孫光年

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

景觀生態(tài)學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科。因其研究的尺度性、異質(zhì)性和生態(tài)整體性成為近年來的研究熱點，其概念框架和理論方法已被引入《非污染生態(tài)影響評價技術(shù)導(dǎo)則》。利用景觀生態(tài)學(xué)的研究方法從生態(tài)完整性角度研究水利水電工程生態(tài)影響評價已經(jīng)成為當(dāng)前非污染生態(tài)影響評價的一個發(fā)展趨勢[1-2]。

生態(tài)完整性(Ecological integrity)是支持和保持一個平衡的、綜合的、適宜的生物系統(tǒng)的能力[3]。只有通過生態(tài)完整性評價才能了解建設(shè)項目所在區(qū)域生態(tài)體系的特征及相應(yīng)的生態(tài)承載力，從而判定建設(shè)項目對區(qū)域生態(tài)的影響程度及其環(huán)境合理性[4]。本文運用景觀生態(tài)學(xué)的原理和方法對擬建的旁多水利樞紐工程所在區(qū)域的生態(tài)完整性現(xiàn)狀進行評價，即從景觀結(jié)構(gòu)、植被生物量和植被分布的空間異質(zhì)性3個角度對該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能狀況進行分析;同時，在現(xiàn)狀評價的基礎(chǔ)上，通過量化比較，預(yù)測該工程建成后對該區(qū)域生態(tài)完整性的影響程度。

1 評價區(qū)域及工程概況

旁多水利樞紐工程地處拉薩河流域中游，壩址位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5 km，是拉薩河流域的骨干性控制工程，也是拉薩河干流水電梯級開發(fā)的龍頭水庫。庫區(qū)所在地屬切割較深的高山地形，地面高程4 027～5 300 m。該工程為灌溉、發(fā)電、防洪、城市供水等綜合利用的水利樞紐，總庫容11.74億m3，是一個具有不完全年調(diào)節(jié)性能的大(1)型水利工程。

綜合考慮水庫功能、區(qū)域特點以及工程建設(shè)對流域生態(tài)完整性的影響，將生態(tài)完整性的評價范圍確定為大壩上游沿水庫淹沒線周圍擴展10 km范圍，遇流域分水嶺則以分水嶺為界，壩下游也以分水嶺為界直至拉薩河與堆龍曲匯合口，總面積為10 202 km2，包括水庫周邊的熱振國家森林公園和林周黑頸鶴自然保護區(qū)。

從景觀尺度觀察，本區(qū)域的景觀要素包括耕地(旱地)、林地、草地、水域(河流水面)、河灘地、居民建設(shè)用地、沙地、沼澤、裸巖、冰川等10種景觀類型。因本區(qū)域?qū)俑咴瓬貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，草地資源豐富，面積廣大，是評價區(qū)的景觀基質(zhì)，林地、耕地、水域、河灘地、居民建設(shè)用地、沙地、沼澤、裸地等斑塊點綴其中。由于項目區(qū)位于高寒地帶，自然環(huán)境比較惡劣，區(qū)內(nèi)人類活動較小，耕地面積不大，主要為牧區(qū)。

2 原理和方法

2.1 景觀生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的度量

景觀結(jié)構(gòu)與功能是相匹配的，結(jié)構(gòu)的合理性從一定程度上決定了該生態(tài)系統(tǒng)功能狀況的優(yōu)劣[5]。對結(jié)構(gòu)合理程度的判斷常從對基質(zhì)的判定入手。而景觀基質(zhì)的類型與屬性對生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)和完整性起主導(dǎo)作用，常根據(jù)優(yōu)勢度指數(shù)(Di)進行判定。Di由景觀密度(DPi)和景觀比例(DCi)計算得出，其經(jīng)驗數(shù)學(xué)表達式為:

式中:DPi是第i類景觀要素的斑塊數(shù)與斑塊總數(shù)之比;DCi為第i類景觀要素的相對蓋度，即面積比。

2.2 景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的度量

景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性包括兩種特征，即生態(tài)系統(tǒng)對干擾的阻抗能力和受到干擾后的恢復(fù)能力。

1)恢復(fù)穩(wěn)定性的度量。對生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定性的度量可采取對植被生物量進行度量的方法來進行。植被生物量的變化是評價生態(tài)系統(tǒng)功能優(yōu)劣的指標之一。旁多水利樞紐工程所在地主要植被類型的生物量特征值見表2。

2)阻抗穩(wěn)定性的度量。生態(tài)系統(tǒng)阻抗穩(wěn)定性的強弱直接影響到系統(tǒng)內(nèi)部功能的正常運行。阻抗穩(wěn)定性受生態(tài)系統(tǒng)中主要生態(tài)組分的種類、數(shù)量、時空分布的異質(zhì)性所制約。景觀等級以上的自然系統(tǒng)需要有高的異質(zhì)性，因此，生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性可作為阻抗穩(wěn)定性的度量。

對景觀異質(zhì)性的量化表達可選用Shannon-Weaver多樣性指數(shù)來進行估算，該指標既考慮了不同群落類型所占景觀總面積的大小及分布的均勻程度，又考慮了群落類型的多少。

