孟偉慶, 莫訓(xùn)強(qiáng), 李洪遠(yuǎn), 賀夢(mèng)璇

(1.天津師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 天津 300387; 2.南開(kāi)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津 300071)

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天津地區(qū)濕地退化特征與驅(qū)動(dòng)因素的多變量相關(guān)分析

孟偉慶1, 莫訓(xùn)強(qiáng)1, 李洪遠(yuǎn)2, 賀夢(mèng)璇2

(1.天津師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 天津 300387; 2.南開(kāi)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津 300071)

[目的] 以天津市為例，分析缺水型特大城市濕地退化的各種因素與濕地退化指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，篩選出導(dǎo)致濕地退化的關(guān)鍵因素，為制定濕地保護(hù)和恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。 [方法] 采用單因子相關(guān)分析、多元線性逐步回歸模型和典型相關(guān)分析方法。 [結(jié)果] 人口的增加和城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展是導(dǎo)致濕地減少的主要驅(qū)動(dòng)因素；水資源量的減少導(dǎo)致濕地補(bǔ)水不足是直接的自然因素。農(nóng)業(yè)人口比例和人均水資源量是近海及海岸濕地面積的主要影響因素。污水排放量和降雨量是濕地水質(zhì)的主要影響因素。人口密度是濕地生物多樣性的主要影響因素。 [結(jié)論] 水資源短缺、圍墾和建設(shè)占用是造成天津地區(qū)濕地退化的主要原因，水產(chǎn)養(yǎng)殖、水稻種植和人工硬質(zhì)護(hù)岸改造是自然濕地向人工濕地轉(zhuǎn)變的主要原因，污水排放和農(nóng)業(yè)化肥的使用是造成濕地功能退化的主要原因。

城市濕地; 濕地退化; 驅(qū)動(dòng)因素; 天津市

文獻(xiàn)參數(shù)： 孟偉慶, 莫訓(xùn)強(qiáng), 李洪遠(yuǎn), 等.天津地區(qū)濕地退化特征與驅(qū)動(dòng)因素的多變量相關(guān)分析[J].水土保持通報(bào)，2016,36(4)：326-332.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.056

從生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)看，濕地是水域和陸地相交錯(cuò)而成的一類(lèi)獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，兼有水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)兩種特征[1]，與人類(lèi)的生存、繁衍、發(fā)展息息相關(guān)，在城市區(qū)域，濕地具有突出的生態(tài)功能和社會(huì)效益，在生物多樣性保護(hù)、涵養(yǎng)水源、調(diào)蓄洪水、調(diào)節(jié)氣候以及為人類(lèi)的生產(chǎn)和生活提供資源等方面發(fā)揮了重要作用[2]，城市濕地已經(jīng)成為重要的城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。從世界各國(guó)對(duì)濕地資源利用和保護(hù)的歷程看，發(fā)達(dá)國(guó)家由于已經(jīng)完成了城市化和工業(yè)化進(jìn)程，這些國(guó)家的濕地資源普遍得到了良好的保護(hù)，而發(fā)展中國(guó)家由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的壓力以及濕地生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，濕地資源往往面臨巨大的破壞干擾和保護(hù)壓力。中國(guó)城市化進(jìn)程正在加速推進(jìn)，如果中國(guó)實(shí)現(xiàn)60%的人口城市化，意味著將有3億人口由農(nóng)村進(jìn)入城市，對(duì)于本身就比較脆弱的濕地資源，將會(huì)面臨巨大的壓力。從具體的影響因素來(lái)看，伴隨著城市化過(guò)程，濕地退化的受影響機(jī)制是一個(gè)綜合過(guò)程，包括了自然因素和人為因素的共同影響，而這些眾多的影響因素，有直接影響，也有間接影響，有可逆影響，也有不可逆影響。通過(guò)篩選影響濕地退化的影響因素，加深對(duì)濕地退化驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究，分析各因子的直接和間接影響過(guò)程，采取最緊迫的濕地資源保護(hù)和恢復(fù)策略，對(duì)于保護(hù)和恢復(fù)具有高生態(tài)價(jià)值的濕地具有關(guān)鍵的指示作用。本研究以天津市為例，分析缺水型特大城市濕地的退化特征，并采用相關(guān)分析的方法，分析導(dǎo)致濕地退化的各種因素與濕地退化指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，篩選天津市濕地退化的關(guān)鍵因素，為該地區(qū)的濕地保護(hù)和恢復(fù)采取簡(jiǎn)單有效的措施提供依據(jù)。

