盐城海滨湿地资源利用变化及其对丹顶鹤越冬生境的影响

2014-07-29欧维新逄谦甘玉婷婷

中国人口·资源与环境 2014年7期

欧维新　逄谦甘　玉婷婷

摘要

湿地是世界上最具生物多样性的重要生态系统之一，湿地资源开发利用的时空动态变化对物种生境、分布及多样性有着极其重要的影响。江苏盐城海滨湿地是全球丹顶鹤最重要的越冬地之一，湿地景观的变化势必会影响丹顶鹤生境结构及其质量。本研究以盐城海滨湿地带相对连续的16期遥感解译影像为空间数据源，分析了8个丹顶鹤越冬栖息热点地区的湿地资源利用以及丹顶鹤越冬生境及其质量的时空动态变化，利用逐步回归和典型相关等方法分析湿地资源利用变化对丹顶鹤生境的影响。结果显示：研究区自然湿地大面积地被转变成人工湿地以及非湿地，其主要变化特征是碱蓬、芦苇等自然湿地被围垦成耕地、水产养殖塘等人类活动强度较高的覆被类型；丹顶鹤适宜生境面积持续下降，补充生境及非生境面积都大幅度增加；综合生境因子在每个热点地区总体上呈现下降的趋势，热点地区丹顶鹤生境质量都呈现出分时段、不同程度的下降趋势；丹顶鹤生境质量受到多种覆被类型的综合影响，其中，芦苇湿地和碱蓬湿地对丹顶鹤各种生境因子都有显著影响，主要发挥改善和提高生境质量的作用；盐田、建筑用地和水产养殖塘所产生的干扰是不利于生境质量提高的覆被类型。研究分析表明：芦苇湿地和碱篷湿地作为丹顶鹤越冬最适宜生境，宜进一步加大保护力度；盐田和水产养殖塘等人工湿地作为补充生境，虽然在一定程度上为丹顶鹤提供了食物和水分，但其经营管理活动所产生的干扰则影响了生境质量，因而需减少其在越冬季节的干扰活动。

关键词湿地资源利用变化；丹顶鹤；生境数量；生境质量；盐城滨海湿地

中图分类号X37；P964

文献标识码A

文章编号1002-2104（2014）07-0030-07doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.006

滨海湿地为海陆交错地带，是一个边缘区域[1]，是自然界最富生物多样性、最富有生产力、最具价值的生态系统之一[2-3]。由于经济的发展和人类活动的干扰，滨海湿地生态系统正遭受着不同程度的功能损失和丧失，从而使湿地资源利用的时空动态变化研究备受关注。已有的湿地资源利用变化研究往往局限于几期不同时段的遥感影像数据，通过数据间的对比来反映湿地景观或湿地损失的时空动态变化情况[4-5]，而湿地系统在人类活动干扰下真正的时空动态变化特点并无法客观地体现。在其相关的研究分析中，更多关注湿地资源本身的变化或变化的驱动力分析等[6-7]，湿地系统巨大的生态环境功能、生态过程、生态系统服务等关注不够，因而其湿地变化分析难以揭示变化背景下所隐含的生态环境变化及其过程。

丹顶鹤是世界重要的濒危保护鸟类，其中约有一半要到盐城海滨湿地越冬。盐城海滨湿地系统是国际生物圈保护区之一，同时也是江苏省唯一可靠的土地后备资源地，湿地开发利用活动频繁，丹顶鹤越冬栖息地生境损失严重，生境质量明显下降，从而导致越冬丹顶鹤的数量比例明显下降（目前已低于日本和韩国）。本文拟选择1991年以来16期相对连续的遥感影像数据，试图揭示：盐城海滨湿地资源利用时空动态变化特征；湿地资源利用变化对丹顶鹤越冬生境数量与质量的影响及其主要显著因子。

