王 成，董 斌，彭文娟，陳凌娜，黃 慧，葉小康，朱 鳴，呂 典，倪燕華，趙抗抗，張雙雙

（安徽農(nóng)業(yè)大學 理學院，安徽 合肥 230036）

鶴類Gruidae是國際重點野生保護動物，世界上的鶴類僅15種，其中11種在世界自然保護聯(lián)盟（IUCN）物種紅色名錄中列為瀕臨滅絕物種［1］。濕地土地利用變化直接或間接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，對越冬鶴類棲息地產(chǎn)生影響。保持濕地生物多樣性，保護濕地水禽，促使眾多學者對濕地水禽及棲息地開展研究。SU等［2］定性研究了沙丘鶴Crus canadensis生境選擇的影響因素。FAIRBAIRN等［3］研究了依阿華州濕地水禽數(shù)量與自然濕地面積之間的關(guān)系。馮曉東［4］認為，土地利用變化會對物種多樣性產(chǎn)生影響。各種研究［5-11］表明，人類活動、水壩及河流改道、農(nóng)業(yè)開發(fā)對土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接影響，從而影響鶴類。目前，學者對于濕地土地利用變化對水鳥的數(shù)量、種群影響研究較為細致，但針對濕地土地利用變化對越冬鶴類棲息地的影響研究還比較少。鑒于此，本研究選取升金湖濕地1986－2015年8期TM影像，結(jié)合實地調(diào)查，運用土地利用綜合指數(shù)模型，分析人類活動對土地利用變化的綜合效應；利用土地利用轉(zhuǎn)換率法，分析區(qū)域中各類景觀類型的轉(zhuǎn)化狀況，揭示越冬鶴類棲息地轉(zhuǎn)移比率。

1 研究區(qū)概況

升金湖濕地位于長江中下游，在安徽省南部池州市，與安慶市隔江相望，1986年建立成為省級自然保護區(qū)，1997年晉升為國家級自然保護區(qū)（圖1）［12］。2015年末，升金湖濕地入編《國際重要濕地名錄》，被列為世界40個有國際意義的濕地保護區(qū)之一。保護區(qū)由升金湖及周圍的其他土地利用類型共同組成，總面積為33 340 hm2。升金湖分為上湖、中湖和下湖，是長江中下游區(qū)域內(nèi)陸淡水湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)保存最為完整的地域之一［13］。升金湖面積寬廣，系統(tǒng)生物量很高，吸引了多達66種水鳥前來越冬，越冬鶴類主要有白頭鶴Grus monacha，白枕鶴Grus vipio，白鶴Grus leucogeranus和灰鶴Grus grus等，有 “中國鶴湖”之稱［14］。據(jù)2008－2009年冬季的升金湖越冬水鳥調(diào)查，升金湖4種鶴類主要集中于上湖區(qū)［15］。升金湖不僅為鳥類遷徙提供很好的棲息地，而且其豐富的物產(chǎn)也是越冬鳥類必要的食物來源［13］。

圖1 升金湖濕地的區(qū)域位置示意Figure 1 Shengjin Lake Wetland

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預處理

土地利用類型數(shù)據(jù)為升金湖濕地1986年、1990年、1995年、2000年、2004年、2008年、2011年和2015年8期同時相的TM遙感影像，同時參考升金湖鳥類數(shù)據(jù)［15］，借鑒《東至縣統(tǒng)計年鑒》《池州市統(tǒng)計年鑒》等資料，分析濕地內(nèi)越冬期土地利用類型變化，反映其對越冬鶴類棲息地影響。

8期TM遙感影像成像時間為各年的12月或1月，其中1986和1990年為Landsat-4衛(wèi)星數(shù)據(jù)，1995年、2000年、2004年、2008年和2011年為Landsat-5數(shù)據(jù)，2015年為Landsat-8數(shù)據(jù)，波段空間分辨率均為30 m。

實地調(diào)查鶴類棲息地選擇的影響因素，結(jié)合《濕地公約》分類系統(tǒng)和《全國濕地資源調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》，同時根據(jù)升金湖保護區(qū)濕地土地利用類型的實際情況，將升金湖濕地土地利用類型劃分為水域、泥灘地、草灘地、蘆葦Phragmites australis灘地、林地、旱地、水田、建設(shè)用地等8類（表1）。采用二元多項式幾何校正對遙感影像進行預處理，利用ERDAS軟件進行遙感影像的初步規(guī)則裁剪，然后將圖像在Arc GIS中對升金湖保護區(qū)的行政邊界進行精準裁剪，獲得升金湖濕地8期遙感影像分布圖（圖2）。

