辽宁省沿海区域生态系统质量及其变化研究——以2000—2015年为例

么旭阳

(辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁 沈阳 110161)

引言

生态系统是人类赖以生存的物质基础，生态系统变化是生态问题产生的主要驱动力之一，研究生态系统质量变化对于认识人类活动与生态系统关系具有重要意义[1]。为全面掌握全国生态环境状况，原环境保护部和中国科学院于2012年启动了“全国生态环境十年变化(2000—2010年)遥感调查与评估”项目，结果表明10a间全国生态系统变化剧烈[2,3]。辽宁沿海地区是辽宁发展的重心，辽宁沿海经济带对于辽宁老工业基地振兴具有重要的作用[4]，经济开发对陆地生态系统造成巨大压力，由于开发历史长、城镇化进程快，该区域在一定程度上仍面临着生物多样性减少、生物入侵、森林质量不高、湿地功能退化等诸多生态问题，沿海地区不同城市的景观格局均呈现均质化发展，斑块形状变化趋于复杂[5]。因此，本研究利用遥感与地理信息系统技术结合，通过对近15a辽宁省沿海区域生态系统质量变化进行定量分析，揭示其生态系统宏观演变的机制和规律，对实现沿海区域经济的可持续发展与生态保护的平衡具有重要的现实意义。

1 研究区概况

研究区域位于我国海域最北部，东起鸭绿江口，西至山海关老龙头，分属黄海和渤海。海岸线全长约2110km，地势总体来说北高南低，坡度缓和，属温带大陆性季风气候，雨热同季。全年气温、降水分布由南向东北和由东南向西北方向递减。行政区划涉及辽宁省丹东、大连、营口、盘锦、葫芦岛6市的28个县(县级市、区)，是东北地区重要的对外开发平台。研究范围以岸线向内缓冲100m作为研究区域，分析区域内生态系统质量及其变化。

2 研究方法

选取生态系统质量调查评价指标，采用年生物量、相对生物量密度、年均植被覆盖度、植被覆盖度年变异系数等指标对森林、草地和湿地生态系统进行质量评估。

2.1 年生物量

式中，SL_AtBi为生态系统年生物量；i为年数；n为森林生态系统内影像像元数；YrBk为第i年第k个像元生物量；Sk为第k个像元面积。

2.2 相对生物量密度

相对生物量密度是指基于像元的生态系统生物量与该生态系统类型最大生物量的比值，计算方法：

式中，RBDij为j生态系统i像元相对生物量密度；Bij为j生态系统i像元生物量，通过遥感获得；CCBj为j类生态系统顶级群落每像元的生物量，运用生态系统长期定位观测数据，或样地调查数据。

2.3 年均植被覆盖度

式中，CD_AuFi为年均植被覆盖度；i为年数；j为旬数；DecFij为第i年第j旬影像植被覆盖度。

2.4 植被覆盖度年变异系数

式中，CD_CVFi为植被覆盖度年变异系数；i为年数；j为旬数；DecFij为第i年第j旬影像植被覆盖度。

3 结果与分析

3.1 森林生态系统质量及其变化

3.1.1 森林生态系统生物量变化

3.1.1.1 年生物量

辽宁省沿海区域森林生态系统生物量2000年为613.82万t；2010年为705.53万t；2015年为1056万t；年生物量为上升趋势。

3.1.1.2 相对生物量密度

森林生态系统相对生物量密度2000—2015年总体处于退化状态。2000—2010年相对生物量退化，主要集中于大连市，由于沿海开发力度较大，森林植被相对有所破坏，2010—2015年，大连市森林生态系统相对生物量密度呈现转好趋势。

表1 森林生态系统相对生物量密度各等级面积及比例

3.1.2 森林生态系统植被覆盖度变化

3.1.2.1 年均植被覆盖度

辽宁省沿海区域森林生态系统中，约5%的面积为低植被覆盖度，20%～30%的面积为较低植被覆盖度，近50%的面积为中植被覆盖度，10%～20%的面积为较高植被覆盖度。2000—2015年，森林生态系统年均植被覆盖度状况总体呈好转趋势，约6%的较低植被覆盖度区域转化为中植被覆盖度和较高植被覆盖度。

