嫩江流域濕地變化特征分析

汪雪格，劉洪超，呂 軍

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.松遼流域水資源保護(hù)局 松遼水環(huán)境科學(xué)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130021)

濕地是水陸交互作用形成的自然綜合體，素有“地球之腎”的美譽(yù)，是地球上最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最為重要的生境之一，在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性等方面具有獨(dú)特的功能。目前在全球范圍內(nèi)，受人類活動(dòng)和全球環(huán)境變化影響，濕地?cái)?shù)量大幅減少，從而對(duì)其生態(tài)功能的發(fā)揮產(chǎn)生了負(fù)面影響。

嫩江流域是我國濕地集中分布區(qū)之一，有大片無河網(wǎng)的內(nèi)流區(qū)域，大片沼澤、連環(huán)湖和濕洼地，有著名的扎龍、向海、莫莫格、查干湖等濕地類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，是鶴類、鸛類等候鳥南北遷徙的通道和驛站，在保護(hù)生物多樣性方面具有國際重要意義[1]。但近幾十年來，該區(qū)域人類活動(dòng)加劇，濕地?cái)?shù)量急劇減少，嚴(yán)重影響了該區(qū)域的生態(tài)安全[2-5]。因此，本研究著重于探討嫩江濕地的變化特征，分析其影響因素及影響程度，以揭示其主要影響因素，進(jìn)而對(duì)濕地的恢復(fù)與管理提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

嫩江流域位于東經(jīng)119°52′～126°30′、北緯45°27′～51°38′，包括黑龍江省的齊齊哈爾、大慶，內(nèi)蒙古自治區(qū)的興安盟、呼倫貝爾和吉林省的白城等地區(qū)。流域三面環(huán)山，地勢(shì)北高南低、西高東低。嫩江右岸多支流，左岸支流較少，左右岸支流均發(fā)源于大、小興安嶺各支脈(圖1)。嫩江流域濕地發(fā)育，在上游河源區(qū)主要為森林沼澤濕地，中游多為灌叢沼澤或草本沼澤濕地，下游發(fā)育著大面積的沼澤濕地、湖泊濕地和河流濕地，也有部分水庫魚塘等人工濕地零星分布。典型的濕地有向海濕地、莫莫格濕地、扎龍濕地，其中扎龍濕地和向海濕地已被列入國際重要濕地名錄。

圖1 嫩江流域水系及主要濕地

嫩江流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，年蒸發(fā)量1 000～1 600 mm，年日照時(shí)數(shù)2 200～3 000 h，無霜期100～160 d，凍土深度2.2～3.1 m，多年平均降水量400～500 mm，降水時(shí)空分布極不均勻，上游多于下游、山區(qū)多于平原，年際間有明顯的連續(xù)豐、枯現(xiàn)象，春秋季降水很少，多集中在6—9月份，且常以暴雨形式出現(xiàn)。嫩江流域森林、耕地、草原資源豐富，林地、耕地、草地面積比例較大；其次是沼澤地和鹽堿地；水域、沙地、居民建設(shè)用地比例較小，零散分布在流域內(nèi)。嫩江流域的人口主要分布在中下游的平原區(qū)，人口密度為49人/km2，低于全國人口密度(134.5人/km2)。

2 研究材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及評(píng)價(jià)單元的確定

2.1.1 遙感數(shù)據(jù)來源

本研究所采用的濕地?cái)?shù)據(jù)是以20世紀(jì)50年代國家標(biāo)準(zhǔn)的1∶10萬地形圖、1979年和2015年6—8月份的Landsat MSS/TM/ETM遙感影像作為基本信息源，通過ArcGIS 10軟件提取沼澤濕地的數(shù)據(jù)信息并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析而獲得的(圖2)。

(a)20世紀(jì)50年代 (b)1979年 (c)2015年

圖2 嫩江流域濕地分布

2.1.2 人口數(shù)據(jù)來源

人口數(shù)據(jù)選用統(tǒng)計(jì)資料，數(shù)據(jù)來源于“國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心共享服務(wù)平臺(tái)”(網(wǎng)址www.geodata.cn)，數(shù)據(jù)年份選用2010年。

2.1.3 評(píng)價(jià)單元的確定

為了研究的需要，將嫩江流域的一級(jí)支流及嫩江干流主要的匯水區(qū)范圍劃分為17個(gè)評(píng)價(jià)單元(具體見圖3)，按照評(píng)價(jià)單元進(jìn)行分析計(jì)算。其中，1、2、3、8、9、13評(píng)價(jià)單元位于流域上游，4、5、6、7、14、10、16、17位于流域中游，而11、12、15評(píng)價(jià)單元位于流域下游。

