环境工程专业毕业论文黄淮海地区跨流域湿地系统保护规划研究.doc

北京师范大学学位论文原创性声明北京师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京师范大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京师范大学。学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布 学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位 论文。 （保密的学位论文在解密后遵守此规定） 保密论文注释：本学位论文属于保密在 年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 学位论文全文电子版同意提交后：一年 二年在校园网上发布，供校内师生浏 览。 本人签名： 日期： 导师签名： 日期： I 黄淮海地区跨流域湿地系统保护黄淮海地区跨流域湿地系统保护规划研究规划研究 摘摘 要要 黄淮海地区以滨海湿地、湖泊湿地、河流湿地、淡水沼泽为代表的湿地类型丰富， 具有其区域独特性和不可替代性。但近半个世纪以来，该区域高强度人类活动导致了湿 地系统的大规模、持续性破坏，湿地退化趋势显著，为有效保护该区域湿地及其生物多 样性资源，须在对现有湿地保护体系评估基础上构建高效的湿地系统保护体系。本研究 以黄淮海地区湿地系统为研究对象，利用系统保护规划方法来构建跨流域湿地系统保护 优化体系。研究中以集水区为保护规划单元，综合考虑河流湿地生态系统、非河流湿地 生态系统、保护物种分布、地下含水层、跨流域调水工程、已有湿地保护信息和路网、 居民分布、水坝等社会经济因素，以 3D 连接性为原则（横向连接性、纵向连接性和垂向 连接性） ，在湿地现状评估基础上，运用系统保护规划的理论和方法，利用 Marxan 空间 优化模型，基于多预案分析，进行湿地系统保护体系优化分析，并提出黄淮海地区跨流 域湿地保护体系宏观调整策略。主要研究内容和研究结论如下： （1）利用 Arc Hydro 工具，基于 90 m 分辨率 DEM 数据和 1:25 万全国水系图，通过 敏感性分析，提取了流域信息，包括划分集水区和提取河网信息。最终得到 3194 个集水 区，平均面积为 152 km2，以及 3194 条河网，总长度为 48951.33 km。 （2）对于湿地系统，本研究首先将其分为河流湿地生态系统和非河流湿地生态系统， 然后综合基于 DEM 得到的河网信息、地貌类型和流域单元建立了河流湿地生态系统分类 方案，再基于多源湿地空间数据和区域特色，划分了非河流湿地生态系统类型；作为对 粗筛策略的补充，本研究选取了被列为 IUCN 红色名录的水鸟作为保护物种；为进行 3D 连接性的保护规划，本研究还考虑了地下水的分布；最后，将体现区域特色的跨流域调 水工程也作为保护对象纳入保护规划。最终，本研究选取 23 种河流湿地生态系统类型、 8 种非河流湿地生态系统类型、16 中 IUCN 红色名录鸟类、5 个可利用地下水分布区，以 及跨流域调水工程作为保护对象。 （3）使用能反映人类干扰的社会经济空间数据来计算每个集水区的保护代价指数， 选取公路、铁路、城镇、农村居民点和水坝作为计算保护代价的间接因子，首先将每个 因子的度量标准化到 0-1 之间，然后乘以权重系数，再相加，最后用保护区覆盖面积来调 整，即得每个集水区的保护代价指数。 （4）黄淮海地区库塘、养殖/盐田、湖泊湿地和河流湿地为主要湿地类型，滨海湿地、 淡水沼泽和泛洪湿地面积较少。但是淡水沼泽湿地、滨海滩涂和滨海沼泽的受保护比重 相对较高，分别为 61.85%、55.52%和 52.35%；而河流湿地、洪泛湿地、其他滨海湿地受 II 保护比重相对较少。总体而言，整个黄淮海地区湿地保护比例不是很高（约 20%） ，尚有 许多重要湿地游离于保护区系统之外，可能遭受着人类活动的影响，所以现有湿地保护 区系统尚不完善，需进一步优化。 （5）通过综合对比基于 2D 连接性和基于 3D 连接性的保护方案，得出基于 3D 连接 性的保护方案的效率要比基于 2D 连接性的高。再将基于 3D 连接性与基于跨流域调水工 程的湿地系统保护方案综合，得出跨流域湿地系统保护优化体系。依据不可替代性值和 连接性原则，确定了湿地系统保护空缺，并将其分为优先保护空缺和一般保护空缺。最 后同已有保护体系的综合对比来评估优化保护体系的效用，发现黄淮海地区湿地系统保 护体系经过优化后，湿地保护状况整体上有较大改观，其中所有湿地类型受保护比重由 现在的 20%左右增长到 46.83%，而其他湿地类型也都有不同程度的增幅，优化体系中受 保护比重大多都在 40%以上。另外还得出，无论是从近期还是长远来看，湖泊湿地保护 都应给予较多的关注。 （6）将湿地保护优化体系具体到县域单元，提出了黄淮海地区跨流域湿地保护体系 宏观布局调整策略，共涉及 50 个县（市） 。从优先性角度分析，16 个县（市）内的 13 个 已有湿地保护区需要优先进行调整，12 个县（市）需要优先新建湿地保护区；在此之后， 4 个县（市）内的 4 个已有湿地保护区则可进行调整，18 个县（市）需要新建湿地保护 区。