潘晨, 周立志,*, 王曉輝, 徐文彬, 宋昀微

人類活動(dòng)對(duì)升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)景觀格局的影響

潘晨1,2, 周立志1,2,*, 王曉輝3, 徐文彬4, 宋昀微4

1. 安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 合肥 230601 2. 濕地生態(tài)保護(hù)與修復(fù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(安徽大學(xué)), 合肥 230601 3. 安徽省環(huán)境科學(xué)研究院, 合肥 230061 4. 安徽升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局, 池州 247230

自然保護(hù)地通常是重要的生態(tài)敏感區(qū)域, 具有十分重要的生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 因此維持自然狀況, 避免人為干擾是日常管理的基本要求。借助遙感手段, 快速識(shí)別人為擾動(dòng)引起的景觀變化, 是加強(qiáng)保護(hù)地管理的有效手段。以升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為研究對(duì)象, 基于RS和GIS空間分析等技術(shù)方法, 利用人為干擾度模型, 并結(jié)合特定人類活動(dòng)干擾類型的變化情況, 研究了1995、2006和2017年人類干擾強(qiáng)度時(shí)空分異特征以及對(duì)景觀格局的影響。結(jié)果表明: 隨著人類干擾活動(dòng)增強(qiáng), 升金湖自然保護(hù)區(qū)景觀破碎化加劇, 相同區(qū)域間連通性減弱, 斑塊的形狀逐漸變得更加復(fù)雜和不規(guī)則, 景觀多樣性和空間異質(zhì)性增加。1995—2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)人為干擾度呈逐漸增加趨勢(shì), 從0.476上升到0.499, 但是后期(2006—2017年)的增長速度緩于前期(1995—2006年); 在空間上, 人為干擾度等級(jí)基本呈實(shí)驗(yàn)區(qū)>緩沖區(qū)>核心區(qū)的規(guī)律。自1995至2017年, 升金湖自然保護(hù)區(qū)總體以及各個(gè)功能分區(qū)的人類活動(dòng)影響指數(shù)均不斷增加, 在人類活動(dòng)因子中, 農(nóng)田所占面積最大, 占保護(hù)區(qū)總面積的40%左右, 而圍網(wǎng)養(yǎng)殖的人類活動(dòng)影響指數(shù)最高, 高達(dá)5.5×10-3。針對(duì)上述現(xiàn)象, 建議嚴(yán)格控制建筑用地, 加強(qiáng)林地保護(hù); 大力推進(jìn)“退養(yǎng)還濕”和“退耕還濕”; 開展生態(tài)補(bǔ)償試點(diǎn), 推進(jìn)漁民轉(zhuǎn)產(chǎn)和發(fā)展社區(qū)替代產(chǎn)業(yè), 緩解自然保護(hù)區(qū)的壓力。

升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū); 景觀格局; 人為干擾度; 人類活動(dòng)影響指數(shù)

0 前言

自然保護(hù)地往往是自然資源, 特別是生物多樣性較為豐富的區(qū)域, 生態(tài)系統(tǒng)的組成成分與結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜, 類型復(fù)雜多樣, 具有較高的科學(xué)價(jià)值, 在資源利用、旅游、教育等多方面具重大意義, 因此要求其保持較高的自然狀態(tài), 避免人為干擾。但隨著人口不斷增長和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快, 自然保護(hù)地的發(fā)展與日益頻繁的人類活動(dòng)之間的矛盾愈發(fā)激烈, 保護(hù)地內(nèi)生態(tài)環(huán)境惡化同時(shí)景觀格局發(fā)生變化[1–4]。因此, 辨識(shí)、量化人類干擾活動(dòng)空間分布及其強(qiáng)度, 對(duì)于緩解自然保護(hù)地經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾具有重要意義[5]。

目前, 國內(nèi)外已有學(xué)者引用基于景觀類型的人為干擾度模型[6]對(duì)自然保護(hù)地人類干擾進(jìn)行空間化和半定量化研究[7–10]; 也有學(xué)者分別從土地利用[11]、道路建設(shè)[12]、森林砍伐[13]、圍網(wǎng)養(yǎng)殖[14]等特定角度研究自然保護(hù)地內(nèi)人為干擾影響。兩種研究思路各有優(yōu)勢(shì), 前者間接反映人類活動(dòng)強(qiáng)度, 適宜景觀、區(qū)域尺度的快速評(píng)價(jià)研究; 后者直接揭示人類活動(dòng)范圍和強(qiáng)度, 研究較為深入, 但往往比較片面化。若將二者結(jié)合, 將有助于全面、客觀地揭示多種人類活動(dòng)對(duì)自然保護(hù)地生態(tài)系統(tǒng)和景觀變化的綜合影響[15]。

