（生态学专业论文）南汇边滩湿地景观格局分析和生态系统健康评价.pdf

j 讯 - 髟 ， 、i i m a s t e rt h e s i si n2 0 1 0 c l a s s i f i c a t i o nc o d e ：x 8 2 6 s c h o o lc o d e ：l0 2 6 9 s e c u r i t yc l a s s i f i c a t i o n ：o p e n s t u d e n ti d ：5 1 0 7 1 6 0 2 0 2 3 ea s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y t h e l a n d s c a p ep a t t e r na n a l y s i sa n d a s s e s s m e n to fw e t l a n d e c o s y s t e m h e a l t h f o rn a n h u ib i a n t a n ，s h a n g h a i d e p a r t m e n t ： s t a t ek e y l a b o r a t o r yo fc o a s t a la n de s t u a r i n e s u b j e c t ：e c o l o g y r e s e a r c hf i e l d ：w e t l a n de c o l o g y s u p e r v i s o r ：p r o f l i q u a nz h a n g s t u d e n t ：y u a np i n g a p r 2 0 1 0 i ： v j 1 声 华东师范大学学位论文原刨性声明 i i l l l111i ii i iii i ii i i ( i f 17 4 2 0 8 3 郑重声明：本人基交的学位论文南汇边滩湿地景观格局分析和生态系统健康评价， 是在华东师范大学攻读硕“博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工作 及墩得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或 撰2 j 过的研究成粜。对本文的研究傲 搀重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说 明并表示谢意。 作者签名： 目期：如l 旬年多月7 开 华东频范大学学位论文著作权使用声明 南汇边滩湿地景观格局分析和生态系统健康评价系本人在华东师范大学攻读学 镶期间在导师指导下完成的黜博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东师 范人学所育。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部 i j 和梢关机构如困家网书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印剧版和电子舨；允许 学侮论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅：同意学校将学位论文加入全 囡防十、顾。 ? 学位论：交共建单位数掘库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版， 采用影印、缩印或者其它：疗式合理复制学位论文。 本学位沦文属于( 请勾选) () 1 绛华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文幸， r年 月 1 解密，解密后适用上述授权。 ， ( ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名二茏幺牝 本人掺名 2 io 年歹月f 开 拯密”学f 移沦文麻琏已缗缮东师范人学学何评定委员会办公窀或保密委员会审定过的学位 论文( 需附蔹批的华尔师范人学研究，上审请学位论文“涉密”审批袋方为有效) ，朱经上 述都| j 审定的学伊论文均为公开学位论文。此声明拦不填j 的。默认为公开学位论文，均适删 i - 述授权) 。 学位论文导师意见 本人负责指导平原 同学的硕士学位论文，据我所知，除文中已经 注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果； 经审阅认为该论文已达到我校硕士学位论文的学术水平，同意该论文举审 并答辩。 。导师签名：群川救 日期：到坠三。! l 指导小组导师意见 本人参与指导平原 同学的硕士学位论文，经审阅认为该论文已达 到我校硕士学位论文的学术水平，同意该论文送审并答辩。 指导小组导师签名：芗坎奶捉 日期：掣呈：二! _ l 嘲f 飘” 一 、 n 7 ， 平原硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 田昆教授国家高原湿地研究中心主席 叶属峰教授国家海洋局东海环境监测中心 李道季教授华东师范大学 i 摘要 河口滨海湿地是一个典型的海陆交互地带，是一个多功能的复杂生态系统， 具有巨大的水文、元素循环功能和独特的生态价值、资源潜力。