干旱区流域湿地景观格局研究进展及发展趋势综述

李晓航等

（1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046；2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046；3.新疆大学智慧城市与环境建模普通高校重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046）

摘要 主要研究干旱区流域湿地景观格局，综述了干旱区流域湿地的研究现状并对此进行展望。运用对比分析的方法来研究干旱区流域湿地景观格局。对干旱区流域湿地的多样性和其他相关的方法进行了探讨，以期对未来能更好地研究干旱区有所帮助。

关键词 湿地；景观格局；研究方法；现状；展望

中图分类号 S26 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）20-06670-05

Research Status and Development Trend of Wetland Landscape Pattern in Arid Region

LI Xiaohang et al

（College of Resources and Environment Science， Xinjiang University， Urumqi， Xinjiang 830046）

Abstract The landscape pattern of wetland in arid region was studied， the research status was summarized and forecasted. Comparative analysis method was used to study the landscape pattern. The diversity of wetland in arid region and relevant methods were discussed， so as to provide help for better researching arid region in future.

Key words Wetlands； Landscape pattern； Research methods； Status； Prospect

景观是由多个生态系统构成的异质性地域或不同土地利用方式的镶嵌体。实质上这些不同的生态系统经常可以表现为不同的土地利用或土地覆被类型。因此，景观格局主要是指构成景观生态系统或土地利用/覆被类型的形状、比例和空间配置[1-2]。它是景观异质性的具体体现，又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。

湿地是由水陆相互作用而形成的自然综合体，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一[3]。湿地和森林、海洋是全球三大生态系统。湿地在物质生产、能量转换、水分供给、水质净化、生态保育等方面具有重要的价值，被誉为“地球之肾”、“物种的基因库”、“生命的摇篮”、“文明的发源地”[4]。湿地是地球上一种重要的、独特的、多功能的生态系统，它在全球生态平衡中扮演着极其重要的角色。按照广义定义，湿地覆盖地球表面仅有6%[5]，却为地球上20%的已知物种提供了生存环境，具有不可替代的生态功能。此外，湿地能稳定供水，净化污水，保护海岸线并补充地下水[6]。当前，湿地日益成为地理学、生态学和其他资源环境科学研究的新热点[7-8]。

干旱区内陆湿地是我国重要的湿地类型之一，与其他湿地分布区域相比，西北内陆荒漠地带干旱区湿地的研究较少，系统研究近乎空白，且有所忽视，特别是平原荒漠区的湿地，急需加强这方面的工作。

1 有关景观论文和湿地景观论文数量的现状

《国际湿地公约》中湿地景观这一概念在狭义上一般被认为是陆地与水域之间的过渡地带。而湿地景观广义上是指出现在从微观到宏观不同尺度上的，具有空间异质性或缀块性的湿地单元。湿地景观格局则是指大小和形状不一的湿地景观斑块在空间上的排列，是各种生态过程在不同尺度上综合作用的结果，具有显著的景观异质性[9]，对景观的功能和过程有着重要的影响。湿地景观格局的变化与气候变化、土地利用/土地覆被变化及其生物多样性变化密切相关，无论在区域乃至全球尺度上对全球变化都有净贡献[10]。目前IGBP、IHDP和LUCC等國际研究计划开展了许多全球变化方面的课题研究，但主要集中在森林、草地、农田等生态系统与全球环境变化的关系上，而涉及湿地景观变化对区域和全球环境变化的影响和响应等方面的研究较少。而且当前湿地景观格局变化研究也主要侧重于受人类活动影响较为严重的平原地区和海岸带，对受人类活动影响相对较少的高原湿地研究则还处于初始阶段。

