近25年?duì)I口浮渡河口濕地景觀格局演變過(guò)程及驅(qū)動(dòng)因素分析

閆吉順,王鵬,2,3,張連杰,于永海,劉曉璐

(1.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 大連 116023;2.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院 南京 210098;3.河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210098)

0 引言

隨著“綠水青山就是金山銀山”的治國(guó)理念深入人心,我國(guó)在環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)方面下大氣力,逐見(jiàn)成效。河口濕地作為重要的生態(tài)系統(tǒng),既有濕地的共性,又具有河口濕地的獨(dú)特性,是受海陸雙重作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)。在海岸防護(hù)、碳封存、污染物降解、氣候調(diào)節(jié)、動(dòng)植物棲息地提供以及文化教育等方面具有重要意義。然而,受氣候變化、人類活動(dòng)干擾等因素的影響,我國(guó)河口濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能面臨嚴(yán)重退化的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái),國(guó)家開(kāi)展了眾多針對(duì)河口濕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工作,并發(fā)布了一系列的政策文件。那么,充分理解河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期演變過(guò)程、規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制不但是濕地生態(tài)修復(fù)理論研究的重要內(nèi)容,也是實(shí)施濕地保護(hù)與修復(fù)工程的科學(xué)依據(jù)[1-6]。

景觀生態(tài)學(xué)研究的核心問(wèn)題之一是景觀空間格局、生態(tài)過(guò)程與尺度之間的相互作用,而景觀格局的演變及其帶來(lái)的生態(tài)效應(yīng)是生態(tài)學(xué)家十分關(guān)注的問(wèn)題[7-8]。按照景觀格局研究對(duì)象,可以將景觀格局演變研究劃分為濕地、區(qū)域流域、綠地公園、森林景觀、休閑游憩區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等[9]。景觀格局的演變是水環(huán)境變化的主要驅(qū)動(dòng)力,土地覆被變化及人為擾動(dòng)影響著河流水質(zhì)、水文特征、分布格局、景觀功能[10-11],同時(shí)也影響流域之間在物質(zhì)流、能量流等方面的交換與聯(lián)系[12-14]。研究景觀格局方式較為常用的是結(jié)合遙感和GIS技術(shù)來(lái)進(jìn)行分析,能夠較好地研究較大尺度的景觀格局空間結(jié)構(gòu)[15]。

本研究以營(yíng)口浮渡河口濕地為研究對(duì)象,選取1992年、2007年、2017年3期遙感影像,在研究范圍內(nèi)提取不同類型景觀圖斑并分析25年間浮渡河口景觀的演變過(guò)程。從自然因素和人類活動(dòng)干擾因素兩個(gè)方面,對(duì)其發(fā)展規(guī)律和驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行研究分析。

1 研究區(qū)概況

浮渡河流域地理位置在39°57'45″N—40°06'37″N,122°18'44″E—122°56'46″E。發(fā)源于遼寧省大連市瓦房店市東北部萬(wàn)家?guī)X鎮(zhèn)老帽山,中下游位于大連市境內(nèi),以浮渡河中下游為界,北為營(yíng)口市蓋州,南為大連市瓦房店市,最后在營(yíng)口市蓋州歸州注入渤海。主要為山區(qū)、丘陵,山區(qū)局部山巒起伏,溝壑發(fā)育,植被較差,水土流失較重,是浮渡河泥沙的主要來(lái)源[16]。

浮渡河流域地形總體呈南高北低,包含丘陵坡麓崗、河流谷地及海峽海灘3類地貌形態(tài)單元。丘陵坡麓段地形有起伏,上游高差較大,主要為灌木、果林和耕地,土層薄,以坡積成因碎石土、粉質(zhì)黏土為主,局部地段見(jiàn)粉土,基巖裸露,為泥灰?guī)r。其他地段地形變化舒緩,多已開(kāi)墾為耕地,巖性為頁(yè)巖、砂巖等沉積巖。河谷部位較為開(kāi)闊,地勢(shì)低矮,地形平坦,分布有旱田,下伏基巖為頁(yè)巖、砂巖。海峽、海灘部位植被不發(fā)育,地層較單一,主要為淤泥質(zhì)黏土,下伏基巖為泥灰?guī)r。