鑒于此, 本研究以安徽升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱升金湖保護(hù)區(qū))這一重要的自然保護(hù)地為研究對(duì)象, 在RS和GIS空間分析等技術(shù)手段的支持下, 利用人為干擾度模型, 并結(jié)合特定人類活動(dòng)干擾類型的變化情況, 從區(qū)域和局地兩個(gè)尺度定量研究人類干擾強(qiáng)度時(shí)空分異特征以及對(duì)景觀格局的影響, 以期為升金湖保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)調(diào)控與生態(tài)保護(hù)管理提供決策支持。

1 研究區(qū)域概況

升金湖保護(hù)區(qū)位于安徽南部池州市境內(nèi), 東至縣與貴池區(qū)交界處(116°55′—117°15′E, 30°15′—30° 30′N), 瀕臨長江中下游南岸, 為長江中下游具有代表性的淺水通江湖泊。1986年安徽省政府批準(zhǔn)建立升金湖水禽自然保護(hù)區(qū), 1997年獲批建立國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。保護(hù)區(qū)總面積為33340 hm-2, 其中核心區(qū)10150 hm-2, 緩沖區(qū)10300 hm-2, 實(shí)驗(yàn)區(qū)12890 hm-2[16]。2015年列入國際重要濕地名錄。升金湖是目前安徽省唯一的一處國際重要濕地, 唯一一處以保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)和珍稀水禽為目標(biāo)的國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(地理位置及功能區(qū)劃見圖1)。

升金湖保護(hù)區(qū)總?cè)丝诩s7萬人, 其中緩沖區(qū)約2萬人, 實(shí)驗(yàn)區(qū)約5萬人, 主要分布在保護(hù)區(qū)西部和北部的平原地區(qū)。升金湖保護(hù)區(qū)核心區(qū)以湖區(qū)平水位的水面為主, 相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi), 大部分水面用于圍網(wǎng)養(yǎng)殖, 緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)多為農(nóng)田和林地, 保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用模式以農(nóng)業(yè)種植、漁業(yè)養(yǎng)殖和畜禽養(yǎng)殖為主。長期的人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)產(chǎn)生不同程度的干擾, 導(dǎo)致保護(hù)區(qū)內(nèi)湖泊生境破碎化, 景觀格局發(fā)生明顯變化。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性以及遙感影像的季相一致性, 選取了1995、2006和2017年12月云量覆蓋少, 物候特征明顯的遙感影像圖, 獲取方式為中國地理空間數(shù)據(jù)云和美國地質(zhì)調(diào)查局USGS網(wǎng)站。詳細(xì)信息見表1。

圖1 升金湖自然保護(hù)區(qū)地理位置及功能區(qū)劃圖

Figure 1 Geographical location and functional area map of Shengjin Lake Nature Reserve

使用ENVI 5.3對(duì)所有遙感影像進(jìn)行圖像融合、輻射定標(biāo)和大氣校正等預(yù)處理, 并結(jié)合升金湖自然保護(hù)區(qū)矢量邊界數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪, 獲得1995、2006和2017年同期基礎(chǔ)影像。參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及升金湖保護(hù)區(qū)景觀特點(diǎn)和研究目的, 在2018年對(duì)升金湖保護(hù)區(qū)進(jìn)行了廣泛的實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上, 確立景觀分類體系。利用支持向量機(jī)法對(duì)圖像進(jìn)行監(jiān)督分類, 并對(duì)其整體精確度進(jìn)行評(píng)估, 得到三期數(shù)據(jù)分類精度均達(dá)到90%以上, 滿足研究要求[5]。使用ArcGIS 10.3對(duì)解譯圖像進(jìn)行矢量化處理, 繪制三個(gè)目標(biāo)年份的景觀類型圖, 并計(jì)算各景觀類型的面積。通過目視解譯方法提取人類活動(dòng)干擾分布范圍, 將人類活動(dòng)干擾圖層和保護(hù)區(qū)功能分區(qū)圖層進(jìn)行空間疊加, 計(jì)算人類活動(dòng)在自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)及實(shí)驗(yàn)區(qū)的面積。