笔者在中国学术期刊网络出版总库（CNKI）和科学引文检索（SCI）主题栏中输入“景观格局”及其相关关键词获得近20年来景观格局研究的论文成果数据。

20世纪80年代初期，景观生态学被林超、黄锡畴、陈昌笃等介绍到中国之后，这一系列文献介绍了国外景观生态学概念和方法，景观格局作为其基础内容同时在中国引起广泛关注，这一阶段可以说是我国景观格局研究的起步阶段，主要以国外研究成果的介绍为主。

我国景观格局的研究和应用真正起步于1990年。1990年，肖笃宁等发表了“沈阳西郊景观格局变化的研究”[10]。景观格局的研究渐成热点，关于农林、湿地、区域、城市、风景名胜区、自然保护区甚至沙漠化土地的景观格局分析和模型等方面的研究论文陆续发表，这个时期其文献数量有着较缓慢但稳定的增长趋势（图 1）。

进入 21 世纪，我国社会经济进入快速发展阶段，土地、资源、环境、城市与乡村的发展发生了巨大的变化，为景观格局的研究和应用提供了平台。为适应我国经济建设快速发展需要，在景观生态学理论研究深入的同时，我国景观空间格局研究进入新的实践需求和深度应用阶段，这个时期的文献量得以迅速增长，并出现了很多具有影响力的成果，文献的数量从 2000 年开始至今呈现明显的增长趋势，至 2007～2008 年之后，每年发表的文献数量达到了200 篇以上（图 1）。2009年开始，景观格局发展达到了近20年来的最高水平。从2009～2012年，平均每年发表的期刊数都在400篇以上，2010年是最高峰，发表了464篇关于景观格局的论文。按照同样的方法，笔者在中国学术期刊网络出版总库（CNKI）和科学引文检索（SCI）主题栏中输入“湿地景观格局”及其相关关键词获得近20年景观格局研究的论文成果数据。所得的结果见图2。

图1 国内关于景观格局的论文数量趋势

图2 国内关于湿地景观格局的论文数量趋势

湿地是一种独特而又重要的景观，且最具景观多功能性。湿地研究的记载，欧洲最早见于对泥炭的研究。前苏联是沼泽湿地研究起步最早的国家。美国和加拿大在20世纪中叶以后，才逐渐重视湿地的研究[11-13]。湿地作为多功能景观，在国际上已经得到了广泛而深入的研究，也包括景观生态学的研究[14-24]。

我国系统从事各类湿地研究始于20世纪50年代对于沼泽地和泥炭地的研究，随后湖泊湿地、海岸和江河三角洲湿地、人工湿地以及湿地野生动物研究工作也相继开展，并取得了相应的成果。1992 年我国成为湿地公约缔约国，编制了中国湿地保护行动计划[25]。中国科学院在长春成立了湿地中心。目前我国较为系统的湿地科学研究已经起步并卓有成效[3，26-35]，对湿地的景观生态研究已有成果出现，包括过程与格局关系研究[36-38]。干旱区湿地目前正处在强度开发之中，是通过生态过程与景观格局变化进行多功能景观特性研究极好的实验场地。多功能景观的能量生态学研究和多功能景观的竞争-共生原理的提出，将会对多功能景观研究的理论与方法体系做出跨学科的贡献。

国际上对景观格局的研究要追溯到1951年，但是却未形成一个景观格局理论。笔者通过相应的网站对景观格局（Landscape pattern）SCI文献量进行搜索，得到的结果如图所示。国际上对景观格局研究的时间已经相当久，同时从文献量来看，国际研究者对景观格局的研究也很深入。可以看到从1995年开始至今，国际湿地景观格局研究的文献逐渐增多，说明对于景观格局研究的人数越来越多，景观格局等问题也一一被研究者发现并进行深入研究。最近几年国际研究者对景觀格局的研究到2013年达到一个最高峰，景观格局文献量达10 527篇之多（图3）。同时，笔者以相同的方法对湿地景观格局文献量进行统计。国际SCI收录中对湿地景观格局研究和景观格局研究的变化很相似，数量却没有景观格局多，达到景观格局研究的1/6左右。在2013年达到近几十年的最大值1 772篇（图4）。

