納帕海濕地區(qū)景觀格局動(dòng)態(tài)變化

納帕海濕地區(qū)景觀格局動(dòng)態(tài)變化

1健全的生態(tài)系統(tǒng)景觀格局動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制濕地是地球表層最富有生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之一。它維持著表面上的許多生物區(qū)域，具有很高的生態(tài)服務(wù)價(jià)值和功能。水文、土壤和植被是濕地的三大基本要素,其中水文要素是濕地形成和發(fā)展的最重要的先決條件,是濕地變化的重要驅(qū)動(dòng)因素。在季風(fēng)氣候區(qū),氣候因子和水文情勢(shì)明顯的季節(jié)和年際分異,驅(qū)動(dòng)著區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)格局變化與生態(tài)過(guò)程。在我國(guó)西南的青藏高原和橫斷山區(qū),高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)作為生態(tài)響應(yīng)的敏感區(qū),已開(kāi)始受到科學(xué)家的關(guān)注。盡管近年來(lái)針對(duì)我國(guó)西南高寒濕地的研究有所加強(qiáng),但其中大部分研究都只在年代際時(shí)間尺度上探索西南高寒濕地的景觀格局動(dòng)態(tài)變化、分析其變化的宏觀政策影響和氣候變化的背景,而對(duì)于年內(nèi)時(shí)間尺度上高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)的景觀格局變化過(guò)程的研究較少。但是,地處季風(fēng)氣候區(qū)的我國(guó)高原湖沼濕地,年內(nèi)氣候差異顯著,以降水為主的多種氣候因子對(duì)濕地景觀產(chǎn)生了巨大的影響。而針對(duì)人為擾動(dòng)在年內(nèi)時(shí)間尺度上對(duì)濕地的影響,以及年內(nèi)氣候分異與人為干擾共同作用下的濕地退化過(guò)程進(jìn)行分析,則可以深入理解濕地退化的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制,也可以對(duì)濕地年代際時(shí)間尺度上的景觀變化過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的確定提供佐證。本文以滇西北典型高寒湖沼濕地為例,開(kāi)展年內(nèi)時(shí)間尺度上的高寒濕地的景觀格局季節(jié)性變化研究,并分析其與區(qū)域氣候分異和人類活動(dòng)擾動(dòng)的關(guān)聯(lián)。2納帕海濕地文化遺產(chǎn)納帕海國(guó)際重要濕地(99°37′～99°43′E、27°49′～27°55′N、海拔約3260m)位于滇西北橫斷山脈中段(圖1),是我國(guó)分布在低緯高海拔、喀斯特盆地并具明顯季節(jié)性變化的高寒湖沼濕地,且位于全球34個(gè)生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)之一的“中國(guó)西南山地”重要地帶,2004年被列入國(guó)際重要濕地名錄。