浙江省苕溪流域生态指标变化趋势分析

邵雄飞 陈 奕 陈增奇

（浙江省水利水电勘测设计院 杭州 310002）

1 引言

苕溪流域位于东径119～120°、北纬30～31°之间，流域面积4543km2，主流河长157.8km。整个流域有两大源流，东苕溪和西苕溪。流域属中纬度亚热带季风气候季风区，气候温和，雨量丰沛，流域多年平均降雨量在1466mm 左右。地貌上苕溪流域属浙北丘陵地区，地势由南向北倾斜，南部为山区，北部多为平原，全流域山丘面积近70%、水域约6%、平原约24%。行政上苕溪流域覆盖了杭嘉湖地区2 个地级行政区（杭州市及湖州市），共涉及6 个县（区）。

苕溪流域是太湖的重要子流域之一，目前对该流域生态环境的研究主要偏重于流域生态环境系统中单因素或单项指标的分布特征和变化趋势。金婧靓等（2011年）应用土壤水体评价模型（SWAT）对苕溪流域径流量、泥沙、营养盐负荷进行了模拟计算，分析了2008年苕溪流域非点源污染的时空分布特性；陈莹等（2009年）以西苕溪流域为研究区，根据2002年土地利用数据对未来15年土地利用/覆被变化的空间格局进行了模拟，并在此基础上模拟分析了3 种土地利用情景对地表径流的长期影响；李兆富等（2006年）以西苕溪流域为研究区，通过对2000年TM 遥感影像解译获得的土地利用数据，在2004年分3 次监测了各个小流域出口的总氮浓度，分析了小流域氮素输出的时空变化差异以及土地利用结构对氮素输出的影响。

然而，目前对整个苕溪流域各项主要生态指标变化趋势的研究尚显不足。随着苕溪流域经济的高速发展，流域内出现了许多生态环境问题，流域生态健康问题逐渐受到重视。流域生态环境的治理需要因地制宜、突出重点地制定相关规划，而对流域主要生态指标变化趋势的科学诊断是一个基本的前提。

2 研究区基础数据的获取

本文选用了覆盖整个苕溪流域的TM 遥感影像（数据由中国科学院对地观测与数字地球科学中心提供），空间分辨率为30m。经了解，自1998年至今，整个苕溪流域内天气晴朗无云的影像较少，云量小于10 的共52 景。经过云量、清晰度比较，并以能够更好地反映流域内地物特征作为出发点，本次研究选用三景遥感影像，成像时间分别为1998年8月11日、2003年7月24日、2008年7月5日。

遥感数据采用ERDAS 进行解译分析，使用ArcGIS 进行数据统计与后处理，根据有关文献资料的研究结果，在对原始影像进行几何纠正和辐射校正等预处理后，选取B4、B3和B2 共3个波段进行假彩色合成。

为了提高遥感影像的解译精度，在影像处理过程中对照了苕溪流域地形图（万分之一、五万分之一），同时结合Google Earth 卫星资料，实地踏勘等方式作为辅助手段进行分类，最终得到苕溪流域1998、2003、2008年盛夏的土地利用情况，详见表1。

表1 苕溪流域1998～2008年土地利用情况 单位：km2

3 指标与指标趋势变化的计算

3.1 指标的选取

流域生态系统的发展是一个动态的过程，因此本文选取的指标应能综合反映流域生态系统的变化趋势，凸显历史发展情况，并为未来的可持续发展提供间接信息。在综合考虑了系统性、稳定性、动态性、可操作性等因素，本文选取林草覆盖率（R1）、生物丰度指数（R2）、水面率（R3）、水土流失强度（R4）、景观指数（R5－R7）、生态系统服务价值（R8）6大类别共8 项指标作为评价因子，用来反映苕溪流域生态系统的整体特征。

3.2 指标的计算

（1）林草覆盖率（R1）。林草覆盖率即林草类植被面积占流域总面积的百分比：

式中：A林为林地面积，km2；A草为草地面积，km2；A总为流域总面积（km2）。

（2）生物丰度指数（R2）。生物丰度指数根据HJ/T 192－2006《生态环境状况评价技术规范（试行）》推荐的公式进行计算：

式中：Abio为生物丰度指数的归一化系数（无量纲）；A水为水域湿地面积，km2；A耕为耕地面积km2；A建为建设用地面积，km2；A未为未利用地面积，km2。

（3）水面率（R3）。水面率按水域湿地面积占流域总面积的比例计，即：

（4）水土流失强度（R4）。本文在对苕溪流域的土壤侵蚀量定量计算时采用RUSLE 模型，该模型的基本形式是：

式中：R4，t/m2；R为降雨侵蚀力因子，J/m2；K为土壤可侵蚀性因子，无量纲；LS为坡长、坡度因子，无量纲；C为覆盖与管理因子，无量纲；P为水土保持措施因子，无量纲。