随着人类社会和 经济的发展，河口滨海湿地正受到越来越严重的人类活动干扰。南汇边滩位于上 海市东南角，长江口和杭州湾的天然交汇处，属于淤涨型滩涂，是长江口重要的 河口湿地之一。近2 0 年来，南汇边滩湿地进行了2 次较大规模的围垦，原0 m 线以上滩涂多己被围垦并用于各类土地利用，原滨海湿地生态系统受到频繁的人 类活动干扰。因此，了解南汇边滩近2 0 年来滨海湿地变化动态，研究湿地生态 系统健康状况具有重要的意义和必要性。 本研究在收集南汇边滩滨海湿地历史数据和现场调查的基础上，对南汇边滩 1 9 9 0 年、2 0 0 3 年和2 0 0 8 年遥感影像的解译，研究了南汇边滩湿地景观类型和面 积变化动态和景观格局指数演变，并建立基于p s r 模型的南汇边滩湿地生态系 统健康评价指标体系、模型和评价方法，开展南汇边滩湿地生态系统健康评价。 研究结果表明：过去近2 0 年间，特别是2 0 0 0 年的圈围工程实施后，南汇边滩潮 间带的中潮带和高潮带自然湿地景观逐渐转化为工农业利用景观，导致自然湿地 景观面积，尤其是滩涂盐沼植被面积严重下降。各景观组分面积差异下降，小斑 块增多，聚集性下降，斑块形状更复杂和不规则，湿地整体景观格局趋于破碎化。 湿地生态系统总体处于亚健康状态，其中，状态等级为不健康和病态的区域所占 面积达南汇边滩湿地总面积的2 8 1 4 ，而健康状态的区域仅占1 4 3 5 。说明湿 地生态系统承受较大的压力，生态系统状况受人类活动干扰显著，己逐渐超出生 态系统自我调节所能承受的范围，生态系统健康状态不容乐观。 南汇边滩湿地直接与大陆接壤，且毗邻工农业发达、人口密集地区，与位于 岛屿上的崇明东滩湿地、九段沙湿地相比，更易受到人类活动干扰。目前，南汇 边滩湿地尚未列入保护区名录，如果长期持续缺乏有效的管理和保护，治理环境 污染和生物入侵，生态系统健康状况可能进一步恶化。 关键词：湿地；南汇边滩；圈围工程；景观格局；生态系统健康评价 一 ， a b s t r a c t t h ec o a s t a lw e t l a n da sat y p i c a lt r a n s i t i o n a lz o n eb e t w e e nl a n da n do c e a n ，i sa m u l t i f u n c t i o n a la n dc o m p l e xe c o s y s t e m 、析t hh u g ef u n c t i o no nw a t e ra n de l e m e n t c y c l e ，s p e c i a le c o l o g i c a lv a l u e sa n dp o t e n t i a lr e s o u r c e s w i 1t h ed e v e l o p m e n to f h u m a ns o c i e t ya n de c o n o m y , i ti sm o r ea n dm o r es e r i o u s l yd i s t u r b e db yh u m a n a c t i v i t i e s n a n h u ib i a n t a nw e t l a n di sas i l t i n gf l a tw h i c hl o c a t e so nt h es o u t h e a s t e r n s h a n g h a ia n dw h e r ei st h ei n t e r s e c t i o na r e ao fy a n g t z ee s t u a r ya n dh a n g z h o ub a y i t i sa l li m p o r t a n tp a r to fy a n g t z ee s t u a r i n ew e t l a n d s i nt h ep a s tt w od e c a d e s ，t w o l a r g e s c a l er e c l a m a t i o n so ft i d a lf i a t sw e r ee x e c u t e di nn a n h u ib i a n t a n ，a n dt h ef l a t s a b o v ee l e v a t i o no f0 mh a db e e nr e c l a i m e de n t i r e l y t h ew e t l a n de c o s y s t e m sa r e d i s t u r b e db yh u m a na c t i v i t i e sf r e q u e n t l y i nt h i sr e s e a r c h ，t h el a n d s a tt mi m a g e