（生态学专业论文）3s技术支持下的高原湿地纳帕海景观格局变化研究.pdf

摘要：云南西北部的高原面上分布着许多类型独特的湿地，是云南省高原湿地较为集 中的区域。该区湿地位于长江、怒江、澜沧江等重要河流的中上游，通过汇集降雨和 地表径流、冰川融雪，以及调控洪水等过程，对下游水量均衡起到重要作用。其独特 的地理区位与复杂的生境类型，孕育了丰富的生物多样性与特有性。另一方面，滇西 北湿地地处少数民族地区，同时又是农牧交错地带和著名的旅游风景区，是当地社会 稳定、经济发展的重要基础，也是生物多样性保护与资源利用矛盾极为突出的地区， 从而成为国内外广泛关注的焦点但长期以来国内缺乏对这一湿地的研究。 滇西北湿地景观变化不仅改变了其景观的空间结构，而且改变了湿地景观的原有 生态功能，尤其对生物多样性产生重要影喵。该区域已有的研究表明，随着湿地景观 格局改变，适合多种珍稀动、植物生存繁衍的湿地环境不断丧失，生物多样性受到严 重威胁并危及到当地经济的可持续发展。 通过对滇西北典型高原湿地纳帕海景观格局及生态效应的研究，掌握人为生产活 动干扰下湿地景观格局形成的生态过程及演变规律，从景观尺度上揭示滇西北高原湿 地生态系统退化的机理，为高原受损湿地生态系统的恢复、湿地资源的合理利用与湿 地的保护与管理提供科学依据。同时对补充完善我国高原湿地研究的薄弱领域，维护 滇西北少数民族社会稳定，促进地方经济持续健康发展也有着重要的科学实践意义和 现实意义。 本研究基于遥感、地理信息系统和全球定位系统等技术手段对纳帕海高原湿地进 行景观格局变化研究。选择了该区域1 9 7 4 年、1 9 9 4 年、2 0 0 5 年三个时期，时相较为 接近的三幅影像为基本数据源，结合相关历史资料和调查数据，对遥感影像进行了几 何校正、图像增强等处理，并进行景观分类，然后利用地理信息系统的空间分析模块 进行景观格局的空间分析，以获取景观空间的基本数据，然后对其进行分析和处理， 利用景观分析软件f r a g s t a t s 3 3 计算景观格局指数，统计其变化特征。 在1 9 7 4 年至2 0 0 5 年这一段时期内，纳帕海湿地景观比例指数( p k ) 发生了很大 变化，其中，沼泽、水体比例指数呈明显下降趋势，从1 9 7 4 年的5 9 7 0 、2 4 3 2 分 别下降到2 0 0 5 年的6 9 4 、1 9 9 7 ；而草甸及耕地景观比例指数呈上升趋势，在这 一时期内，这两个景观类型的景观比例指数分别上升到6 0 6 5 、9 8 9 ，较1 9 7 4 年 均有大幅度的上升。这反映了纳帕海湿地景观由原生湿地景观逐渐变化的过程。 论文分析了研究期内纳帕海湿地景观格局变化的程度，其中，纳帕海整体景观的 斑块数目增多、湿地景观破碎度增加。沼泽、水体等原生环境大面积破碎、萎缩，草 甸、耕地等非湿地景观比例大幅度增长，导致了湿地生境多样化、湿地物种多样性减 少等一系列退化表征。并探讨了景观格局变化的驱动因子，对景观格局变化的成因进 行剖析和解释。最后针对纳帕海湿地景观格局变化产生的生态环境恶化问题，对纳帕 海湿地环境的保护和可持续利用提出了相应建议。提倡有序旅游、控制放牧、加强湿 地生态教育等，为高原湿地的保护和恢复提供参考。 关键词：纳帕海湿地景观格局 3 s 技术 生态影响 i i a b s t r a c t ：t h e r ea t em a n yd i f f e r e n tt y p e so fn a t u r a lw e t l a n di nn o r t h w e s ty u n n a n ，a n dt h i s r e g i o nh a st h el a r g e s tn u m b e ro fp l a t e a uw e t l a n di ny u n n a n s i t u a t e di nt h eu p p e r r e a c h e s o fs e v e r a li m p o r t a n tr i v e r ss u c ha sy a n g t z e ，n u j i a n gr i v e ra n dl a n c a n gr i v e r , t h e s e n a t u r a lw e t l a n d sp l a yac r i t i c a lr o l ei nr e g u l a t i o no fw a t e rl e v e l sf o rt h el o w e rr e a c h e so f t h e s er i v e r st h r o u g hs e v e r a lp r o c e s s e si n c l u d i n gc o n v e r g i n gt h er u n o f fo fr a i n f a l l ，m e l t e d s n o wa n di c e ，m a n a g i n gf l o o d i t sp a r t i c u l a rg e o g r a p h i cl o c a t i o na n dt h ec o m p l e xh a b i t a t t y p e s ，h a v eb r e dr i c hb i o d