表1 研究所選取的遙感影像信息一覽表

2.2 景觀格局指數(shù)計(jì)算

景觀格局指數(shù)是景觀格局信息的抽象表達(dá), 反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置, 利用其可以進(jìn)一步定量描述景觀結(jié)構(gòu)特征隨時(shí)間的變化情況[17]。在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合升金湖自然保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 在景觀層面選取平均斑塊面積(AREA_MN)、聚集度指數(shù)(AI)、斑塊內(nèi)聚力指數(shù)(COHESION)、平均斑塊分維數(shù)(FRAC_MN)和香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)。其中AREA_MN是景觀破碎化程度的一個(gè)重要指標(biāo), 數(shù)值越小表示破碎化程度越高; AI和COHESION是用于表征聚集度和連通性的指標(biāo)[18], 數(shù)值越大, 聚集度越高, 連通性越好; FRAC_MN是斑塊形狀復(fù)雜程度的定量表達(dá), 數(shù)值越接近1, 斑塊形狀就越簡(jiǎn)單、越規(guī)則; SHDI是用于描述景觀斑塊多樣性和復(fù)雜性的指標(biāo)[19], 數(shù)值越大, 不同斑塊類型數(shù)量越大, 或者斑塊類型之間面積的比例分布變得更加均勻。指數(shù)計(jì)算借助Fragstats 4.2完成。

2.3 人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度評(píng)估方法

本研究采用基于景觀類型的人為干擾度和人類活動(dòng)影響指數(shù)兩個(gè)指標(biāo)來量化評(píng)估研究區(qū)域的人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度。其中人為干擾度的計(jì)算需先使用ArcGIS 10.3軟件中“Create fishnet”功能模塊生成研究區(qū)域的網(wǎng)格(為1 km×1 km網(wǎng)格), 然后采用Kring插值將人為干擾度賦予網(wǎng)格中心點(diǎn)形成空間點(diǎn)集。為了更加清晰的實(shí)現(xiàn)對(duì)人為干擾度的定量描述, 我們將人為干擾度從低到高分成六個(gè)等級(jí), 并統(tǒng)計(jì)三個(gè)目標(biāo)年份不同等級(jí)人為干擾所占網(wǎng)格的比例。人為干擾度計(jì)算方程為:

式中:為某個(gè)網(wǎng)格的人為干擾度,A為第類景觀類型的面積,為網(wǎng)格單元的總面積,C為第類景觀類型的人為干擾度系數(shù)(取值范圍在0—1之間, 數(shù)字越大代表人為干擾越強(qiáng)), 參照已有研究的基礎(chǔ)上并結(jié)合 Delphi 法確定[6,9–10]。不同景觀類型的干擾度系數(shù)見表2。

人類活動(dòng)影響指數(shù)評(píng)價(jià)模型參照于《自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行)》, 公式如下:

式中:為自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)影響指數(shù),x為人類活動(dòng)類型的面積,為自然保護(hù)區(qū)的總面積。a為功能區(qū)對(duì)自然保護(hù)區(qū)的權(quán)重, 該權(quán)重根據(jù)每一類人類活動(dòng)斑塊所在的功能區(qū)來確定(核心區(qū)a=0.6, 緩沖區(qū)a=0.3, 實(shí)驗(yàn)區(qū)a=0.1),b為人類活動(dòng)對(duì)自然保護(hù)區(qū)權(quán)重, 該權(quán)重根據(jù)不同人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)區(qū)的影響程度來確定(表3)。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀格局變化特征

升金湖保護(hù)區(qū)主要景觀類型為農(nóng)田和水域, 占表2 升金湖自然保護(hù)區(qū)景觀類型與人為干擾度系數(shù)總面積的60%以上; 林地、泥灘和草灘面積相對(duì)較小, 覆蓋率在4%—17%左右; 居民點(diǎn)和道路的面積最小, 從1995年0.85%上升到2017年4.51%。1995—2017年, 研究區(qū)景觀類型變化主要體現(xiàn)在居民點(diǎn)和道路的擴(kuò)張, 以及水域的減少和泥灘的增多(圖2, 表4)。