1　缺水型特大城市天津的濕地退化特征

如何在城市化的快速發(fā)展中實(shí)現(xiàn)濕地資源的保護(hù)與可持續(xù)利用，已經(jīng)成為政府管理部門(mén)亟待解決的問(wèn)題。自從中國(guó)于1992年加入《濕地公約》以來(lái)，政府對(duì)濕地資源的保護(hù)工作逐漸得到重視，分別于1995—2003年和2009—2013年開(kāi)展了兩次全國(guó)性的濕地摸底調(diào)查。制度層面，截止到2014年底，中國(guó)共有陜西省、遼寧省等18個(gè)省市出臺(tái)了地方性的濕地保護(hù)條例，建立了429處國(guó)家濕地公園試點(diǎn)。國(guó)家層面相繼出臺(tái)了《全國(guó)濕地保護(hù)規(guī)劃(2002—2030年)》和《全國(guó)濕地保護(hù)工程規(guī)劃(2004—2030年)》，對(duì)濕地保護(hù)進(jìn)行了制度性的規(guī)劃設(shè)計(jì)，濕地資源的保護(hù)和恢復(fù)得到空前重視。在取得進(jìn)步的同時(shí)，也必須清醒的認(rèn)識(shí)到，我國(guó)在濕地資源保護(hù)特別是城市濕地保護(hù)方面，形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻。天津地處海河流域下游，是子牙新河、獨(dú)流減河、永定新河、潮白新河、薊運(yùn)河等眾多河流的入海地。天津市河流縱橫，形成了水系相通的平原河網(wǎng)。同時(shí)還分布著大小不同，深度不一的洼淀、水庫(kù)60余座，因此天津被稱(chēng)為建在濕地上的城市，同時(shí)天津市也是中國(guó)水資源匱乏最嚴(yán)重的城市，全市多年平均人均水資源量約170 m3，大約為世界平均水平的6%～7%，而且遠(yuǎn)低于國(guó)際公認(rèn)的人均1 000 m3的水資源缺乏下限[3]。截至2014年末，天津市常住人口達(dá)到1 516.81萬(wàn)人[4]，隨著天津市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、快速的城鎮(zhèn)化以及居民生活方式的改變，天津市面臨著巨大的水資源短缺和水環(huán)境污染壓力。長(zhǎng)期以來(lái)，天津市的直接水消費(fèi)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)本地區(qū)水資源擁有量。除了長(zhǎng)期引灤入津外，還經(jīng)常性的引黃濟(jì)津，目前正在進(jìn)行的南水北調(diào)中線工程也將引水入津，以滿足日益增長(zhǎng)的用水缺口。水質(zhì)方面，根據(jù)天津市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，天津境內(nèi)所有的地表水體都被嚴(yán)重污染。水資源是決定濕地生態(tài)系統(tǒng)完整性的首要因子，同時(shí)加上天津?qū)儆谔卮蟪鞘?，?duì)濕地的利用強(qiáng)度和干擾強(qiáng)度都很大，造成天津市的濕地自然保護(hù)面臨比中國(guó)其他地區(qū)更加復(fù)雜的壓力。

