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湿地是地球表层系统中独特的自然资源、景观和生态系统,湿地景观健康直接关系到区域水环境安全、生物多样性保护、生态安全以及区域可持续发展等重大问题。20世纪70年代以来,由于受到全球环境变化和人类活动的强烈干扰与影响,世界各地的湿地资源不断遭到破坏,陷入退化危机,给社会经济发展和环境保护带来一系列严重的后果,甚至危及人类的健康与生存。系统的开展湿地景观退化与健康评价研究已成为当前湿地研究所面临的重要课题。由于受基础数据和相关研究积累的限制,针对典型城市化的河网区湿地景观较长时间序列下的退化特征、过程及其机制方面的研究积累还比较少,并且成为推进湿地景观基础理论和应用研究的短板。在研究尺度上,较为系统的湿地退化与健康评价研究主要在生态系统尺度上来进行的,从景观尺度结合空间分析对珠江口河网区进行湿地景观退化与健康评价的研究尚不多见。本文结合环境与景观生态学、湿地生态学、城市地理学、RS与GIS的理论与方法,立足于景观尺度,采用湿地遥感及其衍生数据,通过RS与GIS空间分析平台,借助景观动态模型、空间转移模型、景观指数模型以及驱动机理模型等方法,分别从数量、结构、格局与功能等表征要素出发,研究和探讨了珠江口河网区湿地景观退化的时空特征与过程及其驱动机理,并在此基础上基于湿地景观退化的因果关系,构建了景观尺度的湿地景观健康评价指标体系,分别从动态变化与空间差异的角度完成了研究区湿地景观健康的分析与评价。
首先,本文结合多时相湿地遥感数据,采用景观动态度、景观变化强度等模型分别对研究区湿地景观总面积、天然湿地与人工湿地景观面积的退化特征与过程进行了分析,揭示了研究区湿地景观数量退化的幅度、强度及其空间差异;结合空间转移模型对湿地退化的空间转移过程进行了研究,阐明了湿地景观退化的方向性,尤其是天然湿地与人工湿地退化过程中的来源与去向。结果表明:1979-2010年,珠江口河网区湿地景观总面积从1979年占区域总面积的54.55%下降2010年的43.15%,年退化率为0.67%,表现出显著的退化特征,整体湿地景观、天然湿地以及人工湿地景观的面积退化特征与过程均呈现出较大的时间和阶段性差异。天然湿地面积持续下降,表现为连续退化过程,人工湿地面积出现阶段性增加,表现为不连续退化过程。空间转移模型分析表明,天然湿地退化分别表现为“天然湿地——人工湿地”转移的不完全退化过程和“天然湿地——非湿地”转移的完全退化过程两个方面,人工湿地退化主要表现为“人工湿地——非湿地”转移的完全退化过程。其次,在湿地数量退化分析的基础上,本文分别选取破碎化、多样性与分形等景观指标分析了研究区湿地景观结构与格局退化在破碎化、多样性变化以及空间分维变化的特征与过程。结果表明,1979-2010年研究区整体湿地景观破碎化程度不断加大,湿地景观的完整性逐渐下降,连通性被破坏,结构性退化特征显著。各湿地景观类型的破碎化特征与过程存在显著差异,天然湿地中滩涂与红树林湿地的破碎化较为严重且过程连续,人工湿地中的养殖水面湿地破碎化特征相对不明显。第三,结合研究区湿地景观功能退化分析,本文选取归一化植被指数(NDVI)指标和植被净初生产力(NPP)来表征湿地功能特征,分析了研究区湿地景观功能退化的特征与过程。结果表明,1979-2010年,由NDVI指示的湿地功能较高的区域越来越多的被湿地功能较低的区域所替代,充分揭示了天然湿地与人工湿地功能的衰退过程。由NPP变化所指示的研究区湿地景观功能退化特征也比较显著。第四,为探讨研究区湿地景观退化的驱动力与影响机理,本文首先基于典型相关分析研究了湿地景观退化的驱动力,然后结合空间转移矩阵模型揭示了研究区湿地退化的影响机理。结果表明,自然环境因素对研究区湿地景观退化的影响不明显;经济发展、城市化、农业需求以及产业结构等因子构成了研究区湿地景观退化的主要驱动力;围(填)海造地、围海垦殖、沿岸城市建设、海岸工程建设、农业开发活动以及污染物排放等因素对研究区湿地景观退化产生直接的影响。第五,以研究区湿地景观退化结果为依据,构建湿地景观健康评价指标体系,结合综合评价模型与GIS空间分析方法对研究区湿地景观健康进行动态评价与空间差异分析。结果表明,1979-2010年珠江口河网区湿地景观整体健康呈下滑趋势,健康级别由好到差,反映了研究区整体湿地景观持续的退化过程。湿地景观健康存在着阶段性差异,1979-2000年湿地景观整体健康水平下降较为迅速,2000-2010年健康水平下降速度有所放缓。达到较好健康级别的湿地主要集中在珠江口以及珠江干流河道的水域湿地区,且面积逐渐缩小并不断向河口内伶仃洋水域位置退缩,健康级别较低的区域主要集中在人工湿地与非湿地交织分布的陆地湿地区域,且面积越来越大并不断向水域湿地扩展,充分表明研究区湿地退化及其景观健康的空间变化规律。未来加大对珠江河道和珠江口水域及其周边区域的保护对研究区湿地景观恢复、维护与管理都具有极其重要的意义。
基于景观尺度开展湿地退化及景观健康评价研究,较以往生态系统尺度更有助于合理引导和规划湿地的空间分布格局,从而有利于湿地的恢复与保护。本文研究一方面可以为湿地退化研究提供更具实效性、连续性和精确性的空间数据,另一方面也为大尺度的湿地景观健康空间差异及其动态模拟与分析提供技术支持,同时也为开展区域性湿地景观保护提供更加充分的空间参考。