i v e r s i t ya n ds p e c i f i c i t y o nt h eo t h e rh a n d ，t h ew e t l a n do f n o r t h w e s t e r np a r to fy u n n a n ，w h e r es o m em i n o r i t i e sl i v ea n df a r m ，p l o u g h ，a l s oa sa f a m o u ss c e n e r ys p o t ，i sa ni m p o r t a n te l e m e n tf o rs o c i a ls t a b i l i t ya n dt h ee c o n o m i c d e v e l o p m e n ti nl o c a lr e g i o n ，i t sa l s ot h ea r e aw h e r et h ec o n f l i c t sb e t w e e nt h ew e t l a n d r e s o u r c e s u s ea n dw e t l a n db i o d i v e r s i t yc o n s e r v a t i o ni s e x t r e m e l yp r o m i n e n t ，t h u s b e c o m i n gt h ef o c a lp o i n tw h i c ha r o u s e dw i d e s p r e a d a t t e n t i o nb o t hd o m e s t i ca n d f o r e i g n b u tt h e r ea r eaf e wr e s e a r c h e sa b o u tt h i sr e g i o nh a v eb e e nm a d e f o ral o n gp e r i o d i nt h ep a s t t h el a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g e so fw e t l a n dn o to n l ya l t e r e ds p a t i a ls t r u c t u r eo fi t s l a n d s c a p e ，a l s oc h a n g e dt h eo r i g i n a le c o l o g yf u n c t i o n so ft h e w e t l a n dl a n d s c a p e ，i t e s p e c i a l l yh a ss i g n i f i c a n te f f e c t o nt h eb i o d i v e r s i t y e x i s t i n gr e s e a r c h e si n t h i sr e g i o n i n d i c a t e dt h a t ，a l o n gw i t ht h ew e t l a n dl a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g e ，t h ew e t l a n de n v i r o n m e n t w h e r em a n yk i n d so fr a r ea n i m a l sa n dp l a n t su s e dt ol i v ea n dg r o wh a sb e e nl o s t ，t h e b i o d i v e r s i t yr e c e i v e d t h r e a t e n ss e r i o u s l ya n dh a sb e e ne n d a n g e r e d t h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fl o c a le c o n o m ya l s os u f f e r e dal o t t h e r e f o r e ，t h r o u g ht h es t u d yo nl a n d s c a p ep a t t e r na n de c o l o g i c a le f f e c t so ft y p i c a l p l a t e a uw e t l a n d n a p a h a i b yg r a s p i n ge c o l o g i c a lp r o c e s so ft h ew e t l a n dl a n d s c a p ep a t t e r n f o r m sa n de v o l u t i o nr u l e so ft h ew e t l a n dl a n d s c a p ep a t t e r nu n d e rt h ed i s t u r b a n c ef r o m a r t i f i c i a l a c t i v i t y , t or e v e