另外还得出，近期部分已有湿地保护区的调整是黄淮海地区湿地系统保护的重点， 同时适当新建部分湿地保护区；而未来长远时期内，建立新的湿地保护区则是黄淮海地 区湿地系统保护的关注方向。 关键词：关键词：黄海海地区，跨流域，湿地系统，系统保护规划，不可替代性，连接性， 保护空缺，湿地系统保护优化体系 III The wetlands system interbasin conservation planning for biodiversity in HuangHuaiHai Region, China ABSTRACT With vast area of wetlands (coastal wetlands, rivers, lakes, freshwater marsh and other typical wetlands) and rich biodiversity (especially water-birds), HuangHuaiHai Region (HHHR) has its uniqueness and irreplaceability at local, regional and global scales. HHHR not only provides huge suitable habitats for various wildlives, but also plays very import role in providing great ecosystem service for local people. However, due to intensive human activities in HHHR during the half past century, wetlands have long been suffering from large-scale destruction and increasing degradation. Therefore, its essential to develop an optimized wetlands conservation system based on existing reserve system evaluation to protect wetlands resources. In order to optimize wetlands reserve system effectively, taking catchments as planning units, we took an overall consideration of biological information, such as riverine wetlands ecosystem, non- riverine wetlands ecosystem, target species distribution, groundwater, Interbasin Water Transfer Project, the existing reserves, and socio-economic factors, such as road nets, settlements, dams, based on 3 dimension connectivity(Lateral Connectivity, Longitudinal Connectivity and Vertical Connectivity), we compared wetlands conservation scenarios to confirm the optimized planning and integrated with the existing reserve system to develop the interbasin optimized wetlands conservation system by using the theory and methodology of Systematic Conservation Planning (SCP) and Marxan space-optimized software, and then we proposed how to adjust the interbasin wetlands conservation system on the whole. The main contents and conclusions are as follows: (1) Based on DEM with a resolution of 90 meters and 1:250000 river system, we conducted sensitivity analysis to extract basin information by using Arc Hydro Tools, getting 3194 catchments (with an average of 152 km2), and 3194 rivers accordingly (with a total length of 