典型流域濕地景觀多樣性變化過(guò)程研究

景觀多樣性是指景觀在結(jié)構(gòu)、功能和時(shí)間變化方面的多樣性，反映了景觀和生態(tài)系統(tǒng)類型的復(fù)雜性。景觀多樣性是決定生物的遺傳多樣性,物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基礎(chǔ)。一般來(lái)講,景觀多樣性越高,生態(tài)系統(tǒng)多樣性越高,物種多樣性和遺傳多樣性也越高。景觀多樣性在區(qū)域和景觀尺度上構(gòu)成了其它生物多樣性的背景,并制約著其它層次生物多樣性的時(shí)空格局及其變化過(guò)程。濕地是世界上生物多樣性最為豐富地區(qū)之一,許多研究工作主要關(guān)注群落多樣性和物種多樣性研究而景觀多樣性研究以及景觀多樣性參數(shù)與濕地生物多樣性關(guān)系研究則很少,尤其是濕地面積的空間變化以及長(zhǎng)時(shí)間尺度景觀變化對(duì)濕地生物多樣性的影響研究尚未進(jìn)行。本文選擇三江平原典型流域?yàn)檠芯繂卧?研究濕地景觀多樣性特征,景觀多樣性與面積的關(guān)系,景觀多樣性與地貌類型多樣性之間的關(guān)系,并選擇景觀多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)反映流域濕地景觀多樣性50a變化和人類活動(dòng)的影響,揭示流域濕地多樣性差異特征以及濕地景觀多樣性與人為干擾的影響關(guān)系,為進(jìn)一步的濕地生物多樣性變化研究提供科學(xué)依據(jù),也為更好的保護(hù)濕地和濕地生物多樣性服務(wù)。1學(xué)習(xí)方法1.1濕地景觀分類系統(tǒng)為了反映研究區(qū)域濕地景觀類型的多樣性,并利用景觀多樣性指數(shù)進(jìn)行定量化分析,同時(shí)檢驗(yàn)景觀多樣性指數(shù)與景觀分類系統(tǒng)詳細(xì)程度的關(guān)系,反映景觀多樣性變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多樣性和群落多樣性的影響,將濕地景觀分類系統(tǒng)劃分到3級(jí)植物群落類型。該景觀分類系統(tǒng)以濕地形成為主導(dǎo),根據(jù)濕地的特征,綜合反映濕地水文狀況、地貌部位、以及植被等各自然要素相互聯(lián)系、相互影響、相互制約的關(guān)系,在抓住制約濕地形成發(fā)育的主導(dǎo)因素基礎(chǔ)上進(jìn)行分類,以反映濕地的內(nèi)在屬性及其差異。第1級(jí)為景觀類型系統(tǒng),共分5種景觀類型。主要按濕地景觀自然屬性和積水條件的差異進(jìn)行分類。包括開闊水域、草甸濕地、灌叢濕地、島狀林濕地和沼澤濕地五大類型。第2級(jí)為生態(tài)系統(tǒng)類型系統(tǒng),共分11種濕地生態(tài)系統(tǒng)類型。主要是在景觀類型系統(tǒng)基礎(chǔ)上,以在相同的地貌條件下,景觀的植被類型分異為劃分依據(jù)。第3級(jí)為植物群落類型系統(tǒng),共分21種。群落是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)類型的進(jìn)一步詳細(xì)劃分(表1)。1.2景觀圖件編制選擇三江平原典型流域撓力河流域代表山區(qū)-平原型流域,別拉洪河流域代表平原型流域,利用GIS技術(shù)對(duì)流域1950年(1935年航空調(diào)查,1945年編制的1:10萬(wàn)地形圖)、1965年(20世紀(jì)60年代測(cè)繪編制的1∶20萬(wàn)地形圖)、1983年(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春地理研究所編制的國(guó)家“六五”攻關(guān)成果1∶20萬(wàn)濕地植被圖)圖件進(jìn)行景觀制圖;利用2000年TM/ETM遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行人工解譯并結(jié)合野外詳細(xì)的景觀調(diào)查編制2000年濕地景觀現(xiàn)狀圖。