由于長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)濕地生態(tài)價(jià)值認(rèn)識(shí)不足，加上保護(hù)管理能力薄弱，天津市的濕地存在面積逐漸減少、生態(tài)質(zhì)量逐漸降低、生態(tài)功能逐漸退化的趨勢(shì)。存在的主要問(wèn)題有： (1) 氣溫上升，降水量減少以及上游來(lái)水減少造成濕地的水量嚴(yán)重不足。近百年來(lái)，天津地區(qū)的降水量處于不斷減少的趨勢(shì)。特別是上個(gè)世紀(jì)后50 a，降水量減少的態(tài)勢(shì)更為明顯，50 a來(lái)年降水量減少了200 mm多。同時(shí)隨著全球氣候的變暖，年平均氣溫的不斷升高，天津的年平均氣溫也處在緩慢上升階段，1949—2013年，天津年平均氣溫升高了1 ℃多。降水量減少，氣溫升高無(wú)疑使地表蒸發(fā)量增大，自然界水量的減少對(duì)濕地存在構(gòu)成嚴(yán)重威脅。天津地處海河流域，從近50 a的統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，降水量、地表水資源量和入海水量的減少趨勢(shì)十分顯著，與20世紀(jì)50年代中期相比，目前天津地區(qū)的區(qū)域外來(lái)水量已由約1.50×1010m3減少到不足1.00×109m3。由于上游來(lái)水的減少，導(dǎo)致河流、湖泊等濕地水量嚴(yán)重缺乏。 (2) 圍填海導(dǎo)致大量近岸灘涂濕地消失。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展和人口的持續(xù)增長(zhǎng)，土地資源越來(lái)越緊缺，圍墾大型水面或沿海灘涂成為增加陸地面積的重要手段。天津市的較大規(guī)模圍海造地始于20世紀(jì)80年代，隨著天津?yàn)I海新區(qū)2006年納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略以及總體規(guī)劃的實(shí)施，天津市開(kāi)始了大規(guī)模高強(qiáng)度的填海造地工程，景觀自然性急劇下降、自然岸線所剩無(wú)幾，造成人工斑塊數(shù)量增加、景觀破碎化程度加重。對(duì)于整個(gè)天津市而言，圍海造地所造成的生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響已經(jīng)顯現(xiàn)并造成不可逆轉(zhuǎn)的局面。根據(jù)遙感影像的解譯結(jié)果，天津市的海岸線長(zhǎng)度從1979年的153 km增加到2010年的263 km，填海面積到1993年累計(jì)為27.28 km2，但從2004年開(kāi)始，填海速度大大加快，僅在2004—2008年4 a間，就累計(jì)填海達(dá)到81.32 km2，規(guī)劃到2020年將累計(jì)填海達(dá)到425.94 km2。 (3) 城市建設(shè)拓展和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致大量濕地被占用。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)田開(kāi)墾等活動(dòng)，直接占用濕地面積，城市減少導(dǎo)致濕地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地；農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致濕地被占用，人工濕地轉(zhuǎn)換為旱田數(shù)量較大。農(nóng)業(yè)、牧業(yè)發(fā)展帶來(lái)的村落擴(kuò)張，同樣也占用了一定的濕地，使得濕地植被受到破壞。近年來(lái)，許多蘆葦濕地被以各種方式承包葦塘進(jìn)行魚(yú)、蝦和蟹的養(yǎng)殖。魚(yú)、蝦、蟹養(yǎng)殖需要大片水面，因此而帶來(lái)蘆葦濕地的開(kāi)墾和破壞。一些重要濕地如七里海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)被當(dāng)?shù)卣糜陂_(kāi)發(fā)旅游業(yè)，開(kāi)展了大量的旅游設(shè)施建設(shè)，直接非法占用核心區(qū)和緩沖區(qū)，甚至還自我命名為國(guó)家濕地公園，給濕地生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了極大的干擾和破壞，同時(shí)也反映了當(dāng)?shù)卣疂竦乇Ｗo(hù)意識(shí)的薄弱和自然保護(hù)區(qū)力量的不足。 (4) 濕地水環(huán)境污染日益加重。水資源是制約濕地健康的主要因素，根據(jù)調(diào)查，天津濕地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境質(zhì)量不容樂(lè)觀，全市地表水水質(zhì)絕大部分為Ⅴ類(lèi)水或劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)，只有北部局部地區(qū)能達(dá)到Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。濕地水環(huán)境污染主要來(lái)自于工業(yè)廢水廢渣、農(nóng)業(yè)面源污染、城鎮(zhèn)污水和垃圾、農(nóng)村生活污水和垃圾、圍網(wǎng)養(yǎng)殖等。2014年天津市污水排放總量為5.95×108t，大量的污水進(jìn)入濕地，直接導(dǎo)致了濕地水環(huán)境的惡化，很高比例的濕地已經(jīng)喪失了自凈能力，造成濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被破壞，濕地土壤污染，植被退化。 (5) 生物多樣性減少，生物入侵威脅濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。根據(jù)調(diào)查，分布面積嚴(yán)重縮減、數(shù)量劇烈減少的植物有地筍、地黃、盒子草等。一些中生、旱生、鹽生生境被侵占和急劇縮減，依賴此類(lèi)生境生存的小果白刺、補(bǔ)血草屬植物、黃耆屬植物、鴉蔥屬植物、角蒿等，其分布已極度壓縮甚或消失。人為脅迫比如大規(guī)模的土壤干擾活動(dòng)(開(kāi)墾耕地、修建道路和建筑物等)、大規(guī)模的外來(lái)物種引進(jìn)栽植、大規(guī)模的施用除草劑等活動(dòng)，可能抑制部分植物的發(fā)展，同時(shí)為部分植物的入侵和取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造條件，從而產(chǎn)生繁殖快、分布廣、數(shù)量大、生物量極高的“超級(jí)”植物。調(diào)查發(fā)現(xiàn)天津濕地中出現(xiàn)20余種“超級(jí)”植物，包括?？频娜劜?，蓼科的萹蓄，藜科的堿蓬、地膚，莧科的長(zhǎng)芒莧，蘿藦科的鵝絨藤，茄科的曼陀羅，旋花科的牽牛屬植物，葫蘆科的馬泡瓜，菊科的大刺兒菜、蒼耳、黃花蒿、豬毛蒿、茵陳蒿、翅果菊，禾本科的狗尾草、虎尾草、羊草、馬唐屬植物以及莎草科的扁稈藨草等。生物多樣性的降低和外來(lái)物種的入侵造成生態(tài)系統(tǒng)的健康度下降，功能退化。 (6) 自然濕地人工化，造成濕地生態(tài)功能退化。一方面是自然濕地轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖池塘等人工濕地，導(dǎo)致自然濕地的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被改變，造成濕地退化。另一方面是位于城市建成區(qū)的許多河流、湖泊濕地大多都進(jìn)行了人工護(hù)岸的建設(shè)，同時(shí)由于上游來(lái)水減少，濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被徹底破壞，大量的河流和湖泊濕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪哂袧竦赝暾缘娜斯に浪?/p>