48951.33 km). (2) As to wetlands system, we first divided them into riverine wetlands ecosystem and non- riverine wetlands ecosystem, then we established the riverine wetlands classification system by IV using rivernets from DEM, geomorphic types and basins, getting 23 riverine wetlands types as conservation features. In addition, we also got 8 non-riverine wetland types by combining multi- soureces wetlands data with regional characteristics, 16 waterbirds prioritized on IUCN Red List, 5 areas of groundwater distribution, and Interbasin Water Transfer Project as conservation features. (3) We took the socio-economic factors, such as roads, railways, towns, villages and dams as indirect factors for biodiversity cost calculation. Firstly, standardized the selected factors to between 0 and 1, then multiplied by their weight and summed together. Finally, we adjusted the cost value by reserve area coverage percent. (4) The reservoirs, aquaculture/salt fields, lakes and rivers were main wetlands types in HHHR, but the reserved percentages of them were low. However, costal wetlands, freshwater swamp and other wetlands were on the contrary. Generally, the percentage of wetlands reserved was not high on the whole (about 20%); so many important wetlands were still outside of existing reserves, likely to suffer from human influence, the existing reserve system need to be optimized. (5) By comparing the conservation plans based on 2D connectivity and 3D connectivity, we got that the efficacy of plan based on 3D connectivity is better than that of 2D connectivity. Then based on the combination of plans from 3D connectivity and Interbasin Water Transfer Project, we got the interbasin optimized conservation system. According to irreplaceability and connectivity, two conservation gap types (prioritized gap and general gap) were classified; these two types of gaps were integrated into existing reserve system to form the optimized reserve system. By comparing with existing reserve system, it was concluded that: the optimized reserve system was better than existing reserve system on the whole; the reserved percentage of wetlands went up to 46.83% from about 20%; for each wetlands type, the percentage reserved all