西洞庭湖青山湖城市濕地公園景觀健康評價

楊利 萬青青

摘要：以西洞庭湖青山湖城市濕地公園為研究區(qū)域，采用1993、1998、2002、2005、2009、2013 六年的遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從濕地環(huán)境、濕地景觀格局和社會經(jīng)濟功能三方面選取評價指標(biāo)，構(gòu)建城市濕地公園生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系。利用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，對西洞庭湖青山湖城市濕地公園景觀生態(tài)系統(tǒng)進行健康評價。評價結(jié)果顯示，1993～2013年濕地健康狀況均為亞健康狀態(tài)。根據(jù)綜合評價結(jié)果可得出，西洞庭湖青山湖城市濕地公園的綜合健康評價結(jié)果處于先降低后升高再降低再升高的狀態(tài)，在1998年和2005年健康狀況處于低水平狀態(tài)，2005年以后，城市濕地公園建立后健康狀況逐漸好轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：景觀格局；景觀健康評價；青山湖城市濕地公園

中圖分類號：S759.91文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1004-3020（2017）02-0014-06

Ecosystem Health Assessment of Qingshan Lake City Wetland Park in West Dongting Lake

Yang Li（1）Wan Qingqing（2）

（1.The Tourism College of Hunan Normal universityChangsha410081；2.The Resource and Environmental College of Hunan Normal universityChangsha410081）

Abstract： In recent years， national urban wetland park has a rapidly development in china， but the study of urban wetland park is still at the initial stage. Taking national Urban Wetland Park in West Dongting Lake as the research area，and using the remotely sensed images of 6 phases since 1993 to 2013， remote sensing data which obtained in 1993，1998，2002，2005，2009，2013， as basic data，through the supervised classification the wetland types of national urban wetland park are classified.The paper selected indexes from the environmental character， landscape pattern and the society economy function of the wetland， and then established an indicator system for ecosystem health evaluation of national urban wetland park. Using the entropy weight method to determine the index weight， and eventually evaluate landscape ecosystem health of the national urban wetland park in West Dongting Lake.Through analyzing the evaluation results to the health of these years， it is concluded that landscape ecosystem health status changes of research area in time and space， and gives reasonable suggestion for how to protect and manage the wetland park effectively.In view of the evaluation results some illness factors of the wetland were discussed in 1993-2013.According to the results，we can know that the health is not stable.The health status is at a lower level in 1998 and 2005，and the status is become healthier after 2005.

Key words：Landscape pattern；Ecosystem health evaluation ； Qingshan Lake urban wetland park

根據(jù)《國際濕地公約》中的定義，濕地就是指天然與人工的、長久與暫時的泥炭地、沼澤地、濕原或水域地帶，帶有靜止與流動的，或為咸水、半咸水、淡水體者，包括低潮時水體深度小于等于6 m的海域[1]。濕地被稱為“自然之腎”，其在調(diào)節(jié)氣候、蓄洪防旱、維持物種多樣性、調(diào)節(jié)水源、降低環(huán)境污染等方面起著十分重要的作用[2]。并且由于濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化速度遠遠大于其他生態(tài)系統(tǒng)[3]，這使得濕地生態(tài)系統(tǒng)相對其他的生態(tài)系統(tǒng)更為脆弱。

國家城市濕地公園是指納入城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的、且適宜作為公園的天然濕地類型，通過合理的保護利用，形成的集保護、科普、休閑等功能于一身的公園[5]。截止2014年底，國家林業(yè)局正式批準(zhǔn)的試點建設(shè)的國家濕地公園已經(jīng)有569個。而健康的濕地生態(tài)系統(tǒng)是地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[4]，因此，對于濕地生態(tài)系統(tǒng)健康方面的研究變得十分必要。系統(tǒng)科學(xué)的評價是促使國家濕地公園健康發(fā)展的基礎(chǔ)，如何保障國家濕地公園健康發(fā)展將會是今后學(xué)術(shù)研究的重要方向[6]。

本文以西洞庭湖青山湖國家城市濕地公園為研究區(qū)域，對該濕地生態(tài)系統(tǒng)進行景觀健康評價。通過對該濕地生態(tài)系統(tǒng)進行健康評價，可以為濕地的保護和管理提供一定的依據(jù)，有利于提高人們對濕地的保護意識，使得人們能夠更好地保護濕地，從而實現(xiàn)社會經(jīng)濟與環(huán)境的和諧發(fā)展。

