（环境科学专业论文）南水北调沿线景观格局研究——以东平湖到南四湖段为例.pdf

山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 s t u d yo nl a n d s c a p ep a t t e r nf o rs o u t h t o _ n o r t hw a t e rt r a n s f e r s - - ac a s e s t u d yi ne a s ts e c t i o no fd o n g p i n gl a k et on a n s il a k e a b s t r a c t ”s o u t h t o n o a hw a t e rt r a n s f e r s ”i sa ni m p o r t a n tp r o j e c ti no u rc o u n t r y , h a v i n gt h e i m p o r t a n ts t r a t e g i cs i g n i f i c a t i o n t h ee a s tr o u t ep r o j e c to fs o u t ht on o r t hw a t e rt r a n s f e r f u n d a m e n t a l l ys o l v e st h ew a t e rr e s o u r c e ss h o r tp r o b l e mi nn o r t hc h i n a ，m a i n t e n n i n g s o c i e t i c a l ，e c o n o m i c a l ，e c o l o g i c a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i sp a p e rt a k e st h ee a s tr o u t e a r e ac o n t a m i n a t e do fs o u t ht on o r t hw a t e rt r a n s f e r ( n a n s il a k et od o n g p i n gl a k e ) a si t e m ， a n ds t u d y ss y s t e m l yt h er e g i o nl a n d s c a p ep a t t e r n ，b a s e do nl a n d s c a p ee c o l o g yt h e o r ya n dt h e r e s e a r c ht e c h n i q u e t h ep a p e rd i s c u s s e dt h er e g i o n a le c o l o g i c a lp r o b l e m s ，b yi n v e s t i g a t i n ga n da n a l y z i n g ， w i t hg i s i tc a n v a s s e dt h el a n d s c a p ep a t t e r n ，e v a l u a t e dl a n d s c a p es t a b i l i t y , a n dp u tf o r w a r d e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si nt h i sa r e a t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) c h a r a c t e r i s t so ft h el a n d s c a p ep a t t e r no ns t u d y i n ga r e a i st a k i n gt h ef a n n i n ga s b a c k g r o u n d ，o t h e rl a n d s c a p et y p e sa s s u m et h en o n u n i f o r m i t yt om o u n tt h ed i s t r i b u t i o n t h e p e r c e n t a g eo fv a r i o u sl a n d s c a p et y p e so b v i o u sn o n u n i f o r m i t y , s h a a n o n sd i v e r s i t yi n d e xi s l o w , l a n d s c a p eh e t e r o g e n e i t yi su n o b v i o u s v a r i o u sl a n d s c a p e st y p ed i s t r i b u t e so b v i o u s l y p a t c hs h a p et h a ti n f l u e n c a e db yh u m a na c t i v i t yi sr e g n l a t e rt h a nt h a ti n f