近二十年南洞庭湖水禽栖息地变动研究

刘师师 ，赵运林 ，2 ，徐正刚 ，李 宽 ，陶彦妤 ，吴 良 ，何 文

（1．湖南城市学院，湖南 益阳 413000；2. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

洞庭湖是我国第2大淡水湖，具有独特的地理环境和气候条件，该区1992年被联合国教科文组织列入《国际重要湿地名录》[1]是大量水禽的繁衍场所、越冬地点和栖息地。当前，对于水禽栖息地变动的研究较多。秦喜文利用层次分析法，将扎龙水禽栖息地生态脆弱性分为5个等级，为该地区的生态环境可持续发展提供了科学依据[2]。研究表明，有效的湿地管理可以为水禽提供替代或补充的栖息地和湿地，减轻损失和退化的不利影响。栖息地研究变量包括水深、水位、植被、盐度、地形、食物种类、食物可及性、湿地面积和湿地的连通性等[3]。对洞庭湖的水禽栖息地研究表明，洞庭湖天然湿地面积减少，人工湿地面积增加，异质性和景观破碎化程度均增加，引起该变化的原因主要是自然和人工因素[4]。

南洞庭湖位于洞庭湖南部，通过水流连接东洞庭湖与西洞庭湖，其土地利用类型、人类活动强度、受三峡工程影响强度等具有自身的特点。同时，南洞庭湖保护区是洞庭湖4个保护区中唯一一个明确以保护水禽和湿地的保护区。因此，分析南洞庭湖水禽栖息地变动情况，对于水禽栖息地的保护和管理至关重要。本研究采用卫星遥感技术和地理信息系统技术，结合景观生态学原理，对南洞庭湖关键时间节点水禽栖息地的分布状况进行评价，对其栖息地变动原因进行分析，为南洞庭湖水禽栖息地保护及管理决策提供理论依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

南洞庭湖（112°18′45″ ～ 112°51′15″E，28°38′15″ ～ 29°01′45″ N）位于长江中游最大的过水性淡水湖泊——洞庭湖的南部[5]，湿地面积1 680 km2。该地区为亚热带湿润气候区，雨量充沛，地势平坦，保存着丰富多样、原始完好的湿地景观生态系统，在灌溉、水运、生物、旅游等方面都具有重要作用。南洞庭湖湖州地面的平均海拔为29～33.5 m，常年水位为29～32 m。湖泊最深处洪水季节为4.2～10.03 m，枯水期为1.18～1.8 m。年平均降雨为1 300～1 400 m，年降雨天数为140～150天，年平均气温约为17℃，月平均温度为29～29.5℃[6]。南洞庭湖湿地是我国南方最大的淡水湿地之一，我国的多种珍稀水禽，如白鹤Grus leucogeranus、白头鹤Grus monacha等在此栖息或越冬。调查表明南洞庭湖冬季常见鸟类有43种，隶属10目21科35属，其中国家二级保护动物5种[6]。1997年经湖南省人民政府批准建立省级自然保护区，2002年被批准加入了湿地公约《国际重要湿地名录》。根据国际鹤类基金会主席乔治·阿其波博士从北极圈到赤道的考察情况，充分肯定南洞庭湖自然保护区湿地鸟类,认为南洞庭湖是世界上鹤类最多、最完整的体系之一[7]。

1998年我国颁布“退田还湖”政策，南洞庭湖被列为国际重要湿地，大规模的退田还湖工程等在此开展，旨在调节江河流量、利于生态平衡。1994年三峡工程开工，主要对长江流域起到防洪蓄水的作用，到2009年三峡工程正式竣工，对南洞庭湖的湖容、防洪及抗旱都起到重要作用。

1.2 研究方法

1.2.1 确定土地利用类型分类

参考东洞庭湖水禽栖息地土地利用类型分类标准[8]，结合南洞庭湖自身特点，将南洞庭湖土地利用类型分为水体、泥滩地、草滩地、芦苇滩地、旱地和林地六类。结合当地冬季的实际情况，对照遥感影像，根据各种地物的分布规律和遥感影像下各种地物的色调、纹理特征等建立水禽栖息地的分类解译标志。