1研究区域与研究方法

1.1研究区域概况

江苏盐城海滨湿地地处江苏中北部，东临黄海，总面积约为300 000 hm2，由江苏省盐城市辖5县市（响水、滨海、射阳、大丰和东台）的滨海滩涂组成。该地区属于暖温带向亚热带过渡区，温和湿润、日照充足、雨量丰沛、四季分明，年平均气温14℃-15℃。植被类型丰富，由陆向海可分为獐茅-白茅带、芦苇带、碱蓬带、米草带和无植被带。区域内还有与人类生产直接相关的土地利用方式主要包括盐田、水产养殖塘和耕地。盐城海岸带还是具有全球意义的生物多样性保护基地，建有盐城国家级丹顶鹤自然保护区和大丰麋鹿保护区，1992年被列为联合国人与生物圈保护区网络成员[8]。

为了便于对比，本研究的空间范围界定与研究期内最高潮位与最低低潮位之间。为了更加直观展示丹顶鹤越冬生境资源的时空变化，通过相关资料的查阅[9-10]，确定8个盐城海滨湿地带丹顶鹤越冬栖息的热点地区（多以河流和道路为界）为研究区，分别是：灌东盐场、射阳盐场及滩涂、核心区及射阳芦苇基地、四卯酉及王港、竹川垦区、东川垦区、笆斗垦区及滩涂以及六灶滩涂，总面积为188 305 hm2（见图1）。

1.2数据来源与处理

以盐城海滨湿地1991-1992年、1995年、1997年及2006-2009年TM遥感影像，1999-2005年及2010年ETM遥感影像共16期影像作为基础数据，运用ENVI4.7软件对16期影像进行几何纠正，按照8个丹顶鹤越冬栖息的热点地区边界裁剪，得到研究区遥感图。根据实地调查并结合专家知识，建立遥感解译标志，利用监督分类的方法提取研究区土地利用/覆被信息；并在ARCGIS9.3的平台上获得湿地变化数据库。

根据盐城海滨湿地景观特征及土地利用状况，将研究区分为9种土地利用与覆被类型，即芦苇湿地、碱蓬湿地、米草湿地、河流水域、淤泥光滩、水产养殖塘、盐田、耕地、建设用地。在分析土地利用/覆被和丹顶鹤生境变化中，首先根据人类活动的影响程度将这9种地类归并为自然湿地、人工湿地、非湿地等三种类型（表1）来分析土地利用活动对湿地生态系统的影响；其次，综合已有关于丹顶鹤越冬生境适宜性研究成果[11-13]，将盐城海滨湿地划分为适宜生境、补充生境、非生境（表1）以便进一步探讨人类活动对丹顶鹤越冬环境的影响。

1.3研究方法

1.3.1丹顶鹤生境质量因子确定与生境质量评价模型

为研究各热点地区丹顶鹤生境质量的时空变化，根据丹顶鹤基本生存环境条件，确定以食物（QF）、水分（QW）、植被覆盖（QC）、干扰（QD）以及综合因子（AQ）这五个指标来反映和评价热点地区丹顶鹤的生境质量变化情况。其中QF、QW、QC、QD生境因子的权重通过相关文献[12，14-15]和实地调查来确定。针对各个因子在不同土地利用/覆被类型上的影响权重（表2），假设在研究时段内没有变化，则每个热点地区的生境质量因子可转化为：

1.3.2逐步回归分析

为分析丹顶鹤生境质量与土地利用/覆被类型的相关

关系，在覆被类型中寻找影响丹顶鹤各类生境质量的关键类型，本研究利用SPSS软件平台，分别以16年的热点地区9种覆被类型数据作为自变量，以5种丹顶鹤生境质量因子分别作为因变量进行逐步回归分析，基于SPSS软件平台，以探讨湿地覆被及其利用类型变化对各生境质量因子的影响。

1.3.3典型相关分析

典型相关分析方法揭示两组多元随机变量之间的关系，它类似于主成分变换，从两组之间分别提取最相关的综合变量来描述两组变量整体的线性相关关系[16]。本研究为更为直观地体现出众多覆被类型对丹顶鹤生境质量的综合作用，以5个丹顶鹤生境质量因子作为标准变量，以9种土地利用/覆被类型的面积作为自变量，利用SAS软件平台，对数据进行典型相关分析，以探究湿地资源利用变化对丹顶鹤生境选择的直接或间接作用。

