鄱阳湖湿地景观格局时空演变分析

作者:肖复明 张…    文章来源:人民长江    点击数:3065    更新时间:2011/9/2

摘要:以198519952005TM卫生遥感数据为基础,利用ERDASGIS软件,对鄱阳湖湿地数量结构和空间转移情况进行分析,并运用景观生态学的原理对湿地景观斑块分维度、优势度指数、多样性指数、破碎度指数进行分析,并分析其反映出的特征和趋势。研究结果表明:1985-2005年,鄱阳湖湿地及周边景观类型数量结构中,滩地、水库坑塘、林地和草地减少最为显著,城乡工矿居民用地和旱地明显增加;通过景观格局指数分析,鄱阳湖湿地景观分维数和优势度减少,多样性和破碎度增加。

关键词:时空演变;景观格局分析;生态系统;鄱阳湖湿地

中国法分类号:X171   文献标志码:A

鄱阳湖是我国最大的淡水湖,也是国际重要的湿地,被誉为我国的“最后一盆清水”,具有无法估量的社会、经济、生态价值。但由于人口增多以及工业化、城镇化的快速发展,湖区正面临水土流失严重、旱涝灾害频繁、生态环境衰退、生物多样性削弱、水环境污染加剧等诸多问题。为更好地落实科学发展观,完成温家宝总理关于“要保护好鄱阳湖生态环境,使鄱阳湖永远成为一湖清水”的重托,推动江西省在中部崛起,200912月国务院正式批复国家发展改革委员会的《鄱阳湖生态经济区规划》,将鄱阳湖生态经济区建设纳入国家战略。另外,鄱阳湖水利枢纽工程也在积极论证、筹备当中。这为江西的生态经济发展和鄱阳湖流域治理带来了难得的契机与挑战。因此,客观认识鄱阳湖湿地的时空演变及其规律,更好地了解湿地结构及功能的变化及其原因,为退化湿地生态系统的恢复及现有湿地生态系统的保护提供基础依据,对湖区生态工程建设和生态安全具有重要的价值,对于鄱阳湖生态经济区的全面、协调、可持续发展有着极其重要的意义。

1 研究区域概况

鄱阳湖流域主要有赣江、抚河、信江、饶河、修水等5大河流,从东、南、西3个方向汇入鄱阳湖,经鄱阳湖调蓄后由湖口汇入长江,形成完整的鄱阳湖水系。流域集水面积162225km2,江西省境内为156743km2,占全省面积的94%。鄱阳湖是长江的重要调节器,年均入江水量达1450亿m3,占长江多年平均流量的15%以上,超过黄河、滩河、海河3大河流的总水量,是长江中下游地区生态安全、饮水安全的重要保障。同时,鄱阳湖承担着调洪蓄水、调节气候、降解污染等多种生态功能,拥有丰富的鱼类、鸟类等物种资源,是全球95%以上的越冬白鹤栖息地,在保护全球生物多样性方面具有不可替代的作用。19836月,江西省政府在永修县吴城镇建立了鄱阳湖侯鸟自然保护区;19885月经国务院批准成为国家级自然保护区。19927月我国政府加入《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》,鄱阳湖被列入国际重要湿地名录;1997年鄱阳湖被指定加入了东西亚鹤类保护网络;2000年又被世界自然基金(WWW)列入“全球重要生态区”;2002年被列入我国重要的生态功能保护区;200210月在南非召开的世界生命湖泊大会上,鄱阳湖正式代表中国湖泊加入“世界生命湖泊网”。鄱阳湖作为世界重要湿地之一,也是我国十大生态功能保护区之一和世界自然基金会划定的全球重要生态区之一,具有无法估量的社会、经济、生态效应[1-2]

