遼河三角洲濕地景觀格局與生態(tài)安全研究

遼河三角洲濕地景觀格局與生態(tài)安全研究

景觀結(jié)構(gòu)是指由自然或人為形成的，形狀不同，不同大小和形狀的景觀鑲嵌在景觀空間中的布局。它不僅是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，而且是各種生態(tài)過程自然化進(jìn)程的結(jié)果，包括干擾。景觀格局決定著資源和環(huán)境的分布形式,與景觀中的各種生態(tài)過程密切相關(guān),對于抗干擾能力、恢復(fù)能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性有著深刻的影響。格局與過程相互作用原理是景觀生態(tài)學(xué)的核心內(nèi)容,并且由于景觀格局可以準(zhǔn)確地顯示出各種生態(tài)影響的空間分布和梯度變化特征,也為景觀生態(tài)安全研究奠定了重要的理論基礎(chǔ)?；诰坝^格局與過程的生態(tài)安全分析,有助于我們認(rèn)識自然與人為干擾對景觀生態(tài)安全影響的性質(zhì)與過程,認(rèn)識景觀生態(tài)安全發(fā)展演化的性質(zhì)與可能后果,對于完善生態(tài)安全的評價指標(biāo)體系也具有一定的借鑒意義。1研究領(lǐng)域和方法1.1遼河三角洲自然旅游和濕地遼河三角洲位于遼河平原南部,渤海遼東灣頂部,是由大遼河、雙臺子河、大凌河、小凌河、大清河等一系列河流作用形成的沖積平原,總體呈灣狀三角洲。盤錦市是三角洲的核心,盤錦市主要位于東經(jīng)120°25′~122°55′,北緯40°39′~41°25′,包括4個縣區(qū),27個國營農(nóng)林牧場,4個國營葦場,總面積400000hm2,代表著整個三角洲的特征。遼河三角洲氣候?qū)儆谂瘻貛Т箨懶詽駶櫦撅L(fēng)氣候。其總體特點為冷涼濕潤,四季分明,雨熱同季。年均氣溫8.3~8.4℃。年平均降水量為611.6~640.0mm,主要集中于夏季,占全年的63%。年均蒸發(fā)量1392~1705mm。遼河三角洲主要土壤類型有水稻土、鹽化草甸土、沼澤土、鹽土等。由于該區(qū)獨特的自然地理位置和氣候特征使該區(qū)蘊(yùn)藏豐富的濕地資源,濕地主要分布于遼東灣北岸,集中于大凌河與大遼河之間,以葦田和水稻田為主。此外在大凌河河口、雙臺子河與大遼河河口之間主要分布著水域、灘涂、及蝦、蟹池等濕地類型,濕地分布比較零散,景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1濕地類型及資源本文將1990年和2005年2個不同時期TM4、TM3、TM2波段合成圖像作為基本信息源,參照國內(nèi)濕地類型劃分,將遼河三角洲濕地資源分為6大類:河流,灘涂,水稻田,葦田,蝦、蟹池及水庫、坑塘。采用監(jiān)督分類和人工目視解譯相結(jié)合的方法得到1990年和2005年的濕地資源矢量數(shù)據(jù),計算景觀多樣性、景觀優(yōu)勢度、景觀破碎度和景觀分維數(shù)等指數(shù),從景觀層次分析總體景觀格局狀況。1.2.2景觀類型權(quán)重的確定本文在基本景觀格局指標(biāo)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了干擾度指數(shù)和脆弱度指數(shù);并通過景觀格局與生態(tài)環(huán)境之間的經(jīng)驗關(guān)系,建立景觀格局指數(shù)與景觀生態(tài)安全度之間的定量化表達(dá),研究遼河三角洲濕地生態(tài)安全的時空分異特征。在自然、人為干擾下,景觀一般由單一、連續(xù)和均質(zhì)的整體向復(fù)雜的、不連續(xù)和異質(zhì)的斑塊鑲嵌體變化,本文選取與干擾密切相關(guān)的景觀破碎度、景觀分離度和景觀優(yōu)勢度來構(gòu)建景觀干擾指數(shù),其公式為:式中:Ui為景觀類型干擾度,Ci為景觀類型破碎度;Ci=Ni/Ai;Fi為景觀類型分離度,,其中Si=Ni/A,Pi=Ai/A;Di為景觀類型優(yōu)勢度,Di=dLi+ePi,Li=Ni/N。