快速城市化地區(qū)濕地脆弱性評價
濕地是地球上生產(chǎn)力和生物多樣性最高的生態(tài)系統(tǒng)之一，具有巨大的環(huán)境功能和效益，在近年來成為了國內(nèi)外研究的熱點，但目前的文獻來看，缺乏利用遙感與GIS手段對濕地脆弱性的角度對濕地的開發(fā)保護進行分區(qū)的研究從而難以為區(qū)域尺度的濕地管理決策提供依據(jù)。有鑒于此，本文以地處快速城市化地區(qū)的杭州灣地區(qū)為研究區(qū)域，利用2000年、2005年4景LandsatTM/ETM+為主要數(shù)據(jù)源，通過非監(jiān)督分類和分層分類相結(jié)合，解譯得到研究期間濕地的分布格局和動態(tài)變化，并在此基礎(chǔ)上綜合利用多因素評價法和GIS空間分析方法在快速城市的背景下評價了杭州灣濕地脆弱性，可為該區(qū)域濕地的分類保護提供決策基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究過程中，在快速城市化的背景條件下從自然地理環(huán)境、濕地空間分布、濕地動態(tài)變化、社會經(jīng)濟指標、地理空間指標和生態(tài)環(huán)境指標等方面著手，將位于快速城市化地區(qū)的杭州灣濕地劃分為濕地高度脆弱區(qū)、濕地中等脆弱區(qū)和濕地輕度脆弱區(qū)，其對應的面積分別為133.95km2、290.38km2、862.73km2。其中，杭州市和寧波市是較為集中的濕地脆弱區(qū)域。
1引言
濕地作為同森林、海洋并列的全球三大生態(tài)系統(tǒng)，它不僅為人類的生產(chǎn)、生活提供多種資源，而且具有巨大的環(huán)境功能和效益[1]，尤其是具有生物多樣性保護功能[2]，濕地因此被譽為“地球之腎”。上個世紀中葉，人類開始認識到濕地的重要價值，并通過簽訂《濕地公約》等一系列措施來加強濕地的保護與合理利用。濕地研究已經(jīng)成為國內(nèi)外學術(shù)界的熱點課題[3]，其中濕地的脆弱性評價是重要的研究方向之一。王學雷等從地貌、氣候、水文等自然因素和圍湖造田、污染等人為因素評估了江漢平原濕地的生態(tài)脆弱性[4]，劉健民從物種生活力、生物種穩(wěn)定性評估了黃河三角洲濕地的生態(tài)脆弱性[5]，許振乾等從生物群落、外界環(huán)境和景觀結(jié)構(gòu)評估了三江平原濕地生態(tài)脆弱性[6]。然而，中國濕地占用、污染、退化等現(xiàn)象嚴重，與快速城市化的背景密不可分，因此濕地脆弱性評價需要兼顧區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)特征和社會經(jīng)濟特征。
杭州灣是我國濱海濕地集中分布的區(qū)域之一，也是城市化快速發(fā)展區(qū)域，開展杭州灣濕地脆弱性研究十分必要。目前該區(qū)域的已有研究多集中于利用遙感影像進行杭州灣灘涂資源動態(tài)變化和圍墾淤漲情況、濕地景觀格局變化和環(huán)境容量等方面[7~10]。由于缺乏區(qū)域尺度上的脆弱性評價，杭州灣濕地保護對策缺乏區(qū)域性差異[11]，或局限于微觀的濕地景觀設(shè)計[12]，從而使不同類型的濕地開發(fā)、保護和恢復措施缺乏針對性。為此，本文通過遙感數(shù)據(jù)解譯、野外調(diào)查和因素綜合分析方法，將杭州灣濕地按脆弱性程度劃分為高度、中等和輕度等區(qū)域，可為區(qū)域濕地管理提供決策依據(jù)。
2數(shù)據(jù)來源與研究方法
2.1研究區(qū)概況
研究區(qū)域為杭州灣地區(qū)，位于長江三角洲南翼，包括杭州市、嘉興市、湖州市、寧波市、紹興市和舟山市。杭州灣產(chǎn)業(yè)帶是經(jīng)濟快速發(fā)展地帶，國內(nèi)生產(chǎn)總值占浙江省的70%，所轄的蕭山、紹興等13個縣市均列全國社會經(jīng)濟綜合百強。從濕地來看，該區(qū)域為東西走向的喇叭形強潮河口灣，土壤類型以潮灘鹽土為主，濕地類型以淺海水域和潮間淤泥海灘為主，其它尚有潮間鹽水沼澤和巖石性海岸。