l u e n c e db yt h en a t u r e a n dh u m a na c t i v i t y a n a l y s i so np a t c hs h a p ei n d e x ，t h er e s u l ti st h a tt h ep a t c h s h a p eo fw a t e r b o d yi sm o s tc o m p l i c a t e do fa l ll a n d s c a p et y p e s ，a n dt h es h a p eo fa g r i c u l t u r a lf i e l d si sm o r e c o m p l i c a t e dt h a nt h a to fc o n s t r u c t e dl a n d s s t a t i n gl a n d s c a p ep a t t e r ni n d e x e s ，t h ea u t h o rg o tt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n a g r i c u l t u r a l f i e l d sh a v ec o m p a r a t i v ea d v a n t a g e ，w h i c hi sa b o u t6 6 4 2 o ft h ew h o l ea r e a l a n d s c a p e f r a g m e n t a t i o nd e g r e eo fs t u d y i n ga r e ai sl o w e r f r a g m e n t a t i o nd e g r e eo fa g r i c u l t u r a lf i e l d si s l a g e s t ，w h i c hi s0 6 6 1 4 ，t h eo t h e ri sl o w e r d i v e r s i t yo fa g r i c u l t u r a lf i e l d si sa l s ol a g e s t f r a c t a ld i m e n s i o ni n d e xo fe v e r yl a n d s c a p et y p eh a sn o to b v i o u sd i f f e r e n c e ，w h i c hi sa b o u t b e t w e e n1 3a n d2 0 ，b u tf r a c t a ld i m e n s i o ni n d e xi sl a r g e s ti nl a k ew i t hc o m p l e xs h a p e ，a b o u t 1 9 9 8 4 c o m p a r i n ga g r i c u l t u r a lf i e l d sw i t ht h el a k e ，t h es h a p ei ss i m l p e r ( 2 ) t h ek e ye l e m e n t so fl a n d s c a p ea n dl a n d s c a p ee c o s y s t e ma r ed y n a m i cc h a n g e t h e s t a b i l i t yo ft h el a n d s c a p ei ss h o w na st h es t a b i l i t yo ft h ek e ye l e m e n to ft h el a n d s c a p ea n d s t a b i l i t yo ft h el a n d s c a p ee c o s y s t e m b e c a u s eo ft h ei n f l u e n c ei nf a c t o r s ，s u c ha sw e a t h e r , v e g e t a t i o n ，s o i l ，e t c t h es t a b i l i t yo fk e ye l e m e n to ft h el a n d s c a p eo ft h es t u d y i n ga r e ai s i i 生查堡翌查堂堡主兰垡堡苎! 壹查! ! 塑塑堡墨里塑旦竺壅 r e l a t i v e l yl o w m e a n w h i l e ，l a n d s c a p ee c o s y s t e m so ft h es t u d y i n ga r e ah a v eb e e nr i s i n g i t s h o w s ：t h eb e n e f i to fo u t p u to fg r a i n p r o d u c t i o na n df o r e s t p r o d u c t i o n ，t h a ti s t os a y , t h e f l u c t u a t i o nr a t eo ft h ep e ru n i ta r e ay