so f19 9 0 a , 2 0 0 3 aa n d2 0 0 8 aw e r e i n t e r p r e t e df i r s t l yw h i c hb a s e do nt h ec o l l e c t i o no fh i s t o r i c a ld a t aa n df i e l ds u r v e yi n o r d e rt os t u d yt h el a n d s c a p et y p ed y n a m i c sa n dl a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g eo fn a n h u i b i a n t a nw e t l a n d s t h en a n h u ib i a n t a nw e t l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti n d e x s y s t e mb a s e do np s rm o d e lw a st h e ne s t a b l i s h e dt oc a r r yo u tn a n h u ib i a n t a n e c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n t t h em a j o rr e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w i n g i i lt h ep a s t2 0y e a r s ，e s p e c i a l l ya f t e rt w on a n h u ib i a n t a nr e c l a m a t i o np r o j e c t s w e r ee x e c u t e d ，t h en a t u r a lw e t l a n dl a n d s c a p eo fm i d d l ea n dh i g hi n t e r t i d a lf i a t si n n a n h u ib i a n t a nh a dm i n e di n t oh u m a ni n t r o d u c e dl a n d s c a p ew h i c hm a d et h et o t a l a r e ao fn a t u r a lw e t l a n dl a n d s c a p ee s p e c i a l l yt h ea r e ao fw e t l a n dp l a n t sd e c r e a s e ，t h e d o m i n a n tl a n d s c a p et y p ec h a n g e di n t oh u m a ni n t r o d u c e dl a n d s c a p ef r o ms a l t m a r s h v e g e t a t i o nl a n d s c a p e ，a n dt h e d i f f e r e n c e si na r e ab e t w e e nt h ev a r i o u sl a n d s c a p e c o m p o n e n t sd e c l i n e d t h en u m b e ro fs m a l lp a t c h e si nt h ew e t l a n di n c r e a s e dw h e n t h e r ew e r el e s s p a t c h e sw i t hh i g h - c o n n e c t i v i t yf o u n d t h ep a t c hs h a p ew a sm o r e c o m p l e xa n di r r e g u l a ra tt h es a m et i m e t h el a n d s c a p ep a t t e r nb e c a m et ob em o r e f r a g m e n t e da saw h o l e n a n h u ib i a n t a nw e t l a n de c o s y s t e mw a si ns u b - h e a l t h y c o n d i t i o n 、析t 1 1t h eu n h e a l t h ya n di l lz o n e sa c c o u n t i n gf o rt h et o t a lw e t l a n da r e ao f b 一 ， 3 0 6 3 ，w h i l et h eh e a l t h yz o n ea c c o u n t i n gf o rt h et o t a lw e t l a n da r e ao fo n