李雙躍,張書(shū)震

(1.天津農(nóng)學(xué)院園藝系,天津 300384;2.天津遠(yuǎn)成建設(shè)發(fā)展有限公司,天津 300074)

作為“地球之腎”的濕地與海洋、森林并稱為三大生態(tài)系統(tǒng);在地球各種系統(tǒng)中,三大生態(tài)系統(tǒng)均呈現(xiàn)出生物多樣性最豐富、生產(chǎn)能力最高的特點(diǎn)。濕地所提供的服務(wù)包括供給、調(diào)節(jié)、文化和支持等四個(gè)方面。[1]目前,濕地景觀正普遍經(jīng)受著大規(guī)模城市化的威脅,濕地的面積受到人類的嚴(yán)重干擾,濕地的生態(tài)功能嚴(yán)重受損。濕地生態(tài)環(huán)境的脆弱狀況和繼續(xù)惡化的趨勢(shì),必然給經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)極大危害,嚴(yán)重影響可持續(xù)發(fā)展。[2]近年來(lái),由于城市化過(guò)程中的不合理規(guī)劃和建設(shè),天津地區(qū)的濕地受污染情況愈來(lái)愈嚴(yán)重,濕地景觀的生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)服務(wù)功能大大降低,并且這種趨勢(shì)的扭轉(zhuǎn)難度很大,往往不可逆轉(zhuǎn)。因此,本文以天津市濱海新區(qū)的濕地景觀為研究對(duì)象,從土地利用、土地類型變化及濕地景觀格局變化等方面,通過(guò)濕地景觀格局動(dòng)態(tài)變化的一般規(guī)律,來(lái)預(yù)測(cè)天津市濕地景觀的空間結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì),為濕地景觀保護(hù)和恢復(fù)提供理論依據(jù),為天津乃至全國(guó)濕地景觀的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)選擇

1.1 地理位置

本研究對(duì)象天津市位于北緯 38°34′～40°15′,東經(jīng) 116°43′～118°04′之間 ,地處華北平原東北部、海河流域下游 ,東鄰唐山,北接承德,西、南分別與廊坊、滄州地區(qū)接壤。[3]

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

相關(guān)數(shù)據(jù)共有兩類:①TM數(shù)據(jù),時(shí)間分別為1999年5月、2003年5月以及2007年5月;②包括城市總規(guī)文件(2005年～2020年)、區(qū)劃圖、地形圖以及氣象、地貌、交通等相關(guān)的文獻(xiàn)和圖件。土地利用情況是通過(guò)野外調(diào)查、拍照記錄的方式進(jìn)行的(2009年～2010年),最后進(jìn)一步歸納整理,進(jìn)而方便下一步對(duì)于采集數(shù)據(jù)的分析。[4]

2 天津市濕地景觀格局變化研究

2.1 濕地景觀格局變化

1999年～2007年期間,天津市土地格局呈現(xiàn)出不同特征的變化規(guī)律,見(jiàn)圖1。從1999年～2007年,城鎮(zhèn)用地面積上升趨勢(shì)較快,由 1 684.13 km2上升至1 909.70 km2,上升了 1.82%;而耕地的面積,呈現(xiàn)較快的下降趨勢(shì),耕地面積由 7 224.33 km2下降到 6 813.46 km2,下降了 3.31%;由于草地、林地本身面積就比較少,因此,土地利用對(duì)于它們的影響并不是很顯著;從整個(gè)格局變化來(lái)看,未利用地的面積正逐年減少,由 1999年的 115.24 km2下降到2007年的77.66 km2,下降了 0.3%;與此同時(shí),鹽田的利用面積也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì),由 1999年的1 108.85 km2上升到 2007年的1 365.84 km2,上升了2.07個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 1999年～2007年天津市土地利用類型變化統(tǒng)計(jì)圖

此外,通過(guò)對(duì)1999年～2007年期間天津濕地的調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析,其綜合變化趨勢(shì)和狀態(tài)指數(shù)為 0.29～0.37,這說(shuō)明該區(qū)域范圍內(nèi)相關(guān)濕地類型有較高的雙向轉(zhuǎn)換頻率。[5]湖泊、灘涂、鹽田、水庫(kù)等單一濕地類型的變化狀態(tài)指數(shù)較大,鹽田、水田以及養(yǎng)殖區(qū)的規(guī)模逐漸變大,而湖泊、灘涂、水庫(kù)、沼澤、坑塘等的規(guī)模則逐年變小。