i e l do fg r a i n - p r o d u c t i o na n df o r e s t p r o d u c t i o ni sl o w t h e i rv a l u e sb e l o wt h r e s h o mv a l u eo fl a n d s c a p es t a b i l i t yt h a ti sa c t e db yt h ee v e nf l u c t u a t i n g r a t eo ft h en e tp r i m a r yp r o d u c t i v i t i e so fv e g e t a t i o n sa tn a t u r a l a tl a s t ，p r o b l e m so fl a n d s c a p ep a t t e mf o rs o i lu s i n ga r ed i s c u s s e d ，a n dt h er e s o l v i n g e c o l e ，g i c a lm e a s u r ei sp u tf o r w a r d ，b a s e do ns t u d y i n go fl a n d s c a p ep a t t e r n k e yw o r d s ：s o u t h t o n o a hw a t e rt r a n s f e r s ：l a n d s c a p ep a t t e r n ：l a n d s c a p es t a b i l i t y l a n d s c a p ee c o l o g i c a lc o n s t r u c t i o n c l cn o ：q 1 4 9 i i i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声明 的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一躲奢滔勺勒签乡j = z 踟 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权! 遨可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位沧文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一揣巷溽约新笔多吃膨 签字日期：2 。，年争月护日 签字日期：2 。年午月a 。日 山东师范大学硕士学位论文：南永北调沿线景观格局研究 引言 “南水北调”工程是我国一项具有重要战略意义的工程。经过近5 0 年的勘测、规 划和研究，在分析比较5 0 多种规划方案的基础上，形成了南水北调东线、中线、西线 三条调水线路( 见图卜1 ) ，构成与长江、黄河、淮河和海河相互联结的“四横三纵” 总体格局。 幽卜1 南水北调工程总体布局 本文研究区域是东线，东线工程是南水北调工程总体布局中的重要组成部分，其供 水目标是解决调水沿线和山东半岛的城市与工业用水，改善淮北部分地区的农业供水条 件，并在北方需要时提供农业和部分生态环境用水。东线工程分三期实施：一期工程主 要为苏、鲁两省供水。二期山东年需引江水量为1 4 6 6 亿m 3 ，三期为3 4 6 3 亿m3 。山 东境内南水北调干线工程分为南北、东西两大输水线路，全长1 1 9 1 k m ，供水范围涉及 1 4 个市1 0 7 个县( 市、区) ，形成境内t 字形输水大动脉，最终实现全省水资源的优化配 置。 南水北调东线主要利用现有的湖泊调蓄和河道输水。目前，这些湖泊和河道水污染 相当严重，按照“先节水后调水、先治污后通水、先环保后用水”的原则，在通水之前 必须予以治理。工业污染治理的同时农业污染也不容忽视，近年来，农药化肥使用量大 和土地耕作强度大，引起土壤和氮、磷等营养物质流失，这些污染物进入湖泊，促进了湖 泊富营养化和泥沙淤积，加重了湖泊污染。湖泊农业面源污染已引起国际上广泛关注， 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 但由于其复杂的发生机制导致治理难度增大和治理费用提高，至今还没有建立高效低费 用成熟的治理技术“。 山东省境内南北干线全长4 8 7 k m ，工程穿越了森林、草原、农田和湿地等多种生态 敏感地区，生态系统错综复杂，生态环境脆弱，因此，如何根据工程沿线区域的生态敏 感保护对象的特点与保护需求，对景观分类，依据分类结果对景观格局及景观稳定性进 行评价和景观生态建设，对工程建设当中及工程结束后的生态恢复具有重要的指导意义 和实际应用价值。 1 绪论 1 1 跨流域调水工程概述 跨流域调水工程建设是一项复杂的系统工程，其工程设计、建设与管道沿线的环境 条件、工程地质条件及场地条件、地震及活动断裂、生态保护、水土保持等各个方面的 因素密切相关。目前跨流域调水工程在发达国家发展势头减缓，但是在发展中国家，尤 其是处于干旱、半干旱区的国家里，跨流域调水成为拯救工农业的希望。据不完全统计， 到目前世界上已有2 0 多个国家和地区兴建了1 4 0 多处跨流域调水工程“1 。