三江平原孤立濕地空間分布及其影響因素

劉吉平, 董春月, 劉家福, 鄭凱俊

吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 四平　136000

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三江平原孤立濕地空間分布及其影響因素

劉吉平*, 董春月, 劉家福, 鄭凱俊

吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 四平136000

摘要:以遙感影像為數(shù)據(jù)源,結(jié)合GIS技術(shù),利用空間分析與統(tǒng)計方法對三江平原孤立濕地空間分布特征及影響因素進(jìn)行定量分析。研究結(jié)果表明：孤立濕地的質(zhì)心偏向西南,其橢圓的長軸方向?yàn)闁|北-西南方向,橢圓周長面積比大于全部濕地(沼澤濕地、河流濕地和湖泊濕地)橢圓周長面積比,分散性明顯；孤立濕地的熱點(diǎn)地區(qū)主要有3個,主要分布在受人為干擾影響較大的三江平原的中部、西北部和西南部；在自然因素影響下,孤立濕地于海拔高度51—54m、坡度1—3度、距離河流12—16km、河流階地地貌部位處達(dá)到最大值；受人為因素的影響,孤立濕地主要分布在居民點(diǎn)、道路和保護(hù)區(qū)附近,與排水溝渠之間的關(guān)系是隨著距離的增加,孤立濕地數(shù)量呈先增加后減少的趨勢。三江平原孤立濕地空間分布是自然因素和人為因素綜合作用的結(jié)果,人類活動對孤立濕地和非孤立濕地空間分布格局具有不同的影響,應(yīng)加強(qiáng)對孤立濕地的保護(hù)。

關(guān)鍵詞：孤立濕地；空間分布；影響因素；空間分析；三江平原

濕地是重要的自然資源,是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一,與人類生存發(fā)展息息相關(guān)[1]。近幾十年來,隨著全球氣候變化和人類活動的加劇,濕地景觀結(jié)構(gòu)正在發(fā)生嚴(yán)重變化,除保護(hù)區(qū)和人類活動較少的地區(qū)外,大面積濕地已嚴(yán)重破碎化,破碎化后的濕地面積較小、相對分散,與大面積濕地形成最明顯的對比,形成相對孤立的濕地[2]。對術(shù)語“孤立濕地”的定義國外進(jìn)行較早,美國官方將孤立濕地定義為與可流動水體不相鄰或不通過地表水相聯(lián)系的濕地[3],而我國僅提出了與孤立濕地相關(guān)的概念,如“環(huán)型濕地”[4- 11]、“碟型洼地”[12- 13]、濕地的“景觀破碎化”[14- 17]等。本文把“孤立濕地”定義為與其他地表水體缺乏聯(lián)系且在景觀上相對孤立的濕地[2]。

近些年,眾多學(xué)者對濕地空間分布及影響因素進(jìn)行了大量研究[18- 27],如許鳳嬌等對中國湖泊沼澤濕地空間分布規(guī)律進(jìn)行研究[20],劉雁等對吉林省西部地區(qū)濕地空間格局變化及熱點(diǎn)地區(qū)的研究[22],黃妮等對三江平原自然濕地分布特征進(jìn)行研究[25],但是對孤立濕地的空間分布及影響因素的研究尚不多見。由于孤立濕地具有氣候功能(保持全球碳平衡、調(diào)節(jié)小氣候)[9- 10,28]、水文水質(zhì)功能(調(diào)節(jié)徑流、均化洪峰、蓄水和自身調(diào)溫、凈化過濾)[9,29]和生境功能(生物多樣性的保護(hù)、生物遷徙的踏腳石、獨(dú)特種的保護(hù))[2,30]等功能,所以研究孤立濕地的空間分布規(guī)律及其影響因素,對濕地的保護(hù)與管理具有重要的科學(xué)意義。本文以濕地變化較為劇烈的三江平原為研究區(qū)域,利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)研究三江平原孤立濕地的空間分布特征,并定量分析其影響因素,在此基礎(chǔ)上提出濕地保護(hù)與管理的對策與建議。