increased to some extent, almost above 40%. In addition, regardless of in the near future, or in the long time, lakes should be given more attention. (6) To make sure practical significance of optimized wetlands reserve system, we overlapped the results of planning onto the counties map. Some proposals were as follows: it was necessary to adjust the function zonings or to upgrade the protection level of 13 established reserves across 16 counties preferentially; however, as to 12 counties have not been covered by current reserve system so far, we proposed to establish new wetlands reserves across in short time. After then, 4 established reserves across 4 counties should be adjusted, and 18 counties need to establish new wetlands reserves. In one word, the result implied that: to adjust 13 established reserves is the key recently, also with some new reserves established; however, to establish new wetlands reserves is the main task in the long time. V KEY WORDS：HuangHuaiHai Region, Interbasin, Wetlands System, Systematic Conservation Planning, Irreplaceability, Connectivity, Conservation Gaps, Optimized Wetlands Conservation System 1 目目 录录 黄淮海地区跨流域湿地系统保护规划研究.I 摘 要.I Abstract III 1 绪论4 1.1 研究背景与意义.4 1.2 研究进展.5 1.2.1 生物多样性保护规划5 1.2.2 湿地系统保护规划8 1.3 研究区概况.9 1.3.1 地理位置与范围9 1.3.2 生态环境特征10 1.3.3 社会经济条件12 1.3.4 生态环境问题12 1.4 研究目标与研究内容.12 1.4.1 研究目标12 1.4.2 研究内容13 1.5 研究特色与研究思路.14 1.5.1 研究特色14 1.5.2 研究思路15 2 系统保护规划理论、方法概述16 2.1 系统保护规划方法相关概念.16 2.1.1 代表性（Representativeness）.16 2.1.2 不可替代性（Irreplaceability） .16 2.1.3 互补性（Complementarity）17 2.1.4 连接性（Connectivity）.17 2.1.5 聚集性（Compactness）.17 2.2 规划模型Marxan 模型 .17 2.3 系统保护规划方法的主要步骤.19 3 黄淮海地区跨流域湿地系统保护规划研究方法20 3.1 数据来源及处理.20 2 3.2 黄淮海地区跨流域湿地系统保护流域信息提取.20 3.2.1 流域信息提取敏感性分析21 3.2.2 集水面积阈值确定22 3.3 黄淮海地区跨流域湿地系统保护对象筛选.25 3.3.1 河流湿地生态系统类型划分25 3.3.2 非河流湿地生态系统类型划分27 3.3.3 保护物种27 3.3.4 地下水分布28 3.3.5 跨流域调水工程29 3.3.6 保护对象确定29 3.4 黄淮海地区跨流域湿地系统保护代价分析.29 3.5 黄淮海地区跨流域湿地系统保护规划方法.32 3.5.1 基于 2D 连接性的湿地系统保护多预案综合对比.32 3.5.2 基于 3D 连接性的湿地系统保护多预案综合对比.32 3.5.3 基于跨流域调水工程的湿地系统保护方案32 3.5.4 黄淮海地区跨流域湿地系统保护优化体系32 3.6 黄淮海地区跨流域湿地保护体系宏观布局调整.33 4 黄淮海地区跨流域湿地系统保护规划研究34 4.1 黄淮海地区湿地系统现状评估.34 4.2 基于 2D 连接性的湿地系统保护多预案综合对比35 4.2.1 湿地系统保护多目标预案分析35 4.2.2 湿地系统保护格局聚集性敏感性分析BLM 调整37 4.3 基于 3D 连接性的湿地系统保护多预案综合对比39 