1研究區(qū)域與研究方法

1.1研究區(qū)域

西洞庭湖青山湖國家城市濕地公園位于湖南省常德市漢壽縣境內(nèi)東部的西洞庭湖濕地（圖1），1998年建立了省級自然保護區(qū)；2002年被列入國際重要濕地名錄；2005年被命名為“西洞庭湖國家城市濕地公園”。屬于中亞熱帶濕潤氣候區(qū)，季節(jié)分明，水熱充足，年平均氣溫為16.5℃，降水量為1 2816 mm，日照時數(shù)為1 793.8 h，無霜期約260 d。其境內(nèi)散布著眾多的湖洲和湖島，物產(chǎn)豐富，動植物種類繁多。1977年開始，漢壽引進歐美黑楊作為防護堤的防浪林，2000年在地方政府的倡導(dǎo)下，開始在湖內(nèi)洲灘大面積地種植楊樹，而楊樹這個外來物種的大面積種植加劇了西洞庭湖濕地退化。另外之前圍湖造田也使得洞庭湖面積急劇減少，此外泥沙淤積，濫捕魚蝦也使得西洞庭湖濕地的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況不容樂觀。

1.2數(shù)據(jù)來源及處理

1.2.1數(shù)據(jù)來源

本文采用1993、1998、2002、2005、2009、2013 六個年份洞庭湖區(qū)域冬春季節(jié)枯水期（11 月-翌年3 月）的遙感影像數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中1993、1998、2009年的數(shù)據(jù)為美國陸地衛(wèi)星五號（Landsat-5）TM 傳感器所獲取的影像，2002、2005年的數(shù)據(jù)為美國陸地衛(wèi)星七號（Landsat-7）ETM+傳感器所獲取的影像，2013年的數(shù)據(jù)為環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報衛(wèi)星（HJ-1A 星）CCD 傳感器所獲取的影像。遙感影像的獲取時間、傳感器、圖幅號及空間分辨率信息如下表：

1.2.2數(shù)據(jù)處理

（1）根據(jù)15 m分辨率的航拍圖對原始遙感影像數(shù)據(jù)進行校正，并根據(jù)研究區(qū)矢量邊界對原始數(shù)據(jù)進行裁剪，得到研究區(qū)影像。

（2）利用監(jiān)督分類的方法對濕地景觀類型進行分類，對于明顯錯分的地類進行修改，參考相關(guān)文獻資料，將西洞庭湖青山湖城市濕地公園濕地景觀類型分為水體、泥灘地、草灘地、耕地、建設(shè)用地和林地六類（表2）。

（3）運用ENVI4.8提取植被指數(shù)，之后按照公式根據(jù)植被指數(shù)估算植被覆蓋度；將進行濕地類型分類后的遙感影像轉(zhuǎn)成shp格式后輸出柵格數(shù)據(jù)，運用fragstats3.3提取景觀格局指標(biāo)指數(shù)，如景觀多樣性指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、斑塊密度指數(shù)、聚集度指數(shù)；查詢統(tǒng)計年鑒信息，獲取社會經(jīng)濟指標(biāo)，如城市化水平、GDP年增長率、人均GDP、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值等。

（4）構(gòu)建判斷矩陣，歸一化判斷矩陣，計算指標(biāo)熵，確定指標(biāo)熵權(quán)，計算城市濕地公園綜合健康指數(shù)。

1.3景觀生態(tài)健康評價指標(biāo)體系

景觀生態(tài)學(xué)是研究景觀格局、相互作用和動態(tài)變化的科學(xué)，它以研究水平過程和景觀格局的關(guān)系和變化為特色[7]。景觀是指人類尺度上、具有空間可量測性，由不同生態(tài)系統(tǒng)類型組成的異質(zhì)性地理單元，包括自然的景觀和人工的景觀[8]。20世紀(jì)六十年代提出景觀健康的概念，景觀健康的標(biāo)準(zhǔn)就是土地具有的自我更新能力，即人類活動不會影響景觀自身的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與正常功能，景觀的演變與發(fā)展不會影響到鄰近景觀的景觀秩序[9]。