Table 2 Hemeroby index of different landscape types in Shengjin Lake Nature Reserve

表3 升金湖自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)類型及其影響權(quán)重

1995—2017年AREA_MN持續(xù)下降, 這說明在此期間升金湖保護(hù)區(qū)景觀破碎化加劇, 也表明由于人類干擾活動(dòng)加劇, 一些較大的景觀斑塊逐漸被分割成小塊; AI和COHESION也呈下降趨勢(shì), 說明景觀類型相同區(qū)域間連通性減弱, 景觀類型相同斑塊間物種、物質(zhì)、能量的交換受到一定程度阻礙; FRAC_MN、SHDI小幅上升, 說明景觀斑塊的形狀逐漸變得更加復(fù)雜和不規(guī)則, 景觀斑塊多樣性越來越高(表5)。

圖2 1995年、2006年和2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)景觀類型圖

Figure 2 Landscape type map of Shengjin Lake Nature Reserve in 1995, 2006 and 2017

表4 1995—2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)不同景觀類型的面積及其百分比

3.2 人為干擾度的時(shí)空變化

3.2.1 人為干擾度時(shí)間變化

由表6可知, 1995、2006和2017年升金湖保護(hù)區(qū)的平均人為干擾度分別為0.476、0.497、0.499, 總體為Ⅲ級(jí)。人為干擾度的值呈上升趨勢(shì), 說明隨時(shí)間推移, 研究區(qū)域人為干擾越來越強(qiáng)烈, 但是后期(2006—2017年)的人為干擾增長速度明顯緩于前期(1995—2006年)。

從人為干擾不同等級(jí)網(wǎng)格所占比例來看, 1995—2017年, 人為干擾等級(jí)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ所占網(wǎng)格有所減少, 而等級(jí)Ⅰ和Ⅵ所占網(wǎng)格有所增加。其中, Ⅱ級(jí)網(wǎng)格先減(3.13%)后增(2.56%), Ⅲ、Ⅳ級(jí)網(wǎng)格均小幅下降4.56%, Ⅴ級(jí)網(wǎng)格下降幅度最大(11.39%); 同時(shí), Ⅰ級(jí)網(wǎng)格從1995年到2017年小幅度增長4.56%, Ⅵ級(jí)網(wǎng)格則大幅度增長16.52%。

表5 1995—2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)景觀格局指數(shù)

表6 1995—2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)人為干擾等級(jí)的統(tǒng)計(jì)

3.2.2 人為干擾度空間差異

由于人類活動(dòng)影響體現(xiàn)在不同的景觀中, 人為干擾表現(xiàn)出一定的空間差異性, 而1995—2017年人為干擾空間差異顯著(圖3)。具體而言, 三個(gè)目標(biāo)年核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)的人為干擾等級(jí)基本呈逐步上升的趨勢(shì)。1995年實(shí)驗(yàn)區(qū)北部部分區(qū)域人為干擾等級(jí)較高, 達(dá)到Ⅴ等級(jí); 2006年, 緩沖區(qū)南部的人為干擾等級(jí)由Ⅲ、Ⅳ上升到Ⅳ、Ⅴ等級(jí), 實(shí)驗(yàn)區(qū)北部和西部地區(qū)人為干擾等級(jí)由Ⅳ、Ⅴ上升到Ⅴ、Ⅵ等級(jí), 均明顯提高; 2017年, 實(shí)驗(yàn)區(qū)北部與西部人為干擾Ⅵ等級(jí)區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大, 但上湖周邊緩沖區(qū)南部與實(shí)驗(yàn)區(qū)中部人為干擾等級(jí)有所下降。

3.3 人類活動(dòng)類型的分布變化

3.3.1 人類活動(dòng)面積變化

根據(jù)升金湖保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)分布范圍繪制出三個(gè)目標(biāo)年份的人類活動(dòng)類型分布圖(圖4), 并計(jì)算各種人類活動(dòng)類型在不同功能分區(qū)的面積(表7)。