4.3.1 湿地系统保护多目标预案分析39 4.3.2 湿地系统保护格局聚集性敏感性分析BLM 调整39 4.4 基于 2D 与 3D 连接性的湿地系统保护方案综合对比.40 4.5 基于跨流域调水工程的湿地系统保护方案.42 4.6 黄淮海地区跨流域湿地系统保护优化体系.43 4.6.1 黄淮海地区跨流域湿地系统保护不可替代性分析43 4.6.2 黄淮海地区跨流域湿地系统保护空缺确定44 4.6.3 黄淮海地区跨流域湿地系统保护优化体系评估44 4.7 黄淮海地区跨流域湿地保护体系宏观布局调整建议.47 4.8 讨论.50 5 结论、不足与展望52 5.1 主要研究结论.52 3 5.2 研究不足和未来展望.54 参考文献55 硕士期间发表的论文和参加的项目61 致 谢62 4 1 绪论 1.1 研究背景与意义 保护生物学和景观生态学是区域生物多样性保护和自然保护区管理实践的重要理论 基础。在总结以往生物多样性保护实践基础上，该理论基础强调不仅要关注目标物种本 身，还要考虑其所的在生态系统和有关生态过程；不仅要重视保护区，还要重视保护区 与周围环境的关系；生物多样性保护战略应在物种-生境-保护区-保护区网络途径等多层 次和多尺度上进行，基于物种生境格局和生态学过程的保护对生物多样性的维持更有意 义。人类活动造成生境退化和生物多样性丧失日益严重，大多数物种生境（保护区）呈 现被人类活动区域所包围的“孤岛状”格局。自然保护与管理的实践表明：以单个、孤 立保护区为主的保护格局，存在明显的孤岛效应，易出现保护空缺（Gap） ，难以有效保 护区域生物多样性，而通过建立生态廊道（Ecological corridors） 、绿道（Greenways）等 生态网络（Ecological networks）将孤立的自然保护区连接起来，能使生物多样性资源得 到有效保护（Levin, 1992; Forman, 1995; Hanski et al, 1996; Moran et al, 1996; 李晓文等, 1999） 。目前，国际上所关注的系统保护规划（Systematic conservation planning, SCP）思 想正是基于生态网络保护思想的系统化和理论化发展，它综合考虑研究区的物种多样性、 典型生态系统、生态过程以及社会经济等因素，通过识别未受保护的重要的生态功能区 和生物多样性热点区域，构建一个完整的生物多样性保护网络，并追求以最小代价最大 程度地保护生物多样性。目前该理论方法已在国际保护生物学界产生了广泛学术影响 （Margules Rodrigues et al, 2004; Margules Knight et al, 2008） 。 湿地既是地球上生物多样性资源最丰富的生态系统类型之一，同时也是遭受人类破 坏最为严重的生态系统类型之一。但目前有关于湿地的系统保护规划研究相对较少，相 关研究多用于陆生生态系统和海洋生态系统（Abell, 2002; Sarkar et al, 2002; Cowling et al, 2003） 。截至 2008 年，尽管我国已建立各级湿地保护区 473 处（其中国家级 64 处） ，但 是有许多湿地保护区最初不是以湿地保护为目的而建立的，或者有一部分保护区是陆生/ 海洋保护区，只是这些保护区内含有湿地而已。对于这些保护区，最大的问题就是不能 有效地捕捉区域湿地信息。随着系统保护规划方法的应用推广，部分学者开始研究湿地 系统的保护规划，但是相关研究主要集中在河流湿地生态系统（Riverine wetlands） ，对于 非河流湿地生态系统（Non-riverine wetlands）的研究几乎没有（Linke et al, 2007, 2008; Nel et al, 2007; Klein et al, 2009; Hermoso et al, 2009） 。需要注意的是：不同于陆生系统和 5 海洋系统的保护规划，在湿地系统的保护规划中，连接性（Connectivity）是一个非常重 要的考虑因素。湿地系统的连接性是一个多维（Multi-dimensions）概念，包括横向连接 性（Lateral Connectivity）、纵向连接性（Longitudinal Connectivity）、垂向连接性 （Vertical Connectivity），即 3D 连接性。目前湿地系统保护规划的连接性研究主要集中 于各湿地生态系统类型间的横向联系和河流湿地生态系统上下游间的纵向联系，但各湿 地生态系统类型和多维连接性的综合考虑则是未来湿地系统保护规划研究的趋势或者焦 点（Nel et al, 2007; Linke et al, 2009） 。 黄淮海地区作为我国鸟类南北迁徙的主要通道和繁殖区，同时也是东亚-澳大利-西亚 水鸟迁徙路线的重要组成部分，具有丰富的湿地类型和生物资源。除了所具有的区域性、 全球性生物多样性保护价值外，黄淮海地区还具有巨大经济开发价值。该区域油气资源 非常丰富，近海水产养殖和海盐业非常发达，城市化过程非常迅猛，还是重要的农业开 发基地等，区域开发与生物保护矛盾非常突出。持续高强度的开发建设使区域湿地的性 质和分布格局发生了根本性的变化，表现为自然湿地被侵占、割裂，滨海湿地性质发生 改变，湿地退化过程不断加剧，区域可持续发展能力以及生态安全受到威胁。