快速城市化地区湿地脆弱性评价
湿地是地球上生产力和生物多样性最高的生态系统之一，具有巨大的环境功能和效益，在近年来成为了国内外研究的热点，但目前的文献来看，缺乏利用遥感与GIS手段对湿地脆弱性的角度对湿地的开发保护进行分区的研究从而难以为区域尺度的湿地管理决策提供依据。有鉴于此，本文以地处快速城市化地区的杭州湾地区为研究区域，利用2000年、2005年4景LandsatTM/ETM+为主要数据源，通过非监督分类和分层分类相结合，解译得到研究期间湿地的分布格局和动态变化，并在此基础上综合利用多因素评价法和GIS空间分析方法在快速城市的背景下评价了杭州湾湿地脆弱性，可为该区域湿地的分类保护提供决策基础数据。研究过程中，在快速城市化的背景条件下从自然地理环境、湿地空间分布、湿地动态变化、社会经济指标、地理空间指标和生态环境指标等方面着手，将位于快速城市化地区的杭州湾湿地划分为湿地高度脆弱区、湿地中等脆弱区和湿地轻度脆弱区，其对应的面积分别为133.95km2、290.38km2、862.73km2。其中，杭州市和宁波市是较为集中的湿地脆弱区域。
1引言
湿地作为同森林、海洋并列的全球三大生态系统，它不仅为人类的生产、生活提供多种资源，而且具有巨大的环境功能和效益[1]，尤其是具有生物多样性保护功能[2]，湿地因此被誉为“地球之肾”。上个世纪中叶，人类开始认识到湿地的重要价值，并通过签订《湿地公约》等一系列措施来加强湿地的保护与合理利用。湿地研究已经成为国内外学术界的热点课题[3]，其中湿地的脆弱性评价是重要的研究方向之一。王学雷等从地貌、气候、水文等自然因素和围湖造田、污染等人为因素评估了江汉平原湿地的生态脆弱性[4]，刘健民从物种生活力、生物种稳定性评估了黄河三角洲湿地的生态脆弱性[5]，许振乾等从生物群落、外界环境和景观结构评估了三江平原湿地生态脆弱性[6]。然而，中国湿地占用、污染、退化等现象严重，与快速城市化的背景密不可分，因此湿地脆弱性评价需要兼顾区域的生态系统特征和社会经济特征。
杭州湾是我国滨海湿地集中分布的区域之一，也是城市化快速发展区域，开展杭州湾湿地脆弱性研究十分必要。目前该区域的已有研究多集中于利用遥感影像进行杭州湾滩涂资源动态变化和围垦淤涨情况、湿地景观格局变化和环境容量等方面[7~10]。由于缺乏区域尺度上的脆弱性评价，杭州湾湿地保护对策缺乏区域性差异[11]，或局限于微观的湿地景观设计[12]，从而使不同类型的湿地开发、保护和恢复措施缺乏针对性。为此，本文通过遥感数据解译、野外调查和因素综合分析方法，将杭州湾湿地按脆弱性程度划分为高度、中等和轻度等区域，可为区域湿地管理提供决策依据。
2数据来源与研究方法
2.1研究区概况
研究区域为杭州湾地区，位于长江三角洲南翼，包括杭州市、嘉兴市、湖州市、宁波市、绍兴市和舟山市。杭州湾产业带是经济快速发展地带，国内生产总值占浙江省的70%，所辖的萧山、绍兴等13个县市均列全国社会经济综合百强。从湿地来看，该区域为东西走向的喇叭形强潮河口湾，土壤类型以潮滩盐土为主，湿地类型以浅海水域和潮间淤泥海滩为主，其它尚有潮间盐水沼泽和岩石性海岸。
城市化和工业化和带来湿地的建设占用、围垦和污染的等严重问题。
2.2数据来源
使用的数据包括2000年、2005年4景LandsatTM/ETM+影像（P119/R39、P118/R39）。此外，辅助数据还包括杭州湾地区1∶5地形图、水文地质图，2005年1∶5万土地利用现状图、各市（县）城市规划图以及生态建设规划资料。
2.2.1湿地提取方法在ENVI4.3中，利用1∶5万地形图对遥感影像进行几何精校正，均方误差不超过1个像元。结合历史资料和野外调查数据建立湿地的解释标志，包括色调、灰度、斑块形状和纹理特征等。采用非监督分类与分层分类相结合的方法，对4景影像进行图像分类和湿地提取。在ENVI中进行精度检验，Kappa系数均在80%以上。最后，采用归一化差异水体指数（MNDWI）对湿地和水体进行验证和修改。MNDWI和密度分割方法可较好表征湿地类型的分布，其计算公式为[13]：MNDWI=（Green-MIR）/（Green+MIR）（1）式中Green代表绿光波段；MIR代表中红外波段。