a l t h em e c h a n i s mo fw e t l a n dd e g r a d a t i o no n p l a t e a uo f n o r t h w e s t e r ny u n n a n a n dt op r o v i d es c i e n t i f i cf o u n d a t i o nf o rt h er e s t o r a t i o nw o r ko f d a m a g e dp l a t e a uw e t l a n de c o s y s t e m ，t h er e a s o n a b l eu t i l i z a t i o no fw e t l a n dr e s o u r c ea n d t h e ，c o n s e r v a t i o n ，m a n a g e m e n to fw e t l a n d m e a n w h i l e ，r e i n f o r c i n ga n dp e r f e c t i n g t h e d o m e s t i cr e s e a r c hf i e l do fp l a t e a uw e t l a n d a tt h es a m et i m e ，i tc a nm a i n t a i nt h es o c i a l i s t a b i l i t yw h e r em i n o r i t yp e o p l el i v e ，p r o m o t et h el o c a le c o n o m yt od e v e l o pi nah e a l t h y w a y , w h i c ha l s oh a si m p o r t a n ts c i e n t i f i cp r a c t i c es i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lm e a n i n g b a s e do nt e c h n o l o g i e so fr e m o t es e n s i n g ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e ma n d g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，t h i sr e s e a r c hc a r d e do u ts t u d yo nl a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g e so f n a p a h a iw e t l a n d c h o o s i n gt h r e ep h a s ec l o s e rr e m o t es e n s i n gi m a g e so ft h i sr e g i o ni n 1 9 7 4 ，i n1 9 9 4 ，a n di n2 0 0 5 t h er e s e a r c hh a sc a r d e do np r o c e s s i n go fg e o m e t r i c a l c o r r e c t i o n ，i n t e n s i f i c a t i o no ft h e s et h r e ei m a g e sa n dc a r d e do nl a n d s c a p ec l a s s i f i c a t i o n ， t h e ng o tt ou s i n gg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ss p a t i a la n a l y s i sm o d u l et oc a r r yo n s p a t i a la n a l y s i s ，s ot h a to b t a i nt h eb a s i cl a n d s c a p es p a c i a ld a t a ，t h e nc a r d e do nt h ea n a l y s i s a n dp r o c e s s i n gt oi t ，u s i n gl a n d s c a p ea n a l y s i ss o f t w a r ef r a g s t a t s 3 3t oc o m p u t e l a n d s c a p e p a t t e r ni n d e x e s ，g o tc h a r a c t e r i s t i c so fl a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g e d u r i n gt h ep e r i o do f 1 9 7 4 2 0 0 5 ，t h el a n d s c a p er a t i oi n d e x ( p k ) o fn a p a