l y19 18 n a n h u ib i a n t a nw e t l a n de c o s y s t e m sw e r ef a c e d 诵mh i g h e rp r e s s u r ef r o ms i g n i f i c a n t h u m a na c t i v i t yd i s t u r b a n c ew h i c hh a dg r a d u a l l ye x c e e d e dt h ee x t e n to ft h a t e c o s y s t e ms e l f - r e g u l a t i o nc a nm a i n t a i n n a n h u ib i a n t a nw e t l a n di sl o c a t e do nt h em a i n l a n dw i t hd e v e l o p e da g r i c u l t u r e a n di n d u s t r y c o m p a r e dt ot h ew e t l a n d sl o c a t e do nt h ei s l a n ds u c ha sc h o n g m i n g d o n g t a nw e t l a n da n dj i u d u a n s h as h o a lw e t l a n d ，n a n h u ib i a n t a nw e t l a n di sm o r e v u l n e r a b l et oh u m a na c t i v i t yd i s t u r b a n c e i fi t sl a c ko fe f f e c t i v em a n a g e m e n ta n d p r o t e c t i o ni nal o n gt e r m ，n a n h u ib i a n t a nw e t l a n de c o s y s t e mh e a l t hc o u l dd e t e r i o r a t e f u r t h e rs i n c ei th a s h tb e e ni n c l u d e di nt h el i s to fc o n s e r v a t i o na r e au pt ot h ep r e s e n t k e y w o r d s ：w e t l a n d ，n a n h u ib i a n t a n ，r e c l a m a t i o n ，l a n d s c a p ep a t t e r n ，e c o s y s t e m h e a l t ha s s e s s m e n t c 目录 摘要a a b s t r a c t b 目录i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究综述2 1 2 1国内外湿地景观格局研究综述2 1 2 2国内外生态系统健康评价研究综述4 1 3 研究区域概况7 1 4 研究内容、意义和技术路线8 1 5 拟解决的关键问题和可能的创新点1 0 1 5 1 拟解决的关键问题1 0 1 5 2 可能的创新点1 0 第二章南汇边滩湿地景观格局分析1 1 2 1 遥感数据来源1 1 2 2 遥感影像处理1 1 2 2 1 遥感影像预处理1 l 2 2 2 遥感影像分类1 2 2 2 3 分类精度评价1 2 2 3 野外实地验证1 3 2 4 景观格局指数的选取1 3 2 5 结果与分析1 6 2 5 1 南汇边滩湿地景观类型动态1 6 2 5 2 南汇边滩湿地景观格局指数变化1 9 2 6 讨论j 2 1 第三章南汇边滩湿地生态系统健康评价2 3 3 1p s r 模型简介2 3 3 2 南汇边滩湿地生态系统健康评价指标体系2 4 3 3 指标意义2 5 3 4 研究区域的确定3 0 3 5 权重确定和模型计算：3 2 3 5 1 权重确定：3 2 3 5 2 指标计算3 4 3 5 3 评价模型计算3 6 3 6 南汇边滩湿地生态系统健康评价3 7 3 6 1 南汇边滩湿地生态系统健康状态评价3 7 3 6 2 南汇边滩湿地生态系统健康等级分布3 8 3 7 讨论4 0 第四章结论与展望4 2 4 1 主要结论4 2 4 2 研究展望4 3 参考文献4 4 硕士在读期间主要科研成果4 9 参加的科研项目4 9 已发表的论文4 9 致谢5 0 1 1 研究背景 第一章绪论 ( ( r a m s a r 湿地公约中湿地的一般定义为：不问其为天然或人工、长久或暂 时性的沼泽地、泥炭地或水域地带、静止或流动、淡水、半咸水、咸水体，包括 低潮时水深不超过6 m 的水域。湿地作为全球三大生态系统之一，具有涵养水源、 净化水质、调蓄洪水、控制土壤侵蚀、补充地下水、美化环境、调节气候、维持 碳循环和保护海岸等极为重要的生态功能，是生物多样性的重要发源地之一，在 为野生动物提供生境方面具有不可替代的作用( w i l l i a m & j a m e s ，2 0 0 0 ) 。