荊岳鐵路對(duì)東洞庭湖自然保護(hù)區(qū)自然體系生態(tài)完整性的影響分析

謝漢生,李耀增,張燦明

(1.中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所,北京 100081; 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院森林生態(tài)與環(huán)境研究所,湖南長沙 410007)

自然保護(hù)區(qū)是指對(duì)有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動(dòng)植物的天然集中分布區(qū)及有特殊意義的自然遺跡等保護(hù)對(duì)象所在的陸地、水體或海域,依法劃出予以特殊保護(hù)和管理的一定面積區(qū)域[1]。東洞庭湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)保護(hù)對(duì)象為濕地生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性、珍稀瀕危水禽、自然生態(tài)環(huán)境和自然資源,以及自然、人文景觀,是數(shù)以萬計(jì)鳥類的理想越冬地和停歇地,是生物多樣性十分豐富的國際重要濕地。本文通過對(duì)東洞庭湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)完整性現(xiàn)狀的分析,預(yù)測(cè)荊岳鐵路建設(shè)對(duì)保護(hù)區(qū)生態(tài)完整性的影響,為保護(hù)區(qū)的管理和建設(shè)以及鐵路設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 荊岳鐵路和東洞庭湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)

新建荊州至岳陽鐵路位于湖北省荊州市和湖南省岳陽市境內(nèi),起點(diǎn)接軌于荊州地區(qū)荊沙線沙市站,終點(diǎn)引入岳陽市京廣線岳陽北站。新建正線長度為 167.78 km,工程等級(jí)為國鐵Ⅰ級(jí),采用雙線,設(shè)計(jì)速度 160 km/h,電力牽引標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[2]。

東洞庭湖自然保護(hù)區(qū)于 1982年成立,1994年國務(wù)院批準(zhǔn)為國家級(jí)自然保護(hù)區(qū),為國際重要濕地,位于岳陽市境內(nèi),面積 19.00×104hm2,其中核心區(qū) 2.90×104hm2,緩沖區(qū) 3.64×104hm2,實(shí)驗(yàn)區(qū) 12.46×104hm2。主要保護(hù)對(duì)象為濕地生態(tài)和珍稀鳥類。

擬建線路出松木橋隧道后就進(jìn)入東洞庭湖國家級(jí)自保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)范圍,約有 46.52 km路段位于實(shí)驗(yàn)區(qū)范圍,其中路基長 15.43 km,橋梁長31.09 km。線路與緩沖區(qū)、核心區(qū)的最近距離分別為 0.5 km、2.33 km。

2 自然體系生態(tài)完整性現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)

2.1 植被生產(chǎn)力及碳貯量現(xiàn)狀

植被是生態(tài)環(huán)境中最重要、最敏感的自然要素,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化及穩(wěn)定起決定性的作用。植被生產(chǎn)力及碳貯量是評(píng)價(jià)植被生態(tài)狀況的重要指標(biāo),植被生產(chǎn)力及碳貯量越高,說明植被生態(tài)狀況越好[3]。根據(jù)區(qū)域內(nèi)樣方調(diào)查資料,不同植被生產(chǎn)力、碳貯量詳見表1。

表1 不同植被生產(chǎn)力、碳貯量計(jì)算表

2.2 景觀生態(tài)體系現(xiàn)狀質(zhì)量

2.2.1 景觀生態(tài)體系現(xiàn)狀

區(qū)域內(nèi)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查是在衛(wèi)片解譯的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有資料,運(yùn)用景觀法進(jìn)行綜合分析,并對(duì)土地進(jìn)行分類,將土地利用格局的拼塊類型分為林地、灌草地、耕地、水域、建筑用地及居民地、裸露地及灘涂等 6種類型,土地利用現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)情況見表2。

表2 土地利用現(xiàn)狀及拼塊類型統(tǒng)計(jì)表

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)耕地面積達(dá)到 26 768hm2,占整個(gè)總面積的 39.90%,是區(qū)域內(nèi)的主要土地類型。

2.2.2 景觀生態(tài)體系現(xiàn)狀質(zhì)量評(píng)價(jià)

