生态视野下的天津湿地景观恢复路径研究:以滨海新区为例❋

李双跃,张书震

(1.天津农学院园艺系,天津 300384;2.天津远成建设发展有限公司,天津 300074)

作为“地球之肾”的湿地与海洋、森林并称为三大生态系统;在地球各种系统中,三大生态系统均呈现出生物多样性最丰富、生产能力最高的特点。湿地所提供的服务包括供给、调节、文化和支持等四个方面。[1]目前,湿地景观正普遍经受着大规模城市化的威胁,湿地的面积受到人类的严重干扰,湿地的生态功能严重受损。湿地生态环境的脆弱状况和继续恶化的趋势,必然给经济和社会发展带来极大危害,严重影响可持续发展。[2]近年来,由于城市化过程中的不合理规划和建设,天津地区的湿地受污染情况愈来愈严重,湿地景观的生态系统、社会服务功能大大降低,并且这种趋势的扭转难度很大,往往不可逆转。因此,本文以天津市滨海新区的湿地景观为研究对象,从土地利用、土地类型变化及湿地景观格局变化等方面,通过湿地景观格局动态变化的一般规律,来预测天津市湿地景观的空间结构变化趋势,为湿地景观保护和恢复提供理论依据,为天津乃至全国湿地景观的可持续发展提供技术支撑。

1 研究区选择

1.1 地理位置

本研究对象天津市位于北纬 38°34′～40°15′,东经 116°43′～118°04′之间 ,地处华北平原东北部、海河流域下游 ,东邻唐山,北接承德,西、南分别与廊坊、沧州地区接壤。[3]

1.2 数据来源

相关数据共有两类:①TM数据,时间分别为1999年5月、2003年5月以及2007年5月;②包括城市总规文件(2005年～2020年)、区划图、地形图以及气象、地貌、交通等相关的文献和图件。土地利用情况是通过野外调查、拍照记录的方式进行的(2009年～2010年),最后进一步归纳整理,进而方便下一步对于采集数据的分析。[4]

2 天津市湿地景观格局变化研究

2.1 湿地景观格局变化

1999年～2007年期间,天津市土地格局呈现出不同特征的变化规律,见图1。从1999年～2007年,城镇用地面积上升趋势较快,由 1 684.13 km2上升至1 909.70 km2,上升了 1.82%;而耕地的面积,呈现较快的下降趋势,耕地面积由 7 224.33 km2下降到 6 813.46 km2,下降了 3.31%;由于草地、林地本身面积就比较少,因此,土地利用对于它们的影响并不是很显著;从整个格局变化来看,未利用地的面积正逐年减少,由 1999年的 115.24 km2下降到2007年的77.66 km2,下降了 0.3%;与此同时,盐田的利用面积也呈现逐年上升的趋势,由 1999年的1 108.85 km2上升到 2007年的1 365.84 km2,上升了2.07个百分点。

图1 1999年～2007年天津市土地利用类型变化统计图

此外,通过对1999年～2007年期间天津湿地的调研数据进行建模分析,其综合变化趋势和状态指数为 0.29～0.37,这说明该区域范围内相关湿地类型有较高的双向转换频率。[5]湖泊、滩涂、盐田、水库等单一湿地类型的变化状态指数较大,盐田、水田以及养殖区的规模逐渐变大,而湖泊、滩涂、水库、沼泽、坑塘等的规模则逐年变小。

2.2 驱动力分析

影响天津市湿地景观格局变化的因素很多,如城市化进程、政府决策以及区域经济增长等,本文选取几个比较重要的因素予以分析。根据天津市当前城市发展的实际情况,对一些指标进行了归纳和组合。在这些影响因素中,选择能够进行具体量化的指标作为研究因素。这些因素分为 3类,即自然因子、经济因子以及社会因子,每一类又分为20个变量指标,如自然因子分为风力、土壤的酸碱度、含盐量、气温、降雨量等;经济因子分为 GDP、投入、产出、物质的丰富度等;社会因子分为政策、人口、社会活动、教育等来建立驱动因子指标体系。其计算公式为:

式中:Zi为第i个数据值的 Z分数;X为数据平均数;S为数据标准差。

通过上面的分析,笔者认为影响天津市湿地景观格局变化的主要驱动力为:人口增长、政策制度、经济发展以及农业结构调整等。从整体分析结果来看,湿地景观格局受到全球气候变化影响较为显著,尤其是降水和气温等因素的影响。由于城市化进程的加快,原有的城市规模已不能满足越来越多市民的工作和生活需求,解决的办法只能是城市的向外扩张,这样会使耕地、林地、湿地的面积减少,城镇用地面积上升;同时在土地使用过程中还会出现过度开垦的威胁,从而使湿地的有效面积锐减,导致脆弱的湿地生态环境破坏;从另一个层面而言,科技的进步可提高农业技术水平,使得湿地景观的压力得到部分的减轻,将有益于整个湿地景观格局的稳定。[6]