随着世 界人口的不断增加和经济的迅速增长，环境保护与资源开发利用的矛盾日益尖 锐。湿地也由于人类的过度开发利用、工农业面源污染等原因，受到了巨大的破 坏，导致了很多湿地发生不同程度的退化。湿地生态系统向人类社会提供着最高 的生态系统服务价值( 吴玲玲等，2 0 0 3 ) ，而湿地组分结构的改变还可影响全球生 物地球化学循环与能量交换( o d u m ，2 0 0 0 ) 。可以说，湿地有效保护与可持续性开 发利用研究已成为当务之急。 生态系统健康( e c o s y s t e mh e a l t h ) 是指系统内的物质循环和能量流动未受到 损害，关键生态组分和有机组织被完整保存，且缺乏疾病，对长期或突发的自然 或人为扰动能保持着弹性和稳定性，整体功能表现出多样性、复杂性、活力和相 应的生产率( 崔保山和杨志峰，2 0 0 2 ) 。生态系统健康的概念来源于医学，2 0 世纪 8 0 年代后期，以加拿大学者s c h a e f f e r 和r a p p o r t 为代表真正提出生态系统健康 这一概念。这一概念的提出，为环境管理提供了新方法、新思路。1 9 9 0 年1 0 月 和1 9 9 1 年2 月分别在美国马里兰和华盛顿召开了生态系统健康专门会议，共同 确立生态系统健康成为环境管理的目标( 蔡晓明，2 0 0 0 ) 。2 0 世纪9 0 年代初国际 上形成了生态系统管理理念( 任海等，2 0 0 0 ) ，是合理利用和保护生态系统健康最 有效的途径，它着眼于保护和维持生态系统的结构、功能的可持续性，保证生态 系统健康。1 9 9 6 年，时任美国副总统的戈尔在国家科技委员会的生态监测研讨 会上提议，白宫已立项开展对美国的生态系统健康考察研究。可见，生态系统健 康己不仅仅是一门新兴的生态学科，而且正在发展成为一种影响各国乃至全球的 以生态系统为基础的生态化管理的生态学实践。 遥感( r e m o t es e n s i n g ，r s ) 和地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ， g i s ) 是上世纪以来兴起的一种高新技术，其中遥感主要针对地学对象的调查监测 以及模型反演，地理信息系统则用于地理对象的建模、空间分析、制图、系统开 发管理等等( 田波，2 0 0 9 ) 。而滨海湿地由于常年受潮汐影响，有些区域有时或终 年积水，通行条件差，甚至无法到达，研究环境较为恶劣，长期以来给大尺度和 动态湿地研究带来了一定困难。利用r s 技术所具有的大尺度、快速、同步、动 态和便于历史追溯等特点，结合g i s 平台便于数据整合和可视化结果等特点， 可以快速、经济、准确地完成以前难以完成的湿地研究任务，可以对湿地动态监 测和科学管理起到重要作用。 南汇边滩湿地位于上海市东南角，属淤涨型滩涂，面向东海，背靠上海市和 长三角，所处的区域是中国人口最密集、经济最发达的地区。与邻近的崇明东滩 湿地、九段沙湿地相比，南汇边滩湿地位于大陆上，直接与经济中心接壤，交通 相对便捷，也没有建立相关的滩涂湿地自然保护区予以保护，成为土地利用热点。 近2 0 年来，南汇边滩进行了2 次较大规模的围垦，高潮带滩涂实际已基本不复 存在，区域内受到生物入侵和周边工农业环境污染( 常晋娜，2 0 0 6 ) 的双重压力， 而同时所采取的保护、管理措施却远远不够。所以，亟需开展南汇边滩湿地生态 系统健康评价，以了解大规模圈围工程后生态系统健康现状，以期为探索南汇边 滩土地资源利用与湿地可持续发展有效途径提供参考，也为制定南汇边滩湿地保 护利用发展战略提供科学决策依据。 1 2 国内外研究综述 1 2 1国内外湿地景观格局研究综述 景观是指出现在从微观到宏观不同尺度上的，具有异质性或斑块性的空间单 元( p i c k e t t & c a d e n a s s o ，1 9 9 5 ) 。景观生态学主要吸取了地理学和生态学理论，以 整个景观为对象，通过物质流、能量流、信息流与价值流在地球表层的传输和交 换，通过生物与非生物以及人类之间的相互作用与转化，运用生态系统原理和系 统方法研究景观单元的类型组成、空间配置和景观功能、景观动态变化以及相互 作用机理、研究景观的美化格局、优化结构、合理利用和保护( 傅伯杰，2 0 0 1 ) 。 2 景观生态学的形成和发展，给生态学和地理学带来了新思想和新方法，已成为生 态学和地理学的前沿学科之一。 景观格局是指大小和形状不。的景观镶嵌体在景观空间上的排y l j ( t u r n e r & g a r d n e r , 1 9 9 1 ；陈文波等，2 0 0 2 ) ，即景观组成单元的类型、数目以及空间分布与 配置。景观格局是景观异质性的具体表现，同时也是各种生态过程在不同尺度上 作用的结果。景观格局变化将会改变景观内的生态过程，进而影响景观生态系统 的功能实现。景观格局变化既是生态系统对于土地利用变化的响应，同时反过来 又影响生态系统功能和健康状况。