Shannon-Weaver多樣性指數(shù):

式中:Pk為斑塊類型k在景觀中出現(xiàn)的概率;n為景觀中斑塊類型的總數(shù)。

3 評價結(jié)果與分析

3.1 景觀生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與影響評價

對西藏旁多水利樞紐工程實施前后評價區(qū)內(nèi)各景觀類型優(yōu)勢度的計算結(jié)果見表1。

表1 旁多水利樞紐工程建設(shè)前后斑塊優(yōu)勢度值

表1數(shù)據(jù)顯示，在評價范圍內(nèi)的各景觀類型中，景觀密度以林地最大，其次為草地;而景觀面積比例則以草地面積最大，占評價區(qū)總面積的73.03%，其次為林地，占10.08%。各景觀類型的優(yōu)勢度排序為:草地＞林地＞裸地＞耕地＞河灘地＞居民建設(shè)用地＞水域＞沙地＞沼澤＞冰川，這充分說明評價區(qū)內(nèi)草地優(yōu)勢度高，是區(qū)域的景觀基質(zhì)。評價區(qū)內(nèi)森林覆蓋率低，裸巖廣布于山體上部，僅在河谷地帶種植青稞、冬小麥等，耕作農(nóng)業(yè)有一定發(fā)展。

旁多水庫修建后評價區(qū)內(nèi)的景觀格局發(fā)生了一定的變化。由于水庫蓄水，造成庫周及上游的草地、灌木林、旱地、河灘地、居民建設(shè)用地、沙地等景觀發(fā)生不同程度的減少。除草地和耕地外，其它斑塊類型的景觀密度比例均有所降低(冰川除外)。各景觀類型的優(yōu)勢度排序不變。但水域斑塊因水庫蓄水使其重要性提高，其優(yōu)勢度值由建庫前的0.92%上升到1.18%，其它斑塊的優(yōu)勢度值相應(yīng)減少或不變，但減少的幅度不大。作為景觀基質(zhì)的草地，其優(yōu)勢度值從59.90%減少為59.86%，前后變化不大，仍維持在較高的水平?？梢?，工程實施和運行對評價區(qū)自然系統(tǒng)的景觀空間結(jié)構(gòu)影響不大。

3.2 景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的現(xiàn)狀與影響評價

3.2.1 恢復(fù)穩(wěn)定性評價

根據(jù)野外調(diào)查和遙感解譯，將評價區(qū)劃分為大果圓柏林、砂生槐+杜鵑+薔薇群落、藏北苔草+燈芯草群落、杉葉藻+眼子菜群落、砂生槐+小檗+雜草類群落、杜鵑+蒿草群落、禾草類+雜草草甸、西藏沙棘+雜類草群落、高山蒿草+雜類草群落、高山寒漠、楊+小檗+沙生槐群落、青稞等12種植被類型。評價區(qū)內(nèi)草地廣布，以雜類草草叢為主。農(nóng)業(yè)植被分布于拉薩河河谷地帶，面積較小，僅占評價區(qū)的3.37%，主要種植青稞、油菜等。評價區(qū)內(nèi)各植被類型的面積及其生物量狀況見表2。

表2 旁多水利樞紐工程評價區(qū)內(nèi)生物量變化情況

從各植被類型單位面積生物量來看，大果圓柏喬木高達5～12 m，單株材積最高可達3.5 m3，生物量最高。其次為砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢和楊+小檗+沙生槐灌叢，單位面積生物量可達4 800 kg/hm2、2 000 kg/hm2。在草類生態(tài)系統(tǒng)中，禾草類雜草草甸位于低河漫灘，水分條件好，生物量較高，可達1 000 kg/hm2。旱地等人工植被類型在人為干擾作用下具有較高的生產(chǎn)力。

旁多水庫建成后，除大果圓柏林、藏北苔草+燈芯草群落、杉葉藻+眼子菜群落、西藏沙棘+雜類草群落和高山寒漠以外，其余7種植被類型的生物量均有不同程度的減少。其中，旱地青稞和沙生槐+杜鵑+薔薇灌叢因單位面積生物量和淹沒面積較大，成為評價區(qū)內(nèi)生物量損失最大的植被類型，分別損失了3 006 t/a和4123t/a。從各植被類型生物量的損失比例來看，評價區(qū)內(nèi)各植被類型的生物量損失量均較小，其中，比例最高的為禾草類雜草草甸(2.14%)，其次為旱地青稞(1.46%)、砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢(1.21%)，其余各植被類型損失比例均在1%以下，對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小。另外，由于水域面積的增加和水文條件的改善，水庫水域生態(tài)系統(tǒng)的生物量將會有所增加，一定程度上彌補了陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物量損失。

綜合看來，評價區(qū)內(nèi)由于水庫淹沒所造成的生物量損失對庫區(qū)的景觀穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響較弱，且該地區(qū)人口較少，以牧業(yè)為主，工程建設(shè)后現(xiàn)存植被生物量減少不大，其恢復(fù)穩(wěn)定性仍然維持在建庫前的原有水平，仍能維持當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)的完整性狀態(tài)。