圖2 升金湖濕地1986－2015年土地利用分布Figure 2 Distribution of land-use of Shengjin Lake Wetland in 1986－2015

2.2 土地利用程度變化

根據(jù)土地利用類型分類，并結(jié)合土地利用類型分級表［16］，得到表2。土地利用綜合指數(shù)模型計算公式為：

式（1）中：L為研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為研究區(qū)第i類土地利用類型的分級指數(shù)；Ci為研究區(qū)第i類土地利用類型占整個研究區(qū)的面積百分比；n為土地利用程度的分類種數(shù)。

土地利用程度變化計算公式為：

表1 升金湖濕地土地利用類型面積統(tǒng)計Table 1 Land-use area satistics of Shengjin Lake Wetland

式（2）中：Ia，Ib分別為研究區(qū)a時期和b時期的土地利用程度綜合指數(shù)；Cia，Cib分別為a時期和b時期第i類土地的土地利用面積。當ΔIb－a＞0時，表明該地區(qū)土地利用處于發(fā)展期，當ΔIb－a＜0時，表明該區(qū)域土地利用處于衰退期。

2.3 土地利用轉(zhuǎn)化率

在土地利用變化研究中，轉(zhuǎn)移矩陣法用以分析區(qū)域中各種地類的轉(zhuǎn)化狀況。本研究通過Arc GIS對處理好的升金湖影像分布圖進行空間分析，利用組分轉(zhuǎn)移率（Tij）來分析土地利用的動態(tài)變化。其計算公式為：

表2 土地利用程度分級賦值Table 2 Land use type classification

式（3）中：Aji為第j種組分向第i種組分轉(zhuǎn)移的面積，ATi為比較初始年份該組分的總面積， n為地類數(shù)量［17］。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用程度變化對棲息地的影響

從表3可以看出：1986－2015年升金湖濕地的土地利用程度綜合指數(shù)介于220～260，說明升金湖保護區(qū)的土地利用以第2等級的林地、草灘地、水域為主。1990年土地利用程度由1986年的224.05增為237.49，增加了13.43，1995年又在1990年的基礎(chǔ)上增加了10.95，表明升金湖土地利用在發(fā)展利用狀態(tài)中（表3和表4）。同時，升金湖林地、草地面積減少，旱地面積大幅增加，說明這一時期人類對林地的毀林開墾、開荒活動，引起了土地利用程度的加大，草灘地面積減??；受自然因素影響，泥灘地、蘆葦灘地面積萎縮，棲息地面積減?。ū?）。

1995－2000年、2000－2004年土地利用變化分別為－14.15和－12.29，土地利用程度降低，這2個時間段內(nèi)旱地的面積大量減少，從1995年占整個保護區(qū)的38.58%減少到2004年的16.52%，土地利用活動減少。由于人類利用程度的降低，草灘地、蘆葦灘地、泥灘地面積持續(xù)增加。

表3 土地利用綜合指數(shù)Table 3 Comprehensive index of land use degree

表4 土地利用程度變化Table 4 Degree of land use change

2004－2008年土地利用綜合指數(shù)由222.00增加到2008年的237.28，在這時間段內(nèi)建設(shè)用地面積所占比例越來越高，其他地類面積變化比例不大；2008－2011年、2011－2015年土地利用程度變化分別為－9.45和－3.85，土地利用程度降低，耕地面積總體減少，泥灘地面積大幅度增加，棲息地總面積增加。

3.2 土地利用變化對棲息地的影響

升金湖濕地鶴類棲息地中草灘地保留率最高，達34.44%（表5）。在轉(zhuǎn)變?yōu)椴轂┑氐牡仡愔辛值剞D(zhuǎn)移率最高，達26.37%；蘆葦灘地轉(zhuǎn)移率較高，達23.22%。蘆葦灘地與草灘地交錯分布（圖2），因此，轉(zhuǎn)變?yōu)椴轂┑剌^高，為23.22%。草灘地轉(zhuǎn)變?yōu)楹档剌^高，達20.98%。可見，鶴類棲息地向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)化趨勢明顯。

泥灘地保留率為17.26%，由于臨近湖區(qū)，枯水期水位較低，水域轉(zhuǎn)變?yōu)槟酁┑兀瑸?1.37%；豐水期湖水淹沒部分區(qū)域，泥灘地轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，?1.79%。泥灘地轉(zhuǎn)變?yōu)樗锔怕首罡?，達27.75%，這與泥灘地土壤養(yǎng)分高和取水便捷有關(guān)。蘆葦灘地保留率最低，僅為15.36%。因為蘆葦灘地受水位影響顯著，豐水期和降雨較多年份，水位上漲，蘆葦灘地面積減少；枯水期和降雨較少年份，湖水退去，蘆葦灘地轉(zhuǎn)變?yōu)椴轂┑?，?3.22%。受人口增加和城鎮(zhèn)化影響，1986－2015年有18.16%的蘆葦灘地轉(zhuǎn)變?yōu)楹档亍?/p>