2.2 驅(qū)動(dòng)力分析

影響天津市濕地景觀格局變化的因素很多,如城市化進(jìn)程、政府決策以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等,本文選取幾個(gè)比較重要的因素予以分析。根據(jù)天津市當(dāng)前城市發(fā)展的實(shí)際情況,對(duì)一些指標(biāo)進(jìn)行了歸納和組合。在這些影響因素中,選擇能夠進(jìn)行具體量化的指標(biāo)作為研究因素。這些因素分為 3類,即自然因子、經(jīng)濟(jì)因子以及社會(huì)因子,每一類又分為20個(gè)變量指標(biāo),如自然因子分為風(fēng)力、土壤的酸堿度、含鹽量、氣溫、降雨量等;經(jīng)濟(jì)因子分為 GDP、投入、產(chǎn)出、物質(zhì)的豐富度等;社會(huì)因子分為政策、人口、社會(huì)活動(dòng)、教育等來(lái)建立驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)體系。其計(jì)算公式為:

式中:Zi為第i個(gè)數(shù)據(jù)值的 Z分?jǐn)?shù);X為數(shù)據(jù)平均數(shù);S為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差。

通過(guò)上面的分析,筆者認(rèn)為影響天津市濕地景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)力為:人口增長(zhǎng)、政策制度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等。從整體分析結(jié)果來(lái)看,濕地景觀格局受到全球氣候變化影響較為顯著,尤其是降水和氣溫等因素的影響。由于城市化進(jìn)程的加快,原有的城市規(guī)模已不能滿足越來(lái)越多市民的工作和生活需求,解決的辦法只能是城市的向外擴(kuò)張,這樣會(huì)使耕地、林地、濕地的面積減少,城鎮(zhèn)用地面積上升;同時(shí)在土地使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)過(guò)度開(kāi)墾的威脅,從而使?jié)竦氐挠行娣e銳減,導(dǎo)致脆弱的濕地生態(tài)環(huán)境破壞;從另一個(gè)層面而言,科技的進(jìn)步可提高農(nóng)業(yè)技術(shù)水平,使得濕地景觀的壓力得到部分的減輕,將有益于整個(gè)濕地景觀格局的穩(wěn)定。[6]

2.3 水禽生存環(huán)境受到的影響

濕地水禽的生存環(huán)境是一種特殊地理區(qū)域,這種區(qū)域由一定面積的開(kāi)闊水域和一定面積的淺水區(qū)(有一定植被覆蓋)組成,這些區(qū)域能夠提供給水禽必須的場(chǎng)所,如安全隱蔽的場(chǎng)所,以及必須的食物等等。濕地水禽對(duì)濕地類型的選擇,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),就是濕地本身能夠具有水禽所需要的食物、水分、隱蔽物以及人為干擾等因素。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),隨著鹽田、養(yǎng)殖等沿海灘涂面積的增加,有益于游禽生存環(huán)境的深積水區(qū)的斑塊數(shù)量逐年增加;而不利于涉禽、行鳥(niǎo)鷸類等的淺水區(qū)面積則逐年減少。

3 基于 CA-Markov模型的天津市濕地景觀預(yù)測(cè)

3.1 CA-Markov模型

CA-Markov模型是綜合CA模型與 Markov模型兩者特色的一種模型,該模型不但可以精確地預(yù)測(cè)到試驗(yàn)數(shù)據(jù)中較小的變化,同時(shí)對(duì)于空間中的變化表現(xiàn)得也較為直觀,很適合本實(shí)驗(yàn)研究濕地格局的變化、時(shí)空動(dòng)態(tài)演化。在應(yīng)用 CA-Markov模型分析濕地景觀格局變化時(shí),筆者以2007年的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè) 2015年、2023年的濕地景觀,時(shí)間間隔為8年。

3.2 天津市2015年、2023年濕地景觀預(yù)測(cè)及分析

以2007年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),筆者對(duì)未來(lái)的2015年和2023年天津市濕地景觀格局進(jìn)行預(yù)測(cè),得出相關(guān)結(jié)果 (見(jiàn)圖2)。

