基于LDI方法的新济洲国家湿地公园生态健康评价

邵 京，王 红，徐 静，徐 丽，李仁英

(1.南京市园林和林业科学研究院，江苏 南京 210000；2.南京信息工程大学，江苏 南京 210000)

1 引言

湿地被称为“地球之肾”，具有调节水质、调蓄洪水、维持生物多样性、提供休闲游憩等其他生态系统无法替代的服务功能，是地球上最重要的生态系统之一，同时也是最容易受到人类活动影响的脆弱生态系统之一[1,2]。近年来，在全球气候变化和人类活动干扰的背景下，湿地的组织结构与功能遭受严峻考验，而人类活动是干扰湿地生态系统健康的主要因素[3]。近年通过生态修复、退耕还湿、建立保护区等措施在一定程度上减缓了湿地的退化，湿地环境状况及生态系统健康的评估与诊断已越来越受到重视，各国学者也做了大量的研究[4～7]。景观开发强度法(Landscape Development Intensity，以下简称“LDI方法”)以土地利用和土地覆盖为基础，采用GIS的土地利用/土地覆盖数据、航片或野外调查数据来预测湿地的健康状况，同时可以对人类干扰情况进行定量评价，适用范围广，数据获取容易，操作过程简单可行，在缺少历史监测数据和前期详尽研究的情况下可以对湿地健康状况作出评价[8,9]。

新济洲国家湿地公园是南京市第一个国家级湿地公园，位于长江南京段最上端，是南京区域绿地系统的重要组成部分，在调节和净化水资源、保护生物资源方面起到重大作用，在南京城市乃至长江下游生态区位中有非常重要的地位，科研价值极高。在成立之前，新济洲国家湿地公园以农业生产性植被为主，至2020年3月新济洲及附属诸岛基本完成退田还湿，在湿地保护与恢复的作用下，生态系统得到了一定修复。本文基于新济洲国家湿地公园的土地利用及开发现状，采用LDI方法对其生态系统健康情况进行评价，以期为以后湿地公园的合理开发和可持续管理提供参考。

2 研究区概况

项目研究区江苏长江新济洲国家湿地公园属于南京市江宁区，位于长江江苏段最上游处，是我国第一家独具特色的洲滩型国家湿地公园，主要包括长江低水位时的新济洲、新生洲、再生洲、子母洲和子汇洲范围。地理坐标东经118°29′15″～118°33′54″，北纬31°47′5″～31°53′24″。湿地公园所在区域属北亚热带季风气候区，四季分明，气候湿润，雨量充沛，光照充足，无霜期较长。

新济洲等为近百年来由沙洲和沙滩逐渐成长的陆地，且所在地区自古以来为人为活动频繁区，原有居民4000多人，从2001年7月开始对其实行了退人退耕、整体移民的生态工程，自2002年后无人居住[10]。新济洲湿地于2011年3月25日获国家林业局批准，成立“江苏南京长江新济洲国家湿地公园”(试点)，2016年8月南京长江新济洲国家湿地公园正式获牌[11]。

3 研究方法

3.1 数据信息获取与处理

3.1.1 遥感数据源选取及预处理

选用2020年3月19日的两景高分二号遥感影像作为遥感数据源，影像具体参数见表1。对遥感影像进行多光谱影像处理和全色影像处理，采用NNDiffuse Pan Sharpening方法，进行影像融合。

表1 高分二号遥感影像参数

3.1.2 遥感影像分类及分类结果纠正

利用易康(eCognition Developer 8.9)对遥感影像进行面向对象分类。在对各洲岛遥感影像进行多尺度分割的基础上，选取训练样本，执行监督分类。采用无人机航拍结合野外实地调查方式，获取研究区典型地物样点数据，对分类后结果进行纠正。

3.2 LDI系数的确定

LDI方法的中心思想：作为人类活动的具体表现形式，土地利用会对生态系统产生影响，能够反映出湿地的健康状况，实际上是以土地利用类型来评估人类干扰的强度，从而定量评价湿地生态系统受影响的程度[12～14]。

LDI方法认为除可更新能源之外的其它能值的输入代表了人类对生态系统健康的干扰，以LDI系数代表不可更新能源能值(即单位面积利用不可再生能量的定量测量值)，能值越高，生态系统健康水平越低。Brown和Vivas[15]于2005年核算了各类土地利用类型的 LDI系数，并被后期学者们验证了稳定性，从而被广泛采纳借鉴。本研究利用遥感影像图结合野外实地调查结果，得到新济洲国家湿地公园8类土地利用类型，参照Brown和Vivis提出的 LDI评价体系，确定每种土地利用类型的LDI系数，见表2。

