江苏阳澄湖重要湿地生态红线典型区监测研究

张叶春石晓峰

(江苏省测绘工程院,江苏 南京210013)

0 引 言

生态红线对维护国家和区域生态安全及经济社会可持续发展具有重要战略意义,必须实行严格管理和保护的国土空间管控线。生态红线区域是具有重要生态服务功能的区域(包括调节气候、净化环境、涵养水源、保持水土、营养物质循环、保护生物多样性和美化景观等)以及具有重要生态防护功能的区域(包括洪水调蓄、防风固沙、预防侵蚀、灾害防护和海岸带防护等)。划定生态红线是实施生态分区保护、分级管理和分类指导的有效手段[1]。有研究指出,江苏省陆域生态红线区域的生态系统服务价值为564.15亿元/年,占全省陆地生态系统服务总价值的48.69%,其中湿地最高,生态系统服务单位面积价值达0.056万元/km2,是全省平均的4.89倍[2]。因此,研究湿地生态红线区保护情况及景观格局动态变化具有非常重要的价值。

针对生态红线监测工作,国内已有学者开展了大量深入研究[3-4],研究重点主要是划定指标方面[5],但后续监测也是生态红线工作的重要内容。基于此,本文在研究过程中首先结合地理国情普查工作确定生态红线区分类体系,建立一套以地理国情数据为基础、基于多源数据的生态红线及监测方案;随后应用该方案,选取江苏阳澄湖重要湿地为监测区,提取该区域2005年以来生态红线覆盖现状,并开展监测区统计分析与评价工作。

1 研究区概况和数据准备

阳澄湖湿地位于江苏省苏州市东北,跨苏州市工业园区、相城区及昆山市,南连苏州市,北邻常熟,是太湖下游湖群之一,是古太湖的残留,是太湖平原上第3大淡水湖,为草型湖泊,也是生物多样性集中和生产力较高的地带。湖泊湿地环绕湖泊开阔水面,具有拦截净化外来污水的能力,在保护湖泊生态平衡、防治湖泊富营养化方面具有重要作用。阳澄湖湿地面积约为217 km2,湖中两条沙埂将湿地分为东、中、西3块,其中东湖最大,平均水深1.71 m,中湖和西湖平均水深分别为1.8 m和2.65 m,水位变化平缓,变幅一般在1.2 m以下,绝对最大变幅达2.14 m。阳澄湖最高水位4.39 m,最低水位2.22 m,西纳元和塘来水,东出戚浦塘、杨林塘和济河,注入长江,南出娄江,与吴淞江、澄湖、淀泖等湖群相通,水温常年在4°以上,冬季很少封冻。

2 研究方法

2.1 数据使用

本次监测收集了十五、十一五、十二五期间的影像与矢量数据,包括航空与航天遥感影像数据、数字线划图数据、江苏省第二次土地调查数据、江苏省第一次地理国情普查数据、江苏省生态10年环境遥感监测数据等。

2.2 技术路线

总体技术路线如下所示(图1)。首先建立监测指标体系,并将已有参考数据转换至生态红线监测体系;随后对多元矢量和栅格数据进行处理,需要开展统一数学基础与不同分类体系数据整合工作;应用按照扩展、细化和归并后的技术指标,以遥感正射影像为基础,利用收集整理的基础地理信息和其他专业部门资料,采用自动分类提取与人工解译相结合方式,开展地表覆盖类型内业判读与解译;对于有疑问的图斑需要开展外业调查;再次对数据进行质量检查并归纳入生态红线监测数据库;最后应用数据库开展统计分析与评价工作。

图1 总体技术路线

2.3 遥感影像信息提取

按照扩展、细化和归并后的技术指标,以遥感正射影像为基础,利用收集整理的基础地理信息和其他专业部门资料,采用自动分类提取与人工解译相结合方式,开展地表覆盖类型内业判读与解译。同时,补充或更新生态红线监测所关注的重要地理国情实体要素,提取要素属性,形成相应数据集,有疑问的区域需进行外业核查。

3 结果与分析

3.1 遥感分类结果

应用2005年、2010年与2014年3期遥感影像数据,利用eCognition软件对阳澄湖重要湿地进行遥感分类。利用外业调查工作底图,采用数字调绘系统或其他有效方式对内业分类与判译中无法确定边界或属性的要素和无法准确确定类型的地表覆盖分类图斑开展实地核实确认和补调,得到分类结果(图2)。

3.2 景观格局演变分析

3.2.1 景观动态变化分析

阳澄湖重要湿地主要变化为自然用地下降和人工用地上升的过程(表1)。其中,城镇面积上升幅度最大,2005—2010年期间变化率为10.99%,面积上升8.94 km2,2010—2014年变化率为3.92%,面积上升3.95 km2;农田面积略有下降,面积由2005占比13.21%下降到2010年仅占比11.80%,在2014年略有回升至11.93%;草地面积下降幅度最大,由2005占比3.37%下降到2010占比2.83%,在2014年进一步下降到2.06%,面积分别下降1.18 km2和1.68 km2;湿地下降面积最大,由2005年占区内面积的74.19%下降到2010的72.08%,随后在2014年下降到70.88%,面积分别下降5.66 km2和2.42 km2;灌丛和林地面积变化均不大。