1研究區(qū)域與方法

1.1研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于三江平原東北部,黑龍江省撫遠(yuǎn)縣和同江市境內(nèi),黑龍江和烏蘇里江匯流的三角地帶,位于47°19′47″—48°27′56″N,132°49′59″—135°05′26″E[31],選取該區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)的主要原因是：本區(qū)河流眾多(如黑龍江、烏蘇里江、鴨綠河、濃江、別拉洪河等河流),形成低沖積平原,在自然因子作用下地勢低洼地區(qū)形成大量濕地,為本文的濕地研究提供了客觀條件。該研究區(qū),屬于溫帶濕潤半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,多年平均降雨量為595.7mm,降雨量年內(nèi)分配不均,主要集中在7、8月,盛行偏西風(fēng)。研究區(qū)域以低沖積平原為主,地勢由西南向東北傾斜,地貌類型包括河谷、臺地、低山、丘陵等。主要的濕地土壤類型為潛育化白漿土、沼澤土和泥炭土。植物區(qū)系組成屬于長白植物區(qū)系,主要景觀類型為沼澤、灌叢、林地、河流、湖泊、農(nóng)田、居民點(diǎn)等。研究區(qū)內(nèi)有3個國家級濕地自然保護(hù)區(qū): 洪河國家級自然保護(hù)區(qū)、三江濕地自然保護(hù)區(qū)和八岔島國家級自然保護(hù)區(qū)。該區(qū)面積為12800km2,人口15.5 萬。建國以來,經(jīng)歷了4次農(nóng)業(yè)大開發(fā),濕地面積由建國初期的5340km2變?yōu)?010年的1890km2,減少了3450km2[32]。

1.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了分析孤立濕地的空間分布特征,本文利用遙感影像提取孤立濕地,選取的是2010年6月份的SPOT5衛(wèi)星影像,該影像時段選擇適當(dāng),空間信息清晰,空間分辨率為5m,能滿足孤立濕地信息的提取需要。對2010年SPOT5遙感影像進(jìn)行人工解譯,制作2010年孤立濕地分布現(xiàn)狀圖。在解譯數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,考慮交通可達(dá)性,隨機(jī)布設(shè)野外驗(yàn)證點(diǎn),共考察1207個野外驗(yàn)證點(diǎn),其中正確解譯點(diǎn)位為1147個,準(zhǔn)確率達(dá)到95%,調(diào)查驗(yàn)證區(qū)域占孤立濕地斑塊總解譯面積的20.9%,解譯精度及驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)量滿足判定要求。

結(jié)合三江平原的實(shí)際情況,選擇影響濕地變化的7個自然因素(地貌、坡度、坡向、海拔高度、與河流距離、年平均氣溫、年降雨量)和4個社會因素(與居民點(diǎn)的距離、與道路的距離、與排水溝渠的距離、與保護(hù)區(qū)的距離)。年平均氣溫和年平均降雨量數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://www.escience.gov.cn/metdata/page/index.html)；地形因素中的海拔高度、坡度和坡向則直接由三江平原地區(qū)DEM數(shù)據(jù)提取而來；地貌因素是直接對三江平原地貌圖數(shù)字化處理,并進(jìn)行歸類合并,得到三江平原地貌矢量圖；河流和居民點(diǎn)是通過提取三江平原土地利用圖而獲得的,然后進(jìn)行緩沖區(qū)分析,得到各單元距河流和居民點(diǎn)的距離；保護(hù)區(qū)是直接數(shù)字化研究區(qū)中各自然保護(hù)區(qū)的規(guī)劃圖；道路和排水溝渠直接數(shù)字化研究區(qū)的行政區(qū)劃圖獲得。

1.3研究方法

本文利用ArcGIS9.3熱點(diǎn)分析研究孤立濕地空間分布的冷、熱點(diǎn),用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析孤立濕地與全部濕地(沼澤濕地、河流濕地和湖泊濕地)空間分布格局的差異性。熱點(diǎn)分析對某個要素計算Gi*統(tǒng)計值,得到Z得分,可以知道高值或低值要素在空間上發(fā)生聚類的位置,Z得分越高,高值(熱點(diǎn))的聚類就越緊密,負(fù)Z得分越低,低值(冷點(diǎn))的聚類就越緊密,以孤立濕地的面積為研究對象進(jìn)行熱點(diǎn)分析。

