第25卷 第6期自 然 资 源 学 报V ol 125N o 16 2010年6月J OURNAL OF NATURAL RESOURCES Jun .,2010收稿日期:2010-01-20;修订日期:2010-03-14。
基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(20070319001);国家自然科学基金项目(40871084);安徽省教育厅社科项目(2010s k397);安徽省人文地理学重点学科建设项目(皖西学院)。
第一作者简介:孙贤斌(1970-),男,安徽含山人,副教授,博士,主要从事湿地景观生态和G I S 应用研究。
E-m ai:l sunxb98@1261co m土地利用变化对湿地景观连通性的影响及连通性优化效应)))以江苏盐城海滨湿地为例孙贤斌1,2,刘红玉1(11南京师范大学地理科学学院,南京210046;21皖西学院城市建设与环境系,安徽六安237012)摘要:土地利用与土地覆盖变化对湿地景观的结构和功能产生深刻的影响。
选择江苏盐城海滨地区为研究对象,应用遥感和地理信息系统技术,分析20年来土地利用变化对湿地景观连通性的影响,并以2007年湿地景观生态系统服务功能为基础,采用阻力面模型探讨湿地景观连通性优化途径及其效应。
结果显示:¹1987)2007年间,盐城海滨区域土地利用结构变化显著。
其中耕地面积比重由36172%上升为46117%,自然湿地持续减少,面积由4414%减为26101%,人工湿地持续增加,面积由9196%上升为18172%;º随着区域人类土地利用活动的加强,光滩、碱蓬沼泽和芦苇沼泽的空间连通性降低,区域土地利用导致湿地景观之间生态流阻隔,景观生态服务功能减弱;»2007年湿地景观生态功能强度空间差异显著,以累积耗费距离面、生态源地、耗费路径为依据,对湿地景观连通路径优化结果表明,废黄河口和大丰港附近等关键区域对景观连通性和生态流影响最大,是景观生态节点优化的首要对象;¼加强连通路径的关键区域优化、提高景观连通度是实现景观优化的关键。
关 键 词:土地利用变化;景观连通性;海滨湿地;盐城中图分类号:Q 149 文献标志码:A 文章编号:1000-3037(2010)06-0892-12海岸带土地利用/土地覆盖变化与湿地生态环境保护研究已经成为全球变化研究的热点[1]。
区域土地利用及其结构的变化不仅能够改变自然湿地景观组成,而且深刻影响着景观中的物质循环和能量流动,改变着景观要素之间的生态过程,进而影响湿地景观格局和功能[2-3]。
土地利用变化直接引起湿地景观连通性的改变,而景观连通性是景观格局和生态过程之间联系的纽带。
通常,连通性是指景观对生态流的便利或阻碍程度[2,4-5],连通性良好的湿地景观可以更有效地实现其生态功能。
Pascua-l H ortal 和Saura 提出了整体连通性指数(Integra l I ndex o fConnecti v ity ,II C )和可能连通性指数(Pr obab ility of Connectivity ,PC )概念,并将其作为衡量景观格局与功能的重要指标[6]。
H o lzka m per 等人提出LUPO lib 景观连通性和格局优化方法[7],Quine 等人应用最小网络耗费评价破碎化林地生态恢复效果和不同格局优化方案对景观连通性的影响[8],Sar o insong 等[9]和M o ilanen [10]等人也提出与景观连通性有关的优化方法。
以上研究为景观格局优化和提高景观连通性提供了新的思路和方法,有利于对空间格局和复杂生态过程的理解,但对景观格局优化的效果和对生态过程的影响缺乏评价。
6期孙贤斌等:土地利用变化对湿地景观连通性的影响及连通性优化效应893基于生物空间运动的潜在趋势与景观格局改变之间关系的认识,Adr i a ensen和Knaapen 等人提出了用最小累计阻力模型作为景观格局优化的依据[11-12]。
阻力面模型应用涉及城市景观规划[13]、保护区功能划分和生态安全分析[12,14]、破碎化生境格局优化[15]等领域。
现阶段对生态功能和过程影响的研究还不够成熟,还不能满足对景观连通路径优化的理论指导要求。
与景观格局优化的数学模型和计算机模型等方法比较,阻力面模型可以更好地揭示景观格局与生态过程和功能之间的联系,识别景观连通路径,为景观格局优化提供一定的理论基础[14,16],在景观和区域生态管理和规划等诸方面都具有重大的理论和实践意义[16]。
以上阻力面模型应用设计均涉及空间要素连通路径的识别和优化,但未对连通性优化效果进行评价分析。
盐城滨海湿地地处江苏中部沿海地区,是我国重要的淤泥质湿地类型。
目前,海岸潮滩湿地是江苏沿海分布最广的湿地类型,分布着极其丰富的生物资源,成为江苏沿海湿地生态系统的核心,已列入R a m sar国际重要湿地名录,因此,该区湿地资源保护具有全球性重要意义[17]。
但是,由于经济快速发展,盐城滨海湿地生态环境保护和区域土地开发的矛盾更加突出。
由于滨海湿地面临围垦、米草生物入侵、海平面上升和海岸蚀退等问题,自然湿地不断退化。
本文以盐城海滨为研究区域,基于阻力模型方法,并借助遥感资料和G IS技术,进行湿地景观连通性路径优化,以及评价优化关键区对景观连通性重要性的影响,为有效保护区域生态环境和湿地生物多样性,促进区域可持续发展提供科学参考。