2结果与分析

2.1盐城海滨湿地资源利用的时空动态变化

盐城滨海湿地丹顶鹤越冬栖息热点地区的土地利用/覆被在1991-2010年间呈现出显著的变化。其中，自然湿地面积逐年持续减少，人工湿地面积持续增加，非湿地面积先是持续上升到后期有所减少总体呈上升趋势。从8个热点地区总体上看，自然湿地从1991年的136 329 hm2（占8区总面积的72%）下降到2010年的55 314 hm2（占8区总面积的29%），降幅达59%。而人工湿地则由1991年的34 365 hm2上升到2010年的86 510 hm2，增幅达152%。非湿地则由17 611 hm2上升至48 463 hm2后又下降至46 481 hm2，总体呈增加趋势，增幅达163%。

自然湿地面积在1991-2000年间下降最为剧烈，这一阶段几乎每年都减少7 000 hm2以上。自然湿地剧烈的缩减使一些地区在此阶段显得尤为突出，其中四卯酉及王港的自然湿地10年间共减少17 790 hm2，占此区域面积的53%；射阳盐场及滩涂的自然湿地这一阶段减少了8 100 hm2，减少的面积占此区域面积的35%；核心区及射阳芦苇基地在1991-1999年间减少5 010 hm2；竹川垦区自然湿地仅在1991-1992年间就减少4 960 hm2，以及东川垦区在1997-2000年间自然湿地减少了4 818 hm2。在自然湿地转换方向上，主要表现为芦苇湿地和碱篷湿地转变为水产养殖塘和耕地，淤泥光滩向米草湿地转变。

在2001-2006年间，自然湿地面积下降的幅度放缓，这一阶段各区土地利用/覆被变化特点主要表现为芦苇湿地和碱篷湿地向水产养殖塘和耕地转变，淤泥光滩向米草湿地转变。

在2007-2010年间，自然湿地面积在2008-2010年下降幅度较大，主要是六灶滩涂的自然湿地减少了4 971 hm2。这一阶段主要是芦苇湿地、碱篷湿地向水产养殖塘的转变，米草湿地向水产养殖塘的转变，耕地向水产养殖塘的转变。

不同热点地区内滨海湿地变化差异显著，通过对8个热点地区自然湿地面积变化的对比表明自然湿地呈现出一致的减少趋势，但其变化速率具有差异性。总体上，盐城滨海湿地土地利用/覆被变化的特征主要是通过围垦碱蓬、芦苇等自然湿地，改造为耕地、水产养殖塘等人类活动强度较高的覆被类型。

2.2盐城海滨湿地丹顶鹤生境资源的时空动态演变特征

由于人类的围垦开发导致的土地利用/覆被的剧烈变化，对丹顶鹤生境造成严重影响。丹顶鹤适宜生境面积持续下降，从1991年的83 040 hm2下降到2010年的13 549 hm2，相对8个区的面积比例由44%下降为7%，降幅达84%，补充生境的面积持续增长，面积比例由18%上升为46%，增幅达152%。非生境则由1991年的70 900 hm2增长至98 848 hm2后又减少为88 246 hm2，总体仍呈上升趋势，增幅达24%。

适宜生境在1991-2000年间下降较为剧烈，尤其是1997-1999年间平均每年减少11 106 hm2。这一阶段生境退化最为明显的地区有四卯酉及王港、射阳盐场及滩涂、核心区及射阳芦苇基地，生境类型由适宜生境转化为补充生境和非生境。四卯酉及王港地区在1997-1999年间，适宜生境面积减少10 478 hm2，相当于该区面积的31%；射阳盐场及滩涂在 1997-2000年间，7 595 hm2的适宜生境丧失；核心区及射阳芦苇基地的适宜生境在1997-1999年间减少了3 013 hm2。这一阶段主要特征是适宜生境的大面积减少，补充生境和非生境的大面积增加。

适宜生境总体上在2001-2006年间下降幅度比较平缓，且总体上下降幅度呈减少趋势。这一阶段8个热点地区适宜生境逐年小幅度减少，补充生境和非生境面积小幅度增加。

适宜生境在2007-2010年间，减少的幅度又相对下降，补充生境面积仍然呈增加趋势，而非生境面积呈持续减少趋势。这一阶段，不仅有适宜生境转换为补充生境，相当面积的非生境也转换为补充生境。

