姜云鵬　喬　玉　張　揚(yáng)　李云霞

天津古海岸與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)陸生生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價(jià)

姜云鵬喬玉張揚(yáng)李云霞

貝殼堤是我國乃至全世界相對重要的地質(zhì)遺跡，對古海岸及第四系地質(zhì)研究有著重要的價(jià)值。為了保護(hù)貝殼堤，國家劃定了天津古海岸與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)。在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，對自然保護(hù)區(qū)沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)陸生生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，并提出相關(guān)影響因素。

貝殼堤古海岸陸生生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價(jià)

“天津古海岸與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)”于1992年 10月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)建立。2009年12月，天津古海岸與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)范圍調(diào)整獲得國務(wù)院批復(fù)，沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)并未有所變動。沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)位于天津市濱海新區(qū)海濱街沙井子村，面積為100.48 hm2，主要保護(hù)對象為貝殼堤，在地下2～3 m處埋藏有大量的不同時(shí)代的古貝殼。區(qū)內(nèi)人為活動頻繁，分布有沙井子三村居民居住用地、旱地、大港油田以及部分工廠所屬工礦用地。

本文通過對現(xiàn)有資料研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場詳細(xì)調(diào)查結(jié)果，根據(jù)沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)人類活動情況及植被現(xiàn)狀，分析評價(jià)沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)受附近人類開發(fā)活動的影響情況，為天津古海岸與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境保護(hù)和環(huán)境管理提供一定的科學(xué)依據(jù)和支持。

1　研究方法

1.1植物群落調(diào)查

本次采用查閱資料和野外調(diào)查相結(jié)合的方式。野外調(diào)查于2015年9月進(jìn)行。結(jié)合不同土地利用類型，布置2個(gè)1 m×1 m草本樣方，用于群落調(diào)查。目前，實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)基本為草本植物，所以野外植被調(diào)查只涉及草本。調(diào)查樣方內(nèi)植物總蓋度、植物物種名、密度、物種蓋度和高度等。

1.2生物多樣性指數(shù)計(jì)算

式中，Pi為物種i的重要值；S為物種數(shù)目；N為所在群落的所有物種的個(gè)體數(shù)之和。

1.3景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)計(jì)算

景觀生態(tài)學(xué) （Landscape Ecology）將景觀定義為：“一個(gè)空間異質(zhì)性的區(qū)域，由相互作用的拼塊 （patch）或生態(tài)系統(tǒng)組成，以相似的形式重復(fù)出現(xiàn)的生態(tài)體系”。景觀生態(tài)體系的組成即生態(tài)系統(tǒng)或土地利用類型組成，因而可以用評價(jià)范圍內(nèi)的主要土地利用類型——草地植被、旱地植被、河流坑塘水庫、建筑用地以及未利用地等生態(tài)系統(tǒng)作為景觀體系的基本單元——拼塊來進(jìn)行景觀分析。

在景觀頻率的評判中，采取在微機(jī)上的土地利用圖上取樣的方法，即在典型地段上各隨機(jī)取4 個(gè)1 km×1 km樣地；在4個(gè)典型樣地共選取20個(gè)小樣方，每個(gè)小樣方面積為1 hm2。

景觀生態(tài)體系穩(wěn)定性評價(jià)方法采用HJ 19—2011《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——生態(tài)影響》中推薦的優(yōu)勢度計(jì)算法，各參數(shù)計(jì)算公式如表1。

表1　優(yōu)勢度計(jì)算法各參數(shù)計(jì)算公式

1.4土地自然生產(chǎn)力

土地的自然生產(chǎn)力是指單位面積土地在當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的水熱條件下，在單位時(shí)間 （年）內(nèi)生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)的質(zhì)量 （干重），通常用t/（hm2·a）表示。本文采用Halite生物生產(chǎn)力的經(jīng)驗(yàn)公式，估算出該評價(jià)區(qū)域土地的自然生產(chǎn)力，計(jì)算公式為：

