濕地功能分區(qū)的主要功能分區(qū)

濕地功能分區(qū)的主要功能分區(qū)

1功能分區(qū)研究方法濕地生態(tài)系統(tǒng)主要由過(guò)度潮濕環(huán)境和潮濕動(dòng)物組成。這是世界上最重要、最獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。與森林和海洋相比，它被稱(chēng)為世界上的三個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，它們有四個(gè)功能：供應(yīng)、調(diào)節(jié)、支持和文化。但是,隨著人口膨脹、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及全球環(huán)境變化等因素,濕地的退化速度遠(yuǎn)大于其他類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)。功能分區(qū)對(duì)提高濕地資源的生態(tài)健康水平和激發(fā)濕地資源的活力、抑制濕地退化具有重要作用。目前,遙感技術(shù)作為濕地資源調(diào)查與功能研究的重要技術(shù)手段而被廣泛應(yīng)用。功能分區(qū)是保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境和合理利用濕地自然資源的基礎(chǔ),其可更好地促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和濕地資源的可持續(xù)利用,為濕地監(jiān)管提供直接的決策依據(jù)。功能分區(qū)研究的技術(shù)路線方法主要有兩種,即運(yùn)用地帶性、區(qū)域性環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子的空間差異自上而下順序劃分的演繹法和運(yùn)用指示系統(tǒng)空間變化的指標(biāo)自下而上逐級(jí)合并的歸納法。在利用“自上而下”和“自下而上”開(kāi)展功能分區(qū)研究時(shí),通常采用的分析方法有空間疊置、主導(dǎo)因子、聚類(lèi)分析、主成分分析等。本文以北京野鴨湖國(guó)家濕地公園(北京市自然保護(hù)區(qū))為研究對(duì)象,開(kāi)展了濕地的功能分區(qū)研究。2數(shù)據(jù)收集和研究方法2.1北京市濕地公園和濕地公園野鴨湖濕地處于北緯40°22′04″~40°30′31″,東經(jīng)115°46′16″~115°59′48″,是國(guó)家級(jí)濕地公園和北京市重要濕地,也是官?gòu)d水庫(kù)延慶轄區(qū)及環(huán)湖淹沒(méi)區(qū)形成的灘涂和庫(kù)塘等所組成的次生濕地。野鴨湖濕地周邊屬延慶盆地地貌,保護(hù)區(qū)總面積6873hm2,是北京地區(qū)面積最大的濕地,具有典型性和特殊性的小型生態(tài)系統(tǒng)(圖1)。2.2野外調(diào)研數(shù)據(jù)研究收集了2007年5月28日LandsatTM衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、2007年北京濕地普查數(shù)據(jù)、1:25萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)及北京氣象數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)資料。本文以LandsatTM遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,結(jié)合環(huán)境、水文、國(guó)土等專(zhuān)題數(shù)據(jù)和動(dòng)物分布等野外調(diào)研數(shù)據(jù),分析提取水文、土壤、植被等特征信息;同時(shí),從濕地生境的自然性、濕地類(lèi)型的稀缺性、濕地物種的稀有性和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)濕地的影響等方面,重點(diǎn)分析了生物種類(lèi)的分布、土壤類(lèi)型及濕度、植被類(lèi)型及長(zhǎng)勢(shì)、地表覆蓋類(lèi)型等功能指標(biāo)的空間分異特征;以景觀生態(tài)學(xué)和濕地科學(xué)理論為指導(dǎo),運(yùn)用GIS的空間分析功能,耦合“自上而下”、“自下而上”、空間疊置、相關(guān)分析和主導(dǎo)因子等方法,實(shí)現(xiàn)了濕地管育和主導(dǎo)功能分區(qū),總體思路和技術(shù)路線如圖2所示。