在自然體系等級(jí)劃分中,本區(qū)屬于自然景觀生態(tài)系統(tǒng),主要由濕地生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)以及村鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)相間組成。土地利用類型以耕地為主,人為活動(dòng)干擾較大,整體上生態(tài)環(huán)境保存較好。在組成景觀生態(tài)系統(tǒng)的各類組分中,基質(zhì)是景觀的背景區(qū)域,在很大程度上決定了景觀的性質(zhì),對(duì)景觀的動(dòng)態(tài)起著主導(dǎo)作用。判定景觀基質(zhì)的指標(biāo)一般選用優(yōu)勢(shì)度指數(shù) (Do),Do由密度(Rd)、頻度 (Rf)和景觀比例 (Lp)3個(gè)參數(shù)計(jì)算得出[4],其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 區(qū)域內(nèi)各類拼塊優(yōu)勢(shì)度值計(jì)算表

由表3可知,在本工程評(píng)價(jià)區(qū)各拼塊的優(yōu)勢(shì)度值中,耕地的最高,達(dá)到 36.48%,其密度(17.87%),頻度(48.25%),景觀比例 (39.90%)等各項(xiàng)指標(biāo)除密度值排在第 3位外,頻度值和景觀比例值均高于其它拼塊類型,說明耕地是評(píng)價(jià)區(qū)的基質(zhì),是本區(qū)域內(nèi)對(duì)景觀具有控制作用的生態(tài)體系部分。區(qū)域內(nèi)以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為主,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受人為干擾較大,生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力以及調(diào)控能力相對(duì)較差。

3 對(duì)自然體系生態(tài)完整性的影響分析

對(duì)區(qū)域自然體系生態(tài)完整性的影響由工程占地引起,工程施工過程中占?jí)和恋仡愋陀修r(nóng)田、旱地、人工林和灌草地等,導(dǎo)致區(qū)域自然生態(tài)體系生產(chǎn)能力和穩(wěn)定狀況發(fā)生改變,對(duì)本區(qū)域生態(tài)完整性具有一定影響[5]。

3.1 自然體系生物量、碳貯量及生產(chǎn)力的變化

工程建設(shè)完成后,使評(píng)價(jià)區(qū)的各種土地拼塊類型發(fā)生變化,生物量及碳貯量變化情況見表4。

表4 區(qū)域內(nèi)生物量及碳貯量變化情況表

從表4可以看出:工程建設(shè)過程中,使區(qū)域內(nèi)自然體系的生物量減少 2110.89 t,碳貯量下降929.56 t,降低幅度分別為 0.34%和 0.56%,由此可見,工程建設(shè)對(duì)區(qū)域內(nèi)的生物量及碳貯量的影響很小。另外工程建設(shè)使生產(chǎn)力減少4.473 g/(m2·a),平 均 生 產(chǎn) 力 由 原 來 的649.693 g/(m2·a)降為 645.22 g/(m2·a),根據(jù)奧德姆等級(jí)劃分給出的幾個(gè)量綱,該生態(tài)系統(tǒng)第一性生產(chǎn)力承載力的閾值為 182.5 g/(m2· a),區(qū)域內(nèi)植被生產(chǎn)力平均值遠(yuǎn)高于該域值,所以該生態(tài)系統(tǒng)仍具有較高的生態(tài)承載力。因此,工程建設(shè)引起的干擾總體上講是可以承受的。

3.2 自然體系的穩(wěn)定狀況

3.2.1 恢復(fù)穩(wěn)定性

自然系統(tǒng)的恢復(fù)穩(wěn)定性,是根據(jù)植被凈生產(chǎn)力的多少度量的。如果植被凈生產(chǎn)力高,則其恢復(fù)穩(wěn)定性強(qiáng),反之則弱。本工程在建設(shè)及運(yùn)行過程中,占用了農(nóng)田、旱地、林地、水域和宅基地等,并使各種土地類型發(fā)生了變化,農(nóng)田、旱地、林地、水域和宅基地面積減少,交通用地面積增加;工程建成后,交通用地面積增加 228.30hm2,占區(qū)域總面積的 0.34%,增加幅度較小,對(duì)區(qū)域內(nèi)植被凈生產(chǎn)力的影響甚微,因此,對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)自然系統(tǒng)的恢復(fù)穩(wěn)定性影響不大。另外由于草皮護(hù)坡等植物措施,評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)的部分交通用地面積將形成草地,生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的改善。

