景觀生態(tài)學(xué)在水利工程生態(tài)影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

孫光年

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

景觀生態(tài)學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科。因其研究的尺度性、異質(zhì)性和生態(tài)整體性成為近年來的研究熱點(diǎn)，其概念框架和理論方法已被引入《非污染生態(tài)影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》。利用景觀生態(tài)學(xué)的研究方法從生態(tài)完整性角度研究水利水電工程生態(tài)影響評(píng)價(jià)已經(jīng)成為當(dāng)前非污染生態(tài)影響評(píng)價(jià)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。

生態(tài)完整性(Ecological integrity)是支持和保持一個(gè)平衡的、綜合的、適宜的生物系統(tǒng)的能力[3]。只有通過生態(tài)完整性評(píng)價(jià)才能了解建設(shè)項(xiàng)目所在區(qū)域生態(tài)體系的特征及相應(yīng)的生態(tài)承載力，從而判定建設(shè)項(xiàng)目對(duì)區(qū)域生態(tài)的影響程度及其環(huán)境合理性[4]。本文運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)的原理和方法對(duì)擬建的旁多水利樞紐工程所在區(qū)域的生態(tài)完整性現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，即從景觀結(jié)構(gòu)、植被生物量和植被分布的空間異質(zhì)性3個(gè)角度對(duì)該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能狀況進(jìn)行分析;同時(shí)，在現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過量化比較，預(yù)測(cè)該工程建成后對(duì)該區(qū)域生態(tài)完整性的影響程度。

1 評(píng)價(jià)區(qū)域及工程概況

旁多水利樞紐工程地處拉薩河流域中游，壩址位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5 km，是拉薩河流域的骨干性控制工程，也是拉薩河干流水電梯級(jí)開發(fā)的龍頭水庫(kù)。庫(kù)區(qū)所在地屬切割較深的高山地形，地面高程4 027～5 300 m。該工程為灌溉、發(fā)電、防洪、城市供水等綜合利用的水利樞紐，總庫(kù)容11.74億m3，是一個(gè)具有不完全年調(diào)節(jié)性能的大(1)型水利工程。

綜合考慮水庫(kù)功能、區(qū)域特點(diǎn)以及工程建設(shè)對(duì)流域生態(tài)完整性的影響，將生態(tài)完整性的評(píng)價(jià)范圍確定為大壩上游沿水庫(kù)淹沒線周圍擴(kuò)展10 km范圍，遇流域分水嶺則以分水嶺為界，壩下游也以分水嶺為界直至拉薩河與堆龍曲匯合口，總面積為10 202 km2，包括水庫(kù)周邊的熱振國(guó)家森林公園和林周黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)。

從景觀尺度觀察，本區(qū)域的景觀要素包括耕地(旱地)、林地、草地、水域(河流水面)、河灘地、居民建設(shè)用地、沙地、沼澤、裸巖、冰川等10種景觀類型。因本區(qū)域?qū)俑咴瓬貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，草地資源豐富，面積廣大，是評(píng)價(jià)區(qū)的景觀基質(zhì)，林地、耕地、水域、河灘地、居民建設(shè)用地、沙地、沼澤、裸地等斑塊點(diǎn)綴其中。由于項(xiàng)目區(qū)位于高寒地帶，自然環(huán)境比較惡劣，區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)較小，耕地面積不大，主要為牧區(qū)。

2 原理和方法

2.1 景觀生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的度量

景觀結(jié)構(gòu)與功能是相匹配的，結(jié)構(gòu)的合理性從一定程度上決定了該生態(tài)系統(tǒng)功能狀況的優(yōu)劣[5]。對(duì)結(jié)構(gòu)合理程度的判斷常從對(duì)基質(zhì)的判定入手。而景觀基質(zhì)的類型與屬性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和完整性起主導(dǎo)作用，常根據(jù)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Di)進(jìn)行判定。Di由景觀密度(DPi)和景觀比例(DCi)計(jì)算得出，其經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中:DPi是第i類景觀要素的斑塊數(shù)與斑塊總數(shù)之比;DCi為第i類景觀要素的相對(duì)蓋度，即面積比。

2.2 景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的度量

景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性包括兩種特征，即生態(tài)系統(tǒng)對(duì)干擾的阻抗能力和受到干擾后的恢復(fù)能力。

1)恢復(fù)穩(wěn)定性的度量。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定性的度量可采取對(duì)植被生物量進(jìn)行度量的方法來進(jìn)行。植被生物量的變化是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)功能優(yōu)劣的指標(biāo)之一。旁多水利樞紐工程所在地主要植被類型的生物量特征值見表2。

2)阻抗穩(wěn)定性的度量。生態(tài)系統(tǒng)阻抗穩(wěn)定性的強(qiáng)弱直接影響到系統(tǒng)內(nèi)部功能的正常運(yùn)行。阻抗穩(wěn)定性受生態(tài)系統(tǒng)中主要生態(tài)組分的種類、數(shù)量、時(shí)空分布的異質(zhì)性所制約。景觀等級(jí)以上的自然系統(tǒng)需要有高的異質(zhì)性，因此，生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性可作為阻抗穩(wěn)定性的度量。

