景观生态学在水利工程生态影响评价中的应用

孙光年

(黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨 150080)

景观生态学是一门新兴的交叉学科。因其研究的尺度性、异质性和生态整体性成为近年来的研究热点，其概念框架和理论方法已被引入《非污染生态影响评价技术导则》。利用景观生态学的研究方法从生态完整性角度研究水利水电工程生态影响评价已经成为当前非污染生态影响评价的一个发展趋势[1-2]。

生态完整性(Ecological integrity)是支持和保持一个平衡的、综合的、适宜的生物系统的能力[3]。只有通过生态完整性评价才能了解建设项目所在区域生态体系的特征及相应的生态承载力，从而判定建设项目对区域生态的影响程度及其环境合理性[4]。本文运用景观生态学的原理和方法对拟建的旁多水利枢纽工程所在区域的生态完整性现状进行评价，即从景观结构、植被生物量和植被分布的空间异质性3个角度对该区域生态系统的结构和功能状况进行分析;同时，在现状评价的基础上，通过量化比较，预测该工程建成后对该区域生态完整性的影响程度。

1 评价区域及工程概况

旁多水利枢纽工程地处拉萨河流域中游，坝址位于西藏自治区林周县旁多乡下游1.5 km，是拉萨河流域的骨干性控制工程，也是拉萨河干流水电梯级开发的龙头水库。库区所在地属切割较深的高山地形，地面高程4 027～5 300 m。该工程为灌溉、发电、防洪、城市供水等综合利用的水利枢纽，总库容11.74亿m3，是一个具有不完全年调节性能的大(1)型水利工程。

综合考虑水库功能、区域特点以及工程建设对流域生态完整性的影响，将生态完整性的评价范围确定为大坝上游沿水库淹没线周围扩展10 km范围，遇流域分水岭则以分水岭为界，坝下游也以分水岭为界直至拉萨河与堆龙曲汇合口，总面积为10 202 km2，包括水库周边的热振国家森林公园和林周黑颈鹤自然保护区。

从景观尺度观察，本区域的景观要素包括耕地(旱地)、林地、草地、水域(河流水面)、河滩地、居民建设用地、沙地、沼泽、裸岩、冰川等10种景观类型。因本区域属高原温带季风气候区，草地资源丰富，面积广大，是评价区的景观基质，林地、耕地、水域、河滩地、居民建设用地、沙地、沼泽、裸地等斑块点缀其中。由于项目区位于高寒地带，自然环境比较恶劣，区内人类活动较小，耕地面积不大，主要为牧区。

2 原理和方法

2.1 景观生态系统结构的度量

景观结构与功能是相匹配的，结构的合理性从一定程度上决定了该生态系统功能状况的优劣[5]。对结构合理程度的判断常从对基质的判定入手。而景观基质的类型与属性对生态系统的动态和完整性起主导作用，常根据优势度指数(Di)进行判定。Di由景观密度(DPi)和景观比例(DCi)计算得出，其经验数学表达式为:

式中:DPi是第i类景观要素的斑块数与斑块总数之比;DCi为第i类景观要素的相对盖度，即面积比。

2.2 景观生态系统稳定性的度量

景观生态系统稳定性包括两种特征，即生态系统对干扰的阻抗能力和受到干扰后的恢复能力。

1)恢复稳定性的度量。对生态系统恢复稳定性的度量可采取对植被生物量进行度量的方法来进行。植被生物量的变化是评价生态系统功能优劣的指标之一。旁多水利枢纽工程所在地主要植被类型的生物量特征值见表2。

2)阻抗稳定性的度量。生态系统阻抗稳定性的强弱直接影响到系统内部功能的正常运行。阻抗稳定性受生态系统中主要生态组分的种类、数量、时空分布的异质性所制约。景观等级以上的自然系统需要有高的异质性，因此，生态系统的异质性可作为阻抗稳定性的度量。

对景观异质性的量化表达可选用Shannon-Weaver多样性指数来进行估算，该指标既考虑了不同群落类型所占景观总面积的大小及分布的均匀程度，又考虑了群落类型的多少。

Shannon-Weaver多样性指数:

