濕地功能分區的主要功能分區

1功能分區研究方法濕地生態系統主要由過度潮濕環境和潮濕動物組成。這是世界上最重要、最獨特的生態系統。與森林和海洋相比，它被稱為世界上的三個生態系統，它們有四個功能：供應、調節、支持和文化。但是,隨著人口膨脹、社會經濟發展及全球環境變化等因素,濕地的退化速度遠大于其他類型生態系統。功能分區對提高濕地資源的生態健康水平和激發濕地資源的活力、抑制濕地退化具有重要作用。目前,遙感技術作為濕地資源調查與功能研究的重要技術手段而被廣泛應用。功能分區是保護濕地生態環境和合理利用濕地自然資源的基礎,其可更好地促進濕地生態系統的保護和濕地資源的可持續利用,為濕地監管提供直接的決策依據。功能分區研究的技術路線方法主要有兩種,即運用地帶性、區域性環境驅動因子的空間差異自上而下順序劃分的演繹法和運用指示系統空間變化的指標自下而上逐級合并的歸納法。在利用“自上而下”和“自下而上”開展功能分區研究時,通常采用的分析方法有空間疊置、主導因子、聚類分析、主成分分析等。本文以北京野鴨湖國家濕地公園(北京市自然保護區)為研究對象,開展了濕地的功能分區研究。2數據收集和研究方法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115°46′16″~115°59′48″,是國家級濕地公園和北京市重要濕地,也是官廳水庫延慶轄區及環湖淹沒區形成的灘涂和庫塘等所組成的次生濕地。野鴨湖濕地周邊屬延慶盆地地貌,保護區總面積6873hm2,是北京地區面積最大的濕地,具有典型性和特殊性的小型生態系統(圖1)。2.2野外調研數據研究收集了2007年5月28日LandsatTM衛星遙感數據、2007年北京濕地普查數據、1:25萬DEM數據及北京氣象數據等基礎資料。本文以LandsatTM遙感數據為基礎數據源,結合環境、水文、國土等專題數據和動物分布等野外調研數據,分析提取水文、土壤、植被等特征信息;同時,從濕地生境的自然性、濕地類型的稀缺性、濕地物種的稀有性和人類活動對濕地的影響等方面,重點分析了生物種類的分布、土壤類型及濕度、植被類型及長勢、地表覆蓋類型等功能指標的空間分異特征;以景觀生態學和濕地科學理論為指導,運用GIS的空間分析功能,耦合“自上而下”、“自下而上”、空間疊置、相關分析和主導因子等方法,實現了濕地管育和主導功能分區,總體思路和技術路線如圖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區內,濕地總面積占保護區面積的14.09%,濕地斑塊主要包括河流、沼澤、蓄水區、水塘和灌溉地等5類濕地,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。從空間分布上來看,同類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廳水庫的北緣和媯水河流入官廳水庫的入口處,主要是由官廳水庫水位變化而在不同時期形成的環湖淹沒區和泛洪灘涂組成;河流濕地主要由蔡家河組成,分布在保護區的北側,呈南北走向;蓄水區濕地主要是由媯水河和野鴨湖而組成的,該類型濕地貫穿濕地核心地帶,呈現東北-西南走向;水塘濕地主要沿蔡家河兩岸,分布在保護區北側;灌溉地濕地面積最小,主要分布在保護區北側的蔡家河岸邊。3.1.2植被類型的差異野鴨湖濕地植被主要由地表常年過水或積水條件下生長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;地理成分復雜,以溫帶為主的特點。據統計,野鴨湖濕地高等植物有71科213屬357種,占北京市科、屬、種數的42%、25%和17%。沼澤濕地斑塊植被類型與其他區域差異較大,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。根據植被反射波譜特征,歸一化植被指數(ND-VI)系通過近紅外波段與可見光紅波段的反射率之差與反射率之和的比值進行準確估算,是地表植被生長狀態及覆蓋度的最佳指示因子之一。研究中,利用TM影像進行反演得到野鴨湖濕地的ND-VI空間分異如圖4所示,植被指數最大值為0.90,最小值為-0.55,平均值0.26,標準方差0.21。總體看來,保護區西南部植被長勢好于其他區域。灌溉地、河流濕地、沼澤濕地斑塊類型中,植被指數平均值較大。灌溉地濕地為人工種植植被長勢最好;河流濕地內濕潤度較大的河床植被長勢較好。3.1.3土壤濕度計算方法的選擇保護區的地帶性土壤類型為褐土和潮土,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相對較好。遙感監測土壤濕度主要有土壤熱慣量的方法、區域蒸散發量的方法、基于植被指數和溫度的方法、土壤水分光譜特征的方法等。鑒于濕地的特點,選擇了植被指數-溫度的方法反演得到濕地土壤濕度指數,土壤濕度空間分異特征如圖5所示。總體來看,保護區西南部土壤濕度大于其他區域。除水塘和蓄水區外,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,距離水域較近的區域,土壤水分條件較好;植物生長狀態好的區域,由于植物蒸騰作用較強,致使冠層表面和土壤表面溫度越低,反映土壤水分供應條件越好。