從圖4中可以看出, 1995年升金湖保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)類型較少, 僅有農(nóng)田以及小部分人工塘、居民點(diǎn)和道路, 多分布于實(shí)驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)。2006年保護(hù)區(qū)出現(xiàn)大面積圍網(wǎng)養(yǎng)殖, 居民點(diǎn)和道路也有明顯的增多。2017年各種人類活動(dòng)分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大, 緩沖區(qū)南部出現(xiàn)大面積人工塘, 并在核心區(qū)周邊出現(xiàn)多處較為集中的森林砍伐。

從表7中可以看出, 在三個(gè)目標(biāo)年份中, 農(nóng)田是影響升金湖保護(hù)區(qū)最突出的人類活動(dòng)因子, 其面積占保護(hù)區(qū)總面積的40%左右; 其次為圍網(wǎng)養(yǎng)殖, 在2006年和2017年達(dá)到保護(hù)區(qū)總面積的15%左右, 其余各種人類活動(dòng)面積均不到4%。2017年新增的森林砍伐面積占保護(hù)區(qū)總面積的0.3%。從各功能分區(qū)來看, 核心區(qū)內(nèi)除2006年和2017年圍網(wǎng)養(yǎng)殖所占面積達(dá)到11%左右, 其余各種人類活動(dòng)面積之和不足3%; 緩沖區(qū)內(nèi)三個(gè)年份人類活動(dòng)面積占比分別為9.8%、13.5%和15.7%; 實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)占比分別為30.4%、29.8%和31.3%?？傮w來說實(shí)驗(yàn)區(qū)人類活動(dòng)所占面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他功能分區(qū), 且存在實(shí)驗(yàn)區(qū)>緩沖區(qū)>核心區(qū)的規(guī)律。

圖3 1995年、2006年和2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)人為干擾分布圖

Figure 3 Distribution of human disturbances in Shengjin Lake Nature Reserve in 1995, 2006 and 2017

圖4 1995年、2006年和2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)類型分布圖

Figure 4 Distribution of human activity types in Shengjinhu Nature Reserve in 1995, 2006 and 2017

表7 1995、2006和2017年各個(gè)功能區(qū)不同人類活動(dòng)類型的面積(hm-2)

3.3.2 人類活動(dòng)影響指數(shù)變化

通過模型計(jì)算, 得到三個(gè)目標(biāo)年份各個(gè)功能區(qū)不同類型的人類活動(dòng)影響指數(shù)(表8)。結(jié)果表明, 2006年和2017年圍網(wǎng)養(yǎng)殖的人類活動(dòng)影響指數(shù)最高, 分別為5.3673×10-3和5.5078×10-3; 其次為農(nóng)田, 人類活動(dòng)影響指數(shù)在1.4×10-3左右; 其余類型的人類活動(dòng)影響指數(shù)均不足2.0×10-4。從各功能分區(qū)來看, 核心區(qū)內(nèi)圍網(wǎng)養(yǎng)殖的影響指數(shù)遠(yuǎn)大于緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū), 緩沖區(qū)內(nèi)2017年的人工塘人類活動(dòng)影響指數(shù)較高, 其余無明顯變化規(guī)律。除圍網(wǎng)養(yǎng)殖和人工塘外, 其余各種類型的人類活動(dòng)影響指數(shù)基本呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)區(qū)>緩沖區(qū)>核心區(qū)的規(guī)律。

對(duì)三個(gè)目標(biāo)年份的人類活動(dòng)影響指數(shù)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì), 得到升金湖保護(hù)區(qū)1995年、2006年和2017年人類活動(dòng)影響指數(shù)分別為1.4741×10-3、6.9105×10-3和7.3045×10-3, 并繪制出人類活動(dòng)影響指數(shù)變化趨勢(shì)圖(圖5)。由圖可知, 從1995年到2017年, 隨著年份的增長, 升金湖保護(hù)區(qū)總體以及各個(gè)功能分區(qū)的人類活動(dòng)影響指數(shù)均不斷增加。其中核心區(qū)影響指數(shù)在2006年增加尤為明顯, 緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)的增長趨勢(shì)則較為緩慢。從功能分區(qū)來看, 1995年核心區(qū)的人類活動(dòng)影響指數(shù)最小, 但2006年和2017年, 核心區(qū)的影響指數(shù)遠(yuǎn)大于緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)。

