城市化進(jìn)程中閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演變特性及驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究.pdf

1、面對(duì)全球性的環(huán)境和氣候變化危機(jī)，城市化進(jìn)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(hù)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(wù)價(jià)值不斷減小。迫切需要對(duì)閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演變及驅(qū)動(dòng)機(jī)制作出科學(xué)的研究和定量評(píng)估，以期發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)退化的原

2、因，加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全方面的建設(shè)。
　　本文以城市生態(tài)系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，應(yīng)用遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)和模型分析等方法，對(duì)閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的土地利用/覆蓋變化及驅(qū)動(dòng)力、地表溫度變化、生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值變化以及水動(dòng)力—水質(zhì)變化進(jìn)行了研究，探討了近20年來閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空動(dòng)態(tài)演變機(jī)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(jié)果有助于全面認(rèn)識(shí)人類活動(dòng)對(duì)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(shí)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(qiáng)區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全建設(shè)，為閩江河口濕地的生態(tài)保護(hù)和管理提供理論依據(jù)和科學(xué)借鑒。
　　論文主要研究結(jié)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(qū)動(dòng)力
　　基于TM/ETM+衛(wèi)星遙感影像和歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，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(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明

4、，1989-2009年研究區(qū)建設(shè)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(shè)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(shí)，非農(nóng)人口的比例上升了23.6％。此外，建設(shè)用地的擴(kuò)張?jiān)诳臻g上表現(xiàn)出“東擴(kuò)、南進(jìn)、西拓”的態(tài)勢?？焖俚某鞘谢瑫r(shí)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(shè)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(jié)構(gòu)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素高度相關(guān)，說明快速城市化帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地利用/覆蓋變化的巨大驅(qū)動(dòng)影響。
　　2、綜合分析了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)地溫時(shí)空動(dòng)態(tài)變化
　　運(yùn)用熱紅外遙感分析技術(shù)，對(duì)閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的地表溫度進(jìn)行反演，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分級(jí)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(kuò)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(guān)。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(duì)閩江河口濕地內(nèi)部樣點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)抽樣統(tǒng)計(jì)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(dòng)越小，溫度條件越穩(wěn)定;面積越小的濕地，地表溫度的波動(dòng)越劇烈。
　　濕地總面積與其低溫區(qū)面積

7、顯著相關(guān)，大面積濕地對(duì)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(shè)用地面積之間存在著明顯的線性正相關(guān)關(guān)系;城市化進(jìn)程中，建設(shè)用地的擴(kuò)張是導(dǎo)致濕地地表溫度升高的重要因素之一。
　　3、科學(xué)評(píng)價(jià)了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值及其變化
　　運(yùn)用生態(tài)學(xué)的方法綜合評(píng)價(jià)并量化了閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，揭示了生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值受土地利用變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響下的時(shí)空動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。結(jié)果表明，研究區(qū)

8、總的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值從1989年的43.32億元下降到2009年的36.97億元，這主要?dú)w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(wù)功能價(jià)值，三者之和約占區(qū)域內(nèi)總生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的90％?；陂L時(shí)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(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)1989年到2009年研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行計(jì)算，分析發(fā)現(xiàn)，沿閩江兩岸城市區(qū)的快速擴(kuò)張導(dǎo)致了土地利用的劇

9、烈變化，進(jìn)而造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的急劇下降。同時(shí)，考慮到土地資源的稀缺性和不同地類特有的生態(tài)服務(wù)功能，對(duì)建成區(qū)內(nèi)濕地和農(nóng)田實(shí)施保護(hù)，已經(jīng)成為現(xiàn)階段當(dāng)?shù)卣顬榫o迫的任務(wù)之一。研究還表明，耕地和濕地的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值與當(dāng)?shù)貒鴥?nèi)生產(chǎn)總值(GDP)之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，未來的土地利用規(guī)劃中，應(yīng)盡可能利用科學(xué)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(yán)格控制城市發(fā)展對(duì)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(dòng)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(hù)為目標(biāo)，基于EFDC與WASP耦合模型，對(duì)閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)感潮河段進(jìn)行時(shí)空概化，構(gòu)建了以潮汐水位變化和溶解氧平衡為主要研究對(duì)象的感潮河段水動(dòng)力—水質(zhì)模型。同時(shí)對(duì)模型參數(shù)選取和率定驗(yàn)證進(jìn)行研究，通過人工試錯(cuò)法確定了合適的模型參數(shù)。隨后采用獨(dú)立于率定參數(shù)的數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)用圖形表示法和相對(duì)誤差法對(duì)模型的可靠性進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)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(dòng)力—水質(zhì)模擬工作。
　　模擬過程設(shè)計(jì)了3個(gè)場景，分析污染源對(duì)水源地的影響。在場景1的基礎(chǔ)情景中，重點(diǎn)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(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)水質(zhì)水平部分時(shí)刻出現(xiàn)超標(biāo);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(biāo)準(zhǔn)，為Ⅴ類水，存在較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)

12、將其作為重點(diǎn)減排對(duì)象開展治理。在情景2中，設(shè)定對(duì)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(biāo)因子，污染源減排對(duì)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(dá)34小時(shí)的影響，兩度出現(xiàn)超標(biāo)，污染物的遷移過程表現(xiàn)出擴(kuò)散條件不佳的特點(diǎn)。
　　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(duì)閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與管理的現(xiàn)實(shí)問題，結(jié)合環(huán)保工作

13、實(shí)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(biāo)與環(huán)境紅線、生態(tài)容量與價(jià)值總量、現(xiàn)狀保護(hù)與預(yù)警保育、政府主導(dǎo)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(hù)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(hù)與管理提供了嶄新思路和有益借鑒。
　　論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:研究內(nèi)容上，不同于以往研究中主要關(guān)注城市化進(jìn)程中濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能效益、景觀格局變化等方面的內(nèi)容，而是將研究重點(diǎn)拓