城市化和工業(yè)化和帶來濕地的建設(shè)占用、圍墾和污染的等嚴重問題。
2.2數(shù)據(jù)來源
使用的數(shù)據(jù)包括2000年、2005年4景LandsatTM/ETM+影像（P119/R39、P118/R39）。此外，輔助數(shù)據(jù)還包括杭州灣地區(qū)1∶5地形圖、水文地質(zhì)圖，2005年1∶5萬土地利用現(xiàn)狀圖、各市（縣）城市規(guī)劃圖以及生態(tài)建設(shè)規(guī)劃資料。
2.2.1濕地提取方法在ENVI4.3中，利用1∶5萬地形圖對遙感影像進行幾何精校正，均方誤差不超過1個像元。結(jié)合歷史資料和野外調(diào)查數(shù)據(jù)建立濕地的解釋標志，包括色調(diào)、灰度、斑塊形狀和紋理特征等。采用非監(jiān)督分類與分層分類相結(jié)合的方法，對4景影像進行圖像分類和濕地提取。在ENVI中進行精度檢驗，Kappa系數(shù)均在80%以上。最后，采用歸一化差異水體指數(shù)（MNDWI）對濕地和水體進行驗證和修改。MNDWI和密度分割方法可較好表征濕地類型的分布，其計算公式為[13]：MNDWI=（Green-MIR）/（Green+MIR）（1）式中Green代表綠光波段；MIR代表中紅外波段。
2.2.2濕地脆弱性評價方法
以地貌分異、濕地分布、社會經(jīng)濟、城市開發(fā)和濕地生境為依據(jù)，利用GIS的空間分析功能，結(jié)合專家知識以及各種濕地調(diào)查資料進行脆弱性評價。采用的評價指標和指標類型如表1所示，根據(jù)專家打分法確定每個因素的權(quán)重。
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其中，濕地動態(tài)變化采用地圖代數(shù)方法，地理空間因素影響采用緩沖區(qū)分析方法，濕地集中程度采用鄰域統(tǒng)計方法。
城市化和工業(yè)化水平分別用非農(nóng)業(yè)人口比例與人均GDP來衡量。用NDVI植被指數(shù)來衡量濕地生物量[14]，間接反映其生態(tài)環(huán)境功能，計算公式為：
NDVI=（NIR-RED）/（NIR+RED）（2）
式中RED和NIR分別為紅色波段和近紅外波段。
將定量指標進行極差標準化，公式為：
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（3）
在ArcGIS9.0中采用柵格疊置分析得到綜合分值，綜合分值越高，脆弱性程度越高。采用相對評價的方法，按照從低到高的順序，綜合分值為0～0.33的屬于輕度脆弱區(qū)，0.33～0.67屬于中等脆弱區(qū)，0.67～1.00為高度脆弱區(qū)。
3結(jié)果分析
3.1濕地脆弱性評價指標的特征
3.1.1自然地理因素濕地分布與自然地理環(huán)境的關(guān)系密切，依據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性，主要選擇杭州灣地形數(shù)據(jù)和水文地質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析。杭州灣西部和南部均為半山區(qū)和山區(qū)，平均海拔在1000m左右，是流域發(fā)源地和生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)。該地區(qū)以噴出巖和侵入巖為主，多斷層分布，富水程度較弱，濕地分布較少。余下的大部分地區(qū)屬于平原地貌，地勢平坦，海拔不超過10m，平均水網(wǎng)密度12.7km/km2，濕地分布較多。另外，除杭州－嘉興區(qū)域富水程度中等外，杭州灣其他地區(qū)富水條件較差，生態(tài)環(huán)境十分敏感（圖1）。因此，海拔高度較低以及富水條件較好的濕地脆弱性程度低。