升金湖濕地8種土地利用類型中保留率最高的是建設(shè)用地74.16%和水域73.39%。因為建設(shè)用地開發(fā)強度大，很難轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌墙ㄔO(shè)用地類型；同時，隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，建設(shè)用地面積不斷擴張。水域面積受季節(jié)降水量和上游來水量影響較大，年際間變化較小，且保護區(qū)內(nèi)生態(tài)保護較好，人類占用水域開發(fā)建設(shè)較少。

3.3 棲息地面積變化與越冬鶴類數(shù)量變化趨勢

1986－2015年升金湖濕地越冬鶴類棲息地中草灘地面積總體呈增加趨勢（圖3）。其中，1995－2004年間增長最快，2004－2015年間面積基本保持不變；泥灘地面積受水位等因素影響趨勢起伏較大，但面積總體呈擴大趨勢；蘆葦灘地面積呈持續(xù)下降趨勢，趨向于向草灘地和旱地轉(zhuǎn)化。棲息地面積1986－1995年持續(xù)減少，1995－2015年總體持續(xù)增加，越冬鶴類棲息地總面積在1986－2015年呈曲折上升的趨勢。

近30 a的觀測及統(tǒng)計表明：鶴類數(shù)量變化急劇，由頂峰時期近1 200只，下降到如今不足百只。而2011－2015年升金湖濕地水域面積縮小近3 300 hm2。其他年間，越冬鶴類數(shù)量與棲息地面積增減趨勢同樣較為一致，說明棲息地面積的增減很大程度上影響了升金湖越冬鶴類種群和數(shù)量。

表5 升金湖濕地1986－2015年土地利用的轉(zhuǎn)移率Table 5 Transfer probability of land-use in Shengjin Lake Wetland in 1986－2015

3.4 棲息地空間格局變化對鶴類影響

對升金湖濕地8種土地利用類型面積統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，泥灘地面積從1986年到2015年是波動增加的（表1）。同時，由于升金湖上湖區(qū)地勢較高以及河流匯入，因此泥灘地主要集中在此；根據(jù)1986－2015年8期影像可以判斷，草灘地主要集中于升金湖東南方向，即上湖區(qū)，東北方向下湖區(qū)歷年都有零散分布（圖2）；蘆葦灘地30 a間面積變化不大，主要分布在下湖區(qū)，其他地方亦有零散分布。綜上所述，1986－2015年升金湖濕地鶴類棲息地分布較為集中，泥灘地和草灘地主要聚集于上湖區(qū)，蘆葦灘地主要聚集于下湖區(qū)，這些空間分布特征也符合2008－2009年冬季水鳥調(diào)查報告以及實地調(diào)查的結(jié)果，越冬水鳥主要分布于上湖區(qū)，下湖區(qū)和沿岸有少量分布。

圖3 升金湖濕地越冬鶴類數(shù)量與棲息地面積變化Figure 3 Changes of wintering cranes numbers and habitat of Shengjin Lake Wetland

4 討論

鶴類棲息地的選擇應滿足易覓食和隱蔽性好2個條件［10］。鶴類一般選擇在有淺水的蘆葦沼澤等地棲息，這些地方不僅為其提供豐富的食物資源，也為鶴類提供了良好的隱蔽場所［18］。由于潮汐和水體的沖淤，泥灘地中保留了大量營養(yǎng)物質(zhì)和植物果實等，為鶴類生存提供了充足的食物［19］。升金湖草灘地主要植物種類有虉草Phalaris arundinacea和愉悅蓼Polygonum jucundum等［20］。這些植物廣泛分布于升金湖湖區(qū)周邊，高度為60～150 cm，滿足鶴類隱蔽和覓食需求。林地隱蔽條件好，但缺乏鶴類食物資源，不宜作為鶴類主要棲息地。美國佛羅里達州的水鳥研究表明，水鳥有效覓食水深不超過40 cm［21］。升金湖冬春季枯水期雖然水位較低，但大部分水域水位超過50 cm，且湖區(qū)隱蔽條件較差，不適宜作為鶴類主要棲息地。由于復雜的食性特性，鶴類能夠在多種生境類型中生存，農(nóng)田也是鶴類重要的覓食地。但是人類生產(chǎn)、生活活動對野生動物覓食、棲息影響很大，故農(nóng)田和建設(shè)用地不宜作為鶴類棲息地。綜合以上分析，并結(jié)合已有研究表明，鶴類在升金湖濕地保護區(qū)內(nèi)的主要棲息地為蘆葦灘地、泥灘地和草灘地。