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓是空間統(tǒng)計方法中能夠精確地揭示地理事物空間格局特征的常用方法,通過以質(zhì)心、長軸、短軸、周長、面積等為基本參數(shù)的空間分布橢圓定量描述地理要素空間分布的中心性、展布性、方向性、空間形態(tài)等特征[33]。橢圓的質(zhì)心表示地理事物的空間分布的相對位置,可以反映地理事物分布的中心性；橢圓的面積可以反映地理事物分布的密集性；橢圓的形狀可以反映地理事物分布的形態(tài),通過橢圓的周長面積比來表示,其值越大,表示地理事物越分散；橢圓長軸的方向表示地理事物分布的主體方向,通過方位角體現(xiàn),即從標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的頂點(diǎn)開始按順時針進(jìn)行測量的長軸的旋轉(zhuǎn)角度[33-38]。

在不同情景下,通過描述地理要素質(zhì)心分布、密集性和方向的變化特征,有利于分析濕地分布格局的變化。利用ArcGIS9.3的空間統(tǒng)計分析,分別計算出孤立濕地和全部濕地(沼澤濕地、河流濕地和湖泊濕地)的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓,分析其差異性。然后利用GIS的空間疊加分析,將孤立濕地分布圖與影響因素圖相疊加,統(tǒng)計出各影響因素對孤立濕地分布面積和個數(shù)的影響。

2結(jié)果與分析

2.1孤立濕地的空間分布特征

圖1　全部濕地與孤立濕地標(biāo)準(zhǔn)差橢圓及其質(zhì)心[31]　Fig.1　Standard deviation ellipse and mean center of the whole wetlands and isolated wetlands[31]

三江平原是中國沼澤濕地的重要分布區(qū),受人類活動、氣候變化、地質(zhì)運(yùn)動等因素的影響,形成大量孤立濕地,孤立濕地已成為三江平原濕地的重要組成部分[39]。解譯得到研究區(qū)分布著5780個孤立濕地(單個孤立濕地最小面積為6000m2),總面積為614.5km2。為了進(jìn)一步分析三江平原孤立濕地空間分布特征,本文利用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓進(jìn)行分析(圖1[31],表1)。

由圖1可以看出,三江平原濕地質(zhì)心偏向東北,與邊界中心的距離為24.60km,而孤立濕地的質(zhì)心偏向西南,與邊界中心距離為6.97km,這主要由于三江平原東北部建立了3個濕地自然保護(hù)區(qū),加大對濕地保護(hù)力度,從而減緩濕地退化速度,大面積的濕地分布于此,而西南部受人為干擾影響較大,加劇了濕地破碎化程度,造成此地孤立濕地的數(shù)量增加；全部濕地與孤立濕地橢圓的長軸方向都為東北-西南方向,但全部濕地橢圓主軸方向更偏北一些；孤立濕地橢圓周長面積比大于全部濕地橢圓周長面積比,說明前者具有分散性,后者具有聚集性(表1)。

表1　全部濕地與孤立濕地標(biāo)準(zhǔn)差橢圓統(tǒng)計值

圖2　孤立濕地空間分布的Z得分[31]Fig.2　The spatial distribution of Z score of isolated wetlands[31]

利用ArcGIS9.3軟件得到三江平原孤立濕地空間分布熱點(diǎn)圖(圖2)[31],可以看出,熱點(diǎn)地區(qū)主要有3個,分布在三江平原的中部(洪河保護(hù)區(qū)周邊地區(qū))、西北部和西南部；冷點(diǎn)地區(qū)主要有兩個,分別位于東南部的別拉洪河流域和中西部。孤立濕地主要分布在受人為干擾較為強(qiáng)烈的地區(qū),說明相對于自然因素,人為因素是導(dǎo)致孤立濕地形成的主要原因。

2.2孤立濕地空間分布的影響因素2.2.1自然因素

(1)氣候因素

濕地是對氣候變化最敏感的生態(tài)系統(tǒng)[40-42],其組成、結(jié)構(gòu)、分布和功能等都與氣候因子密切相關(guān),氣候變化必將對濕地生態(tài)系統(tǒng)造成深刻影響[28]。以位于研究區(qū)內(nèi)的同江市氣象站的氣象資料,分析氣候變化對三江平原孤立濕地的影響。由表2可以看出,1955—2010年,三江平原氣溫有逐漸升高的趨勢,年平均氣溫升高了1.5℃,降水量有逐漸下降的趨勢,年平均降水量降低了74.9mm。氣溫升高,蒸發(fā)量增大,降水量下降,直接減少了濕地的水源補(bǔ)給,都會造成濕地的喪失和退化,濕地面積的減少,濕地生態(tài)系統(tǒng)的逆向演替造成的濕地退化都會使孤立濕地的數(shù)量增加。