2　天津市濕地退化的驅(qū)動(dòng)因素分析

對(duì)退化濕地進(jìn)行科學(xué)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)，首先需要弄清濕地退化的機(jī)制和驅(qū)動(dòng)因素。從已有的研究和調(diào)查來(lái)看，濕地生態(tài)系統(tǒng)退化的主要驅(qū)動(dòng)因素可以分為自然因素和人為因素。根據(jù)國(guó)家林業(yè)局發(fā)布的結(jié)論，中國(guó)濕地主要受到污染、圍墾、基建占用、過(guò)度放牧、過(guò)度捕撈和采集、外來(lái)物種入侵等6類(lèi)威脅因子的影響。一些學(xué)者也已經(jīng)針對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行了濕地退化機(jī)制和驅(qū)動(dòng)因素的研究，從目前的研究看，由于濕地退化受到多種因素的共同影響，相關(guān)研究還主要進(jìn)行一些定性描述和統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行解釋。例如陳錦等[5]基于濕地面積的變化，對(duì)自然因素和人為因素進(jìn)行了定性和半定量描述。更多的學(xué)者[6-10]利用景觀生態(tài)學(xué)方法從宏觀層面，對(duì)濕地退化進(jìn)行了研究，為濕地生態(tài)退化研究提供了整體數(shù)據(jù)的表征，有助于對(duì)區(qū)域濕地退化情況的總體把握，但景觀生態(tài)學(xué)方法不能反映濕地生態(tài)過(guò)程和功能的變化，對(duì)一些區(qū)域的研究結(jié)果顯示，一些地方的濕地面積變化不大，但濕地內(nèi)部，大量的自然濕地被轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖池塘、水稻田等人工濕地類(lèi)型[11]，這實(shí)際上導(dǎo)致了濕地功能的嚴(yán)重退化。本研究是從分析到的可能原因中，篩選出主導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)因素，為保護(hù)和恢復(fù)濕地采取最有效的措施提供指導(dǎo)。因此，本文在濕地景觀面積和功能指標(biāo)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣候以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素分析，利用多變量相關(guān)分析對(duì)濕地退化的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行相關(guān)討論，為濕地恢復(fù)和保護(hù)提供支持。

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

天津市各類(lèi)型濕地面積數(shù)據(jù)源為L(zhǎng)andsat TM和ETM影像(分辨率為30 m)，對(duì)遙感數(shù)據(jù)要以濕地資源為主體進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，并進(jìn)行幾何精校正后，使用面向?qū)ο蟮姆诸?lèi)方法進(jìn)行目視解譯。社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境方面的指標(biāo)來(lái)源于1996—2014年天津市統(tǒng)計(jì)年鑒[12]。