自20世紀(jì)60年代以來(lái),受區(qū)域農(nóng)牧業(yè)發(fā)展等的影響,納帕海濕地退化極為顯著,濕地大幅萎縮、部分物種甚至消失,人為活動(dòng)脅迫下的納帕海湖沼濕地快速退化引起了相關(guān)部門(mén)的高度重視,如《全國(guó)濕地保護(hù)工程實(shí)施規(guī)劃(2005～2010)》也將其列入“濕地生態(tài)恢復(fù)工程”;云南省于2007年將其生態(tài)恢復(fù)列為云南省濕地恢復(fù)工程(2007～2020)優(yōu)先項(xiàng)目。研究區(qū)為連接香格里拉—德欽的214國(guó)道、在建的環(huán)濕公路所包圍的納帕海流域壩區(qū)濕地(圖1)。納帕海流域是半封閉型流域,流域地表和地下匯流基本都進(jìn)入納帕海湖沼濕地,再通過(guò)濕地北部的喀斯特落水洞排入金沙江干流。由于在冬夏受青藏高原南支西風(fēng)和印度洋西南季風(fēng)的交替控制,流域年內(nèi)氣候季節(jié)分異極為顯著(表1),特別是降水的季節(jié)分異,對(duì)納帕海濕地的年內(nèi)水文生態(tài)變化產(chǎn)生直接的驅(qū)動(dòng)。通常在6月降水逐漸增多,納帕海濕地水位開(kāi)始上升,明水面不斷擴(kuò)大并持續(xù)到8～9月份;此后隨著流域降水減少和落水洞持續(xù)排水,濕地水位開(kāi)始逐漸緩慢回落,通常會(huì)持續(xù)到第二年的3～5月達(dá)到最低水位。由表1來(lái)看,4～5月隨著氣溫的回升,流域適時(shí)的降水—產(chǎn)匯流的水資源補(bǔ)給,將在很大程度上決定著納帕海濕地水文生態(tài)狀態(tài),進(jìn)而決定著納帕海濕地的景觀變化;過(guò)少或過(guò)量的來(lái)水可能都會(huì)導(dǎo)致納帕海濕地年內(nèi)水文生態(tài)過(guò)程與景觀變化過(guò)程的異常。本文擬分析2008年冬～2009年春時(shí)段的納帕海濕地景觀格局的年內(nèi)季節(jié)變化。3學(xué)習(xí)方法3.1視角解譯兩期遙感影像,分別為2008年12月4日SPOT-5影像(5m分辨率)、2009年5月5日Landsat7ETM+影像(15m分辨率),基于Erdas8.7和ArcGIS9.0進(jìn)行目視解譯和成圖。結(jié)合2008年12月和2009年6月的2次納帕海濕地區(qū)的踏勘、2009年7月和8月的2次納帕海濕地傳統(tǒng)植物調(diào)查(8條樣線、526個(gè)樣方),獲得研究區(qū)具有精確GPS定位、植被和水文基礎(chǔ)信息的603個(gè)地面點(diǎn),作為計(jì)算機(jī)目視分類解譯校正信息源,制作出兩個(gè)時(shí)相的納帕海濕地區(qū)的景觀分類圖,校正后遙感影像分類解譯精度達(dá)到98.7%。3.2研究區(qū)景觀類型及分類納帕海濕地景觀分類是依據(jù)GB/T21010—2007土地利用現(xiàn)狀分類(中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),20070810發(fā)布),并結(jié)合研究區(qū)濕地基本生態(tài)特征,將研究區(qū)景觀分為8類一級(jí)景觀類型,13類二級(jí)景觀亞類(表2)。3.3質(zhì)心漂浮距離cti和質(zhì)心確定利用ArcGIS9.0中Centroid命令計(jì)算出兩個(gè)時(shí)相的納帕海濕地區(qū)各斑塊的質(zhì)心,根據(jù)公式(1)計(jì)算出兩個(gè)時(shí)段各種景觀類型(或亞類)的質(zhì)心。運(yùn)用ArcGIS9.0中Layout模塊制成質(zhì)心偏移圖,再根據(jù)公式(2)計(jì)算每種景觀類型質(zhì)心漂移距離。