式中:Pk为斑块类型k在景观中出现的概率;n为景观中斑块类型的总数。

3 评价结果与分析

3.1 景观生态系统结构的现状与影响评价

对西藏旁多水利枢纽工程实施前后评价区内各景观类型优势度的计算结果见表1。

表1 旁多水利枢纽工程建设前后斑块优势度值

表1数据显示，在评价范围内的各景观类型中，景观密度以林地最大，其次为草地;而景观面积比例则以草地面积最大，占评价区总面积的73.03%，其次为林地，占10.08%。各景观类型的优势度排序为:草地＞林地＞裸地＞耕地＞河滩地＞居民建设用地＞水域＞沙地＞沼泽＞冰川，这充分说明评价区内草地优势度高，是区域的景观基质。评价区内森林覆盖率低，裸岩广布于山体上部，仅在河谷地带种植青稞、冬小麦等，耕作农业有一定发展。

旁多水库修建后评价区内的景观格局发生了一定的变化。由于水库蓄水，造成库周及上游的草地、灌木林、旱地、河滩地、居民建设用地、沙地等景观发生不同程度的减少。除草地和耕地外，其它斑块类型的景观密度比例均有所降低(冰川除外)。各景观类型的优势度排序不变。但水域斑块因水库蓄水使其重要性提高，其优势度值由建库前的0.92%上升到1.18%，其它斑块的优势度值相应减少或不变，但减少的幅度不大。作为景观基质的草地，其优势度值从59.90%减少为59.86%，前后变化不大，仍维持在较高的水平。可见，工程实施和运行对评价区自然系统的景观空间结构影响不大。

3.2 景观生态系统稳定性的现状与影响评价

3.2.1 恢复稳定性评价

根据野外调查和遥感解译，将评价区划分为大果圆柏林、砂生槐+杜鹃+蔷薇群落、藏北苔草+灯芯草群落、杉叶藻+眼子菜群落、砂生槐+小檗+杂草类群落、杜鹃+蒿草群落、禾草类+杂草草甸、西藏沙棘+杂类草群落、高山蒿草+杂类草群落、高山寒漠、杨+小檗+沙生槐群落、青稞等12种植被类型。评价区内草地广布，以杂类草草丛为主。农业植被分布于拉萨河河谷地带，面积较小，仅占评价区的3.37%，主要种植青稞、油菜等。评价区内各植被类型的面积及其生物量状况见表2。

表2 旁多水利枢纽工程评价区内生物量变化情况

从各植被类型单位面积生物量来看，大果圆柏乔木高达5～12 m，单株材积最高可达3.5 m3，生物量最高。其次为砂生槐+杜鹃+蔷薇灌丛和杨+小檗+沙生槐灌丛，单位面积生物量可达4 800 kg/hm2、2 000 kg/hm2。在草类生态系统中，禾草类杂草草甸位于低河漫滩，水分条件好，生物量较高，可达1 000 kg/hm2。旱地等人工植被类型在人为干扰作用下具有较高的生产力。

旁多水库建成后，除大果圆柏林、藏北苔草+灯芯草群落、杉叶藻+眼子菜群落、西藏沙棘+杂类草群落和高山寒漠以外，其余7种植被类型的生物量均有不同程度的减少。其中，旱地青稞和沙生槐+杜鹃+蔷薇灌丛因单位面积生物量和淹没面积较大，成为评价区内生物量损失最大的植被类型，分别损失了3 006 t/a和4123t/a。从各植被类型生物量的损失比例来看，评价区内各植被类型的生物量损失量均较小，其中，比例最高的为禾草类杂草草甸(2.14%)，其次为旱地青稞(1.46%)、砂生槐+杜鹃+蔷薇灌丛(1.21%)，其余各植被类型损失比例均在1%以下，对生态系统的稳定性影响较小。另外，由于水域面积的增加和水文条件的改善，水库水域生态系统的生物量将会有所增加，一定程度上弥补了陆地生态系统的生物量损失。

综合看来，评价区内由于水库淹没所造成的生物量损失对库区的景观稳定性产生的不利影响较弱，且该地区人口较少，以牧业为主，工程建设后现存植被生物量减少不大，其恢复稳定性仍然维持在建库前的原有水平，仍能维持当前生态系统的完整性状态。