为保护湿 地生物多样性，尽管黄淮海地区已建立多处各级各类湿地保护区，但目前以单个保护区 为主的湿地保护体系已难以满足该区域丰富的生物多样性长期有效保护的要求，需进一 步优化（陈克林, 2006） 。因此，如何在同一时空条件下协调社会经济发展与湿地保护的 矛盾，已成为该区域可持续发展长期面临的关键问题，而基于多预案优化的系统保护规 划理论和方法可望提供有效的科学指导。 系统保护规划研究以往多关注陆生/海洋生态系统，实际上不同类型湿地生态系统 （如滩涂/河口/河流/湖沼） ，往往是以栖息地网络的形式为湿地生物（水禽、鱼类等）所 利用，与陆生/海洋生态系统相比，对其有效保护更需科学合理的保护网络格局构建。因 此，基于系统保护的理论和方法，开展区域湿地生物多样性保护格局优化和网络体系构 建等方面的研究既契合了我国湿地资源环境保护与区域可持续发展战略需求，同时其研 究成果也将进一步丰富、拓展系统保护规划的理论方法和应用价值。本研究立足于现阶 段我国湿地保护区建设和湿地保护战略的迫切需求，以地处我国未来社会经济发展重心 之一，同时生态环境又比较脆弱、生物多样性和生态系统服务价值巨大的黄淮海地区湿 地系统为研究对象，依托系统保护规划的理论、方法和技术手段，结合预案分析方法， 探索区域生物多样性保护优化格局，为黄淮海地区湿地系统保护与可持续发展提供科学 依据和决策信息。 6 1.2 研究进展 1.2.1 生物多样性保护规划 近二十年来，随着保护生物学集合种群理论（Metapopulation）和景观生态学格局-过 程-尺度理论的提出，及相关的空间度量方法、遥感和GIS等技术手段的迅速发展和成熟， 保护生物学家们认识到要长期保护某一物种，必须在区域和景观尺度上考虑濒危物种所 在的生态系统（生境）及相关生态过程（Hanski Pickett, 1995; 陈昌 笃, 1996; 肖笃宁, 1997） 。同时有关区域生物多样性保护的理论方法也迅猛发展，并主要 体现为如下发展脉络：生物保护热点地区（Hotspot）优先性保护分析保护空缺GAP分 析区域及大陆尺度生态网络保护思想（Ecological networks）基于生态区保护的理论 和方法（Ecoregion-based Biodiversity Conservation, ERBC）系统保护规划的理论和方法 （Systematic Conservation Planning, SCP） 。 热点地区分析热点地区分析（Hotspot Analysis）是基于物种丰富度、濒危程度以及人为干扰程度来 识别生物多样性关键地区，并藉此进行物种保护优先性的设定。1988年英国著名生态学 家Myers在分析热带雨林受威胁程度的基础上，提出了热点地区（Hotspot）的概念 （Myers, 1988），并于2000年主要根据物种特有程度和受威胁程度，提出了全球生物多 样性保护的25个优先热点地区（Myers et al, 2000）。Moren等则在全球尺度上对生物多样 性热点区域进行了研究，并对全球部分地区物种保护的优先性进行了分析（Moran et al, 1996; Myers, 1988, 1990） ；通过国家之间的比较，保护生物学家还提出了“生物多样性特 丰富国家” （Megdiversity Countries）的概念（Mittermete Powell et al, 2000） 。但是该方法主要考 虑植被、物种分布等现有生物信息，没有考虑到形成并维持现有生物信息的生态过程的 保护，也未涉及到生物保护的代价，并且未对保护空缺的保护顺序进行优先性排序。 与此同时，欧洲和北美学者分别发展了区域生态网络（Econet）和绿道 （Greenways）作为区域生态保护的思想，强调将孤立保护区整合起来，从整体上保护区 域生物多样性，并在大尺度上维护物种在不同栖息地之间的迁移和交流，从而维护物种 生物进化空间和进化潜力（Fleury Cowling et al, 2003; Kerley et al, 2003; Pressey, 2003; Rouget et al, 2003）。近年来相关理论方法已在国际上引起了广泛关注，多 次保护生物学国际会议上都举办了系统保护规划的专题讨论和培训，其研究成果还陆续 发表在Science, Nature, PNAS, Ecology, Ecological Applications, Journal of Applied Ecology, Conservation Biology等相关领域国际权威学术期刊上（Margules 8 Carwardine et al, 2007; Knight et al, 2008; Polasky, 2008; Rodrigues et al, 2004; Sills, 2007; Wilson et al., 2006; Pressey et al, 2007） 。2007年剑桥大学出版社出版的专著Systematic Conservation Planning详细地介绍了系统保护规划方法的原理、技术、步骤以及相关案 例（Margules 欧阳志云等, 1995） ，俞孔坚提出的景观生态安全格局理论（ESPs） ，并运用于丹霞山国家公园的案例 研究（Kongjian Yu, 1995, 1996） ，都是较有影响的研究。