a、b、c分別為破碎度、分離度和優(yōu)勢度的權(quán)重;Li為景觀類型相對密度,Pi為景觀類型相對蓋度,d、e分別為兩者的權(quán)重;Si為景觀類型距離指數(shù),Ni為景觀類型斑塊數(shù)量,N為景觀斑塊總數(shù)量,Ai為景觀類型斑塊面積,A為景觀總面積。權(quán)重反映了各指數(shù)對景觀所表征的生態(tài)環(huán)境不同的影響程度,借鑒前人的相關(guān)研究成果并結(jié)合研究區(qū)的實際情況,綜合分析各景觀指數(shù)對生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)大小,在干擾度的計算中認(rèn)為破碎度指數(shù)最為重要,其次為分離度和優(yōu)勢度,其權(quán)重分別為0.5、0.3和0.2;在優(yōu)勢度的計算中認(rèn)為相對蓋度最為重要,其次為相對密度,其權(quán)重分別為0.6和0.4。景觀類型脆弱度不同景觀類型在維護(hù)生物多樣性、保護(hù)物種、完善整體結(jié)構(gòu)和功能、促進(jìn)景觀結(jié)構(gòu)自然演替等方面的作用是有差別的;同時對外界干擾的抵抗能力也不同,這種差異性與自然演替過程中所處的階段有關(guān)。研究中把這種差異與景觀脆弱性聯(lián)系,借鑒他人研究成果,對景觀類型賦權(quán)重,將景觀類型的權(quán)重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作為該類型景觀的脆弱度,水稻田,灘涂,葦田,河流,蝦、蟹池及水庫、坑塘的脆弱度分別為0.107、0.179、0.143、0.25、0.107和0.107。本文采用各景觀類型干擾度和脆弱度來表征景觀類型生態(tài)安全程度。公式如下:景觀生態(tài)安全度與景觀內(nèi)各景觀類型面積有關(guān)。公式如下:式中:ESi為景觀類型生態(tài)安全度、Qi為景觀類型脆弱度,ES為景觀安全度,n為景觀類型數(shù)。2結(jié)果與分析2.1水稻田和蟹池1990—2005年間濕地景觀類型上的轉(zhuǎn)換總體上是以水稻田為代表的人工濕地的逐漸增加,以葦田為代表的半自然濕地和以灘涂為代表的自然濕地逐漸減少(圖1、圖2),其中葦田面積減少16978hm2,灘涂面積減少22120hm2,水稻田面積增加最多,達(dá)到35941hm2,變化率為32.4%,蝦、蟹池增加幅度尤為突出,面積由原來的3549hm2增至9343hm2(表1),變化率為163.2%。20世紀(jì)90年代以來,隨著遼河三角洲濕地開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大,大規(guī)模的葦田和灘涂被開發(fā)成了水稻田,南部沿海灘涂區(qū)域被大量開發(fā)成了養(yǎng)蝦、養(yǎng)蟹等人工養(yǎng)殖業(yè)區(qū)域,同時石油開發(fā)也占去了大量的濕地面積。1990—2005年間遼河三角洲濕地景觀破碎化程度加劇,優(yōu)勢度指數(shù)增加,多樣性和斑塊分維數(shù)降低。這表明,由于水稻田和蝦、蟹池等人工濕地的大量增加,葦田、灘涂等半自然濕地和自然濕地的減少使?jié)竦孛娣e離散程度提高,不同景觀類型的面積差異增大,斑塊形態(tài)趨向簡單。2.2景觀類型生態(tài)安全度不斷下降從2005年景觀類型干擾度現(xiàn)狀來看(表2),各景觀類型干擾度范圍在0.075~0.431之間,依大小排序為蝦、蟹池>水庫、坑塘>水稻田>河流>灘涂>葦田。葦田受到的干擾最小(0.075),這主要是由于隨著國家級濕地自然保護(hù)區(qū)的建立,其保護(hù)力度和生物保護(hù)措施都有了很大提高,濕地資源的利用和管理也日趨合理?？偟膩碚f,濕地景觀中干擾程度為人工濕地>自然濕地>半自然濕地。從1990—2005年景觀類型干擾度的動態(tài)變化來看(表2、表3),研究區(qū)濕地主要景觀類型水稻田、葦田、灘涂的干擾程度均有所增加,變化率依次為水稻田13.9%、葦田11.1%、灘涂55.7%。結(jié)果表明15年來人類對自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的干擾越來越明顯,其主要是因為(1)近年來隨著區(qū)域資源開發(fā)程度的加大,大量天然水域、灘涂在人為活動的干擾下正逐漸被開墾為經(jīng)濟(jì)效益較大的葦田和水稻田,以灘涂為代表的自然濕地面積銳減,以水稻田為代表的人工濕地面積增加;(2)圍繞石油開發(fā)所進(jìn)行的路、電、水等建設(shè)不僅占用了大面積的濕地,而且深刻的改變了當(dāng)?shù)氐木坝^格局和自然面貌。