图1 森林生态系统年均植被覆盖度各等级面积及比例

3.1.2.2 植被覆盖度年变异系数

辽宁省沿海区域森林生态系统植被覆盖度年变异系数分级情况显示，97%以上的区域为低级别区域和较低级别区域。2000—2015年间，约6%的低级别区域转出至较低级别区域。

图2 森林生态系统植被覆盖度年变异系数各等级面积及比例

3.2 草地生态系统质量及其变化

3.2.1 草地生态系统生物量变化

3.2.1.1 年生物量

辽宁省沿海区域草地生态系统生物量2000年为4.82万t；2010年为1.44万t；2015年为4.96万t；年生物量呈先下降后上升趋势。

3.2.1.2 相对生物量密度

海岸带草地生态系统面积相对较小，草地生态系统相对生物量密度2000—2015年总体呈现逐步转好的状态。草地生态系统相对生物量密度在低级别中面积所占比例逐渐增加，由0%增加至2015年的2.6%。

表2 草地生态系统相对生物量密度各等级面积及比例

3.2.2 草地生态系统植被覆盖度变化

3.2.2.1 年均植被覆盖度

辽宁省沿海区域草地生态系统中，2000—2010年逾80%的面积为较低植被覆盖度区域。2010—2015年，超过1/2的较低植被覆盖度区域转出至中植被覆盖度区域和较高植被覆盖度区域。2000—2015年，草地生态系统年均植被覆盖度状况总体呈好转趋势。

图3 草地生态系统年均植被覆盖度各等级面积及比例

3.2.2.2 植被覆盖度年变异系数

辽宁省沿海区域草地生态系统植被覆盖度年变异系数分级情况显示，2000—2010年，逾99%的区域处于低级别和较低级别；2010—2015年，近9%的区域由较低级别转出至中级别、较高级别和高级别。

图4 草地生态系统植被覆盖度年变异系数各等级面积及比例

3.3 湿地生态系统质量及其变化

3.3.1 湿地生态系统相对生物量密度变化

3.3.1.1 年生物量

辽宁省沿海区域湿地生态系统生物量2000年为1.45万t；2010年为71.66万t；2015年为31.87万t；年生物量呈先上升后下降的趋势。

3.3.1.2 相对生物量密度

辽宁省沿海区域湿地生态系统面积相对较小，湿地生态系统相对生物量密度2000—2015年总体呈现逐步转好的状态。变化较为明显的主要是营口市，由于营口市城市化建设的不断扩大，湿地生态系统面积有所减少，2010—2015年变化较为明显。

表3 湿地生态系统相对生物量密度各等级面积及比例

3.3.2 湿地生态系统植被覆盖度变化

3.3.2.1 年均植被覆盖度

辽宁省沿海区域湿地生态系统中，约60%的面积为低植被覆盖度，约20%的面积为较低植被覆盖度，10%～20%的面积为中植被覆盖度。2000—2015年，湿地生态系统年均植被覆盖度状况总体呈好转趋势。

图5 湿地生态系统年均植被覆盖度各等级面积及比例

3.3.2.2 植被覆盖度年变异系数

辽宁省沿海区域湿地生态系统植被覆盖度年变异系数分级情况显示，55%～65%的区域处于较低级别，10%～25%的区域处于中级别；2000—2015年间，低级别区域和较低级别区域总体上转出至中级别区域和较高级别区域。

图6 湿地生态系统植被覆盖度年变异系数各等级面积及比例

4 结论与讨论

2000—2015年，辽宁省沿海区域不同生态系统质量均呈现不同的变化状态，森林生态系统年生物量为上升趋势，但相对生物量密度总体处于退化状态；草地生态系统年生物量呈先下降后上升趋势，相对生物量密度总体呈现逐步转好的状态；湿地生态系统年生物量呈先上升后下降的趋势，湿地生态系统相对生物量密度总体呈现逐步转好的状态。森林、草地、湿地生态系统的年均植被覆盖度状况总体均呈好转趋势。但由于沿海经济带的不断开发与建设，自然生态系统有所减少。因此，应加强沿海区域的保护与修复，严格执法，保障海岸带生态环境安全；积极修复已经破坏的海岸带湿地，维护海岸带湿地的生态功能，发挥海岸带湿地对污染物的截留、净化作用；建立健全湿地保护与合理利用机制，适度开发的原则，正确处理湿地保护与利用的关系，积极发展湿地生态旅游、生态水产养殖业，探索湿地生态经济的发展新模式，促进湿地保护可持续发展。