3.2.2 阻抗穩(wěn)定性評價

評價區(qū)內(nèi)景觀基質(zhì)是草地景觀，其面積最大，占整個評價區(qū)的73.03%，優(yōu)勢度值為59.90%。其次為林地景觀，其面積占評價區(qū)的10.08%，優(yōu)勢度值為14.73%，對維持評價區(qū)內(nèi)的景觀多樣性和涵養(yǎng)水土具有十分重要的生態(tài)意義。因而，草地和林地植被對區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能起主導(dǎo)作用，應(yīng)對其異質(zhì)性程度進行估算。景觀異質(zhì)性是指組成評價區(qū)林灌草植被的各種植被類型在景觀中分布的空間異質(zhì)性。根據(jù)遙感解譯和野外調(diào)查，獲得各景觀類型的生態(tài)數(shù)據(jù)，計算出各類型在景觀中出現(xiàn)的概率(P值)，見表3。

對于給定的n(群落類型數(shù))，Shannon-Weaver指數(shù)有最大值Hmax，此時，各群落類型的面積比例相同，而且各群落斑塊在景觀中分布的均勻程度最大。由表3可見，建庫前多樣性指數(shù)(H)等于1.964，占Hmax的76.57%，則評價范圍內(nèi)群落多樣性程度處于較高水平。但由于項目建設(shè)區(qū)地處高寒地帶，生物生長緩慢，特殊的地理位置和不良的氣候條件使該區(qū)生態(tài)環(huán)境極為脆弱，一旦破壞，恢復(fù)周期較為漫長，生態(tài)系統(tǒng)阻抗干擾的能力一般。

表3 評價區(qū)內(nèi)植被群落多樣性統(tǒng)計

旁多水庫建設(shè)后，將淹沒陸地面積37.89km2，各群落類型在景觀中出現(xiàn)的概率(P值)略有變化。由于評價區(qū)內(nèi)旱地主要分布在拉薩河河谷地帶，禾草類雜草草甸主要分布于河流沿岸階地前緣，砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢、砂生槐+小檗+雜草類群落、杜鵑+蒿草群落、蒿草+雜類草群落主要生長于山麓地帶，因此，被淹沒的植被主要為這5種類型，其P值分別為6.05%、6.89%、28.80%、12.74%、19.74%，比淹沒前有所下降。

水庫建成后評價區(qū)的群落多樣性指數(shù)(H)為1.962，占Hmax的76.49%，比修建水庫前僅減少了0.078。通過對旁多水利樞紐工程建設(shè)前后評價區(qū)景觀結(jié)構(gòu)、植被生物量和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性狀況的分析可以看出，旁多水庫的建設(shè)對區(qū)域生態(tài)完整性的影響較小，不會造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的較大變化。水庫興建后，評價區(qū)生態(tài)系統(tǒng)仍能維持原有的穩(wěn)定性和生態(tài)承載力。但由于項目區(qū)地處高寒地帶，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，生物生境一經(jīng)破壞將難以恢復(fù)，因此，在工程施工時應(yīng)盡量減少對地表植被的破壞和擾動，盡量保護原有生境，施工結(jié)束后應(yīng)立即恢復(fù)原有植被。

4 結(jié)語

生態(tài)完整性評價是非污染生態(tài)影響評價工作的基礎(chǔ)。景觀生態(tài)學(xué)方法應(yīng)用于水利水電工程生態(tài)影響評價，從景觀尺度縱覽整體，符合生態(tài)完整性的要求。通過對建設(shè)項目建成前后景觀優(yōu)勢度和穩(wěn)定性的定量分析，可以了解建設(shè)項目建成前后土地利用和植被格局的變化情況，可以對建設(shè)項目的總平面布置及輔助工程建設(shè)提出建議。但由于該方法應(yīng)用時間相對較短，景觀生態(tài)學(xué)的理論和方法也在不斷完善，故其應(yīng)用時需根據(jù)具體工程設(shè)計和環(huán)境特征進行研究。

[1] 國家環(huán)境保護總局.環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-非污染生態(tài)影響[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

[2] 國家環(huán)境保護總局.環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-水利水電工程[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

[3] Karr JR，Dudley I J.Ecological perspective on water quality goals[J].Environment Manage.1981，(5):55-68.

[4] 陳睿，劉勝祥，崔鴻.景觀生態(tài)學(xué)在非污染生態(tài)影響評價中的應(yīng)用[J]. 地球與環(huán)境，2006，34(2):95-99.

[5] 鄔建國.景觀生態(tài)學(xué)-格局、過程、尺度與等級[M].北京:高等教育出版社，2000.

[6] 余明勇，汪富貴，馬軍.雙溪水電站工程對區(qū)域生態(tài)完整性的影響研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2007，(1):118-120.

[7] 張明陽，王克林，何萍.生態(tài)系統(tǒng)完整性評價研究進展[J].熱帶地理，2005，25(1):10-13.