近十年來西溪濕地變化機制的驅(qū)動力分析

劉甲紅，李炆炆，來周翔，屈千喜，黃軍林，胡潭高，張登榮

（1.杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州310036；2.浙江省城市濕地與區(qū)域變化研究重點實驗室，浙江 杭州310036；3.杭州師范大學(xué)理學(xué)院，浙江 杭州310036）

0 引 言

濕地是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng)，是水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)域［1］，它在抵御洪水、調(diào)節(jié)氣候、調(diào)節(jié)徑流、控制污染、美化環(huán)境和維護區(qū)域生態(tài)平衡等方面具有其他系統(tǒng)所不能替代的作用，被譽為“地球之腎”和“生物超市”［2］.西溪濕地是中國第一個集城市濕地、農(nóng)耕濕地、文化濕地于一體的國家濕地公園［3-5］，具有降解污染、保護土壤涵養(yǎng)水源、固定二氧化碳和釋放氧氣、生物棲息地、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)等功能和休閑旅游、研究與教育等用途，對杭州有著無可取代的作用［6］.

進入21世紀以來，杭州西溪濕地的景觀遭到嚴重破壞，其中包括水質(zhì)惡化、水體富營養(yǎng)化、植被面積減少、土地功能改變、地下水位變化等.國內(nèi)外相關(guān)研究表明，造成濕地景觀格局變化的驅(qū)動因素主要包括自然因素（地質(zhì)、地貌、氣候、水溫、植被、土壤等）和人為因素（人口、經(jīng)濟、政策等）.自然因素常在較大的時空尺度上作用于景觀，在大環(huán)境背景上控制著濕地的變化，而人為因素則是在較短的時間尺度上影響濕地資源動態(tài)變化的重要驅(qū)動力［7］.

遙感技術(shù)具有大面積同步觀測、數(shù)據(jù)綜合性、可比性并允許重復(fù)觀測等特點，在濕地資源調(diào)查、濕地動態(tài)監(jiān)測及濕地保護中有著廣泛應(yīng)用.目前國內(nèi)外已經(jīng)有不少學(xué)者利用遙感數(shù)據(jù)開展了對濕地景觀格局變化及驅(qū)動機制的研究，但是較多集中在流域范圍、濱海范圍等面積較大的濕地區(qū)域，并且在演變驅(qū)動力分析中側(cè)重于分析自然環(huán)境因素，對城市濕地的研究還相對較少，對其演變機制的分析也還不夠詳細.另外，城市濕地因其獨特的地理位置和景觀特征，不同的城市濕地之間驅(qū)動力也存在較大不同.因此，本研究利用遙感技術(shù)，以多源多時相方法對西溪濕地的遙感影像進行時空格局演變分析，并對濕地面積銳減的干擾源進行探索，在此基礎(chǔ)上嘗試提出西溪濕地的保護措施建議，為西溪濕地資源的合理利用和可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù).

1 方 法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1.1 研究區(qū)概況

選取杭州西溪濕地為研究區(qū)（圖1），該區(qū)位于杭州灣產(chǎn)業(yè)帶，地處杭州市中心，開發(fā)為旅游景區(qū)，是典型的城市濕地區(qū)域.研究區(qū)內(nèi)河流、湖泊、沼澤眾多，水系發(fā)達，資源豐富.濕地周邊房地產(chǎn)業(yè)、工業(yè)和城市化建設(shè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致濕地面積不斷壓縮、濕地植被減少和水體污染等嚴重問題，急需采取針對性措施加以有效解決.

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Geographical location in the study area

1.1.2 數(shù)據(jù)與處理

本研究通過分析西溪濕地周邊區(qū)域內(nèi)的近期遙感影像數(shù)據(jù)，確定濕地變遷的概略時間節(jié)點，分析濕地演變的趨勢及程度，并進一步明確2000年來研究區(qū)內(nèi)濕地演變的關(guān)鍵時間節(jié)點；根據(jù)確定的時間節(jié)點以及高分辨率遙感影像（例如QuickBird、IKONOS、WorldView 1／2等）存檔結(jié)果，選擇2000年至今的遙感數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源.高分辨率遙感影像以及參數(shù)如表1和圖2所示.

