景觀生態學在水利工程生態影響評價中的應用

孫光年

(黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱 150080)

景觀生態學是一門新興的交叉學科。因其研究的尺度性、異質性和生態整體性成為近年來的研究熱點，其概念框架和理論方法已被引入《非污染生態影響評價技術導則》。利用景觀生態學的研究方法從生態完整性角度研究水利水電工程生態影響評價已經成為當前非污染生態影響評價的一個發展趨勢[1-2]。

生態完整性(Ecological integrity)是支持和保持一個平衡的、綜合的、適宜的生物系統的能力[3]。只有通過生態完整性評價才能了解建設項目所在區域生態體系的特征及相應的生態承載力，從而判定建設項目對區域生態的影響程度及其環境合理性[4]。本文運用景觀生態學的原理和方法對擬建的旁多水利樞紐工程所在區域的生態完整性現狀進行評價，即從景觀結構、植被生物量和植被分布的空間異質性3個角度對該區域生態系統的結構和功能狀況進行分析;同時，在現狀評價的基礎上，通過量化比較，預測該工程建成后對該區域生態完整性的影響程度。

1 評價區域及工程概況

旁多水利樞紐工程地處拉薩河流域中游，壩址位于西藏自治區林周縣旁多鄉下游1.5 km，是拉薩河流域的骨干性控制工程，也是拉薩河干流水電梯級開發的龍頭水庫。庫區所在地屬切割較深的高山地形，地面高程4 027～5 300 m。該工程為灌溉、發電、防洪、城市供水等綜合利用的水利樞紐，總庫容11.74億m3，是一個具有不完全年調節性能的大(1)型水利工程。

綜合考慮水庫功能、區域特點以及工程建設對流域生態完整性的影響，將生態完整性的評價范圍確定為大壩上游沿水庫淹沒線周圍擴展10 km范圍，遇流域分水嶺則以分水嶺為界，壩下游也以分水嶺為界直至拉薩河與堆龍曲匯合口，總面積為10 202 km2，包括水庫周邊的熱振國家森林公園和林周黑頸鶴自然保護區。

從景觀尺度觀察，本區域的景觀要素包括耕地(旱地)、林地、草地、水域(河流水面)、河灘地、居民建設用地、沙地、沼澤、裸巖、冰川等10種景觀類型。因本區域屬高原溫帶季風氣候區，草地資源豐富，面積廣大，是評價區的景觀基質，林地、耕地、水域、河灘地、居民建設用地、沙地、沼澤、裸地等斑塊點綴其中。由于項目區位于高寒地帶，自然環境比較惡劣，區內人類活動較小，耕地面積不大，主要為牧區。

2 原理和方法

2.1 景觀生態系統結構的度量

景觀結構與功能是相匹配的，結構的合理性從一定程度上決定了該生態系統功能狀況的優劣[5]。對結構合理程度的判斷常從對基質的判定入手。而景觀基質的類型與屬性對生態系統的動態和完整性起主導作用，常根據優勢度指數(Di)進行判定。Di由景觀密度(DPi)和景觀比例(DCi)計算得出，其經驗數學表達式為:

式中:DPi是第i類景觀要素的斑塊數與斑塊總數之比;DCi為第i類景觀要素的相對蓋度，即面積比。

2.2 景觀生態系統穩定性的度量

景觀生態系統穩定性包括兩種特征，即生態系統對干擾的阻抗能力和受到干擾后的恢復能力。

1)恢復穩定性的度量。對生態系統恢復穩定性的度量可采取對植被生物量進行度量的方法來進行。植被生物量的變化是評價生態系統功能優劣的指標之一。旁多水利樞紐工程所在地主要植被類型的生物量特征值見表2。

2)阻抗穩定性的度量。生態系統阻抗穩定性的強弱直接影響到系統內部功能的正常運行。阻抗穩定性受生態系統中主要生態組分的種類、數量、時空分布的異質性所制約。景觀等級以上的自然系統需要有高的異質性，因此，生態系統的異質性可作為阻抗穩定性的度量。

對景觀異質性的量化表達可選用Shannon-Weaver多樣性指數來進行估算，該指標既考慮了不同群落類型所占景觀總面積的大小及分布的均勻程度，又考慮了群落類型的多少。