根据赵淑清对东洞庭湖保护区各种水禽栖息地的组份描述可知[8-9]，水体水生生物丰富，草滩地和泥滩地是水禽的主要觅食和栖息场所。而芦苇在冬季被大面积收割，旱地和林地水禽分布少，因此最后确定水体、草滩地、泥滩地是南洞庭湖水禽的适宜栖息地，其他3类是水禽不适宜栖息地。

1.2.2 数据获取与预处理

由于南洞庭湖的湖泊面积在丰、枯水期的差别比较大[8]，而且大多数水禽为越冬物种，所以本研究采用的遥感影像都集中在冬季。研究选取的是Landsat系列卫星的南洞庭湖近二十年来典型年份（1989年、1999年和2013年）的冬季遥感影像（表1）。其中南洞庭湖1989年和1999年的完整区域都由两张遥感影像组成，因此进行拼接等图像处理后再进行分类解译。2013年的遥感影像由于卫星受损存在条带问题，需要经过条带修复后进行分类解译。遥感影像条带修复与几何校正、镶嵌等预处理利用ENVI4.8完成。

表1 南洞庭湖遥感数据来源Table 1 Remote sensing data source of southern Dongting lake

1.2.3 土地利用类型反演

结合南洞庭湖的实际情况，在分类过程中考虑地物的纹理、形状、尺寸等空间特征[10]，勾画各类地物的感兴趣区（用RGB4,5,3三波段假彩色合成影像）。使用ENVI软件的监督分类的最大似然法分别对南洞庭湖1989年，1999年及2013年冬季的遥感影像进行遥感反演。由于同一类地物的大小、分布、密度不同，会引起在光谱响应上的差异，导致分类困难，因此将某一地物细分为若干子类，再利用其光谱和其他特征分类，可以提高分类精度[10]。

1.2.4 景观指数计算

引入景观生态学原理，选择最大斑块所占景观面积比例（largest patch index，LPI）、香农均度指数（shanmon’s evenness index, SHEI）、散步与并列指数（interspersion and juxtaposition index, IJI）、蔓延度指数（contagion index,CONTAG）和香农多样性指标（shanmon’s diversity index, SHDI）5个景观指数，对南洞庭湖目标年份土地利用类型进行计算。景观指数计算利用FRAGSTATS4.2进行。

2 结果分析

2.1 南洞庭湖土地利用类型分布

1989年、1999年和2013年南洞庭湖土地利用类型分布差别较大。南洞庭湖3个目标年份冬季土地利用类型中水体所占比例变化不大，均在22%左右。草滩地在1989年、1999年、2013年所占比例分别为17.7%、30.2%、5.3%。泥滩地在3个年份中不断减少，2013年仅占0.2%，而芦苇滩地和林地则不断增加，2013年芦苇滩地和林地甚至分别达到了51.9%、15.7%。1999年旱地所占比例最少，仅占0.6%（见图1）。

图1 南洞庭湖自然保护区1989年，1999年及2013年水禽栖息地分类图像Fig. 1 Water birds habitat types of the Southern Dongting Lake in 1989, 1999 and 2013

在南洞庭湖土地利用类型分布中，水体形状不规则，边界清晰。泥滩地主要环绕水体分布。草滩地则主要依傍泥滩地分布，少量依附水体分布。芦苇滩地主要呈片状分布在水体和泥滩地一侧，水体中存在部分芦苇滩地分布。旱地集中分布在南洞庭湖东部，后转移到西南部。林地零散分布在泥滩地中。

2.2 近二十年来南洞庭湖水禽栖息地的转移格局

表2、表3、表4分别为南洞庭湖1989年、1999年和2013年之间南洞庭湖土地利用类型转移矩阵。

1989年到1999年水体的保留率最高（73.9%），芦苇滩地次之（61.3%）。草滩地保留率为45.9%，但有40.3%草滩地向芦苇滩地转化。泥滩地主要向水体（18.8%）、草滩地（34.4%）、芦苇滩地（22.9%）转化，仅有少部分转化为旱地（0.6%）和林地（1.7%）。30.9%芦苇滩地转化为草滩地。旱地保留率较低（2.3%），有38.0%和44.6%分别转化为草滩地和芦苇滩地。林地主要向水体（38.1%）和泥滩地（27.0%）地转化，而保留率仅有18.3%（表2）。1998年洞庭湖实行退田还湖政策，前期主要采取撤离居民点等措施，其生产活动并没有得到有效限制。因此，芦苇滩地的保留率比较高，草滩地和泥滩地也大幅向芦苇滩地转化。在此期间，南洞庭湖水禽栖息地受到了较大破坏。