3.2.2 阻抗穩(wěn)定性

自然系統(tǒng)的阻抗穩(wěn)定性是由系統(tǒng)中生物組分異質(zhì)性的高低決定的[6]。工程建設(shè)和運(yùn)行后,作為基質(zhì)的耕地面積發(fā)生了變化,由 26 768 hm2降低到 26 621 hm2,減少了 147 hm2,僅減少了0.55%,耕地面積比例仍然占到區(qū)域總面積的39.68%,因此,工程建設(shè)對(duì)區(qū)域自然體系的景觀異質(zhì)化程度和阻抗能力影響不大。

3.2.3 評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)景觀生態(tài)體系質(zhì)量綜合預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

工程建成后,評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)土地利用格局發(fā)生變化,各植被類型的面積和拼塊數(shù)量也隨之發(fā)生變化,其變化情況見表5。工程建成后的各土地類型優(yōu)勢(shì)度值計(jì)算結(jié)果見表6。

從表5、表6中可以看出:工程建成后土地利用格局發(fā)生了變化,對(duì)生態(tài)環(huán)境不利的裸露地的優(yōu)勢(shì)度增加較大,而作為基質(zhì)的耕地,其優(yōu)勢(shì)度值從 36.48%微降到 36.21%,減少了 0.27%,前后變化不大,仍然維持在較高的水平?？梢?工程實(shí)施和運(yùn)行對(duì)區(qū)域自然體系的景觀質(zhì)量影響不大,景觀生態(tài)質(zhì)量雖略有下降趨勢(shì),但不會(huì)根本上改變?cè)搮^(qū)域的生態(tài)體系質(zhì)量。

表5 工程實(shí)施前后區(qū)域內(nèi)主要拼塊類型數(shù)目和面積變化表

表6 工程實(shí)施前后主要拼塊類型優(yōu)勢(shì)度值

4 結(jié)論

(1)新建荊州至岳陽鐵路穿越東洞庭湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)段的工程占地使自然體系的生物量和碳貯量分別下降 0.34%、0.56%,因此工程建設(shè)對(duì)區(qū)域內(nèi)的生物量和碳貯量的影響很小。

(2)工程占地使區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)平均生產(chǎn)力 由 原 來 的 649.693 g/(m2·a)降 為645.220 g/(m2·a),遠(yuǎn)高于生態(tài)系統(tǒng)第一性生產(chǎn)力承載力的閾值 [182.5 g/(m2·a)],生態(tài)系統(tǒng)仍具有較高的生態(tài)承載力,因此工程建設(shè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)第一性生產(chǎn)力引起的干擾總體上講是可以承受的。

(3)工程建成和運(yùn)行后,區(qū)域內(nèi)作為基質(zhì)的耕地面積由 26 768 hm2降低到 26 621 hm2,但耕地面積比例仍然占到區(qū)域總面積的 39.68%,因此,工程建設(shè)對(duì)區(qū)域自然體系的恢復(fù)穩(wěn)定性和阻抗穩(wěn)定性的影響不大。

(4)工程建成后土地利用格局發(fā)生了變化,作為基質(zhì)的耕地,其優(yōu)勢(shì)度值從 36.48%微降到36.21%,僅減少了 0.27%,前后變化不大,仍然維持在較高的水平,工程實(shí)施和運(yùn)行對(duì)區(qū)域自然體系的景觀質(zhì)量影響不大。

因此,荊岳鐵路的施工及運(yùn)營對(duì)區(qū)域土地利用格局的變化影響不大,對(duì)區(qū)域內(nèi)自然體系生態(tài)完整性產(chǎn)生較小的影響。通過區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)及跡地植被恢復(fù),可使工程建設(shè)影響得到緩解,區(qū)域自然體系的性質(zhì)和功能得到有效恢復(fù)。

[1] 國家環(huán)境保護(hù)總局.關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)建設(shè)和管理工作的通知[Z].2007.

[2] 中國鐵道科學(xué)研究院.新建鐵路荊州至岳陽線環(huán)境影響報(bào)告書[R].2009.

[3] 徐碧華,朱俊,馬蔚純.公路建設(shè)對(duì)區(qū)域生態(tài)完整性影響的關(guān)鍵因子及評(píng)估框架[J].復(fù)旦學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2008, 47(4):424-431.

[4] 傅伯杰,陳利頂,馬克明,等.景觀生態(tài)學(xué)原理及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

[5] 張明楊,王克林,何萍.生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].熱帶地理,2005,25(1):10-14.

[6] 余新曉,牛健植,關(guān)文彬,等.景觀生態(tài)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2004.