在环境影响 方面，国内外从环境评价和环境规划等角度，已经开展了大量调水工程建设对区域生态 环境影响和生态恢复以及生态环境对工程安全影响概略性的研究。 但是以往的研究，还没有形成系统的南水北调沿线地区景观格局分析的行业规范。 随着对调水工程要求的不断提高，综合考虑沿线区域环境与生态安全及其对水质安全的 影响，已经成为调水工程实施中生态环境影响分析的必然趋势。 1 2 景观生态学的研究综述 1 2 1 景观生态学的研究内容及方法 景观生态学研究的三大核心内容是景观结构、景观功能和景观变化“，而景观空间 结构分析又是景观功能和景观变化研究的基础。景观空间结构分析是景观生态学研究的 重点中的基础内容，目前景观生态学的研究热点之一是在较大的空间尺度上，以数量分 析方法评价景观空间格局特征“。 景观格局的数量化分析方法很多，其中特别重要的是空间格局分析。李哈滨对这些 方法进行了总结，主要包括作图法、概率分步法、指数法、空间相关法、地统计学法、 图论。另外还有模拟法、渗透理论( p e r c o l a t i o nt h e o r y ) 、波普分析( s p e c t r a l 2 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 a n a l y s i s ) 、分形分析和半变异矩阵分析( s e m i v a r i o g r a m ) 等。最近引进景观生态学的 方法还有小波分析和间歇度指数分析，前者用于测定和描述空间格局在多个尺度上的特 征，不要求系统平稳假设；后者不受边界的影响，而与网格大小成分指数相关，对判别 各种景观格局有显著效果。1 。利用景观指数描述景观格局具有使数据获得一定统计性 质、便于比较分析不同尺度上的格局等优点，长期以来直备受景观生态学关注。 1 2 2 国内外景观结构的研究现状 在景观结构研究方面，以d a n s e r e a u ，r t t f o r m a n ，p g r is s e r ，m t u r n e r 等为代表的美国学派，把景观生态学研究建立在现代科学和系统生态学基础上，形成了 从景观空间结构分析、景观生态功能研究、景观动态变化分析一直到景观控制和管理的 一整套方法，从而成为当今景观研究的重心与主流。随着景观结构定量化方法取得新 进展，对景观结构的动态变化研究成为国外学者的又一个研究热点。其中e p o d u m 和m g t u r n e r 利用1 9 3 5 年到1 9 8 5 年连续五十年的美国佐治亚州景观和资源情况的 资料，对该州景观结构的变化做了较详细的研究，研究涉及土地利用变化、景观空问格 局、景观多样性以及模拟景观结构变化四个方面，同时进一步对景观结构变化产生的资 源利用和生态影响做了研究，并提出了相应的生态环境保护建议“”。这一研究为发展中 国家的生态环境与社会经济协调持续发展提供了值得借鉴的经验资料。 近年来，在以g i s 和遥感为代表的新技术支撑下，对景观动态变化进行大尺度生态 监测和建模研究成为景观生态学的新热点。由于景观变化难以控制和进行实验，在计算 机上进行模拟研究成为国外研究者争相采用的方法，如j f r a n k l i n 和李哈滨对美国西 部森林景观空间格局所进行的计算机模拟研究“。 我国景观生态学研究从1 9 8 9 年召开的第一次全国景观生态学讨论会之后有了长足 进展“，也涌现出了一批高水平的研究论文。从所发表论文的研究工作来看，我国目前 景观生态学研究主要集中于对景观结构、功能和动态变化的研究上。其中，以肖笃宁对 沈阳西郊景观结构变化的研究作为典范，我国学者运用北美学派的研究方法开展了内容 涉及城市与城郊景观，农业景观，森林景观，湿地景观，沙漠景观，流域景观，干早 区绿洲景观等的结构与动态变化研究“，还应用了g i s ，遥感与统计分析模型等先进方 法和手段。目前我国学者对景观结构动态变化的建模研究处于起步阶段，相关的研究论 文也较少。谢志霄和肖笃宁在沈阳市东陵区开展了城郊景观动态模型研究，建立了三个 不同的城郊景观动态模型“。苏文贵和常禹对景观动态研究的模型方法作了综述，分析 3 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 了景观动态模型的特点，并对景观动态模型进行了分类，指出模型方法已成为景观动态 研究的主要技术手段，并将形成景观生态学研究的新领域景观建模研究“”。 可见，我国景观生态学研究起步较晚，从总体来看和国际水平还存在明显差距。2 1 世纪中国景观生态学研究，既要抓住国际研究的前沿和热点，又要注意面对国家需求和 地区特点。如西部地区为适应大规模区域生态环境建设的需要，加强生态安全的预警与 对策研究已成为包括景观生态学在内的宏观生态学研究新热点。在东部地区，则面对着 大规模城市化与快速经济发展所带来的生态环境压力，景观生态研究应紧密结合城、乡 规划与生态建设来进行。随着社会发展程度与人们对生活质量要求的提高，对多功能景 观的规划和设计将愈加受到重视“。本文就是运用景观格局数量分析方法，结合南水北 调东线工程规划与生态建设进行研究的。 1 3 论文的选题依据、研究内容和技术方法 1 3 1 选题依据 南水北调东线工程是从根本上解决我国北方地区水资源严重短缺的特大型基础设 施项目，并且是带动山东中西部经济可持续发展的契机，然而南水北调工程对区域生态 环境的影响也是深远的，同时区域生态环境的演变对输水系统的安全运行也有一定的影 响，在工程建设的同时，如何从全局的角度探讨区域的生态安全保障具有重要的实践意 义。 