2.3 水禽生存环境受到的影响

湿地水禽的生存环境是一种特殊地理区域,这种区域由一定面积的开阔水域和一定面积的浅水区(有一定植被覆盖)组成,这些区域能够提供给水禽必须的场所,如安全隐蔽的场所,以及必须的食物等等。湿地水禽对湿地类型的选择,从本质上来说,就是湿地本身能够具有水禽所需要的食物、水分、隐蔽物以及人为干扰等因素。通过研究发现,随着盐田、养殖等沿海滩涂面积的增加,有益于游禽生存环境的深积水区的斑块数量逐年增加;而不利于涉禽、行鸟鹬类等的浅水区面积则逐年减少。

3 基于 CA-Markov模型的天津市湿地景观预测

3.1 CA-Markov模型

CA-Markov模型是综合CA模型与 Markov模型两者特色的一种模型,该模型不但可以精确地预测到试验数据中较小的变化,同时对于空间中的变化表现得也较为直观,很适合本实验研究湿地格局的变化、时空动态演化。在应用 CA-Markov模型分析湿地景观格局变化时,笔者以2007年的数据为基础数据来预测 2015年、2023年的湿地景观,时间间隔为8年。

3.2 天津市2015年、2023年湿地景观预测及分析

以2007年数据为基础,笔者对未来的2015年和2023年天津市湿地景观格局进行预测,得出相关结果 (见图2)。

从图2可知,从 2007年～2015年或 2013年,天津市湿地随着时间的往后推移,整体面积呈现先增加,然后在某个时间段会减少的情况。这主要说明,天津市湿地面积一直处于一种动态的演化过程,总体流程和趋向表现为:天然湿地→人工湿地→农田和旱地→城镇和工业用地。天然湿地向人工湿地转变的速度基本不变,而人工湿地向其他类型地块转变的速度则表现为先慢后快的趋势。从变化类别上来看,随着相关因素的影响,天津市湿地面积会逐渐减少,河流、湖泊、盐田等的面积会逐渐增多。这主要是因为城市的扩张建设、企业的扩建等人类活动加速了泥沙入海淤积,导致河流及河口水域面积的增加,低洼地、滩涂、坑塘以及沼泽等面积的迅速减少。这种现象说明,随着时间的推移,天津市湿地景观的格局会进一步朝着不利于自然生态的方向发展。

图2 2007年,2015年和2023年天津市各类型湿地面

4 生态视野下的天津市湿地景观恢复路径研究——以滨海新区为例

湿地恢复是指通过生态工程或生态技术对退化或消失的湿地进行修复或重建,再现干扰前的结构和功能,以及相关的物理、化学和生物学特性,使其发挥应有的作用。[7]一般来说,不同的湿地景观有不同的恢复或修复路径,本文将以天津市滨海新区的湿地景观为例,具体谈一下恢复策略。

4.1 滨海新区湿地景观保护规划的意义

天津市滨海新 区位于北纬 38°40′～39°00′,东经 117°20′～118°00′,地处天津市中心城区的东面 ,海河流域下游,河北省丰南县毗邻于其北侧(详见图3)。滨海新区属于滨海冲击平原,该地成为陆地的时间还不长,湿地资源丰富,有众多的湖泊、河流和滩涂,总面积占天津湿地总面积的 50%以上。目前,已建设的天津市湿地保护区有天津古海岸与湿地国家级自然保护区以及北大港湿地保护区等。保护区的建设对于天津市湿地景观和生物多样性的保护具有重要的实践意义。然而,根据天津市湿地的发展现状以及1999年～2007年的变化趋势表明:天津市滨海新区的湿地景观正在发生着变化,其主要的变化特征表现为:自然湿地和农用地逐渐减少,盐田、养殖区以及建设用地面积明显增加。这些变化直接导致了天津市部分湿地的消失。

图3 滨海新区区位图

4.2 滨海新区湿地景观保护规划的原则

针对当前滨海新区湿地景观现状,结合相关分析,笔者提出以下 4个方面的保护原则:①可持续性原则。湿地景观的保护规划要以可持续发展和生态环境改善为目标,结合其自然特征、城市化进程、经济发展特征以及湿地景观演变规律等提出具有观瞻性的保护规划方案。②自然优先原则。湿地景观生态过程、功能的维持和湿地景观资源的维护,是确保可持续发展的前提,通过景观格局的优化,使湿地整体景观功能最优,达到人与自然过程的协同发展。③整体性原则。作为一种过渡地带,湿地景观无论是从时间上和空间上的变化,还是结构和功能的相互依赖,都决定了湿地是一个具有一定机构和功能的整体。因而,在对其进行保护规划时,要从湿地生态系统的整体出发,对景观格局进行分析,合理地降低人类活动的干扰,维护湿地景观生态的完整性。④综合性原则。由于湿地景观保护规划涉及专业多,程序较为复杂,因而,在具体操作中,要会集不同专业的相关专家学者通力合作,达到既定目的。