表2 南洞庭湖1989年至1999年水禽栖息地的转移概率%Table 2 Waterfowl habit transition proportion in the southern Dongting lake from 1989 to 1999

1999年到2013年芦苇滩地的保留率最高（80.9%），水体次之（79.0%）。草滩地的保留率仅为8.3%，大部分向芦苇滩地（59.2%）和林地（20.7%）转化，还有小部分转化为旱地（8.2%）。泥滩地的保留率极低（1.5%），有40.9%和31.5%分别转化为芦苇滩地和林地，还有17.0%转化成了水体。旱地主要向芦苇滩地（55.5%）和林地（11.2%）转化，保留率为（24.1%）。林地保留率为21.5%，主要转化为水体（69.2%），还有一小部分转化为芦苇滩地（8.4%）（表3）。在此期间，由于退田还湖政策的持续影响，使得南洞庭湖林地大量向水体转化，加上三峡工程的调控作用，洞庭湖的水位得到提升。但三峡工程造成的水土流失使得洞庭湖泥沙淤积加剧，南洞庭湖草滩地和泥滩地保留率低且大部分向芦苇滩地转化。同时，受经济效益的驱动，芦苇的种植没有得到遏制，反而发展得更加迅速，且旱地也有大部分转化为芦苇滩地。

表3 南洞庭湖1999年至2013年水禽栖息地的转移概率Table 3 Waterfowl habit transition proportion in the southern Dongting lake from 1999 to 2013

综合而言，1989年到2013年，芦苇滩地的保留率最高（78.9%），水体次之（74.7%）。草滩地保留率为8.7%，分别有63.1%、10.1%和14.0%转化成了芦苇滩地、旱地和林地。泥滩地保留率仅为0.6%，大部分转化为芦苇滩地（45.5%）、林地（26.7%）和水体（18.2%）。旱地主要转化为芦苇滩地（82.0%）和林地（10.1%），保留率仅为（4.2%）。林地大部分转化为水体（66.3%），保留率为21.6%（表4）。在此期间，草滩地和泥滩地保留率极低，且芦苇滩地挤占草滩地和泥滩地而不断扩大。

表4 南洞庭湖1989年至2013年水禽栖息地的转移概率Table 4 Waterfowl habit transition proportion in the southern Dongting lake from 1989 to 2013

2.3 近二十年水禽栖息地的相关景观变化

从1989年到2013年，最大斑块所占景观面积比例（LPI）值增加，说明景观中的优势种和内部种的丰度增加，也反映人类活动减少[11]。香农均度指数（ SHEI）值不断减小，可以反映出南洞庭的优势度增高，景观仅受到少数几种优势斑块类型支配。到2013年，香农均度指数（SHEI）为0.7100，说明虽然南洞庭景观中具有一定的优势类型，但多样性仍然较高、景观类型丰富[12]。香农多样性指标（SHDI）值减小，说明南洞庭土地利用类型减少，破碎化程度降低。而蔓延度指数（CONTAG）值持续增加，说明景观中的某种优势拼块类型形成了良好的连接性，并且其破碎化程度降低[13]。而散布与并列指数（IJI）从整体上来说并无很大波动，说明各斑块的邻接类型趋向稳定发展[14]（见表5）。

表5 南洞庭湖保护区1989至2013年总体景观指数状况Table 5 Landscape indices for the southern Dongting lake in 1989, 1999 and 2013