從圖2可知,從 2007年～2015年或 2013年,天津市濕地隨著時(shí)間的往后推移,整體面積呈現(xiàn)先增加,然后在某個(gè)時(shí)間段會(huì)減少的情況。這主要說(shuō)明,天津市濕地面積一直處于一種動(dòng)態(tài)的演化過(guò)程,總體流程和趨向表現(xiàn)為:天然濕地→人工濕地→農(nóng)田和旱地→城鎮(zhèn)和工業(yè)用地。天然濕地向人工濕地轉(zhuǎn)變的速度基本不變,而人工濕地向其他類型地塊轉(zhuǎn)變的速度則表現(xiàn)為先慢后快的趨勢(shì)。從變化類別上來(lái)看,隨著相關(guān)因素的影響,天津市濕地面積會(huì)逐漸減少,河流、湖泊、鹽田等的面積會(huì)逐漸增多。這主要是因?yàn)槌鞘械臄U(kuò)張建設(shè)、企業(yè)的擴(kuò)建等人類活動(dòng)加速了泥沙入海淤積,導(dǎo)致河流及河口水域面積的增加,低洼地、灘涂、坑塘以及沼澤等面積的迅速減少。這種現(xiàn)象說(shuō)明,隨著時(shí)間的推移,天津市濕地景觀的格局會(huì)進(jìn)一步朝著不利于自然生態(tài)的方向發(fā)展。

圖2 2007年,2015年和2023年天津市各類型濕地面

4 生態(tài)視野下的天津市濕地景觀恢復(fù)路徑研究——以濱海新區(qū)為例

濕地恢復(fù)是指通過(guò)生態(tài)工程或生態(tài)技術(shù)對(duì)退化或消失的濕地進(jìn)行修復(fù)或重建,再現(xiàn)干擾前的結(jié)構(gòu)和功能,以及相關(guān)的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性,使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。[7]一般來(lái)說(shuō),不同的濕地景觀有不同的恢復(fù)或修復(fù)路徑,本文將以天津市濱海新區(qū)的濕地景觀為例,具體談一下恢復(fù)策略。

4.1 濱海新區(qū)濕地景觀保護(hù)規(guī)劃的意義

天津市濱海新 區(qū)位于北緯 38°40′～39°00′,東經(jīng) 117°20′～118°00′,地處天津市中心城區(qū)的東面 ,海河流域下游,河北省豐南縣毗鄰于其北側(cè)(詳見(jiàn)圖3)。濱海新區(qū)屬于濱海沖擊平原,該地成為陸地的時(shí)間還不長(zhǎng),濕地資源豐富,有眾多的湖泊、河流和灘涂,總面積占天津濕地總面積的 50%以上。目前,已建設(shè)的天津市濕地保護(hù)區(qū)有天津古海岸與濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)以及北大港濕地保護(hù)區(qū)等。保護(hù)區(qū)的建設(shè)對(duì)于天津市濕地景觀和生物多樣性的保護(hù)具有重要的實(shí)踐意義。然而,根據(jù)天津市濕地的發(fā)展現(xiàn)狀以及1999年～2007年的變化趨勢(shì)表明:天津市濱海新區(qū)的濕地景觀正在發(fā)生著變化,其主要的變化特征表現(xiàn)為:自然濕地和農(nóng)用地逐漸減少,鹽田、養(yǎng)殖區(qū)以及建設(shè)用地面積明顯增加。這些變化直接導(dǎo)致了天津市部分濕地的消失。