由此可知，由于人类活动的影响，在1991-2010年间丹顶鹤适宜生境的面积不断地减少，生境质量呈下降趋势。当然由于补充生境面积的增加可以给丹顶鹤补充水和食物，人工湿地在一定时间和范围内，还是能被丹顶鹤所接受，逐渐成为丹顶鹤的一种重要的生境类型。

2.3盐城海滨湿地丹顶鹤生境质量时空动态演变特征

利用公式（1）和（2）的生境质量计算模型对盐城海滨湿地丹顶鹤生境图中的覆被类型进行计算，得到各热点地区历年生境质量因子值。总体上，每个热点地区的生境质量都呈现出分时段、不同程度的下降趋势。除了灌东地区，其余地区在1991-2000年间生境质量下降的十分明显且幅度较大。

干扰因子的变化是另外三种生境质量因子变化的基础和根源。干扰主要指人类活动的影响，研究区的干扰表现为围垦后的水产养殖塘、盐田、耕地的生产活动以及建设用地扩充的社会活动的影响。干扰程度的增加首先引起水分因子的变化，而水分因子是决定植被以及水生动物种类与数量的关键因素，这样势必会影响丹顶鹤生境的盖度和食物因子。

QF、QW、QC有出现很小幅度逆增长情况，这是因为虽然适宜生境面积减少，但是以淤泥光滩、米草湿地、耕地为代表的非生境转换为水产养殖塘，不仅弥补了因适宜生境缩减使某种生境质量因子下降，甚至会使这种生境质量超过以往水平。但是这种某类生境质量暂时性的逆增长并不能代表这一阶段全区的生境质量上升。AQ是综合了四种生境因子的情况而得到的，它能削弱因某种生境因子突变的浮动，因而能够更为客观地反映各个地区丹顶鹤生境质量的情况。AQ值在每个热点地区总体上呈现下降的趋势，这表明盐城海滨湿地丹顶鹤生境在逐渐地退化，生境质量逐渐降低。

2.4湿地资源利用变化对丹顶鹤生境质量的影响

2.4.1湿地资源利用变化与丹顶鹤生境质量的相关关系

综合八个区的总体情况（见表3），覆被类型与丹顶鹤生境因子的线性逐步回归模型都达到显著性水平（P<0.05）。其中，综合因子（AQ）主要与芦苇湿地、碱篷湿地呈极显著的正相关，且芦苇湿地的贡献率总体上远大于碱篷湿地。从其它4个生境质量单因子的影响情况来看，芦苇与碱蓬湿地对食物因子（QF）有显著正相关性性，水产养殖塘、耕地、淤泥滩、米草和建设用地对食物因子显著负相关性。水分因子（QW）主要与芦苇、碱蓬、米草、耕地呈现极显著的相关关系，且QW受到这些覆被类型的影响很大，其中米草、耕地呈显著负相关。覆被盖度因子（QC）主要与芦苇和碱篷湿地呈极显著的正相关性，其中6个热点区的芦苇的贡献率都大于0.9，而碱蓬只有在东川区贡献率大于0.9，由此可见芦苇对于丹顶鹤的隐蔽作用有着不可替代作用。干扰因子（QD）主要与芦苇和碱蓬湿地、淤泥滩呈极显著正相关，说明这几类覆被类型对丹顶鹤所产生的干扰少，而水产养殖塘、耕地则为显著负相关关系。

2.4.2湿地资源利用变化对丹顶鹤生境质量的综合作用

生境质量因子与土地利用/覆被类型典型相关分析的运行结果见表4。5个典型相关系数皆达到显著差异（P<0.05）。其中，第一个典型相关系数为0.994，其特征值能解释的变异量为76.71%；第二个典型相关系数为0.970，特征值能解释的变异量14.42%。因前两个典型变量的累积解释变量能力已经达到90%了，故取前两个典型变量进行分析。

第1个典型变量将干扰因子从其生境因子中区分出来，其典型载荷为0.786，自变量组中与之相对应的解释变量主要是盐田、建筑用地和水产养殖塘（相应的典型载荷分别为-0.929，-0.812和-0.682）。丹顶鹤越冬生境干扰因子与盐田、建筑用地和水产养殖塘面积均呈负相关，这表明丹顶鹤所受到的干扰主要来自于人为干扰，即人类参与的覆被类型面积越大，丹顶鹤受到干扰的程度就越大。