2.2研究方法

采用單因子相關(guān)分析、多元線性逐步回歸模型和典型相關(guān)分析的方法分析驅(qū)動(dòng)因素與濕地指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。其中典型相關(guān)分析(canonical correlation analysis)是利用綜合變量對(duì)之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)反映兩組指標(biāo)之間的整體相關(guān)性的多元統(tǒng)計(jì)分析方法[13]。該方法在土地利用結(jié)構(gòu)變化以及景觀類(lèi)型變化中得到了廣泛的應(yīng)用[14-16]。本文將這一方法應(yīng)用于濕地退化驅(qū)動(dòng)因素的分析，為濕地退化的原因提供定量解釋。典型相關(guān)分析又稱(chēng)為規(guī)則相關(guān)分析，是利用綜合變量對(duì)之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)反映兩組指標(biāo)之間的整體相關(guān)性的多元統(tǒng)計(jì)分析方法，其基本原理是：為了從總體上把握兩組指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，分別在兩組變量中提取有代表性的兩個(gè)綜合變量U1和V1(分別為兩個(gè)變量組中各變量的線性組合)，利用這2個(gè)綜合變量之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)反映兩組指標(biāo)之間的整體相關(guān)性。利用典型相關(guān)分析方法進(jìn)行分析，指標(biāo)的選取是重要的環(huán)節(jié)。在參考相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)邏輯分析，首先構(gòu)建濕地退化驅(qū)動(dòng)機(jī)制框架(圖1)，然后選取天津濕地退化指標(biāo)為因變量組(Y組)，濕地退化驅(qū)動(dòng)因素為自變量組(X組)。由于有些指標(biāo)沒(méi)有連續(xù)性的定量統(tǒng)計(jì)，因此只能舍棄，最終選擇12個(gè)自變量指標(biāo)和7個(gè)因變量指標(biāo)(表1)。然后采用SPSS 19.0進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)和典型相關(guān)分析。

圖1　濕地生態(tài)系統(tǒng)退化驅(qū)動(dòng)機(jī)制

變量組具體指標(biāo)Y近海及海岸濕地面積(Y1),河流濕地面積(Y2),湖泊濕地面積(Y3),沼澤濕地面積(Y4),人工濕地面積(Y5),重點(diǎn)濕地水質(zhì)指數(shù)(Y6),重點(diǎn)濕地生物多樣性(Y7)X人口密度(X1),年均氣溫(X2),年降雨量(X3)、人均水資源量(X4),人均GDP(X5),農(nóng)業(yè)人口比例(X6)、建設(shè)用地面積(X7),水產(chǎn)養(yǎng)殖面積(X8),化肥施用量(X9),原油生產(chǎn)量(X10),污水排放量(X11),農(nóng)業(yè)用水量(X12)

2.3結(jié)果分析

2.3.1濕地面積變遷從各類(lèi)型濕地的面積變化看，整體上天津濕地在減少，中間略有波動(dòng)，其中河流濕地面積增加。

經(jīng)過(guò)調(diào)查，其原因是這些河流的河道大多本來(lái)是存在的，后來(lái)由于灌溉以及在入?？谛藿ㄈ斯らl口以防止海水倒灌，河道中的需水量增加而導(dǎo)致河流濕地面積增加。其中人工濕地占大約1/2的比例(表2)，天津市區(qū)域內(nèi)，從調(diào)查結(jié)果看，真正意義上的自然濕地所剩無(wú)幾。

表2　天津市1995-2013年濕地面積統(tǒng)計(jì)　km2

注:變化率=(A2013-A1995)/A1995×100%，其中，A2013，A1995分別為2013年和1995年的濕地面積(km2)。

2.3.2單因子相關(guān)分析結(jié)果從表3的單因子相關(guān)分析結(jié)果可以看出，人口密度除了與人工濕地面積不相關(guān)外，與近海及海岸濕地面積、湖泊濕地面積、沼澤濕地面積以及水質(zhì)和生物多樣性呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明人口密度的增加對(duì)濕地的負(fù)面影響非常明顯。年降雨量與人工濕地面積呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明降雨量的增加會(huì)增加人工濕地的蓄水面積。人均GDP的相關(guān)性與人口密度一致。農(nóng)業(yè)人口比例與河流濕地面積呈顯著負(fù)相關(guān)。卻與近海及海岸濕地面積、沼澤濕地面積和濕地生物多樣性呈顯著正相關(guān)，這一結(jié)論與實(shí)際不符合，因此該指標(biāo)的選擇是不合適的。建設(shè)用地面積的增加會(huì)減少濕地面積，這一假設(shè)也在表3中得到很好的表征，但建設(shè)用地面積與河流濕地面積呈顯著正相關(guān)，與實(shí)際情況有待進(jìn)一步解釋。污水排放量與重點(diǎn)濕地水質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明污水的排放是濕地水質(zhì)惡化的主要原因。

表3　濕地退化與驅(qū)動(dòng)因素的Pearson相關(guān)系數(shù)