3濕地的空間特征特征多元分析與功能范圍3.1濕地空間特征的多元分析3.1.1種濕地斑塊的空間分布野鴨湖濕地保護(hù)區(qū)內(nèi),濕地總面積占保護(hù)區(qū)面積的14.09%,濕地斑塊主要包括河流、沼澤、蓄水區(qū)、水塘和灌溉地等5類(lèi)濕地,分別占濕地總面積的2.82%、73.31%、20.77%、2.62%、0.47%;前2種為自然濕地,后3種為人工濕地。5種濕地斑塊的空間分布如圖3所示。從空間分布上來(lái)看,同類(lèi)型濕地斑塊分布比較集中,分離度和破碎度較低。沼澤濕地主要分布在官?gòu)d水庫(kù)的北緣和媯水河流入官?gòu)d水庫(kù)的入口處,主要是由官?gòu)d水庫(kù)水位變化而在不同時(shí)期形成的環(huán)湖淹沒(méi)區(qū)和泛洪灘涂組成;河流濕地主要由蔡家河組成,分布在保護(hù)區(qū)的北側(cè),呈南北走向;蓄水區(qū)濕地主要是由媯水河和野鴨湖而組成的,該類(lèi)型濕地貫穿濕地核心地帶,呈現(xiàn)東北-西南走向;水塘濕地主要沿蔡家河兩岸,分布在保護(hù)區(qū)北側(cè);灌溉地濕地面積最小,主要分布在保護(hù)區(qū)北側(cè)的蔡家河岸邊。3.1.2植被類(lèi)型的差異野鴨湖濕地植被主要由地表常年過(guò)水或積水條件下生長(zhǎng)的各種濕地植被和鹽沼旱生植被組成,具有物種豐富,廣布植物繁多;地理成分復(fù)雜,以溫帶為主的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),野鴨湖濕地高等植物有71科213屬357種,占北京市科、屬、種數(shù)的42%、25%和17%。沼澤濕地斑塊植被類(lèi)型與其他區(qū)域差異較大,主要分布著淺水植物群落、豬毛菜群落、香蒲群落、蘆葦群落和其他自然草地。根據(jù)植被反射波譜特征,歸一化植被指數(shù)(ND-VI)系通過(guò)近紅外波段與可見(jiàn)光紅波段的反射率之差與反射率之和的比值進(jìn)行準(zhǔn)確估算,是地表植被生長(zhǎng)狀態(tài)及覆蓋度的最佳指示因子之一。研究中,利用TM影像進(jìn)行反演得到野鴨湖濕地的ND-VI空間分異如圖4所示,植被指數(shù)最大值為0.90,最小值為-0.55,平均值0.26,標(biāo)準(zhǔn)方差0.21?？傮w看來(lái),保護(hù)區(qū)西南部植被長(zhǎng)勢(shì)好于其他區(qū)域。灌溉地、河流濕地、沼澤濕地斑塊類(lèi)型中,植被指數(shù)平均值較大。灌溉地濕地為人工種植植被長(zhǎng)勢(shì)最好;河流濕地內(nèi)濕潤(rùn)度較大的河床植被長(zhǎng)勢(shì)較好。3.1.3土壤濕度計(jì)算方法的選擇保護(hù)區(qū)的地帶性土壤類(lèi)型為褐土和潮土,中部有部分的潮土和鹽潮土,土壤肥力較差,只有媯水河下游部分土質(zhì)相對(duì)較好。遙感監(jiān)測(cè)土壤濕度主要有土壤熱慣量的方法、區(qū)域蒸散發(fā)量的方法、基于植被指數(shù)和溫度的方法、土壤水分光譜特征的方法等。鑒于濕地的特點(diǎn),選擇了植被指數(shù)-溫度的方法反演得到濕地土壤濕度指數(shù),土壤濕度空間分異特征如圖5所示。總體來(lái)看,保護(hù)區(qū)西南部土壤濕度大于其他區(qū)域。除水塘和蓄水區(qū)外,土壤濕度依次為河流濕地>灌溉地>沼澤地,且均明顯大于普通耕地。從空間分異特征來(lái)看,土壤濕度和水域分布、植被分布較為一致,距離水域較近的區(qū)域,土壤水分條件較好;植物生長(zhǎng)狀態(tài)好的區(qū)域,由于植物蒸騰作用較強(qiáng),致使冠層表面和土壤表面溫度越低,反映土壤水分供應(yīng)條件越好。3.1.4地表覆蓋空間分異鑒于野鴨湖濕地地表植被覆蓋度較高的特點(diǎn),首先,對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行TasseledCap變換(纓穗變換)的光譜增強(qiáng)處理,對(duì)原始多波段圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行空間旋轉(zhuǎn),獲得具有物理意義的亮度、綠度、濕度等分量,從而使得濕地地表覆蓋分異特征得到了增強(qiáng),然后,利用最小距離監(jiān)督分類(lèi)獲得野鴨湖濕地的地表覆蓋類(lèi)型空間分異特征圖(圖6)。