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,首先,對遙感數據進行TasseledCap變換(纓穗變換)的光譜增強處理,對原始多波段圖像數據進行空間旋轉,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,然后,利用最小距離監督分類獲得野鴨湖濕地的地表覆蓋類型空間分異特征圖(圖6)。野鴨湖濕地主要為水體、植被、沼澤、林地和建設用地5種類型,其中沼澤地和林地覆蓋面積最大,具有較好的自然性;而耕地和建設用地承載了較多的人類活動信息,自然性較差。3.1.5生境和生境濕地鳥類的時空分布野鴨湖濕地有著多種植被,長勢較好,為眾多水生生物、鳥類(包括遷徙候鳥)、中小形動物等提供著理想的棲息環境和繁育場所,從而使得野鴨湖濕地具有物種種類多、生物多樣性豐富的特點。以野鴨湖濕地為主要棲息地的動物中,列入國家Ⅰ級保護動物5種、Ⅱ級34種,全部為鳥類;列入《中國優先保護物種名錄》的鳥類有37種,列入“珍稀瀕危野生動植物種國際貿易公約”附錄Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的物種21種,其中,鳥類20種,列入北京市保護野生動物Ⅰ、Ⅱ級名錄的動物98種,其中,獸類5種,鳥類88種,兩棲爬行類5種。據野外長期觀測記錄可知,野鴨湖濕地鳥類主要停留在媯水河和蔡家河等河流水體及其周期性淹沒而形成的河流灘地和官廳水庫的入庫口、野鴨湖水域的淺水區及其周期性淹沒而形成的庫塘灘涂濕地。由于水深環境、植被類型的不同,不同位置分布著不同的濕地鳥類,具體分布如圖7所示。據觀測統計,多數鳥的停留時間在春、秋、冬及其繁育季節,少量鳥的停留時間在夏季(表1)。因此,從野鴨湖濕地鳥類時間和地點分布特征來看,野鴨湖濕地保護區表現出了典型的鳥類遷徙生態走廊和明顯的河流廊道特點。3.2濕地管育功能分區野鴨湖濕地自然保護區是具有代表性的自然生態系統、是珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布區、是自然遺跡等保護對象的陸地與水域過渡的重要區域。因此,為了實現濕地生態系統的保護,在實現濕地補償區和保育區分區基礎上,按照3分區模式(核心區、緩沖區、試驗區)對野鴨湖濕地進行了管育功能分區;為了實現濕地資源價值的科學合理利用,對野鴨湖濕地不同區域范圍進行了主導功能分區。3.2.1景觀核心區的設置濕地周邊的區域環境直接影響著濕地系統的形成及變化過程,為濕地系統直接提供物質養分。水文過程被認為是決定著實地類型形成及維持,以及濕地過程的唯一最重要的因素,研究通過分析野鴨湖濕地周邊地區的物質流通和地形地貌特點,以地形和水文集水特征為主導標志,進行野鴨湖濕地的補償區和保育區分區,如圖8(a)所示。補償區主要為媯水河和蔡家河等野鴨湖濕地內的河流集水區,為濕地提供重要的水文補給和物質養分;而保育區才是真正意義上的濕地,主要是由于補償區水流與官廳水庫相互作用而形成的濕地區域,為濕地動物和植物的理想棲息地。在野鴨湖濕地保育區,通過自然環境分異特征分析可以看出蔡家河、媯水河等表現出顯著的生態廊道功能并為濕地鳥類提供著重要棲息地和生物遷徙走廊,另一方面在官廳水庫及媯水河交界處,分布著官廳水庫淹沒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。因此,在核心區設置中,以野鴨湖保護區內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因子,通過野外實際調研并分析主導因子與其他功能指標因子之間的相關性,參照前人相關成果,設定核心區的第一組成部分范圍為鳥類分布集中的水體及其周邊200m區域;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境的非鳥類生物的需要,沼澤濕地及其周邊150m范圍作為核心區的第二組成部分。根據景觀生態廊道的要求,緩沖區設定則以核心區邊界向外做200m的緩沖半徑而得到。除核心區、緩沖區以外的其他區域均設定為試驗區。最后,借助GIS和空間疊置方法獲得野鴨湖濕地功能分區圖,如圖8(b)所示。3.2.2生物多樣性與主導因子的關系保護區是科學研究、教育、生產和旅游等活動有機地結合充分發揮生態、社會和經濟效益的特殊區域。因此,為了實現保護區的科學保護與合理開發目的,進行了保護區主導功能分區。由于保護區下墊面覆蓋類型記錄著自然和人類活動的痕跡,因此主導功能分區以不同地表覆蓋特征為主導因子,分析其與各種人類活動的相關性,結合植被、土壤、生物多樣性分異特征,以及管育功能分區結果,按照各自在保護區生態系統中發揮的不同作用進行了主導功能分區(圖9)。主要分為水鳥保護區、植被保護區、水環境功能區、物質供給區、休閑娛樂區和管理功能區。水鳥保護區主要是保護水鳥棲息地環境從而為水鳥停留和繁殖提供更好的生態環境;植被保護區主要是保護濕地植物,從而保護植物物種的多樣性;水環境功能區主要是保護水環境質量和原始的水文條件,從而保障濕地生態系統基本生態需水的供給和調節局地氣候,體現濕地的調節價值;物質供給區主要是人類從事耕地和水塘等農業生產性活動,產生直接的社會經濟效益,體現濕地的供給價值;休閑娛樂區主要為人類旅游、休憩活動的場所,體現濕地的文化價值;管理服務功能區主要是保護區日常管理維護的集中辦公區和服務于旅游休憩的商業性經營活動區域。4空間分異特征綜合利用遙感、濕地普查、野外實測及氣象等數據,以景觀生態學和濕地科學理論為