式中 Y1——根據(jù)年平均溫度估算的熱量生產(chǎn)力，g/（m2·a）；

Y2——根據(jù)年平均降水量估算的水分生產(chǎn)力，g/（m2·a）。

2　調(diào)查結(jié)果

2.1占地類型

本次評價(jià)采用衛(wèi)星影像資料，結(jié)合濱海新區(qū)海濱街土地利用現(xiàn)狀總體布置圖、土地利用總體規(guī)劃圖及實(shí)測1/10 000地形圖，在現(xiàn)場比對核準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)土地利用狀況進(jìn)行分析計(jì)算。

評價(jià)范圍內(nèi)土地利用現(xiàn)狀主要包括城市建設(shè)用地、油氣開采工礦用地、農(nóng)作物用地和水域等。其中工礦用地、城市建設(shè)用地、栽培作物用地等受人類活動影響顯著的區(qū)域占評價(jià)范圍的73%。沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)土地利用現(xiàn)狀情況見表2。

表2　沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)土地利用現(xiàn)狀

2.2植物物種

結(jié)合有關(guān)研究成果與本次現(xiàn)場查勘采樣，得到沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)各植被類型植物物種情況。根據(jù)相關(guān)資料，進(jìn)行生物量核算。樣方調(diào)查結(jié)果分布見表3和表4，生物量計(jì)算結(jié)果見表5。

3　計(jì)算結(jié)果

3.1生物多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)前文相關(guān)公式計(jì)算得出的結(jié)果見表6。

根據(jù)表6可知，1#樣方各指數(shù)均小于2#樣方。各指數(shù)均較小，生物多樣性一般，表明實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)人類活動對植物物種生物多樣性影響較大。

3.2景觀生態(tài)學(xué)分析結(jié)果

表3　1#植物實(shí)測樣方表

根據(jù)海濱街 （原港西街）土地利用現(xiàn)狀圖，結(jié)合衛(wèi)星圖片、評價(jià)區(qū)萬分之一地形圖及現(xiàn)場踏勘調(diào)查分析可知，評價(jià)范圍內(nèi)景觀生態(tài)體系由以下組分組成。

3.2.1以堿蓬、蘆葦?shù)葹橹鞯牟輩财磯K

屬于人類活動影響下形成的干擾拼塊，多分布在建設(shè)用地邊緣地帶或沼澤，由于人類活動頻繁，受干擾程度高，水土流失和生物多樣性受損較嚴(yán)重。該拼塊面積為21.48 hm2，占影響區(qū)域總面積的21.38%，是區(qū)內(nèi)重要的拼塊之一。

表4　2#植物實(shí)測樣方表

表5　評價(jià)區(qū)生物量計(jì)算結(jié)果表

表6　評價(jià)區(qū)生物量計(jì)算結(jié)果表

3.2.2以玉米為主的旱地植被拼塊

屬于人工引進(jìn)的種植拼塊。該拼塊的生境、外貌及結(jié)構(gòu)與其他拼塊均有明顯區(qū)別，其生境一般比較干燥，作物種類比較多樣化，并形成多種組合。此類拼塊在區(qū)內(nèi)的分布范圍最廣，面積相對較大，在評價(jià)區(qū)域范圍內(nèi)地勢略微平緩的地方都有分布，作物形成以玉米為主。其面積為27.08 hm2，占全區(qū)面積的26.95%，是區(qū)內(nèi)人、畜重要用糧之地。

3.2.3以河流、坑塘、水庫等為主的水面拼塊

為自然或人工形成的水生生態(tài)系統(tǒng)，屬環(huán)境資源拼塊。河流以排污河渠為主，坑塘以項(xiàng)目評價(jià)范圍低洼地帶形成的廢棄坑塘為主，北大港水庫面積在本評價(jià)區(qū)域內(nèi)所占的水面拼塊面積相對較大。水面拼塊總面積為6.05 hm2，占全區(qū)面積6.02%。

