城市化進程中閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)演變特性及驅動機制研究.pdf

1、面對全球性的環(huán)境和氣候變化危機，城市化進程中的河口濕地生態(tài)系統(tǒng)顯得異常脆弱。但是在中國，河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境安全和保護問題尚未得到足夠的重視。作為城市內(nèi)的天然濕地，閩江河口濕地正面臨著快速城市化帶來的巨大脅迫，社會經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增長、土地利用/覆蓋的變化等因素，使?jié)竦厣鷳B(tài)環(huán)境問題更加突出，濕地功能日趨退化，生態(tài)系統(tǒng)服務價值不斷減小。迫切需要對閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)演變及驅動機制作出科學的研究和定量評估，以期發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)退化的原

2、因，加強區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全方面的建設。
　　本文以城市生態(tài)系統(tǒng)理論為指導，應用遙感、地理信息系統(tǒng)技術和模型分析等方法，對閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的土地利用/覆蓋變化及驅動力、地表溫度變化、生態(tài)服務功能價值變化以及水動力—水質(zhì)變化進行了研究，探討了近20年來閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)時空動態(tài)演變機理，提出建立基于生態(tài)管理和生態(tài)保育的閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)共軛生態(tài)調(diào)控策略體系。研究結果有助于全面認識人類活動對濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響，充分掌握河口濕地

3、生態(tài)系統(tǒng)時空演變規(guī)律，有效防止城市濕地面積和系統(tǒng)功能退化，逐步加強區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全建設，為閩江河口濕地的生態(tài)保護和管理提供理論依據(jù)和科學借鑒。
　　論文主要研究結果如下:
　　1、系統(tǒng)研究了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)土地利用/覆蓋變化及其驅動力
　　基于TM/ETM+衛(wèi)星遙感影像和歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用遙感和地理信息系統(tǒng)技術，研究分析了1989-2009年閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)土地利用/覆蓋變化及其與驅動力之間的關系。研究結果表明

4、，1989-2009年研究區(qū)建設用地面積顯著增加，從151.16km2增加到383.76km2，增加了1.5倍。在2009年新增的建設用地中，大約64.25％來自于耕地、林地、水體、濕地和裸地，比例分別為29.47％、25.78％、3.73％、4.61％和0.66％。在耕地面積顯著減少的同時，非農(nóng)人口的比例上升了23.6％。此外，建設用地的擴張在空間上表現(xiàn)出“東擴、南進、西拓”的態(tài)勢?？焖俚某鞘谢瑫r給閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大壓力

5、，隨之產(chǎn)生了耕地、濕地面積減少等環(huán)境退化現(xiàn)象，使閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)遭受損害。而研究區(qū)建設用地的增長同國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)、人均國內(nèi)生產(chǎn)總值與產(chǎn)業(yè)結構等社會經(jīng)濟因素高度相關，說明快速城市化帶來的社會經(jīng)濟發(fā)展對土地利用/覆蓋變化的巨大驅動影響。
　　2、綜合分析了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)地溫時空動態(tài)變化
　　運用熱紅外遙感分析技術，對閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的地表溫度進行反演，并對其進行標準化分級后發(fā)現(xiàn)，1994-2009年，區(qū)域內(nèi)

6、29℃以上的高溫區(qū)不斷增多、聚集，高溫區(qū)增加的部分主要分布在城市用地的新擴展區(qū)內(nèi)，且表現(xiàn)為以閩江為軸，沿閩江兩岸密集分布。溫度分布與土地利用/覆蓋類型高度相關。高溫地帶的拓展趨勢與福州城市發(fā)展的主體方向基本吻合。
　　對閩江河口濕地內(nèi)部樣點進行隨機抽樣統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，濕地溫度變化幅度正逐步加大，溫度反差越發(fā)明顯。面積越大的濕地，地表溫度波動越小，溫度條件越穩(wěn)定;面積越小的濕地，地表溫度的波動越劇烈。
　　濕地總面積與其低溫區(qū)面積

7、顯著相關，大面積濕地對于緩解區(qū)域溫升具有不容忽視的重要作用。濕地平均地表溫度與研究區(qū)建設用地面積之間存在著明顯的線性正相關關系;城市化進程中，建設用地的擴張是導致濕地地表溫度升高的重要因素之一。
　　3、科學評價了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務功能價值及其變化
　　運用生態(tài)學的方法綜合評價并量化了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務功能價值，揭示了生態(tài)服務功能價值受土地利用變化和社會經(jīng)濟因素影響下的時空動態(tài)演變規(guī)律。結果表明，研究區(qū)