h a iw e t l a n dh a sc h a n g e dg r e a t l y , t h e r e i n t o ， t h el a n d s c a p er a t i oi n d e xo fm a r s ha n dw a t e rb o d y , s h o w e da l lo b v i o u sd o w n t r e n d ，f r o m 5 9 7 0 、2 4 3 2 i n1 9 7 4t o6 9 4 ，1 9 9 7 i n2 0 0 5r e s p e c t i v e l y , t h e nt h el a n d s c a p er a t i o i n d e xo fm e a d o wa n dp l o w l a n da r es h o w e dt h et e n d e n c yo fg o i n gu p d u r i n gt h i sp e r i o d ， t h el a n d s c a p er a t i oi n d e xo ft h e s et w ol a n d s c a p et y p e sr a i s e dt o6 0 6 5 a n d9 8 9 ，w h i c h h a sb e e nr a i s e dg r e a t l yf r o mw h i c ho f1 9 7 4 i t st h er e f l e c t i o no ft h eg r a d u a lt r a n s f o r m a t i o n p r o c e s sf r o mv i r g i nl a n d s c a p ec o n d i t i o ni nn a p a h a iw e t l a n d t h i sp a p e ra n a l y s e dt h ed e g r e eo f l a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g ei nn a p a h a iw e t l a n d ， s u c ha st h eg r o w t ho f p a t c hn u m b e r , t h ei n c r e a s eo ff r a g m e n t a t i o n t h ev i r g i ne n v i r o n m e n t s u c ha sm a r s h ，w a t e rb o d yf e l lt op i e c e sa n ds h r i n k d da tal a r g es c a l e t h e nc a u s e d d i v e r s i f i c a t i o no fw e t l a n de n v i r o n m e n t ，a n dt h er e d u c t i o no fb i o d i v e r s i t ye t c s u c has e r i e s o ft o k e no fd e g r a d a t i o n a l s od i s c u s s e dt h ed r i v i n gf o r c e si nl a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g et o a n a t o m i s ea n de x p l a i nt h er e a s o n so fl a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g ei n n a p a h a iw e t l a n d a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m so fe n v i r o n m e n td e t e r i o r a t i o nc a u s e db yt h el a n d s c a p ep a t t e r n c h a n g ei nn a p a h a i ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ec o r r e s p o n d i n gp r o p o s a lf o rt h ee n v i r o n m e n t c o n s e r v a t i o no fn a p a h a iw e t l a n da n ds u s t a i n a b l eu s eo fi t ，i n c l u d i n go r d e r l yt o u r i s m d e v e l o p m e n t ，c o n t r o l l e dg r a z i n g ，e m p h a s i z e dw e t l a n de c o l o g ye d u c a t i o n h o p i n gt h a tt h i s s t u d yw i l