鄱阳湖湿地是一个多类型湿地的复合体,包括天然湿地和人工湿地两部分。依据《湿地公约》对湿地的解释和规定,鄱阳湖湿地范围包括:①鄱阳湖水体,含水域和湖滩草洲等典型湿地;②入湖河流尾闾河段,含赣江下游、信江下游分支处附近以下,修、潦河汇合处和昌江、乐安河汇合处附近以下,以及抚河改道处以下;③河流三角洲和曾是河、湖洲滩而被人类围垦的圩区[3]。以上范围的共同点是与鄱阳湖连成一体并受鄱阳湖洪水的影响。

为了对鄱阳湖湿地更好地进行量化分析,本文以环鄱阳湖乡镇行政区域边界的外缘作为鄱阳湖湿地的边界。其地理坐标为东经115°49-116°46′、北纬28°24-29°46′,北界在湖口县马影乡,南界在进贤县民和镇,东界在鄱阳县古南乡,西界在永修县涂埠镇[4]。该研究区域共包括112个乡(镇),涉及112市,总计面积约11180km2,占江西省土地总面积166946km26.70%,包括天然湿地、人工湿地,以及沿岸零星分布的丘陵山地、平原岗地和岛屿等。

2 数据处理与研究方法

2.1 湿地景观数据库构建

本文数据主要来自198519952005年的LANDSAT-5TM卫星影像(拍摄时间分别为19851023199511220051031)。参照《全国湿地资源调查与检测技术规程》,结合鄱阳湖湿地的实际情况,并参与中科院土地资源遥感影像解译分类系统和中国环境数据库建设的标准,将研究区每年的湿地景观遥感数据解译为天然湿地、人工湿地和真他非湿地3大类,在保证1级湿地景观类型解译精度的前提下,采用目视判读和实地调查相结合,解译出31级湿地景观类型下的2级湿地类型。其中天然湿地分为湖泊、河流、滩地、沼泽地;人工湿地分为水田和水库、坑塘;其他非湿地分为旱地、林地和草地、居民点和工矿用地、裸土地和裸岩石砾地。结合TM遥感影像、地形图、土地利用现状图等资料,通过Erdas8.6软件对遥感影像进行解译,利用ArcGIS9.0软件通过人机交互解译模式进行修正,形成198519952005年鄱阳湖湿地3个时相的湿地景观类型图。同时,在同一个地理参考下(统一采用北江54坐标,中央经度为117°),叠加等高线、地貌、土壤等相关空间数据,链接研究区各县、乡的社会经济属性数据,形成了鄱阳湖湿地景观数据库。

2.2 景观格局分析方法

景观格局指数是能够高度浓缩景观空间格局信息、反映其结构组成和空间配置等方面特征的简单定量指标[4]。景观格局变化分析的主要指标包括:景观班块特征指标(斑块分维度、斑块形态指数、景观形成指数)、景观异质性指标(多样性指数、均匀度指数、优势度指数、多度、重要度)、景观空间构型指数(景观破碎度指数、景观分离度指数、空间邻接度指数)[5]。本着总体性、常用性及简单化原则,本研究在湿地景观格局分析中选用了以下4指数(见表1):斑块分维数(FD)、优势度指数(D)、景观多样性指数(H)、破碎度指数(F)。

1 景观格局分析的主要指标

 

3 鄱阳湖湿地时空演变及其规律

湿地景观变化最显著的标志是由于土地利用/覆被变化(LUCC)所造成的景观格局和景观类型的时空变化,景观变化的趋势包括景观类型上的转换与景观空间上的变化[6-7]

3.1 景观类型数量结构变化

198519952005年湿地景观类型结构及面积数据见表2

2 1985-2005年间鄱阳湖湿地景观类型数量结构变化

 

纵观20a的湿地景观类型结构及面积,滩地、水库坑塘、林地和草地减少最为显著,分别为4.08%5.24%6.66%;而增加较明显的依次是城乡工矿居民用地和旱地,分别为27.4%7.84%。这就造成20a间天然湿地、人工湿地略有减少,其它非湿地有所增加。