對(duì)景觀異質(zhì)性的量化表達(dá)可選用Shannon-Weaver多樣性指數(shù)來進(jìn)行估算，該指標(biāo)既考慮了不同群落類型所占景觀總面積的大小及分布的均勻程度，又考慮了群落類型的多少。

Shannon-Weaver多樣性指數(shù):

式中:Pk為斑塊類型k在景觀中出現(xiàn)的概率;n為景觀中斑塊類型的總數(shù)。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 景觀生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與影響評(píng)價(jià)

對(duì)西藏旁多水利樞紐工程實(shí)施前后評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)各景觀類型優(yōu)勢(shì)度的計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 旁多水利樞紐工程建設(shè)前后斑塊優(yōu)勢(shì)度值

表1數(shù)據(jù)顯示，在評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的各景觀類型中，景觀密度以林地最大，其次為草地;而景觀面積比例則以草地面積最大，占評(píng)價(jià)區(qū)總面積的73.03%，其次為林地，占10.08%。各景觀類型的優(yōu)勢(shì)度排序?yàn)?草地＞林地＞裸地＞耕地＞河灘地＞居民建設(shè)用地＞水域＞沙地＞沼澤＞冰川，這充分說明評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)草地優(yōu)勢(shì)度高，是區(qū)域的景觀基質(zhì)。評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)森林覆蓋率低，裸巖廣布于山體上部，僅在河谷地帶種植青稞、冬小麥等，耕作農(nóng)業(yè)有一定發(fā)展。

旁多水庫(kù)修建后評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的景觀格局發(fā)生了一定的變化。由于水庫(kù)蓄水，造成庫(kù)周及上游的草地、灌木林、旱地、河灘地、居民建設(shè)用地、沙地等景觀發(fā)生不同程度的減少。除草地和耕地外，其它斑塊類型的景觀密度比例均有所降低(冰川除外)。各景觀類型的優(yōu)勢(shì)度排序不變。但水域斑塊因水庫(kù)蓄水使其重要性提高，其優(yōu)勢(shì)度值由建庫(kù)前的0.92%上升到1.18%，其它斑塊的優(yōu)勢(shì)度值相應(yīng)減少或不變，但減少的幅度不大。作為景觀基質(zhì)的草地，其優(yōu)勢(shì)度值從59.90%減少為59.86%，前后變化不大，仍維持在較高的水平。可見，工程實(shí)施和運(yùn)行對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)自然系統(tǒng)的景觀空間結(jié)構(gòu)影響不大。

3.2 景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的現(xiàn)狀與影響評(píng)價(jià)

3.2.1 恢復(fù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)野外調(diào)查和遙感解譯，將評(píng)價(jià)區(qū)劃分為大果圓柏林、砂生槐+杜鵑+薔薇群落、藏北苔草+燈芯草群落、杉葉藻+眼子菜群落、砂生槐+小檗+雜草類群落、杜鵑+蒿草群落、禾草類+雜草草甸、西藏沙棘+雜類草群落、高山蒿草+雜類草群落、高山寒漠、楊+小檗+沙生槐群落、青稞等12種植被類型。評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)草地廣布，以雜類草草叢為主。農(nóng)業(yè)植被分布于拉薩河河谷地帶，面積較小，僅占評(píng)價(jià)區(qū)的3.37%，主要種植青稞、油菜等。評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)各植被類型的面積及其生物量狀況見表2。

表2 旁多水利樞紐工程評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)生物量變化情況

從各植被類型單位面積生物量來看，大果圓柏喬木高達(dá)5～12 m，單株材積最高可達(dá)3.5 m3，生物量最高。其次為砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢和楊+小檗+沙生槐灌叢，單位面積生物量可達(dá)4 800 kg/hm2、2 000 kg/hm2。在草類生態(tài)系統(tǒng)中，禾草類雜草草甸位于低河漫灘，水分條件好，生物量較高，可達(dá)1 000 kg/hm2。旱地等人工植被類型在人為干擾作用下具有較高的生產(chǎn)力。

旁多水庫(kù)建成后，除大果圓柏林、藏北苔草+燈芯草群落、杉葉藻+眼子菜群落、西藏沙棘+雜類草群落和高山寒漠以外，其余7種植被類型的生物量均有不同程度的減少。其中，旱地青稞和沙生槐+杜鵑+薔薇灌叢因單位面積生物量和淹沒面積較大，成為評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)生物量損失最大的植被類型，分別損失了3 006 t/a和4123t/a。從各植被類型生物量的損失比例來看，評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)各植被類型的生物量損失量均較小，其中，比例最高的為禾草類雜草草甸(2.14%)，其次為旱地青稞(1.46%)、砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢(1.21%)，其余各植被類型損失比例均在1%以下，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小。另外，由于水域面積的增加和水文條件的改善，水庫(kù)水域生態(tài)系統(tǒng)的生物量將會(huì)有所增加，一定程度上彌補(bǔ)了陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物量損失。