利用ArcGIS9.0中Intersect模塊,提取區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)化為破壞地的各類要素,并由Layout命令制成各類景觀轉(zhuǎn)化為破壞地類型圖。Xt=∑i=1N(Cti×Xi)/∑i=1NCtiXt=∑i=1Ν(Cti×Xi)/∑i=1ΝCti;Yt=∑i=1N(Cti×Yi)/Yt=∑i=1Ν(Cti×Yi)/∑i=1NCti(1)∑i=1ΝCti(1)D=X2t+Y2t???????√(2)D=Xt2+Yt2(2)式中:Xt,Yt分別表示第t時(shí)段某種景觀類型分布質(zhì)心的坐標(biāo);Cti表示某景觀類型第t時(shí)段第i個(gè)斑塊的面積;Xi,Yi分別表示第i個(gè)斑塊的質(zhì)心坐標(biāo)。4分析與討論的結(jié)果4.1結(jié)果分析4.1.1深明水濕地濕地類景觀圖2為2008年12月、2009年5月的納帕海濕地區(qū)景觀圖,顯示出納帕海濕地區(qū)主要景觀類型(亞類)在上述兩個(gè)時(shí)相上的變化。濕地主要分布在研究區(qū)北部的納帕海湖區(qū)及湖濱帶,其次是匯入納帕海濕地的河渠下游及河濱帶,以及部分低洼地。納帕海壩區(qū)濕地以明水濕地為主,但季節(jié)變化顯著,主要表現(xiàn)為深明水濕地和淺明水濕地之間、淺明水濕地與濕—中生草甸之間的季節(jié)轉(zhuǎn)換。從本研究時(shí)段來(lái)看,冬季時(shí)(2008年12月)深明水濕地仍然為區(qū)域濕地的主體,其次是呈斑塊分布的淺明水濕地以及河渠濕地;而在春季(2009年5月),淺明水濕地為區(qū)域濕地的主體,僅在北部落水洞一帶有小面積的深明水濕地分布。濕地類景觀:7類濕地景觀亞類的總面積(濕地率)由冬季的1968.20hm2(52.60%)減少到春季的956.52hm2(25.56%)。其中:深明水濕地約由732hm2減少為87hm2,減幅最大;淺明水濕地約由623hm2減少為408hm2;沼澤(主要為草甸化沼澤)略有減少,約由204hm2降至140hm2;濕草甸約由345hm2降至177hm2。而研究區(qū)內(nèi)的河渠濕地也發(fā)生了一定的變化,面積由冬季的61hm2增至春季的143hm2,這一變化部分來(lái)自于2008年12月高水位時(shí)被淹沒(méi)的下游河段(其時(shí)表現(xiàn)為明水濕地)在2009年5月低水位時(shí)顯露出來(lái);部分可能因遙感影像解譯誤差所致,因?yàn)檠芯繀^(qū)除了納赤河和郞舉刷河較寬外,其他河渠的寬度基本小于5m,而兩個(gè)時(shí)相的遙感影像的分辨率分別為5m和15m,基于遙感影像的河渠濕地的解譯自然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。非濕地類景觀:在8類非濕地景觀(類和亞類)中,中生草甸變化最大,面積從冬季的913hm2增至春季的1673hm2;破壞地由296hm2增至588hm2;建筑用地、旱地及灌木林地的面積變化不大。4.1.2非濕地類景觀中的草地景觀亞類及其轉(zhuǎn)換基于馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣,計(jì)算兩個(gè)時(shí)相的納帕海濕地區(qū)的景觀類型(亞類)間的面積轉(zhuǎn)換,如表3所示。濕地類景觀中,深明水濕地減幅最大達(dá)645hm2,主要轉(zhuǎn)化為淺明水濕地、中生草甸、破壞后的裸地、破壞后的短期恢復(fù)地、濕草甸。其次,淺明水濕地減少了215hm2,主要轉(zhuǎn)化為中生草甸、破壞后的裸地、破壞后的短期恢復(fù)地、濕草甸。