（5）景观指数（R5－R7）。参考国内外相关文献，选择3 个景观水平指数，分别是：连通性（R5）、平均分维数（R6）、香农多样性指数（R7）。各指数的定义及计算方法如下：

式中：i为斑块类型（i=1,2,...,m）；m为景观中总的斑块类型；j为斑块数目；aij为斑块ij 的面积；pi为斑块类型i 所占景观面积的比例；pij为斑块ij 所占景观面积的比例。

上述指标均采用Fragstate 软件进行计算，指标值越大则说明斑块连通性越好，破碎化程度越小，也就越有利于斑块层面上物质能量的交换及生物信息的传递和流通。

（6）生态系统服务价值（R8）。生态系统服务价值评价是对各种生态系统服务价值进行定量研究，即对自然因素进行定量，实现货币化。计算中采用了我国学者谢高地等制定的我国生态系统生态服务价值当量因子表并使用 ArcGIS进行计算。

3.3 指标变化趋势的计算

两次调查之间状态指标的变化率采用如下公式计算：

分别求得1998～2008年的平均变化率V1998～2008以及2003～2008年的平均变化率V2003～2008后，根据两数值的不同组合情况，将指标的变化趋势分为10 种情况，并根据变化趋势对生态环境优劣的影响程度进行了定量化赋值，详见表2。

将指标的变化趋势值根据程度的大小分成很健康、健康、亚健康、不健康、病态五个层次，并分别对应五个值域，详见表3。各主要生态指标的变化趋势分析结果详见表4。

表2 状态指标变化趋势定值表

表3 苕溪流域生态指标变化趋势值评价表

表4 指标变化趋势计算结果

4 结论与讨论

根据指标统计可见：

（1）苕溪流域内的林草覆盖率（R1）、生物丰度指数（R2）、景观连通性（R5）近10年略有恶化，近5年有恶化加剧的趋势，属于不健康状态;

（2）苕溪流域水面率（R3）近10年明显减少，近5年速度放缓，属于不健康状态，必须采取措施防止水面面积的继续萎缩;

（3）苕溪流域的水土流失状况（R4）近10年略有恶化，近5年恶化放缓，属于亚健康状态。

（4）景观指数的平均分维数（R6）近10年几乎无变化，属于亚健康状态;

（5）香农多样性指数（R7）近10年略有改善，近5年改善加速，属于健康状态;

（6）苕溪流域生态系统服务价值（R8）近10年明显恶化，近5年恶化加剧，属于“病态”状态。

由以上分析可以看出：近10年来，随着苕溪流域内城市化进程的加快，林草覆盖面积、水域面积不断减少；水生、陆生动植物栖息环境逐渐萎缩：生态环境受到人类干扰程度增大；生态系统整体连通性变差；景观变得分散、破碎；溪流域生态指标的变化趋势处于不健康状态。这与流域内城市发展建设占用水域、林草地等有关，因此应重视流域内水域的占用、减少林草地的占用、保护生态环境扼制生态恶化趋势、恢复河流湿地、合理进行城镇发展规划减少无序建设等工作。

1 金婧靓，王飞儿，戴露莹等.苕溪流域非点源污染特征及其影响因子[J].应用生态学报,2011,22(8):2119-2125.

2 陈莹，许有鹏，尹义星.基于土地利用/覆被情景分析的长期水文效应研究——以西苕溪流域为例[J].自然资源学报,2009,24(2):351-359.

3 李兆富，杨桂山，李恒鹏.西苕溪流域土地利用对氮素输出影响研究[J].环境科学,2006,27(3):498-502.

4 杨金红,尹球,顾松山等.城区高光谱遥感数据假彩色波段组合研究[J].南京气象学院学报,2005,28(3):289-290.

5 HJ/T192—2006 生态环境状况评价技术规范（试行）.

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8 邬建国.景观生态学：格局、过程、尺度与等级（第二版）[M].北京:高等教育出版社,2007.

9 陈文波,肖笃宁,李秀珍.景观指数分类、应用及构建研究[J].应用生态学报,2002，13(l):l21-125.

10 杨光梅，李文华，闵庆文.生态系统服务价值评估研究进展——国外学者观点[J].生态学报,2006,26(1):205-212.

11 Costanza R.The value of the world’s ecosystem services and natural capita[J].Nature,1997,387：253-260.

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