浙江省苕溪流域生態指標變化趨勢分析

邵雄飛 陳 奕 陳增奇

（浙江省水利水電勘測設計院 杭州 310002）

1 引言

苕溪流域位于東徑119～120°、北緯30～31°之間，流域面積4543km2，主流河長157.8km。整個流域有兩大源流，東苕溪和西苕溪。流域屬中緯度亞熱帶季風氣候季風區，氣候溫和，雨量豐沛，流域多年平均降雨量在1466mm 左右。地貌上苕溪流域屬浙北丘陵地區，地勢由南向北傾斜，南部為山區，北部多為平原，全流域山丘面積近70%、水域約6%、平原約24%。行政上苕溪流域覆蓋了杭嘉湖地區2 個地級行政區（杭州市及湖州市），共涉及6 個縣（區）。

苕溪流域是太湖的重要子流域之一，目前對該流域生態環境的研究主要偏重于流域生態環境系統中單因素或單項指標的分布特征和變化趨勢。金婧靚等（2011年）應用土壤水體評價模型（SWAT）對苕溪流域徑流量、泥沙、營養鹽負荷進行了模擬計算，分析了2008年苕溪流域非點源污染的時空分布特性；陳瑩等（2009年）以西苕溪流域為研究區，根據2002年土地利用數據對未來15年土地利用/覆被變化的空間格局進行了模擬，并在此基礎上模擬分析了3 種土地利用情景對地表徑流的長期影響；李兆富等（2006年）以西苕溪流域為研究區，通過對2000年TM 遙感影像解譯獲得的土地利用數據，在2004年分3 次監測了各個小流域出口的總氮濃度，分析了小流域氮素輸出的時空變化差異以及土地利用結構對氮素輸出的影響。

然而，目前對整個苕溪流域各項主要生態指標變化趨勢的研究尚顯不足。隨著苕溪流域經濟的高速發展，流域內出現了許多生態環境問題，流域生態健康問題逐漸受到重視。流域生態環境的治理需要因地制宜、突出重點地制定相關規劃，而對流域主要生態指標變化趨勢的科學診斷是一個基本的前提。

2 研究區基礎數據的獲取

本文選用了覆蓋整個苕溪流域的TM 遙感影像（數據由中國科學院對地觀測與數字地球科學中心提供），空間分辨率為30m。經了解，自1998年至今，整個苕溪流域內天氣晴朗無云的影像較少，云量小于10 的共52 景。經過云量、清晰度比較，并以能夠更好地反映流域內地物特征作為出發點，本次研究選用三景遙感影像，成像時間分別為1998年8月11日、2003年7月24日、2008年7月5日。

遙感數據采用ERDAS 進行解譯分析，使用ArcGIS 進行數據統計與后處理，根據有關文獻資料的研究結果，在對原始影像進行幾何糾正和輻射校正等預處理后，選取B4、B3和B2 共3個波段進行假彩色合成。

為了提高遙感影像的解譯精度，在影像處理過程中對照了苕溪流域地形圖（萬分之一、五萬分之一），同時結合Google Earth 衛星資料，實地踏勘等方式作為輔助手段進行分類，最終得到苕溪流域1998、2003、2008年盛夏的土地利用情況，詳見表1。

表1 苕溪流域1998～2008年土地利用情況 單位：km2

3 指標與指標趨勢變化的計算

3.1 指標的選取

流域生態系統的發展是一個動態的過程，因此本文選取的指標應能綜合反映流域生態系統的變化趨勢，凸顯歷史發展情況，并為未來的可持續發展提供間接信息。在綜合考慮了系統性、穩定性、動態性、可操作性等因素，本文選取林草覆蓋率（R1）、生物豐度指數（R2）、水面率（R3）、水土流失強度（R4）、景觀指數（R5－R7）、生態系統服務價值（R8）6大類別共8 項指標作為評價因子，用來反映苕溪流域生態系統的整體特征。

3.2 指標的計算

（1）林草覆蓋率（R1）。林草覆蓋率即林草類植被面積占流域總面積的百分比：

式中：A林為林地面積，km2；A草為草地面積，km2；A總為流域總面積（km2）。

（2）生物豐度指數（R2）。生物豐度指數根據HJ/T 192－2006《生態環境狀況評價技術規范（試行）》推薦的公式進行計算：

式中：Abio為生物豐度指數的歸一化系數（無量綱）；A水為水域濕地面積，km2；A耕為耕地面積km2；A建為建設用地面積，km2；A未為未利用地面積，km2。

（3）水面率（R3）。水面率按水域濕地面積占流域總面積的比例計，即：

（4）水土流失強度（R4）。本文在對苕溪流域的土壤侵蝕量定量計算時采用RUSLE 模型，該模型的基本形式是：

式中：R4，t/m2；R為降雨侵蝕力因子，J/m2；K為土壤可侵蝕性因子，無量綱；LS為坡長、坡度因子，無量綱；C為覆蓋與管理因子，無量綱；P為水土保持措施因子，無量綱。

