嫩江流域湿地变化特征分析

汪雪格，刘洪超，吕 军

(1.长春工程学院 水利与环境工程学院，吉林 长春 130012；2.松辽流域水资源保护局 松辽水环境科学研究所，吉林 长春 130021)

湿地是水陆交互作用形成的自然综合体，素有“地球之肾”的美誉，是地球上最富生物多样性的生态景观和人类最为重要的生境之一，在蓄洪防旱、调节气候、维持生物多样性等方面具有独特的功能。目前在全球范围内，受人类活动和全球环境变化影响，湿地数量大幅减少，从而对其生态功能的发挥产生了负面影响。

嫩江流域是我国湿地集中分布区之一，有大片无河网的内流区域，大片沼泽、连环湖和湿洼地，有著名的扎龙、向海、莫莫格、查干湖等湿地类国家级自然保护区，是鹤类、鹳类等候鸟南北迁徙的通道和驿站，在保护生物多样性方面具有国际重要意义[1]。但近几十年来，该区域人类活动加剧，湿地数量急剧减少，严重影响了该区域的生态安全[2-5]。因此，本研究着重于探讨嫩江湿地的变化特征，分析其影响因素及影响程度，以揭示其主要影响因素，进而对湿地的恢复与管理提供技术支撑。

1 研究区概况

嫩江流域位于东经119°52′～126°30′、北纬45°27′～51°38′，包括黑龙江省的齐齐哈尔、大庆，内蒙古自治区的兴安盟、呼伦贝尔和吉林省的白城等地区。流域三面环山，地势北高南低、西高东低。嫩江右岸多支流，左岸支流较少，左右岸支流均发源于大、小兴安岭各支脉(图1)。嫩江流域湿地发育，在上游河源区主要为森林沼泽湿地，中游多为灌丛沼泽或草本沼泽湿地，下游发育着大面积的沼泽湿地、湖泊湿地和河流湿地，也有部分水库鱼塘等人工湿地零星分布。典型的湿地有向海湿地、莫莫格湿地、扎龙湿地，其中扎龙湿地和向海湿地已被列入国际重要湿地名录。

图1 嫩江流域水系及主要湿地

嫩江流域属温带大陆性季风气候区，年蒸发量1 000～1 600 mm，年日照时数2 200～3 000 h，无霜期100～160 d，冻土深度2.2～3.1 m，多年平均降水量400～500 mm，降水时空分布极不均匀，上游多于下游、山区多于平原，年际间有明显的连续丰、枯现象，春秋季降水很少，多集中在6—9月份，且常以暴雨形式出现。嫩江流域森林、耕地、草原资源丰富，林地、耕地、草地面积比例较大；其次是沼泽地和盐碱地；水域、沙地、居民建设用地比例较小，零散分布在流域内。嫩江流域的人口主要分布在中下游的平原区，人口密度为49人/km2，低于全国人口密度(134.5人/km2)。

2 研究材料与方法

2.1 数据来源及评价单元的确定

2.1.1 遥感数据来源

本研究所采用的湿地数据是以20世纪50年代国家标准的1∶10万地形图、1979年和2015年6—8月份的Landsat MSS/TM/ETM遥感影像作为基本信息源，通过ArcGIS 10软件提取沼泽湿地的数据信息并对数据进行处理、分析而获得的(图2)。

(a)20世纪50年代 (b)1979年 (c)2015年

图2 嫩江流域湿地分布

2.1.2 人口数据来源

人口数据选用统计资料，数据来源于“国家地球系统科学数据中心共享服务平台”(网址www.geodata.cn)，数据年份选用2010年。

2.1.3 评价单元的确定

为了研究的需要，将嫩江流域的一级支流及嫩江干流主要的汇水区范围划分为17个评价单元(具体见图3)，按照评价单元进行分析计算。其中，1、2、3、8、9、13评价单元位于流域上游，4、5、6、7、14、10、16、17位于流域中游，而11、12、15评价单元位于流域下游。