（1）植被覆蓋度：植被覆蓋度是指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占研究區(qū)總面積的百分比。目前已經(jīng)發(fā)展了很多利用遙感測量植被覆蓋度的方法，較為實用的方法是利用植被指數(shù)近似估算植被覆蓋度，常用的植被指數(shù)為歸一化植被指數(shù)（NDVI）。下面是李苗苗等在像元二分模型的基礎(chǔ)上研究的模型[10]。

VFC=NDVI-NDVIsoil/NDVIveg-NDVIsoil（1）

式中：NDVIsoil 為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIveg 則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。

NDVIsoil=VFCmax×NDVImin-VFCmin×NDVImaxVFCmax-VFCmin（2）

NDVIveg=（1-VFCmin）×NDVImas-（1-VFCmax）×NDVIminVFCmax-VFCmin（3）

NDVImax 和NDVImin分別為區(qū)域內(nèi)最大和最小的NDVI值。由于不可避免存在噪聲，NDVImax 和NDVImin一般取一定置信度范圍內(nèi)的最大值與最小值，置信度的取值主要根據(jù)圖像實際情況來定。本文取累積概率為5%和95%的NDVI值作為NDVImin和NDVImax。

NDVI=（NIR-RED）/（NIR-RED）（4）

式中：NIR為近紅外波段的反射值，也就是遙感影像的第四波段，RED為紅光波段反射值，也就是遙感影像的第三波段。

（2）水體面積。

（3）景觀多樣性指數(shù)（Shannon's Diversity Index SHDI）。

濕地生態(tài)系統(tǒng)由不同景觀要素斑塊組成，各種斑塊對濕地生態(tài)系統(tǒng)的作用與功能也不同。景觀多樣性指數(shù)（SHDI）可用于表示濕地景觀類型的豐富度，表示景觀類型在景觀中出現(xiàn)的概率。景觀多樣性指數(shù)（SHDI）反映了濕地的的組織結(jié)構(gòu)，為衡量景觀結(jié)構(gòu)提供了定量化的依據(jù)。表達式如下：

SHDI=-∑ni=1Pi×InPi（5）

式中：Pi為景觀類型i的面積占景觀總面積的比例，n為景觀類型數(shù)。景觀多樣性指數(shù)越大，表明景觀多樣性越高。

（4）景觀形狀指數(shù)（ Landscape Shape Index， LSI）。景觀形狀指數(shù)（LSI）是衡量斑塊的生態(tài)價值、濕地結(jié)構(gòu)完整性和分布是否規(guī)則的重要指標(biāo)。西洞庭湖城市濕地公園生態(tài)系統(tǒng)受水位的影響較大，枯水季節(jié)水位較低，淺水區(qū)的斑塊會露出水面。形狀指數(shù)大于等于1，等于1時，形狀最簡單，大于1時，指標(biāo)值越大，說明圖斑形狀越復(fù)雜。表達式如下：

LSI=L2πA（6）

式中：L為圖斑周長，A為圖斑面積。該公式表示的是圖斑與相同面積的圓的比值，如果值為1，表示圖斑的形狀為圓形，它的值越大，表示圖斑的形狀越偏離圓形，圖斑形狀越復(fù)雜。

（5）斑塊密度指數(shù)（Patch Density Index，PDI）。斑塊密度指數(shù)（PDI）是指單位區(qū)域面積的圖斑數(shù)目，與濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀豐富度呈正相關(guān)關(guān)系。表達式如下：

PDI=N/A（7）

式中：N為圖斑數(shù)目，A為單位區(qū)域面積。

（6）聚集度指數(shù)（Aggregation Index ，AI）。

聚集度指數(shù)（AI）是衡量景觀內(nèi)部不同圖斑類型聚集程度的重要指標(biāo)，或者說是衡量濕地景觀破碎度的重要指標(biāo)。景觀聚集度越高，說明景觀內(nèi)部的優(yōu)勢景觀類型的連接性好，反之則說明景觀內(nèi)部的破碎度高，景觀要素的組合比較密集。表達式如下：