再次,濕草甸減少了169hm2,主要轉(zhuǎn)化為中生草甸、破壞后的裸地、破壞后的短期恢復(fù)地。而部分深明水濕地(13.9hm2)、淺明水濕地(37hm2)分別轉(zhuǎn)變成河渠濕地,可能就是入湖河渠的下游河段在高水位時(shí)(2008.12月)被淹沒(méi),而在低水位時(shí)(2009.05月)又顯露出來(lái)。非濕地類景觀中,中生草甸景觀亞類的面積顯著增加達(dá)760hm2左右,增加部分主要來(lái)自于深明水濕地、淺明水濕地、濕草甸、破壞后的短期恢復(fù)地的轉(zhuǎn)換,分別達(dá)221hm2、219hm2、204hm2、104hm2;而部分中生草甸也轉(zhuǎn)化為其他景觀類型(亞類),如破壞后的短期恢復(fù)地(42hm2)、破壞后的裸地(38hm2)、旱地(33hm2)。在非濕地類景觀中,破壞后的裸地、破壞后的短期恢復(fù)地都明顯增加,分別為241hm2、52hm2。其中前者的增加主要來(lái)自于淺明水濕地(138.1hm2)、濕草甸(43.0hm2)、深明水濕地(41.9hm2)、中生草甸(38.2hm2)、破壞后的短期恢復(fù)地(34.5hm2)的轉(zhuǎn)換;后者主要來(lái)自于淺明水濕地(76.9hm2)、深明水濕地(64.4hm2)、中生草甸(41.9hm2)、濕草甸(33.5hm2)、破壞后的裸地(10.1hm2)的轉(zhuǎn)換。由表3可知,盡管本研究時(shí)段由濕地類景觀向非濕地類景觀變化為主,但也有類似于中生草甸向濕草甸(12.9hm2)、淺明水濕地(9.3hm2)的轉(zhuǎn)變,在濕地水位下降、濕地萎縮的背景下,由遙感影像解譯所反映的這一過(guò)程,可能在局地區(qū)域存在,但也可能與影像分辨率和解譯誤差所致。4.1.3納帕海濕亞類質(zhì)心圖3直觀地顯示出兩個(gè)時(shí)相間納帕海濕地區(qū)的各景觀類型(亞類)的質(zhì)心在空間上的位移。圖3中的實(shí)心標(biāo)志和空心標(biāo)志分別表示冬季(2008年12月)和春季(2009/05月)納帕海濕地區(qū)的各濕地景觀類型(亞類)的質(zhì)心,由冬季至春末,納帕海濕地區(qū)幾乎所有的景觀類型(亞類)質(zhì)心,都有向研究區(qū)西北部的落水洞一帶偏移的趨勢(shì)。利用公式(2)計(jì)算出納帕海濕地區(qū)各景觀類型(亞類)質(zhì)心的空間偏移距離(表4)。4.1.4短期恢復(fù)地與周邊植被覆蓋情況根據(jù)2008.12～2009.07時(shí)段的多次野外地面調(diào)查,發(fā)現(xiàn)在納帕海濕地區(qū)存在較大面積被家畜破壞的景觀(圖1)。根據(jù)破壞區(qū)地表植被覆蓋度和物種類型等特征,將其劃分為兩類:(1)破壞后的裸地,完全裸露,地表基本無(wú)植被覆蓋;(2)破壞后的短期恢復(fù)地,土壤被破壞的特征仍清晰可見(jiàn),短期恢復(fù)地內(nèi)的先行定殖的植物與周邊未破壞生境的植物在覆蓋度、物種類型、物種優(yōu)勢(shì)度、生物量等方面具有顯著的差異。由表3可知,破壞地景觀的增加主要來(lái)自淺明水濕地、深明水濕地、濕草甸、中生草甸等被家畜破壞所致。圖4為納帕海濕地區(qū)各景觀類型(亞類)轉(zhuǎn)換成破壞地景觀示意圖,顯示了納帕海濕地區(qū)的破壞地景觀呈斑塊狀分布于整個(gè)研究區(qū)內(nèi),在部分區(qū)域甚至成片分布,如圖4中顯示的研究區(qū)西南部P—S村落東側(cè)、研究區(qū)北部納帕海湖區(qū)的東南(I村落西側(cè))。