注:*在0.05水平上顯著相關(guān)； **在0.01水平上顯著相關(guān)； 其他無(wú)顯著相關(guān)性。

2.3.3多元線性回歸分析結(jié)果由于濕地的變化指標(biāo)是由多個(gè)驅(qū)動(dòng)因子共同作用的，因此在單因子相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多變量相關(guān)分析，在眾多的驅(qū)動(dòng)因素中尋找出影響濕地變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。濕地指標(biāo)與驅(qū)動(dòng)因素的多元線性逐步回歸模型都達(dá)到顯著性水平(p<0.05)，回歸模型中的因素對(duì)濕地的影響均較大(R2>0.8)。不同的濕地類(lèi)型和濕地指標(biāo)受到不同自然和人類(lèi)干擾因素的影響，其中近海及海岸濕地受農(nóng)業(yè)人口比例和人均水資源量的影響明顯，河流濕地面積與人均GDP和建設(shè)用地面積影響。從實(shí)際的調(diào)研看，天津地區(qū)由于自然岸線超過(guò)90%被人工化，同時(shí)上游來(lái)水減少導(dǎo)致海平面高于河流水面，為防止海水倒灌，所有入海河流均建設(shè)了人工閘，因此回歸方程中的影響因素是否是真正影響近岸濕地面積的因素，還存在疑問(wèn)。天津市區(qū)內(nèi)河流的河岸基本采用了硬質(zhì)鋪裝，沒(méi)有采取人工鋪裝的會(huì)受到水資源量的影響。湖泊濕地面積和沼澤濕地面積分別只受到人口密度和人均GDP的負(fù)面影響，反映了人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)這兩類(lèi)濕地的影響。人工濕地面積與年降雨量呈正相關(guān)，原因可能是由于統(tǒng)計(jì)中的人工濕地主要包括了水庫(kù)、水稻田和鹽田等類(lèi)型，降雨量的增加會(huì)擴(kuò)大水面面積。重點(diǎn)濕地水質(zhì)指數(shù)與污水排放量呈負(fù)相關(guān)，與降雨量呈正相關(guān)，進(jìn)入回歸模型的這兩個(gè)因子很好地驗(yàn)證了指標(biāo)的選擇預(yù)期。重點(diǎn)濕地生物多樣性與人口密度負(fù)相關(guān)，表明人口的增加會(huì)對(duì)濕地生物造成干擾。

2.3.4典型相關(guān)分析結(jié)果依據(jù)選取的指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行典型相關(guān)分析，可以得到兩組變量的典型相關(guān)系數(shù)和顯著性水平(表4)。根據(jù)典型相關(guān)分析的原理，計(jì)算得到的典型變量對(duì)的數(shù)目等于兩組變量中數(shù)目少的一組數(shù)目，本研究中自變量組為12個(gè)指標(biāo)，因變量組為7個(gè)指標(biāo)，即典型相關(guān)分析可以得到7對(duì)典型變量。由表4中可以看到，前4對(duì)典型變量的關(guān)系顯著，相關(guān)性顯著并均通過(guò)了卡方統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，能夠用自變量的指標(biāo)來(lái)解釋濕地指標(biāo)的變化，且相關(guān)系數(shù)均超過(guò)了0.9，根據(jù)累計(jì)比例，也就是說(shuō)前4組有93.23%的信息可以由相應(yīng)的自變量指標(biāo)進(jìn)行解釋。

表4　典型變量的典型相關(guān)系數(shù)與顯著性水平

根據(jù)表2和表4的分析結(jié)果，可以定量分析出天津市濕地退化驅(qū)動(dòng)因子及其對(duì)濕地退化影響的大小。在分離出的7對(duì)典型變量中，前4對(duì)典型變量對(duì)濕地退化的貢獻(xiàn)最大，其中第1對(duì)分離出的人均水資源量占比達(dá)到了52.72%，說(shuō)明水資源短缺是造成本區(qū)域濕地退化的主要原因；第2對(duì)分離出的建設(shè)用地面積的貢獻(xiàn)為24.16,%，表明人類(lèi)活動(dòng)的占用直接導(dǎo)致了濕地的大量減少，也是濕地退化的主要驅(qū)動(dòng)因子；第3對(duì)分離出的水產(chǎn)養(yǎng)殖面積因素貢獻(xiàn)為10.12%，表明水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)濕地的退化也產(chǎn)生了明顯的影響?？傮w上，水資源量、建設(shè)占用、水產(chǎn)養(yǎng)殖、人均GDP和污水排放量等共同成為驅(qū)動(dòng)濕地退化的自然和人為因子。但需要注意的是，通過(guò)本方法，只是從統(tǒng)計(jì)學(xué)上進(jìn)行了分析，并不代表其他因子對(duì)濕地退化的影響小，因?yàn)檫@些自然和人為因素是相互影響，共同作用，同時(shí)某些因子之間也有本身的因果關(guān)系，因此如果要進(jìn)行濕地的恢復(fù)與保護(hù)，還需要綜合協(xié)調(diào)，不能采取單一的措施。