為使上述數(shù)據(jù)精度可靠,真實(shí)反映不同時(shí)期濕地景觀和土地利用狀況,制圖中采用相同的景觀分類系統(tǒng)、相同的地圖投影和最小制圖單元。將以上數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,研究濕地景觀多樣性的變化。1.3不同類型旅游類型的景觀多樣性景觀多樣性包括類型多樣性、格局多樣性和斑塊多樣性,通常利用景觀多樣性指數(shù)(H)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)進(jìn)行研究。景觀多樣性指數(shù)(H)的大小反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化。當(dāng)景觀由單一要素構(gòu)成時(shí),景觀是均質(zhì)的,其多樣性指數(shù)為0;由兩個(gè)以上要素構(gòu)成的景觀,當(dāng)各景觀類型所占比例相等時(shí),其景觀多樣性為最高;各景觀類型所占比例差異增大,則景觀的多樣性下降。景觀多樣性的計(jì)算公式如下:式中,Pk為k種景觀類型占總面積的比,m是研究區(qū)域景觀類型的總數(shù)。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)也是研究景觀多樣性的重要指標(biāo)。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)表示景觀多樣性對(duì)最大多樣性的偏離程度,或描述景觀由少數(shù)幾個(gè)主要景觀類型控制的程度。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)越大,表明偏離程度越大,即組成景觀各景觀類型所占比例差異大,或者說(shuō)一種或幾種少數(shù)景觀類型占優(yōu)勢(shì);優(yōu)勢(shì)度指數(shù)越小,表明偏離程度越小,即組成景觀各景觀類型所占比例差異相當(dāng),或者說(shuō)沒有哪種景觀類型占優(yōu)勢(shì);優(yōu)勢(shì)度為0,表示組成景觀各種景觀類型所占比例相等,或景觀完全均質(zhì),即由一種景觀類型構(gòu)成。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)計(jì)算公式為:式中,Hmax=log2(m),Pk為k種景觀類型占總面積的比,m是研究區(qū)域景觀類型的總數(shù)。Hmax為研究區(qū)域內(nèi)各類景觀所占比例相等時(shí)的多樣性指數(shù),即最大多樣性指數(shù)。2結(jié)果與分析2.1u3000濕地景觀類型撓力河流域是三江平原中最大的流域,流域面積達(dá)22630.43km2。該流域由山區(qū)和平原兩部分組成,其中山區(qū)部分占31%,平原部分占69%。該流域平原部分屬于洪積沖積平原,形成大面積濕地。從表2中發(fā)現(xiàn),撓力河流域濕地景觀在初始的1950年,草甸濕地景觀占主體地位(占流域面積的38%),并且類型多樣,包括5種生態(tài)系統(tǒng)類型。其次為沼澤濕地景觀,其面積占流域面積的22%,包括4種生態(tài)系統(tǒng)類型,7種沼澤植物群落類型,并以毛果苔草沼澤占優(yōu)勢(shì)。該流域還包括呈小面積斑塊分布的湖泡、灌叢濕地和島狀林濕地。這些類型濕地面積雖小但數(shù)量很大,在1950年湖泡數(shù)量達(dá)1011個(gè),灌叢濕地達(dá)103塊、島狀林濕地為162塊,它們星羅棋布地鑲嵌在大面積草甸濕地和沼澤濕地之中,構(gòu)成流域豐富多樣的景觀類型(彩版Ⅰ,表2)。別拉洪河流域?qū)儆谄皆土饔?流域面積為4333.76km2。該流域地勢(shì)平坦,濕地面積大。在1950年濕地面積約占流域面積的96%。濕地景觀類型也豐富多樣。