4.3 滨海新区湿地景观保护规划和恢复路径

4.3.1 建立基础框架:以河流和贝壳堤为基础

滨海新区隶属海河水系。海河水系由蓟运河、永定河、北运河、子牙河、大清河和南运河等组成。对于滨海新区的湿地景观的保护。笔者认为,以海河干流为轴,在滨海新区南北两侧可形成两大湿地生态系统:南侧是由独流碱河为核心,连通静海团泊洼——北大港——鸭淀水库——八里台水库等湿地景观生态系统,该系统建有团泊洼鸟类自然保护区和北大港湿地自然景观保护区;北侧沟通大黄堡——七里海——黄港自然湿地景观区,以及蓟运河和水库周边的大量坑塘湿地 (见图4)。

图4 滨海新区湿地景观保护结构

4.3.2 防污建绿,生态修复河道和湿地

对于河道的生态修复,要以恢复其生态走廊的功能为目标,加强自然生态的修复和污染物的清理,实现其绿色的生态廊道功能。在治理时,不仅要在沿河两岸寻找污染源,并将污染源与河流之间的通道切断,还要减少非点源污染。[8]通过对河流现状及历史变迁的了解,有的放矢地对其自然形态的修复,进而发挥其生态保护、环境教育以及休闲游憩等功能。

图5 河岸的生态恢复

对于河流的自然弯曲、浅滩和深潭进行恢复时,要把浅滩和深潭的恢复作为重点进行处理,在具体设计或施工中,尽量使每一个弯道都含有一个浅滩和一个深潭,然后按照浅滩-深潭的序列依次出现,其间距为下游河道宽度的 5倍～7倍为宜。[9]而浅滩和深潭的位置、形状、大小要根据河流的形态而定,通常河道弯曲处的宽度应该比浅滩处的要宽些。

河岸的生态恢复技术要求尽量保持自然的排水模式;优先考虑使用植物材料,或者植物材料+硬质材料(见图5);此外要避免使用建筑材料覆盖表面。

4.3.3 实施多种举措,应对水资源不足

当前,由于气候的变化和水资源的滥用,全球性的水资源不足已成为一个大问题。我国的北方地区水资源亏缺更为突出。对于天津湿地景观的退化而言,水资源不足是其直接的诱因。因此,从海水淡化、雨污水的循环利用及实行跨区域调水等方面加大科研和实施力度,以应对天津市乃至全国水资源不足这一瓶颈[10],来解决湿地景观生态系统所面临的问题。

4.3.4 恢复湿地植被,发挥生态、景观功能

对于滨海新区湿地植被的恢复,要掌握“适地适树”的原则。首先,要调研滨海新区湿地相关自然因子的特性,如气候、温度、土壤、水文、盐碱度等;然后依据植物的生物学特性和生态学特性进行植物群落的设计和相应空间的营造。在具体设计时,依据景观生态学和美学原理,以生态性、系统性、地域性、低碳性、可持续性为原则,模拟自然生态群落,保护生物多样性,增加景观异质性,强调景观个性,促进自然循环,构建绿色的湿地景观走廊,实现湿地景观的可持续发展。例如:天津市滨海新区总体发展规划中将东丽湖定为滨海新区的生态旅游度假区,其植被恢复策略包括保留一部分现有水稻田 /鱼塘系统,建设鸟岛和鸟类观赏活动中心及营建水生植物群落和动物栖息地等。[7]

4.3.5 湿地水禽栖息地恢复策略

在湿地水禽栖息地恢复策略的研究过程中,首先要对水禽的运动规律、习性以及其它特点要有充分的了解和把握;其次还要了解滨海新区湿地景观格局变化对水禽栖息地的影响;再次根据滨海新区具体的湿地景观格局提出水禽保护和生存环境调整等方面改进措施。如从滨海新区不同季节水禽的优势群落不同,可对湿地生存环境要素进行调控和人为干预,春秋季节在不破坏湿地整体生态安全的前提下,适当调低水位,露出大批浅水光滩,并保留一定鱼类和底栖生物数量,为涉禽提供充足食物等等。[11]

4.3.6 完善法律法规,为生态修复提供依据

湿地景观对于我国而言还是一个较新的专业,还没有形成一套完整的学科体系。对于湿地景观来说,亟待国家有关部门和地方政府出台相关的法律法规,对于湿地景观的保护和恢复提供法律层面的支持;通过成立专门的湿地保护管理机构和湿地生态环境监测网络,对湿地景观的主要影响因素进行动态观察,掌握其演化或退化过程,及时制定湿地景观的恢复与重建策略。

5 结 语

总之,作为环渤海滨海湿地的重要组成部分,天津市在湿地斑块尺度、景观尺度、湿地水禽区等方面的研究工作才刚刚开始。由于水平、时间有限,笔者的研究还不够深入,如对于湿地景观物质能量的流动、湿地景观变化对水禽栖息地的阔值的影响等,仍需要进一步深入探讨。

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