扎龍濕地生態(tài)脆弱性評價與分析

1、第25卷第1期2011年1月干旱區(qū)資源與環(huán)境Journal of Arid Land Resources and Environment Vol25No1Jan2011文章編號：10037578（2011）0104904扎龍濕地生態(tài)脆弱性評價與分析付1，213博，姜琦剛，任春穎*（1吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院長春130026；2吉林建筑工程學(xué)院測繪與勘查工程學(xué)院長春130021；3中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所長春130012）要：引入生態(tài)系統(tǒng)健康理論和景觀生態(tài)學(xué)理論進(jìn)行扎龍濕地的生態(tài)脆弱性評價，選用壓力狀態(tài)響應(yīng)模型得出扎龍濕地中度脆弱和重度脆弱的地區(qū)占整體的18%，潛在脆弱地區(qū)和微度

2、脆弱地區(qū)占整體的提63%。文中從定量化的角度表明了整個扎龍自然保護(hù)區(qū)整體生態(tài)環(huán)境不容樂觀，為保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理提供了具有科學(xué)意義的借鑒。關(guān)鍵詞：扎龍濕地；生態(tài)脆弱性；評價；壓力狀態(tài)響應(yīng)模型中圖分類號：P951文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A1濕地生態(tài)系統(tǒng)由土壤圈、水圈、大氣圈和生物圈組成，包括生物組分與非生物組分兩大部分。濕地與森林、農(nóng)田一起并列為全球三大生態(tài)系統(tǒng)，是自然界最具有生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)和人類最重要的生態(tài)環(huán)境2一個國家乃至全球經(jīng)濟發(fā)展和人類生態(tài)的環(huán)境都有重要意義。之一。濕地生態(tài)系統(tǒng)對一個地區(qū)、20世紀(jì)，濕地減少速度很快，其面積和質(zhì)量（指物種多樣性等）都在降低。尤其在近幾十年，濕地退化3濕地退化

3、過程與機理、濕地生態(tài)脆弱現(xiàn)象嚴(yán)重。濕地退化表明濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的存在。近年來，性問題已經(jīng)成為當(dāng)前國際濕地科學(xué)研究的學(xué)科前沿領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一。很多學(xué)者開展了濕地生態(tài)系統(tǒng)這些研究多集中于通過分析濕地生態(tài)脆弱性的特征或其影響因子來評價濕地生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性的研究，4嘗試在區(qū)域的社會、經(jīng)濟、環(huán)境問題生態(tài)脆弱性。文中研究引入生態(tài)系統(tǒng)健康理論和景觀生態(tài)學(xué)理論，中通過研究濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和適應(yīng)力來判斷它們的脆弱情況，結(jié)合遙感理論、景觀生態(tài)學(xué)理論、生態(tài)健康理論，并綜合運用地理信息系統(tǒng)，從生態(tài)學(xué)角度，進(jìn)行扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的評價，總結(jié)扎龍濕地退化的原因，為扎龍濕地資源保護(hù)與管理提供依據(jù)。1研究區(qū)概

4、況扎龍自然保護(hù)區(qū)位于黑龍江省西部烏裕爾河下游湖沼葦草地帶的閉流區(qū)，地處齊齊哈爾市及富裕、林杜蒙、泰來縣交界地域，地理坐標(biāo)為北緯4652' 4732' ，東經(jīng)12347' 12437' 。保護(hù)區(qū)總面積21萬甸、2hm ，其中濕地面積約占60%。扎龍保護(hù)區(qū)涉及14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的56個村屯及10余個國有農(nóng)、牧、漁、葦企事業(yè)單位，人口約29000人。核心區(qū)內(nèi)有10個自然屯，人口約3800人。毗鄰的四個縣都是農(nóng)業(yè)縣，保護(hù)區(qū)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展緩慢，人均收入低，屬經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)地區(qū)。內(nèi)沒有鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)企業(yè)，扎龍濕地為寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏熱多雨，冬寒漫長，多年平均氣溫2 42 ，平均降水量41