表1 高分辨率遙感影像Tab.1 High-resolution remote sensing image

對多期高分遙感數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)處理，主要包括正射糾正、配準、幾何精矯正、融合、鑲嵌、裁切等，保證每期高分影像都能完整覆蓋研究區(qū)域，并使得多期遙感影像間的幾何精度均方誤差在0.5個像元以內(nèi)，便于后續(xù)開展分類和變化信息提取工作.

1.2 濕地信息提取

在濕地公約組織通過的國際濕地分類規(guī)則文件［4］基礎(chǔ)上，結(jié)合濕地的定義及其生態(tài)特征，將西溪濕地內(nèi)的類型分為水域、綠地、裸地、建筑4種一級類別和對應(yīng)的河流、庫塘、沼澤、草地、灌叢、林地、岸灘、休耕地、建筑、道路10種二級分類.利用ArcGIS軟件分別對2007、2011和2012年的遙感影像進行數(shù)字化處理，獲取西溪濕地遙感分類的空間分布結(jié)果.

1.3 景觀格局指數(shù)計算

對景觀空間格局進行定量分析可以反映出景觀結(jié)構(gòu)的組成和空間配置方面的特征［8］.本研究選取斑塊面積和斑塊數(shù)等指標，利用Fragstats軟件對西溪濕地進行景觀空間格局分析，在西溪濕地遙感空間分布結(jié)果的基礎(chǔ)上，提取斑塊面積、斑塊數(shù)等濕地信息指標，對杭州西溪濕地景觀格局變化進行定量分析.

2 結(jié) 果

2.1 西溪濕地空間分布

在濕地信息提取方法和ArcGIS軟件的支持下，重點以表1所示3期高分辨率遙感影像為基礎(chǔ)，根據(jù)西溪濕地分類系統(tǒng)，利用人工目視解譯的方法制作西溪濕地空間分布圖，分類結(jié)果如圖3所示.

圖2 研究區(qū)域高分辨率遙感影像Fig.2 View of high resolution remote sensing image

圖3 2000、2007和2012年西溪濕地類型圖Fig.3 Xixi wetland mapping in 2000、2007and 2012

由圖3可見，濕地面積在減少，而非濕地面積在增加.

2.2 水域和植被的面積變化

利用ENVI軟件，通過對比分析的方法，重點分析水域、植被和建筑3種主要地物類型的面積變化情況.

由圖4可以看出，濕地中心的水域面積大幅度減少，而植被有所增加，這是由于政府規(guī)劃保護政策的作用下，受到人為破壞影響較少.但在西溪濕地公園保護范圍外即濕地周邊，植被、水域面積均呈現(xiàn)減少的趨勢，而且減少較為明顯.而非濕地面積增加及減少部分與植被面積變化正好相反，增加的面積正是建立在減少的濕地類型面積之上，說明隨著城市化進程的加快，研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地面積不斷增加，并逐漸連接成片，使得整個濕地景觀更加傾向于人文性，逐漸演變?yōu)槿斯竦兀档推渥匀簧鷳B(tài)價值.

圖4 2007-2012年3種主要地物類型的空間格局動態(tài)變化Fig.4 The dynamic changes of spatial pattern of three mainly feature type from 2007to 2012

2.3 斑塊數(shù)量和面積變化

利用Fragstats軟件，得到研究區(qū)歷年斑塊類型面積和數(shù)量情況，列于表2.