其中沼澤濕地占優(yōu)勢(shì)地位,面積約占流域的49%;主要以毛果苔草為主,共包括4種毛果苔草占優(yōu)勢(shì)的植物群落類型。其次為草甸濕地,面積占33%;包括5種小葉章占優(yōu)勢(shì)的草甸植物群落類型。沼澤和草甸濕地在該流域均呈大面積連續(xù)分布狀態(tài)。另外該流域還發(fā)育塔頭苔草沼澤,包括3種植物群落類型。與撓力河流域相似,該流域也廣泛分布各種湖泡、灌叢和島狀林濕地景觀類型,它們鑲嵌在草甸和沼澤景觀中共同構(gòu)成流域濕地景觀類型的多樣性特征(彩版Ⅰ,表3)。2.2流域濕地景觀多樣性的形成機(jī)制2.2.1地貌類型結(jié)構(gòu)的差異性在同一流域,濕地景觀類型的形成與地貌類型極其相關(guān)。研究表明,撓力河流域平原部分和別拉洪河流域在地貌類型構(gòu)成上差異不明顯,均由高低河漫灘、河流階地構(gòu)成流域地貌主體,其它如自然堤、迂回扇、微高地、洼地等微地貌類型構(gòu)成了流域地貌類型的復(fù)雜性特征。但由于構(gòu)成流域地貌類型結(jié)構(gòu)的差異性,決定了流域中發(fā)育的濕地景觀類型在結(jié)構(gòu)上的差異。如構(gòu)成撓力河流域的主體地貌類型是高河漫灘、河流階地、河流高階地和沖積洪積平原等高地地貌類型(占流域35.95%),形成的優(yōu)勢(shì)濕地景觀類型為草甸濕地景觀;而構(gòu)成別拉洪河流域主體地貌類型是洼地、古河道洼地等低地地貌類型(占流域39.32%),形成的優(yōu)勢(shì)濕地景觀類型為沼澤濕地景觀。而廣大的低河漫灘和河曲帶構(gòu)成了撓力河流域次級(jí)地貌類型,形成了廣大的沼澤景觀;河流階地構(gòu)成了別拉洪河流域的次級(jí)地貌類型,形成的濕地景觀類型為草甸濕地景觀。其它微地貌類型主要形成灌叢濕地、島狀林濕地和湖泡等小斑塊濕地景觀類型。這些由流域地貌類型結(jié)構(gòu)的差異性決定的流域濕地景觀結(jié)構(gòu)的差異性特征如表4和彩版Ⅱ所示。對(duì)兩流域地貌類型進(jìn)行多樣性指數(shù)計(jì)算表明,撓力河流域地貌多樣性指數(shù)為2.2197,別拉洪河流域地貌多樣性指數(shù)高于撓力河流域?yàn)?.4286;而撓力河流域濕地景觀多樣性指數(shù)為1.337,別拉洪河流域濕地景觀多樣性指數(shù)也高于撓力河流域?yàn)?.835。表明流域地貌多樣性指數(shù)越高,濕地景觀多樣性越高;反之,流域地貌多樣性指數(shù)越低,濕地景觀多樣性越低。2.2.2水文情勢(shì)法特征的沼澤濕地景觀類型流域內(nèi)以及流域之間濕地景觀多樣性的差異還受控于流域水文條件的影響。撓力河流域由于構(gòu)成山區(qū)的河流短小而多,匯集到中下游平原區(qū)域的水量大,水流急,地形梯度明顯而表現(xiàn)為水文情勢(shì)變化大的特征,形成的沼澤濕地景觀類型比較豐富,主要為毛果苔草沼澤、漂筏苔草沼澤、蘆葦沼澤和甜茅沼澤;而各沼澤植物群落類型則較少。別拉洪河流域由于地形梯度特征不明顯,河流在上游是由洼地連接而成,到中下游才積水匯集成河流,且水流極其緩慢,水量主要靠大氣降水補(bǔ)給而表現(xiàn)為水文情勢(shì)變化不大的特征,形成的濕地景觀類型少(僅有毛果苔草和塔頭苔草沼澤)但植物群落類型較為豐富多樣,如毛果苔草沼澤由四種群落類型構(gòu)成?？梢娝那閯?shì)的差異性是濕地生態(tài)系統(tǒng)和群落類型分異的主要因素。2.3流域濕地景觀多樣性變化2.3.1濕地景觀面積和斑塊數(shù)量變化隨著人類活動(dòng)的干擾,流域濕地景觀類型的多樣性發(fā)生很大變化。從表2和表3發(fā)現(xiàn),撓力河流域到1983年叢樺-小葉章群落已經(jīng)喪失,到2000年喪失的濕地景觀類型增加到3個(gè)生態(tài)系統(tǒng)類型和7個(gè)群落類型,主要是毛果苔草沼澤、漂筏苔草沼澤和甜茅沼澤中的各類群落,蘆葦群落也消失,剩余的濕地類型主要是各類型草甸濕地、灌叢濕地和島狀林濕地。與撓力河流域相似,別拉洪河流域各類濕地到2000年減少了10個(gè)群落,其中原有的沼澤各類景觀完全喪失。