5、6mm ，年水面蒸發(fā)量900 1000mm 。濕地區(qū)域地貌為河湖沖擊地貌類型，地勢低洼平坦，海拔高度1405 146m ，地面平均比降1/6000。濕地內(nèi)分布著眾多泡沼，由于排水不暢，土壤鹽漬化現(xiàn)象比較普遍。扎龍濕地是世界上保存下來面積最大又相對完整的蘆葦沼澤濕地，具有原始的自然景觀，豐富的野生動植物資源，然而近些年來，大型工程的修建和其他人為活動的入侵正在急劇的改變著原始的濕地景觀，扎龍濕6，7。正在遭受著嚴(yán)重的破壞地作為一個動態(tài)的極其脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，*收稿日期：2010713。基金項目：中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目（KZCX2YW 341），國家自然科學(xué)基金項目（30370267）資

6、助。作者簡介：付博（1981），女，講師，博士研究生，主要從事遙感與地理信息應(yīng)用研究。E mail ：fbfubohotmailcom·50·干旱區(qū)資源與環(huán)境第25卷2研究方法21數(shù)據(jù)獲取與處理圖1濕地信息提取技術(shù)流程文中所使用的數(shù)據(jù)有1986年和2005年的Landsat Fig1Technique route of study7ETM 遙感影像數(shù)據(jù)、地形圖數(shù)據(jù)及來源于黑龍江統(tǒng)計年鑒及扎龍保護(hù)區(qū)管理局提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。2005年兩個年份的遙感影像經(jīng)處理后得到了研究中扎龍濕地信息提取技術(shù)流程（圖1）。上述1986、2005年的濕地分布圖。人類干擾指數(shù)圖、扎龍濕地1986、生態(tài)

7、彈性度圖、濕地面積變化比分布圖和濕地蓄黑龍江統(tǒng)計年鑒水量分布圖由濕地分布圖計算得到；人口密度圖利用及扎龍保護(hù)區(qū)管理局提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及濕地分布圖經(jīng)制圖得到，計算中未計入一些非居住地，如河流、沙灘、沙丘、林地等的面積；濕地ND-VI 植被指數(shù)圖由濕地影像解譯后得到；濕地景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)圖由具有最大相關(guān)性的三個景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)即斑塊平均面積、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)、斑塊密度加權(quán)計算后得到。22評價模型在區(qū)域濕地生態(tài)環(huán)境評價及其指標(biāo)選擇方法中，8根據(jù)工作的目的，指標(biāo)選擇方法和側(cè)重點有所不同。文中在扎龍濕地生態(tài)脆弱性評價中選擇聯(lián)合國經(jīng)濟合作開發(fā)署建立的壓力狀態(tài)響應(yīng)（Pressure State Response

8、，PSR ）框架模型，該模型同時面對人類活動和自然環(huán)境，非常清晰的表述了人類活動和經(jīng)濟運作及其對環(huán)境的影響之間的關(guān)系（圖2）：即人類活動對濕圖2壓力狀態(tài)響應(yīng)（PSR ）框架模型Fig2Frame model of Pressure State Response 地生態(tài)環(huán)境施加了一定的壓力；因為這個原因，環(huán)境狀態(tài)發(fā)生了一定的變化；而人類社會應(yīng)該對該變化做出以恢復(fù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量或防止生態(tài)環(huán)境退化。反應(yīng)，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性研究中多將生態(tài)環(huán)境脆弱因子分為自然因素和人為因素兩大類，與此對應(yīng)選取的脆地表起伏、氣象因素、植被因素、土壤因素、水文因素以及農(nóng)民人均年收弱度評價指標(biāo)包括地質(zhì)脆弱因子、入、農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出比、

9、恩格爾系數(shù)、成人非文盲比等一系列社會經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)。文中脆弱指標(biāo)的選取借鑒9了生態(tài)健康研究中的理論，將濕地生態(tài)脆弱性的評價指標(biāo)分為壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)三類。結(jié)合扎龍濕地生態(tài)環(huán)境特點，選取了人口密度和人類干擾指數(shù)兩個指標(biāo)來計算壓力指數(shù)；選擇活力、組織、彈性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能4個指標(biāo)計算濕地生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)指數(shù)；選擇19862005年濕地面積變化比作為響應(yīng)指數(shù)。在生態(tài)脆弱性評價中，上述評價指標(biāo)以評價單元作為評價分析的信息載體。目前國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境評包括行政單元、小流域和景觀單元等；二是基于點狀價單元主要分為兩類：一是基于面狀的矢量評價單元，10的柵格評價單元。文中在評價分析中顧及了柵格點狀評價單