圖3 嫩江流域評(píng)價(jià)單元分布

2.2 分析方法

2.2.1 濕地面積變化表征

濕地面積變化引用土地利用類型動(dòng)態(tài)度的概念。土地利用類型動(dòng)態(tài)度反映了一定時(shí)間和范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式[6]為

(1)

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)濕地動(dòng)態(tài)度；Zia為濕地變化前的面積；Zib為濕地變化后的面積；T為變化的時(shí)間間隔。

2.2.2 濕地耕地化率、濕地退化率和濕地鹽堿化率[6]

濕地耕地化率是指轉(zhuǎn)化成耕地的濕地面積占濕地減少總面積的比率；濕地退化率是指轉(zhuǎn)化成比濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低的草地(高、中、低覆蓋草地)面積占濕地減少總面積的比率；濕地鹽堿化率是指轉(zhuǎn)化成鹽堿地的濕地面積占濕地減少總面積的比率。表達(dá)式分別為

G=HSg/HS×100%

(2)

T=HSt/HS×100%

(3)

Y=HSy/HS×100%

(4)

上三式中：G為濕地耕地化率；T為濕地退化率；Y為濕地鹽堿化率；HSg為耕地化的濕地面積；HSt為退化的濕地面積；HSy為鹽堿化的濕地面積；HS為濕地減少的總面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 嫩江流域濕地分布現(xiàn)狀

嫩江流域濕地主要分布在嫩江的上游及嫩江干支流的沿岸，重點(diǎn)分布在1、3、8、10、2等評(píng)價(jià)單元中，這幾個(gè)評(píng)價(jià)單元中的濕地面積均大于15萬hm2(圖4)。從圖4濕地面積占比可知，16、1、8、15、3、14等6個(gè)評(píng)價(jià)單元現(xiàn)狀濕地面積占比超過10%，甚至達(dá)到12%，其余評(píng)價(jià)單元濕地面積占該流域面積的3%～9.5%。

圖4 2015年嫩江流域各評(píng)價(jià)單元的濕地面積及其占比

3.2 濕地面積變化分析

從全流域濕地面積的變化看，嫩江流域濕地面積一直處于減少的狀態(tài)(圖5)。其中，20世紀(jì)50年代到1979年減少得較少，平均每年減少0.2%，而1979年至2015年濕地面積減少得較多，平均每年減少1%。20世紀(jì)50年代至2015年，處于嫩江流域中、上游的1、2、3、4、5、6、7和16等評(píng)價(jià)單元，濕地面積是先增加后減少；而9、10、11、12、13、14、15等評(píng)價(jià)單元，濕地面積出現(xiàn)持續(xù)減少的現(xiàn)象(圖6)。

圖5 嫩江流域濕地面積變化趨勢(shì)

圖6 嫩江流域各評(píng)價(jià)單元濕地面積變化對(duì)比

嫩江中、上游的1、2、3、4、5、6評(píng)價(jià)單元，20世紀(jì)50年代至1979年濕地面積增加，增加的濕地主要來自林地、草地(其中來源于林地、草地、水面、耕地的分別占74.93%、22.78%、1.25%、1.04%)，這些轉(zhuǎn)換均屬于森林與沼澤、草地與沼澤等自然生態(tài)系統(tǒng)之間的演替。

整體來說，嫩江流域濕地面積呈持續(xù)減少的趨勢(shì)。對(duì)1979—2015年濕地轉(zhuǎn)移去向進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，濕地主要是轉(zhuǎn)換成了耕地(水田、旱田)，其次是發(fā)生了退化(高、中、低覆蓋草地和鹽堿地)。其中，耕地化率為54.6%，退化率為31.8%，鹽堿化率占2.5%(圖7、8)。嫩江流域上游的1、2、3、13評(píng)價(jià)單元濕地耕地化面積和退化面積均較大，甚至退化率大于耕地化率，濕地退化成了高、中覆蓋草地；嫩江流域中下游區(qū)域的4、14、15、16評(píng)價(jià)單元濕地耕地化率較退化率大很多；10、11、12評(píng)價(jià)單元濕地退化率相對(duì)較大，甚至濕地鹽堿化的現(xiàn)象比較嚴(yán)重(圖7、8)。烏裕爾河、雙陽河為嫩江左岸的較大無尾河，兩條河的尾閭為著名的扎龍濕地。在烏裕爾河、雙陽河流域內(nèi)(評(píng)價(jià)單元10)，濕地耕地化率為64%，主要集中在烏裕爾河的兩岸；退化率為21%，鹽堿化率為3%，主要集中在兩條河流尾閭區(qū)域(圖8)。洮兒河流域(評(píng)價(jià)單元11)濕地耕地化率為59%，退化率為18.2%，鹽堿化率為9.8%，鹽堿化主要集中在洮兒河支流二龍濤河尾閭區(qū)域?；袅趾恿饔?評(píng)價(jià)單元12)濕地耕地化率為39%，退化率為21%，鹽堿化率為23%，退化成草地的部分主要位于霍林河中上游沿岸，鹽堿化主要集中在霍林河的下游尾閭區(qū)域(圖8)。