本文研究区域南水北调东线东平湖到南四湖段，长3 0 9 7 k m ，经过南水北调东线工 程两个重要的蓄水湖泊，同时也是东线污染控制的重点区。从全线来看，这是一条带状 的区域，贯穿山东省西部。鉴于区域社会经济水平及污染控制因素，考虑到工程施工对 经过地区实际产生的影响，我们选择干线经过的县、市、区为单位的区域进行研究。该 研究区涉及地域范围广，生态系统复杂，生态系统的结构和功能变化较大，部分地区生 态环境脆弱，环境问题突出。景观管理制度不统一，造成生态环境保护目标不一。由于 人类开发利用强度大，生态恢复技术难度也较大。因此，从生态保护的角度出发研究景 观生态系统的结构特征，对区域生态恢复及生态建设具有重要的指导意义和实际应用价 值。本文从景观尺度，以南水北调沿线( 东平湖到南四湖段) 地区景观生态系统为研究 对象，对沿线的景观进行分类并对其格局进行分析，并对景观的稳定性进行了评价，最 后针对存在的问题，提出景观生态建设措施，为南水北调工程及其研究区域的生态安全 提供了理论保障。 4 山东师范大学顶士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 计算南水北调沿线景观格局指数，分析景观生态格局特征。 ( 2 ) 在格局分析的基础上，评价景观生态系统的稳定性，并探讨景观格局的合理 性及与景观稳定性的相互关系。 ( 3 ) 从景观生态学原理出发，以增加绿色覆盖为核心，提出景观生态建设措施。 1 3 3 主要技术方法 本文以景观生态学原理、生态系统生态学原理为基础，综合运用地理信息系统 ( g i s ) 、遥感( r s ) 等现代技术手段。在g i s 软件a r c g i s8 0 、h r c v i e wg i s3 2 和 m a p i n f o7 0 支持下进行景观格局研究。以r s 信息为数据源，使用图象处理系统对其 进行分类，获取景观类型图。用f r a g s t a t s 3 3 软件计算景观指数，在此基础上进行景 观生态格局评价与建设研究。 5 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 2 研究区域环境概况 南水北调东线的成败关键是水质问题，输水干线规划区，山东省是污染控制的重点， 特别是南四湖、东平湖区域，由于地势因素，局部区域面源污染严重。为了更清楚地了 解研究区概况，本文将对南四湖流域、东平湖流域分别做一简单介绍。 南四湖流域面积3 1 7 0 0 k i n z ，其中在山东省境内的流域面积为2 6 2 5 5k m 2 。入湖河流 有5 0 多条，南四湖以东主要河流有光府河、泗河、白马河、城郭河、薛城大沙河等， 以西主要有洙赵新河、万福河、东渔河等。京杭大运河自韩庄运河入境，经南四湖、梁 济运河向北穿越黄河。行政区划包括济宁、枣庄、菏泽市的全部市县以及泰安市的宁阳 县，共计2 7 个市县区。人口总数为1 9 6 1 1 7 万人。2 0 0 3 年，流域内各市国内生产总值 达到1 5 5 5 9 亿元，流域c o d 、氨氮排放总量为2 2 7 1 6 1 t a 。 东平湖位于大汶河下游入黄河口门处，总流域面积9 0 5 9k m 2 。东平湖流域位于山东 省中部，包括莱芜、泰安、肥城、新泰4 个设市城市，1 个县( 东平县) ，1 个独立区( 钢 城区) ，共计6 个市县区，总人口5 0 5 5 万人。2 0 0 3 年，流域内国内生产总值达到8 3 1 8 亿元。流域c o d 、氨氮排放总量为2 7 0 9 1 t a 。 2 1 自然环境条件 研究区位于山东省的中西部。北接黄河，南到与江苏边界。大致介于介于东经1 1 5 。5 1 7 3 7 ”1 1 7 。2 17 ，北纬3 4 。2 7 3 6 。1 0 。总面积9 3 6 k m 2 ( 图2 - 1 ) 。 工程沿线位于华北构造区东南部，鲁中南一鲁东上升山地的西侧，鲁西一鲁北沉降 平原的西、南部。属鲁西平原地区，大地貌简单，但微地貌却比较复杂。区内湖泊面积 广大，大型湖泊有南四湖和东平湖，京杭大运河纵贯鲁西南北。在运河以西簸箕状的黄 泛平原上，分布着多条古河道。由于黄河多次改道，决口泛滥，加之后来地表水和风蚀 改道，以及人为影响，平原上岗、坡、洼分布复杂。分布有河滩高地，沙质河槽地，河 间浅平洼地，微平坡地，背河槽状洼地和决口扇形等地貌，相应地上壤类型分布规律是 棕壤、砂姜黑土、水稻土、褐土、潮土。矿产以煤炭为主，次为石膏、稀土、铁矿等矿 产。全区平均海拔高度低于7 0 m 。 山东师范大学硕士学位沦文：南水北调沿线景观格局研究 本区属暖温带季风型大陆性气候，气候四季分明，冬季寒冷、雨雪稀少，夏季高温、 雨量集中。多年平均气温为l l 1 4 。c 。多年平均降水量为 6 0 0 m m ，多年平均蒸发量为 9 0 0 1 0 0 0 m m ，属于半湿润半 t 旱地区。植被属暖温带落叶 阔叶林地带、暖温带南部落叶 栎林亚地带。地带性植被多为 落叶栎林为代表的落叶阔叶 林。境内农鞋历史悠久，原始 植被已不复存在，现有植被多 为次生植被和人t 植被。 