表8 1995、2006和2017年各個(gè)功能區(qū)不同類型的人類活動(dòng)影響指數(shù)(10-4)

圖5 1995、2006和2017年升金湖自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)影響指數(shù)變化趨勢(shì)

Figure 5 Trends of human index in Shengjin Lake Nature Reserve in 1995, 2006 and 2017

4 討論

本研究利用人為干擾度模型來反映區(qū)域尺度上人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響程度。在3個(gè)目標(biāo)年中(1995年、2006年、2017年), 研究區(qū)域內(nèi)人為干擾等級(jí)均為Ⅲ級(jí), 且數(shù)值呈上升趨勢(shì), 說明1995—2017年升金湖保護(hù)區(qū)景觀格局受人類活動(dòng)影響較強(qiáng), 人為干擾強(qiáng)度逐漸增大。然而, 由于開發(fā)活動(dòng)和區(qū)域發(fā)展政策的不同, 人為干擾程度在不同時(shí)期又有所不同。早期(1995—2006年), 為了滿足人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要, 對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行了不可持續(xù)的大規(guī)模土地資源開發(fā)利用, 一些自然景觀受到人類密集活動(dòng)的干擾[5]。隨著保護(hù)區(qū)西邊界G206國道、北邊界318國道和鄉(xiāng)村道路的修建, 周邊居民點(diǎn)逐漸增多, 保護(hù)區(qū)的人為干擾有所加重。人為干擾程度較高的區(qū)域主要分布在人口密度高、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)活躍的實(shí)驗(yàn)區(qū), 這與王有兵、郭少壯、張麗芳等人的研究結(jié)果類似[20–22]。后期(2006—2017年), 盡管升金湖保護(hù)區(qū)農(nóng)業(yè)主導(dǎo)作用減弱, 農(nóng)田面積略有減少, 但在此期間隨著保護(hù)區(qū)北端界滬渝高速G50的建成, 城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速, 居民點(diǎn)大幅擴(kuò)張。因此, 2006—2017年人為干擾強(qiáng)度仍持續(xù)增加, 其中在實(shí)驗(yàn)區(qū)北部和西部增加尤為明顯。在2016年10月, 池州市東至縣出臺(tái)了《升金湖濕地生態(tài)效益補(bǔ)償工作實(shí)施意見》, 正式實(shí)行“退耕還濕”。在上湖周邊的部分圩口蓄水種植芡實(shí)、菰、蓮、水芹等水生植被, 將原先圩口內(nèi)農(nóng)田類型轉(zhuǎn)變成水域, 降低了緩沖區(qū)南部和實(shí)驗(yàn)區(qū)中部人為干擾的等級(jí), 但人工種植過程中要控制施肥和農(nóng)藥施用, 避免引起水體污染。

升金湖保護(hù)區(qū)第一產(chǎn)業(yè)以農(nóng)業(yè)為主, 因此農(nóng)田所占面積最大, 約為保護(hù)區(qū)總面積的40%, 其中湖區(qū)周邊圩口內(nèi)農(nóng)田為上世紀(jì)六七十年代圍湖造田所形成。升金湖不僅農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá), 漁業(yè)規(guī)模也很大。自黃湓閘建立以后, 長江魚類回游受阻, 年魚產(chǎn)量急劇下降, 漁民為增加經(jīng)濟(jì)收入, 自1995年后開展高密度人工養(yǎng)殖, 先后在升金湖建設(shè)數(shù)百道圍網(wǎng)[23], 導(dǎo)致2006年和2017年圍網(wǎng)養(yǎng)殖基本覆蓋整個(gè)中下湖。圍網(wǎng)將天然湖泊劃分為離散的部分, 阻礙了湖泊生境的連通性, 造成生境破碎化, 繼而引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題和景觀格局變化[24]。2017年保護(hù)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了部分面積的森林砍伐, 其中上湖周邊實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)林地于2015年爆發(fā)松材線蟲病, 大面積馬尾松死亡, 故將其砍伐[23]; 下湖周邊緩沖區(qū)內(nèi)的森林砍伐則是2014年進(jìn)行的油茶田改造工程所致。雖然砍伐的面積所占比例較小, 但臨近湖區(qū), 導(dǎo)致水土流失加劇, 促進(jìn)了升金湖泥沙淤積, 湖床抬高[25–26], 這也印證了2017年水域面積的大幅度減少和泥灘面積的增多。2006—2017年緩沖區(qū)南部出現(xiàn)了大面積的人工塘, 這與2016年實(shí)行“退耕還濕”后, 保護(hù)區(qū)內(nèi)開展水生植被恢復(fù)工程有關(guān)。從人類活動(dòng)影響指數(shù)的結(jié)果來看, 1995—2017年, 隨著各種人類活動(dòng)類型的增多以及分布范圍的擴(kuò)大, 升金湖保護(hù)區(qū)總體以及各個(gè)功能分區(qū)的人類活動(dòng)影響指數(shù)均不斷增加。其中指數(shù)增長幅度最大的為核心區(qū), 緩沖區(qū)與實(shí)驗(yàn)區(qū)指數(shù)增長幅度較小, 這一研究結(jié)果與王有兵的結(jié)果基本一致[20]。核心區(qū)指數(shù)增長幅度較大, 主要還是受圍網(wǎng)養(yǎng)殖的影響。