第2个典型变量将水分因子、覆被盖度因子、食物因子、综合因子从其他因子中区分出来，其典型载荷分别为0.846，0.859，0.755，0.857，之相对应的解释变量主要是芦苇湿地和碱篷湿地面积（相应的典型载荷分别为0.874和0.710），且均为正相关。这表明丹顶鹤基本生存主要依赖于以芦苇湿地和碱篷湿地所代表的原生湿地覆被类型，为丹顶鹤提供水分、食物和隐蔽条件，成为综合生境质量最好的覆被类型，是丹顶鹤越冬最为理想的生境类型。

3结论与讨论

本研究根据盐城海滨湿地热点地区覆被类型的特点，将其划为自然湿地、人工湿地、非湿地所代表的湿地类型以及适宜生境、补充生境、非生境所代表的生境类型，分析两者的时空动态变化；并通过生境质量评价模型计算并分析丹顶鹤生境质量的时空变化；最后利用逐步回归模型和典型相关分析探究盐城海滨湿地资源利用变化对丹顶鹤越冬生境的影响。研究结果如下：

研究区土地利用/覆被在1991-2010年间呈现出显著的变化。自然湿地面积逐年持续减少，降幅达59%。人工湿地面积持续增加，增幅达152%，非湿地面积先是持续上升到后期有所减少总体呈上升趋势，增幅达163%。不同热点地区总体变化趋势相似，但变化速率具有差异性。丹顶鹤适宜生境面积持续下降，降幅达84%，补充生境的面积持续增长，增幅达152%。非生境则总体仍呈上升趋势，增幅达24%。每个热点地区的生境质量都呈现出分时段、不同程度的下降趋势。

多数地区在1991-2000年间生境质量下降的十分明显且幅度较大。总体上，丹顶鹤的生境因子变化主要表现为干扰强度加重，干扰因子的变化是另外三种生境质量因子变化的基础和根源。除了灌东地区，其余地区在1991-2000年间生境质量下降的十分明显且幅度较大。

生境质量的单因子分析（逐步回归）发现，芦苇和碱蓬湿地对综合质量因子和单因子的影响均比较显著，但同时也发现，除盐田和河流与生境质量因子无显著关系外，其它湿地及其利用类型或多或少都对各生境因子不同程度的影响，这说明生境质量是受多种利用和覆被类型的综合影响。综合作用分析（典型相关）结果表明，干扰是影响丹顶鹤生境质量的决定性因子，而盐田、建筑用地和水产养殖塘所产生的干扰是不利于生境质量提高的覆被类型；芦苇湿地和碱蓬湿地对丹顶鹤各种生境因子都有显著影响，主要发挥改善和提高生境质量的作用。丹顶鹤所受到的干扰主要来自于人类管理活动，丹顶鹤主要的生境是芦苇湿地和碱篷湿地所代表的原生湿地覆被类型。

可以看出，仅20年来盐城海滨湿地资源利用变化剧烈，各种利用与覆被类型对丹顶鹤越冬生境质量均有不同程度的影响。其中，芦苇湿地和碱篷湿地作为丹顶鹤越冬最适宜生境，宜进一步加大保护力度；盐田和水产养殖塘等人工湿地作为补充生境，虽然在一定程度上为丹顶鹤提供了食物和水分，但其经营管理活动所产生的干扰则影响了生境质量，因而需减少其在越冬季节的干扰活动。

值得讨论的是，采用连续遥感影像数据为基础数据虽能更为真实地反映湿地演变的动态，但对数据的精确解译提出了更高的要求且工作量明显增大。另外，对于干扰因子的内涵，本文仅从利用类型的内部经营管理活动的干扰强度上来进行界定的，而外部干扰，比如道路、建设用地等对生境的干扰辐射的因素并未考虑在内，故在进一步研究中仍需将格局性和类型组分型的因子加以综合考虑。总体而言，虽然本研究有一些需要进一步深化完善的方面，但还是较为客观地反映湿地资源开发利用的变化特点及其对丹顶鹤越冬生境质量的影响，因而对盐城海滨湿地的保护与开发管理仍有着积极的意义。

（编辑：温武军）

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