表1 阳澄湖重要湿地景观总体变化情况

3.2.2 地类级别景观格局指数分析

以2005—2010年间土地利用转移情况为例,说明地类级别景观动态变化情况,由以下可知(表2—3)林地转出面积为0.11 km2;其他类型向林地转入面积为0.09 km2,面积变化趋于稳定。

林地和灌丛转移总体表现平衡,面积基本没有变化。草地转出面积共为2.23 km2,其中向城镇转移最多,转移面积为2.19 km2;而其他类型向草地转入面积共为1.05 km2,其中城镇贡献率最大,为9.13%,其次为湿地,贡献率为6.60%;草地转移总体表现为转出,转出面积为1.18 km2。城镇转出面积为1.78 km2,其中转为农田0.88 km2,转为草地0.57 km2,转为湿地0.33 km2;其他类型向城镇转入面积为10.71 km2,其中农田转入5.99 km2,贡献率为23.77%,草地转入2.19 km2,贡献率为8.71%,湿地转入2.53 km2,贡献率为10.06%。城镇转移总体表现为转入,转入面积为10.71 km2。农田转出面积为6.59 km2,其中转为城镇的最多,为5.99 km2,其次为转为湿地0.53 km2;其他类型向农田转入面积为4.51 km2,其中湿地转入最多,为3.62 km2,贡献率达12.82%,其次为城镇转入0.88 km2,贡献率为3.11%;农田转移总体表现为转出,转出面积为2.08 km2。湿地转出面积为6.56 km2,其中转为农田3.62 km2,转为城镇2.53 km2,转为草地0.41 km2;其他类型向湿地的转入面积为0.88 km2,其中农田转入最多,为0.53 km2,其次城镇转入0.33 km2;湿地转移总体表现为转出,转出面积为5.68 km2。

表2 阳澄湖重要湿地2005—2010年土地利用转移矩阵/km2

表3 阳澄湖重要湿地2005—2010年各组分转移类型及贡献率/%

从以上分析可以看出,在2005—2010年间,阳澄湖重要湿地的林地和灌木面积变化稳定;草地、农田、湿地表现为转出趋势,即面积表现为减少,其中湿地面积减少最多,其次为农田和草地;城镇则表现为面积增加趋势。

表4 阳澄湖重要湿地2005—2010各组分保留率

从保留率来看,湿地的保留率较高,达到了96%,灌丛和林地的保留率也分别达到了94%和92%,城镇的保留率为89%,农田和草地的保留率较低,为78%和70%,说明了相对于总体面积来讲,湿地变化趋势较小,而城镇、农田和草地变化趋势较大。

3.2 .3 景观级别景观格局指数研究

应用Fragstats4.2软件,对生态红线区3个时相数据开展景观级别景观格局研究,选择斑块个数、斑块密度、多样性、均匀度、聚集指数、蔓延度等常用景观指数对研究区景观格局进行定量分析,结果如下所示(表5)。

表5 阳澄湖重要湿地生态红线区景观级别景观格局指数

从表5可以看出,从斑块个数与斑块密度方面分析,阳澄湖重要湿地生态红线区内随时间发展,斑块个数和板块密度均呈现增多趋势,说明自然保护区景观破碎度均呈上升态势。而从生物多样性角度分析,阳澄湖重要湿地SHDI值与SHEI值均略有上升,说明景观多样性随时间变化幅度较小。从聚集度指数分析,阳澄湖重要湿地AI值随时间变小,景观聚集度呈变小趋势。从蔓延度分析,阳澄湖重要湿地蔓延度值随时间变小,说明该区域景观聚集度呈变小趋势。

4 结 语

(1)对阳澄湖重要湿地的研究表明,在2005—2010年间,阳澄湖重要湿地的林地和灌木面积变化稳定;草地、农田、湿地表现为转出趋势,即面积表现为减少,其中湿地面积减少最多,其次为农田和草地;城镇则表现为面积增加趋势。在2010—2014年间,阳澄湖重要湿地的林地、灌丛面积变化稳定,农田面积变化较小,草地、城镇、湿地面积变化较大,其中草地和湿地表现为转出趋势,即面积表现为减少,城镇表现为转入趋势,即面积表现为增加。

(2)通过对景观格局演变分析研究,发现以下问题:① 人工用地增长而自然景观下降的情况,导致生态指数下降;② 阳澄湖重要湿地中草地等地类,在原有面积占比较低情况下存在进一步下降趋势,对于生物多样性的保护有负面影响。针对以上问题,提出建议如下:① 应冻结生态红线保护区范围内人工用地开发活动,在有条件情况下将人工用地还原为自然景观;② 应对原有占比较小的地类,特别是自然地类,加大保护力度,防止该用地进一步下降甚至消失,以保护该区域生物多样性。

[1]燕守广,林乃峰,沈渭寿.江苏省生态红线区域划分与保护[J].生态与农村环境学报,2014,30(3):294-299.

[2]燕守广,张慧,李海东,等.江苏省陆地和生态红线区域生态系统服务价值[J].生态学报,2017,37(13):4511-4518.

[3]林勇,樊景凤,温泉,等.生态红线划分的理论和技术[J].生态学报,2016,36(5):1244-1252.

[4]张莹.区域生态红线划分方法研究[D].绵阳:西南科技大学,2017.

[5]李建龙,刚成诚,李辉,等.城市生态红线划分的原理、方法及指标体系构建——以苏州市吴中区为例[J].天津农业科学,2015,21(2):57-67.