表2 新济洲国家湿地公园土地利用类型与对应的 LDI 系数

3.3 LDI综合指数的计算

通过每一类土地利用类型的LDI系数和该地类的面积比的乘积来计算评价区的景观开发强度指数。景观开发强度综合指数LDI计算公式为：

LDI=Σ%LUi·LDIi

(1)

式(1)中，LDI为被评价区域最终的LDI综合指数；%LUi为土地利用类型i占被评价区域总面积的百分比；LDIi为土地利用类型i的LDI系数。

4 结果与分析

4.1 土地利用类型结构

对新济洲国家湿地公园各土地利用类型结构进行了统计，该研究区土地利用类型可划分为8大类，分别是草地、天然草地、林地、农田、空地、水域、道路及建筑，其空间分布见图1，各类型的面积及所占比例见表3。可以看出，占比最大的土地利用类型为林地，面积比例为39.61%；其次为天然草地，占总面积的37.11%；再次为退耕的农田，占总面积的9.47%；水域的面积比例为8.00%；湿地公园内还有未利用的空地，面积比例为3.49%；观赏性的草地面积比例为1.60%；另外还有道路及其他建筑，面积比例分别为0.61%和0.11%。

图1 新济洲国家湿地公园土地利用类型分布表3 新济洲国家湿地公园土地利用类型结构

序号土地利用类型面积/hm2面积占比/%1草地38.241.602天然草地890.5437.113林地950.4339.614农田227.289.475空地83.773.496水域192.028.007道路14.640.618建筑2.570.11

4.2 湿地公园健康评价

张淼等[16]参考Brown对LDI值进行的分类将LDI方法所获得的综合指数进行了健康等级分级，LDI指数处于1.0～2.0范围内说明湿地受人为干扰少，土地类型接近于自然湿地，健康程度为“健康”；LDI指数处于2.0～5.0范围内说明湿地受到一定的人为干扰影响，土地类型接近于农田，健康程度为“一般”；LDI值大于5.0，说明湿地受人类活动干扰影响较大，土地类型接近于城市，健康程度为“不健康”。

基于对新济洲国家湿地公园土地利用类型结构的研究，采用LDI方法根据公式计算得到湿地公园整体的综合指数值为1.70。根据上述标准，新济洲国家湿地公园接近于近自然湿地，说明其受到的人类活动干扰比较小，保持着健康的状态。

5 结论与讨论

5.1 结论

通过统计分析新济洲国家湿地公园的土地利用类型，利用LDI方法评价了该湿地公园的生态环境健康状况，得知：湿地公园范围内，土地利用类型主要有草地、天然草地、林地、农田、空地、水域、道路及建筑8种类型。林地是面积最大的的土地利用类型，占总面积的39.61%，在各个岛屿都有分布；其次为天然草地，占总面积的37.11%，同样广泛分布于湿地公园的各个岛屿；退耕的农田面积比例为9.47%，绝大部分分布在再生洲，目前呈自然恢复状态；水域面积会随季节发生变化，在卫星图片拍摄时间段，开阔水面占8.00%；无植被覆盖的裸土空地面积比例为3.49%；观赏性的草地面积比例为1.60%，主要分布在新济洲主岛人工观赏区；含建筑、道路等硬质地表面积占0.72%，绝大部分分布在新济洲主岛。湿地公园LDI综合指数为1.70，生态环境健康等级整体上处于“健康”水平。

5.2 讨论

LDI方法已被众多研究者接受和证实适用于评价湿地健康状况，且能在数据量较少情况下快速给出评价结果[2]。本研究通过遥感数据结合实地调查，选择了 LDI方法对新济洲国家湿地公园生态健康状况进行客观评价，但针对较为复杂的能值计算，本文的LDI系数借鉴了前人研究的经过验证的相关系数。如果要将LDI方法推广开来，需要将LDI系数的确定进行本土化，即收集研究区域更多实际资料确立与之相对应的LDI系数。另外，本研究采用LDI方法适合在人力财力较少的情况下于最短的时间内进行最基础的湿地评价，要对湿地生态系统健康做出更加精确的评价，需要搜集调查更为全面详尽的湿地生态指标，构建多指标高强度湿地生态系统健康评价方法以提高评价精度或进行相互验证。