lp r o v i d ear e f e r e n c et ot h ec o n s e r v a t i o na n dr e s t o r a t i o no fp l a t e a uw e t l a n d i v k e yw o r d s ：n a p a h a iw e t l a n d ，l a n d s c a p ep a t t e r n ，3 st e c h n o l o g y v 声明尸明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南林学院或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 签名：塑溘：日期：逸幺：么二12 关于论文使用授权的说明 本人同意：西南林学院有权保留论文的复印件，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文；提交论文一年后，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部 或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：参汤导师签名： 1 引言 1 引言 1 1 湿地及高原湿地内涵 湿地科学是一门自身科学体系尚待完善的年轻学科，迄今为止，国际上还未形成 一个公认的湿地定义，国内外许多学者从不同角度、不同的研究目的和研究手段，对 湿地概念进行了阐述或定义。目前国际上得到广泛认同的湿地概念为1 9 8 1 年建立的 关于特别是水禽栖息地的国际重要湿地公约( 简称) 湿地公约给出的湿地定义： 湿地系指天然或人工、长期或暂时之沼泽地、泥炭地，带有静止或流动的淡水、半成 水或咸水的水域地带，包括低潮位不超过6 m 的滨岸海域【1 1 。我国湿地学者认为：湿 地是地球表层的一种水域和陆地之间过渡的地理综合体，它具有3 个相互关联、互相 制约的基本特征：有喜湿生物栖息活动：地表常年或季节积水；土层严重潜育 化。 高原湿地是一种独特的湿地类型，其定义一般理解为：发育于高原地貌生境中的 湿地生态系统。由于地形复杂，海拔高差大，山体较多，气候条件复杂，形成了这一 特殊的湿地类型，高原湿地一般具有两个基本条件：地形抬升过程中形成的负相地 貌( 有利于积水形成湿地) ；冷、湿气侧2 】【3 1 。 1 2 湿地的重要性 湿地( w e t l a n d ) 是介于陆地和水生环境之间的过渡带，并兼有两种系统的某些 特征，由于水陆相互作用形成了独特的生态系统类型，广泛分布于世界各地，是自然 界最富有生物多样性的生态景观之一【4 】。世晃自然保护联盟( i u c n ) 、联合国环境规 划署( 1 小礓p ) 和世界自然基金会( w w f ) 在编制世界自然保护大纲时，把湿地与森 林、海洋一起并称为全球三大生态系统，并将淡水湿地视为濒危野生生物的最后集结 地。据统计，全世界共有湿地8 5 5 8 1 0 6k m 2 ，占陆地总面积的6 4 ( 不包括滨海湿 地) ，其中以热带比例最高，占湿地总面积的3 0 8 2 ，寒带占2 9 。8 9 ，亚热带占 2 5 0 6 ，亚寒带占1 1 8 9 。湿地在维持区域生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种 资源等方面有其不可替代的作用【5 1 。此外，湿地还具有重要的社会文化价值和科研价 值。 3 s 技术支持下的高原湿地纳帕海景观格局变化研究 1 2 1 湿地的生态功能 湿地的生态功能主要体现在物质循环、生物多样性维护、调节河川径流和气候等 方面。 ( 1 ) 保护生物和遗传多样性。湿地蕴藏着丰富的动植物资源，湿地植被具有种 类多，生物多样性丰富的特点，许多的自然湿地为水生动物、水生植物、多种珍稀濒 危野生动物，特别是水禽提供了必需的栖息、迁徙、越冬和繁殖场所。对物种保存和 保护物种多样性发挥着重要作用。 ( 2 ) 调蓄径流，补充地下水。湿地在控制洪水，调节河川径流、补给地下水和 维持区域水平衡等方面的功能十分显著，是其他生态系统所不能替代的，湿地是陆地 上的天然蓄水库，同时还能为地下蓄水层补充水源。 ( 3 ) 调节区域气候和固定c 0 2 。由于湿地环境中，微生物活动弱，土壤吸收和 释放二氧化碳十分缓慢，形成了富含有机质的湿地土壤和泥炭层，起到了固定碳的作 用。湿地的水分蒸发和植被叶面的水分蒸腾，使得湿地和大气之1 1 自j 不断进行着能量和 物质交换，对周边地区的气候调节具有明显的作用。 ( 4 ) 降解污染和净化水质。许多自然湿地生长的湿地植物、微生物通过物理过 滤、生物吸收和化学合成与分解等作用把人类排入湖泊、河流等湿地的有毒有害物质 降解和转化为无毒无害的物质，特别是湿地植被能有效去除污染物中的有毒有害成 分，湿地在降解污染和净化水质方面的强大功能使其被誉为“地球之肾”。 ( 5 ) 防浪固岸。湿地中生长着多种多样的植物，这些湿地植被可以抵御海浪、 台风和风暴的冲击力，作为区域气候灾害的缓冲带，可以有效防止对海岸的侵蚀，同 时它们的根系可以固定、稳定堤岸和海岸，保护沿海工农业生产。 1 2 2 湿地的经济效益 ( 1 ) 提供丰富的动植物产品。