圖3 濱海新區(qū)區(qū)位圖

4.2 濱海新區(qū)濕地景觀保護(hù)規(guī)劃的原則

針對(duì)當(dāng)前濱海新區(qū)濕地景觀現(xiàn)狀,結(jié)合相關(guān)分析,筆者提出以下 4個(gè)方面的保護(hù)原則:①可持續(xù)性原則。濕地景觀的保護(hù)規(guī)劃要以可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善為目標(biāo),結(jié)合其自然特征、城市化進(jìn)程、經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征以及濕地景觀演變規(guī)律等提出具有觀瞻性的保護(hù)規(guī)劃方案。②自然優(yōu)先原則。濕地景觀生態(tài)過(guò)程、功能的維持和濕地景觀資源的維護(hù),是確?？沙掷m(xù)發(fā)展的前提,通過(guò)景觀格局的優(yōu)化,使?jié)竦卣w景觀功能最優(yōu),達(dá)到人與自然過(guò)程的協(xié)同發(fā)展。③整體性原則。作為一種過(guò)渡地帶,濕地景觀無(wú)論是從時(shí)間上和空間上的變化,還是結(jié)構(gòu)和功能的相互依賴,都決定了濕地是一個(gè)具有一定機(jī)構(gòu)和功能的整體。因而,在對(duì)其進(jìn)行保護(hù)規(guī)劃時(shí),要從濕地生態(tài)系統(tǒng)的整體出發(fā),對(duì)景觀格局進(jìn)行分析,合理地降低人類活動(dòng)的干擾,維護(hù)濕地景觀生態(tài)的完整性。④綜合性原則。由于濕地景觀保護(hù)規(guī)劃涉及專業(yè)多,程序較為復(fù)雜,因而,在具體操作中,要會(huì)集不同專業(yè)的相關(guān)專家學(xué)者通力合作,達(dá)到既定目的。

4.3 濱海新區(qū)濕地景觀保護(hù)規(guī)劃和恢復(fù)路徑

4.3.1 建立基礎(chǔ)框架:以河流和貝殼堤為基礎(chǔ)

濱海新區(qū)隸屬海河水系。海河水系由薊運(yùn)河、永定河、北運(yùn)河、子牙河、大清河和南運(yùn)河等組成。對(duì)于濱海新區(qū)的濕地景觀的保護(hù)。筆者認(rèn)為,以海河干流為軸,在濱海新區(qū)南北兩側(cè)可形成兩大濕地生態(tài)系統(tǒng):南側(cè)是由獨(dú)流堿河為核心,連通靜海團(tuán)泊洼——北大港——鴨淀水庫(kù)——八里臺(tái)水庫(kù)等濕地景觀生態(tài)系統(tǒng),該系統(tǒng)建有團(tuán)泊洼鳥(niǎo)類自然保護(hù)區(qū)和北大港濕地自然景觀保護(hù)區(qū);北側(cè)溝通大黃堡——七里?！S港自然濕地景觀區(qū),以及薊運(yùn)河和水庫(kù)周邊的大量坑塘濕地 (見(jiàn)圖4)。

圖4 濱海新區(qū)濕地景觀保護(hù)結(jié)構(gòu)

4.3.2 防污建綠,生態(tài)修復(fù)河道和濕地

對(duì)于河道的生態(tài)修復(fù),要以恢復(fù)其生態(tài)走廊的功能為目標(biāo),加強(qiáng)自然生態(tài)的修復(fù)和污染物的清理,實(shí)現(xiàn)其綠色的生態(tài)廊道功能。在治理時(shí),不僅要在沿河兩岸尋找污染源,并將污染源與河流之間的通道切斷,還要減少非點(diǎn)源污染。[8]通過(guò)對(duì)河流現(xiàn)狀及歷史變遷的了解,有的放矢地對(duì)其自然形態(tài)的修復(fù),進(jìn)而發(fā)揮其生態(tài)保護(hù)、環(huán)境教育以及休閑游憩等功能。

圖5 河岸的生態(tài)恢復(fù)

對(duì)于河流的自然彎曲、淺灘和深潭進(jìn)行恢復(fù)時(shí),要把淺灘和深潭的恢復(fù)作為重點(diǎn)進(jìn)行處理,在具體設(shè)計(jì)或施工中,盡量使每一個(gè)彎道都含有一個(gè)淺灘和一個(gè)深潭,然后按照淺灘-深潭的序列依次出現(xiàn),其間距為下游河道寬度的 5倍～7倍為宜。[9]而淺灘和深潭的位置、形狀、大小要根據(jù)河流的形態(tài)而定,通常河道彎曲處的寬度應(yīng)該比淺灘處的要寬些。

河岸的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)要求盡量保持自然的排水模式;優(yōu)先考慮使用植物材料,或者植物材料+硬質(zhì)材料(見(jiàn)圖5);此外要避免使用建筑材料覆蓋表面。