人為干擾度指標(biāo)可以直接用于評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)景觀類型受到人為干擾活動(dòng)的影響強(qiáng)度[27–28]; 人類活動(dòng)影響指數(shù)則從局地尺度直觀反映了保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)的范圍和強(qiáng)度。兩個(gè)指標(biāo)互為補(bǔ)充, 互相印證, 提供了一種綜合性描述人類干擾活動(dòng)變化的時(shí)空分析方法, 為全面揭示人類干擾活動(dòng)的影響程度和范圍提供了很好的思路。

5 建議

升金湖保護(hù)區(qū)1995—2017年人類活動(dòng)強(qiáng)度逐漸加大, 保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境以及景觀格局的整體性受到較大的影響。為了加強(qiáng)保護(hù)區(qū)管理, 提升保護(hù)功能, 提高國際重要濕地的《濕地公約》履約能力, 建議采取以下措施:

(1)嚴(yán)格保護(hù), 嚴(yán)禁開發(fā), 實(shí)現(xiàn)人口有序轉(zhuǎn)移, 減輕保護(hù)區(qū)壓力。結(jié)合安徽省生態(tài)紅線與主體功能區(qū)規(guī)劃等政策文件, 將升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)劃分為禁止開發(fā)區(qū)域(此處禁止開發(fā)特指禁止大規(guī)模高強(qiáng)度工業(yè)化和城鎮(zhèn)化開發(fā))。保護(hù)區(qū)應(yīng)制定并實(shí)施不同主體功能區(qū)的人均建設(shè)用地面積、人均城鎮(zhèn)用地面積標(biāo)準(zhǔn)和積極的人口退出政策, 按先核心區(qū)后緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)的順序, 逐步轉(zhuǎn)移人口。在不影響保護(hù)區(qū)保護(hù)對(duì)象和功能的前提下, 允許適度規(guī)模的人口居住及適度的符合保護(hù)區(qū)規(guī)劃的農(nóng)牧業(yè)活動(dòng)。

(2)優(yōu)化土地利用布局, 提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。在保護(hù)區(qū)內(nèi)需增強(qiáng)對(duì)林地的保護(hù), 不得亂砍亂伐, 必要時(shí)應(yīng)采取人工造林措施。建議保護(hù)區(qū)與自然資源、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門溝通, 將已納入基本農(nóng)田范圍的低產(chǎn)田調(diào)整為一般耕地, 并在非基本農(nóng)田區(qū)域開展退耕還濕, 增加天然濕地面積。在保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)制定合理的土地開發(fā)利用方案, 控制建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的速度, 確保社會(huì)發(fā)展與環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(3)實(shí)施生態(tài)恢復(fù)工程, 提高生態(tài)修復(fù)能力。拆除升金湖保護(hù)區(qū)中所有圍網(wǎng)、圍欄, 并長久保護(hù)湖泊區(qū)域不再遭受圍網(wǎng)養(yǎng)殖的侵蝕。繼續(xù)開展保護(hù)區(qū)內(nèi)各圩口水生植被恢復(fù)工程, 逐步恢復(fù)原生態(tài)湖泊生境, 但仍需注意在工程實(shí)施過程中, 將人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響降到最低。針對(duì)保護(hù)區(qū)水土流失嚴(yán)重和水質(zhì)逐漸惡化, 建議全面開展水土保持工程, 清淤清砂, 疏通河道, 以逐步提高生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力。