湿地提供的水稻、肉类、莲、藕及浅海水域的一 些鱼、虾、贝、藻类等是营养丰富的副食品；有些湿地动植物还可入药；有许多动植 物还是发展轻工业的重要原材料，如芦苇就是重要的造纸原料。 ( 2 ) 提供水资源。湿地是人类发展工、农业生产用水和城市生活用水的主要来 源。我国众多的沼泽、河流、湖泊和水库在输水、储水和供水方面发挥着巨大效益， 总之，湿地的水源功能对人类生活和生产起到了至关重要的作用。 ( 3 ) 提供矿物资源。湿地中有各种矿砂和盐类资源。湿地可以为人类社会的工 业经济的发展提供包括食盐、天然碱、石膏等多种工业原料，以及硼、锂等多种稀有 2 1 引言 金属矿藏。中国一些重要油田，大都分布在湿地区域，湿地的地下油、气资源开发利 用，在国民经济发展中的意义重大。 ( 4 ) 能源和水运。湿地能够提供多种能源，湿地通过航运、电能为人类文明和 进步做出了巨大贡献。中国约有1 0 万公里内河航道，内陆水运承担了大约3 0 的货 一目 廷重o 1 2 3 湿地的社会文化价值 湿地为人类提供了集聚场所、娱乐场所、科研和教育场所，湿地具有自然观光、 旅游、娱乐等美学方面的功能和巨大的景观价值。长期以来，由于湿地特有的资源优 势和环境优势，一直以来是人类居住的理想场所，是人类社会文明和进步的发祥地。 中国有许多重要的旅游风景区都分布在湿地地区，壮观秀丽的自然景色使其成为生态 旅游和疗养的胜地。城市中的水体在美化环境、为居民提供休憩空间方面有着重要的 社会效益。有些湿地还保留了具有宝贵历史价值的文化遗址，是历史文化研究的重要 场所【6 1 。 1 2 4 湿地的科研价值 湿地生态系统、多样的动植物群落、濒危物种等，在科研中都有重要地位，它们 为教育和科学研究提供了对象、材料和实验场所。一些湿地中保留着过去和现在的生 物、地理等方面演化进程的信息，对研究环境演化、古地理方面有着重要的价值1 7 】。 1 3 国内外研究现状及存在问题 国内外对湿地景观格局的研究起步较晚。对湿地景观格局研究内容主要集中在湿 地景观面积变化、景观类型转化、湿地景观动态变化模型、湿地景观格局指数的分析 及其驱动力等方面。研究方法主要有传统的定型描述法、景观生态图叠置分析方法和 景观动态的定量化研究方法。其中，景观动态的定量化研究方法都要通过3 s 技术和 地统计原理来实现。 1 3 1 国外研究现状 国外学者对湿地的研究都较为细致和深入，国外湿地研究具有广阔的研究背景和 坚实的研究基础，当然也包括对湿地景观格局变化的研究。在湿地景观面积变化研究 方面，k i n s f o r d 等研究了澳大利亚m o r r u m b i d g e e 河流的洪泛湿地景观面积变化，表 3 3 s 技术支持下的高原湿地纳帕海景观格局变化研究 明该区湿地大面积丧失。澳大利亚、新西兰和美国加利福利亚等地的研究也表明研究 区湿地景观面积丧失近5 0 ，热带、亚热带的红树林湿地受破坏面积也己达5 0 左 右1 8 】。在湿地景观类型转化研究中，k u z i l a 等研究了在1 9 2 7 1 9 8 1 年期间内布拉斯加 州的湿地景观与非湿地景观之间的转化关系【9 j ；对湿地景观动态变化模型研究方面， b r o w d e r 等和s k l a r 等运用斑块模型分别模拟了路易斯安拉洲湿地沼泽湿地中陆地和 水域的边界长度和生境条件的潜在变化【1 0 】。k i r k b y 等采用其后指数模型在洲际尺度 上成功预测了欧洲泥炭沼泽湿地的潜在增长面积【l 。m e 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【1 2 】。 1 3 2 国内研究现状 国内对湿地景观格局变化的研究始于2 0 世纪9 0 年代，8 0 年代以来，国内学者 一直关注由于对湿地开发利用所导致的湿地景观面积的动态变化。对长江中下游湿 地、三江平原沼泽湿地、拉鲁湿地、若尔盖高原沼泽湿地景观面积变化进行了相应的 研究，表明由于人为的破坏，湿地景观大面积丧失。如拉鲁湿地面积由1 9 6 5 年的 8 6 4 h m 2 缩减到1 9 9 9 年的5 4 8 7h m 2 ，减少了约3 6 5 。随着研究领域的不断深入，国 内学者对湿地景观格局研究的方法、技术等逐步与国外研究趋于一致，而在实际研究 中针对国内不同的湿地生态系统进行针对性研究。白军红采用土地利用土地覆盖类 型的变化过程分类方法研究了霍林河流域湿地景观类型的转化过程【1 3 】。我国学者汪爱 华等研究了三江平原湿地景观格局的动态变化特征【1 4 1 。陈康娟、王学雷等对四湖地区 湿地景观格局动态变化进行了动态模拟和趋势预测【1 5 1 。王宪礼等选用相关景观格局指 数( 斑块密度指数、廊道密度指数、景观破碎化指数等) 定量分析了辽河三角洲的湿 地景观格局【1 6 】。宁龙梅；王学雷等利用马尔科夫过程模拟和预测武汉市湿地景观的动 态演变，在遥感和地理信息系统的支持下，利用1 9 9 6 年和2 0 0 1 年两个时期的 l a n d s a t t m 假彩色合成影像作为信息源，应用马尔科夫过程模拟湿地景观的动态演 变情况和未来演变的趋势【1 7 】。 1 3 3 存在问题 ( 1 ) 当前国内外对湿地景观格局的研究主要集中在对湿地景观格局变化及其驱 动力、景观格局指数、动态模型等方面，对湿地景观格局变化与生态效应的定量研究 则不多【1 8 】。