基于LDI方法的新濟洲國家濕地公園生態健康評價

邵 京，王 紅，徐 靜，徐 麗，李仁英

(1.南京市園林和林業科學研究院，江蘇 南京 210000；2.南京信息工程大學，江蘇 南京 210000)

1 引言

濕地被稱為“地球之腎”，具有調節水質、調蓄洪水、維持生物多樣性、提供休閑游憩等其他生態系統無法替代的服務功能，是地球上最重要的生態系統之一，同時也是最容易受到人類活動影響的脆弱生態系統之一[1,2]。近年來，在全球氣候變化和人類活動干擾的背景下，濕地的組織結構與功能遭受嚴峻考驗，而人類活動是干擾濕地生態系統健康的主要因素[3]。近年通過生態修復、退耕還濕、建立保護區等措施在一定程度上減緩了濕地的退化，濕地環境狀況及生態系統健康的評估與診斷已越來越受到重視，各國學者也做了大量的研究[4～7]。景觀開發強度法(Landscape Development Intensity，以下簡稱“LDI方法”)以土地利用和土地覆蓋為基礎，采用GIS的土地利用/土地覆蓋數據、航片或野外調查數據來預測濕地的健康狀況，同時可以對人類干擾情況進行定量評價，適用范圍廣，數據獲取容易，操作過程簡單可行，在缺少歷史監測數據和前期詳盡研究的情況下可以對濕地健康狀況作出評價[8,9]。

新濟洲國家濕地公園是南京市第一個國家級濕地公園，位于長江南京段最上端，是南京區域綠地系統的重要組成部分，在調節和凈化水資源、保護生物資源方面起到重大作用，在南京城市乃至長江下游生態區位中有非常重要的地位，科研價值極高。在成立之前，新濟洲國家濕地公園以農業生產性植被為主，至2020年3月新濟洲及附屬諸島基本完成退田還濕，在濕地保護與恢復的作用下，生態系統得到了一定修復。本文基于新濟洲國家濕地公園的土地利用及開發現狀，采用LDI方法對其生態系統健康情況進行評價，以期為以后濕地公園的合理開發和可持續管理提供參考。

2 研究區概況

項目研究區江蘇長江新濟洲國家濕地公園屬于南京市江寧區，位于長江江蘇段最上游處，是我國第一家獨具特色的洲灘型國家濕地公園，主要包括長江低水位時的新濟洲、新生洲、再生洲、子母洲和子匯洲范圍。地理坐標東經118°29′15″～118°33′54″，北緯31°47′5″～31°53′24″。濕地公園所在區域屬北亞熱帶季風氣候區，四季分明，氣候濕潤，雨量充沛，光照充足，無霜期較長。

新濟洲等為近百年來由沙洲和沙灘逐漸成長的陸地，且所在地區自古以來為人為活動頻繁區，原有居民4000多人，從2001年7月開始對其實行了退人退耕、整體移民的生態工程，自2002年后無人居住[10]。新濟洲濕地于2011年3月25日獲國家林業局批準，成立“江蘇南京長江新濟洲國家濕地公園”(試點)，2016年8月南京長江新濟洲國家濕地公園正式獲牌[11]。

3 研究方法

3.1 數據信息獲取與處理

3.1.1 遙感數據源選取及預處理

選用2020年3月19日的兩景高分二號遙感影像作為遙感數據源，影像具體參數見表1。對遙感影像進行多光譜影像處理和全色影像處理，采用NNDiffuse Pan Sharpening方法，進行影像融合。

表1 高分二號遙感影像參數

3.1.2 遙感影像分類及分類結果糾正

利用易康(eCognition Developer 8.9)對遙感影像進行面向對象分類。在對各洲島遙感影像進行多尺度分割的基礎上，選取訓練樣本，執行監督分類。采用無人機航拍結合野外實地調查方式，獲取研究區典型地物樣點數據，對分類后結果進行糾正。

3.2 LDI系數的確定

LDI方法的中心思想：作為人類活動的具體表現形式，土地利用會對生態系統產生影響，能夠反映出濕地的健康狀況，實際上是以土地利用類型來評估人類干擾的強度，從而定量評價濕地生態系統受影響的程度[12～14]。

LDI方法認為除可更新能源之外的其它能值的輸入代表了人類對生態系統健康的干擾，以LDI系數代表不可更新能源能值(即單位面積利用不可再生能量的定量測量值)，能值越高，生態系統健康水平越低。Brown和Vivas[15]于2005年核算了各類土地利用類型的 LDI系數，并被后期學者們驗證了穩定性，從而被廣泛采納借鑒。本研究利用遙感影像圖結合野外實地調查結果，得到新濟洲國家濕地公園8類土地利用類型，參照Brown和Vivis提出的 LDI評價體系，確定每種土地利用類型的LDI系數，見表2。