2 近25年浮渡河口濕地景觀格局演變過(guò)程

分析近25年浮渡河口濕地景觀格局演變過(guò)程,首先應(yīng)根據(jù)自然地理邊界劃定研究范圍,以確定因子量變的尺度,進(jìn)而研究不同景觀圖斑的演變過(guò)程。筆者認(rèn)為當(dāng)景觀出現(xiàn)第一次斷裂時(shí)發(fā)生了景觀剝離現(xiàn)象,是受自然和人工相互干擾的綜合結(jié)果。因此,本研究以河口濕地及近岸景觀為研究重點(diǎn),從河口處擴(kuò)至東、南、西各3.5 km 處,向海一側(cè)至5 m 等深處,如圖1所示,范圍為121°54'35″E—122°01'00″E,40°06'27″N—40°08'12″N,面積2 997.79 hm2。

圖1 研究范圍

需要指出的是為保障3期提出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)口徑和尺 度 的 一 致 性,選 用1992 年、2007 年、2017 年3期春季大潮時(shí)的遙感影像,以水邊線為水陸分界線。遙感識(shí)別發(fā)現(xiàn),研究范圍內(nèi)3期景觀圖斑主要包括濱海濕地、沙壩、潟湖、沙灘、圍海養(yǎng)殖池、填海造地、河口灘涂、河道、居民地、農(nóng)田、人工綠地、自然綠地、裸地、其他用地和河口橋梁。景觀圖斑類型說(shuō)明如表1。

表1 斑塊類型識(shí)別信息說(shuō)明

續(xù)表

1992年研究范圍內(nèi)陸域基本呈現(xiàn)自然狀態(tài),自然綠地主要集中在河道南岸,裸地、居民地和農(nóng)田主要集中出現(xiàn)在河道北岸。其中,自然綠地面積為429.71 hm2,裸地面積為514.47 hm2,居民地面積為246.75 hm2,農(nóng)田面積為278.18 hm2。

河道兩側(cè)及近岸海域同樣基本保持自然狀態(tài),包括濱海濕地、沙壩、潟湖、沙灘、圍海養(yǎng)殖池、河口灘涂、河道水系,濱海濕地面積較大,圍海養(yǎng)殖池主要集中在河口南、北兩側(cè)。濱海濕地面積為1 285.39 hm2,沙壩面積為34.71 hm2,潟湖面積為55.50 hm2,沙灘面積為32.87 hm2,圍海養(yǎng)殖池面積為58.10 hm2,河口灘涂面積為16.99 hm2,河道水系面積為45.11 hm2。

經(jīng)統(tǒng)計(jì),25年間研究區(qū)內(nèi)濱海濕地景觀面積縮減了2.80 hm2,2007 年之前濱海濕地景觀面積是略有增加的,但過(guò)后的10 年,縮減了10.46 hm2。沙壩-潟湖、沙灘景觀面積均在縮減,25年間變化較大,面積共縮減了79.62 hm2。其中,前15年間出現(xiàn)了潟湖景觀面積增加的原因是沙壩景觀被割裂成河口處南、北兩部分,也形成河口南、北兩處的潟湖景觀。河口灘涂景觀在2007年之前已經(jīng)消失。隨著人類活動(dòng)干擾不斷加重,研究區(qū)內(nèi)景觀多樣化情況也相繼出現(xiàn),如增加了圍海養(yǎng)殖、填海造地、人工島、人工綠地、其他用地等景觀。這幾類景觀25年間持續(xù)增加,其中,圍海養(yǎng)殖增加了33.59 hm2,填海造地、人工島增加了76.75 hm2,人工綠地增加了97.25 hm2,其他用地增加了69.99 hm2,河口橋梁增加了0.74 hm2。