兩亞類的破壞地總面積已經(jīng)占到研究區(qū)總面積的15.74%左右,其中破壞裸地的面積約占8.57%。4.1.5納時(shí)間的季節(jié)收縮上述分析表明,納帕海濕地區(qū)的景觀由冬季(2008.12)至春季(2009.05)的季節(jié)變化明顯。在7個(gè)濕地景觀亞類中,除了河流濕地面積有所增長(zhǎng)外,其他各濕地景觀亞類的面積都呈減少趨勢(shì),特別是深明水濕地、淺明水濕地、濕草甸的減幅極為顯著。2008年冬至2009年春納帕海濕地類景觀的季節(jié)性萎縮與該時(shí)段的區(qū)域降水情勢(shì)密不可分。圖5表明,自2008年11月至2009年05月,在納帕海濕地區(qū),除2009年2月的降水高于多年(1961～2008)月平均降水外,其他6個(gè)月都分別低于其多年月平均降水,尤其是2009年春季(3～5月)降水總量只有65.80mm,比多年平均春季降水減少了24.97mm。由于2009年春季降水的顯著偏少,納帕海濕地區(qū)的水量補(bǔ)給銳降,從而導(dǎo)致了研究區(qū)濕地類景觀的季節(jié)性萎縮,其中由深明水濕地、淺明水濕地、濕草甸、沼澤等濕地類景觀轉(zhuǎn)換成非濕地類的中生草甸景觀達(dá)678hm2,約占研究區(qū)總面積的18%。4.1.6濕地周邊村落的生長(zhǎng)納帕海濕地區(qū)有較大面積的濕地類景觀轉(zhuǎn)換成非濕地類景觀。直接由深明水濕地、淺明水濕地、濕草甸、沼澤等典型濕地類景觀轉(zhuǎn)成破壞地景觀的面積達(dá)410hm2,約占研究區(qū)總面積的11%。這一轉(zhuǎn)換主要是由于春季濕地區(qū)水位的下降,各類濕地逐漸裸露出來(lái),為濕地周邊村落養(yǎng)殖的大量家畜放養(yǎng)提供有利的環(huán)境,在本研究地面調(diào)查期間,估計(jì)有數(shù)百頭的雜交豬在研究區(qū)內(nèi)的濕地區(qū)拱食,直接導(dǎo)致了濕地類景觀的破壞。當(dāng)年被雜交豬新拱翻的濕地區(qū)一般都呈全裸地,拱翻土壤深度一般都能達(dá)到20～30cm,破壞極為嚴(yán)重。如圖4中P—S村落東側(cè)的成片破壞地,為家畜常年破壞區(qū),該區(qū)域僅在每年的7～10月濕地高水位期間植被能得到一定的恢復(fù);圖4中G—K村落一帶的西側(cè),近年來(lái)成為了納帕海草原觀景區(qū),旅游者和馬匹的踐踏強(qiáng)度大,也形成了較大面積的破壞地景觀。4.2納帕海濕地濕地景觀格局動(dòng)態(tài)變化的時(shí)空(1)納帕海濕地是滇西北典型的高寒季節(jié)性濕地,由春至夏的濕地水文生態(tài)及其景觀變化過(guò)程,是區(qū)域特定的氣候季節(jié)分異特征所形成的。特別是春至夏初的流域降水和產(chǎn)匯流過(guò)程,是其水文生態(tài)季節(jié)演替過(guò)程和景觀格局變化的主導(dǎo)因素。春夏之交流域氣溫逐漸回升,結(jié)合適時(shí)和適宜的流域降水—匯流補(bǔ)給,季節(jié)性的高寒濕地能維持其常態(tài)的(normal)水文生態(tài)季相變化。2009年春季(3～5月)降水偏少,一直持續(xù)到7月中旬,導(dǎo)致了該濕地春夏水文生態(tài)過(guò)程的極度異常,該濕地本應(yīng)在正常降水年的初夏(6～7月)時(shí)呈顯著的季節(jié)性擴(kuò)張,但本次地面調(diào)查卻發(fā)現(xiàn)其大面積萎縮,而濕地區(qū)植被的生長(zhǎng)也受到了明顯的抑制,至7月中下旬時(shí),各類植物群落的生長(zhǎng)高度一般都在10cm以下,基本不超過(guò)30cm高,比正常年份同期要低得多。