2.4 水禽适宜栖息地转移情况

若某地在1989年到1999年从不适宜栖息地转化为适宜栖息地，则视这种变化为适宜地的增加类；若某地在1989年到1999年从适宜栖息地转化为不适宜栖息地，则视这种变化为适宜地的减少类；若适宜地未发生转化，则是适宜地不变类；若不适宜地未发生改转化，则归为其他类。

1989年到1999年，有49.0%的不适宜栖息地转化为适宜栖息地，有15.8%的栖息地从适宜栖息地转化为不适宜栖息地，说明在1989年到1999年间，南洞庭湖的水禽适宜栖息地有所增长。这可能是政府实行“退田还湖”政策的原因，使得水田、林地等转化为水体等适宜栖息地。而在1999年到2013年，适宜地的增加类只有24.3%，但是却有39.0%的适宜地减少类。适宜地减少类主要是指芦苇滩地这类湿地类型，其增长的主要原因是芦苇具有较高的经济效益，因此被大面积种植，并且大量泥沙淤积导致河床淤高，从而使草滩地演变为芦苇滩地。总体而言，1989年到2013年，适宜栖息地转化为不适宜栖息地的比率为40.6%，这类转化几乎遍布整个南洞庭湖，多发生在草滩地、泥滩地和旱地（见图2）。虽然政府颁发了一系列综合治理政策和保护措施，但芦苇滩地的大量增长使得南洞庭湖湖的适宜栖息地明显减少。

图2 水禽适宜生存地在1989年～1999年（a）、1999年～2013年（b）、1989年～2013（c）年间的转变Fig. 2 Waterfowl suitable habitat for survival changes in 1989 ～ 1999 (a), 1999～ 2013 (b), in 1989 ～ 2013 (c)

3 结论与讨论

从南洞庭湖土地利用类型分布情况和南洞庭湖的水禽栖息地转移情况分析，南洞庭湖的水体面积呈现波动状态，整体上来说水体面积有所增加。1989年到1999年，南洞庭湖水体面积的减少可能与以下原因有关：一是自然原因，气候变暖导致水体蒸发加剧，来自长江和“四水”的泥沙淤积使得水体面积减少；二是人为原因，围湖造田、导致水体面积减少[15]。这与石军南[16]等对洞庭湖水面面积的分析结果有一定的出入，在他对洞庭湖湿地的研究中表明洞庭湖水体面积减少。这种可能是由于石军南等学者的研究时间跨度为1989年到2008年，而空间跨度是整个洞庭湖。1998年，政府采取了退田还湖[17]政策，增加了洞庭湖的蓄水量，也使得湿地面积增长。但是，增长的湿地类型主要是芦苇滩地，与石军南等学者的观点——洞庭湖地区自然湿地面积减少，而人工湿地面积增加的结果一致。芦苇滩地的迅速增长一方面是芦苇的经济效应。芦苇是一类经济效益较高的作物，因此被当地居民大量种植。另一方面是泥沙的淤积作用。三峡大坝[18]的建成，使得洲滩面积增加，但也引起了水土流失，导致洞庭湖泥沙淤积加剧。泥沙的逐渐淤积会导致河床湖底不断阻塞淤高，从而使草滩地演变为芦苇滩地，而芦苇滩地阻滞泥沙，使得泥沙进一步淤积，这样形成了一个循环[8]。泥沙淤积过程又加快了草洲挤占泥滩地的速度[19]，因此也就能解释为什么草滩地和泥滩地都逐渐减少而芦苇滩地迅速增长的现象。另外，草滩地的保留率只有8.29%，这是草滩地转化为芦苇滩地后，水体和泥滩地转化为草滩地的速度相对较慢而引起的[8]。南洞庭湖适宜栖息地减少主要归结为草滩地和泥滩地的减少。

虽然退田还湖等政策已初显成效，但南洞庭湖芦苇种植等活动没有得到有效遏制，甚至有不断加强的趋势。因此，保护南洞庭湖生态环境，关键在于解决泥沙淤积问题，控制芦苇的大幅增长，恢复草滩地和泥滩地。为了加强南洞庭湖水禽栖息地保护，一方面要加强退田还湖政策的实施管理，尽快复还湿地生态系统，另一方面要恢复长江与四水中上游植被，控制水土流失，控制泥沙量[20-22]。

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