加強紅樹林典型海洋生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與保護——國際經(jīng)驗與啟示

閆 楓 漢春偉 丁大勇

(1.中國-東盟環(huán)境保護合作中心，北京 100035;2.國際關系學院，北京 100091)

引言

紅樹林(Mangrove Forest)屬于生長在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶或河流入?？诘哪颈局参锶郝?，是一種適應陸地與海洋過渡帶的特殊森林類型。紅樹林與海岸濕地、上升流和珊瑚礁被認為是最具生命力的四大海洋自然生態(tài)系統(tǒng)，也是全球在濕地生態(tài)保護和生物多樣性保護的重要對象。

從監(jiān)測的角度，紅樹林的分布特點使得實地調查方法難以進行，常規(guī)手段進行準確定位和描繪較為困難，且周期長，時效性差，對其生態(tài)系統(tǒng)進行野外調查、制圖等工作，難度較大。因此，國際上逐漸開始利用遙感技術監(jiān)測紅樹林濕地，以期達到節(jié)省時間、人財物力，并進行快速而準確制圖的目的。遙感技術監(jiān)測使用地理信息系統(tǒng)技術結合生態(tài)學原理，從時間軸的水平和垂直兩個方向，定量分析不同地域的紅樹林生態(tài)系統(tǒng)景觀空間模式的變化，進行綜合對比分析，從而得到較長時間序列上紅樹林整體的時空變化特性，將紅樹林濕地作為開放的系統(tǒng)，綜合自然因素和紅樹林周邊社會經(jīng)濟發(fā)展因素，以定性和定量分析相結合的方式，探討紅樹林時空動態(tài)變化的驅動機制，以期為紅樹林濕地保護、利用和生態(tài)恢復提供科學依據(jù)，為紅樹林保護區(qū)的管理提供理論依據(jù)，為促進生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展提供參考。

1 國外利用空間遙感技術對紅樹林的監(jiān)測分析

1.1 紅樹林遙感監(jiān)測發(fā)展概述

歐美發(fā)達國家憑借技術優(yōu)勢，在利用遙感技術對紅樹林濕地進行調查與評估等方面的研究起步較早。1979年，Lorenzo等利用Landsat MSS數(shù)據(jù)監(jiān)測菲律賓某地紅樹林濕地的退化情況，第一次將遙感技術應用于紅樹林濕地動態(tài)變化監(jiān)測中。進入21世紀以來，米級和厘米級高分辨率數(shù)據(jù)、SAR雷達數(shù)據(jù)和高光譜數(shù)據(jù)的應用進一步提高了紅樹林遙感圖像信息的質量。

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)近期發(fā)布了衛(wèi)星遙感技術對于區(qū)域紅樹林變化情況研究的報告，采取時域分析法對來自6個不同國家(塞內加爾、阿拉伯聯(lián)合酋長國、馬達加斯加、肯尼亞、所羅門群島和印度尼西亞)的10個項目的24個紅樹林試點情況進行分析，以期獲得修復項目實施后紅樹林的恢復情況。項目采取衛(wèi)星影像和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術對紅樹林的增長或者減少進行測繪和監(jiān)測，并嘗試評估相關方法的潛在效益。

在紅樹林恢復項目中，選址考慮了相關參數(shù)，即:選址的穩(wěn)定性、淤積量、土壤特性(如鹽度、pH值、營養(yǎng)成分和粒度)、暴露于海浪和海流的程度、潮汐高度、地下水位、水的鹽度、淡水供應量、病蟲害程度、樹苗存活率、自然再生趨勢等。根據(jù)此研究中引用的文獻，檢測紅樹林最常見的遠程遙感數(shù)據(jù)來自高分辨率(0.45m到1m的分辨率)(如:WorldView，Quickbird，IKONOS)和中等分辨率(如 Landsat，ASTER，IRS，SPOT)的衛(wèi)星圖像。高分辨率的圖像使用虛擬劃分的分類方法。

影響選址的第一個因素是年度紅樹林恢復項目的完成情況，原因是紅樹林的樹冠至少需要3～5年的時間生長才能夠被衛(wèi)星檢測到。因此，許多近期內完成的項目還未納入該研究的樣本中。

影響選址的第二個因素是獲得精確位置。項目用地是根據(jù)它們的投資者和位置細分的。如果幾個位點都出現(xiàn)于同一張圖像并且它們都是由同一個機構資助，這些位點將會被合并成。

