基于LDI方法的新濟洲國家濕地公園生態(tài)健康評價

邵 京，王 紅，徐 靜，徐 麗，李仁英

(1.南京市園林和林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 210000；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210000)

1 引言

濕地被稱為“地球之腎”，具有調(diào)節(jié)水質(zhì)、調(diào)蓄洪水、維持生物多樣性、提供休閑游憩等其他生態(tài)系統(tǒng)無法替代的服務(wù)功能，是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，同時也是最容易受到人類活動影響的脆弱生態(tài)系統(tǒng)之一[1,2]。近年來，在全球氣候變化和人類活動干擾的背景下，濕地的組織結(jié)構(gòu)與功能遭受嚴峻考驗，而人類活動是干擾濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素[3]。近年通過生態(tài)修復(fù)、退耕還濕、建立保護區(qū)等措施在一定程度上減緩了濕地的退化，濕地環(huán)境狀況及生態(tài)系統(tǒng)健康的評估與診斷已越來越受到重視，各國學(xué)者也做了大量的研究[4～7]。景觀開發(fā)強度法(Landscape Development Intensity，以下簡稱“LDI方法”)以土地利用和土地覆蓋為基礎(chǔ)，采用GIS的土地利用/土地覆蓋數(shù)據(jù)、航片或野外調(diào)查數(shù)據(jù)來預(yù)測濕地的健康狀況，同時可以對人類干擾情況進行定量評價，適用范圍廣，數(shù)據(jù)獲取容易，操作過程簡單可行，在缺少歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和前期詳盡研究的情況下可以對濕地健康狀況作出評價[8,9]。

新濟洲國家濕地公園是南京市第一個國家級濕地公園，位于長江南京段最上端，是南京區(qū)域綠地系統(tǒng)的重要組成部分，在調(diào)節(jié)和凈化水資源、保護生物資源方面起到重大作用，在南京城市乃至長江下游生態(tài)區(qū)位中有非常重要的地位，科研價值極高。在成立之前，新濟洲國家濕地公園以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性植被為主，至2020年3月新濟洲及附屬諸島基本完成退田還濕，在濕地保護與恢復(fù)的作用下，生態(tài)系統(tǒng)得到了一定修復(fù)。本文基于新濟洲國家濕地公園的土地利用及開發(fā)現(xiàn)狀，采用LDI方法對其生態(tài)系統(tǒng)健康情況進行評價，以期為以后濕地公園的合理開發(fā)和可持續(xù)管理提供參考。

2 研究區(qū)概況

項目研究區(qū)江蘇長江新濟洲國家濕地公園屬于南京市江寧區(qū)，位于長江江蘇段最上游處，是我國第一家獨具特色的洲灘型國家濕地公園，主要包括長江低水位時的新濟洲、新生洲、再生洲、子母洲和子匯洲范圍。地理坐標東經(jīng)118°29′15″～118°33′54″，北緯31°47′5″～31°53′24″。濕地公園所在區(qū)域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候濕潤，雨量充沛，光照充足，無霜期較長。

新濟洲等為近百年來由沙洲和沙灘逐漸成長的陸地，且所在地區(qū)自古以來為人為活動頻繁區(qū)，原有居民4000多人，從2001年7月開始對其實行了退人退耕、整體移民的生態(tài)工程，自2002年后無人居住[10]。新濟洲濕地于2011年3月25日獲國家林業(yè)局批準，成立“江蘇南京長江新濟洲國家濕地公園”(試點)，2016年8月南京長江新濟洲國家濕地公園正式獲牌[11]。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)信息獲取與處理

3.1.1 遙感數(shù)據(jù)源選取及預(yù)處理

選用2020年3月19日的兩景高分二號遙感影像作為遙感數(shù)據(jù)源，影像具體參數(shù)見表1。對遙感影像進行多光譜影像處理和全色影像處理，采用NNDiffuse Pan Sharpening方法，進行影像融合。

表1 高分二號遙感影像參數(shù)

3.1.2 遙感影像分類及分類結(jié)果糾正

利用易康(eCognition Developer 8.9)對遙感影像進行面向?qū)ο蠓诸?。在對各洲島遙感影像進行多尺度分割的基礎(chǔ)上，選取訓(xùn)練樣本，執(zhí)行監(jiān)督分類。采用無人機航拍結(jié)合野外實地調(diào)查方式，獲取研究區(qū)典型地物樣點數(shù)據(jù)，對分類后結(jié)果進行糾正。

3.2 LDI系數(shù)的確定

LDI方法的中心思想：作為人類活動的具體表現(xiàn)形式，土地利用會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，能夠反映出濕地的健康狀況，實際上是以土地利用類型來評估人類干擾的強度，從而定量評價濕地生態(tài)系統(tǒng)受影響的程度[12～14]。

LDI方法認為除可更新能源之外的其它能值的輸入代表了人類對生態(tài)系統(tǒng)健康的干擾，以LDI系數(shù)代表不可更新能源能值(即單位面積利用不可再生能量的定量測量值)，能值越高，生態(tài)系統(tǒng)健康水平越低。Brown和Vivas[15]于2005年核算了各類土地利用類型的 LDI系數(shù)，并被后期學(xué)者們驗證了穩(wěn)定性，從而被廣泛采納借鑒。本研究利用遙感影像圖結(jié)合野外實地調(diào)查結(jié)果，得到新濟洲國家濕地公園8類土地利用類型，參照Brown和Vivis提出的 LDI評價體系，確定每種土地利用類型的LDI系數(shù)，見表2。