所以，评价和监控景观背景上的生态系统需要 定量描述空间上的土地覆盖格局，而确定景观格局的状态和趋势也有助于了解景 观背景上的生态系统健康状况( 邬建国，2 0 0 7 ) 。目前，湿地景观格局研究主要集 中在：湿地景观格局与生态学过程、湿地景观格局变化及驱动力、湿地景观变化 动态模型等方面。 湿地景观格局是各种生态学过程在不同尺度上综合作用的结果，对湿地景观 的功能和过程有着重要的影响，定量分析景观组分的空间分布特征，建立景观格 局与生态学过程之间的相互联系，对于景观生态学研究是至关重要的，这方面的 研究一直是景现生态学研究的核心内容之一( 陈文波等，2 0 0 2 ) 。一般认为，湿地 景观格局变化对生态学过程的影响主要取决于湿地斑块大小、形状、分布等空间 特性、湿地资源分布和组分以及湿地生态系统抗干扰能力等( 肖笃宁等，2 0 0 1 ；刘 红玉等，2 0 0 3 ) 。湿地景观格局变化与生态学过程研究内容主要包括湿地景观格局 变化的生态水文效应，湿地景观格局变化与生物多样性之间的关系，全球气候变 化条件下湿地景观格局动态变化的预测模型以及湿地景观格局变化的生态评价 和价值评估等方面( 白军红等，2 0 0 5 ；袁正科等，2 0 0 6 ；刘明和王克林，2 0 0 8 ) 。 湿地景观格局变化主要是指由于土地利用土地覆被变化所导致的景观格局 和景观类型的时空变化，湿地景观破碎化是造成湿地景观格局变化的主要原因 ( 王宪礼等，1 9 9 6 ) ，而湿地景观格局变化的驱动力则包括自然因素和人为因素。 影响湿地景观格局的自然因素包括：海浪侵蚀、湿地水文、气候变化等，自然因 素主要在较长的时间尺度上对湿地产生影响，而在人类对湿地开垦和土地利用程 度加大的背景下，较短时间内即可使湿地景观产生显著变化，人为因素逐渐成为 湿地景观变化的主要驱动力。王茜等通过对洪湖湿地景观的研究，得出人为因素 是洪湖景观格局变化的主要原n ( t 茜等，2 0 0 6 ) ；王红娟等在g s 和g i s 支持下， 研究了东洞庭湖湿地景观格局变化发现，人类活动导致东洞庭湖湿地破碎化程度 增加，湿地面积逐渐萎缩( 王红娟等，2 0 0 7 ) 。 景观动态是指景观结构、功能、空间格局的随时间的变化情况，景观内部各 种矛盾和外部作用力相互作用的结果和表现( t u r n e r , 1 9 8 9 ) 。景观格局变化一般包 括三种类型：景观基质改变、景观要素面积比例变化和新景观要素的出现。目前 主要采用m a r k o v 模型、斑块模型、细胞自动机模型等研究湿地景观动态变化， 并模拟和预测湿地景观动态变化过程。m o r o t 等验证了气候地形指数模型在预测、 欧洲湿地景观沿气候梯度分布状况的可行性和稳定性( m o r o te ta 1 ，2 0 0 3 ) ；g u a n 等构建了基于c o c a 的海岸带盐沼植被动态扩散模型( g u a ne ta l ，2 0 0 6 ) ；h u a n g 等利用细胞自动机模型模拟并预测了入侵植物互花米草在九段沙湿地的扩散过 程( h u a n ge ta 1 ，2 0 0 7 ) 。 湿地景观格局变化的常用的研究方法主要在制定湿地景观分类图的基础上， 利用景观格局指数定量化描述景观格局变化，建立景观格局与生态学过程的联 系。目前，湿地景观格局变化研究过程中越来越注重与遥感技术和地理信息系统 相结合，利用遥感技术研究和制作景观分类图，进行对不同时段遥感影像的景观 分类制图和比较，利用地理信息系统则可进一步计算景观格局指数，确定不同环 境和生物学特征在空间上的相关性确定斑块大小、形状、毗邻性和连接度分析景 观中能量、物质和生物流的方向和通量景观变量的图像输出以及与模拟模型结合 在一起的使用等。 1 2 2国内外生态系统健康评价研究综述 健康最先来源于医学，2 0 世纪4 0 年代a l d ol e o p a r d 首先提出土地健康。2 0 世纪7 0 年代末，r a p p o r t 等人继续发展了这一理论，提出了生态系统医学来描述 此领域研究的新进展，并将生态系统作为一个整体进行诊断评估。1 9 8 9 年， r a p p o r t 在研究生态系统胁迫压力时提出了生态系统健康的概念，指出生态系统 健康主要研究生态、环境及人类可持续发展之间的相互关系( r a p p o r t , 1 9 8 9 ) 。1 9 9 2 年c o s t a n z a 把生态系统健康定义归纳为6 个方面：健康是生态内稳定现象；健 康是没有疾病；健康是多样性和复杂性；健康是稳定性和可恢复性；健康是有活 力和增长空间；健康是系统要素间的平衡( c o s t a n z a , e ta 1 ，1 9 9 2 ) 。1 9 9 4 年，第一 4 届国际生态系统健康与医学研讨会在加拿大首都渥太华召开。这次大会重点讨论 并展望了生态系统健康学在地区和全球环境管理中的应用问题，同时宣告成立 ( b o u l t o n ，1 9 9 9 ) 。1 9 9 9 年，c o s t a n z a 对从生态系统自身出发的生态系统健康概念 进行了专门的论述，他强调：如果生态系统是稳定的和可持续性的，即它是活跃 的并且随时间的推移能够维持其自身组织，对外力胁迫具有抵抗力，那么，这样 的系统就是健康的，这是有关生态系统健康的一个简明定义( c o s t a n z aa n d m a g e a u ，1 9 9 9 ) 。