另外国内较高水平的研究成果还 包括对大熊猫栖息地破碎化的研究（陈利顶等, 1999） 。近年来，GAP/ERBC 和系统保护 规划的理论和方法在 WWF、TNC 等国际组织在华项目带动下引入国内，并取得了一些研 究成果等（李迪强等, 1999, 2002; 吴波等, 2006; 李晓文等, 2007; 栾晓峰等, 2009） 。但总 体而言，区域尺度保护体系评价和格局优化方面的研究仍很欠缺，有待开拓性的研究和 案例。 1.2.2 湿地系统保护规划 目前，系统保护规划方法大多被应用于陆生和海洋生态系统，而专门针对湿地系统 的研究则非常少。即使有，也只是涉及到湿地系统的某些方面，比如将内陆淡水湿地纳 入到陆生生态系统中，将滨海湿地纳入到海洋生态系统中，将河流湿地作为水生/河流生 态系统研究（Abell, 2002; Sarkar et al, 2002; Cowling et al, 2003） 。目前尚未有将所有湿地 类型归为一起，作为一个完整的湿地系统（既包括河流湿地生态系统，也包括其他非河 流湿地生态系统）来进行保护规划研究的，大多有关湿地系统的保护规划主要集中于河 流湿地生态系统的研究（Linke et al, 2008; Klein et al, 2009; Hermoso et al, 2009） ，比如近 期澳大利亚的案例研究大多是关于河流和淡水生态系统（Linke et al, 2007, 2008; Nel et al, 2007; Klein et al, 2009; Hermoso et al, 2009; Amis et al, 2009） 。 系统保护规划研究中常用的规划单元一般有三种形式，网格（Grids） 、六边形 （Hexagons）和环境单元（Environment Units） ，网格和六边形这种规范的规划单元多被 用于陆生生态系统或海洋生态系统的保护规划中，但是这种规则的区域划分方法有可能 导致同一生境被分割成几块或更多；而对于环境单元（比如集水区集水区 Catchment） ，它是基 于相关的环境物理因素而划分的，便于区域或流域间连接性的考虑，更适合用于水生生 态系统或者湿地生态系统的保护规划中（Wishart and Davies, 2003） 。所以，目前关于水生 9 /湿地生态系统的研究多选用集水区作为保护规划单元。 对于湿地系统连接性研究，横向连接性横向连接性主要是指河流主干与其支流，以及各湿地类 型通过河流湿地相互关联所形成的关系。在湿地系统保护规划研究中，主要是通过利用 集水区作为规划单元来考虑横向连接性的（Higgins et al, 2005; Thieme et al, 2007）。比如， 要想选择某一湿地生态系统类型作为保护对象进行保护的话，那就需要对包含该保护对 象的集水区进行保护。纵向连接性纵向连接性主要是指河流湿地上下游之间的连接性及上游保护对 下游保护的传递效应，即下游地区是否保护主要依赖于上游是否受到保护，而保护上游 地区则有利于下游地区的保护。目前河流湿地的纵向连接性是研究的热点，尤其是以澳 大利亚 Linke 等为代表的学者，对此做了深入研究。Linke 等人对纵向连接性考虑时，认 为不处于河流上游的单一集水区给予的优先性较低，而对于上游源头集水区或多个相连 接的集水区应给予较高的优先性（Linke et al, 2007, 2008, 2009） 。地表水系及其相关的生 物多样性是由地表-地下间的水文联系所维持的（Sophocleous, 2002） ，所以系统保护规划 中，垂向连接性垂向连接性更显重要。在保护规划研究中，要想将垂向连接性纳入考虑，则需要关 于地下水资源量、地下水开采利用程度等方面的相关数据。在垂向连接性研究中，最关 键的一点是如何将地表地下水系间的关系表示出来。近年来，已有相关学者对此做了 研究，比如 Linke 等在澳大利亚新南威尔士州的 Hunter Region 李晓文等, 2002; 舒莹等, 2009） 、长江中游湿地保护空缺分析及其保 护网络构建（李晓文等, 2007）等。但总体而言，国内真正意义上的湿地系统保护规划的 研究还尚未开始，仅是部分学者做了相关的探索研究（李晓文等, 2007） ，所以该方面研 究有待于进一步拓展和深化。 1.3 研究区概况 1.3.1 地理位置与范围 不同于陆生生态系统保护规划采用规范的网格（Grid）或者六边形（Hexagon）作为 规划单元，国际保护生物学界广泛认为流域单元（Drainage basin）或集水区 （Catchment/Watershed）更适于湿地/水生生态系统保护规划和管理研究（Wishart 唐小平, 2005; 欧阳 志云, 2000） ，使得大多数物种生境（保护区）呈现被人类活动区域所包围的“孤岛状” 格局，存在明显的保护空缺（Gap） ，仍难满足当前生物多样性保护的需求。 1.3.3 社会经济条件 黄淮海地区是我国的政治、经济和文化中心，人口密度约是全国平均值的 4 倍，各 级道路密度、居民点密度等非常大，城市化发展非常迅猛。滨海地区藏有丰富的油气资 源，近海水产养殖和海盐业也非常发达，黄河三角洲还是我国重要的农业开发基地。