陸域自然綠地和裸地景觀面積25年間持續(xù)縮減,共縮減面積857.72 hm2。農(nóng)田景觀規(guī)模在前15年快速擴(kuò)大后,在后10年出現(xiàn)了縮減趨勢(shì)。隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策推進(jìn),出現(xiàn)人工綠地景觀且面積不斷擴(kuò)大。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),1992—2007年,15年間河道北岸自然綠地逐漸轉(zhuǎn)化為居民地、農(nóng)田和其他用地。自然綠地縮減了361.38 hm2,其中轉(zhuǎn)化為農(nóng)田325.68 hm2,轉(zhuǎn)化為居民地23.91 hm2,轉(zhuǎn)化為其他用地2.82 hm2,其余縮減面積為近岸景觀圖斑邊界向內(nèi)陸伸進(jìn)。河道南岸裸地逐漸轉(zhuǎn)化為農(nóng)田、人工綠地。裸地面積縮減了474.42 hm2,轉(zhuǎn)化去向?yàn)檗r(nóng)田、人工綠地、河道水系和居民地,其中轉(zhuǎn)化農(nóng)田435.05 hm2,轉(zhuǎn)化人工綠地15.82 hm2,轉(zhuǎn)化河道水系16.94 hm2,居民地6.61 hm2。

河口兩側(cè)近岸景觀類型出現(xiàn)了破碎化情況,主要集中在河口兩側(cè)。經(jīng)過(guò)15年河道輸沙過(guò)程,河口灘涂被砂質(zhì)覆蓋,漸漸轉(zhuǎn)化成沙壩、潟湖。將河口完整沙壩切割成河口南側(cè)、河口北側(cè)兩部分,河口南側(cè)沙壩與沙灘連接形成一體為河口南側(cè)沙壩整體。沙壩完整性被破壞后,面積縮減了6.51 hm2。由于人類活動(dòng)干擾加重,導(dǎo)致了自然景觀的破碎化,圍海養(yǎng)殖池面積增加了23.04 hm2,出現(xiàn)填海造地景觀,面積為2.70 hm2。因納潮、防洪的需要,人類對(duì)河道水系的整治工程,加寬了河道,加固護(hù)岸,河道水系面積增加了23.55 hm2。

2007—2017年,11 年間河口兩側(cè)及海岸人類干擾活動(dòng)加重,景觀日趨破碎化,破壞了景觀的連續(xù)性和完整性。河道水系被河口橋梁切割成兩部分,但是橋梁屬透水構(gòu)筑物,保障了河道水系相通,沒(méi)有破壞河道水系的生態(tài)完整性。河口北側(cè)近岸沙灘景觀完整性遭到破壞,被人工綠地、其他用地和填海造地等景觀侵入,已經(jīng)構(gòu)成了較為穩(wěn)定的景觀格局。河口北側(cè)沙壩、潟湖景觀受破壞嚴(yán)重,填海造地、圍海養(yǎng)殖、人工島建設(shè)等人類干擾活動(dòng),造成了沙壩、潟湖向北位移,并與構(gòu)筑物形成一體,自然沙壩長(zhǎng)度減小。河道南側(cè)沙壩、潟湖消失,與陸域連接形成沙灘。其他利用景觀主要為育苗室。

陸域景觀基本趨于穩(wěn)定,河道南、北兩岸居民地略有擴(kuò)大,面積約為12.52 hm2,來(lái)源由農(nóng)田轉(zhuǎn)化。

圖2 1992—2017年景觀圖斑分布

3 驅(qū)動(dòng)因素分析

浮渡河口濕地景觀格局演變主要是受自然驅(qū)動(dòng)和人工驅(qū)動(dòng)兩個(gè)方面因素影響。自然驅(qū)動(dòng)因素主要包含海水動(dòng)力環(huán)境、海砂補(bǔ)給、河道輸沙能力和海洋底質(zhì)結(jié)構(gòu)變化等驅(qū)動(dòng)因子。人工驅(qū)動(dòng)因素主要包含填海造地、圍海養(yǎng)殖池建設(shè)、河道水系加寬、農(nóng)田面積擴(kuò)大等驅(qū)動(dòng)因子。需要說(shuō)明的是,隨著近25年的人類活動(dòng)干擾,自然驅(qū)動(dòng)因素與人工驅(qū)動(dòng)因素對(duì)河口濕地景觀格局的影響已經(jīng)處于相互協(xié)調(diào)、相互鉗制的穩(wěn)定狀態(tài)。因此,在分析其演變過(guò)程的因素時(shí),不能剝離其一而去單純地分析另一的影響?？梢哉f(shuō),浮渡河口濕地景觀格局演變是受兩因素的綜合影響。