評估選址的大小也具有重要意義。通過高分辨率的圖像(0.45m到1m分辨率)能夠對非常小的選址(例如20～500公頃和500～20，000公頃)進行直觀分析。而中等至較大的選址則通過使用更低分辨率的圖像處理技術進行評估。

由于自然紅樹林生態(tài)系統(tǒng)特性有很大的區(qū)別形態(tài)，這對描述選址的形狀和結構是具有一定挑戰(zhàn)性。選址結構的非連續(xù)性和混合性越大，對其進行自動評估的難度就越高。一般情況下，小規(guī)模的選址需要高分辨率的圖像。同時，須對圖像進行全色銳化處理，這一過程是通過裝有粗頻帶和一個全色波段、擁有更高分辨率的多譜衛(wèi)星傳感器進行。通過使用相關的遙感技術，有可能引入高分辨率全色頻帶的亮度信息并使其轉換成其他的波段，從而使研究過程中能夠生成一個多光譜高分辨率圖像。

表1 阿聯(lián)酋項目相關信息數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

表2 阿聯(lián)酋項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

表3 2000-2013年Jubai地區(qū)紅樹林面積變化數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

紅樹林位于馬達加斯加西南部的北方。經(jīng)觀測到的紅樹林范圍長約3100米，寬350米，面積超過500公頃。該地區(qū)紅樹林范圍只增加了3.4公頃，其他植被似乎明顯減少(-73.8%)。

表4 馬達加斯加項目相關信息數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

表5 阿聯(lián)酋項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

表6 2003-2013年Mamelo Onko地區(qū)植被覆蓋的面積變化數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

表7 印度尼西亞Lhok Nga地區(qū)相關信息數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

表8 2005——2012年Lhok Nga地區(qū)植被覆蓋率變化情況數(shù)據(jù)來源:Monitoring the restoration of Mangrove Ecosystems from Space，UNEP，2014

2012年和2005年的對比表明，該地區(qū)紅樹林覆蓋取得了顯著改善。2004年印度洋海嘯破壞了低洼地區(qū)的植被覆蓋，而近期這一地區(qū)的植被恢復良好，已經(jīng)恢復了約38公頃的紅樹林。

研究結論顯示:即使沒有對研究區(qū)域進行明確的標識，或者沒有進行實地調查，使用遙感數(shù)據(jù)技術能夠有效評估紅樹林修復活動也能夠繪制地表變化的圖片。隨著衛(wèi)星傳感器數(shù)量的增加，獲取無云衛(wèi)星圖像更加容易，這就極大豐富了目標地區(qū)衛(wèi)星圖像的數(shù)量。與實地調查相比，遙感能夠提供當?shù)氐娜嬉晥D，而且通過輔助數(shù)據(jù)還有可能觀測到當?shù)貧v史狀態(tài)。但應該認識到衛(wèi)星圖像并不能直接說明不同地區(qū)修復項目失敗或成果的原因，實地調查和遙感技術都是必要的補充過程，地面調查能夠幫助理解修復項目的實際情況，沒有實地調查，就無法進一步評估研究分類的精確性，高分辨率衛(wèi)星獲得的原始數(shù)據(jù)將被用于檢測運算法則的質量。同時，還必須注意紅樹林和其他熱帶作物的區(qū)分，因為無論是在沿岸還是在內陸，二者在衛(wèi)星圖像中都很容易被混淆，而且把它們與空間進行有效區(qū)分也具有挑戰(zhàn)性。

1.2 國外紅樹林保護與碳匯的相關實踐

紅樹林系統(tǒng)是世界上碳匯儲量最為豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一，并能提供寶貴的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務，例如漁業(yè)資源、穩(wěn)固海岸線、沉積營養(yǎng)物質和提供生態(tài)多樣性棲息地。

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署于2014年發(fā)布了研究報告3，在喀麥隆、加蓬共和國，剛果民主共和國和剛果共和國等中非國家開展評估碳庫、生態(tài)系統(tǒng)和綜合效益的情況。研究表明，中非地區(qū)紅樹林的碳儲量高出世界其他生態(tài)系統(tǒng)。REDD+機制能夠鼓勵并支持森林的保護、可持續(xù)管理以及森林碳儲量的增長。對國家REDD+機制下紅樹林發(fā)展強有力的案例分析，可成為未來紅樹林生態(tài)系統(tǒng)地區(qū)研究和國內研究的重要參考，同時也能成為制定減緩和適應氣候變化戰(zhàn)略的基線參考。