表2　同江市1955—2010年氣溫和降水量變化

(2)地形地貌因素

地形地貌是影響孤立濕地形成和空間分布的主要因素,直接控制了區(qū)域相對負(fù)地形的分布并決定區(qū)域水流的特點(diǎn),對水分和熱量進(jìn)行再分配[43]。孤立濕地一般形成于地表過濕、或有薄層積水的環(huán)境,負(fù)地貌最為有利。同樣,地形地貌也影響到孤立濕地的難易開發(fā)程度,進(jìn)而影響到孤立濕地的喪失程度和喪失時期[2],利用GIS的空間分析工具,結(jié)合研究區(qū)的DEM和地貌圖,得到孤立濕地的空間分布與海拔高度、坡度、坡向和地貌的之間的關(guān)系(圖3—圖6)[31]。

圖3　孤立濕地的分布與海拔高度的關(guān)系[31]Fig.3　The relationship between the distribution of isolated wetlands and the altitude[31]

隨著海拔高度的增加,單位面積孤立濕地數(shù)量和孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比均呈先增加后減少的趨勢(圖3)[31],于海拔高度51—53m處單位面積孤立濕地數(shù)量達(dá)到最大值,為0.6個/km2,同時該海拔高度帶也是孤立濕地數(shù)量最多的區(qū)域,為1092個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的18.89%,這是由于該海拔高度適合農(nóng)田的開墾,原有大面積濕地被開墾為農(nóng)田,加劇濕地破碎化程度[39],孤立濕地數(shù)量達(dá)到最多。而在53—54m處,原有濕地面積就較大,所以在該海拔高度孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比達(dá)到最高,為2.46%。

隨著坡度的增加,孤立濕地的數(shù)量和面積逐漸減少。坡度1—3°處,單位面積孤立濕地數(shù)量最多,孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比最高,分別為0.53個/km2和1.85%,同時該坡度帶也是孤立濕地數(shù)量最多的區(qū)域,為3552個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的61.45%(圖4)[31]。由于0—1°可開墾濕地面積的減少以及農(nóng)業(yè)機(jī)械化能力的加強(qiáng),而1—3°處農(nóng)田大面積增加,造成1—3°處孤立濕地演化程度最明顯[44]。

圖4　孤立濕地的分布與坡度的關(guān)系[31]Fig.4　Relationship between the distribution of isolated wetlands and the slope[31]

坡向225—315°處單位面積孤立濕地數(shù)量最多,為0.48個/km2,在該坡向處孤立濕地面積占所在分區(qū)面積卻最少,為0.61%(圖5)[31],說明在該坡向處,濕地破碎化嚴(yán)重,單個孤立濕地的面積均較小。而坡向315—360°處孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比最高為4.33%(圖5),由于315—360°處為陰坡,蒸發(fā)較小,濕地植被發(fā)育情況較好,為濕地的形成提供了有利條件。坡向135—225°處是孤立濕地數(shù)量最多的區(qū)域,為1547個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的26.76%,但是該坡向處孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比僅為1.36%,由于坡向135—225°為陽坡,水分條件較差,不利于濕地的發(fā)育,但是該坡向的光照條件較好,利于農(nóng)田的發(fā)展,受人為干擾的影響,破壞了濕地的連通性,孤立濕地數(shù)量達(dá)到最多[45]。

圖5　孤立濕地的分布與坡向的關(guān)系[31]Fig.5　Relationship between the distribution of isolated wetlands and the slope direction[31]

圖6　孤立濕地的分布與地貌類型的關(guān)系Fig.6　Relationship between the distribution of isolated wetlands and the types of landforms

