江西省五河治理防洪工程对区域生态完整性的影响研究

1江西省五河治理防洪工程（赣江干支流及渌水）对区域生态完整性的影响研究余锦龙，雷波，曹炳伟，黎湘虹（江西省环境保护科学研究院，江西南昌330002）摘要：本文以拟建的江西省五河治理防洪工程（赣江干支流及渌水）对所在区域生态完整性的影响进行实例研究。通过运用景观生态学的原理与方法，对区域景观生态体系生产能力、生态系统稳定性和景观生态体系质量这3个方面进行分析评价。结果表明工程对区域生态环境的影响在可承受范围内，对区域生态完整性影响不大。生态系统完整性评价可以作为资源保护和环境管理的一个重要抓手，成为项目决策的重要参考依据。关键词：生态完整性；景观生态；稳定性；防洪工程中图分类号：文献标识码：AStudyontheEffectofFiveRiverRegulationandFloodControlProject(LushuiRiver，TrunkStreamandTributariesofGanRiver)onRegionalEcologicalIntegrityinJiangxiProvinceYUJin-long,LEIBo,CAOBing-wei,LIXiang-hong（JiangxiAcademyofEnvironmentalSciences,JiangxiNanchang330029PRC）Abstract:Takingtheplanningfiveriverregulationandfloodcontrolproject(LushuiRiver，trunkstreamandtributariesofGanRiver)inJiangxiprovinceasacase，thispaperanalysisedtheeffectoftheprojectonregionalecologicalintegrity.Regionallandscapeecosystemproductivity,ecosystemstabilityandqualityoflandscapeecologicalsystemwereanalysisedandevaluatedbyapplyingtheprinciplesandmethodsoflandscapeecology,Theresultsshowedthattheinfluenceoftheprojectontheregionalecologicalenvironmentisintheaffordablerange,andhaslittleeffectontheregionalecologicalintegrity.Ecosystemintegrityassessmentcanbeservedasanimportantstartingpointoftheresourceconservationandenvironmentalmanagement,andcanalsobecomeanimportantreferenceforprojectdecisions.Keywords:Ecologicalintegrity,Landscapeecology,Stability,Floodcontrolproject0前言生态系统是一个包含物理、化学和生物组成及其相互作用的复杂的系统[1]。生态完整性包括结构完整性和功能完整性。一个生态系统只要能够保持其复杂性和自组织的能力以及结构和功能的多样性，并且随着时间的推移，能维持生态系统的自组织的复杂性，那么它就具有完整性[1,2]。生态系统完整性是资源保护和环境管理中一个重要的概念[3,4]。它主要反映生态系统在外来干扰下维持自然状态、稳定性和自组织能力的程度。1工程概况及区域景观特征1.1工程概况江西省五河治理防洪工程（赣江干支流及渌水）位于赣州市、吉安市、南昌市、萍乡市、2宜春市、新余市、萍乡市及抚州市境内，治理防洪工程包括赣江干流及其支流梅江、桃江、上犹江、章水、孤江、禾水、泸水、乌江、袁河、锦江以及湘江支流渌水等河段，工程内容涉及城市防洪、县城防洪、乡镇防洪、农田防护、河道整治五个部分。工程新征占地4405.04hm2，其中永久占地面积1916.96hm2，临时占地面积2488.08hm2。1.2区域景观特征工程所在区域自南向北，地跨4个纬度，地形由山地、丘陵逐渐过渡到冲积性平原。评价区※的景观要素包括耕地、灌草地、水域、河滩地、建设用地、针叶林地、阔叶林地、竹林地、经济林地等9种景观类型。各景观类型中，斑块面积最大的为耕地；其次为灌草地；再次为河流水域，其它各类型占地面积相对较小。工程评价区内以人工景观为主，自然景观类型所占比例较小。自然景观植被主要以灌丛灌草丛为主，其次为针叶林，阔叶林中落叶阔叶林比常绿阔叶林所占比例大，多分布在沿岸，一般多为河岸防护林。自赣江上游至下游，流域植被呈现一定的分布差异：中上游多以针叶林及常绿阔叶林占优势，下游则以灌草丛及沼泽植被为主，河漫滩、阶地等处则分布有少量的枫杨林、旱柳林等护岸林。2评价方法2.1景观生态学法采用植被生态学中确定植被重要值的方法来确定缀块在景观中的优势度。具体由3个参数计算而来，即密度(Rd)、频率(Rf)和景观比例(Lp)。前两个参数比较明确时，可认为相对面积较大、连通程度较高的缀块类型即控制者景观质量的基质[5]。景观优势度计算的数学表达式如下：%100缀块总数的数目缀块密度iRd；%100总样方数出现的样方数缀块频率iRf；%100样地总面积的面积缀块景观比例iLp；%10022/)(pfdoLRRD优势度。2.2生物多样性评价方法采用香农—威纳指数（Shannon-Weaverindex）来评价工程建成前后景观多样性指数变化情况。Shannon-Weaver多样性指数nkkkPPH1)ln(式中，H为样品的信息含量（彼得/个体）=群落的多样性指数，S为种数，Pk为样品中属于第k种的个体比例。本研究中评价区指工程主体工程区堤段向两侧各1000m以内的陆域范围。