工程跨淮河、黄河、海河 流域，该研究区河流多属淮河 水系。其q j 南四湖、东平湖和 梁济运河是南水北调东线的主 要组成部分( 见图2 2 ) 。 图2 - 1 研究区范围、地理位置 图2 - 2 研究区河流水系 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 南四湖是山东省政府于2 0 0 3 年批准设立的省级自然保护区，是以重点保护湿地生 态系统和珍稀濒危鸟类为主的湿地类型保护区，总面积1 2 7 5k m 2 。南四湖又是南水北 调东线工程的调蓄水库，主要生态功能有：( 1 ) 生物资源库功能。丰富的生物资源，从 维持生物多样性角度看，具有十分重要的意义。( 2 ) 维持生态平衡功能。南四湖作为多 种候鸟和旅鸟栖息地，对维持全球性的整体生态系统平衡，也有重要的意义。( 3 ) 珍稀 物种资源区功能。( 4 ) 渔业功能。渔业资源有着很大的开发利用价值。( 5 ) 生态旅游功 能。( 6 ) 生态治污功能。湿地具有良好的净化功能。 东平湖位于山东省泰安、济宁两市的东平、梁山和汶上三县交汇地区，位处大汶河 下游，西濒黄河，是山东省第二大淡水湖。它总面积6 2 7 k m 2 ，总库容近4 0 亿m 3 ，是国 务院确定的黄河下游滞洪水库，也是南水北调东线的主要调节湖和山东省西水东调方案 的水源地。具有防洪、调蓄、灌溉、供水、养殖等多种生态功能。 2 2 社会经济概况 研究区范围行政区划包括微山、鱼台、嘉祥、汶上、梁山、东平6 个县，滕州、邹 城、济宁3 个设立市，和1 个市街区薛城区。该区农业基础设施雄厚，水利资源丰富， 光热充足，适合各种农作物生长，每年粮食单产均高于山东省平均水平。另外，该区的 淡水养殖已具规模，是山东省最大的淡水鱼养殖基地。 2 0 0 3 年，全区国内生产总值达到4 4 3 亿元，工业总产值1 7 8 亿元，农业总产值达到 9 9 亿元，全社会固定资产达7 7 亿元，农民人均纯收入约3 2 0 0 元。 2 3 主要生态环境问题 自1 9 8 0 年以来，东平湖、南四湖流域降水量明显减少，径流量严重衰减且支流拦截 量加大，导致入湖水量大幅减少：湖区围湖造田、乱挖鱼池、酷渔滥捕、超标排污等现 象严重，造成湿地面积缩小和功能退化。近年来南四湖多次出现干湖现象，对湖泊生物 造成毁灭性冲击。湿地被誉为“地球之肾”，湿地质量、功能锐减必将引发一系列的生 态环境问题”7 。2 33 。 2 3 1 湿地生态环境问题 2 3 1 _ 1 水体严重污染 从1 9 9 5 2 0 0 2 年水质数据看，南四湖湿地、东平湖温地水质较差，为类或v 类( 详 见第4 章) ，主要污染物为氨氮和有机好氧物质。污染源包括工业污染源、生活污染源 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 和农业面污染源，以及湖区水产养殖、旅游、水运等行业排入的污染物；另外湖区高密 度围网养殖使湖泊水污染也日趋严重。围网养殖的盲目发展导致湖泊净化能力下降和趋 于富营养化。湖面往来船只、湖滨旅游业的快速发展也造成大量污染物进入湖泊，致使 水质恶化。据调查，东线工程沿线的湖泊湿地水体普遍呈现中、富营养化状态。具体来 看，南四湖中的独山湖、昭阳湖、基本处于中营养状态；南四湖中的南阳湖、微山湖以 及东平湖处于富营养状态。 2 3 1 2 湿地水量减少，面积逐渐萎缩 由于自然和人为过程的影响，本区域湿地水量呈现水量减少、面积萎缩趋势。在黄 河、淮河流域，古大野泽干涸后余存的北五湖如今也只有东平湖尚存一定的水面，并且 从8 0 年代的1 4 8 k m 2 缩减到1 9 9 7 年的1 0 8 k m 2 。南四湖仅从1 9 8 7 年至今，面积就缩减了 8 1 k i n 2 。面积的逐渐缩小，导致湿地抵御自然灾害和人为干扰能力减弱，是2 0 0 1 年东平湖 湿地汛情、2 0 0 2 年南四湖湿地干涸的主要原因之一。南四湖不得不靠紧急补水来维持水 量平衡、维持湿地面积。 2 3 1 3 湿地生物资源呈现衰减趋势 湿地生物资源的衰减主要表现在两方面：一是天然鱼类等生物多样性的衰减和数量 的减少。二是生物栖息地受到破坏以后，湿地水禽、植物种类和数量的下降。 南四湖湿地历来鱼类资源比较丰富，1 9 6 0 年南四湖有鱼类8 目1 6 科7 4 种，而到1 9 9 8 年已减少至6 目1 1 科3 2 种。洪泽湖、东平湖等目前天然鱼类、螺、虾等的产量只达到 了5 0 年代平均产量的4 0 。尤其是东平湖自陈山口设闸后，天然河蟹等的洄游通道被破 坏，最终绝迹。随着湿地面积萎缩、沼泽资源破坏的日益严重，不但使湿地景观破碎化， 而且严重破坏了湿地水禽栖息地和植物的生存。如南四湖湿地在6 0 年代还有世界著名 的珍稀鸟类朱鹦( n i p p o n i an i p p o n ) 栖息，而今早已绝迹。 2 3 1 4 湿地调蓄功能逐渐减弱 湖沼湿地具有独特的生态功能。从生态服务功能来看，与江河存在联系的内地湖沼 湿地主要功能是调蓄洪水径流。本区湿地亦是如此，均负担着重要的调蓄洪水功能。然 而随着湿地的不断缩减和破坏，调蓄功能大为降低。以东平潮湿地为例，在1 9 9 0 年进水 量为1 7 亿m 3 ，最高水位4 3 7 2 m ；而2 0 0 1 年的进水量只有6 亿m3 ，为1 9 9 0 年的1 3 强， 却出现了4 4 3 8 m 的历史最高水位，比1 9 9 0 年高出0 6 6 m 。 