表2 研究區(qū)斑塊類型面積和數(shù)量Tab.2 Area and quantity of plaque type in the research area

由表2可知，水域類型中的河流斑塊面積和數(shù)量都減少10%左右；庫塘減少更加明顯，面積和數(shù)量分別減少近50%.植被類型中的草地斑塊面積和數(shù)量都出現(xiàn)明顯的減少，林地斑塊面積得到增加，但是斑塊數(shù)量減少，表明林地分布趨于規(guī)整.

3 討 論

3.1 濕地演變驅(qū)動力分析

3.1.1 自然因素

杭州地處沿海，易受臺風天氣影響，2008年臺風“鳳凰”、2009年臺風“莫拉克”、2011年臺風“南瑪都”、2012年臺風“?？钡榷疾煌潭扔绊懞贾?臺風引起的強烈氣壓使得樹木連根拔起，農(nóng)作物和陸生植物被摧毀，對濕地中植物造成一定程度的破壞.臺風帶來的暴雨沖刷使得地面上的污染物通過地表徑流進入水體，同時暴雨也可能會引起山體崩塌或泥石流，造成水土流失甚至泥沙淤積等，都會對濕地水體造成影響.在發(fā)生洪水時，西溪濕地北部余杭塘河的污水回返流到西溪濕地，造成短期污染［9］，洪水會沖刷地面，將地面垃圾沖進河流或庫塘，都會對濕地水體造成污染；洪水也會沖毀植被，對濕地中植被造成災(zāi)害，從而導(dǎo)致濕地水土流失；甚至會水土淤積，堵塞河流.如2013年的臺風“菲特”使近150萬m3的水朝西溪濕地奔涌而來，攜帶的大量沙石，給濕地景觀造成巨大沖擊.

3.1.2 人為因素

3.1.2.1 周邊居民生活

隨著城區(qū)人民生活水平的不斷提高，對蔬菜、魚類等需求加大，部分濕地被開發(fā)成種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)用地，圍塘造田、圍河造魚塘等現(xiàn)象不斷增加，造成了河流、庫塘面積大量減少［9-10］.同時，隨著西溪濕地的商業(yè)開發(fā)，外來居民人口不斷涌入，而當?shù)鼐用竦纳罾臀鬯任廴疚餆o收集處理設(shè)施［11-13］，排放造成了局部農(nóng)田、魚塘、河道污染，堵塞河道，水體沒有得到及時流動更換，降低了濕地內(nèi)部的流通性，進一步造成濕地生態(tài)系統(tǒng)的破壞.

3.1.2.2 工業(yè)建設(shè)

西溪濕地周邊區(qū)域原有的工業(yè)模式主要以建材、機械、汽配和服裝加工為主，隨著城市的快速擴張以及杭州未來科技城的加速建設(shè)，大量高新技術(shù)企業(yè)相繼入駐，工業(yè)建設(shè)水平達到前所未有的程度，但是由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，使得大量工業(yè)污水無法納入到城市污水排放系統(tǒng)，而是直接流入西溪水系中，造成水體的嚴重污染［10］，而廢水中含有的重金屬等大量污染物質(zhì)，對水生生物和植被具有嚴重的毒害作用，生態(tài)系統(tǒng)多樣性下降，造成濕地資源進一步萎縮.

3.1.2.3 旅游開發(fā)

近年來，政府將西溪濕地開發(fā)為旅游景區(qū)，旅游業(yè)迅猛發(fā)展.從2005年到2010年，參觀的游客累積達到了678.1萬［7］，這對濕地保護造成了很大的壓力.首先，二氧化碳含量增加，使得濕地的氣溫上升，不但影響陸生植物，且水體的溶解氧也會受到影響，直接威脅到水生生物的生存.其次，人流量的增多還會導(dǎo)致生活垃圾等固體廢棄物的增加，部分固廢難以自然降解，會長期殘留在土壤中對生態(tài)環(huán)境造成影響，另外也可能會進入河道中，堵塞河流，影響系統(tǒng)內(nèi)部的連通性.