湿地景观格局是各种生态过程综合作用的结果，对湿地生态系统结构和功 4 1 引言 能有着重要的影响，格局的变化必定会带来显著的区域生态影响。因此对湿地景观格 局及生态影响研究有助于掌握景观格局生态过程及其水文、生物多样性变化等生态响 应，进一步揭示湿地退化的机理。 ( 2 ) 另一方面，当前国内外对湿地景观的研究多侧重于受人类活动影响较为严 重的平原地区和海岸带，而对高原湿地的景观研究不多，对高原湿地景观变化及其生 态效应的研究更是少见。高原湿地具有调节区域气候、充当巨大碳汇、生物多样性保 护等重要生态功能，在湿地研究保护中有着不可替代的作用。因此，研究高原湿地景 观形成的生态过程和规律及其产生的生态影响，以揭示湿地功能退化的机理，实现退 化湿地的生态恢复是我国湿地研究的紧迫任务。 1 4 研究意义 湿地资源受到的威胁日益增大，湿地资源的保护迫在眉睫，加之高原湿地虽然重 要，但长期以来对其的研究较少，因此选取国际重要湿地纳帕海进行景观格局研究和 分析。 1 4 1 湿地资源面临严重威胁 湿地占全球陆地面积的6 ，是现今各种环境资源系统中受威胁最大的一类。近 年来，随着经济的发展和人类活动的加剧，湿地不同程度的遭受破坏，导致湿地不断 萎缩退化，环境功能与生物多样性逐渐衰减，日益突出的环境污染、泥沙淤积等环境 问题使湿地及其功能处于严重威胁之中，特别是2 0 世纪以来，湿地面积丧失和质量 下降的速度发展更快。保护湿地、可持续利用湿地，维护良好的生态环境，实现人与 自然的和谐相处已迫在眉睫，刻不容缓。当前湿地面临的主要危机包括： ( 1 ) 湿地面积缩小 城镇发展、基础设施建设、农业利用、渔业发展、旅游观光等对湿地的利用，均 使湿地面积不断萎缩，据资料统计，全国5 0 以上的湿地已经丧失。以湖泊湿地为例， 同其他土地利用类型相比，湖边湿地的土壤富含营养物质，这些营养物质是农业高产 极为重要的条件，因此，湖区大量的湿地被开垦为耕地。纳帕海湿地是中甸高原高山 峡谷区面积最大、相对低平且具有较大湖滨沼泽的一块湿地，由于纳帕海湿地土壤具 有较高的可耕性，其有机质含量丰富，矿物质种类较多，水热条件较好，人口的不断 增长，导致湿地被大量开垦为耕地，自6 0 年代以来，仅湿地的农业利用就造成了约 2 4 1 h m 2 湿地面积丧失。再如江西鄱阳湖，从1 9 5 4 1 9 9 6 年，整个湖面面积减少了 s 3 s 技术支持下的高原湿地纳帕海景观格局变化研究 1 3 0 0 k m 2 ，相应的水容量减少了8 5 0 x1 0 8 m 3 【1 9 】。湿地的损失减少了湖泊的集水面积， 减弱了湖泊的贮藏和保持水的功能，使河道扭曲，泥沙淤积，影响了防洪能力。在鄱 阳湖，由于湿地面积减少造成洪水泛滥，自2 0 世纪9 0 年代以来，每两年都要发生一 次洪灾，造成巨大的经济损失。同时，湿地面积的减少必定影响到湿地水文，湿地水 文是湿地环境中最重要的因子，被称为湿地的“灵魂 。当湿地水文条件改变时，即 使是细微的变化，也会引起生物区系在物种丰富度和生态系统生产力方面的很大变 化，湿地资源的急剧萎缩，结果是导致动植物的栖息环境减少，生物多样性衰减，其 所具有的多种功能减退。 ( 2 ) 过度利用 湿地具有多种功能，对其的利用也因此而有过而无不及，人类对湿地自然资源的 开发和利用长期以来采取“杀鸡取卵，涸泽而渔 的过度利用方式，忽略了对这一宝 贵有限资源的保护。围垦种植、超量养殖、过度放牧、无序旅游等过度利用湿地资源 的现象普遍存在，对湿地生态系统造成了极大的威胁和破坏。过度利用对湿地生态系 统的危害主要表现为湿地生态环境恶化、湿地生产力下降、湿地功能减退等一系列的 严重后果。 ( 3 ) 水质污染 湿地属于区域水系的一个重要组成部分，区域水污染往往施加压力于湿地。我国 的许多河流、湖泊湿地遭到严重的污染。大量的工业废水和生活污水沿河道进入湿地， 给湿地造成极大的污染，远远超过其自净能力。另外，农业生产造成的污染也占了大 部分，化学农药肥料的使用，大量的残留化学物质通过径流进入水系，从而给湿地环 境带来沉重负担。水污染带来的第一直接后果就是生物区系的变化，一些抗污能力较 弱的物种将从湿地环境中消失，而留下少数的_ 些物种，从而造成湿地生物多样性的 下降，使得湿地生态系统趋于不稳定和极度脆弱。 1 4 2 滇西北高原湿地较为重要 云南西北部的高原面上分布着许多类型独特的湿地，是国际重要湿地较为集中的 区域，但长期以来国内缺乏对这一湿地的研究。该区湿地位于长江等众多重要河流的 中上游，对下游水量均衡有着重要作用，其独特的地理区域与复杂的生境类型，孕育 了丰富的生物多样性与特有性，并具有世界1 5 种鹤类中唯一生活在高原的国家i 级 保护鸟类黑颈鹤( g r u sn i g r i c o l l i s ) 和国家级i 保护的黑鹳( c i c o n i an i g r a ) 等珍稀濒危 物种。另一方面，滇西北湿地地处少数民族地区，同时又是农牧交错地带和著名的旅 6 1 引言 游风景区，是当地社会稳定、经济发展的重要基础，也是生物多样性保护与资源利用 矛盾极为突出的地区，从而成为国内外广泛关注的焦点【删。 滇西北的湿地是当地人们赖以生存和发展的重要物质基础，由于缺乏对湿地生态 环境知识的认识和对湿地资源的过度开发与利用，湿地大面积丧失、景观异质性改变 以及湿地景观破碎化程度加剧。