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      浙江省苕溪流域生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)分析

      2012-07-16 06:46:46邵雄飛陳增奇
      關(guān)鍵詞:苕溪土地利用斑塊

      邵雄飛 陳 奕 陳增奇

      (浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 杭州 310002)

      1 引言

      苕溪流域位于東徑119~120°、北緯30~31°之間,流域面積4543km2,主流河長(zhǎng)157.8km。整個(gè)流域有兩大源流,東苕溪和西苕溪。流域?qū)僦芯暥葋啛釒Ъ撅L(fēng)氣候季風(fēng)區(qū),氣候溫和,雨量豐沛,流域多年平均降雨量在1466mm 左右。地貌上苕溪流域?qū)僬惚鼻鹆甑貐^(qū),地勢(shì)由南向北傾斜,南部為山區(qū),北部多為平原,全流域山丘面積近70%、水域約6%、平原約24%。行政上苕溪流域覆蓋了杭嘉湖地區(qū)2 個(gè)地級(jí)行政區(qū)(杭州市及湖州市),共涉及6 個(gè)縣(區(qū))。

      苕溪流域是太湖的重要子流域之一,目前對(duì)該流域生態(tài)環(huán)境的研究主要偏重于流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中單因素或單項(xiàng)指標(biāo)的分布特征和變化趨勢(shì)。金婧靚等(2011年)應(yīng)用土壤水體評(píng)價(jià)模型(SWAT)對(duì)苕溪流域徑流量、泥沙、營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷進(jìn)行了模擬計(jì)算,分析了2008年苕溪流域非點(diǎn)源污染的時(shí)空分布特性;陳瑩等(2009年)以西苕溪流域?yàn)檠芯繀^(qū),根據(jù)2002年土地利用數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)15年土地利用/覆被變化的空間格局進(jìn)行了模擬,并在此基礎(chǔ)上模擬分析了3 種土地利用情景對(duì)地表徑流的長(zhǎng)期影響;李兆富等(2006年)以西苕溪流域?yàn)檠芯繀^(qū),通過(guò)對(duì)2000年TM 遙感影像解譯獲得的土地利用數(shù)據(jù),在2004年分3 次監(jiān)測(cè)了各個(gè)小流域出口的總氮濃度,分析了小流域氮素輸出的時(shí)空變化差異以及土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)氮素輸出的影響。

      然而,目前對(duì)整個(gè)苕溪流域各項(xiàng)主要生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)的研究尚顯不足。隨著苕溪流域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,流域內(nèi)出現(xiàn)了許多生態(tài)環(huán)境問題,流域生態(tài)健康問題逐漸受到重視。流域生態(tài)環(huán)境的治理需要因地制宜、突出重點(diǎn)地制定相關(guān)規(guī)劃,而對(duì)流域主要生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)的科學(xué)診斷是一個(gè)基本的前提。

      2 研究區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

      本文選用了覆蓋整個(gè)苕溪流域的TM 遙感影像(數(shù)據(jù)由中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心提供),空間分辨率為30m。經(jīng)了解,自1998年至今,整個(gè)苕溪流域內(nèi)天氣晴朗無(wú)云的影像較少,云量小于10 的共52 景。經(jīng)過(guò)云量、清晰度比較,并以能夠更好地反映流域內(nèi)地物特征作為出發(fā)點(diǎn),本次研究選用三景遙感影像,成像時(shí)間分別為1998年8月11日、2003年7月24日、2008年7月5日。

      遙感數(shù)據(jù)采用ERDAS 進(jìn)行解譯分析,使用ArcGIS 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與后處理,根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料的研究結(jié)果,在對(duì)原始影像進(jìn)行幾何糾正和輻射校正等預(yù)處理后,選取B4、B3和B2 共3個(gè)波段進(jìn)行假彩色合成。

      為了提高遙感影像的解譯精度,在影像處理過(guò)程中對(duì)照了苕溪流域地形圖(萬(wàn)分之一、五萬(wàn)分之一),同時(shí)結(jié)合Google Earth 衛(wèi)星資料,實(shí)地踏勘等方式作為輔助手段進(jìn)行分類,最終得到苕溪流域1998、2003、2008年盛夏的土地利用情況,詳見表1。