3.1 自然驅(qū)動(dòng)因素

為分析自然驅(qū)動(dòng)因素對(duì)浮渡河口濕地景觀格局演變過(guò)程的影響,在研究區(qū)內(nèi)布設(shè)調(diào)查站位以調(diào)查海水動(dòng)力環(huán)境、海砂補(bǔ)給、河道輸沙能力和海洋底質(zhì)結(jié)構(gòu)變化等因子來(lái)推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)其變化誘因。調(diào)查站位如圖3所示。

圖3 調(diào)查站位

研究區(qū)域內(nèi)海流以順岸流為主,至河口向兩岸順岸流去。河口兩側(cè)進(jìn)行了人工島建設(shè)、填海造地工程建設(shè)、圍堰堤壩建設(shè)、防浪堤壩建設(shè)等人類干擾活動(dòng)。受此影響,東南向流至河口處分流向兩側(cè)流去并逐漸減弱,流至海岸處順岸流去。研究區(qū)內(nèi)斷面長(zhǎng)度為1.5 km,底質(zhì)以“砂質(zhì)-粉砂”為主,河口北側(cè)潟湖處和河口處出現(xiàn)“泥質(zhì)”底質(zhì)。因斷面底質(zhì)主要以“砂質(zhì)-粉砂”為主與沙壩和沙灘的底質(zhì)類型相近。因此,可以推斷海砂是沙壩、河口兩側(cè)沙灘的砂質(zhì)補(bǔ)給來(lái)源之一。再則,河道柱狀底質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示,表層為“泥質(zhì)-粉砂”底質(zhì)類型,中下層以“砂質(zhì)-粉砂”為主。以此推斷,河口輸沙也可能是沙壩、河口兩側(cè)沙灘的砂源之一。深入分析發(fā)現(xiàn),上、中游采樣點(diǎn)底質(zhì)以“砂質(zhì)-粉砂”為主,下游(河口處)以“泥質(zhì)”為主。那么,可以確定的是河沙通過(guò)河道輸送,沙壩、河口兩側(cè)沙灘的砂質(zhì)不能反補(bǔ)河道砂質(zhì)。但不能確定的是河沙通過(guò)河道運(yùn)輸是否突破河口經(jīng)海水動(dòng)力影響對(duì)沙壩、河口兩側(cè)沙灘進(jìn)行補(bǔ)給。也就是說(shuō)河道加寬后,納潮能力增強(qiáng),但河道水動(dòng)力減弱,有可能河道中、下游底質(zhì)來(lái)源是近海砂質(zhì)的補(bǔ)給。

綜上所述,本研究做出分析結(jié)論是受河口兩側(cè)人類活動(dòng)影響,河口處水動(dòng)力減弱阻礙了河沙對(duì)沙壩、河口兩側(cè)沙灘的砂質(zhì)補(bǔ)給;沙壩、河口兩側(cè)沙灘的砂質(zhì)來(lái)源主要是近海海砂。以此現(xiàn)象可以判定,人類活動(dòng)改變了河口及近岸水動(dòng)力環(huán)境,造成了沙壩-潟湖和沙灘自然景觀的改變。

3.2 人工驅(qū)動(dòng)因素

2002年《中華人民共和國(guó)海域使用管理法》頒布以前,是“向海要陸”“以海供養(yǎng)”的粗放式發(fā)展模式。以遼寧省為例,通過(guò)建設(shè)圍堰堤壩方式圈養(yǎng)海產(chǎn)品的規(guī)模超10萬(wàn)hm2,填海造地用海規(guī)模超2萬(wàn)hm2。大規(guī)模用海帶來(lái)海洋經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí),也帶來(lái)了濱海濕地被侵占、海洋自然屬性改變和生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞等嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。25年間自然裸地大規(guī)模轉(zhuǎn)化農(nóng)田后,致使河道兩岸土層、巖層松化,出現(xiàn)河道砂量增加的現(xiàn)象。人類為增強(qiáng)河道的納潮能力,人為加寬了河道并修砌了河道護(hù)岸,保障了河道的行洪安全,但同時(shí)也破壞了河口灘地和沙壩形成機(jī)制。1992 年,河口沙壩-潟湖[17]是自然且穩(wěn)定的形成機(jī)制。隨著人類活動(dòng)干擾的加重,2007年,河口沙壩-潟湖被分為南、北兩端,河口處沙壩徹底消失。到2017年,河口沙壩-潟湖的形成機(jī)制基本完全改變,導(dǎo)致南側(cè)沙壩與沙灘連為一體,潟湖景觀消失;北側(cè)沙壩-潟湖景觀雖然還存在,但是它已不是地理學(xué)意義上的“沙壩-潟湖”景觀了。沙壩已與構(gòu)筑物融為一體,潟湖景觀也被人工景觀割裂和破碎。