1研究区域江苏盐城海岸带位于江苏沿海的中部,是典型的粉沙淤泥质海岸,分属响水、滨海、射阳、大丰和东台五县市,地跨32b34c~34b28c N,119b27c~121b16c E之间。
市境内海岸线长582km,占全省海岸线的60%。
本文的研究区域范围为北至连云港市与盐城市交界的灌河,南至南通市与盐城市交界的北凌河附近,西至海堤公路向陆1km附近,具体与乡镇行政界限一致,东至2007年遥感影像中滩涂外边界。
以上研究范围内总面积约463513km2,主要包括潮间带、潮上带、海滨湿地区以及部分农田等人类活动区(图1)。
2数据资料来源与处理本研究采用的数据资料有:1987年江苏海岸带植被图1:20万、土地利用图(1:20万)、1997年T M遥感影像图和2007年ALOS(日本)遥感影像图以及1B5万盐城基础数据(包括县、乡镇行政边界、水系等)。
以1B5万盐城基础图为参考,对1987年图件、1997年和2007年遥感数据进行几何纠正,按照研究区行政边界裁剪。
以此为基础,对1987年图件进行数字化处理,结合遥感影像实地调查,建立遥感解译标志,在Arc GIS912软件中进行目视解译,并进行野外精度验证(正确率为93%,满足本研究需要),获取3期区域景观数据。
鉴于3期数据的分辨率不同,研究内容是景观宏观尺度,所以数据匹配以1987年、1997年为标准,对2007年的ALOS遥感影像解译后的数据斑块进行合并,使最小异质斑块面积大于900m2。
另外,制图中采用相同的景观分类系统、相同的地图投影和最小制图单元。
根据盐城海岸湿地的景观特征,参照5湿地公约6中湿地分类,建立盐城海岸湿地景观生态分类系统。
将江苏海滨湿地分为自然湿地和人工湿地两大类型,共计10种湿地类型,其中自然湿地包括面状河流(包括面状水渠)、芦苇沼泽、碱蓬沼泽、米草沼泽、草滩、光滩(或滩涂)等6种类型;人工湿地包括盐田、水田、淡水养殖塘和海水养殖塘等4种类型;另894 自 然 资 源 学 报25卷图1 研究区域与位置F i g 11 Locati on of the study area外,盐城海岸土地利用类型包括耕地(含旱地和水田)、林地、草地、水域和城建居民工矿用地。
3 研究方法311 湿地景观连通性变化分析湿地景观连通性变化不仅取决于湿地面积大小,还与湿地斑块的空间距离、阻力大小等因素密切相关,为了定量分析连通性变化趋势,本文采用整体连通性指数(IIC )分析保护区景观结构变化。
计算式为[23]:IIC =E n i=1E n j=1[(a i #a j )/(1+n l ij )]A 2L式中,n 表示景观中斑块总数,a i 和a j 分别表示斑块i 和斑块j 的面积,nl i j 表示斑块i 和斑块j 之间的连接数,A L 是景观的面积。
0[II C [1,II C 的值为0,表示各生境斑块之间没有连接。
IIC 等于1,表示整个景观都为生境斑块。
以盐城海滨区域自然湿地景观类型(芦苇沼泽、碱蓬沼泽和米草沼泽)作为生境斑块,而整个区域景观作为环境背景。
区域内其它景观位于某一类自然湿地景观之间,对连通性具有阻隔效应。
其它指数的计算需要指定景观中生境斑块连通的阻力距离阈值。
当斑块之间的阻力距离大于阈值,认为这两个斑块不连通;小于或等于阈值,则认为它们是连通的。
斑块连通与否与不同生态过程发生的尺度相关。
因此,在计算中设定不同的梯度。
参考相关文献[4],本研究设定015、1、2、4、8、12km 等6个阻力距离阈值。
为了与II C 计算的结果具有可比性,将阻力距离阈值时斑块之间连通的可能性设为015[18-19]。
指数的计算借助Conefor I nputs for A rc G I S91x 和软件Conefor Sensi n ode212完成。
6期孙贤斌等:土地利用变化对湿地景观连通性的影响及连通性优化效应895 312 湿地景观连通性优化分析31211 湿地景观连通路径识别依据景观连通性反映景观对生态流的便利或阻碍程度,而生态流的畅通程度取决于景观生态服务功能与价值的高低[2]。
理论上,生态服务功能价值越高,景观单元之间的物质、能量等传输越容易,生态流越畅通。
为此,可以依据景观生态源汇理论和景观累积耗费阻力模型,采用景观生态服务功能价值高低识别景观连通路径,从而进行景观连通性优化分析。
31212 湿地景观连通性关键区识别和优化湿地是地球表面重要的景观类型,在维持生物多样性、蓄水防洪、净化水质、防止盐水入侵和自然力侵蚀、以及维持现存生态系统自然过程等方面具有重要作用。
虽然湿地的这些众多生态功能因湿地生态系统类型不同、分布的地理位置不同等表现出差异性,但是也遵循一定的规律性。
一般情况下,湿地生态服务功能与其面积大小成正比。
从景观尺度来看,一个区域湿地景观斑块面积越大,其生态服务功能与价值越大。
由于本研究是以湿地生态服务功能与价值相对大小为基础,目的是辨识哪些湿地斑块具有相对高的价值而充当生态/源0的功能。
因此,根据Costanza 等人的生态系统服务功能价值评价模型,以及谢高地等人修订的不同类型生态系统单位面积服务价值为依据[20],估算2007年海滨湿地景观生态服务功能价值。
在此基础上,借助A rc G I S912空间分析功能,将单位面积服务价值高的自然湿地景观核心斑块提取出来,作为景观生态功能的/源地0。