(2)2009年春至夏初降水偏少,納帕海濕地區(qū)內(nèi)大面積的明水濕地和濕草甸等都直接裸露,成為周邊村落飼養(yǎng)的大量雜交豬的放養(yǎng)地。裸露濕地區(qū)土壤在4～6月由濕潤(rùn)變干的過(guò)程中,非常適宜雜交豬的拱食行為。周邊村落雜交豬的放養(yǎng),成為納帕海濕地植被生態(tài)破壞的最直接和最嚴(yán)重的原因之一。特別是在緊鄰村落的區(qū)域,雜交豬的常年累月持續(xù)放養(yǎng),形成了大面積成片的破壞后裸地景觀。破壞后的短期恢復(fù)地景觀斑塊的優(yōu)勢(shì)植物物種類型、生物量、植被覆蓋度等,都與周邊相對(duì)原生的生境有著顯著的不同。本研究時(shí)段破壞地景觀呈斑塊狀分布于整個(gè)研究區(qū),其面積已占總面積15.74%左右,破壞裸地面積約占8.57%。(3)特定的季節(jié)氣候背景疊加上家畜擾動(dòng),成為納帕海濕地生態(tài)破壞的直接原因。因此,納帕海濕地保護(hù)必須綜合考慮氣候季節(jié)性波動(dòng)的驅(qū)動(dòng),而在氣候波動(dòng)背景下的人為干擾行為,如家畜和其他大牲口的放養(yǎng)、旅游的沖擊等所帶來(lái)的生態(tài)擾動(dòng)也必須予以高度關(guān)注。對(duì)納帕海濕地而言,盡管自1984年云南省就設(shè)立了濕地自然保護(hù)區(qū),近年來(lái)又實(shí)施了相應(yīng)的濕地生態(tài)恢復(fù)工程,但納帕海濕地區(qū)生態(tài)破壞仍較嚴(yán)重。在今后的納帕海濕地保護(hù)和管理中,如何協(xié)調(diào)濕地保護(hù)與周邊農(nóng)牧民的家畜放養(yǎng),將是當(dāng)?shù)卣仨毥鉀Q的關(guān)鍵問(wèn)題之一。而如何應(yīng)對(duì)極端季節(jié)性氣候(如2009年春夏之際)背景下的流域水資源開(kāi)發(fā)和管理,維持適宜的納帕海濕地生態(tài)需水量,當(dāng)?shù)卣涂茖W(xué)家們需要予以關(guān)注。(4)以往濕地景觀格局變化研究,一般著眼于其格局年(代)際變化,采用不同年份同一季節(jié)(多以夏季為主)同源遙感影像進(jìn)行濕地景觀的變化分析,進(jìn)而分析其變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、效應(yīng)等。但在季風(fēng)氣候區(qū),尤其是類似于納帕海這樣的季節(jié)性變化非常顯著的高寒濕地而言,年際的濕地景觀格局變化分析,可以從區(qū)域(中宏觀)層面反映濕地景觀和生態(tài)的變化趨勢(shì),如肖德榮等對(duì)納帕海濕地植物群落格局分布、變化及其人為干擾的分析,張強(qiáng)等對(duì)香格里拉縣若干濕地區(qū)三個(gè)時(shí)段(1974、1987和2000年)的景觀變化分析,但這類研究不能反映局地中小尺度上的濕地景觀季節(jié)性變化及其具體的驅(qū)動(dòng)力。而這一類型濕地的景觀季節(jié)性變化通常與區(qū)域水文生態(tài)過(guò)程、人類活動(dòng)擾動(dòng)直接關(guān)聯(lián),如本研究所揭示的2009年春夏之際的納帕海濕地景觀變化,是區(qū)域季節(jié)性降水減少和周邊農(nóng)牧民的家畜放養(yǎng)兩者共同作用所致。因此,要探討具有顯著季節(jié)性變化的濕地景觀格局和生態(tài)的變化及其驅(qū)動(dòng)因素,必須將“區(qū)域