從2005年景觀類型生態(tài)安全度現(xiàn)狀來看(表2),各景觀類型生態(tài)安全度范圍在0.538~0.892之間,生態(tài)安全度分布在0.5~0.8級范圍內(nèi),其中生態(tài)安全度0.5等級的有蝦、蟹池;0.6等級的有水庫、坑塘;0.7等級的有河流;0.8等級的有水稻田、灘涂和葦田。從1990—2005年景觀類型生態(tài)安全度動態(tài)變化來看(見表4),15年來,遼河三角洲最主要的三大濕地景觀類型的生態(tài)安全度均有所下降,變化率依次為:水稻田2.0%、灘涂5.5%、葦田1.2%。水庫、坑塘和蝦、蟹池的生態(tài)安全度均有所提升,其主要是因為區(qū)域資源開發(fā)使遼河三角洲濕地的景觀格局發(fā)生了深刻改變,大量的自然景觀被人工景觀所代替,這種干擾對人工景觀類型是有利的,但對于遼河三角洲的主要濕地景觀類型,這種干擾卻是不利的。1990年景觀生態(tài)安全度范圍在0.365~0.910之間,生態(tài)安全度等級從0.3~0.9級跨越7個等級,其中0.9等級所占的景觀面積最大,達(dá)到了景觀總面積的55.4%,0.8等級占景觀總面積的36.0%。在2005年時,灘涂和葦田的生態(tài)安全度都從0.9等級下降到了0.8等級,0.9等級占有景觀總面積的比重也從55.4%降到了0;0.8等級從占1個景觀類型提高到3個,占有景觀總面積的比重也從36.0%提高到了89.1%。以上分析表明,1990—2005年間,遼河三角洲三大濕地景觀類型的生態(tài)安全度均有所下降,這主要源于各種不利干擾的增加以及景觀結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程等結(jié)構(gòu)性因素的調(diào)整。采用各景觀類型生態(tài)安全度與該景觀類型面積比重的乘積合計,可數(shù)量化表征遼河三角洲濕地景觀生態(tài)安全的整體水平,計算結(jié)果為:1990年遼河三角洲濕地景觀整體生態(tài)安全度為0.855,2005年為0.825,下降率為3.5%。3景觀格局與生態(tài)安全本文通過景觀格局分析,景觀類型干擾度分析,景觀類型生態(tài)安全和動態(tài)分析,進(jìn)而對遼河三角洲濕地景觀整體生態(tài)安全狀況給予描述。研究結(jié)果表明:(1)1990—2005間遼河三角洲濕地破碎化和優(yōu)勢度指數(shù)升高,多樣性和斑塊分維數(shù)降低,表明人類干擾活動使?jié)竦鼐坝^格局差異加大。(2)從1990—2005年景觀類型干擾度的動態(tài)變化來看,研究區(qū)濕地主要景觀類型水稻田、葦田、灘涂的干擾程度均有所增加,表明15年來人類對自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的干擾越來越明顯。(3)從1990—2005年景觀類型生態(tài)安全度動態(tài)變化來看,15年來,遼河三角洲最主要的三大濕地景觀類型的生態(tài)安全度均有所下降。(4)遼河三角洲濕地景觀整體生態(tài)安全度呈下降態(tài)勢,下降率為3.5%。本文所構(gòu)建的景觀生態(tài)安全度只是相對安全程度,并不具有絕對性,由于景觀格局及其變化是自然與人為多種因素對景觀的綜合作用所產(chǎn)生的結(jié)果,景觀格局影響著干擾的擴(kuò)散和能量的轉(zhuǎn)移,反映了生態(tài)環(huán)境的變化趨勢及其內(nèi)在因素,因此基于景觀格局的生態(tài)安全分析是揭示該地區(qū)域生態(tài)安全狀況的有效手段?；诰坝^格局的遼河三角洲濕地生態(tài)安全分析只是從景觀空間結(jié)構(gòu)的一個角度來分析生態(tài)安全,并不同于區(qū)域生態(tài)安全,區(qū)域生態(tài)安全是由自然生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全和社會生態(tài)安全組成的生態(tài)安全復(fù)合體系,因此,基于景觀格局的生態(tài)安全分析是區(qū)域生態(tài)安全