表2 新濟洲國家濕地公園土地利用類型與對應(yīng)的 LDI 系數(shù)

3.3 LDI綜合指數(shù)的計算

通過每一類土地利用類型的LDI系數(shù)和該地類的面積比的乘積來計算評價區(qū)的景觀開發(fā)強度指數(shù)。景觀開發(fā)強度綜合指數(shù)LDI計算公式為：

LDI=Σ%LUi·LDIi

(1)

式(1)中，LDI為被評價區(qū)域最終的LDI綜合指數(shù)；%LUi為土地利用類型i占被評價區(qū)域總面積的百分比；LDIi為土地利用類型i的LDI系數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用類型結(jié)構(gòu)

對新濟洲國家濕地公園各土地利用類型結(jié)構(gòu)進行了統(tǒng)計，該研究區(qū)土地利用類型可劃分為8大類，分別是草地、天然草地、林地、農(nóng)田、空地、水域、道路及建筑，其空間分布見圖1，各類型的面積及所占比例見表3?？梢钥闯觯急茸畲蟮耐恋乩妙愋蜑榱值?，面積比例為39.61%；其次為天然草地，占總面積的37.11%；再次為退耕的農(nóng)田，占總面積的9.47%；水域的面積比例為8.00%；濕地公園內(nèi)還有未利用的空地，面積比例為3.49%；觀賞性的草地面積比例為1.60%；另外還有道路及其他建筑，面積比例分別為0.61%和0.11%。

圖1 新濟洲國家濕地公園土地利用類型分布表3 新濟洲國家濕地公園土地利用類型結(jié)構(gòu)

序號土地利用類型面積/hm2面積占比/%1草地38.241.602天然草地890.5437.113林地950.4339.614農(nóng)田227.289.475空地83.773.496水域192.028.007道路14.640.618建筑2.570.11

4.2 濕地公園健康評價

張淼等[16]參考Brown對LDI值進行的分類將LDI方法所獲得的綜合指數(shù)進行了健康等級分級，LDI指數(shù)處于1.0～2.0范圍內(nèi)說明濕地受人為干擾少，土地類型接近于自然濕地，健康程度為“健康”；LDI指數(shù)處于2.0～5.0范圍內(nèi)說明濕地受到一定的人為干擾影響，土地類型接近于農(nóng)田，健康程度為“一般”；LDI值大于5.0，說明濕地受人類活動干擾影響較大，土地類型接近于城市，健康程度為“不健康”。

基于對新濟洲國家濕地公園土地利用類型結(jié)構(gòu)的研究，采用LDI方法根據(jù)公式計算得到濕地公園整體的綜合指數(shù)值為1.70。根據(jù)上述標準，新濟洲國家濕地公園接近于近自然濕地，說明其受到的人類活動干擾比較小，保持著健康的狀態(tài)。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

通過統(tǒng)計分析新濟洲國家濕地公園的土地利用類型，利用LDI方法評價了該濕地公園的生態(tài)環(huán)境健康狀況，得知：濕地公園范圍內(nèi)，土地利用類型主要有草地、天然草地、林地、農(nóng)田、空地、水域、道路及建筑8種類型。林地是面積最大的的土地利用類型，占總面積的39.61%，在各個島嶼都有分布；其次為天然草地，占總面積的37.11%，同樣廣泛分布于濕地公園的各個島嶼；退耕的農(nóng)田面積比例為9.47%，絕大部分分布在再生洲，目前呈自然恢復(fù)狀態(tài)；水域面積會隨季節(jié)發(fā)生變化，在衛(wèi)星圖片拍攝時間段，開闊水面占8.00%；無植被覆蓋的裸土空地面積比例為3.49%；觀賞性的草地面積比例為1.60%，主要分布在新濟洲主島人工觀賞區(qū)；含建筑、道路等硬質(zhì)地表面積占0.72%，絕大部分分布在新濟洲主島。濕地公園LDI綜合指數(shù)為1.70，生態(tài)環(huán)境健康等級整體上處于“健康”水平。

5.2 討論

LDI方法已被眾多研究者接受和證實適用于評價濕地健康狀況，且能在數(shù)據(jù)量較少情況下快速給出評價結(jié)果[2]。本研究通過遙感數(shù)據(jù)結(jié)合實地調(diào)查，選擇了 LDI方法對新濟洲國家濕地公園生態(tài)健康狀況進行客觀評價，但針對較為復(fù)雜的能值計算，本文的LDI系數(shù)借鑒了前人研究的經(jīng)過驗證的相關(guān)系數(shù)。如果要將LDI方法推廣開來，需要將LDI系數(shù)的確定進行本土化，即收集研究區(qū)域更多實際資料確立與之相對應(yīng)的LDI系數(shù)。另外，本研究采用LDI方法適合在人力財力較少的情況下于最短的時間內(nèi)進行最基礎(chǔ)的濕地評價，要對濕地生態(tài)系統(tǒng)健康做出更加精確的評價，需要搜集調(diào)查更為全面詳盡的濕地生態(tài)指標，構(gòu)建多指標高強度濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法以提高評價精度或進行相互驗證。