2.2.2湿地脆弱性评价方法
以地貌分异、湿地分布、社会经济、城市开发和湿地生境为依据，利用GIS的空间分析功能，结合专家知识以及各种湿地调查资料进行脆弱性评价。采用的评价指标和指标类型如表1所示，根据专家打分法确定每个因素的权重。
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其中，湿地动态变化采用地图代数方法，地理空间因素影响采用缓冲区分析方法，湿地集中程度采用邻域统计方法。
城市化和工业化水平分别用非农业人口比例与人均GDP来衡量。用NDVI植被指数来衡量湿地生物量[14]，间接反映其生态环境功能，计算公式为：
NDVI=（NIR-RED）/（NIR+RED）（2）
式中RED和NIR分别为红色波段和近红外波段。
将定量指标进行极差标准化，公式为：
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（3）
在ArcGIS9.0中采用栅格叠置分析得到综合分值，综合分值越高，脆弱性程度越高。采用相对评价的方法，按照从低到高的顺序，综合分值为0～0.33的属于轻度脆弱区，0.33～0.67属于中等脆弱区，0.67～1.00为高度脆弱区。
3结果分析
3.1湿地脆弱性评价指标的特征
3.1.1自然地理因素湿地分布与自然地理环境的关系密切，依据数据的可获得性，主要选择杭州湾地形数据和水文地质数据进行分析。杭州湾西部和南部均为半山区和山区，平均海拔在1000m左右，是流域发源地和生态涵养区。该地区以喷出岩和侵入岩为主，多断层分布，富水程度较弱，湿地分布较少。余下的大部分地区属于平原地貌，地势平坦，海拔不超过10m，平均水网密度12.7km/km2，湿地分布较多。另外，除杭州－嘉兴区域富水程度中等外，杭州湾其他地区富水条件较差，生态环境十分敏感（图1）。因此，海拔高度较低以及富水条件较好的湿地脆弱性程度低。
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3.1.2湿地空间分布由于近代水动力和泥沙的作用，杭州湾海岸基本以淤泥质海岸、基岩海岸和沙砾滩地貌为主，表现为河口冲积和岛屿堆积等主要类型[15]。2005年杭州湾各类湿地的分布格局如图2所示。杭州湾和舟山市（港湾外）浅海水域和岩石性海岸、沙石海滩、潮间淤泥海岸、盐水沼泽大多是国家级或省级重点保护湿地[16]。根据湿地保护原则，列入《湿地公约》、国家级及省级重点湿地和自然保护区的湿地，因其保护程度较好，其脆弱性相对较低。
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3.1.3湿地动态变化杭州湾湿地减少主要发生在城市周围和海岸线附近，主要分布在杭州市区周围、绍兴市和嘉兴市的平原地带以及慈溪北岸。另一部分湿地减少主要是由于湿地转为农田所致，主要分布在慈溪和宁波市以及曹娥江入海口（图3）。湿地减少主要是由于强人为干扰所致，因此受人为干扰强烈的湿地脆弱性高。杭州湾湿地增加数量较多，主要位于钱塘江和曹娥江河口的水陆交错带，以及余姚、慈溪和镇海附近的淤泥海滩和盐水沼泽处（图4）。其原因在于杭州湾北岸人工填海和造田，以及南岸强烈淤积和人为因素影响（围垦、工业造地）[8]。海涂围垦造成沿岸线湿地生物量减少和密度降低、栖息环境破坏等严重后果。滨海湿地原则上不应作为农地开发区，而应结合鸟类和水生植被加以重点保护。因此，围垦形成的湿地脆弱性较高。
3.1.4社会经济指标人口增长、城市化和工业化无疑是湿地变化的重要诱因。杭州湾地区人口的剧增和工业化进程的加快，给湿地水域环境带来了各种潜在威胁。城市开发和农田建设使西溪湿地由上世纪中叶的6000hm2减少到目前的5000hm2。慈溪市120km2的省级开发区、上虞市的省级医药化工园区建设使滩涂沼泽湿地大量减少。杭州和宁波城郊的城市化水平（非农人口的比例）在30%～70%以内，城市空间沿江靠海不断拓展，是湿地脆弱性较高的区域（图4）。工业化水平（人均GDP）与工业用地的增长关系密切，萧山、绍兴、慈溪是工业集聚地带，工业园区沿河流和滩涂布置，是湿地脆弱性较高的区域（图5）。