图3 嫩江流域评价单元分布

2.2 分析方法

2.2.1 湿地面积变化表征

湿地面积变化引用土地利用类型动态度的概念。土地利用类型动态度反映了一定时间和范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式[6]为

(1)

式中：K为研究时段内湿地动态度；Zia为湿地变化前的面积；Zib为湿地变化后的面积；T为变化的时间间隔。

2.2.2 湿地耕地化率、湿地退化率和湿地盐碱化率[6]

湿地耕地化率是指转化成耕地的湿地面积占湿地减少总面积的比率；湿地退化率是指转化成比湿地生态系统服务价值低的草地(高、中、低覆盖草地)面积占湿地减少总面积的比率；湿地盐碱化率是指转化成盐碱地的湿地面积占湿地减少总面积的比率。表达式分别为

G=HSg/HS×100%

(2)

T=HSt/HS×100%

(3)

Y=HSy/HS×100%

(4)

上三式中：G为湿地耕地化率；T为湿地退化率；Y为湿地盐碱化率；HSg为耕地化的湿地面积；HSt为退化的湿地面积；HSy为盐碱化的湿地面积；HS为湿地减少的总面积。

3 结果与分析

3.1 嫩江流域湿地分布现状

嫩江流域湿地主要分布在嫩江的上游及嫩江干支流的沿岸，重点分布在1、3、8、10、2等评价单元中，这几个评价单元中的湿地面积均大于15万hm2(图4)。从图4湿地面积占比可知，16、1、8、15、3、14等6个评价单元现状湿地面积占比超过10%，甚至达到12%，其余评价单元湿地面积占该流域面积的3%～9.5%。

图4 2015年嫩江流域各评价单元的湿地面积及其占比

3.2 湿地面积变化分析

从全流域湿地面积的变化看，嫩江流域湿地面积一直处于减少的状态(图5)。其中，20世纪50年代到1979年减少得较少，平均每年减少0.2%，而1979年至2015年湿地面积减少得较多，平均每年减少1%。20世纪50年代至2015年，处于嫩江流域中、上游的1、2、3、4、5、6、7和16等评价单元，湿地面积是先增加后减少；而9、10、11、12、13、14、15等评价单元，湿地面积出现持续减少的现象(图6)。

图5 嫩江流域湿地面积变化趋势

图6 嫩江流域各评价单元湿地面积变化对比

嫩江中、上游的1、2、3、4、5、6评价单元，20世纪50年代至1979年湿地面积增加，增加的湿地主要来自林地、草地(其中来源于林地、草地、水面、耕地的分别占74.93%、22.78%、1.25%、1.04%)，这些转换均属于森林与沼泽、草地与沼泽等自然生态系统之间的演替。

整体来说，嫩江流域湿地面积呈持续减少的趋势。对1979—2015年湿地转移去向进行分析发现，湿地主要是转换成了耕地(水田、旱田)，其次是发生了退化(高、中、低覆盖草地和盐碱地)。其中，耕地化率为54.6%，退化率为31.8%，盐碱化率占2.5%(图7、8)。嫩江流域上游的1、2、3、13评价单元湿地耕地化面积和退化面积均较大，甚至退化率大于耕地化率，湿地退化成了高、中覆盖草地；嫩江流域中下游区域的4、14、15、16评价单元湿地耕地化率较退化率大很多；10、11、12评价单元湿地退化率相对较大，甚至湿地盐碱化的现象比较严重(图7、8)。乌裕尔河、双阳河为嫩江左岸的较大无尾河，两条河的尾闾为著名的扎龙湿地。在乌裕尔河、双阳河流域内(评价单元10)，湿地耕地化率为64%，主要集中在乌裕尔河的两岸；退化率为21%，盐碱化率为3%，主要集中在两条河流尾闾区域(图8)。洮儿河流域(评价单元11)湿地耕地化率为59%，退化率为18.2%，盐碱化率为9.8%，盐碱化主要集中在洮儿河支流二龙涛河尾闾区域。霍林河流域(评价单元12)湿地耕地化率为39%，退化率为21%，盐碱化率为23%，退化成草地的部分主要位于霍林河中上游沿岸，盐碱化主要集中在霍林河的下游尾闾区域(图8)。