目前，常用的生态系统健康的定义是：生态系统健康是指系统内 的物质循环和能量流动未受到损害，关键生态组分和有机组织被完整保存，且缺 乏疾病，对长期或突发的自然或人为扰动能保持着弹性和稳定性，整体功能表现 出多样性、复杂性、活力和相应的生产率，其发展终极是生态整合性，对压力是 具有弹性的( 崔保山和杨志峰，2 0 0 2 ) 。生态系统健康包括从短期到长期的时间尺 度、从地方到区域的空间尺度上社会、生态、健康、政治、经济、法律的功能， 从地方、区域到全球胁迫下的生态环境问题。生态系统健康的评判标准有活力、 恢复力、组织、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系 统的破坏及人类健康等8 个方面，分别属于物理化学、生态学、社会经济、人 类健康范畴以及一定的时间、空间范畴( 曹宇等，2 0 0 2 ) 。生态系统健康具有两个 内涵：( 1 ) 满足人类社会合理要求的能力；( 2 ) 生态环境自我维持与更新的能力。 生态系统健康首先要保持结构和功能的完整性，保证生态系统服务功能，这样才 具有抗干扰力和干扰后的自我恢复力，才能为人类提供长期的服务。健康的生态 系统是国家发展和社会稳定的一个重要组成部分，是可持续发展的根本保证。 常用的生态系统评价方法包括指示物种法和结构功能指标评价体系法。指示 物种法主要根据生态系统中指示物种的多样性和丰富度来确定丰富度指数或完 整性指数。指示物种法在湖泊和海洋生态系统健康评价中广泛使用。p e t e r 认为 对于营养级较高的海洋环境，食鱼海豹、鲸、海豚主要受亲脂性污染物的污染可 以通过评价污染物的来源、水平、生物体中污染物的形式来评价海洋环境健康 ( p e t e r , 2 0 0 0 ) ；t a m a r a 等通过检验贝类有机、金属污染物对生物进行快速免疫测 定对该海域的海洋污染状况进行了评估( t a m a r a e ta 1 ，2 0 0 2 ) ；a n d r e w 等在海岸带 影响评估中，使用小型底栖生物作为指示生物，评估海洋环境健康( a n d r e w e t a l ， 2 0 0 7 ) 。指示物种法的不足之处是单一的指示物种时常难以全面反映复杂的生态 学过程中的因果关系。 结构功能指标评价体系法主要是根据生态系统的特征及其服务功能建立评 价指标体系，通过模糊综合评判法、层次分析法或健康距离法等目前生态系统健 康评价中比较常用的三种方法，再建立数学模型来评价确定其健康状况。生态系 统健康评价指标包括物理化学指标、生态指标和社会经济指标三大类。物理化学 指标是监测生态系统的非生物环境的指标；生态指标是反映生态系统特征和状态 的生物指标，它分为生态系统、群落和种群与个体等不同层次的指标或指标体系； 社会经济指标是着眼于生态系统对人类生存与社会发展的支持作用，采用经济参 数和社会发展的环境压力指标等来衡量生态服务的质量与可持续性。根据敏感程 度和功能性，生态系统健康评价指标分为早期预警指标、适宜程度指标和诊断指 标3 类。一个完整的生态系统评价应包括上述三大类指标或指标体系，但在具 体实践中往往因评价目的和对象不同而有所选择。r a p p o r t 考察了生态系统面临 的胁迫和显现出来的症状，定义了生态系统压力的八个指标：活力、恢复力、组 织、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及 人类健康影响，该指标框架后来被广泛应用于各类生态系统健康评估中( r a p p o r t e ta 1 ，1 9 9 8 ) ；f e r r e i r a 综合考虑了物理和生化特性，建立了河口质量综合评价方 法，其中包括了抗干扰能力、水质、沉积特性和营养动力学等4 方面( f e r r e i r a , 2 0 0 0 ) ：f r a n c i s 等把生态系统分为生物健康、水质健康和人类健康三个目标进行 河口生态系统健康管理( f r a n c i s & w i l l i a m ，2 0 0 5 ) ；袁辉等基于外部环境指标、功 能指标和内部特征指标，构建了三峡库区消落带生态系统健康评价体系( 袁辉等， 2 0 0 6 ) ；叶属峰等从物理化学指标、生态学指标、社会经济指标三方面对长江口 海域生态系统健康进行了初步的评价( 叶属峰等，2 0 0 7 ) 。 目前，生态系统健康研究焦点由概念理论和定性研究转向定量研究常用的定 量研究方法包括层次分析法( 触口) 、综合指数法和生态模型法等，其中，综合指 数法被最广泛使用( c o o p e re ta 1 ，1 9 9 7 ；c a m p e l l & b a r t e l l ，1 9 9 8 ；蒋卫国等，2 0 0 5 ； 毛义伟，2 0 0 8 ) 。综合指数法是通过建立评价指标标准，根据指标权重的距离进行 评价的方法。