野鴨湖濕地主要為水體、植被、沼澤、林地和建設(shè)用地5種類(lèi)型,其中沼澤地和林地覆蓋面積最大,具有較好的自然性;而耕地和建設(shè)用地承載了較多的人類(lèi)活動(dòng)信息,自然性較差。3.1.5生境和生境濕地鳥(niǎo)類(lèi)的時(shí)空分布野鴨湖濕地有著多種植被,長(zhǎng)勢(shì)較好,為眾多水生生物、鳥(niǎo)類(lèi)(包括遷徙候鳥(niǎo))、中小形動(dòng)物等提供著理想的棲息環(huán)境和繁育場(chǎng)所,從而使得野鴨湖濕地具有物種種類(lèi)多、生物多樣性豐富的特點(diǎn)。以野鴨湖濕地為主要棲息地的動(dòng)物中,列入國(guó)家Ⅰ級(jí)保護(hù)動(dòng)物5種、Ⅱ級(jí)34種,全部為鳥(niǎo)類(lèi);列入《中國(guó)優(yōu)先保護(hù)物種名錄》的鳥(niǎo)類(lèi)有37種,列入“珍稀瀕危野生動(dòng)植物種國(guó)際貿(mào)易公約”附錄Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的物種21種,其中,鳥(niǎo)類(lèi)20種,列入北京市保護(hù)野生動(dòng)物Ⅰ、Ⅱ級(jí)名錄的動(dòng)物98種,其中,獸類(lèi)5種,鳥(niǎo)類(lèi)88種,兩棲爬行類(lèi)5種。據(jù)野外長(zhǎng)期觀測(cè)記錄可知,野鴨湖濕地鳥(niǎo)類(lèi)主要停留在媯水河和蔡家河等河流水體及其周期性淹沒(méi)而形成的河流灘地和官?gòu)d水庫(kù)的入庫(kù)口、野鴨湖水域的淺水區(qū)及其周期性淹沒(méi)而形成的庫(kù)塘灘涂濕地。由于水深環(huán)境、植被類(lèi)型的不同,不同位置分布著不同的濕地鳥(niǎo)類(lèi),具體分布如圖7所示。據(jù)觀測(cè)統(tǒng)計(jì),多數(shù)鳥(niǎo)的停留時(shí)間在春、秋、冬及其繁育季節(jié),少量鳥(niǎo)的停留時(shí)間在夏季(表1)。因此,從野鴨湖濕地鳥(niǎo)類(lèi)時(shí)間和地點(diǎn)分布特征來(lái)看,野鴨湖濕地保護(hù)區(qū)表現(xiàn)出了典型的鳥(niǎo)類(lèi)遷徙生態(tài)走廊和明顯的河流廊道特點(diǎn)。3.2濕地管育功能分區(qū)野鴨湖濕地自然保護(hù)區(qū)是具有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、是珍稀瀕危野生動(dòng)植物物種的天然集中分布區(qū)、是自然遺跡等保護(hù)對(duì)象的陸地與水域過(guò)渡的重要區(qū)域。因此,為了實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù),在實(shí)現(xiàn)濕地補(bǔ)償區(qū)和保育區(qū)分區(qū)基礎(chǔ)上,按照3分區(qū)模式(核心區(qū)、緩沖區(qū)、試驗(yàn)區(qū))對(duì)野鴨湖濕地進(jìn)行了管育功能分區(qū);為了實(shí)現(xiàn)濕地資源價(jià)值的科學(xué)合理利用,對(duì)野鴨湖濕地不同區(qū)域范圍進(jìn)行了主導(dǎo)功能分區(qū)。3.2.1景觀核心區(qū)的設(shè)置濕地周邊的區(qū)域環(huán)境直接影響著濕地系統(tǒng)的形成及變化過(guò)程,為濕地系統(tǒng)直接提供物質(zhì)養(yǎng)分。水文過(guò)程被認(rèn)為是決定著實(shí)地類(lèi)型形成及維持,以及濕地過(guò)程的唯一最重要的因素,研究通過(guò)分析野鴨湖濕地周邊地區(qū)的物質(zhì)流通和地形地貌特點(diǎn),以地形和水文集水特征為主導(dǎo)標(biāo)志,進(jìn)行野鴨湖濕地的補(bǔ)償區(qū)和保育區(qū)分區(qū),如圖8(a)所示。補(bǔ)償區(qū)主要為媯水河和蔡家河等野鴨湖濕地內(nèi)的河流集水區(qū),為濕地提供重要的水文補(bǔ)給和物質(zhì)養(yǎng)分;而保育區(qū)才是真正意義上的濕地,主要是由于補(bǔ)償區(qū)水流與官?gòu)d水庫(kù)相互作用而形成的濕地區(qū)域,為濕地動(dòng)物和植物的理想棲息地。