Shannon-Weaver多樣性指數:

式中:Pk為斑塊類型k在景觀中出現的概率;n為景觀中斑塊類型的總數。

3 評價結果與分析

3.1 景觀生態系統結構的現狀與影響評價

對西藏旁多水利樞紐工程實施前后評價區內各景觀類型優勢度的計算結果見表1。

表1 旁多水利樞紐工程建設前后斑塊優勢度值

表1數據顯示，在評價范圍內的各景觀類型中，景觀密度以林地最大，其次為草地;而景觀面積比例則以草地面積最大，占評價區總面積的73.03%，其次為林地，占10.08%。各景觀類型的優勢度排序為:草地＞林地＞裸地＞耕地＞河灘地＞居民建設用地＞水域＞沙地＞沼澤＞冰川，這充分說明評價區內草地優勢度高，是區域的景觀基質。評價區內森林覆蓋率低，裸巖廣布于山體上部，僅在河谷地帶種植青稞、冬小麥等，耕作農業有一定發展。

旁多水庫修建后評價區內的景觀格局發生了一定的變化。由于水庫蓄水，造成庫周及上游的草地、灌木林、旱地、河灘地、居民建設用地、沙地等景觀發生不同程度的減少。除草地和耕地外，其它斑塊類型的景觀密度比例均有所降低(冰川除外)。各景觀類型的優勢度排序不變。但水域斑塊因水庫蓄水使其重要性提高，其優勢度值由建庫前的0.92%上升到1.18%，其它斑塊的優勢度值相應減少或不變，但減少的幅度不大。作為景觀基質的草地，其優勢度值從59.90%減少為59.86%，前后變化不大，仍維持在較高的水平。可見，工程實施和運行對評價區自然系統的景觀空間結構影響不大。

3.2 景觀生態系統穩定性的現狀與影響評價

3.2.1 恢復穩定性評價

根據野外調查和遙感解譯，將評價區劃分為大果圓柏林、砂生槐+杜鵑+薔薇群落、藏北苔草+燈芯草群落、杉葉藻+眼子菜群落、砂生槐+小檗+雜草類群落、杜鵑+蒿草群落、禾草類+雜草草甸、西藏沙棘+雜類草群落、高山蒿草+雜類草群落、高山寒漠、楊+小檗+沙生槐群落、青稞等12種植被類型。評價區內草地廣布，以雜類草草叢為主。農業植被分布于拉薩河河谷地帶，面積較小，僅占評價區的3.37%，主要種植青稞、油菜等。評價區內各植被類型的面積及其生物量狀況見表2。

表2 旁多水利樞紐工程評價區內生物量變化情況

從各植被類型單位面積生物量來看，大果圓柏喬木高達5～12 m，單株材積最高可達3.5 m3，生物量最高。其次為砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢和楊+小檗+沙生槐灌叢，單位面積生物量可達4 800 kg/hm2、2 000 kg/hm2。在草類生態系統中，禾草類雜草草甸位于低河漫灘，水分條件好，生物量較高，可達1 000 kg/hm2。旱地等人工植被類型在人為干擾作用下具有較高的生產力。

旁多水庫建成后，除大果圓柏林、藏北苔草+燈芯草群落、杉葉藻+眼子菜群落、西藏沙棘+雜類草群落和高山寒漠以外，其余7種植被類型的生物量均有不同程度的減少。其中，旱地青稞和沙生槐+杜鵑+薔薇灌叢因單位面積生物量和淹沒面積較大，成為評價區內生物量損失最大的植被類型，分別損失了3 006 t/a和4123t/a。從各植被類型生物量的損失比例來看，評價區內各植被類型的生物量損失量均較小，其中，比例最高的為禾草類雜草草甸(2.14%)，其次為旱地青稞(1.46%)、砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢(1.21%)，其余各植被類型損失比例均在1%以下，對生態系統的穩定性影響較小。另外，由于水域面積的增加和水文條件的改善，水庫水域生態系統的生物量將會有所增加，一定程度上彌補了陸地生態系統的生物量損失。

綜合看來，評價區內由于水庫淹沒所造成的生物量損失對庫區的景觀穩定性產生的不利影響較弱，且該地區人口較少，以牧業為主，工程建設后現存植被生物量減少不大，其恢復穩定性仍然維持在建庫前的原有水平，仍能維持當前生態系統的完整性狀態。