綜合看來，評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)由于水庫(kù)淹沒所造成的生物量損失對(duì)庫(kù)區(qū)的景觀穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響較弱，且該地區(qū)人口較少，以牧業(yè)為主，工程建設(shè)后現(xiàn)存植被生物量減少不大，其恢復(fù)穩(wěn)定性仍然維持在建庫(kù)前的原有水平，仍能維持當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)的完整性狀態(tài)。

3.2.2 阻抗穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)景觀基質(zhì)是草地景觀，其面積最大，占整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)的73.03%，優(yōu)勢(shì)度值為59.90%。其次為林地景觀，其面積占評(píng)價(jià)區(qū)的10.08%，優(yōu)勢(shì)度值為14.73%，對(duì)維持評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的景觀多樣性和涵養(yǎng)水土具有十分重要的生態(tài)意義。因而，草地和林地植被對(duì)區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能起主導(dǎo)作用，應(yīng)對(duì)其異質(zhì)性程度進(jìn)行估算。景觀異質(zhì)性是指組成評(píng)價(jià)區(qū)林灌草植被的各種植被類型在景觀中分布的空間異質(zhì)性。根據(jù)遙感解譯和野外調(diào)查，獲得各景觀類型的生態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算出各類型在景觀中出現(xiàn)的概率(P值)，見表3。

對(duì)于給定的n(群落類型數(shù))，Shannon-Weaver指數(shù)有最大值Hmax，此時(shí)，各群落類型的面積比例相同，而且各群落斑塊在景觀中分布的均勻程度最大。由表3可見，建庫(kù)前多樣性指數(shù)(H)等于1.964，占Hmax的76.57%，則評(píng)價(jià)范圍內(nèi)群落多樣性程度處于較高水平。但由于項(xiàng)目建設(shè)區(qū)地處高寒地帶，生物生長(zhǎng)緩慢，特殊的地理位置和不良的氣候條件使該區(qū)生態(tài)環(huán)境極為脆弱，一旦破壞，恢復(fù)周期較為漫長(zhǎng)，生態(tài)系統(tǒng)阻抗干擾的能力一般。

表3 評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)植被群落多樣性統(tǒng)計(jì)

旁多水庫(kù)建設(shè)后，將淹沒陸地面積37.89km2，各群落類型在景觀中出現(xiàn)的概率(P值)略有變化。由于評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)旱地主要分布在拉薩河河谷地帶，禾草類雜草草甸主要分布于河流沿岸階地前緣，砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢、砂生槐+小檗+雜草類群落、杜鵑+蒿草群落、蒿草+雜類草群落主要生長(zhǎng)于山麓地帶，因此，被淹沒的植被主要為這5種類型，其P值分別為6.05%、6.89%、28.80%、12.74%、19.74%，比淹沒前有所下降。

水庫(kù)建成后評(píng)價(jià)區(qū)的群落多樣性指數(shù)(H)為1.962，占Hmax的76.49%，比修建水庫(kù)前僅減少了0.078。通過對(duì)旁多水利樞紐工程建設(shè)前后評(píng)價(jià)區(qū)景觀結(jié)構(gòu)、植被生物量和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性狀況的分析可以看出，旁多水庫(kù)的建設(shè)對(duì)區(qū)域生態(tài)完整性的影響較小，不會(huì)造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的較大變化。水庫(kù)興建后，評(píng)價(jià)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)仍能維持原有的穩(wěn)定性和生態(tài)承載力。但由于項(xiàng)目區(qū)地處高寒地帶，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，生物生境一經(jīng)破壞將難以恢復(fù)，因此，在工程施工時(shí)應(yīng)盡量減少對(duì)地表植被的破壞和擾動(dòng)，盡量保護(hù)原有生境，施工結(jié)束后應(yīng)立即恢復(fù)原有植被。

4 結(jié)語

生態(tài)完整性評(píng)價(jià)是非污染生態(tài)影響評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)。景觀生態(tài)學(xué)方法應(yīng)用于水利水電工程生態(tài)影響評(píng)價(jià)，從景觀尺度縱覽整體，符合生態(tài)完整性的要求。通過對(duì)建設(shè)項(xiàng)目建成前后景觀優(yōu)勢(shì)度和穩(wěn)定性的定量分析，可以了解建設(shè)項(xiàng)目建成前后土地利用和植被格局的變化情況，可以對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的總平面布置及輔助工程建設(shè)提出建議。但由于該方法應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短，景觀生態(tài)學(xué)的理論和方法也在不斷完善，故其應(yīng)用時(shí)需根據(jù)具體工程設(shè)計(jì)和環(huán)境特征進(jìn)行研究。

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