10、元的" 精確位置" 和矢量面狀評價單元數(shù)據(jù)獲取的便利，使指標(biāo)因子數(shù)據(jù)載體與分析評價單元分開實現(xiàn)。將地類圖斑作為矢量面狀單元，將30m 30m 點狀柵格單元作為空間分析計算實現(xiàn)各種代數(shù)和邏輯運算的基礎(chǔ)。3結(jié)果分析在評價濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性時，在濕地生態(tài)系統(tǒng)自身的狀況的基礎(chǔ)上，濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱情況的最終判斷標(biāo)準(zhǔn)是在人類活動與生態(tài)系統(tǒng)所提供的服務(wù)之間的交面上進(jìn)行的，一方面要考慮目前人類活動下的11生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；另一方面要考慮獲得生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)后，人類活動以及人類社會經(jīng)濟的狀況。結(jié)合扎龍濕地的具體情況，根據(jù)壓力狀態(tài)響應(yīng)模型框架，圍繞生態(tài)系統(tǒng)功能和人類活動，按圖3所示過程進(jìn)行扎

11、龍濕地生態(tài)脆弱性的評價。文中對影響扎龍濕地生態(tài)脆弱性的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)綜合評價指數(shù)采用加權(quán)求和的方法，對各指標(biāo)權(quán)12重的賦予主要依據(jù)專家經(jīng)驗法，并參照了對指標(biāo)重要性的分析（表1）。在評價扎龍濕地生態(tài)脆弱性時，考慮到許多指標(biāo)的絕對值研究目前尚不成熟，同時為了保證所有評價因此采用了相對評價的方法，即將影響濕地脆弱性的評價數(shù)量結(jié)果進(jìn)行相互比較，最后綜標(biāo)準(zhǔn)的一致性，合評價結(jié)果排出優(yōu)劣次序，定義為生態(tài)脆弱指數(shù)EVI （Eco environmental Vulnerability Index ）EVI =W i X i i =1n （1）W i 為第i 個評價指標(biāo)的權(quán)重，X i 為第i 個評式中：EVI

12、 為被評價對象得到的生態(tài)脆弱性指數(shù)評價值，價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值。EVI 值越大，脆弱程度越重。最終按照EVI 的得分高低，從低到高排序，將扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性等級分為五級（表2）。表1濕地生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)體系Tab1Index system of wetlandecosystem frangibility estimation濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量壓力指數(shù)（03）活力（02）狀態(tài)指數(shù)（06）組織（04）彈性（01）服務(wù)功能（03）響應(yīng)指數(shù)（01）評價指標(biāo)人口密度（05）人類干擾指數(shù)（05）初級生產(chǎn)力面積加權(quán)平均斑塊形狀指數(shù)（03）斑塊密度（03）平均斑塊面積（04）濕地平均彈性度蓄水量濕地面積變化

13、比例圖331生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、抗干擾能力強的潛在脆弱區(qū)濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)十分合理，系統(tǒng)活力很強，外界壓力較小，無生態(tài)異常，生態(tài)功能極其完善，系統(tǒng)極其穩(wěn)抗干擾能力強，無濕地退化現(xiàn)象。定，32生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定、抗可擾能力較強的微度脆弱區(qū)濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)比較合理、格局尚完美，系統(tǒng)活力較強，外界壓力較小，無生態(tài)異常，濕地生態(tài)功能較完善，系抗干擾能力較強，濕地微度退化。統(tǒng)尚穩(wěn)定，33生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定、抗可擾能力較差的輕度脆弱區(qū)濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)基本完整，就有一定的系統(tǒng)活力，外界壓力較大，生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定，已有少量生態(tài)異常出現(xiàn)，系統(tǒng)抗干擾能力較差，濕地輕度退化。34生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定、抗可擾能力差的中度脆弱區(qū)濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷

14、，系統(tǒng)活力較低，外界壓力較大，濕地生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定，生態(tài)異常較多，系統(tǒng)抗干擾能力差，濕地中度退化。35生態(tài)系統(tǒng)極不穩(wěn)定、抗干擾能力極差的重度脆弱區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極不合理，濕地斑塊破碎化嚴(yán)重，活力極低，濕地生態(tài)系統(tǒng)極不穩(wěn)定，生態(tài)異常大面積出現(xiàn)，濕地嚴(yán)重退化。表2EVI 分值與濕地生態(tài)脆弱性評價等級Tab2Scores of EVI and grades of the estimation綜合評價等級EVI 值潛在脆弱（一級）002微度脆弱（二級）0204輕度脆弱（三級）0406中度脆弱（四級）0608重度脆弱（五級）081扎龍濕地生態(tài)脆弱性研究技術(shù)路線Fig3Technique route o