滇西北湿地景观变化不仅改变了其景观的空间结构， 而且改变了景观的原有生态功能，尤其对生物多样性产生重要影响，进而威胁着长江 和湄公河中下游及周边的生态安全。随着湿地景观格局改变，适合多种珍稀动、植物 生存繁衍的湿地环境不断丧失，生物多样性受到严重威胁并危及到当地经济的可持续 发展。 因此，通过对滇西北典型高原湿地纳帕海景观格局及生态效应的研究，掌握人为 生产活动干扰下湿地景观格局形成的生态过程及演变规律，从景观尺度上揭示滇西北 高原湿地生态系统退化的机理，为高原受损湿地生态系统的恢复、湿地资源的合理利 用与湿地的保护与管理提供科学依据，同时对补充完善我国高原湿地研究的薄弱领 域，维护滇西北少数民族社会稳定，促进地方经济持续健康发展也有着重要的科学实 践意义和现实意义。 1 4 3 湿地景观格局研究具有重要意义 景观生态学中，景观指的是由相互作用的斑块或生态系统组成，以相似的形式重 复出现的一个空间异质性区域，是具有分类含义的自然综合体。景观由三大要素组成， 即基质、斑块和廊道。三者的区别取决于其在景观系统中的功能和作用。 景观是一个具有时间属性的动态整体系统，它是由地理圈、生物圈、和人类文化 圈共同作用形成的。因此，对景观进行格局、动态或者变化的研究，有助于揭示人类 与景观相互作用的一般规律。 湿地景观格局对景观的功能和过程有着重要的影响，是指大小和形状不一的湿地 景观斑块在空间上的排列，是各种生态过程在不同尺度上综合作用的结果，取决于湿 地资源的地理分布和组成，与湿地生态系统抗干扰能力、恢复能力、稳定性有着密切 的联系，同时，与区域气候变化、土地利用变化及其生物多样性变化密切相关。因此， 进行湿地景观格局变化研究具有重要的现实和理论意义。 7 3 s 技术支持下的高原湿地纳帕海景观格局变化研究 1 4 43 s 技术的结合为高原湿地研究提供强有力的技术支持 3 s 技术是遥感( r e m o t es e n s i n g ) 、地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m ) 、和全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 三项相互紧密关联的技术的 总称，是当今空间信息技术的主体。随着计算机技术和遥感技术的快速发展，遥感影 像的空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率不断提高，大量优秀的遥感影像处理平台 和地理信息系统专业软件的开发，使得人们可以从多角度、多尺度对地球资源进行快 速有效的研究( 2 。 从上个世纪9 0 年代开始，3 s 技术开始大量应用于湿地我国湿地研究领域。主要 应用于湿地信息获取、分析，湿地分类，湿地保护区规划和管理，湿地资源与环境分 析等方面。 3 s 技术的发展使得湿地景观格局研究有了极为科学、宏观的研究平台。g p s ( 全 球定位系统) 为研究地准确定位提供了强有力的保障。r s ( 遥感) 为湿地资源的基 础信息提供了有效的信息源。g i s ( 地理信息系统) 的强大的空间数据分析和处理功 能，能够准确、快速、综合地对湿地生态系统进行景观格局分析。 1 5 研究内容和技术路线 1 5 1 主要研究内容 ( 1 ) 选取滇西北高原典型湿地纳帕海为研究地，在3 s 技术的支持下，结合湿地 的区域特点，确定湿地景观分类系统。 ( 2 ) 根据景观分类结果进行景观空间分析，对景观变化进行定量研究。 ( 3 ) 根据研究结果分析景观格局变化的规律、起因，预测未来变化趋势。 通过湿地最大和最小斑块面积f m a x 和a f r a i n ) 、斑块数目( n p ) 、景观比例指 数( p k ) 、景观多样性指数( h ) 、景观优势度指数( d ) 、景观破碎度指数( c ) 、聚集 度指数( r c ) 等景观空间格局指数的分析，研究湿地景观格局特征，对比在1 9 7 4 年 一1 9 9 4 年一2 0 0 5 年三个时期纳帕海湿地景观格局的变化和差异，分析湿地景观格局 变化的生态影响，探索纳帕海高原湿地景观格局的一般性规律及其发展变化趋势，揭 示湿地景观格局变化的驱动机制。 8 1 引言 1 5 2 技术路线 依据景观生态学原理，采取实地调查验证与图件判读相结合的方法，跨时空提取纳帕 海湿地景观变化信息，通过实地验证，对湿地景观进行分类，确定湿地景观的基本单 元，并结合对湿地水文、生物多样性、物种迁移等的研究，分析湿地景观格局变化及 其生态影响，揭示高原湿地退化规律及机理。技术路线图示见图1 ： 纳帕海高原湿地生态环境特征信息 纳帕海3 0 年跨时空景观信息 3 s 技术应用 r s 影像 判读 g 1 s 空 间分析 景观格局 g p s 数 据验证 野外调查研究 水文变 化特征 生物多 样性 生态影响 湿地景观格局一环境效应分析 图1 技术路线示意框图 9 物种迁 移特征 3 s 技术支持下的高原湿地纳帕海景观格局变化研究 2 研究区域概况 2 1 地理位置及其自然概况 纳帕海高原湿地位于滇西北迪庆藏族自治区香格里拉县境内，地处青藏高原南 缘，横断山脉腹地，是滇、川、及西藏三省区交汇处，也是举世闻名的“三江并流” 风景区腹地i 勿。由于地处南亚大陆与欧亚大陆的交界地带，在第三纪末，即距今三百 万年前，收到了强大