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3.1.2濕地空間分布由于近代水動力和泥沙的作用，杭州灣海岸基本以淤泥質(zhì)海岸、基巖海岸和沙礫灘地貌為主，表現(xiàn)為河口沖積和島嶼堆積等主要類型[15]。2005年杭州灣各類濕地的分布格局如圖2所示。杭州灣和舟山市（港灣外）淺海水域和巖石性海岸、沙石海灘、潮間淤泥海岸、鹽水沼澤大多是國家級或省級重點保護濕地[16]。根據(jù)濕地保護原則，列入《濕地公約》、國家級及省級重點濕地和自然保護區(qū)的濕地，因其保護程度較好，其脆弱性相對較低。
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3.1.3濕地動態(tài)變化杭州灣濕地減少主要發(fā)生在城市周圍和海岸線附近，主要分布在杭州市區(qū)周圍、紹興市和嘉興市的平原地帶以及慈溪北岸。另一部分濕地減少主要是由于濕地轉(zhuǎn)為農(nóng)田所致，主要分布在慈溪和寧波市以及曹娥江入海口（圖3）。濕地減少主要是由于強人為干擾所致，因此受人為干擾強烈的濕地脆弱性高。杭州灣濕地增加數(shù)量較多，主要位于錢塘江和曹娥江河口的水陸交錯帶，以及余姚、慈溪和鎮(zhèn)海附近的淤泥海灘和鹽水沼澤處（圖4）。其原因在于杭州灣北岸人工填海和造田，以及南岸強烈淤積和人為因素影響（圍墾、工業(yè)造地）[8]。海涂圍墾造成沿岸線濕地生物量減少和密度降低、棲息環(huán)境破壞等嚴重后果。濱海濕地原則上不應作為農(nóng)地開發(fā)區(qū)，而應結(jié)合鳥類和水生植被加以重點保護。因此，圍墾形成的濕地脆弱性較高。
3.1.4社會經(jīng)濟指標人口增長、城市化和工業(yè)化無疑是濕地變化的重要誘因。杭州灣地區(qū)人口的劇增和工業(yè)化進程的加快，給濕地水域環(huán)境帶來了各種潛在威脅。城市開發(fā)和農(nóng)田建設(shè)使西溪濕地由上世紀中葉的6000hm2減少到目前的5000hm2。慈溪市120km2的省級開發(fā)區(qū)、上虞市的省級醫(yī)藥化工園區(qū)建設(shè)使灘涂沼澤濕地大量減少。杭州和寧波城郊的城市化水平（非農(nóng)人口的比例）在30%～70%以內(nèi)，城市空間沿江靠海不斷拓展，是濕地脆弱性較高的區(qū)域（圖4）。工業(yè)化水平（人均GDP）與工業(yè)用地的增長關(guān)系密切，蕭山、紹興、慈溪是工業(yè)集聚地帶，工業(yè)園區(qū)沿河流和灘涂布置，是濕地脆弱性較高的區(qū)域（圖5）。
3.1.5地理空間指標道路作為城市
生長的核心帶，具有明顯的基礎(chǔ)設(shè)施集聚效益，通過點－軸擴散機制的不均衡性來推進區(qū)域城市化進程，從而造成濕地等自然資源的減少。其中，高速公路大多避開濕地，而且具有封閉性，對濕地的影響較小。對于省級道路，沿兩側(cè)設(shè)定半徑為500m的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)外道路對濕地影響可以忽略。由圖6可知，落入道路緩沖區(qū)的濕地在紹興地區(qū)表現(xiàn)為峰值，杭州市其次。同樣利用城市建成區(qū)向外作緩沖區(qū)（圖7），可知受城市開發(fā)的影響，嘉興市區(qū)北部、紹興市區(qū)周圍、寧波市西南角、杭州市北部和西部的濕地脆弱性較高，距離大于5km則認為濕地脆弱性低。