表9 中非國家紅樹林覆蓋變化

表10 保護區(qū)內紅樹林損失率

報告還指出，由于REDD+進程不僅有潛力為紅樹林發(fā)展吸引額外的資金支持，還可針對紅樹林砍伐現(xiàn)象設計一個綜合全面且基于政策的解決方案。

2 我國紅樹林監(jiān)測與保護的現(xiàn)狀

中國紅樹林生長區(qū)，包括中國大陸南部和東南部海岸，以及海南島全部海岸和臺灣西部海岸，岸線長度約為14000公里，主要分布于東南沿海8個省區(qū)，涉及:廣西、廣東、海南、福建、浙江，還包括香港、澳門和臺灣地區(qū)，共同構成了南部和東南部海岸保護帶。從中國紅樹林監(jiān)測結果分析，2000年前存在面積大幅下降的過程，全國紅樹林面積目前不足230平方公里。有數(shù)據(jù)顯示，紅樹林帶寬度100m，高度4～6m，消浪效果可達80%以上。同時，其盤根錯節(jié)的根系，能有效滯留陸地來沙，減少近岸海域的含沙量，加速海灘淤泥的沉積，使海岸不斷向大海延伸。

據(jù)統(tǒng)計，1980年、1990年、2000年、2010年和2013年，中國紅樹林的總面積分別為22450、20430、18587、20776和32077平方公里。通過對景觀格局指數(shù)變動的分析，2000年后雖然紅樹林的面積劇烈增加，但景觀破碎程度并沒有改善。中國紅樹林斑塊不斷碎片化，形狀趨于不規(guī)則，復雜度增加，紅樹林斑塊離散程度增大，連通性降低，景觀結構變化，在一定程度上影響其生態(tài)系統(tǒng)功能。

紅樹林面積的迅速減少已引起政府和地方對紅樹林生態(tài)系的保護，開展了一些相應的工作，如建立保護區(qū)、人工種植等，但也面臨一些其他問題。例如成規(guī)模的原生紅樹林已所剩不多，紅樹林質量比較差，衰退速度很快，樹的種類越來越少，生物多樣性減弱，常見種類不斷減少。大規(guī)模海堤建設對紅樹林的負面作用開始顯現(xiàn)。海堤斷阻隔了海洋生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的能流、物流和信息流，改變了紅樹林區(qū)的水文特征。

目前，我國還沒有建立起紅樹林長期跟蹤的監(jiān)測系統(tǒng)，對于紅樹林的容量和密度還缺乏系統(tǒng)的監(jiān)測和規(guī)劃。從保護實踐效果上，較好的做法是通過配套建設適應紅樹林地區(qū)生態(tài)化的服務設施、生態(tài)旅游設施等，形成生態(tài)和經(jīng)濟效益，從而轉變當?shù)亟?jīng)濟及生產(chǎn)方式，更好地保護紅樹林生態(tài)系統(tǒng)。

3 結論

從全球已有對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測和分析研究結論看，紅樹林對于沿海生態(tài)和居民安全具有重要意義，紅樹林被認為是高效的海洋生態(tài)系統(tǒng)。同時，紅樹林地處海陸交錯帶，系統(tǒng)緩沖能力弱，極易遭到破壞，破壞后很難恢復原狀。過去幾十年，人類對紅樹林的侵占和砍伐、水文條件的改變、氣候變化和水域污染等原因致使紅樹林資源急劇減少，在此期間全球約35%的紅樹林消失，其破壞和消失的速率大于熱帶雨林和其他內陸森林。

從今后的研究和管理方式上，應把握紅樹林生態(tài)系統(tǒng)及其變動規(guī)律，并以此提出一系列量化指標，掌握紅樹林的重要物種、重要過程、重要機制，并建立紅樹林管理體系。采取綜合措施，加強對紅樹林管理與保護研究、開展對紅樹林退化及敏感生態(tài)區(qū)域進行污染治理和生態(tài)修復，恢復紅樹林功能和其生物多樣性，提高濕地凈化功能，優(yōu)化濕地生態(tài)系統(tǒng)。同時，加大對紅樹林地區(qū)的動態(tài)監(jiān)測，并在對紅樹林濕地資源調查和監(jiān)測的基礎上，建立和更新紅樹林地區(qū)的綜合環(huán)境監(jiān)測檔案，以便長周期比較。借鑒相關國際經(jīng)驗，統(tǒng)籌考慮外圍保護水域、濕地公園和紅樹林濕地景觀控制區(qū)內的開發(fā)建設活動。同時，對紅樹林濕地實行分區(qū)管理，按照核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)的劃分，進行分類保護管理，并構建與紅樹林保護相關的生態(tài)補償配套辦法。

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