湿地的生态环境退化与地表植被覆盖状况有关系，与周围的陆域生态系统是分不开 山东师范大学硕：b 学位论文：南水北调沿线景观格局研究 的，它们是相互作用。 2 3 2 陆域生态环境问题 2 3 2 1 水资源日益紧缺 本区属于暖温带季风气候，地表水具有季节分布不均的特点。由于地处平原地带， 城镇生态系统的工业、生活用水和农业生态系统的灌溉用水需求量大，加之近年来降水 和地表径流减少，经常出现非汛期无水可引用，而在汛期虽然流量大，但由于水流急、 缺乏较大的拦蓄地表水工程，使得地表水引用量较少，形成用水受降水、径流等自然因 素和拦蓄引用等人为因素影响和制约的格局。 2 3 2 2 局部地区水土流失严重 由于流域内人口和经济的急速发展，各种非生产用地迅速增加，使潮区的耕地面积 不断减少。毁林开荒和围湖造田等现象时有发生，最终导致了植被的破坏和土地裸露， 加剧了流域内的水土流失状况。东平湖流域尤为严重，据资料统计，每年随泥沙输入东 平湖的总氮量为7 1 5 t a ，总磷量为3 1 t a ，占整个湖泊污染外负荷的1 6 嘲。水土流失 不仅加剧湖泊的水污染和水体的富营养化，降低了湖泊的各种功能，而且对湖区的生态 环境产生不良影响，从而导致湖区的生态环境不断恶化，生物多样性不断减少。 2 3 2 3 林木覆盖率低，林地质量差 研究区在自然和人为因素的共同作用下，荒山秃岭所占面积大，林木覆盖率低，未 能形成稳定的生态系统。该区林地质量低，大多是近二三十年来人工种植的次生林，其 中树木的种类单一，年龄和高矮几乎一样，十分密集；而且绿化过程中过于强调乔木的 种植，对林下植被缺乏重视，没有注意植被的多层次结构、多物种类型对维持多种动植 物生存和生态系统功能的作用。由于密集的树木遮挡了阳光和缺少其它植物的种源，不 利于灌木和草本植物的自然繁衍。 该区乔木为主的纯林地存在的生态问题主要有： ( 1 ) 林地中植物种类极为单一，以纯种乔木为主，无法给大多数动物提供食物或 适宜的栖息环境，因而野生动物的种类较少： ( 2 ) 林地生物多样性水平低，生态十分脆弱，缺少天敌对虫害进行控制，一旦感 染上虫害，极易造成大面积损害； c 3 ) 林地内林下植被覆盖率低，许多地方只有零星低矮的灌木和散生的草本，这 种地表覆盖不能有效地防止风和降水造成的土壤流失，而且林下植被的缺乏使该地区的 1 0 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 林地拦蓄地表水分的能力大大降低，一般比较干燥，易形成火灾； ( 4 ) 林地生态系统的自我循环能力低，这主要是由于地表植被的缺乏引起的。地 表植被可为多种动物提供生活环境和食物，还能增加土壤对水分的吸收，增加地下水的 储量。潮湿的环境和各种土壤中的动物使落叶、尸体能够尽快分解，将营养返还到土壤， 从而实现生态系统的营养循环。南部山区林地内灌木和草本植被的缺乏使生态系统的自 我循环能力很低，加剧了系统的脆弱性。 研究区林地生态问题形成的另一重要原因是管理不善。由于区域差异，绿化及管理 方式也因管理部门的不同而呈现明显的差异。管理的混乱使林地质量存在差异，生态功 能也存在差异。 2 3 2 4 自然灾害 本区最主要的自然灾害类型为水旱灾害。水旱灾情有以下几个特点：一是受当地 降雨影响，形成春早、夏涝、晚秋又旱，旱涝交替的自然特点；二是受洪水影响，形成 骤涝；三是随着降水周期性变化旱涝灾害具有连续性，即丰水期连续发生水灾，枯水期 连续发生旱灾；四是受人为因素影响，旱灾成灾损失减少，主要是农业灌溉条件不断改 善。 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格周研究 3 景观结构与景观格局分析 3 1 研究方法 3 1 1 数据来源及其处理 原始数据是由中科院地理科学与资源研究所提供的2 0 0 0 年山东省的l a n d s a tt m 数 字遥感影像解译而成的分县、市的土地利用类型矢量数据。本文在a r c g i s 下将南水北 调工程途经的1 0 个县、市的土地利用类型矢量数据进行合并( m a p j o i n ) ，边界融合 ( d i s s o l v e ) 、切割( c l i p ) ，然后转变为g r i d 数据，根据土地利用的分类系统和景观 生态学分类原则进行景观类型的划分( r e c l a s s i f y ) ，得到初步分类图( 见图3 1 ) 。 3 1 2 研究方法 以山东省南水北调东平湖到南四湖段的初步分类图为基本资料，利用g i s 软件 a r c i n f 0 8 o 、a r c v i e w 3 2 和景观分析软件f r a g s t a t s 3 3 分析研究区的景观结构和景观 格局。利用f r a g s t a t s 软件计算部分具有代表意义的景观指数，探讨研究区域整体的景 观生态格局现状和存在的问题。 3 1 3 研究思路 研究过程分六个阶段实行，采用室内分析和室外实地调查相结合的方法。具体的技 术路线见图3 - 2 。 