3.2.2 阻抗穩定性評價

評價區內景觀基質是草地景觀，其面積最大，占整個評價區的73.03%，優勢度值為59.90%。其次為林地景觀，其面積占評價區的10.08%，優勢度值為14.73%，對維持評價區內的景觀多樣性和涵養水土具有十分重要的生態意義。因而，草地和林地植被對區域景觀生態系統的結構與功能起主導作用，應對其異質性程度進行估算。景觀異質性是指組成評價區林灌草植被的各種植被類型在景觀中分布的空間異質性。根據遙感解譯和野外調查，獲得各景觀類型的生態數據，計算出各類型在景觀中出現的概率(P值)，見表3。

對于給定的n(群落類型數)，Shannon-Weaver指數有最大值Hmax，此時，各群落類型的面積比例相同，而且各群落斑塊在景觀中分布的均勻程度最大。由表3可見，建庫前多樣性指數(H)等于1.964，占Hmax的76.57%，則評價范圍內群落多樣性程度處于較高水平。但由于項目建設區地處高寒地帶，生物生長緩慢，特殊的地理位置和不良的氣候條件使該區生態環境極為脆弱，一旦破壞，恢復周期較為漫長，生態系統阻抗干擾的能力一般。

表3 評價區內植被群落多樣性統計

旁多水庫建設后，將淹沒陸地面積37.89km2，各群落類型在景觀中出現的概率(P值)略有變化。由于評價區內旱地主要分布在拉薩河河谷地帶，禾草類雜草草甸主要分布于河流沿岸階地前緣，砂生槐+杜鵑+薔薇灌叢、砂生槐+小檗+雜草類群落、杜鵑+蒿草群落、蒿草+雜類草群落主要生長于山麓地帶，因此，被淹沒的植被主要為這5種類型，其P值分別為6.05%、6.89%、28.80%、12.74%、19.74%，比淹沒前有所下降。

水庫建成后評價區的群落多樣性指數(H)為1.962，占Hmax的76.49%，比修建水庫前僅減少了0.078。通過對旁多水利樞紐工程建設前后評價區景觀結構、植被生物量和生態系統穩定性狀況的分析可以看出，旁多水庫的建設對區域生態完整性的影響較小，不會造成生態系統結構和功能的較大變化。水庫興建后，評價區生態系統仍能維持原有的穩定性和生態承載力。但由于項目區地處高寒地帶，生態環境比較脆弱，生物生境一經破壞將難以恢復，因此，在工程施工時應盡量減少對地表植被的破壞和擾動，盡量保護原有生境，施工結束后應立即恢復原有植被。

4 結語

生態完整性評價是非污染生態影響評價工作的基礎。景觀生態學方法應用于水利水電工程生態影響評價，從景觀尺度縱覽整體，符合生態完整性的要求。通過對建設項目建成前后景觀優勢度和穩定性的定量分析，可以了解建設項目建成前后土地利用和植被格局的變化情況，可以對建設項目的總平面布置及輔助工程建設提出建議。但由于該方法應用時間相對較短，景觀生態學的理論和方法也在不斷完善，故其應用時需根據具體工程設計和環境特征進行研究。

[1] 國家環境保護總局.環境影響評價技術導則-非污染生態影響[M].北京:中國環境科學出版社，1997.

[2] 國家環境保護總局.環境影響評價技術導則-水利水電工程[M].北京:中國環境科學出版社，2003.

[3] Karr JR，Dudley I J.Ecological perspective on water quality goals[J].Environment Manage.1981，(5):55-68.

[4] 陳睿，劉勝祥，崔鴻.景觀生態學在非污染生態影響評價中的應用[J]. 地球與環境，2006，34(2):95-99.

[5] 鄔建國.景觀生態學-格局、過程、尺度與等級[M].北京:高等教育出版社，2000.

[6] 余明勇，汪富貴，馬軍.雙溪水電站工程對區域生態完整性的影響研究[J].中國農村水利水電，2007，(1):118-120.

[7] 張明陽，王克林，何萍.生態系統完整性評價研究進展[J].熱帶地理，2005，25(1):10-13.