3.1.2.4 房地產(chǎn)開發(fā)

西溪濕地環(huán)境優(yōu)美，吸引了很多房地產(chǎn)商前來投資開發(fā)，將眾多樓盤建在西溪濕地周邊，少數(shù)還直接建在濕地的中央?yún)^(qū)域，對西溪濕地的植被、土地和水域都造成了嚴重的破壞.首先，房地產(chǎn)開發(fā)破壞了大量植被，侵占了大片土地面積［11］，植被的破壞導(dǎo)致濕地降低了對溫度和濕度等的調(diào)節(jié)功能，并且降低了林地涵養(yǎng)水分的能力，同時土壤被硬化后很難恢復(fù)其生命力，且硬質(zhì)的地表會增強暴雨期的短時徑流，產(chǎn)生了更多污染物［9］.其次，建筑工地的揚塵覆蓋在植被和水體的表面，阻礙動植物的生長.隨著開發(fā)力度的加大，大量庫塘被填埋，使得水域面積迅速減少，濕地景觀破碎度和分離度不斷增大，有些水網(wǎng)已遭受嚴重破壞甚至不復(fù)存在［14］.樓盤施工期間的截流措施或施工時產(chǎn)生的材料廢物和生活垃圾等固體廢棄物堆積，造成河流的堵塞，水體流通性受阻，甚至造成庫塘的消失.

截至2014年，據(jù)透明售房網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，隨著綠城、富力等大型房地產(chǎn)開發(fā)集團的相繼入駐，在本研究區(qū)周邊在售及待售的房地產(chǎn)項目超過70個，部分房地產(chǎn)項目更是直接將樓盤建設(shè)在濕地的中央?yún)^(qū)域［10］，上述項目的開發(fā)，勢必要占用大量的濕地資源，是造成研究區(qū)內(nèi)濕地面積萎縮的主要因素.

3.1.2.5 城市道路建設(shè)

由于旅游業(yè)和房地產(chǎn)的開發(fā)，迫使大幅度地修建道路，不僅改變了土地功能類型，更對濕地的生境造成破壞.西溪濕地四周都是寬度40m的車行道路，打破了生境的連通度，加劇了景觀的破碎化，隔離了物種間的交流，會導(dǎo)致景觀多樣性的下降，物種趨于單一，不利于生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，而且阻隔了西溪濕地外部水源的注入［9］，影響水系的流通.而汽車尾氣對濕地的植物具有毒害作用，是威脅濕地生態(tài)系統(tǒng)安全的重要因素.

隨著研究區(qū)內(nèi)城市化程度的提高，道路網(wǎng)建設(shè)日趨增多，從2000年的遙感影像（圖5）可以看出研究區(qū)內(nèi)的南北向主干道僅有杭州繞城高速1條，然而到了2012年新增了高教路、荊長路兩條主干道，部分濕地資源被占用.另外，濕地受到城市道路的切割，景觀連續(xù)性被人為阻斷，自然植被破碎化程度上升，威脅到水系保護、動物的棲息環(huán)境和連通性［13］.

3.1.3 政府政策

針對西溪濕地生態(tài)旅游的開發(fā)，杭州市政府確定了堅持生態(tài)優(yōu)先、最小干預(yù)、修舊如舊、注重文化、可持續(xù)發(fā)展、以民為本的6個原則［15-16］，對西溪濕地進行保護性建設(shè)；2003年9月啟動綜合保護工程，整個西溪國家濕地公園的建設(shè)工程按計劃共分為3期，于2008年完工.西溪濕地公園建設(shè)后，將大部分居民遷出，停止養(yǎng)殖業(yè)，使得濕地的水環(huán)境得到很好的治理，恢復(fù)了生態(tài)系統(tǒng).西溪經(jīng)過人工整治后生態(tài)環(huán)境得到很大改善，說明整治工作是非常有效的，且政府對水資源進行管理，將錢塘江的水流引入西溪濕地，有效地解決了西溪濕地自然水源的補給［9］，穩(wěn)定并擴大了研究區(qū)內(nèi)的水域面積.

