張葉春石曉峰

(江蘇省測繪工程院,江蘇 南京210013)

0 引 言

生態(tài)紅線對維護國家和區(qū)域生態(tài)安全及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義,必須實行嚴格管理和保護的國土空間管控線。生態(tài)紅線區(qū)域是具有重要生態(tài)服務功能的區(qū)域(包括調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境、涵養(yǎng)水源、保持水土、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、保護生物多樣性和美化景觀等)以及具有重要生態(tài)防護功能的區(qū)域(包括洪水調(diào)蓄、防風固沙、預防侵蝕、災害防護和海岸帶防護等)。劃定生態(tài)紅線是實施生態(tài)分區(qū)保護、分級管理和分類指導的有效手段[1]。有研究指出,江蘇省陸域生態(tài)紅線區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值為564.15億元/年,占全省陸地生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的48.69%,其中濕地最高,生態(tài)系統(tǒng)服務單位面積價值達0.056萬元/km2,是全省平均的4.89倍[2]。因此,研究濕地生態(tài)紅線區(qū)保護情況及景觀格局動態(tài)變化具有非常重要的價值。

針對生態(tài)紅線監(jiān)測工作,國內(nèi)已有學者開展了大量深入研究[3-4],研究重點主要是劃定指標方面[5],但后續(xù)監(jiān)測也是生態(tài)紅線工作的重要內(nèi)容。基于此,本文在研究過程中首先結(jié)合地理國情普查工作確定生態(tài)紅線區(qū)分類體系,建立一套以地理國情數(shù)據(jù)為基礎、基于多源數(shù)據(jù)的生態(tài)紅線及監(jiān)測方案;隨后應用該方案,選取江蘇陽澄湖重要濕地為監(jiān)測區(qū),提取該區(qū)域2005年以來生態(tài)紅線覆蓋現(xiàn)狀,并開展監(jiān)測區(qū)統(tǒng)計分析與評價工作。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)準備

陽澄湖濕地位于江蘇省蘇州市東北,跨蘇州市工業(yè)園區(qū)、相城區(qū)及昆山市,南連蘇州市,北鄰常熟,是太湖下游湖群之一,是古太湖的殘留,是太湖平原上第3大淡水湖,為草型湖泊,也是生物多樣性集中和生產(chǎn)力較高的地帶。湖泊濕地環(huán)繞湖泊開闊水面,具有攔截凈化外來污水的能力,在保護湖泊生態(tài)平衡、防治湖泊富營養(yǎng)化方面具有重要作用。陽澄湖濕地面積約為217 km2,湖中兩條沙埂將濕地分為東、中、西3塊,其中東湖最大,平均水深1.71 m,中湖和西湖平均水深分別為1.8 m和2.65 m,水位變化平緩,變幅一般在1.2 m以下,絕對最大變幅達2.14 m。陽澄湖最高水位4.39 m,最低水位2.22 m,西納元和塘來水,東出戚浦塘、楊林塘和濟河,注入長江,南出婁江,與吳淞江、澄湖、淀泖等湖群相通,水溫常年在4°以上,冬季很少封凍。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)使用

本次監(jiān)測收集了十五、十一五、十二五期間的影像與矢量數(shù)據(jù),包括航空與航天遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)、江蘇省第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)、江蘇省第一次地理國情普查數(shù)據(jù)、江蘇省生態(tài)10年環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

2.2 技術(shù)路線

總體技術(shù)路線如下所示(圖1)。首先建立監(jiān)測指標體系,并將已有參考數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至生態(tài)紅線監(jiān)測體系;隨后對多元矢量和柵格數(shù)據(jù)進行處理,需要開展統(tǒng)一數(shù)學基礎與不同分類體系數(shù)據(jù)整合工作;應用按照擴展、細化和歸并后的技術(shù)指標,以遙感正射影像為基礎,利用收集整理的基礎地理信息和其他專業(yè)部門資料,采用自動分類提取與人工解譯相結(jié)合方式,開展地表覆蓋類型內(nèi)業(yè)判讀與解譯;對于有疑問的圖斑需要開展外業(yè)調(diào)查;再次對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查并歸納入生態(tài)紅線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫;最后應用數(shù)據(jù)庫開展統(tǒng)計分析與評價工作。

圖1 總體技術(shù)路線

2.3 遙感影像信息提取

按照擴展、細化和歸并后的技術(shù)指標,以遙感正射影像為基礎,利用收集整理的基礎地理信息和其他專業(yè)部門資料,采用自動分類提取與人工解譯相結(jié)合方式,開展地表覆蓋類型內(nèi)業(yè)判讀與解譯。同時,補充或更新生態(tài)紅線監(jiān)測所關(guān)注的重要地理國情實體要素,提取要素屬性,形成相應數(shù)據(jù)集,有疑問的區(qū)域需進行外業(yè)核查。