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3.1.6生態(tài)環(huán)境指標根據(jù)浙江省濕地類型的劃分，潮間鹽水沼澤、草本沼澤等植被蓋度大于30%，紅樹林、森林沼澤的林木郁閉度較高[16]。濕地上較高的植被覆蓋帶來較高的水分蒸騰作用，有利于地表潛熱的交換，其生態(tài)價值比一般性河流、湖泊水體的價值高。從圖7可知，NDVI的高值在杭州市建成區(qū)北部、紹興市曹娥江河口集聚。此外，NDVI較高的值大多分布在濕地邊緣，在遙感影像上表現(xiàn)為水體和植被的混合像元。景觀生態(tài)學認為這些岸邊植被緩沖帶對隔離農(nóng)田污染、保護水生生物棲息環(huán)境具有重要的價值。因此，NDVI的高值區(qū)對應濕地脆弱性低的區(qū)域。
3.2濕地脆弱性評價的結(jié)果
結(jié)合以上的分析，經(jīng)GIS柵格疊加分析，生成濕地脆弱性評價結(jié)果（圖8、表2）。輕度脆弱區(qū)面積較多，分別對應于海岸濕地和河口濕地類型，空間分布多集中在沿錢塘江入海處、曹娥江口、杭州灣南岸淤積區(qū)。中度脆弱區(qū)主要為河口灣濕地生態(tài)系統(tǒng)、河口魚類及濕地水鳥棲息地，主要干擾和威脅來自河口水質(zhì)污染、過度圍墾和捕撈。高度脆弱區(qū)主要為平原水網(wǎng)和湖蕩，大多分布在城市附近和海岸線上，主要干擾來自建設(shè)占用、圍墾和水質(zhì)污染。由表2可知，寧波市和杭州市是快速城市化導致濕地脆弱性較高的地區(qū)。
3.3濕地脆弱區(qū)的保護措施
（1）輕度脆弱區(qū)。遵循生態(tài)優(yōu)先、最小干預的原則，以保護濕地的生物多樣性和棲息環(huán)境為主。具體保護措施為：維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的基本功能和資源的再生能力；保護濕地水資源，生物通道及繁殖區(qū)、棲息地；保護重點植物及野生保護動物、水生生物及其棲息環(huán)境，防止過度采伐和捕撈。
（2）中等脆弱區(qū)。濕地資源具有一定的脆弱性，保護措施包括：對已經(jīng)受到干擾而退化的濕地生態(tài)系統(tǒng)，應采取措施進行修復或重建；禁止建設(shè)污染環(huán)境、破壞資源或者景觀的生產(chǎn)設(shè)施；禁止在濕地保護區(qū)傾倒廢水或廢棄物。
（3）高度脆弱區(qū)。濕地資源生態(tài)服務(wù)功能較弱，開發(fā)和破壞風險高，保護措施為：有關(guān)管理部門應當定期對濕地進行監(jiān)測和評價；開發(fā)建設(shè)必須占用或者征用濕地的，須經(jīng)有關(guān)部門審核同意，依法進行環(huán)境影響評價；實行濕地占補平衡制度，用地單位應繳納補償費，在適當?shù)膮^(qū)域恢復與被占用濕地同等面積和功能的濕地。
4結(jié)論
（1）濕地類型的復雜性和多樣性，給濕地調(diào)查和保護造成了困難，僅依靠傳統(tǒng)的地面調(diào)查方法顯然難以勝任。利用遙感和GIS手段，可從區(qū)域尺度對杭州灣的濕地進行脆弱性評價，明確其空間分布和潛在威脅，從而為政策決策提供依據(jù)，也可為其他流域的濕地分類提供參考。
（2）杭州灣濕地分類的指標體系包括自然地理因素、濕地空間分布、濕地動態(tài)變化、社會經(jīng)濟指標、地理空間指標和生態(tài)環(huán)境等多個方面。在快速城市化背景下，可結(jié)合地形、水文地質(zhì)、植被指數(shù)等自然因素和城市化、工業(yè)化等社會經(jīng)濟因素，從定性和定量相結(jié)合的角度評價濕地的脆弱性。由于區(qū)域尺度的制約，濕地生物多樣性等生態(tài)環(huán)境指標難以獲取，有待于深入研究。
（3）把杭州灣濕地劃分為高度脆弱區(qū)、中等脆弱區(qū)和輕度脆弱區(qū)3種類型，其面積分別為133.95km2、290.38km2、862.73km2。杭州市和寧波市處于高度脆弱區(qū)的濕地最多。指標權(quán)重及劃分標準等方面的差異，可能會導致計算結(jié)果的偏差，但濕地脆弱性分類對制定濕地保護措施較有價值。
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