在各地貌類型處,單位面積孤立濕地數(shù)量和孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比分布規(guī)律一致。其中河流階地處,單位面積孤立濕地數(shù)量最多,孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比最高,分別為0.56個/km2和2.03%,同時該地貌類型處也是孤立濕地數(shù)量最多的區(qū)域,為3412個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的59.04%(圖6)[31]。階地沼澤就是分布在階地上的洼地沼澤,大部分為孤立濕地,由于古冰丘湖在三江平原地區(qū)有其獨(dú)特的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征,并廣泛發(fā)育。晚更新世晚期的冰丘群,隨著氣候的逐漸變暖,冰丘內(nèi)的冰核逐漸消融,變?yōu)橥莸?洼地主要依靠大氣降水蓄水,逐漸發(fā)育成沼澤[46],除此之外,冰緣熱喀斯特作用也是促使階地沼澤形成的重要原因,由于冰緣環(huán)境中堆積層中含水量有多種不同形式的地下水,受熱融化后,形成熱融洼地,成為湖塘或發(fā)育沼澤[47],而且河流階地,地勢低平,土壤肥沃,水源補(bǔ)給好,容易形成沼澤濕地,同時也為大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)提供了較好的自然條件,在農(nóng)田地勢較低處殘留下一些濕地,大量孤立濕地就此形成[39]。而在低山丘陵處,地勢較高,坡度較大,不利于農(nóng)田的開墾,受人為干擾程度較小,所以單位面積孤立濕地數(shù)量最小,孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比最低。

(3)水文因素

水文因素是孤立濕地形成和發(fā)育的先決條件,水量、水質(zhì)、水文狀況、水源補(bǔ)給持續(xù)程度和水分狀況導(dǎo)致的穩(wěn)定程度都是制約孤立濕地形成和發(fā)育的因素,因此,與氣候因素相比,水文因素對孤立濕地形成和發(fā)育的作用更為直接。三江平原是由黑龍江、松花江和烏蘇里江沖積而形成的沼澤性平原,這些都為該區(qū)孤立濕地的形成和維持提供了良好的水文條件。近年來該區(qū)河流的徑流量和徑流深度呈現(xiàn)下降的趨勢,造成孤立濕地的生態(tài)水文環(huán)境發(fā)生了極大的變化,濕地水資源短缺嚴(yán)重,濕地面臨著喪失和退化的威脅。

孤立濕地的分布與距河流與湖泊的距離有一定的關(guān)系,隨著距離的增加,單位面積孤立濕地數(shù)量和孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比隨著距離河流距離增加呈先增加后減少的趨勢(圖7)[31]。距離河流湖泊較近處的濕地,與河流湖泊有較強(qiáng)的聯(lián)系而不能形成孤立濕地,距離河流湖泊距離太遠(yuǎn),由于水分的缺乏而不易形成濕地,而在距離河流湖泊距離12—16km處,與河流湖泊的聯(lián)系較弱,同時也易形成濕地,造成單位面積孤立濕地數(shù)量和孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比在此區(qū)域達(dá)到最大值,分別為0.62個/km2和2.06%,但該帶并不是孤立濕地數(shù)量最多的區(qū)域,孤立濕地數(shù)量最多處為4—8km,為1727個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的29.88%,在河流作用下,形成的古河道、牛軛湖、迂回扇為湖塘和沼澤濕地的發(fā)育和形成起到基質(zhì)作用,為孤立濕地的形成提供了條件[39]。

圖7　孤立濕地的分布與距河流湖泊距離的關(guān)系[31]Fig.7　The relationship between the distribution of isolated wetlands and the distance from the river and lake[31]