3 結(jié)果與分析

3.1 遙感分類結(jié)果

應用2005年、2010年與2014年3期遙感影像數(shù)據(jù),利用eCognition軟件對陽澄湖重要濕地進行遙感分類。利用外業(yè)調(diào)查工作底圖,采用數(shù)字調(diào)繪系統(tǒng)或其他有效方式對內(nèi)業(yè)分類與判譯中無法確定邊界或?qū)傩缘囊睾蜔o法準確確定類型的地表覆蓋分類圖斑開展實地核實確認和補調(diào),得到分類結(jié)果(圖2)。

3.2 景觀格局演變分析

3.2.1 景觀動態(tài)變化分析

陽澄湖重要濕地主要變化為自然用地下降和人工用地上升的過程(表1)。其中,城鎮(zhèn)面積上升幅度最大,2005—2010年期間變化率為10.99%,面積上升8.94 km2,2010—2014年變化率為3.92%,面積上升3.95 km2;農(nóng)田面積略有下降,面積由2005占比13.21%下降到2010年僅占比11.80%,在2014年略有回升至11.93%;草地面積下降幅度最大,由2005占比3.37%下降到2010占比2.83%,在2014年進一步下降到2.06%,面積分別下降1.18 km2和1.68 km2;濕地下降面積最大,由2005年占區(qū)內(nèi)面積的74.19%下降到2010的72.08%,隨后在2014年下降到70.88%,面積分別下降5.66 km2和2.42 km2;灌叢和林地面積變化均不大。

表1 陽澄湖重要濕地景觀總體變化情況

3.2.2 地類級別景觀格局指數(shù)分析

以2005—2010年間土地利用轉(zhuǎn)移情況為例,說明地類級別景觀動態(tài)變化情況,由以下可知(表2—3)林地轉(zhuǎn)出面積為0.11 km2;其他類型向林地轉(zhuǎn)入面積為0.09 km2,面積變化趨于穩(wěn)定。

林地和灌叢轉(zhuǎn)移總體表現(xiàn)平衡,面積基本沒有變化。草地轉(zhuǎn)出面積共為2.23 km2,其中向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移最多,轉(zhuǎn)移面積為2.19 km2;而其他類型向草地轉(zhuǎn)入面積共為1.05 km2,其中城鎮(zhèn)貢獻率最大,為9.13%,其次為濕地,貢獻率為6.60%;草地轉(zhuǎn)移總體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)出,轉(zhuǎn)出面積為1.18 km2。城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)出面積為1.78 km2,其中轉(zhuǎn)為農(nóng)田0.88 km2,轉(zhuǎn)為草地0.57 km2,轉(zhuǎn)為濕地0.33 km2;其他類型向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)入面積為10.71 km2,其中農(nóng)田轉(zhuǎn)入5.99 km2,貢獻率為23.77%,草地轉(zhuǎn)入2.19 km2,貢獻率為8.71%,濕地轉(zhuǎn)入2.53 km2,貢獻率為10.06%。城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移總體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)入,轉(zhuǎn)入面積為10.71 km2。農(nóng)田轉(zhuǎn)出面積為6.59 km2,其中轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)的最多,為5.99 km2,其次為轉(zhuǎn)為濕地0.53 km2;其他類型向農(nóng)田轉(zhuǎn)入面積為4.51 km2,其中濕地轉(zhuǎn)入最多,為3.62 km2,貢獻率達12.82%,其次為城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)入0.88 km2,貢獻率為3.11%;農(nóng)田轉(zhuǎn)移總體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)出,轉(zhuǎn)出面積為2.08 km2。濕地轉(zhuǎn)出面積為6.56 km2,其中轉(zhuǎn)為農(nóng)田3.62 km2,轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)2.53 km2,轉(zhuǎn)為草地0.41 km2;其他類型向濕地的轉(zhuǎn)入面積為0.88 km2,其中農(nóng)田轉(zhuǎn)入最多,為0.53 km2,其次城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)入0.33 km2;濕地轉(zhuǎn)移總體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)出,轉(zhuǎn)出面積為5.68 km2。

表2 陽澄湖重要濕地2005—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表3 陽澄湖重要濕地2005—2010年各組分轉(zhuǎn)移類型及貢獻率/%