3.2.4住宅用地為主的鄉(xiāng)鎮(zhèn)人工生態(tài)系統(tǒng)拼塊

為人工建造引進(jìn)的拼塊，為人類的聚居地，是拼塊中受人類干擾最明顯的組分之一，表現(xiàn)在拼塊外貌和結(jié)構(gòu)上不再具有自然屬性，更具社會性。該拼塊在區(qū)內(nèi)分布比較局限，在本項(xiàng)目涉及的3個(gè)村莊所在地有成片分布。該拼塊面積約為45.87 hm2，占全區(qū)總面積的45.65%。

以上拼塊類型構(gòu)成了本區(qū)景觀生態(tài)體系，它們之間既相互聯(lián)系又相互制約。以堿蓬、蘆葦?shù)葹橹鞯牟莸仄磯K等陸地生態(tài)系統(tǒng)決定了以河流、水庫、坑塘為主的水生生態(tài)系統(tǒng)狀況，同時(shí)對以玉米為主的旱地植被的生產(chǎn)力水平有著重要影響，這3種類型拼塊的總面積為54.61 hm2，占所有拼塊總面積的54.35%，其自然生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性的維護(hù)是決定本區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主導(dǎo)性因素。同時(shí)人為活動影響產(chǎn)生的拼塊占有較大的比重，表明本評價(jià)區(qū)域范圍內(nèi)人為活動頻繁。評價(jià)區(qū)域內(nèi)以上各景觀拼塊相應(yīng)特征見表7。

表7　評價(jià)區(qū)域內(nèi)拼塊類型及其特征一覽表

在景觀頻率的評判中，采取在微機(jī)上的土地利用圖上取樣的方法，即在典型地段上各隨機(jī)取4 個(gè)0.5 km×0.5 km樣地；在4個(gè)典型樣地共選取24個(gè)小樣方，每個(gè)小樣方面積為1 hm2。統(tǒng)計(jì)各類拼塊出現(xiàn)的小樣方數(shù)，得出各個(gè)拼塊的頻度，計(jì)算出主要拼塊的優(yōu)勢度，結(jié)果見表8。

表8　評價(jià)區(qū)域各類景觀拼塊優(yōu)勢度值一覽表

從表8可知，在本評價(jià)區(qū)域，各類拼塊的優(yōu)勢度值差異較大，連通程度較低，拼塊多數(shù)都較為破碎，但它們之間都存在一定差異。其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)人工生態(tài)系統(tǒng)拼塊的優(yōu)勢度Do值最高，達(dá)58.77%，景觀比例值Lp為45.65%，出現(xiàn)的頻率為95.83%；其次是旱地拼塊，優(yōu)勢度Do值33.21%，其頻率Rf為62.5%，景觀比例Lp為26.95%o

該評價(jià)區(qū)域的草叢拼塊的優(yōu)勢度Do值為33.18%，景觀比例值Lp為21.38%，出現(xiàn)頻率為66.67%。優(yōu)勢度在出現(xiàn)的拼塊類型中居第3位，表明草叢植被在區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的維系上仍然發(fā)揮著一定作用，因此，要著力保護(hù)有限的草叢植被，極力擴(kuò)大草叢面積對生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和建設(shè)尤為重要。

3.3生物生產(chǎn)力計(jì)算結(jié)果

3.3.1土地自然生產(chǎn)力

本區(qū)域多年平均降水量556.4 mm，多年平均氣溫12.9℃，經(jīng)計(jì)算得區(qū)內(nèi)熱量生產(chǎn)力為1 664.41 g/（m2·a），水分生產(chǎn)力為926.66 g/（m2·a），區(qū)內(nèi)熱量生產(chǎn)力大于水分生產(chǎn)力。評價(jià)區(qū)域范圍內(nèi)熱量條件與水分條件相差較大，相對而言，土地自然生產(chǎn)力受水分條件限制稍大些，因此，從這個(gè)角度來看，本區(qū)土地自然生產(chǎn)力以其平均的水分生產(chǎn)力926.66 g/（m2·a）來表示。