2.2.2人為因素

人為因素在三江平原孤立濕地形成過程中起到關(guān)鍵性作用,主要包括人口因素、城市化進(jìn)程、農(nóng)場開發(fā)、保護(hù)區(qū)建立、法律和政策等。1954—2010年三江平原經(jīng)歷了4次開荒高潮。第1次開發(fā)階段始于1956年,一方面當(dāng)?shù)睾屯獾卮罅恳泼袷苷畨ɑ恼叩墓奈?在互助組和合作社的組織下開始開荒,另一方面10萬轉(zhuǎn)業(yè)官兵在此地建設(shè)了數(shù)十個大型農(nóng)場。1965年以后,數(shù)百萬城市青年在“文化大革命”期間上山下鄉(xiāng),三江平原接受了數(shù)10萬城市知識青年,開始了第2次大規(guī)模開發(fā)階段。1976年后,中國進(jìn)入經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段,國家對農(nóng)場墾區(qū)進(jìn)行了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化試點(diǎn),第3次開發(fā)持續(xù)到1982年,結(jié)果導(dǎo)致沼澤濕地、草地和林地的大面積喪失。第4次開發(fā)階段是1986—1998年期間,政府鼓勵各種投資,由于剩余的濕地主要是沼澤,因此開發(fā)的第一步需要修建排水網(wǎng)絡(luò)和道路系統(tǒng)。如1967—2005年內(nèi),在別拉洪河流域完成排水渠4343條,長度5812.8km[48],撓力河流域水渠數(shù)量由20世紀(jì)80年代的1234條增加到2000年的13546條,增加了10倍多。排水溝渠擾亂了流域的自然水文格局,破壞了流域的整體性,導(dǎo)致流域濕地景觀破碎化,形成大量孤立濕地。

(1) 居民點(diǎn)和道路

孤立濕地的分布與距居民點(diǎn)的距離有一定的關(guān)系,隨著距離的增加孤立濕地數(shù)量和面積逐漸減少,孤立濕地主要分布在距居民點(diǎn)0—8km處,8km外急劇減少(圖8)[31]。距離居民點(diǎn)越近,受人為干擾越顯著,濕地的整體性遭到破壞,濕地破碎化增強(qiáng),孤立濕地數(shù)量增多[43]。但單位面積孤立濕地數(shù)量和孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比的最大值并不出現(xiàn)在0—2km處,而是出現(xiàn)在2—4km處,分別為0.48個/km2和1.73%。

圖8　孤立濕地的分布與距居民點(diǎn)距離的關(guān)系[31]Fig.8　The relationship between the distribution of isolated wetlands and the distance of the residents[31]

圖9　孤立濕地的分布與距道路距離的關(guān)系[31]Fig.9　The relationship between the distribution of isolated wetlands and the distance from the road[31]

孤立濕地的分布與距道路的距離有一定的關(guān)系,隨著距離的增加孤立濕地數(shù)量和面積逐漸減少,孤立濕地主要分布在距道路0—6km處,6km外急劇減少(圖9)[31]。孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比的最大值出現(xiàn)在2—4km處,為1.79%,說明該區(qū)原有濕地發(fā)育較好,分布在此的濕地面積也較大。而單位面積孤立濕地數(shù)量最大值出現(xiàn)在道路附近0—2km處,為0.46個/km2,同時該區(qū)也是孤立濕地數(shù)量最多的區(qū)域,為3429個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的59.33%,由于道路的建設(shè)及隨之而來的邊界效應(yīng)(如城鎮(zhèn)建設(shè))占用大量濕地,而較難利用的低平濕地則被殘留下來,形成了孤立濕地[49],而0—2km這個范圍是距離道路最近的區(qū)域,所以破碎化最為嚴(yán)重,孤立濕地的數(shù)量和單位面積孤立濕地數(shù)量也就最多。

(2)排水溝渠

孤立濕地的分布與距排水溝渠的距離有一定的關(guān)系,隨著距離的增加單位面積孤立濕地數(shù)量呈先增加后減少的趨勢,最大值出現(xiàn)在距排水溝渠2—4km處,為0.51個/km2(圖10)[31],說明孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比隨著距離的增加而減少,最大值出現(xiàn)在在距排水溝渠0—1km處,為1.61%,同時孤立濕地數(shù)量在該區(qū)最多,為2387個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的41.30%,說明在0—1km處,原有濕地發(fā)育良好,無論是濕地面積還是濕地的整體性都較好,而最大單位面積孤立濕地數(shù)量出現(xiàn)在距排水溝渠2—4km處,由于該區(qū)域原有濕地發(fā)育情況沒有0—1km處好,同時排水溝渠的修建使原有連片分布的濕地被分割,破壞了濕地的連通性,加速濕地破碎化進(jìn)程[50-51]。

圖10　孤立濕地的分布與距排水溝渠距離的關(guān)系[31]Fig.10　The relationship between the distribution of isolated wetlands and the distance from the drainage ditches[31]