土地利用程度反映出人類對土地利用的廣度和深度，1986－2015年的不同時期由于人類對土地利用程度的不同，引發(fā)了不同地類面積的增減變化。1986－1995年土地利用程度持續(xù)增加，建設(shè)用地面積和耕地面積增加，林地和草灘地面積減少，毀林開墾，圍湖造田等人類活動造成鶴類棲息地面積持續(xù)減少，鶴類數(shù)量由1986年的1 199只下降到1995年的256只。因此，升金湖自然保護區(qū)在保護鶴類棲息地時，應合理安排工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，減少對越冬水鳥覓食棲息地的影響。

蘆葦灘地、泥灘地和草灘地生長大量底棲生物和禾本科Gramineae植物，這些都是鶴類重要的覓食資源，因此，這3種主要棲息地的面積變化對鶴類數(shù)量變化影響巨大。從30 a整體趨勢來看，棲息地面積波動增長而鶴類數(shù)量呈現(xiàn)曲折下降，反映出1986－2015年雖然鶴類棲息地面積總體增加，但是鶴類覓食和棲息環(huán)境并沒有改善，通過鶴類重要的覓食來源的水田和旱地面積看出，農(nóng)田總面積由1986年的約11 714 hm2減少到2015年的約7 968 hm2，面積減少近1/3。同時，人類耕作大量使用農(nóng)藥化肥，這些都對鳥類覓食構(gòu)成嚴重威脅，這些因素都導致了鶴類數(shù)量顯著減少。

土地利用格局的相互轉(zhuǎn)化一定程度上反映出土地利用方式的演變。對升金湖濕地1986－2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析可以判斷，鶴類棲息地中草灘地保留率最高，因為草灘地主要分布在地勢較高的上湖區(qū)，且遠離水面，受水位影響較小。林地轉(zhuǎn)變?yōu)椴轂┑刈罡?，這反映出當?shù)貧Я珠_荒、亂砍濫伐現(xiàn)象較為嚴重。泥灘地和蘆葦灘地保留率較低，均小于20.00%。這與2種地類均臨近水域有關(guān)，受水位影響很大，泥灘地在30 a內(nèi)有31.79%轉(zhuǎn)變?yōu)樗?。與此同時，草灘地和泥灘地轉(zhuǎn)變?yōu)楹档睾退锔怕瘦^高，農(nóng)民破壞鶴類棲息地進行農(nóng)業(yè)耕植，給當?shù)佞Q類保護工作帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。

棲息地面積大小和質(zhì)量高低很大程度上影響了越冬鶴類種群數(shù)量，雖然1986－2011年各時期鶴類數(shù)量與棲息地面積保持相同增減趨勢，但是2011－2015年棲息地面積增長，鶴類數(shù)量卻急劇減少。這是由于近年來升金湖水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，漁業(yè)資源遭到人類掠奪，影響到鶴類的食物來源，同時人口增加、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)藥化肥的大量使用都對鶴類棲息環(huán)境造成一定的人為干擾。這都對鶴類覓食和隱蔽棲息產(chǎn)生了顯著的影響。這反映出升金湖濕地管理單位只注重保護和增加棲息地面積，但缺乏對于棲息地質(zhì)量的提高以及湖區(qū)整體生態(tài)環(huán)境的保護。

對鶴類棲息地空間格局變化分析發(fā)現(xiàn)，鶴類棲息地主要集中分布于上湖區(qū)和下湖區(qū)，其中泥灘地和草灘地主要分布于上湖區(qū)沿岸以及河流周圍。因為泥灘地靠近湖岸，受水位影響明顯，因此受年際間的降水量以及長江等河流水位影響很大。同時，2003年三峽大壩開始蓄水，加上冬春季降水較少，升金湖水位持續(xù)下降，湖底裸露形成大面積泥灘地。草灘地的空間分布主要受東南方向張溪河影響，河流兩岸地勢平坦且比湖中地勢高，因此形成與河流流向一致的大面積草灘地。而蘆葦灘地主要集中于下湖區(qū)，因為下湖區(qū)地勢較低，枯水期水資源豐富，魚蝦密集，且適宜蘆葦?shù)戎参锷L，為鶴類提供了隱蔽場所和食物來源。

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