綜上所述,人工驅(qū)動(dòng)因素是改變河口濕地生態(tài)系統(tǒng)屬性的主導(dǎo)因素。自然驅(qū)動(dòng)因素是因人工驅(qū)動(dòng)而改變的。

4 修復(fù)治理措施

通過(guò)上文分析浮渡河口濕地景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)因素發(fā)現(xiàn),人工驅(qū)動(dòng)因素是主導(dǎo)因素。因此,要修復(fù)或恢復(fù)浮渡河口濕地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)從人工驅(qū)動(dòng)因素著手,必要時(shí)實(shí)施清除和治理措施。當(dāng)然,在實(shí)施修復(fù)和治理措施之前,需進(jìn)行科學(xué)評(píng)估,找出問(wèn)題癥結(jié),對(duì)癥下藥。以避免人類活動(dòng)的“二次破壞”。

本研究針對(duì)浮渡河口濕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和治理措施如下:①源頭管控。劃定浮渡河口源頭萬(wàn)家?guī)X鎮(zhèn)老帽山管控范圍,禁止開(kāi)展任何人類干擾活動(dòng)。②河岸加固。加固河道兩側(cè)護(hù)岸,保持河道暢通與穩(wěn)定。保持兩岸景觀穩(wěn)定的同時(shí)減少人類活動(dòng)干擾。③清除構(gòu)筑物。分期、分步清除河口兩側(cè)的圍海養(yǎng)殖池、堤壩、人工島。

以上措施實(shí)施完成后,浮渡河口濕地生態(tài)系統(tǒng)并不能立刻得到恢復(fù),這是一個(gè)長(zhǎng)期恢復(fù)過(guò)程。換句話說(shuō),以上措施是對(duì)浮渡河口濕地生態(tài)系統(tǒng)形成機(jī)制的修復(fù)。源頭管控,保障了河道砂源的穩(wěn)定性;河岸加固,實(shí)現(xiàn)了河道水系的暢通和穩(wěn)定。這兩項(xiàng)措施將有效保持河道水系供給機(jī)制的穩(wěn)定性。清除構(gòu)筑物,是為了恢復(fù)河口濕地的自然狀態(tài)。當(dāng)然,簡(jiǎn)單的拆除不但不能解決問(wèn)題,而且可能造成河口區(qū)域的二次破壞。因此,在拆除的同時(shí)應(yīng)科學(xué)合理評(píng)估,適當(dāng)加固關(guān)鍵區(qū)域,保持河口系統(tǒng)穩(wěn)定。

5 建議

我國(guó)對(duì)大型河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的研究比較多,也開(kāi)展了針對(duì)其相適應(yīng)的修復(fù)措施,已見(jiàn)成效。一般性(小型)河口濕地生態(tài)系統(tǒng)形成機(jī)制簡(jiǎn)單、問(wèn)題復(fù)雜,一直沒(méi)有得到重視。但就是因?yàn)橐话阈?小型)河口濕地生態(tài)系統(tǒng)形成機(jī)制穩(wěn)定性較差,抗人類活動(dòng)干擾能力較弱,容易被破壞甚至消失。長(zhǎng)此以往,我國(guó)將大量滅失一般性(小型)河口濕地生態(tài)系統(tǒng),而其卻是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的主要貢獻(xiàn)力量,這可能造成區(qū)域性不可挽回的生態(tài)環(huán)境損失或損害。因此,筆者建議開(kāi)展一般性(小型)河口濕地生態(tài)系統(tǒng)形成機(jī)制基礎(chǔ)性研究,深入理解其形成機(jī)制、規(guī)律及驅(qū)動(dòng)因素。為修復(fù)治理工作提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。