图3 - 2 技术路线 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 3 2 数据分析 2 0 0 0 年南水北调沿线景观类型图 图3 一l2 0 0 0 年研究区景观类型 3 2 1 景观生态分类及面积 3 2 1 1 景观生态分类 土地利用的分类系统是根据土地的用途、经营特点、利用方式和覆盖特征等因素划 分的，这使得土地利用类型体系既包括自然规律与过程的信息又涵盖了人类活动的成 分。因此，可以认为基于土地利用分类的景观分类是研究人类活动对景观影响的可靠数 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 据源之一。本文根据2 0 0 0 年的山东省的l a n d s a tt m 数字遥感影像解译而成的分县、市 的土地利用类型矢量数据，结合景观生态学分类原则和景观格局研究需要对景观系统进 行分类。初步将研究区景观类型划分为耕地、林地、草地、水体、建设用地和未利用地 6 个景观类型1 3 个斑块类型。景观要素分类体系见表3 一l 。 表3 1 景观要素分类 景观类型斑块类型编号含义 指种植农作物的土地，包括熟耕地、新开荒地、休闲地、轮 耕地耕地1 歇地、草田轮作地：以种植农作物为主的农果、农桑、农林用地； 耕种三年以上的滩地和滩涂。 2 指生长乔木、灌木、竹类、以及沿海红树林地等林业用地。 乔、灌林地 2 1 包括郁闭度 3 0 的天然木和人工林，郁闭度 4 0 、高度在2 m 林地 以下的矮林地和灌丛林地，以及郁闭度为1 0 一3 0 的疏林地。 园地 2 4 未成林造林地、迹地、苗圃及各类园地( 果园、桑园、茶园、 热作林园地等) 。 草地 3 指以生长草本植物为主，覆盖度在5 以上的各类草地，包括 以牧为主的灌丛草地和郁闭度在1 0 以下的疏林草地。 4 指天然陆地水域和水利设施用地。 河渠 4 1 指天然形成或人工开挖的河流及主干渠常年水位以下的土 水体 地，人工渠包括堤岸。 湖泊 4 2 指天然形成的积水区常年水位以下的土地。 水库、坑塘4 3指人工修建的蓄水区常年水位以f 的土地。 滩地 4 6 指河、湖水域平水期水位与洪水期水位之间的土地。 5 指城乡居民点及县镇以外的工矿、交通等用地。 指大、中、小城市及县镇以上建成区用地及独立于城镇以外 建设用地 城镇用地 5 1 的厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地、交通道路、 机场及特殊用地。 农村居民点 5 2 指农村居民点。 6 目前还未利用的土地、包括难利用的土地。 裸荒地 6 1 指地表以沙、碎砾石、岩石或石砾为主，植被覆盖度在5 术利用地 以f 的土地。 盐碱地 6 3 指地表盐碱聚集，植被稀少，只能生长耐盐碱植物的土地。 沼泽地 6 4 指地势平坦低洼，排水不畅，妖期潮湿，季节性积水或常积 水。表层生跃湿生植物的土地。 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 3 2 1 2 各景观的生态学意义胁】 ( 1 ) 耕地景观 耕地在人类发展史中具有晟为重要的意义，承担着为人类提供物质资料的功能。对 耕地的开发过程不仅改变了景观格局，同时也在较大程度上改变了景观生态过程。耕地 景观的形成一方面需要重新引入新物种，满足人类物质和精神需求，另一方面不同耕地 景观的形成，意味着不同农作方式、不同管理措施和不同物流能流的存在与演变。 在该系统中，农民大量投入以保持恒定的高收获量，种植的作物多为人工培育品种， 因而大幅度提高了景观的生产能力。同时，在农业集约化过程中必然造成景观均匀化， 使许多地球化学过程变得简单、生态过程减少、营养链单一、系统弹性和镶嵌复杂性下 降。为便于机械化生产，往往采用简单种植模式，使自然多样的景观变得单凋，景观异 质性降低：耕地景观格局逐渐几何化，大量直线形边界取代了天然曲线形边界；在一定 区域内，斑块密度大幅度增加，优势度降低。 化肥、农药的大量使用，在一定程度上提高了耕地景观物质产出，加速了农作物对 土壤中营养元素的吸收和输出，但也导致世界范围内广泛的非点源污染。这种非点源污 染改变了区域物质、水分循环过程，甚至也影响到耕地景观中其他生物过程。 在人类控制下，耕地景观格局和面貌具有较大的稳定性，但由于人为干扰，区域整 体环境会遭受巨大破坏。随着人口增长和粮食供应的短缺，人类对耕地景观中物流和能 流( 化肥、农药、种子、收获等) 投入和产出愈来愈大，人类对耕地景观中物流和能流的 影响也将愈来愈大。 ( 2 ) 林地景观 森林是陆地上最大的生物生产基地，它构成独立的生态系统，并为陆地创造良好环 境条件。森林受环境制约，同时对环境也有一定影响：林地是养护生物的重要基地，可 大量吸收二氧化碳，同时具有防风固沙、保持水土、调节气候、抗御水早、风灾等作用。 林地面积大小、林木层疏密、林地结构和林木郁闭度等决定着对环境影响程度。本研究 区内林地多属于防护林，具有涵养水源、保持水土、防风固沙、改善农田小气候、绿化 村镇、提供饲料和薪炭等综合作用。 ( 3 ) 草地景观 草地景观是由草原生态系统组成，是以各种多年生草本占优势的生物群落与其环境 构成的功能综合体。该系统占优势的物种为牧草，分自然生长和人工种植两种，为草食 山东师范大学硕士学位论文：南水北调沿线景观格局研究 动物提供主要饲料，是发展畜牧业最基本的饲料来源和生产资料；同时又具有覆盖地面、 防