3　討 論

(1) 針對(duì)天津地區(qū)的濕地環(huán)境變化和退化狀況，已經(jīng)有多位學(xué)者[17-19]采用定性和遙感等手段進(jìn)行了特征性描述和分析。從已有的研究結(jié)果看，大家基本都認(rèn)為引起天津地區(qū)濕地退化是由于自然因素和人為因素造成的，其中人為因素其主要作用。也有學(xué)者通過(guò)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)興修水利工程、淤積造田等是主要因素[20]。隨著生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，天津市在濕地保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)方面開(kāi)展了相應(yīng)的工作，天津市近年來(lái)開(kāi)展的獨(dú)流減河河岸改造工程、潮白新河清淤工程等濕地恢復(fù)項(xiàng)目，資金耗費(fèi)巨大，通過(guò)作者的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于前期研究不足，導(dǎo)致大量資金投入，但效果不好。但由于濕地退化的原因多種，而且相互之間的關(guān)系復(fù)雜，直接原因和間接原因交織，因此，通過(guò)研究，找到驅(qū)動(dòng)因素與濕地退化特征因子之間的簡(jiǎn)單相關(guān)，對(duì)于采取恰當(dāng)有效的濕地保護(hù)和恢復(fù)方式具有重要意義。

(2) 在針對(duì)濕地退化因素驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究方面，單因子分析方法只能對(duì)影響某一類(lèi)型濕地的某一個(gè)單一因子進(jìn)行分析，展示其一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，多元線性回歸，能夠分析影響某一類(lèi)型濕地退化的多種因素的相關(guān)性，但由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的問(wèn)題，不能歸納出不同類(lèi)型濕地，不同濕地特征指標(biāo)之間與多種驅(qū)動(dòng)因素之間的整體相關(guān)性。因此通過(guò)典型相關(guān)分析，可以彌補(bǔ)單因子分析方法和多元線性回歸的不足，通過(guò)降維的主成分思想，篩選出影響濕地退化的主要驅(qū)動(dòng)因子。

(3) 在驅(qū)動(dòng)因子的分析和篩選中，肖慶聰?shù)热薣21]也已經(jīng)采用了典型相關(guān)分析進(jìn)行了研究，他們的研究結(jié)論認(rèn)為人均GDP、水產(chǎn)養(yǎng)殖和非農(nóng)業(yè)人口比例依次是天津?yàn)I海新區(qū)濕地退化的最主要驅(qū)動(dòng)因素。人均GDP是衡量當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展情況指標(biāo)，河流濕地面積是衡量濕地基本性質(zhì)的指標(biāo)，二者不可能存在直接相互影響的關(guān)系。通過(guò)構(gòu)建了濕地的驅(qū)動(dòng)機(jī)制框架(圖1)，找出影響濕地退化的直接因子，在本文的分析過(guò)程中，由于相關(guān)數(shù)據(jù)的缺乏，利用相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為第一數(shù)據(jù)源，然后與濕地驅(qū)動(dòng)機(jī)制中的因素進(jìn)行分析，盡可能的篩選出濕地退化相關(guān)的因子。通過(guò)本文的分析，可以得到濕地退化的主要原因是水資源短缺、圍墾和建設(shè)占用。濕地退化的主要特征是濕地面積的減少和自然濕地向人工濕地的轉(zhuǎn)變，通過(guò)分析，自然濕地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯竦氐闹饕蚴撬a(chǎn)養(yǎng)殖、水稻種植和人工硬質(zhì)護(hù)岸改造。從分析的結(jié)果看，這些因子與實(shí)際的調(diào)查相符，說(shuō)明本文采用的方法具有較好的適用性。