3.3.2拼塊實(shí)際生產(chǎn)力

拼塊實(shí)際生產(chǎn)力是指拼塊在現(xiàn)實(shí)生態(tài)環(huán)境中，由于受到水分、熱量以外的其他環(huán)境因素以及人為活動的影響而具有的實(shí)際生產(chǎn)能力。根據(jù)評價(jià)區(qū)域各類土地的現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)，以森林、灌叢、灌草叢等的生物量、耕地的近年平均糧食產(chǎn)量等參數(shù)來推算其實(shí)際生產(chǎn)力。由于在實(shí)際取樣中難以從土地所生產(chǎn)出來的全部物質(zhì)加以采集，故僅以其有效部分的生物量為依據(jù)，稱之為凈生產(chǎn)力。通過野外調(diào)查獲得灌叢、灌草叢拼塊的實(shí)測凈生物量 （包括地下部分），從而得到評價(jià)范圍內(nèi)各拼塊的實(shí)際凈生產(chǎn)力，如表9。

由表9可知，評價(jià)區(qū)域內(nèi)各拼塊的生產(chǎn)力具有以下特征：

（1）所有拼塊中，以栽培植被（旱地）的平均凈生產(chǎn)力最高，這表明該拼塊自然生產(chǎn)力高，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民有效的生產(chǎn)管理中得到了最佳的發(fā)揮，且其面積較大，致使其總凈生產(chǎn)力也最大，為304.65 t/a，占總凈生產(chǎn)力的55.22%。

（2）自然拼塊中，沼澤植被的平均凈生產(chǎn)力最高，其總凈生產(chǎn)力達(dá)247.02 t/a，占所有拼塊生產(chǎn)力總量的44.78%。

（3）區(qū)內(nèi)各拼塊的平均凈生產(chǎn)力較低，為11.36 t/（hm2·a），說明本區(qū)受自然條件及人類行為活動干擾影響較大。

表9　評價(jià)區(qū)域內(nèi)各類拼塊實(shí)際凈生產(chǎn)力一覽表

4　結(jié)語

運(yùn)用現(xiàn)場樣方調(diào)查、衛(wèi)星圖及土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行識別，通過使用生物多樣性指數(shù)、景觀分析法和生物生產(chǎn)力計(jì)算對天津古海岸與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)沙井子實(shí)驗(yàn)區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)狀評價(jià)，表明了該區(qū)域受人類活動影響較大，生物多樣性較為一般，草叢植被在區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的維系上仍然發(fā)揮著一定作用，因此，相關(guān)部門需要控制人工占地范圍，著力保護(hù)現(xiàn)有的自然植被，維持并擴(kuò)大草叢面積對保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)尤為重要。

［1］楊潤高，李紅梅.城市濕地保護(hù)區(qū)重建模式 ［J］.城市問題，2005（1）：25-28.

［2］崔保山，楊志峰，李英華，等.城市拓展中濕地的綜合保護(hù)與發(fā)展 ［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2004，19（4）：462-471.

［3］劉春燕.武漢城市生態(tài)系統(tǒng)和濕地存在問題及其對策 ［J］.高等函授學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2005，19（5）：6-10.

［4］潮洛蒙，李小凌，俞孔堅(jiān).城市濕地的生態(tài)功能 ［J］.城市科學(xué)，2003，1（3）：9-12.

［5］李祚泳.環(huán)境質(zhì)量評價(jià)原理與方法 ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［6］陸書玉.環(huán)境影響評價(jià) ［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［7］趙啟剛，朱景湖，孫孚廣.哈爾濱市志 （自然地理）［M］.哈爾濱：黑龍江人民出版社，1993.

姜云鵬男工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

喬玉女工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

張揚(yáng)女工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

李云霞女工程師中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津300222

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1007-6980（2016）03-0028-04

2016-03-16）