图3 国际关于景观格局论文数量趋势

图4 国际关于湿地景观格局论文数量趋势

2 景观格局研究方法

景观格局的研究方法主要包括传统的定性描述法、景观生态图叠置分析法和景观动态的定量化研究方法。目前国内外学者主要采用景观动态的定量化研究方法来研究湿地景观格局变化，即通过收集和处理景观数据（遥感影像解译，地形、植被、土壤类型等图件数字化），建立类型图和数值图图库，进行空间分析（景观面积动态变化、景观类型转化和动态模型模拟，景观格局指数计算），比较不同景观之间的结构特征，揭示景观空间配置以及动态变化趋势[9]，并进一步寻找引起动态变化的驱动因子。上述方法需要通过“3S”技术和地统计学原理来实现。2001年在马来西亚召开的亚洲湿地大会提出的一个重要专题便是利用RS和GIS技术进行湿地变化研究[39]。RS技术为获取湿地资源环境状况提供了有效的空间信息源；GIS具有强大的空间信息处理和分析功能，能够快速、精确和综合地对复杂的湿地系统进行空间定位和过程动态分析[9]。地统计学的引入则为定量分析湿地景观的空间异质性提供了强有力的工具，这都极大地推进了该领域的发展，促进了景观生态学和地理学、环境科学、信息科学等学科的交叉融合。

景观模型得益于 3S 技术海量数据处理能力而逐步得到发展和完善。通过景观指数模型和动态模型分析湿地景观格局的时空动态变化，可以揭示湿地景观变化的内部规律和机制。景观动态度模型和相对变化率模型分别反映了湿地景观面积的变化程度和区域差异。郑彩虹等[40]通过运用单一景观类型动态度模型分别计算出了1986、1994 和 2000 年3个时段闽江河口湿地景观的变化程度；空间质心模型则反映了湿地斑块的空间转移规律，可结合景观类型图的叠加分析，通过景观格局变化图来进行分析。韩敏等[41]利用空间质心模型计算出了扎龙沼泽湿地从 1986 年到 2002 年以来的空间偏移程度，并绘制出湿地空间质心偏移路线图，揭示了扎龙沼泽湿地在研究时间内从东北向西南和西北方向偏移的规律，反映了在不同人为干扰和影响下湿地空间格局的变化。转移矩阵的意义在于它不仅可以反映研究期初、研究期末的湿地类型结构，同时还可以反映研究时段内各湿地类型相互转化的数量与程度。如刘红玉等[42]在分析挠力河流域湿地景观演变过程中，分别建立了1967～1983年和1983～2000年两个时间序列的湿地景观类型转移矩阵，分析了挠力河流域湿地在大规模土地开发利用过程中多样性减少，部分湿地类型严重丧失的重要问题。王方雄等[43]以地理信息系统与遥感作为技术支持，使用马尔科夫模型为预测方法，对旅顺滨海湿地景观格局的演变趋势进行了分析和预测。

3 景观变化驱动力

湿地景观格局变化主要是指由于土地利用/土地覆被变化所导致的景观格局和景观类型的时空变化[44]。景观格局动态变化可分为空间变化和过程变化，二者是同一变化中的两个方面。过程变化是空间变化的原因，而空间变化又影响过程变化[45]。湿地景观结构和功能的变化，特别是湿地景观破碎化是导致湿地景观格局演变的主要原因[46]。其含义是指由于自然因素或人为因素的干扰所导致的湿地景观由简单趋向于复杂的过程，即湿地景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程。湿地是一种经常被忽视的生态系统。由于对湿地的认识还不够充分，在全球范围内，尤其在非洲，湿地已受到自然因素和人类活动愈来愈重的影响。自然过程和人类活动的综合作用是湿地景观格局变化的驱动因子。人类对湿地景观的不同的作用方式会强烈地影响甚至改变湿地景观格局的分布与组合态势[44]。