15、f study on wetland ecological frangibility in Zhalong按上述分級方案，得到了（圖4）所示的扎龍濕地生態(tài)脆弱性分級結(jié)果圖。圖42005年扎龍濕地生態(tài)脆弱性指數(shù)分級圖Fig4Classification of frangibility indexes in 20054結(jié)論文中通過采用30m 30m 柵格單元作為指標(biāo)因子的數(shù)據(jù)載體和基本評價分析單元，采用地類圖斑作為綜合評價分析單元，選擇壓力狀態(tài)響應(yīng)模型結(jié)合扎龍濕地具體生態(tài)特點分析了扎龍濕地脆弱性的現(xiàn)狀和時空演替變化，通過以上分析可以看出。（1）對研究區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行壓力分析，得出扎龍濕地壓力分布

16、相對良好的占16%，相當(dāng)較好的占19%，相對一般的占22%，相對較差的占13%，相對極差的占30%，研究區(qū)31%的濕地處于壓力作用下，從分布上看，壓力小的地區(qū)濕地處于自然與半自然狀態(tài)，表明目前濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化很大程度是由人類干擾造成的。（2）通過活力、組織、彈性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能來進(jìn)行扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)分析，研究發(fā)現(xiàn)，扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)以水田為主的區(qū)域活力較差；組織較合理的地區(qū)是自然斑塊保持集中與分散相結(jié)合的地區(qū)，主要位于扎龍保護(hù)區(qū)的蘆葦沼澤內(nèi)部；就濕地彈性指標(biāo)而言，湖泊、水庫坑塘對維持生態(tài)系統(tǒng)彈性度、維持區(qū)域的穩(wěn)定性和保持區(qū)域的調(diào)節(jié)能力方面有重要的作用，而灘地對濕地生態(tài)彈性度的貢獻(xiàn)相對很

17、小；就服務(wù)功能而言，保護(hù)區(qū)邊緣地區(qū)受人類干擾大，濕地服務(wù)功能弱，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，保護(hù)區(qū)核心區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能相對較強。（3）濕地退化，脆弱性加劇是濕地生態(tài)系統(tǒng)受到壓力時必然產(chǎn)生的響應(yīng)，在進(jìn)行扎龍濕地響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，扎龍濕地面積變化明顯的區(qū)域由于2000年干旱，河流斷流，濕地缺水嚴(yán)重，導(dǎo)致鹽堿地和沙地的面積濕地面積不斷減小，濕地退化嚴(yán)重。不斷擴大、（4）從扎龍濕地生態(tài)脆弱性分級圖可以看出，健康情況較好的潛在脆弱和輕度脆弱區(qū)幾乎全部分布而中度脆弱區(qū)和重度脆弱區(qū)主要以水田為主；從地理位置來說，保護(hù)區(qū)中心地區(qū)整體脆于蘆葦沼澤內(nèi)部，弱情況未及邊緣地區(qū)明顯；從整體情況來說，扎龍濕地中度脆弱和重度脆弱的地區(qū)占

18、整體的18%，潛在脆從定量化的角度表明了整個扎龍自然保護(hù)區(qū)整體生態(tài)環(huán)境不容樂弱地區(qū)和微度脆弱地區(qū)占整體的63%，觀，為保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理提供了具有科學(xué)意義的借鑒。參考文獻(xiàn)1蔡曉明生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)M 北京：科學(xué)出版社，2001：272 2742余國營濕地研究進(jìn)展與展望J 21世紀(jì)青年學(xué)者論壇，2005，22（3）：61 663張曉龍，濕地科學(xué)，2004（2）：36 40李培英濕地退化標(biāo)準(zhǔn)的探討J 4劉曉輝，J 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2010，18（4）：293299呂憲國濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化的驅(qū)動力分析5郭躍東，濕地科學(xué)，2004（1）：47 53何巖，鄧偉，潘繼花扎龍河濱濕地水系統(tǒng)脆弱

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21、iversity ，Changchun 130026，PRChina ；2School of Surveying and Prospecting Engineering ，Jilin Institute of Architecture and Civil Engineering ，Changchun 130021，PRChina ；3Northeast Institute of Geography and Agroecology ，Chinese Academy of Sciences ，Changchun 130012，PRChina ）Abstract ：In order to study and determine the vulnerability of the ecological system of Zh