3.1.5地理空间指标道路作为城市
生长的核心带，具有明显的基础设施集聚效益，通过点－轴扩散机制的不均衡性来推进区域城市化进程，从而造成湿地等自然资源的减少。其中，高速公路大多避开湿地，而且具有封闭性，对湿地的影响较小。对于省级道路，沿两侧设定半径为500m的缓冲区，缓冲区外道路对湿地影响可以忽略。由图6可知，落入道路缓冲区的湿地在绍兴地区表现为峰值，杭州市其次。同样利用城市建成区向外作缓冲区（图7），可知受城市开发的影响，嘉兴市区北部、绍兴市区周围、宁波市西南角、杭州市北部和西部的湿地脆弱性较高，距离大于5km则认为湿地脆弱性低。
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3.1.6生态环境指标根据浙江省湿地类型的划分，潮间盐水沼泽、草本沼泽等植被盖度大于30%，红树林、森林沼泽的林木郁闭度较高[16]。湿地上较高的植被覆盖带来较高的水分蒸腾作用，有利于地表潜热的交换，其生态价值比一般性河流、湖泊水体的价值高。从图7可知，NDVI的高值在杭州市建成区北部、绍兴市曹娥江河口集聚。此外，NDVI较高的值大多分布在湿地边缘，在遥感影像上表现为水体和植被的混合像元。景观生态学认为这些岸边植被缓冲带对隔离农田污染、保护水生生物栖息环境具有重要的价值。因此，NDVI的高值区对应湿地脆弱性低的区域。
3.2湿地脆弱性评价的结果
结合以上的分析，经GIS栅格叠加分析，生成湿地脆弱性评价结果（图8、表2）。轻度脆弱区面积较多，分别对应于海岸湿地和河口湿地类型，空间分布多集中在沿钱塘江入海处、曹娥江口、杭州湾南岸淤积区。中度脆弱区主要为河口湾湿地生态系统、河口鱼类及湿地水鸟栖息地，主要干扰和威胁来自河口水质污染、过度围垦和捕捞。高度脆弱区主要为平原水网和湖荡，大多分布在城市附近和海岸线上，主要干扰来自建设占用、围垦和水质污染。由表2可知，宁波市和杭州市是快速城市化导致湿地脆弱性较高的地区。
3.3湿地脆弱区的保护措施
（1）轻度脆弱区。遵循生态优先、最小干预的原则，以保护湿地的生物多样性和栖息环境为主。具体保护措施为：维持湿地生态系统的基本功能和资源的再生能力；保护湿地水资源，生物通道及繁殖区、栖息地；保护重点植物及野生保护动物、水生生物及其栖息环境，防止过度采伐和捕捞。
（2）中等脆弱区。湿地资源具有一定的脆弱性，保护措施包括：对已经受到干扰而退化的湿地生态系统，应采取措施进行修复或重建；禁止建设污染环境、破坏资源或者景观的生产设施；禁止在湿地保护区倾倒废水或废弃物。
（3）高度脆弱区。湿地资源生态服务功能较弱，开发和破坏风险高，保护措施为：有关管理部门应当定期对湿地进行监测和评价；开发建设必须占用或者征用湿地的，须经有关部门审核同意，依法进行环境影响评价；实行湿地占补平衡制度，用地单位应缴纳补偿费，在适当的区域恢复与被占用湿地同等面积和功能的湿地。
4结论
（1）湿地类型的复杂性和多样性，给湿地调查和保护造成了困难，仅依靠传统的地面调查方法显然难以胜任。利用遥感和GIS手段，可从区域尺度对杭州湾的湿地进行脆弱性评价，明确其空间分布和潜在威胁，从而为政策决策提供依据，也可为其他流域的湿地分类提供参考。
（2）杭州湾湿地分类的指标体系包括自然地理因素、湿地空间分布、湿地动态变化、社会经济指标、地理空间指标和生态环境等多个方面。在快速城市化背景下，可结合地形、水文地质、植被指数等自然因素和城市化、工业化等社会经济因素，从定性和定量相结合的角度评价湿地的脆弱性。由于区域尺度的制约，湿地生物多样性等生态环境指标难以获取，有待于深入研究。
（3）把杭州湾湿地划分为高度脆弱区、中等脆弱区和轻度脆弱区3种类型，其面积分别为133.95km2、290.38km2、862.73km2。杭州市和宁波市处于高度脆弱区的湿地最多。指标权重及划分标准等方面的差异，可能会导致计算结果的偏差，但湿地脆弱性分类对制定湿地保护措施较有价值。
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