圖7 1979—2015年嫩江流域各評(píng)價(jià)單元濕地耕地化、退化和鹽堿化面積及占比

4 討 論

嫩江流域中、上游的1、2、3、4、5、6評(píng)價(jià)單元，濕地面積大，減少的濕地首先是退化，其次是耕地化；嫩江中、下游沿江區(qū)域濕地的減少主要是耕地化，濕地被開墾成了水田和旱田；嫩江中、下游主要支流中濕地的減少首先是退化，其次是耕地化和鹽堿化，霍林河流域(評(píng)價(jià)單元12)甚至鹽堿化程度要高于耕地化程度。綜上所述，嫩江流域濕地減少的原因主要是被開墾成耕地和退化成草地。

中華人民共和國成立至改革開放這一階段，嫩江流域的人口密度低、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，人類活動(dòng)對(duì)濕地的破壞較輕；改革開放之后，隨著人口的增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)糧食的需求量越來越大，開墾荒地、草地，并逐漸圍墾、排干洪泛沼澤濕地開發(fā)成旱田和水田的現(xiàn)象越來越多。1979—2015年嫩江流域減少的濕地的耕地化率大于50%，說明人類的農(nóng)田開發(fā)擾動(dòng)是濕地減少的主要原因，這是人類對(duì)濕地的直接破壞。

濕地的退化是因?yàn)橹参锏纳鷳B(tài)需水得不到滿足而向生態(tài)需水少的自然植被轉(zhuǎn)變。濕地缺水的原因有自然和人為兩種因素：

(1)自然因素。嫩江流域多年平均降水量為400～500 mm，雖然降水量不大，但是上下游之間還是有一定的差距的，上游山區(qū)降水量較多，下游平原降水量較少且連續(xù)枯水年現(xiàn)象比較明顯，整體上從上游至下游降水量呈減小的趨勢(shì)，而蒸發(fā)量下游又較上游大很多，這就導(dǎo)致了下游一些依靠天然降水補(bǔ)給的濕地因降水量少、生態(tài)需水得不到滿足而萎縮退化，尤其是洮兒河、霍林河流域(評(píng)價(jià)單元11、12)。

(2)人為因素。一是隨著人口的增長(zhǎng)和糧食種植面積的增加，大量的水資源用于生活和農(nóng)田灌溉，減少了進(jìn)入濕地的水量，濕地因補(bǔ)水不足而退化、鹽堿化。至2010年，嫩江流域耕地面積較20世紀(jì)50年代增加了3.8倍，其中水田面積增加約50倍，這就需要大量的水資源灌溉。二是隨著人口數(shù)量增加、耕地面積增加，修建了水庫、大壩、堤防等[7]，這些水利設(shè)施的建設(shè)，一方面減少了下游濕地及洪泛濕地的水源，另一方面切斷了內(nèi)流區(qū)的外泄通道，導(dǎo)致濕地鹽分難以排泄，從而加劇了濕地的鹽堿化[8]。三是隨著嫩江流域灌溉農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)地下水的開采規(guī)模和強(qiáng)度加大，導(dǎo)致區(qū)域地下水位大幅度下降，地下水位對(duì)濕地的支撐作用減弱，濕地反補(bǔ)地下水，加速了濕地萎縮與退化的過程。

5 結(jié) 論

嫩江流域濕地主要分布在上游及中下游的河流沿岸及尾閭區(qū)域，整體上嫩江流域生態(tài)良好。濕地面積呈下降的趨勢(shì)，減少的濕地主要轉(zhuǎn)化成了耕地，主要集中在上游及中下游的河流沿岸；還有一部分濕地發(fā)生了退化，上游退化的濕地主要轉(zhuǎn)化成了高、中覆蓋草地，基本沒有改變自然的生態(tài)系統(tǒng)，而中下游退化濕地主要集中在河流的尾閭區(qū)域，一些濕地還發(fā)生了鹽堿化，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的演替。濕地的減少主要受人類活動(dòng)的影響，其主要表現(xiàn)為開墾濕地為耕地，其次是壓縮濕地生態(tài)需水從而導(dǎo)致濕地退化、鹽堿化，主要體現(xiàn)在：①人類生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)需水量增大，占用了一部分濕地的生態(tài)需水；②水利工程的阻隔，減少或切斷了河流與濕地的水力聯(lián)系；③人類開發(fā)地下水導(dǎo)致地下水位下降，濕地反補(bǔ)地下水。