      表1 苕溪流域1998~2008年土地利用情況 單位:km2

      3 指標(biāo)與指標(biāo)趨勢(shì)變化的計(jì)算

      3.1 指標(biāo)的選取

      流域生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,因此本文選取的指標(biāo)應(yīng)能綜合反映流域生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢(shì),凸顯歷史發(fā)展情況,并為未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展提供間接信息。在綜合考慮了系統(tǒng)性、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性、可操作性等因素,本文選取林草覆蓋率(R1)、生物豐度指數(shù)(R2)、水面率(R3)、水土流失強(qiáng)度(R4)、景觀指數(shù)(R5-R7)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(R8)6大類別共8 項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子,用來(lái)反映苕溪流域生態(tài)系統(tǒng)的整體特征。

      3.2 指標(biāo)的計(jì)算

      (1)林草覆蓋率(R1)。林草覆蓋率即林草類植被面積占流域總面積的百分比:

      式中:A林為林地面積,km2;A草為草地面積,km2;A總為流域總面積(km2)。

      (2)生物豐度指數(shù)(R2)。生物豐度指數(shù)根據(jù)HJ/T 192-2006《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》推薦的公式進(jìn)行計(jì)算:

      式中:Abio為生物豐度指數(shù)的歸一化系數(shù)(無(wú)量綱);A水為水域濕地面積,km2;A耕為耕地面積km2;A建為建設(shè)用地面積,km2;A未為未利用地面積,km2。

      (3)水面率(R3)。水面率按水域濕地面積占流域總面積的比例計(jì),即:

      (4)水土流失強(qiáng)度(R4)。本文在對(duì)苕溪流域的土壤侵蝕量定量計(jì)算時(shí)采用RUSLE 模型,該模型的基本形式是:

      式中:R4,t/m2;R為降雨侵蝕力因子,J/m2;K為土壤可侵蝕性因子,無(wú)量綱;LS為坡長(zhǎng)、坡度因子,無(wú)量綱;C為覆蓋與管理因子,無(wú)量綱;P為水土保持措施因子,無(wú)量綱。

      (5)景觀指數(shù)(R5-R7)。參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),選擇3 個(gè)景觀水平指數(shù),分別是:連通性(R5)、平均分維數(shù)(R6)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(R7)。各指數(shù)的定義及計(jì)算方法如下:

      式中:i為斑塊類型(i=1,2,...,m);m為景觀中總的斑塊類型;j為斑塊數(shù)目;aij為斑塊ij 的面積;pi為斑塊類型i 所占景觀面積的比例;pij為斑塊ij 所占景觀面積的比例。

      上述指標(biāo)均采用Fragstate 軟件進(jìn)行計(jì)算,指標(biāo)值越大則說(shuō)明斑塊連通性越好,破碎化程度越小,也就越有利于斑塊層面上物質(zhì)能量的交換及生物信息的傳遞和流通。

      (6)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(R8)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)是對(duì)各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行定量研究,即對(duì)自然因素進(jìn)行定量,實(shí)現(xiàn)貨幣化。計(jì)算中采用了我國(guó)學(xué)者謝高地等制定的我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表并使用 ArcGIS進(jìn)行計(jì)算。

      3.3 指標(biāo)變化趨勢(shì)的計(jì)算

      兩次調(diào)查之間狀態(tài)指標(biāo)的變化率采用如下公式計(jì)算:

      分別求得1998~2008年的平均變化率V1998~2008以及2003~2008年的平均變化率V2003~2008后,根據(jù)兩數(shù)值的不同組合情況,將指標(biāo)的變化趨勢(shì)分為10 種情況,并根據(jù)變化趨勢(shì)對(duì)生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的影響程度進(jìn)行了定量化賦值,詳見表2。