（5）景觀指數（R5－R7）。參考國內外相關文獻，選擇3 個景觀水平指數，分別是：連通性（R5）、平均分維數（R6）、香農多樣性指數（R7）。各指數的定義及計算方法如下：

式中：i為斑塊類型（i=1,2,...,m）；m為景觀中總的斑塊類型；j為斑塊數目；aij為斑塊ij 的面積；pi為斑塊類型i 所占景觀面積的比例；pij為斑塊ij 所占景觀面積的比例。

上述指標均采用Fragstate 軟件進行計算，指標值越大則說明斑塊連通性越好，破碎化程度越小，也就越有利于斑塊層面上物質能量的交換及生物信息的傳遞和流通。

（6）生態系統服務價值（R8）。生態系統服務價值評價是對各種生態系統服務價值進行定量研究，即對自然因素進行定量，實現貨幣化。計算中采用了我國學者謝高地等制定的我國生態系統生態服務價值當量因子表并使用 ArcGIS進行計算。

3.3 指標變化趨勢的計算

兩次調查之間狀態指標的變化率采用如下公式計算：

分別求得1998～2008年的平均變化率V1998～2008以及2003～2008年的平均變化率V2003～2008后，根據兩數值的不同組合情況，將指標的變化趨勢分為10 種情況，并根據變化趨勢對生態環境優劣的影響程度進行了定量化賦值，詳見表2。

將指標的變化趨勢值根據程度的大小分成很健康、健康、亞健康、不健康、病態五個層次，并分別對應五個值域，詳見表3。各主要生態指標的變化趨勢分析結果詳見表4。

表2 狀態指標變化趨勢定值表

表3 苕溪流域生態指標變化趨勢值評價表

表4 指標變化趨勢計算結果

4 結論與討論

根據指標統計可見：

（1）苕溪流域內的林草覆蓋率（R1）、生物豐度指數（R2）、景觀連通性（R5）近10年略有惡化，近5年有惡化加劇的趨勢，屬于不健康狀態;

（2）苕溪流域水面率（R3）近10年明顯減少，近5年速度放緩，屬于不健康狀態，必須采取措施防止水面面積的繼續萎縮;

（3）苕溪流域的水土流失狀況（R4）近10年略有惡化，近5年惡化放緩，屬于亞健康狀態。

（4）景觀指數的平均分維數（R6）近10年幾乎無變化，屬于亞健康狀態;

（5）香農多樣性指數（R7）近10年略有改善，近5年改善加速，屬于健康狀態;

（6）苕溪流域生態系統服務價值（R8）近10年明顯惡化，近5年惡化加劇，屬于“病態”狀態。

由以上分析可以看出：近10年來，隨著苕溪流域內城市化進程的加快，林草覆蓋面積、水域面積不斷減少；水生、陸生動植物棲息環境逐漸萎縮：生態環境受到人類干擾程度增大；生態系統整體連通性變差；景觀變得分散、破碎；溪流域生態指標的變化趨勢處于不健康狀態。這與流域內城市發展建設占用水域、林草地等有關，因此應重視流域內水域的占用、減少林草地的占用、保護生態環境扼制生態惡化趨勢、恢復河流濕地、合理進行城鎮發展規劃減少無序建設等工作。

1 金婧靚，王飛兒，戴露瑩等.苕溪流域非點源污染特征及其影響因子[J].應用生態學報,2011,22(8):2119-2125.

2 陳瑩，許有鵬，尹義星.基于土地利用/覆被情景分析的長期水文效應研究——以西苕溪流域為例[J].自然資源學報,2009,24(2):351-359.

3 李兆富，楊桂山，李恒鵬.西苕溪流域土地利用對氮素輸出影響研究[J].環境科學,2006,27(3):498-502.

4 楊金紅,尹球,顧松山等.城區高光譜遙感數據假彩色波段組合研究[J].南京氣象學院學報,2005,28(3):289-290.

5 HJ/T192—2006 生態環境狀況評價技術規范（試行）.

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9 陳文波,肖篤寧,李秀珍.景觀指數分類、應用及構建研究[J].應用生態學報,2002，13(l):l21-125.

10 楊光梅，李文華，閔慶文.生態系統服務價值評估研究進展——國外學者觀點[J].生態學報,2006,26(1):205-212.

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12 謝高地，魯春霞，冷允法等.青藏高原生態資產的價值評估[J].自然資源學報,2003,18(2)：189－196.