從以上分析可以看出,在2005—2010年間,陽澄湖重要濕地的林地和灌木面積變化穩(wěn)定;草地、農(nóng)田、濕地表現(xiàn)為轉(zhuǎn)出趨勢,即面積表現(xiàn)為減少,其中濕地面積減少最多,其次為農(nóng)田和草地;城鎮(zhèn)則表現(xiàn)為面積增加趨勢。

表4 陽澄湖重要濕地2005—2010各組分保留率

從保留率來看,濕地的保留率較高,達到了96%,灌叢和林地的保留率也分別達到了94%和92%,城鎮(zhèn)的保留率為89%,農(nóng)田和草地的保留率較低,為78%和70%,說明了相對于總體面積來講,濕地變化趨勢較小,而城鎮(zhèn)、農(nóng)田和草地變化趨勢較大。

3.2 .3 景觀級別景觀格局指數(shù)研究

應用Fragstats4.2軟件,對生態(tài)紅線區(qū)3個時相數(shù)據(jù)開展景觀級別景觀格局研究,選擇斑塊個數(shù)、斑塊密度、多樣性、均勻度、聚集指數(shù)、蔓延度等常用景觀指數(shù)對研究區(qū)景觀格局進行定量分析,結(jié)果如下所示(表5)。

表5 陽澄湖重要濕地生態(tài)紅線區(qū)景觀級別景觀格局指數(shù)

從表5可以看出,從斑塊個數(shù)與斑塊密度方面分析,陽澄湖重要濕地生態(tài)紅線區(qū)內(nèi)隨時間發(fā)展,斑塊個數(shù)和板塊密度均呈現(xiàn)增多趨勢,說明自然保護區(qū)景觀破碎度均呈上升態(tài)勢。而從生物多樣性角度分析,陽澄湖重要濕地SHDI值與SHEI值均略有上升,說明景觀多樣性隨時間變化幅度較小。從聚集度指數(shù)分析,陽澄湖重要濕地AI值隨時間變小,景觀聚集度呈變小趨勢。從蔓延度分析,陽澄湖重要濕地蔓延度值隨時間變小,說明該區(qū)域景觀聚集度呈變小趨勢。

4 結(jié) 語

(1)對陽澄湖重要濕地的研究表明,在2005—2010年間,陽澄湖重要濕地的林地和灌木面積變化穩(wěn)定;草地、農(nóng)田、濕地表現(xiàn)為轉(zhuǎn)出趨勢,即面積表現(xiàn)為減少,其中濕地面積減少最多,其次為農(nóng)田和草地;城鎮(zhèn)則表現(xiàn)為面積增加趨勢。在2010—2014年間,陽澄湖重要濕地的林地、灌叢面積變化穩(wěn)定,農(nóng)田面積變化較小,草地、城鎮(zhèn)、濕地面積變化較大,其中草地和濕地表現(xiàn)為轉(zhuǎn)出趨勢,即面積表現(xiàn)為減少,城鎮(zhèn)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)入趨勢,即面積表現(xiàn)為增加。

(2)通過對景觀格局演變分析研究,發(fā)現(xiàn)以下問題:① 人工用地增長而自然景觀下降的情況,導致生態(tài)指數(shù)下降;② 陽澄湖重要濕地中草地等地類,在原有面積占比較低情況下存在進一步下降趨勢,對于生物多樣性的保護有負面影響。針對以上問題,提出建議如下:① 應凍結(jié)生態(tài)紅線保護區(qū)范圍內(nèi)人工用地開發(fā)活動,在有條件情況下將人工用地還原為自然景觀;② 應對原有占比較小的地類,特別是自然地類,加大保護力度,防止該用地進一步下降甚至消失,以保護該區(qū)域生物多樣性。

[1]燕守廣,林乃峰,沈渭壽.江蘇省生態(tài)紅線區(qū)域劃分與保護[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報,2014,30(3):294-299.

[2]燕守廣,張慧,李海東,等.江蘇省陸地和生態(tài)紅線區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值[J].生態(tài)學報,2017,37(13):4511-4518.

[3]林勇,樊景鳳,溫泉,等.生態(tài)紅線劃分的理論和技術(shù)[J].生態(tài)學報,2016,36(5):1244-1252.

[4]張瑩.區(qū)域生態(tài)紅線劃分方法研究[D].綿陽:西南科技大學,2017.

[5]李建龍,剛成誠,李輝,等.城市生態(tài)紅線劃分的原理、方法及指標體系構(gòu)建——以蘇州市吳中區(qū)為例[J].天津農(nóng)業(yè)科學,2015,21(2):57-67.