4.3.3 實(shí)施多種舉措,應(yīng)對(duì)水資源不足

當(dāng)前,由于氣候的變化和水資源的濫用,全球性的水資源不足已成為一個(gè)大問(wèn)題。我國(guó)的北方地區(qū)水資源虧缺更為突出。對(duì)于天津濕地景觀的退化而言,水資源不足是其直接的誘因。因此,從海水淡化、雨污水的循環(huán)利用及實(shí)行跨區(qū)域調(diào)水等方面加大科研和實(shí)施力度,以應(yīng)對(duì)天津市乃至全國(guó)水資源不足這一瓶頸[10],來(lái)解決濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題。

4.3.4 恢復(fù)濕地植被,發(fā)揮生態(tài)、景觀功能

對(duì)于濱海新區(qū)濕地植被的恢復(fù),要掌握“適地適樹(shù)”的原則。首先,要調(diào)研濱海新區(qū)濕地相關(guān)自然因子的特性,如氣候、溫度、土壤、水文、鹽堿度等;然后依據(jù)植物的生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)特性進(jìn)行植物群落的設(shè)計(jì)和相應(yīng)空間的營(yíng)造。在具體設(shè)計(jì)時(shí),依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)和美學(xué)原理,以生態(tài)性、系統(tǒng)性、地域性、低碳性、可持續(xù)性為原則,模擬自然生態(tài)群落,保護(hù)生物多樣性,增加景觀異質(zhì)性,強(qiáng)調(diào)景觀個(gè)性,促進(jìn)自然循環(huán),構(gòu)建綠色的濕地景觀走廊,實(shí)現(xiàn)濕地景觀的可持續(xù)發(fā)展。例如:天津市濱海新區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃中將東麗湖定為濱海新區(qū)的生態(tài)旅游度假區(qū),其植被恢復(fù)策略包括保留一部分現(xiàn)有水稻田 /魚(yú)塘系統(tǒng),建設(shè)鳥(niǎo)島和鳥(niǎo)類觀賞活動(dòng)中心及營(yíng)建水生植物群落和動(dòng)物棲息地等。[7]

4.3.5 濕地水禽棲息地恢復(fù)策略

在濕地水禽棲息地恢復(fù)策略的研究過(guò)程中,首先要對(duì)水禽的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、習(xí)性以及其它特點(diǎn)要有充分的了解和把握;其次還要了解濱海新區(qū)濕地景觀格局變化對(duì)水禽棲息地的影響;再次根據(jù)濱海新區(qū)具體的濕地景觀格局提出水禽保護(hù)和生存環(huán)境調(diào)整等方面改進(jìn)措施。如從濱海新區(qū)不同季節(jié)水禽的優(yōu)勢(shì)群落不同,可對(duì)濕地生存環(huán)境要素進(jìn)行調(diào)控和人為干預(yù),春秋季節(jié)在不破壞濕地整體生態(tài)安全的前提下,適當(dāng)調(diào)低水位,露出大批淺水光灘,并保留一定魚(yú)類和底棲生物數(shù)量,為涉禽提供充足食物等等。[11]

4.3.6 完善法律法規(guī),為生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)

濕地景觀對(duì)于我國(guó)而言還是一個(gè)較新的專業(yè),還沒(méi)有形成一套完整的學(xué)科體系。對(duì)于濕地景觀來(lái)說(shuō),亟待國(guó)家有關(guān)部門(mén)和地方政府出臺(tái)相關(guān)的法律法規(guī),對(duì)于濕地景觀的保護(hù)和恢復(fù)提供法律層面的支持;通過(guò)成立專門(mén)的濕地保護(hù)管理機(jī)構(gòu)和濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),對(duì)濕地景觀的主要影響因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察,掌握其演化或退化過(guò)程,及時(shí)制定濕地景觀的恢復(fù)與重建策略。

5 結(jié) 語(yǔ)

總之,作為環(huán)渤海濱海濕地的重要組成部分,天津市在濕地斑塊尺度、景觀尺度、濕地水禽區(qū)等方面的研究工作才剛剛開(kāi)始。由于水平、時(shí)間有限,筆者的研究還不夠深入,如對(duì)于濕地景觀物質(zhì)能量的流動(dòng)、濕地景觀變化對(duì)水禽棲息地的闊值的影響等,仍需要進(jìn)一步深入探討。

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