国内研究通常将驱动因子分为两大类：自然因子和人文因子[1]。自然因子包括气候变化、水文变化、土壤环境变化等；人文因子包括人口变化、技术进步、政治经济体制变革、文化观念改变等。

国外研究将驱动因子分为五大类[47-48]，即社会经济因子、政策因子、科技因子、文化因子与自然因子，并且更多强调人文因子的重要性。其中，自然因子包括：①场地因子（气候变化、地形地貌、土壤环境等）；②自然干扰因子（泥石流、雪崩、生物入侵等）。政策因子对土地利用变化有重要影响，尤其在政府相对强势的国家表现尤为明显。例如我国开发北大荒、退耕还林等政策显著地改变了宏观景观格局[49-54]，很多国际案例研究也证明了政策和立法的重要意义[55]。科技因子对景观格局变化的影响更为深远，如斧、犁、现代机械等的发明，污染治理技术的进步。在科技因子中，信息技术越来越成为主导[56-58]。文化因子被公认为是最复杂的驱动因子，主要包括态度、信仰、规范和知识等[59]。同一地区文化演替较为缓慢，较难发现文化因子的作用，但在不同区域景观格局变化的比较研究中，研究者大多意识到文化的影响。有研究认为，近期对于全球变暖和碳排放的关注导致了人工森林面积的增长[60]。

4 干旱区湿地景观格局现状

干旱区内陆湿地是我国重要的湿地类型之一，与其他湿地分布区域相比，西北内陆荒漠地带/干旱区湿地的研究较少，系统研究近乎空白，且有所忽视，特别是平原荒漠区的湿地，急需加强这方面的工作。目前国家自然科学基金委员会已日渐重视，于2000年和2003年资助了相关项目的研究。生态系统研究强调同质的物流调控，而景观研究则强调异质的空间调控。在西部大开发战略实施过程中，生态环境保护与建设是重要内容之一，对湿地这一重要景观的研究显得尤为重要。在干旱区，湿地变化为明显且带指示性的景观生态因子。在人类活动影响下，干旱区的湿地景观变化最为活跃，如湖泊湿地的游移、萎缩，乃至消失，严重影响了干旱区人类生存空间（主要是绿洲）的质量和容量。无论是山间盆地的湖泊和湖滩湿地，还是河流的河间和洼地湿地，都是干旱區生物多样性保护的重要基地和绿洲发展的依托[3，29-31]。由于人类活动影响，干旱区还出现了一些人工湿地类型，如水库、排碱沟渠及洼地、鱼塘和稻田等。干旱区湿地在分布上呈明显的不连续性，而且面积相对不大，具有独特的湿地过程和景观生态格局，并且与荒漠基质有着密切的生态过程联系。对于干旱区湿地的保护，实际上是对干旱区水源、生物多样性及其人类生存环境的保护。干旱区湿地是干旱区生态景观格局安全的重要节点和关键区域，景观尺度的干旱区湿地研究不但具有重要的科学意义，而且具有重要的实践意义。

新疆是中国典型的干旱地区，湿地类型多样，独具特色。山地作为荒漠中的湿岛，分布有山地湖泊、河流湿地，与山地草甸镶嵌；在平原荒漠中，呈岛状孤立分布着平原湖泊、河流湿地，与沙丘、低地草甸相伴，形成了特殊的岛屿生物学现象。新疆的湿地现状不容乐观，其面积已由原来的 280 万 km2减少到 148 万 km2，且在以往西部干旱区的生态建设和保护中，对湿地的重要性还缺乏足够的认识。刚刚完成的新疆湿地资源调查活动标志着中国湿地保护行动在新疆正式启动。此外，国际湿地会议也于 2001 年在新疆库尔勒市召开，国际湿地专家对塔里木河湿地表示了极大的关注。这将为新疆干旱区湿地研究打开良好的局面。新疆目前有 7 处专门的湿地自然保护区。目前，新疆湿地保护工程规划也已编制完成。新疆湿地的类型多样，主要类型包括：河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地、库塘湿地、稻田湿地等，为干旱区湿地研究提供了极好的实验场所和研究平台。类别上可分为自然湿地、人工湿地；淡水湿地、咸水湿地；常年湿地、季节湿地；山区湿地、平原湿地等。