生态系统健康研究的另一趋势是越来越注重与景观生态学理论，与 k s 、g i s 等新技术相结合，常用于大尺度生态系统诊断研究中( 蒋卫国，2 0 0 3 ；陈 铭等，2 0 0 7 ；王娟等，2 0 0 8 ) 。 ， 6 目前，生态系统健康研究在诸多方面已经取得了重要进展，但仍然存在着各 种各样的批评意见。不同学者对生态系统健康的研究特别是对生态系统健康的标 准及其度量等还存在很多不同的看法，生态系统健康研究正在不断的争论中完善 和发展。 1 3 研究区域概况 南汇边滩包括范围包括长江口南槽3 1 0 1 0 n 以南和杭卅i 湾口1 2 1 0 5 0 e 以东 一5 m 等深线以上的岸滩区域，其北部为长江口南槽通道，南部为杭州湾海区，分 为面向东海的南汇东滩和面向杭州湾的南汇南滩两部分( 图1 1 ) 。区域整体北窄 南宽，全长约4 6 8 k m ，总面积约3 3 1 0 0 h m ，坡度平缓，略向海倾斜，0 m 线以上 的潮滩面积约有1 3 8 k m 2 ，o 5 m 线的水下滩涂达5 1 6 k i n 2 ，潮间带滩涂面积约 1 5 4 0 0 耐( 陈沈良等，2 0 0 2 ) 。滩地分带性明显，自陆向海发育较为完整的高、中、 低潮滩。滩地形态两头窄，中间宽，自西向东倾斜，滩涂植被以海三棱庶草( s c r i p u s t r i q u e t e r ) 、互花米草( s p a r t i n aa l t e r n i f l o r a ) 、芦苇( p h r a g m i t e sa u s t r a l i s ) 为主，也是 东亚一澳大利亚国际性鸟类迁徙路线上重要的停歇、补给地。南汇边滩是上海市 重要的土地资源增长点，在近2 0 年内，两次经过2 次大面积圈围工程，造地 1 2 0 k m 2 ，原0 m 线以上滩涂多已被围垦并用于各类土地利用。 南汇边滩常风向为东南风，月平均风速5 3 m 5 6m s ，受台风影响机会较多。 岸段潮流在涨落潮过程中，小潮与大潮、低滩与高滩呈现多相变化，涨潮流速大 于落潮流速，大潮流速大于小潮流速，潮下带平均大潮低潮位以下流速大于潮间 带平均大潮高潮位到平均大潮低潮位流速( 俞相成，2 0 0 5 ) ，涨潮含沙量一般大于 落潮含沙量，大潮含沙量大于小潮含沙量。沉积物中部粗两端细，自潮上带经潮 下带至5 m 水深以下的岸坡，沉积物粒径逐渐变粗再逐渐变细( 陈沈良等，2 0 0 2 ) 。 南汇边滩北起与浦东新区交接处，南至芦潮港区域，滩涂面积广大，由于该 地区直接与大陆相连，又长期缺乏足够的保护和其他相关政策的管理，因此滩涂 湿地与人类活动和居住区域间并没有明显的界限，湿地是当地人劳作的主要地 区，与当地的农业、渔业等息息相关，因此南汇边滩受到较频繁的人类活动影响 ( 毛义伟，2 0 0 8 ) 。南汇边滩1 9 9 0 年大堤以内区域，由北向南，依次为朝阳农场、老 港镇、东海农场、新港镇、临港新城和芦潮港镇，这些人类聚集区周边分布着较 7 为发达的农业和工业，产生的农业面源污染和工业重金属污染等，可能对南汇边 滩湿地生态环境产生严重影响。 图卜l 南汇边滩地理位置 f i g 1 - 1t h e l o c a t i o no fn a n h u ib i a n t a n 1 4 研究内容、意义和技术路线 南汇边滩湿地位于上海市东南角，长江口和杭州湾的天然交汇处，属于淤涨 型滩涂，其潮间带年均淤高4 5 c m a ，并以4 0 6 0m a 的扩展速度向东南偏东方 向伸展( 陈沈良等，2 0 0 2 ) 。随着滩涂的淤涨，滩涂植被也随之向外延伸，滩涂断 面最宽处达5 k m ，蕴藏着丰富的动植物资源。南汇边滩湿地是东亚一澳大利亚国 际性鸟类迁徙路线上重要的停歇、补给地，保护其生境稳定，维持一定面积的自 然湿地就具有重要的意义。然而，进入9 0 年代以来，随着上海市社会经济的迅猛 发展，城市化范围迅速向郊区和农村扩展，上海耕地呈锐减的趋势，围垦造地步 伐远远跟不上经济建设用地的需求。同时，上海市范围内高潮带滩涂资源已经所 剩无几( 黄华梅等，2 0 0 5 ) ，必须转向中低潮带滩涂进行人工促淤圈围造地，以满 足耕地面积总量动态平衡的需要。近2 0 年来，南汇边滩湿地经历了2 次较大规 模的围垦，原0 m 线以上滩涂多已被围垦并用于各类土地利用，生态系统受到较 频繁的人类活动干扰。因此，为保护南汇边滩生物多样性，维持生态系统正常结 构和功能，保持应有的生态系统服务价值，了解南汇边滩近2 0 年来湿地变化动 态，研究湿地生态系统健康状况具有非常重要的意义和必要性。 本研究在通过对南汇边滩1 9 9 0 年、2 0 0 3 年和2 0 0 8 年遥感影像进行解译， 研究近2 0 年来南汇边滩湿地景观类型动态和景观格局演变，并建立基于p s r 模 型的南汇边滩生态系统健康评价指标体系、模型和评价方法，开展南汇边滩湿地 生态系统健康评价，以期为探索南汇边滩土地资源利用与湿地可持续发展有效途 径提供参考，也希望能为制定南汇边滩滩涂湿地保护利用发展战略提供科学决策 依据。 本研究技术路线如下： l a n d s a t t m 影像il 海图 几何精校正 野外考察吲监督分