4　結(jié) 論

中國(guó)經(jīng)過(guò)兩次全國(guó)性的濕地調(diào)查，對(duì)整體的濕地狀況進(jìn)行了較為詳細(xì)的掌握，但濕地作為一種脆弱性、易受多種因素干擾的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，目前對(duì)濕地評(píng)價(jià)的方法中存在宏觀定量和微觀定性的偏差，即大尺度的遙感分析方法能夠比較準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)濕地面積的變化，但無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的健康狀態(tài)。而微觀的群落調(diào)查等方法耗時(shí)耗力，在分析退化和干擾原因時(shí)也缺乏大尺度觀察。面對(duì)濕地資源面臨的多重干擾因素，如何將宏觀和微觀結(jié)合，在評(píng)價(jià)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的同時(shí)，找到主要的干擾因子很重要。本研究對(duì)此內(nèi)容進(jìn)行了嘗試性的分析，得到的結(jié)果與預(yù)期的定性評(píng)價(jià)有較好的一致性。

(1) 天津的城市濕地退化嚴(yán)重。自然濕地大量減少，人工濕地增加。即使現(xiàn)存的自然濕地中，很高比例的河流濕地也被高度人工化，濕地生態(tài)功能大大減弱。圍墾使大量天然濕地面積消失或轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯竦亍?/p>

(2) 通過(guò)單因子相關(guān)分析和多元線性回歸方法，人口的增加和城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展是濕地退化的主要人工干擾因素；水資源量的減少導(dǎo)致濕地補(bǔ)水不足是直接的自然因素。農(nóng)業(yè)人口比例和人均水資源量是近海及海岸濕地面積的主要影響因素，人均GDP和建設(shè)用地面積是河流濕地面積的影響因素，人口密度是湖泊濕地面積的主要影響因素，人均GDP是沼澤濕地的主要影響因素，年降雨量是人工濕地的主要影響因素，污水排放量和降雨量是濕地水質(zhì)的主要影響因素，人口密度是濕地生物多樣性的主要影響因素。

(3) 典型相關(guān)分析的結(jié)果表明，前4典型變量中，能夠很好地解釋濕地退化的原因，該結(jié)果與回歸分析的結(jié)果相一致。根據(jù)濕地的調(diào)查結(jié)果和影響因素的定量分析，自然因素和人工因素共同影響著濕地的健康狀態(tài)。根據(jù)對(duì)天津濕地的分析，水資源短缺、圍墾和建設(shè)占用是造成濕地退化的主要原因，水產(chǎn)養(yǎng)殖、水稻種植和人工硬質(zhì)護(hù)岸改造是自然濕地向人工濕地轉(zhuǎn)變的主要原因，污水排放和農(nóng)業(yè)化肥的使用是造成濕地功能退化的主要原因。

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An Analysis on Multivariate Correlations Between Wetland Degradation Characteristics and Its Driving Factors in Tianjin City

MENG Weiqing1, MO Xunqiang1, LI Hongyuan2, HE Mengxuan2

(1.CollegeofUrbanandEnvironmentScience,TianjinNormalUniversity,Tianjin300387,China;2.CollegeofEnvironmentScienceandEngineering,NankaiUniversity,Tianjin300071,China)

[Objective] Degradation characteristics of urban wetland of Tianjin City and its driving factors were recognized and their correlation were analyzed to impulse the protection and recovery of wetlands. [Methods] Single factor correlation analysis, multiple stepwise linear regression and typical correlation analysis were used. [Results] The results showed that the increase of population and the rapid development of urban economy were the main artificial factors of wetland degradation, the reduction of water resources resulted from them directly caused wetland degradation. Agricultural population and per capita water resources were main impact factors of coastal wetland. Annual rainfall and sewage were the main influence factors of wetland water quality. Population density was the main impact factors of the wetland biodiversity. [Conclusion] Both natural factors and artificial factors affected the health of wetland. Water shortages, reclamation and construction projects were the main reasons of wetlands degradation in Tianjin City; Meanwhile, aquaculture, rice cultivation and artificial construction were the main factors of transformation of natural wetland to artificial wetland; Sewage and fertilizer use were the main factors for the degradation of wetland function.

urban wetland; wetland degradation; driving factors; Tianjing City

2015-09-19

2015-11-17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“雙向演替下消落帶濕地碳匯波動(dòng)機(jī)制及其影響因素”(41301096)

孟偉慶(1979—),男(漢族),山西省長(zhǎng)治市人,博士,講師,主要從事生態(tài)系統(tǒng)管理方面的研究。E-mail:mengweiqing01@126.com。

李洪遠(yuǎn)(1963—),男(漢族),天津市人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事生態(tài)恢復(fù)方面的研究。E-mail:eialee@nankai.edu.cn。

A

1000-288X(2016)04-0326-07

P463.2