8、總的生態(tài)服務功能價值從1989年的43.32億元下降到2009年的36.97億元，這主要歸因于濕地面積的減少（下降74.2％）和耕地面積的減少（下降55.3％）。林地、水體和濕地提供了最為主要的生態(tài)服務功能價值，三者之和約占區(qū)域內(nèi)總生態(tài)服務功能價值的90％?；陂L時間序列的TM/ETM+衛(wèi)星遙感影像、地理信息系統(tǒng)和歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對1989年到2009年研究區(qū)生態(tài)服務功能價值進行計算，分析發(fā)現(xiàn)，沿閩江兩岸城市區(qū)的快速擴張導致了土地利用的劇

9、烈變化，進而造成生態(tài)系統(tǒng)服務功能的急劇下降。同時，考慮到土地資源的稀缺性和不同地類特有的生態(tài)服務功能，對建成區(qū)內(nèi)濕地和農(nóng)田實施保護，已經(jīng)成為現(xiàn)階段當?shù)卣顬榫o迫的任務之一。研究還表明，耕地和濕地的生態(tài)服務功能價值與當?shù)貒鴥?nèi)生產(chǎn)總值(GDP)之間存在著顯著的負相關關系。此外，未來的土地利用規(guī)劃中，應盡可能利用科學合理的政策措施，最大程度地減少城市化帶來的不利影響，嚴格控制城市發(fā)展對濕地和耕地的入侵和占用。
　　4、耦合模擬了閩江河

10、口濕地生態(tài)系統(tǒng)水動力—水質(zhì)變化
　　以閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境保護為目標，基于EFDC與WASP耦合模型，對閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)感潮河段進行時空概化，構建了以潮汐水位變化和溶解氧平衡為主要研究對象的感潮河段水動力—水質(zhì)模型。同時對模型參數(shù)選取和率定驗證進行研究，通過人工試錯法確定了合適的模型參數(shù)。隨后采用獨立于率定參數(shù)的數(shù)據(jù)對構建的模型進行驗證，運用圖形表示法和相對誤差法對模型的可靠性進行了評估，結果表明，建立的耦合模型可適用于

11、閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的水動力—水質(zhì)模擬工作。
　　模擬過程設計了3個場景，分析污染源對水源地的影響。在場景1的基礎情景中，重點分析研究區(qū)的水環(huán)境現(xiàn)狀。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，沿閩江流向觀察，河道受潮汐影響逐漸增大，呈現(xiàn)出潮差增大、水位均值降低的變化規(guī)律;河道水質(zhì)狀況整體優(yōu)于Ⅲ類水平，鰲峰洲一級水源保護區(qū)內(nèi)水質(zhì)水平部分時刻出現(xiàn)超標;光明港為區(qū)域內(nèi)主要的污染源，在其入江口，高錳酸鹽指數(shù)和氨氮均超Ⅳ類水體標準，為Ⅴ類水，存在較大的環(huán)境風險，應

12、將其作為重點減排對象開展治理。在情景2中，設定對主要污染源——光明港采取減排50％的措施后，高錳酸鹽指數(shù)明顯降低，不再成為水源地的超標因子，污染源減排對水質(zhì)改善能夠起到良好的效果。在情景3中，上游突發(fā)污染事件后，臨近的水源地受到長達34小時的影響，兩度出現(xiàn)超標，污染物的遷移過程表現(xiàn)出擴散條件不佳的特點。
　　5、創(chuàng)新提出了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)共軛生態(tài)調(diào)控策略體系
　　針對閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)保護與管理的現(xiàn)實問題，結合環(huán)保工作

13、實際，提出建立共軛生態(tài)調(diào)控策略體系，內(nèi)容包括總量控制與濃度控制、生態(tài)指標與環(huán)境紅線、生態(tài)容量與價值總量、現(xiàn)狀保護與預警保育、政府主導與全民參與等調(diào)控策略。共軛生態(tài)調(diào)控策略體系是做好閩江河口濕地生態(tài)環(huán)境保護工作的良好途徑和重要保證，也為河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護與管理提供了嶄新思路和有益借鑒。
　　論文的創(chuàng)新點在于:研究內(nèi)容上，不同于以往研究中主要關注城市化進程中濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結構、功能效益、景觀格局變化等方面的內(nèi)容，而是將研究重點拓