在野鴨湖濕地保育區(qū),通過(guò)自然環(huán)境分異特征分析可以看出蔡家河、媯水河等表現(xiàn)出顯著的生態(tài)廊道功能并為濕地鳥(niǎo)類(lèi)提供著重要棲息地和生物遷徙走廊,另一方面在官?gòu)d水庫(kù)及媯水河交界處,分布著官?gòu)d水庫(kù)淹沒(méi)灘涂組成的次生沼澤濕地且是北京唯一的沼澤濕地分布區(qū)。因此,在核心區(qū)設(shè)置中,以野鴨湖保護(hù)區(qū)內(nèi)物種稀有性和濕地斑塊在北京濕地資源中的稀缺性為主導(dǎo)因子,通過(guò)野外實(shí)際調(diào)研并分析主導(dǎo)因子與其他功能指標(biāo)因子之間的相關(guān)性,參照前人相關(guān)成果,設(shè)定核心區(qū)的第一組成部分范圍為鳥(niǎo)類(lèi)分布集中的水體及其周邊200m區(qū)域;由于考慮到野鴨湖沼澤濕地的稀有性,以及以沼澤為主要棲息環(huán)境的非鳥(niǎo)類(lèi)生物的需要,沼澤濕地及其周邊150m范圍作為核心區(qū)的第二組成部分。根據(jù)景觀生態(tài)廊道的要求,緩沖區(qū)設(shè)定則以核心區(qū)邊界向外做200m的緩沖半徑而得到。除核心區(qū)、緩沖區(qū)以外的其他區(qū)域均設(shè)定為試驗(yàn)區(qū)。最后,借助GIS和空間疊置方法獲得野鴨湖濕地功能分區(qū)圖,如圖8(b)所示。3.2.2生物多樣性與主導(dǎo)因子的關(guān)系保護(hù)區(qū)是科學(xué)研究、教育、生產(chǎn)和旅游等活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合充分發(fā)揮生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的特殊區(qū)域。因此,為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)的科學(xué)保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)目的,進(jìn)行了保護(hù)區(qū)主導(dǎo)功能分區(qū)。由于保護(hù)區(qū)下墊面覆蓋類(lèi)型記錄著自然和人類(lèi)活動(dòng)的痕跡,因此主導(dǎo)功能分區(qū)以不同地表覆蓋特征為主導(dǎo)因子,分析其與各種人類(lèi)活動(dòng)的相關(guān)性,結(jié)合植被、土壤、生物多樣性分異特征,以及管育功能分區(qū)結(jié)果,按照各自在保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮的不同作用進(jìn)行了主導(dǎo)功能分區(qū)(圖9)。主要分為水鳥(niǎo)保護(hù)區(qū)、植被保護(hù)區(qū)、水環(huán)境功能區(qū)、物質(zhì)供給區(qū)、休閑娛樂(lè)區(qū)和管理功能區(qū)。水鳥(niǎo)保護(hù)區(qū)主要是保護(hù)水鳥(niǎo)棲息地環(huán)境從而為水鳥(niǎo)停留和繁殖提供更好的生態(tài)環(huán)境;植被保護(hù)區(qū)主要是保護(hù)濕地植物,從而保護(hù)植物物種的多樣性;水環(huán)境功能區(qū)主要是保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量和原始的水文條件,從而保障濕地生態(tài)系統(tǒng)基本生態(tài)需水的供給和調(diào)節(jié)局地氣候,體現(xiàn)濕地的調(diào)節(jié)價(jià)值;物質(zhì)供給區(qū)主要是人類(lèi)從事耕地和水塘等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性活動(dòng),產(chǎn)生直接的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,體現(xiàn)濕地的供給價(jià)值;休閑娛樂(lè)區(qū)主要為人類(lèi)旅游、休憩活動(dòng)的場(chǎng)所,體現(xiàn)濕地的文化價(jià)值;管理服務(wù)功能區(qū)主要是保護(hù)區(qū)日常管理維護(hù)的集中辦公區(qū)和服務(wù)于旅游休憩的商業(yè)性經(jīng)營(yíng)活動(dòng)區(qū)域。4空間分異特征綜合利用遙感、濕地普查、野外實(shí)測(cè)及氣象等數(shù)據(jù),以景觀生態(tài)學(xué)和濕地科學(xué)理論為