(3)保護(hù)政策

1992年中國加入《濕地公約》,重視濕地保護(hù)與恢復(fù),1994年《中國生物多樣性行動計劃》實(shí)行,三江平原成為國家高度重視的濕地保護(hù)區(qū)域之一,1998年黑龍江省政府決定在省內(nèi)停止任何形式的濕地開發(fā),2003年黑龍江省人大常委會討論通過《黑龍江省濕地保護(hù)條例》等等。與此同時,國家這一時期興建了大量國家自然保護(hù)區(qū),如三江自然保護(hù)區(qū)(1992年)、八岔島自然保護(hù)區(qū)(1994年)、洪河國家級自然保護(hù)區(qū)(1994年)等,20世紀(jì)90年代還提出用于濕地恢復(fù)的退耕還濕政策,保護(hù)三江平原濕地,因此在國家政策的強(qiáng)制調(diào)控下,濕地面積變化較緩和。

在空間分布上,距保護(hù)區(qū)距離越近,孤立濕地的數(shù)量與面積越大(圖11)[31]。距離保護(hù)區(qū)0—10km處,單位面積孤立濕地數(shù)量最多,孤立濕地面積占所在分區(qū)面積的百分比最高,分別為0.83個/km2和2.72%,同時該帶也是孤立濕地數(shù)量最多的區(qū)域,為2073個,占整個研究區(qū)孤立濕地總量的35.87%,保護(hù)區(qū)的建立雖然使保護(hù)區(qū)內(nèi)的濕地面積變化得到緩和,但是保護(hù)區(qū)外的濕地面積還是受到人為干擾的影響,在0—10km是距離保護(hù)區(qū)最近的距離,也是受人為干擾最強(qiáng)烈的區(qū)域,所以在此區(qū)域孤立濕地的數(shù)量最多、孤立濕地面積所占分區(qū)面積百分比也最高。距離保護(hù)區(qū)40km以外,由于受人為干擾影響較小,孤立濕地的數(shù)量與面積急劇下降,說明保護(hù)區(qū)對孤立濕地的保護(hù)具有一定的意義[23]。

圖11　孤立濕地的分布與距保護(hù)區(qū)距離的關(guān)系[31]Fig.11　The relationship between the distribution of isolated wetlands and the distance of the protection zone[31]

3討論與結(jié)論

3.1結(jié)論

(1) 孤立濕地已成為三江平原濕地的主要類型與重要組成部分。2010年研究區(qū)有5780個孤立濕地,總面積為614.5km2,主要分布在受人為干擾影響較大的三江平原的中部、西北部和西南部,孤立濕地的整體分布格局呈東北-西南走向。與全部濕地的空間分布相比,孤立濕地的質(zhì)心偏向西南,具有更強(qiáng)的分散性。

(2)自然因素和人為因素是影響三江平原孤立濕地空間分布的主要驅(qū)動因子。地形地貌和水文因素影響到孤立濕地的空間分布格局,孤立濕地面積與數(shù)量于海拔高度51—54m、坡度1—3°、距離河流12—16km、河流階地地貌部位處達(dá)到最大值；受人為因素的影響,孤立濕地主要分布在居民點(diǎn)、道路和保護(hù)區(qū)附近,與排水溝渠之間的關(guān)系是隨著距離的增加,孤立濕地數(shù)量呈先增加后減少的趨勢。

3.2討論

三江平原孤立濕地和非孤立濕地空間分布特征存在明顯差異,孤立濕地主要分布在居民點(diǎn)和道路附近,其數(shù)量和面積隨著距離的增加而逐漸減少,而非孤立濕地在居民點(diǎn)和道路附近分布相對較少,隨著距居民點(diǎn)距離的增加,呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,隨著距道路距離的增加,呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,最大值分布在4—6km處(圖12)。距離居民點(diǎn)和道路越近,人類干擾度越大,濕地破碎化越嚴(yán)重,孤立濕地數(shù)量越多,這與孫永光對河口濕地研究得出的人類干擾度與斑塊數(shù)量呈正相關(guān)的結(jié)論相一致[52]。距離居民點(diǎn)和道路越遠(yuǎn),人類干擾度越小,濕地破碎化程度越小,非孤立濕地的面積越大。趙海迪對三江源區(qū)人類干擾與濕地空間變化關(guān)系進(jìn)行研究,表明隨著人類干擾強(qiáng)度的減少,濕地率逐漸增加[53],這與所得出的非孤立濕地與人類干擾呈負(fù)相關(guān)相一致。說明人為因素是影響濕地空間分布的主要因素,但人類活動對孤立濕地和非孤立濕地空間分布格局具有不同的影響。