3评价结果与分析3.1工程对景观生态体系生产能力的影响工程建成后，评价区的土地类型发生变化，相应植被类型面积和生物量变化情况见表1。3表1工程建成后评价区景观生态体系生物量变化情况表土地类型变化平均净生产力(gc/m2.a)平均生物量/t·hm-2生物量变化/t类型面积/hm2暖性针叶林及针阔混交林-73.46295.4641.88-21704.49落叶、常绿阔叶林-65.52365.0160.1-23915.46灌丛、灌草丛-402.01276.3219.8-111083.40竹林-18.46286.5647.86-5289.90经济林-80.94302.223.7-24460.07农作物-942.27203.576-191817.90水生植被-142.84811.2-11570.04合计※-1725.5——-389841.26评价区内平均净生产力变化（g/m2·a）-1.52工程建成后评价区景观生态体系的生产能力（g/m2·a）217.17※表中土地类型变化数据未包括建设用地和公路用地数据，工程永久占地占用建设用地163.89hm2，公路27.57hm2。从表1可以看出：工程永久占地中占用耕地的面积最大，其次为灌草地，即工程建成后，各土地利用类型中耕地、林地、灌草地等面积均有所减少，其中耕地的面积减小的幅度相对较大，占永久占地总面积的49.15%。工程建成后，评价区景观生态体系平均净生产力有所下降，但比例很小，为1.52g/m2·a，净生产力由现状的218.69g/m2·a，减少到217.17g/m2·a。工程建设后，评价区内暖性针叶林及针阔混交林生物量减少21704.49t，落叶、常绿阔叶林生物量减少23915.46t，灌丛和灌草丛生物量减少111083.40t，竹林生物量减少5289.90t，经济林生物量减少24460.07t，农作物生物量减少191817.90t，水域生物量减少11570.04t。生物量总量由原来的4440097.41t，减少到4050256.15t，减少量为389841.26t，占评价区现状生物量的8.78%。总体而言，工程建设对评价区内的自然生产力有一定影响，但影响程度很小，因此，工程对景观生态体系生产力的影响是能够承受的。3.2工程对生态系统稳定性的影响生态体系的稳定状况包括两个特征，即恢复和阻抗。恢复稳定性与高亚稳定元素(如植被)的数量和生产能力较为密切，阻抗稳定性与景观异质性关系紧密。3.2.1恢复稳定性评价生态系统恢复稳定性可采取植被生物量进行度量，植被生物量的变化是评价生态系统功能优劣的指标之一。评价区植被类型有暖性针叶林及针阔混交林，落叶、常绿阔叶林，灌丛、灌草丛，竹林，经济林，农作物，水生植被等。工程建成后，评价区土地类型的变化导致相应生物量也有所变化，如表1所示：评价区内生物量共减少389841.26t。其中暖性针叶林及针阔混交林生物量减少21704.49t，落叶、常绿阔叶林生物量减少23915.46t，灌丛和灌草丛生物量减少111083.40t，竹林生物量减少5289.90t，经济林生物量减少24460.07t，农作物生物量减少191817.90t，水域生物量减少11570.04t。农作物生物量的减少程度最大，为生物量损失的最大植被类型。生物量总量由原来的4440097.41t，减少到4050256.15t，减少量为389841.26t，占评价区现状生物量的8.78%。总体而言，评价区内生物量的损失比例较小，占评价区总生物量的8.78%，对评价区的4景观稳定性产生的不利影响程度较小。评价区自然植被生物量损失不大，生物量损失的最大植被类型为人工植被农作物，工程建成后能提高评价区防洪标准，更好的防护评价区农业生产，同时施工结束后落实相应的耕地占补平衡措施，评价区生态系统恢复稳定性仍然较强，仍能维持当前生态系统的完整性状态。3.2.2阻抗稳定性分析自然系统的阻抗稳定性是由系统中生物组分异质性的高低决定的。采用香农—威纳指数（Shannon-Weaverindex）来评价工程建成前后景观多样性指数变化情况。工程实施前后Shannon-Weaver多样性指数变化见表2。表2工程实施前后评价区植被多样性统计表类型Pkln(Pk)Pk*ln(Pk)现状建成后现状建成后现状建成后针叶林0.1050.101-2.254-2.293-0.237-0.232阔叶林0.0860.082-2.453-2.501-0.211-0.205竹林0.0090.006-4.711-5.116-0.042-0.031灌丛和灌草丛0.2660.252-1.324-1.378-0.352-0.347经济林0.0380.036-3.270-3.324-0.124-0.120耕地0.3310.319-1.106-1.143-0.366-0.364河流水域0.1270.125-2.064-2.079-0.262-0.260Shannon-Weaver多样性H现状1.595建成后1.559由上表可知，评价区植被现状多样性指数为1.595，工程建成后期多样性指数为1.559，减少了0.036，减少的比例为2.26%。工程建成后，各土地利用类型中耕地、林地、灌草地等面积均有所减少，其中耕地的面积减小的幅度相对较大，占永久占地总面积的49.15%，占评价区耕地总面积的1.12%。工程建成前后景观多样性指数的变化不大，工程占地面积最大的是耕地，但相对于评价区的整体而言，所占比例较小。因而对于评价区的生物组分异质性影响较小，工程实施后对区域景观生态体系的景观异质化程度和阻抗能力影响不大。3.3景观生态体系质量的影响工程实施后，评价区内土地利用格局发生变化，各土地类型优势度值计算结果见表3。表3工程实施前后评价区主要拼块类型优势度值拼块类型Rd/%Rf/%Lp/%Do/%实施前实施后实施前实施后实施前实施后实施前实施后针叶林13.113.410.510.111.611.311.711.5阔叶林88.28.68