表2 新濟洲國家濕地公園土地利用類型與對應的 LDI 系數

3.3 LDI綜合指數的計算

通過每一類土地利用類型的LDI系數和該地類的面積比的乘積來計算評價區的景觀開發強度指數。景觀開發強度綜合指數LDI計算公式為：

LDI=Σ%LUi·LDIi

(1)

式(1)中，LDI為被評價區域最終的LDI綜合指數；%LUi為土地利用類型i占被評價區域總面積的百分比；LDIi為土地利用類型i的LDI系數。

4 結果與分析

4.1 土地利用類型結構

對新濟洲國家濕地公園各土地利用類型結構進行了統計，該研究區土地利用類型可劃分為8大類，分別是草地、天然草地、林地、農田、空地、水域、道路及建筑，其空間分布見圖1，各類型的面積及所占比例見表3。可以看出，占比最大的土地利用類型為林地，面積比例為39.61%；其次為天然草地，占總面積的37.11%；再次為退耕的農田，占總面積的9.47%；水域的面積比例為8.00%；濕地公園內還有未利用的空地，面積比例為3.49%；觀賞性的草地面積比例為1.60%；另外還有道路及其他建筑，面積比例分別為0.61%和0.11%。

圖1 新濟洲國家濕地公園土地利用類型分布表3 新濟洲國家濕地公園土地利用類型結構

序號土地利用類型面積/hm2面積占比/%1草地38.241.602天然草地890.5437.113林地950.4339.614農田227.289.475空地83.773.496水域192.028.007道路14.640.618建筑2.570.11

4.2 濕地公園健康評價

張淼等[16]參考Brown對LDI值進行的分類將LDI方法所獲得的綜合指數進行了健康等級分級，LDI指數處于1.0～2.0范圍內說明濕地受人為干擾少，土地類型接近于自然濕地，健康程度為“健康”；LDI指數處于2.0～5.0范圍內說明濕地受到一定的人為干擾影響，土地類型接近于農田，健康程度為“一般”；LDI值大于5.0，說明濕地受人類活動干擾影響較大，土地類型接近于城市，健康程度為“不健康”。

基于對新濟洲國家濕地公園土地利用類型結構的研究，采用LDI方法根據公式計算得到濕地公園整體的綜合指數值為1.70。根據上述標準，新濟洲國家濕地公園接近于近自然濕地，說明其受到的人類活動干擾比較小，保持著健康的狀態。

5 結論與討論

5.1 結論

通過統計分析新濟洲國家濕地公園的土地利用類型，利用LDI方法評價了該濕地公園的生態環境健康狀況，得知：濕地公園范圍內，土地利用類型主要有草地、天然草地、林地、農田、空地、水域、道路及建筑8種類型。林地是面積最大的的土地利用類型，占總面積的39.61%，在各個島嶼都有分布；其次為天然草地，占總面積的37.11%，同樣廣泛分布于濕地公園的各個島嶼；退耕的農田面積比例為9.47%，絕大部分分布在再生洲，目前呈自然恢復狀態；水域面積會隨季節發生變化，在衛星圖片拍攝時間段，開闊水面占8.00%；無植被覆蓋的裸土空地面積比例為3.49%；觀賞性的草地面積比例為1.60%，主要分布在新濟洲主島人工觀賞區；含建筑、道路等硬質地表面積占0.72%，絕大部分分布在新濟洲主島。濕地公園LDI綜合指數為1.70，生態環境健康等級整體上處于“健康”水平。

5.2 討論

LDI方法已被眾多研究者接受和證實適用于評價濕地健康狀況，且能在數據量較少情況下快速給出評價結果[2]。本研究通過遙感數據結合實地調查，選擇了 LDI方法對新濟洲國家濕地公園生態健康狀況進行客觀評價，但針對較為復雜的能值計算，本文的LDI系數借鑒了前人研究的經過驗證的相關系數。如果要將LDI方法推廣開來，需要將LDI系數的確定進行本土化，即收集研究區域更多實際資料確立與之相對應的LDI系數。另外，本研究采用LDI方法適合在人力財力較少的情況下于最短的時間內進行最基礎的濕地評價，要對濕地生態系統健康做出更加精確的評價，需要搜集調查更為全面詳盡的濕地生態指標，構建多指標高強度濕地生態系統健康評價方法以提高評價精度或進行相互驗證。