比较研究区3个年份的湿地景观类型面积变化(1级),可知20a间变化趋势为:天然湿地先减少再增加,人工湿地先增加后减少,这主要是“退田还湖,移民建镇”的结果。而其他非湿地连年不断增加,也说明人类对鄱阳湖湿地景观的干扰日益加剧。

进一步比较分析研究区3个年份的湿地景观类型面积变化(2级)可知,1985-199510a间湖泊面积减少18.67%32117hm2),滩地增加26.73%27085hm2),天然湿地总体减少;水库坑塘减少约18.36%,水田增加9910hm2,城乡工矿居民用地和旱地略有增加;其他类型都无明显变化。在1995-200510a间,湖泊面积增加23.14%,超过1985年的面积,其次是城乡工矿居民用地和水库坑塘,分别增加了22.79%16.08%;河流、沼泽、旱地面积也略有增加;后10a间减少明显的是滩地,降低24.31%,水田减少了2.55%。总体上看,受“围湖造田”到“退田还湖”的理念和政策的影响,20a来湖泊面积先减少后增加,水田面积则先增加后减少;滩地的变化受水位和泥沙淤积的影响,以及用途的变化,总体呈减少趋势;城乡工矿居民用地的大幅度增加显然与鄱阳湖区社会经济发展密切相关。

3.2 景观类型空间格局变化

利用地理信息系统软件Arcview GIS,运行空间分析拓展模块Geoprocessing,通过View菜单中Geoprocessing Wizard命令,执行Intersect two themes程序,将不同年份的两期湿地景观矢量图进行空间叠加分析,对其属性表数据进行处理,统计各种湿地景观类型发生转移(流入、流出)的面积。为了便于比较分析,下面从两个方面对鄱阳湖近20a的湿地景观类型转移情况进行统计分析。

120a间鄱阳湖湿地景观类型转移特征分析。根据空间叠加分析,得到1985-2005年鄱阳湖湿地景观类型变化转移矩阵(见表3),其中:从流出情况看,天然湿地主要流向是人工湿地(1.5%),人工湿地主要流向是其他非湿地(4.31%),而其他非湿地中有4.76%流向人工湿地;从流入情况看,流入天然湿地的人工湿地(0.92%)和其他非湿地(0.39%)相差不大,流入人工湿地的天然湿地和其他非湿地分别为1.37%3.23%,而流入其他非湿地的主要是人工湿地(6.27%)。总体上,20a间鄱阳湖一级湿地景观类型相互转化面积为91225.81hm2,占鄱阳湖湿地总面积的8.16%,其中还不包括一级类型中二级类型之间的转化。

3 1985-2005年鄱阳湖湿地景观类型变化转移矩阵(1级)

 

2)前10a1985-1995年)与后10a1995-2005年)的湿地景观类型转移特征分析。据表4可知,前10a鄱阳湖湿地景观类型变化相对较小。各种湿地景观类型流出、流入的比例多在1%以内,较大的转变比例为天然湿地转为人工湿地(1.88%),其他非湿地中有1.12%来自人工湿地。后10a鄱阳湖湿地景观类型变化相对较大。各种湿地景观类型流出、流入的比例在2%以上的占到半数,其中其他非湿地中6.27%来自人工湿地。总体比较,前10a天然湿地流出(2.08%)多,流入(0.44%)少,后10a天然湿地流出(1.92%)少,流入(2.85%)多;而人工湿地在后10a流出比例达6.29%,其中4.27%流向其他非湿地,远高于前10a0.76%

4 鄱阳湖湿地景观类型转移比较分析

5 鄱阳湖湿地1985-2005年景观格局指数变化

总体看,1985-1995年鄱阳湖一级湿地景观类型相互转化面积为27914.36hm2,占鄱阳湖湿地总面积的2.50%1995-2005年鄱阳湖一级湿地景观类型相互转化面积为106115.51hm2,占鄱阳湖湿地总面积的9.49%20a间鄱阳湖一级湿地景观类型相互转化面积为91225.81hm2,占鄱阳湖湿地总面积的8.16%。数据表明,鄱阳湖湿地后10a变化明显比前10a剧烈,变化比例几乎是前10a3.8倍。