      將指標(biāo)的變化趨勢(shì)值根據(jù)程度的大小分成很健康、健康、亞健康、不健康、病態(tài)五個(gè)層次,并分別對(duì)應(yīng)五個(gè)值域,詳見表3。各主要生態(tài)指標(biāo)的變化趨勢(shì)分析結(jié)果詳見表4。

      表2 狀態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)定值表

      表3 苕溪流域生態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)值評(píng)價(jià)表

      表4 指標(biāo)變化趨勢(shì)計(jì)算結(jié)果

      4 結(jié)論與討論

      根據(jù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)可見:

      (1)苕溪流域內(nèi)的林草覆蓋率(R1)、生物豐度指數(shù)(R2)、景觀連通性(R5)近10年略有惡化,近5年有惡化加劇的趨勢(shì),屬于不健康狀態(tài);

      (2)苕溪流域水面率(R3)近10年明顯減少,近5年速度放緩,屬于不健康狀態(tài),必須采取措施防止水面面積的繼續(xù)萎縮;

      (3)苕溪流域的水土流失狀況(R4)近10年略有惡化,近5年惡化放緩,屬于亞健康狀態(tài)。

      (4)景觀指數(shù)的平均分維數(shù)(R6)近10年幾乎無(wú)變化,屬于亞健康狀態(tài);

      (5)香農(nóng)多樣性指數(shù)(R7)近10年略有改善,近5年改善加速,屬于健康狀態(tài);

      (6)苕溪流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(R8)近10年明顯惡化,近5年惡化加劇,屬于“病態(tài)”狀態(tài)。

      由以上分析可以看出:近10年來(lái),隨著苕溪流域內(nèi)城市化進(jìn)程的加快,林草覆蓋面積、水域面積不斷減少;水生、陸生動(dòng)植物棲息環(huán)境逐漸萎縮:生態(tài)環(huán)境受到人類干擾程度增大;生態(tài)系統(tǒng)整體連通性變差;景觀變得分散、破碎;溪流域生態(tài)指標(biāo)的變化趨勢(shì)處于不健康狀態(tài)。這與流域內(nèi)城市發(fā)展建設(shè)占用水域、林草地等有關(guān),因此應(yīng)重視流域內(nèi)水域的占用、減少林草地的占用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境扼制生態(tài)惡化趨勢(shì)、恢復(fù)河流濕地、合理進(jìn)行城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃減少無(wú)序建設(shè)等工作。

      1 金婧靚,王飛兒,戴露瑩等.苕溪流域非點(diǎn)源污染特征及其影響因子[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2011,22(8):2119-2125.

      2 陳瑩,許有鵬,尹義星.基于土地利用/覆被情景分析的長(zhǎng)期水文效應(yīng)研究——以西苕溪流域?yàn)槔齕J].自然資源學(xué)報(bào),2009,24(2):351-359.

      3 李兆富,楊桂山,李恒鵬.西苕溪流域土地利用對(duì)氮素輸出影響研究[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(3):498-502.

      4 楊金紅,尹球,顧松山等.城區(qū)高光譜遙感數(shù)據(jù)假彩色波段組合研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2005,28(3):289-290.

      5 HJ/T192—2006 生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行).

      6 Wischmeier W H,SmithD D.Predicting rainfall erosion losses[R].USDA Agriculture Handbook.U.S.Department of Agriculture,1978:21-22.

      7 Renard K G,Foster G R,Weesies G A,et al.Predicting soil erosion by water:a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation(RUSLE)[M].USDA Handbook,No.537,1997.

      8 鄔建國(guó).景觀生態(tài)學(xué):格局、過(guò)程、尺度與等級(jí)(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2007.

      9 陳文波,肖篤寧,李秀珍.景觀指數(shù)分類、應(yīng)用及構(gòu)建研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(l):l21-125.

      10 楊光梅,李文華,閔慶文.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究進(jìn)展——國(guó)外學(xué)者觀點(diǎn)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(1):205-212.

      11 Costanza R.The value of the world’s ecosystem services and natural capita[J].Nature,1997,387:253-260.

      12 謝高地,魯春霞,冷允法等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價(jià)值評(píng)估[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(2):189-196.

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