浩特只有 1174% ; 科右前旗的林地面积占 41135% , 是 7 个地点中最大的, 而锡林浩特最少, 只占 0124% ; 属于内蒙古东部地区的 5 个地点, 牧草地所占的比例均超过了 45% , 而白城地区的牧草地所占的比例仅为 2016% 。 这些实例分析表明, 在农业区和牧业区这两种生态体系交接的 “界面”上, 具有 “多 样”和 “易变”的特征。 在土地利用方式上则表现为过渡性、 交错性等复杂多样的空间结 构。
表 3 主要土地利用类型的对比 ( 单位: % )
林 地
13100 41135 16188 7177

地 点

耕 地
39120 10137 15128 3180

白城地区 科右前旗 科左后旗 奈曼旗

4 结论

对全球变化背景下近 48 年来东北农牧交错区大气降水、 土壤水分条件和干燥度指数的

计算分析表明, 虽然在地形的影响下这些反映水分条件的指标呈现错综复杂的形式, 但是 其空间分异是明显的。 以此为基础, 着眼于土地利用的空间结构, 构成了 5 种土地利用区 域组合类型。 土地利用的数量结构则受制于区域性的自然环境和人类活动等因素的综合作 用, 并具有显著的区域差异。
感谢导师郑度院士的悉心帮助与指导!

参考文献:

[ 1 ]  黄秉维 等编著. 现代自然地理 [M ]. 北京: 科学出版社, 1999. 12366.

[ 2 ]  张新时. 植被的 PE ( 可能蒸散) 指标与植被—气候分类 ( 一) [J ]. 植物生态学与地植物学学报, 1989, 13 (1) : 129. [ 3 ]  于东升, 史学正. 我国土壤水分状况的估算 [J ]. 自然资源学报, 1998, 13 (3) : 2292233. d ro log ists[J ]. P rog ress in P hy sica l Geog rap hy , 1997, 21 (1) : 1132136. [ 5 ]  王静爱 等. 中国北方农牧交错带土地利用与人口负荷研究 [J ]. 资源科学, 1999, 21 (5) : 19224.

[ 4 ]  Schu lze R E. I p acts of g lobal clim ate change in a hyd ro log ical vu lnerab le reg ion: challenges to Sou th A frican H y2 m

Tab14 Com par ison of the ma jor types of land use (un it: % )
牧草地
20160 50140 65183 51139

地 点 赤峰市

耕 地
20114 1174 9144

林 地
17194 25122 0124

牧草地
60162 47147 96127

巴林左旗 锡林浩特

3 期     张军涛 等: 东北农牧交错区水分条件的空间分异及其对土地利用的影响

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The M o isture Reg i e Spa tia l D istr ibution of Farm ing and m Pa stur ing Tran s itiona l Area s in the Northea stern Ch ina and Its I pacts on Land U se m
ZHAN G J un 2tao
1, 2

Abstract: T he vu lnerab le eco 2environm en t and m o st sen sit ive g loba l environm en ta l change feren t ia t ion and va riance of the p hysica l geog rap h ica l environm en t a re influenced d irect ly. a rid ity is increa sed from the ea st to the w est of the resea rch a rea, a lthough it is affected by con tou r m icroclim a tes. T he a rid ity in summ er and fa ll is less than tha t in w in ter and reg im e. B a sed upon the land u se st ructu re, the resea rch a rea m ay be d ivided in to five 2land t ion; land u se sp ring. T he reg iona l d ifferen t ia t ion in vegeta t ion and so il is a lso im p acted by the m o ist u se typ es.

efficien t a rid ity, and so il m o istu re reg im e. R eg iona l d ifferen t ia t ion in annua l o r g row ing sea son ( from M ay to Sep tem ber ) po ten t ia l evapo 2t ran sp ira t ion is obviou s. T he annua l

cha racterize the resea rch a rea. T he m o istu re reg im e is a p rincip le facto r, by w h ich the d if2 ica l system a long the long itude is determ ined by the key facto rs of p recip ita t ion, m o ist co 2 T he st ructu re, funct ion, and sp a t ia l d ist ribu t ion p a t tern of the reg iona l eco 2geog rap h 2

Key words: t ran sit iona l a rea s of fa rm ing and p a stu ring; m o istu re reg im e; sp a t ia l d ist ribu 2

D a lian  116025, Ch ina; 31D a lian A dm in istra tion O fficca ls, D a lian  116031, Ch ina )

Ch ina; 21D ep a rtm en t of Pub lic A dm in istra tion, N o rthea st F inance and Econom ics U n iversity,

( 11 In stitu te of Geograp h ic Sciences and N a tu ra l R esou rces R esea rch, CA S, B eijing   100101,

, A I H ua 3 , YU Chang 2ying 2




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