图7 1979—2015年嫩江流域各评价单元湿地耕地化、退化和盐碱化面积及占比

4 讨 论

嫩江流域中、上游的1、2、3、4、5、6评价单元，湿地面积大，减少的湿地首先是退化，其次是耕地化；嫩江中、下游沿江区域湿地的减少主要是耕地化，湿地被开垦成了水田和旱田；嫩江中、下游主要支流中湿地的减少首先是退化，其次是耕地化和盐碱化，霍林河流域(评价单元12)甚至盐碱化程度要高于耕地化程度。综上所述，嫩江流域湿地减少的原因主要是被开垦成耕地和退化成草地。

中华人民共和国成立至改革开放这一阶段，嫩江流域的人口密度低、社会经济发展缓慢，人类活动对湿地的破坏较轻；改革开放之后，随着人口的增加和社会经济的发展，人们对粮食的需求量越来越大，开垦荒地、草地，并逐渐围垦、排干洪泛沼泽湿地开发成旱田和水田的现象越来越多。1979—2015年嫩江流域减少的湿地的耕地化率大于50%，说明人类的农田开发扰动是湿地减少的主要原因，这是人类对湿地的直接破坏。

湿地的退化是因为植物的生态需水得不到满足而向生态需水少的自然植被转变。湿地缺水的原因有自然和人为两种因素：

(1)自然因素。嫩江流域多年平均降水量为400～500 mm，虽然降水量不大，但是上下游之间还是有一定的差距的，上游山区降水量较多，下游平原降水量较少且连续枯水年现象比较明显，整体上从上游至下游降水量呈减小的趋势，而蒸发量下游又较上游大很多，这就导致了下游一些依靠天然降水补给的湿地因降水量少、生态需水得不到满足而萎缩退化，尤其是洮儿河、霍林河流域(评价单元11、12)。

(2)人为因素。一是随着人口的增长和粮食种植面积的增加，大量的水资源用于生活和农田灌溉，减少了进入湿地的水量，湿地因补水不足而退化、盐碱化。至2010年，嫩江流域耕地面积较20世纪50年代增加了3.8倍，其中水田面积增加约50倍，这就需要大量的水资源灌溉。二是随着人口数量增加、耕地面积增加，修建了水库、大坝、堤防等[7]，这些水利设施的建设，一方面减少了下游湿地及洪泛湿地的水源，另一方面切断了内流区的外泄通道，导致湿地盐分难以排泄，从而加剧了湿地的盐碱化[8]。三是随着嫩江流域灌溉农业的迅速发展，对地下水的开采规模和强度加大，导致区域地下水位大幅度下降，地下水位对湿地的支撑作用减弱，湿地反补地下水，加速了湿地萎缩与退化的过程。

5 结 论

嫩江流域湿地主要分布在上游及中下游的河流沿岸及尾闾区域，整体上嫩江流域生态良好。湿地面积呈下降的趋势，减少的湿地主要转化成了耕地，主要集中在上游及中下游的河流沿岸；还有一部分湿地发生了退化，上游退化的湿地主要转化成了高、中覆盖草地，基本没有改变自然的生态系统，而中下游退化湿地主要集中在河流的尾闾区域，一些湿地还发生了盐碱化，生态系统发生了不可逆转的演替。湿地的减少主要受人类活动的影响，其主要表现为开垦湿地为耕地，其次是压缩湿地生态需水从而导致湿地退化、盐碱化，主要体现在：①人类生活、工业和农业需水量增大，占用了一部分湿地的生态需水；②水利工程的阻隔，减少或切断了河流与湿地的水力联系；③人类开发地下水导致地下水位下降，湿地反补地下水。