圖12　非孤立濕地的分布與距居民點(diǎn)和道路緩沖區(qū)距離的關(guān)系Fig.12　The relationship between the distribution of no-isolated wetlands and the distance from the residents and roads

本文研究所得出的三江平原孤立濕地空間分布規(guī)律主要是人類活動作用的結(jié)果,未來隨著人類活動強(qiáng)度的進(jìn)一步增加,特別是近年來三江平原大面積旱田被改為水田,孤立濕地的數(shù)量和面積反而會逐漸減少,于2015年對三江平原孤立濕地進(jìn)行野外調(diào)查結(jié)果也證實(shí)了這種觀點(diǎn),McCauleyLA對弗羅里達(dá)洲孤立濕地的研究也表明,隨著人類活動的加強(qiáng),孤立濕地數(shù)量逐漸減少[54]。

孤立濕地的結(jié)構(gòu)和功能多樣,具有較大的生態(tài)環(huán)境效應(yīng),應(yīng)對其進(jìn)行合理的保護(hù)與規(guī)劃。針對一些面積相對較大且在景觀連接中起著重要作用的孤立濕地,建議在三江平原設(shè)立保護(hù)小區(qū),作為自然保護(hù)區(qū)的重要補(bǔ)充[55],或者構(gòu)建保護(hù)區(qū)外的孤立濕地保護(hù)模式,主要對農(nóng)田中的孤立濕地采用開發(fā)與保護(hù)相結(jié)合的立體生態(tài)農(nóng)業(yè)種養(yǎng)模式,這種模式是指：“稻-葦-魚系統(tǒng)”、“濕地養(yǎng)蟹系統(tǒng)”等生態(tài)農(nóng)業(yè)模式,為未來濕地恢復(fù)提供有利條件[56]。

三江平原孤立濕地的成因可以分為兩種：一種為自然因素作用后形成的原生孤立濕地,例如碟型洼地型孤立濕地；另一種為大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動導(dǎo)致濕地破碎化,在農(nóng)田地勢較低處殘留下來的次生孤立濕地。雖然二者成因不同,但是通過遙感影像很難將它們識別,因此本文在研究孤立濕地時沒有對原生孤立濕地和次生孤立濕地的成因進(jìn)行區(qū)分研究,在以后的研究中,將通過野外調(diào)查,對二者的形成原因給予不同的研究。

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收稿日期:2015- 06- 30;

修訂日期:2015- 11- 30

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: liujpjl@163.com

DOI:10.5846/stxb201506301355

AnalysisofisolatedwetlandspatialdistributionandfactorsinfluencingitintheSanjiangPlain,China

LIUJiping*,DONGChunyue,LIUJiafu,ZHANGKaijun

College of Tourist and Geoscience, Jilin Normal University, Siping 136000, China

Abstract：We used spatial analysis and other statistical methods with remote sensing image data and GIS technology to analyze the spatial distribution characteristics, and factors that influence this distribution, of isolated wetlands in the Sanjiang Plain, China. The mean center of the isolated wetlands is in the southwest, the long axis of the area is northeast-southwest, and the perimeter-to-area ratio of the ellipse is greater than that of the whole wetland (marsh, riverine wetland, and lake wetland). There are three “hot spots” of wetlands—in the central, northwest, and southwest of the Sanjiang Plain—which are influenced by human disturbance. Under natural conditions, isolated wetlands range in altitude 51—54 m, grade 1—3 degrees, distance to a river 12—16 km and the site of river terraces reach maximum height. Influenced by human factors, isolated wetlands are mainly distributed in residential areas, roads, and protected areas, and the relationship between the isolated wetlands and the drainage ditches is increased with distance. The number of isolated wetlands increased and then decreased under human activity. The spatial distribution of isolated wetlands in the Sanjiang Plain is a result of both natural and anthropogenic factors, and the protection of the isolated wetlands should be strengthened.

Key Words:isolated wetlands; spatial distribution; influencing factors; spatial analysis; Sanjiang plain

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