從構(gòu)成各類型濕地景觀和生態(tài)系統(tǒng)的面積和斑塊數(shù)量變化來(lái)看,各流域沼澤、湖泡、灌叢濕地和島狀林濕地面積變化發(fā)生在草甸濕地變化之后,說(shuō)明草甸濕地最先受到人類干擾的影響,而其它濕地景觀受影響的年限發(fā)生在1965年之后,尤其是1983～2000年期間變化最大、受影響最顯著。從濕地景觀斑塊數(shù)量變化來(lái)看,小斑塊類型的濕地(湖泡、島狀林濕地和灌叢濕地)數(shù)量不斷減少,而大斑塊濕地(沼澤和草甸濕地)斑塊數(shù)量卻不斷增加,反映了小斑塊類型濕地以數(shù)量喪失為主,大斑塊類型濕地則以破碎化為主。如撓力河流域湖泡數(shù)量從1950年到2000年數(shù)量喪失了96%,島狀林濕地喪失了89%;而草甸濕地?cái)?shù)量增加為原來(lái)的26倍面積卻減少了80%;沼澤濕地斑塊數(shù)量在1983年之前增加了1.7倍,到2000年只剩下3塊,面積喪失率達(dá)98%,說(shuō)明沼澤濕地經(jīng)歷了一個(gè)先破碎后喪失的過(guò)程。別拉洪河流域湖泡喪失率為98%,島狀林濕地為92%;草甸濕地斑塊數(shù)量增加主要發(fā)生在1983年以后,增加了123倍,面積則減少了32%;沼澤濕地斑塊數(shù)量隨面積的減少而先增加后喪失。2.3.2不同流域濕地景觀多樣性的日變化對(duì)兩流域濕地景觀進(jìn)行多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn),在初始階段平原型流域-別拉洪河流域的濕地景觀多樣性高于山區(qū)-平原型流域-撓力河流域,其中各類型濕地景觀多樣性又表現(xiàn)出差異性。撓力河流域沼澤和島狀林濕地景觀多樣性高于別拉洪河流域,草甸濕地、灌叢濕地和開闊水域的景觀多樣性則低于別拉洪河流域;而沼澤景觀中撓力河流域中的毛果苔草景觀多樣性高于別拉洪河流域,而塔頭苔草沼澤多樣性則表現(xiàn)為別拉洪河流域占優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)狀(2000年)階段則相反,即別拉洪河流域濕地景觀多樣性指數(shù)小于撓力河流域,并且各濕地景觀類型多樣性均小于撓力河流域,說(shuō)明了別拉洪河流域濕地景觀變化強(qiáng)度大于撓力河流域(表5)。不同時(shí)段景觀多樣性指數(shù)的變化在兩流域也表現(xiàn)出不同特征。在撓力河流域濕地景觀多樣性從1950年到1965年開始增加,以后逐漸減少,到2000年為最小;從優(yōu)勢(shì)度指數(shù)看,1950年優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最高,到1965年則減少,而后開始增加,到2000年增加幅度很大。而別拉洪河流域濕地景觀多樣性指數(shù)從1950年到1983年呈減少趨勢(shì),但減少幅度很小,到2000年減少幅度為最大;這期間優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則不斷增加,到2000年增加最大。可見不同流域不同時(shí)段濕地景觀多樣性指數(shù)能夠?qū)ψ兓龀龇从?。但究竟這種變化過(guò)程是怎樣發(fā)生的,還必須從下級(jí)更為詳細(xì)的景觀和生態(tài)系統(tǒng)中得到反映。通過(guò)對(duì)表5數(shù)據(jù)中的草甸濕地和沼澤進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),兩流域草甸濕地景觀多樣性指數(shù)最先發(fā)生變化,并且都經(jīng)歷了一個(gè)從1950年到1965年增加而后逐漸減少的過(guò)程,說(shuō)明草甸濕地景觀多樣性在流域中最早受到人類活動(dòng)影響而不斷變化;沼澤景觀在1965年之前多樣性指數(shù)沒有變化,在1965年之后逐漸減少,到2000年多樣性指數(shù)為0,說(shuō)明沼澤景觀多樣性在流域中受影響要在草甸濕地之后,而受影響的主要年限在1983年和2000年之間,并且受影響的程度要比草甸濕地大。