另 外，该区域还聚集着全国重要的石油化工、盐化工基地和钢铁基地，综合港口和煤炭运 输港口，以及密集的交通和物流中心，区域经济密度、海岸线利用率、建设用地扩展速 度等居全国前列且不断增长，是典型的高强度开发区域（陈克林, 2006） 。 1.3.4 生态环境问题 一方面，持续高强度的开发建设，使区域湿地遭受城市化、农业与油田开发、水产 养殖、道路与水利工程等基础设施建设的影响（黎伟, 2009） ；另一方面，由于区域水资 源缺乏引起过量抽取地下水、工农业生产和生活用水剥夺生态需水，最终导致区域湿地 大面积的萎缩、湿地景观与生境破碎化，区域生物多样性特别是珍稀濒危水禽栖息地受 到严重威胁。相关研究表明：近些年来，莱州湾、北大港等重要湿地呈现明显退缩趋势 （张绪良, 2004） 。再者，高密度人口和高强度社会经济活动产生的大量工业、生活污水 及上游城市污水排入河流，并沿河流向下游扩散，从而致使区域或流域湿地水质受到严 重污染。过量污染和人为活动破坏可能会造成湿地自净能力等生态系统服务功能退化甚 至丧失，区域可持续发展能力及区域生态安全受到严重威胁。 随着 2008 年初和 2009 年底，国务院批复的天津滨海新区综合配套改革试验总体 方案和黄河三角洲高效生态经济区发展规划的实施，该区域将成为我国新一轮社 会经济发展的热点区域，这将为黄淮海地区生态保护与社会经济可持续发展带来新的挑 战。 13 1.4 研究目标与研究内容 1.4.1 研究目标 本研究以保护生物学、景观生态学等相关理论方法为指导，基于野外调研、遥感和 地理信息系统等手段，将系统保护规划理论方法应用于黄淮海地区湿地系统保护规划研 究，在现有湿地保护体系评估基础上，构建基于 3D 连接性（Connectivity）和跨流域 （Interbasin）调水工程的湿地系统保护优化格局。以期为黄淮海地区湿地生物多样性保 护体系的完善提供科学依据，为进一步构建全国层面湿地保护体系，或整体区域生物多 样性保护战略提供重要的理论和方法借鉴。 1.4.2 研究内容 1.4.2.1 黄淮海地区跨流域湿地系统保护流域信息提取 该部分研究主要是为湿地系统保护划分规划单元，并提取河网信息。 1.4.2.2 黄淮海地区跨流域湿地系统保护对象筛选 该部分是本研究的主要内容之一，有关于保护对象确定的研究案例也有很多，保护 对象的确定直接影响到最终的保护方案。所以确定保护对象是系统保护规划方法中一个 非常重要的步骤（Heino Hortal et al, 2009; Lombard et al, 2003; Rodrigues Abell, 2002） ，也是生态过程保 护的一个重要体现。目前连接性的思想已被广泛应用于系统保护规划研究中，但是相关 研究大多只侧重于连接性的某一个或两个方面。陆生生态系统或海洋生态系统中主要考 虑横向连接性，水生生态系统或湿地生态系统则主要考虑纵向连接性和横向连接性，而 对于垂向连接性的相关研究非常少，且处于初步的探索阶段。本研究在相关研究基础上， 综合考虑地表水系和地下水系，将 3D 连接性纳入保护规划研究中。 1.5.1.3 河流湿地与非河流湿地系统保护的整合 以往相关研究主要是针对河流湿地生态系统，或者将其单独作为河流/水生生态系统 来研究，很少考虑到其他非河流的湿地生态系统，所以没有一个相对完整的湿地系统的 保护规划研究（Linke et al, 2008; Klein et al, 2009; Hermoso et al, 2009） 。而本研究在相关 研究基础上，将湿地系统分为河流湿地生态系统和非河流湿地生态系统，再综合二者构 15 建区域湿地系统保护优化格局，是真正意义上的湿地系统保护规划研究。 1.5.1.4 保护目标多预案分析 对于保护目标的设置，一直都是比较主观的，至今还没有一个相对完善的方法 （Margules Margules Margules Margules Margules Margules Nel et al, 2008） 。 2.1.5 聚集性（Compactness） 广义上来说，聚集性也是连接性，它是连接性的一种特殊表现形式。聚集性主要用 于系统保护规划研究的保护格局调整，聚集性越大，保护格局越集中，越利于实际的管 理操作。所以基于该思想，运用系统保护规划方法时，可以得到一个布局相对集中的保 护体系。 2.2 规划模型Marxan 模型 在系统保护规划研究中，模型应用主要基于规划单元。在进行保护规划研究时，一 个研究区被分成许多规划单元，每个规划单元内有一定的物种或种群和生态系统的面积， 同时每个规划单元有一个代价值。模型随机并反复地选择一定数量的规划单元，以满足 生态系统和物种的保护目标，最后以代价最低、数量最少的规划单元来满足保护目标。 随着系统保护规划方法的发展应用，其相关的软件也不断发展和更新，比如C- Plan、Marxan等。 C-Plan规划软件主要被应用于系统保护规划的早期研究，它是由澳大利亚的Bob Pressey和Mattaw Watts开发设计的，但是随着系统保护规划方法领域的深入研究，更多的 因素被纳入研究中，比如连接性考虑，而C-Plan软件则没有该方面的功能模块，且自从其 开发至今，也鲜有新的更新版本，所以目前较少应用于相关领域研究。 Marxan模型是目前系统保护规划中应用比较广泛的空