城市化对区域湿地格局和典型生态功能的影响

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随着城市化进程加快,湿地面临面积逐渐萎缩、污染加剧、生物多样性下降和景观破碎化加剧等威胁,湿地功能不断退化。在城市化进程中合理开发与保护湿地是生态环境建设与保护的重要内容,对于实现城市化与生态保护的和谐发展具有重要的现实意义。未来城市化引起的城市用地扩张和城市设备的完善将是严重威胁到不同区域不同类型的湿地。本文选择两类城市化发展模式的典型区域——城市高密度、集群式发展的珠江河口和城市低密度、分散式发展云南山区,从城市化引发的湿地格局变化入手,对城市各类活动胁迫下湿地格局和生态功能进行系统、整体性的定量化研究,探讨湿地空间格局演变规律、典型生态功能的变化、以及湿地空间格局与主导生态功能的相互关系,揭示湿地功能退化的城市驱动机制,并划分湿地功能分区,制定合理的调控策略。本研究分为五个部分:   ⑴研究了近三十年珠江河口区域湿地的格局演变特征及城市用地对其变化的驱动作用。1979年到2009年,湿地总面积净减少原来的三分之一(12383 km2),所占区域面积比例也由53.36%降低到38.91%。在分析湿地转移的过程中发现,自然湿地→人工湿地→城市用地的转移趋势明显,城市用地的扩张导致珠江河口湿地面积减小的直接且主要的途径。而城市化过程大大加剧了各类湿地的转移活动,总转移指数TTI远远大于净转移指数NTI,可以城市化驱动河口湿地面积变化的一个重要表现。同时,根据基于河流和景观网络的分析方法,利用各类湿地的矢量数据,河流湿地—廊道(线);湖泊、水库和滩涂湿地—斑块(面);各种河流湿地交汇处(结点),创造性的构建了的湿地网络。从1979年到2009年,倒V型、井型、主干型和规则河涌型网络的四类河流廊道指数Dr,β,γ,α都呈现不同程度的下降趋势,表明河流廊道的长度、连通性、复杂性和可连接程度都在降低,珠江河口区湿地网络中河流湿地存在着由倒V型廊道→井型廊道→主干型廊道演变的趋势。这是城市化对河口湿地格局影响的另一个重要表现。   ⑵研究了近三十年珠江河口区域湿地的水质净化功能的变化趋势和城市化驱动机制。结合由珠江河口的水质时空分布规律可知,近三十年珠江河口的水质呈现污染严重趋势,明显的富营养化和有机污染。空间尺度上,广州片区的水质污染最为严重,其次是东江片区。珠江河口湿地网络结构指数Dr,β,γ,α与净水功能密切相关,良好的廊道连通度以及斑块临近度是网络净水功能发挥的重要基础条件。河口湿地格局的变化直接影响区域湿地系统的水质净化能力,随着城市用地日益紧张,这种影响将是不可逆的。区域湿地的水质净化能力与河流廊道结构的空间变化具有相似性,区域湿地水质的净化能力与城市化水平之间呈逆向关系;区域湿地的水质净化能力受到湿地空间结构和城市用地的共同影响。要提高区域湿地网络水质净化能力,不仅要增加河流的长度还要考虑到河道的复杂性和连通性,同时对于区域内的水库和水田也要统筹考虑,还要注意保护和恢复良好的河网水系结构,保护河流自然的等级发育规律。   ⑶研究了近三十年云南山区湿地的格局演变特征及城市用地对其变化的驱动作用。云南湿地具有分布广泛,生态地位重要,但是面积比例低的特点;同时云南山区城市化水平低,城市扩张缓慢,公路的建设与城市发展紧密相关,完善公路建设是城市化发展的基础,是城镇体系形成的重要标志。云南山区城市用地与公路密度可以回归成公式Y=1.6904x+0.2943,且R2=0.9709,线性回归的R2接近1说明这种关系强烈且明显。说明山区公路建设不仅是城市化的主要活动之一,而且可以代表山区城市化的进程。山区公路建设既是城市扩展的基础条件,又是城市化影响湿地的主要途径。通过公路建设对湿地格局的驱动分析发现,随着公路的持续发展,公路缓冲区(2000m)内的的湿地密度由0.10 km-1降到0.06 km-1,减少程度接近原来的一半。缓冲区内自然湿地和人工湿地的斑块密度和边缘密度呈现增加趋势,且增加趋势明显,说明自然湿地和人工湿地都在逐渐破碎化及面积萎缩。缓冲区内自然湿地斑块形状指数和分维数呈现明显的减小趋势,说明自然湿地斑块趋向于规则,斑块形状趋向于简单。   ⑷研究了云南山区区域湿地的维持生物多样性功能的变化趋势和城市化驱动机制。山区公路建设对湿地面积及格局的影响,进而影响生物多样性。公路建设作为山区城市化的代表活动,对区域湿地的维持生物多样性的功能有不利的影响,在公路影响域内,公路建设活动主要影响湖泊、水库和沼泽类的单块状湿地,而且使湿地生态系统的生物多样性降低。本研究采用湿地面积表征生态功能的方法进行分析讨论,为公路建设对湿地生物多样性保持功能的定量化研究找出一种简捷而又有效的计算方法,植被Shannon多样性指数与湿地面积多项式exp(S2)近似成正比,基本符合高斯回归模式。   ⑸在正确识别城市化影响下湿地保护中存在的众多问题的基础上,从保护湿地、发挥湿地生态功能、合理利用湿地资源和科学管理湿地的角度出发,在科学的原则和方法指导下进行区域湿地生态功能区划,制定根据各生态功能区的特点制定相应的保护与修复对策。将珠江河口划分为两个一级功能区,六个二级功能区域,云南山区划分为两个一级功能区和五个二级功能区,分别根据其主导湿地功能制定了保护对策。
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