3.2.2 阻抗稳定性评价

评价区内景观基质是草地景观，其面积最大，占整个评价区的73.03%，优势度值为59.90%。其次为林地景观，其面积占评价区的10.08%，优势度值为14.73%，对维持评价区内的景观多样性和涵养水土具有十分重要的生态意义。因而，草地和林地植被对区域景观生态系统的结构与功能起主导作用，应对其异质性程度进行估算。景观异质性是指组成评价区林灌草植被的各种植被类型在景观中分布的空间异质性。根据遥感解译和野外调查，获得各景观类型的生态数据，计算出各类型在景观中出现的概率(P值)，见表3。

对于给定的n(群落类型数)，Shannon-Weaver指数有最大值Hmax，此时，各群落类型的面积比例相同，而且各群落斑块在景观中分布的均匀程度最大。由表3可见，建库前多样性指数(H)等于1.964，占Hmax的76.57%，则评价范围内群落多样性程度处于较高水平。但由于项目建设区地处高寒地带，生物生长缓慢，特殊的地理位置和不良的气候条件使该区生态环境极为脆弱，一旦破坏，恢复周期较为漫长，生态系统阻抗干扰的能力一般。

表3 评价区内植被群落多样性统计

旁多水库建设后，将淹没陆地面积37.89km2，各群落类型在景观中出现的概率(P值)略有变化。由于评价区内旱地主要分布在拉萨河河谷地带，禾草类杂草草甸主要分布于河流沿岸阶地前缘，砂生槐+杜鹃+蔷薇灌丛、砂生槐+小檗+杂草类群落、杜鹃+蒿草群落、蒿草+杂类草群落主要生长于山麓地带，因此，被淹没的植被主要为这5种类型，其P值分别为6.05%、6.89%、28.80%、12.74%、19.74%，比淹没前有所下降。

水库建成后评价区的群落多样性指数(H)为1.962，占Hmax的76.49%，比修建水库前仅减少了0.078。通过对旁多水利枢纽工程建设前后评价区景观结构、植被生物量和生态系统稳定性状况的分析可以看出，旁多水库的建设对区域生态完整性的影响较小，不会造成生态系统结构和功能的较大变化。水库兴建后，评价区生态系统仍能维持原有的稳定性和生态承载力。但由于项目区地处高寒地带，生态环境比较脆弱，生物生境一经破坏将难以恢复，因此，在工程施工时应尽量减少对地表植被的破坏和扰动，尽量保护原有生境，施工结束后应立即恢复原有植被。

4 结语

生态完整性评价是非污染生态影响评价工作的基础。景观生态学方法应用于水利水电工程生态影响评价，从景观尺度纵览整体，符合生态完整性的要求。通过对建设项目建成前后景观优势度和稳定性的定量分析，可以了解建设项目建成前后土地利用和植被格局的变化情况，可以对建设项目的总平面布置及辅助工程建设提出建议。但由于该方法应用时间相对较短，景观生态学的理论和方法也在不断完善，故其应用时需根据具体工程设计和环境特征进行研究。

[1] 国家环境保护总局.环境影响评价技术导则-非污染生态影响[M].北京:中国环境科学出版社，1997.

[2] 国家环境保护总局.环境影响评价技术导则-水利水电工程[M].北京:中国环境科学出版社，2003.

[3] Karr JR，Dudley I J.Ecological perspective on water quality goals[J].Environment Manage.1981，(5):55-68.

[4] 陈睿，刘胜祥，崔鸿.景观生态学在非污染生态影响评价中的应用[J]. 地球与环境，2006，34(2):95-99.

[5] 邬建国.景观生态学-格局、过程、尺度与等级[M].北京:高等教育出版社，2000.

[6] 余明勇，汪富贵，马军.双溪水电站工程对区域生态完整性的影响研究[J].中国农村水利水电，2007，(1):118-120.

[7] 张明阳，王克林，何萍.生态系统完整性评价研究进展[J].热带地理，2005，25(1):10-13.