AI=∑mi=1gijmax→gijPi×100（8）

式中：gij為兩個相鄰的圖斑之間的距離，Pi為景觀類型i占景觀總面積的百分比，m為景觀類型數(shù)目。

（7）城鎮(zhèn)化水平。城鎮(zhèn)化水平指一個地區(qū)城鎮(zhèn)化所達到的程度，是城鎮(zhèn)人口占城市總?cè)丝诘谋戎亍?/p>

A=B/C（9）

式中：A為城鎮(zhèn)化水平，B為城鎮(zhèn)人口，C為總?cè)丝?/p>

（8）GDP年平均增長率。

RGDP=GDPi-GDPjGDPj（10）

式中：RGDP為GDP年增長率，GDPi為本年GDP，GDPj為上一年GDP。

（9）人均GDP。區(qū)域GDP與總?cè)丝诘谋戎?，體現(xiàn)一個地區(qū)的社會經(jīng)濟水平。

（10）第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重。

（11）農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。

2結(jié)果分析

2.1濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀格局分析

從圖3可以看出，西洞庭湖城市濕地公園的水體面積大體上呈逐漸減少的狀態(tài)，但仍然是濕地的主要類型，建設(shè)用地面積逐漸增加，林地面積大體上是處于增加狀態(tài)。2002年以后，西洞庭城市濕地公園水體面積不斷減少，這與三峽工程蓄水有直接關(guān)系。

從圖4可以看出，濕地公園景觀多樣性處于先升高后降低又升高的狀態(tài)，濕地景觀多樣性減少的原因主要是由于西洞庭湖區(qū)大面積種植楊林林和圍湖造田，之后相關(guān)部門在采取退田還湖和保護區(qū)禁止種植楊樹林措施之后，濕地公園多樣性開始呈上升狀態(tài)。

從圖6可以看出，濕地公園的景觀聚集度指數(shù)處于先上升后下降再上升然后趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，2005年的聚集度指數(shù)最低，說明景觀內(nèi)部破碎度高，景觀要素組合密切。

2.2濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀生態(tài)健康分析

利用RS與GIS技術(shù)以及統(tǒng)計年鑒獲取指標(biāo)值（表3），基于熵權(quán)法[11-12]對西洞庭湖青山湖城市濕地公園生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法，由于生態(tài)系統(tǒng)本身具有模糊性，因此，運用模糊綜合評價法建立生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型比傳統(tǒng)的評價模型更具有實際意義[13]。在綜合評價中，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重，它的優(yōu)點就是能夠盡量地消除確定指標(biāo)權(quán)重的主觀性，使得評價結(jié)果盡可能地接近實際[14-15]。

建立基于熵權(quán)的模糊綜合評價模型的步驟如下：

（1）構(gòu)建n個樣本m個評價指標(biāo)的判斷矩陣

EHCI=∑ni=1Wi×Ii（18）

式中，Ii為評價指標(biāo)的歸一化值，0≤Ii≤1。

根據(jù)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價標(biāo)準(zhǔn)將濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)分為很健康、健康、亞健康、一般病態(tài)和疾病五級（表4）。

從計算的結(jié)果可以看出（圖7），西洞庭湖城市濕地公園的健康狀況經(jīng)歷了一個先變差后變好又變差并最終變好的過程。2002年到2005年間濕地公園健康狀況呈下降趨勢，從側(cè)面反映了三峽大壩建成蓄水對西洞庭湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響。2005年以后西洞庭湖城市濕地公園的健康狀況逐漸好轉(zhuǎn)，說明了城市濕地公園的建成對濕地保護有積極影響。

3結(jié)論

1993～2013年的20年時間里，西洞庭湖城市濕地公園的健康狀況均為亞健康狀態(tài)，其生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)處于先下降后上升再下降再上升的狀態(tài)，其中在1998年和2005年，它的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)處于低谷狀態(tài)。1993～1998年，2003～2005年西洞庭湖城市濕地公園生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)處于下降的原因應(yīng)為長江流域的水土流失和三峽大壩的修建。長江流域水土流失嚴(yán)重，泥沙在中下游淤積，導(dǎo)致水位抬升以及濕地面積減少，三峽大壩建成后，西洞庭湖城市濕地公園水體的面積基本上是處于減少的狀態(tài)。2005年后，西洞庭湖城市濕地公園的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)處于上升的情況，說明城市濕地公園的建設(shè)對于濕地的保護有積極作用。

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（責(zé)任編輯：唐 嵐）