表5數(shù)據(jù)也顯示了流域濕地景觀多樣性變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多樣性變化和群落多樣性變化產(chǎn)生影響。隨著濕地景觀多樣性降低,生態(tài)系統(tǒng)多樣性和群落多樣性也降低,兩者變化反映最為敏感。如兩流域各沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)多樣性在2000年均變化為0,說(shuō)明各群落類型趨于單一化或完全喪失。2.3.3景觀多樣性的相關(guān)性分析以上分析表明,自1950年到2000年濕地景觀面積和多樣性均發(fā)生巨大變化。為了揭示流域內(nèi)濕地面積與景觀多樣性關(guān)系,將流域內(nèi)濕地總面積與濕地景觀多樣性指數(shù)、草甸濕地景觀多樣性指數(shù)以及沼澤景觀多樣性指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)兩流域濕地總面積與濕地景觀多樣性呈正相關(guān)關(guān)系,其中撓力河流域濕地總面積與沼澤景觀多樣性相關(guān)性很好,而別拉洪河流域濕地總面積與草甸濕地景觀多樣性相關(guān)性好于與沼澤的相關(guān)性(圖1)。兩流域沼澤面積與沼澤景觀多樣性呈非常好的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達(dá)90%以上,說(shuō)明沼澤景觀多樣性受面積影響最明顯,并且當(dāng)面積小到一定程度時(shí),景觀多樣性喪失(圖2)。2.4流域濕地景觀多樣性變化的主要影響因素2.4.1別拉洪河流域濕地開發(fā)現(xiàn)狀研究表明濕地景觀變化與流域歷史時(shí)期的土地開發(fā)活動(dòng)密切相關(guān),但各流域耕地面積變化發(fā)生的年代不同,圖3顯示了流域濕地面積和耕地面積的變化過(guò)程。其中撓力河流域由于擁有大面積山前傾斜平原,歷史上開發(fā)較早,耕地變化主要發(fā)生在1965年以后,到2000年耕地面積增加為建國(guó)初期的13倍,而濕地面積喪失了87%;別拉洪河流域由于位于三江平原腹地的低洼地帶而難于開發(fā),開發(fā)的年代較晚,主要在1983年以后,但開發(fā)強(qiáng)度大,耕地?cái)U(kuò)大速度快,到2000年耕地面積擴(kuò)大了48倍,而濕地面積喪失了75%。兩流域首先開發(fā)的濕地類型是季節(jié)性積水的草甸濕地,灌叢濕地和島狀林濕地,然后才是常年積水的沼澤濕地。喪失的濕地面積98%直接轉(zhuǎn)化為耕地,2%轉(zhuǎn)化為其它用地。濕地面積的大量喪失導(dǎo)致了各類型濕地景觀面積的減少和破碎化,是影響流域景觀多樣性變化的主要因素。2.4.2水利工程建設(shè)以上分析表明1983～2000年是濕地景觀多樣性變化最為顯著的階段,沼澤濕地多樣性的喪失也發(fā)生在這一階段。原因是1983年以后,國(guó)家進(jìn)入經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展時(shí)期,濕地開墾活動(dòng)又進(jìn)入新的高潮。為了開墾沼澤濕地,國(guó)家投入大量資金進(jìn)行水利工程建設(shè)。到2000年撓力河流域修建大小水庫(kù)42座,河流堤防879km,排灌水渠3474條、長(zhǎng)達(dá)6248km;別拉洪河流域由于修建排水干渠,已將原來(lái)完整的一個(gè)流域改變成兩個(gè)小流域,共建水渠1385條,長(zhǎng)達(dá)2445km。這些水利工程的建設(shè)改變了原有的濕地水文情勢(shì),對(duì)濕地景觀和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響,已經(jīng)導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化和演替。研究顯示,這期間撓力河流域由沼澤退化為草甸濕地的面積占現(xiàn)