(4)加強(qiáng)生態(tài)補(bǔ)償與保護(hù)宣傳工作, 提高居民保護(hù)意識(shí)。保護(hù)區(qū)內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)補(bǔ)償?shù)脑圏c(diǎn)和推廣, 完善生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制, 對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶給予一定經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償, 調(diào)動(dòng)其參與自然保護(hù)的積極性。目前升金湖的保護(hù)管理已有明確權(quán)屬, 但保護(hù)升金湖, 不僅要靠當(dāng)?shù)毓芾砭趾透鱾€(gè)保護(hù)站點(diǎn)的努力, 更重要的是調(diào)動(dòng)當(dāng)?shù)鼐用竦牧α? 因此需要加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的宣傳工作, 多組織濕地保護(hù)宣傳、鳥類知識(shí)普及等活動(dòng), 提升當(dāng)?shù)鼐用竦沫h(huán)境保護(hù)意識(shí)。

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Impact of artificial activities on the landscape patterns in Shengjin Lake National Nature Reserve

PAN Chen1,2, ZHOU Lizhi1,2,*, WANG Xiaohui3, XU Wenbin4, SONG Yunwei4

1. School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China 2. Anhui Province Key Laboratory of Wetland Ecosystem Protection and Restoration(Anhui University), Hefei 230601, China3. Anhui Institute of Environmental Science, Hefei 230061, China 4. Buearu of Anhui Shengjin Lake National Nature Reserve, Chizhou 247230, China

Nature reserve is usually an important ecological sensitive area with great importance of ecological and socio-economic value. Therefore, it is basic requirements for daily management of natural reserve to maintain natural conditions and avoid human interference. Using remote sensing to quickly identify landscape changes resulting in human disturbances is an effective way to strengthen reserve management. In this study, we took Shengjin Lake National Nature Reserve as research unit, based on spatial analysis of RS and GIS, using hemeroby index model, combining with the change of the specific human activity interference type. The temporal and spatial differentiation characteristics of human disturbance intensity in 1995, 2006 and 2017 and their effects on landscape pattern were quantitatively studied. The results showed that landscape fragmentation was intensified with increase of human disturbance activity, the connectivity between the same areas was weakened, and the shape of the patches gradually became more complicated and irregular; the landscape diversity and space heterogeneity increased. In 1995-2017, the hemeroby index in Shengjin Lake Nature Reserve increased gradually from 0.476 to 0.499, but the growth rate in the later period (2006-2017) was slower than that in the previous period (1995-2006). In terms of space, the level of hemeroby index was basically in the experimental area>buffer>core area. From 1995 to 2017, the human index in whole nature reserve and individual functional area was increased. Among human activity factors, farmland accounted for the largest area, about 40%of the total area of reserve, but the human index of the pen culture was the highest, as high as 5.5×10-3. In view of the above-mentioned phenomena, it is recommended to strictly control the construction land and strengthen the protection of forest land, vigorously promoting the returning aquaculture land to wetland and returning farmland to wetland, carrying out ecological compensation, promoting transferringfishermen's job and developing substituted industries, and alleviating the pressure on nature reserves.

Shengjin Lake National Nature Reserve; landscape pattern; hemeroby index; human index

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.015

X37

A

1008-8873(2021)02-116-08

2019-12-14;

2020-02-22基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目( 31772485, 31472020)

潘晨(1995—), 女, 安徽六安人, 碩士, 主要從事環(huán)境生態(tài)與資源管理研究, E-mail: 1339587845@qq.com

周立志, 男, 博士, 教授, 主要從事水鳥與濕地生態(tài)學(xué)和環(huán)境生態(tài)與資源管理研究, E-mail: zhoulz@ahu.edu.cn

潘晨, 周立志, 王曉輝,等. 人類活動(dòng)對(duì)升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)景觀格局的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(2): 116–124.

PAN Chen, ZHOU Lizhi, WANG Xiaohui, et al. Impact of artificial activities on the landscape patterns in Shengjin Lake National Nature Reserve[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 116–124.