新疆目前列入中国湿地名录的湿地有 18 块，占西北地区湿地的 94%，包括阿牙科库木湖湿地、塔里木河下游尉犁湿地、博斯腾湖湿地、巴里坤湖湿地、巴音布鲁克湿地、赛里木湖湿地、艾比湖湿地、克拉玛依湖湿地、玛纳斯湖湿地、喀纳斯湖湿地、乌伦古湖和吉力湖湿地、阿尔泰山东南部湿地、布伦口湖群湿地、叶尔羌河流域湿地、阿克苏湿地、渭干河流域湿地、伊犁河湿地和乌鲁木齐河湿地。其他重要湿地有：鲸鱼湖湿地、阿其克库勒湖湿地、台特玛湖/罗布泊湿地。艾丁湖湿地、克科苏湿地和艾里克湖湿地。巴音布鲁克湿地是我国干旱区重要的山区湿地之一，天鹅自然保护区是国家级水禽自然保护区，其湿地及周边地区是新疆重要的畜牧业基地，又属于开都河—孔雀河流域重要水源，也是重要的旅游区。同时，石油资源的勘探，水库建设工程论证工作正在进行。巴音布鲁克湿地具有多重的景观功能，自然过程和人为过程同时显现，极具研究价值。塔里木河中下游地区湿地位于塔克拉玛干沙漠，分布有许多季节性咸水湖和大片的淡水、微咸水及咸水沼泽，许多湖泊在沙丘之间，是一特殊的湿地类型。在尉犁至轮台的塔里木河流域有一面积 388 000 km2的胡杨林保护区，尉犁至若羌分布有台特玛湖湿地。近50年来，绿洲发展、石油开发使湿地格局发生了巨大变化，绿色走廊的多功能景观设计、建设已迫在眉睫，极具研究潜力。

另外，博斯腾湖湿地、艾比湖湿地、喀纳斯湿地保护也刻不容缓，艾丁湖湿地、台特玛湖/罗布泊湿地的研究，对于干旱区湿地的演变和未来的湿地保护，可以提供重要依据和借鉴[61]。笔者利用Google earth对新疆几个重要湿地进行位置的确定（图5）。

图5 新疆几个重要湿地分布

5 干旱区湿地景观研究展望

对干旱区湿地景观的多功能研究，可以解决湿地科学和景观生态学关键的理论方法问题：干旱区湿地景观的系统分类及多功能景观特性；干旱区湿地过程与格局关系的量化分析，山地湿地演化与平原湿地演化之间的关系问题；多功能景观设计/建设的模式和途径。

现代地学、生态学、湿地科学的众多研究方法为干旱区湿地景观多功能研究提供了可能。主要方法有：野外考察，定位-半定位观测及示范基地监测，历史资料收集，3S技术，地统计学方法和预案（scenarios）分析方法，多学科、跨学科整合技术。

干旱区湿地多功能景观研究急需的试验内容：研究靶区植物群落的样方调查；研究靶区珍稀野生动物的半定位观测；研究靶区优势植物热值测定。在我国湿地科学家和景观生态学家的共同努力下，通过对干旱区典型湿地的深入研究，将构建起具有中国特色的干旱区湿地景观多功能研究的理论与方法框架，填补干旱区湿地多功能景观能量生态学研究的空白，揭示湿地多功能景观的共生-竞争规律，为干旱区湿地的开发利用和保护提供科学的决策依据。

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