3.3 景观格局指数及其规律分析

为量化分析鄱阳湖湿地演变情况,计算出景观斑块分维度、优势度指数、破碎度指数、多样性指数如表5

在景观斑块特征方面,斑块分维度越大,表示景观镶嵌越复杂,斑块的边沿越复杂。从计算结果可知,非湿地中林地草地和城乡工矿居民用地及旱地景观分维值偏高,人工湿地中水田景观的分维值较高,说明这些景观受人类活动干扰比较严重。河流景观的分维值较高表明其形状很复杂。天然湿地中湖泊、沼泽等湿地景观分维值较低表明其斑块形状比较简单。总体来看,20a间鄱阳湖湿地景观分维数由1.4466降到1.4436,表明湿地斑块形状的复杂程度或自我相似程度降低,整体上受干扰程度有所缓和。

在景观异质性方面,景观优势度指数越大,则表示景观类型的组成比例上偏差越大,少数景观类型占据优势;多样性指数越大,则各景观类型比例及其变化越不均匀。从计算结果可知,优势度指数以水田、湖泊、林地草地占优势,裸地和裸岩石砾地优势度最低;天然湿地中各景观类型的多样性指数多数偏高,人工湿地中水田景观为最高,非湿地中林地草地、旱地的多样性指数偏高。总体看,20a间湿地景观优势度指数变化与多样性指数变化趋势相反。优势度指数先升后降,且整体呈下降趋势;多样性指数先降后升,且整体呈上升趋势。

在景观空间构型方面,景观破碎度越高,则说明景观被分割得越厉害,人为干扰越大。鄱阳湖天然湿地中湖泊、沼泽地及滩地景观受人类影响较轻,非湿地中城乡工矿居民用地景观破碎化程度最高,其次为人工湿地中的水库坑塘景观。总体上,前10a破碎化程度上升,后10a破碎化程度下降。

4 结论

从以上分析可以看出,1985-2005年景观格局总体特征的变化趋势是:分维数减少,优势度减少,多样性增加,破碎度增加。20a来鄱阳湖湿地景观分维数的下降说明人们对湿地干扰程度有所缓和,由一种或几种景观占主要控制作用的现象有所改变,各景观类型比例差距缩小,斑块数增加明显,导致斑块平均面积下降,景观破碎度增加。这主要是湖区实施“退耕还林、退田还湖”工程,以及有关土地整理工作的开展,土地利用更加趋于合理,是人类正面干扰土地利用景观类型变化的反映。但“退田还湖”并没有彻底缓解湿地生态环境的压力,而只是将压力由农业生产转移到其他领域,导致多样性、破碎度上升,这可能对那些要求生境连续或一定生境面积的物种有较大影响,进而影响到湿地生态系统的生物多样性。

参考文献:

[1] 蔡海生,赵晓敏,朱德海.鄱阳湖湿地整理与可持续管理探讨[J].人民长江,2007382):73-76.

[2] 蔡海生,赵晓敏.鄱阳湖湿地资源现状分析及其保护对策[J].江西农业大学学报,2003256):943-947.

[3] 王晓鸿.鄱阳湖湿地生态系统评估[M].北京:科技出版社,2004.

[4] 邬建国.景观生态学:格局、过程、尺度与等级[M].北京:高等教育出版社.200.

[5] 蔡海生、基于GIS技术的土地利用变化及其调控机制研究(博士学位论文)[D].北京:中国农业大学,2007.

[6] 刘红玉,吕宪国,张世奎.湿地景观变化过程与累积环境效应研究进展[J].地理科学进展,2003221):60-70.

[7] 肖笃宁.环渤海三角洲湿地景观生态学研究[M].北京:科学出版社,2001.

作者简介: 肖复明, 男, 博士, 副研究员, 主要从事森林资源培育、森林生态等研究。

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