圖5 2000年與2012年研究區(qū)內(nèi)南北向主干道對比Fig.5 The changes of north-south road from 2000to 2012

3.2 保護對策分析

3.2.1 對干擾源的控制和防御

西溪濕地周邊居民的生活和養(yǎng)殖業(yè)對濕地的污染不可忽視，政府需加強對居民的管理和污染物的處理，或縮減人口［3］.在發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)過程中，應(yīng)注重保護庫塘的天然性和連通性，不應(yīng)隨意人為改變.對于西溪濕地周邊的重型污染工業(yè)，建議將其關(guān)閉或遷出，輕型污染工業(yè)應(yīng)配置污水管網(wǎng)，對工業(yè)廢水進行收集處理，避免其直接排入濕地河流內(nèi).

建設(shè)西溪濕地公園后，游客量劇增，旅游業(yè)發(fā)展的同時也帶動了多個產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，但人流量的增加加重了濕地的負荷.據(jù)陳久和等的研究可知，西溪國家濕地公園的旅游生態(tài)環(huán)境容量不宜超過4 000人／日，控制在3 500人／日為佳［17］.因此，應(yīng)加大對旅游業(yè)的管理力度，對游客量進行嚴格的控制.

作為造成濕地資源萎縮的重要因素，政府應(yīng)控制和減少房地產(chǎn)的占地面積，對城市土地利用進行合理規(guī)劃，充分考慮濕地公園與外部生態(tài)景觀的連通度，調(diào)整和改善西溪濕地周圍的土地利用情況［10］.在房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)過程中，盡量減少濕地資源的占用，采取措施減少工地揚塵的產(chǎn)生.

3.2.2 對區(qū)域環(huán)境的治理

3.2.2.1 水環(huán)境治理

利用水體生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對水中污染物進行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和降解，使水體得到凈化，同時提高濕地水體的自身凈化能力［18］，該技術(shù)包括生物膜處理技術(shù)、土地處理技術(shù)、人工濕地處理技術(shù)和生態(tài)浮島處理技術(shù)等［19］；西溪濕地內(nèi)產(chǎn)生的生活污水和使用后的農(nóng)田灌溉水等，建議采用管網(wǎng)收集處理，或經(jīng)處理達標后排放；疏浚西溪濕地內(nèi)的主要河流，將河底污泥挖出，去除積累在水體中的富營養(yǎng)物質(zhì)；規(guī)劃利用錢塘江配水，從錢塘江引入水源，使得濕地內(nèi)水系在枯水期和平水期都能夠保證水體的流動，防止成為死水，增加水體流通性；還可在水中種植蘆葦?shù)壤诮到馑形廴疚锏闹参?，有助于水體凈化，同時起到涵養(yǎng)水源的作用.

3.2.2.2 固體廢棄物處理

對當?shù)鼐用窈陀慰偷犬a(chǎn)生的垃圾應(yīng)收集運送到垃圾處理廠統(tǒng)一處理.同時做好道路清潔工作，防止垃圾進入河流對其造成污染；房地產(chǎn)施工和道路施工時所產(chǎn)生的工業(yè)廢物應(yīng)及時運送到垃圾處理廠，不應(yīng)造成堆積致使河流阻塞或污染.

3.2.2.3 景觀多樣性保護

對西溪濕地內(nèi)景觀多樣性的保護首先要擴大生態(tài)保護的范圍.例如減少旅游休閑廊道中對鳥類的可視區(qū)，保證濕地內(nèi)鳥類的隱蔽性，有利于其種族的繁衍.其次要保持濕地生態(tài)廊道的連接度，保證其景觀內(nèi)物種之間交流的暢通性，避免生態(tài)保護板塊之間出現(xiàn)隔離.

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