三峡工程对洞庭湖区湿地景观格局及生态健康的影响研究

摘要

洞庭湖位于长江中游荆江南岸，三峡工程是长江最大的水利枢纽工程。本文以洞庭湖区湿地为研究对象，运用景观生态学、遥感技术、管理科学、数学与计算机科学等多学科融合的方法与技术，研究三峡工程运行前后洞庭湖区湿地景观格局变化的特征，构建基于景观生态学的湿地生态系统健康评价指标体系，从时空角度进行洞庭湖区湿地生态系统健康评价。本研究的主要内容和结论有:
　　 (1)三峡工程运行前后洞庭湖区湿地景观格局变化
　　 根据研究区1987-2008年6期遥感影像数据资料，运用马尔科夫数学模型分析洞庭湖区湿地景观格局在三峡工程运行前(1987-1998年)、（1998-2003年）及运行后（2003-2008年）的时间动态变化特征。结果表明:区域整体景观破碎化程度逐渐增大，斑块数量增加，斑块密度不断增大，由1987年的0.61个.km-2增加为2008年的0.76个.km-2;斑块平均面积由1987年的163.28hm2缩减至2008年的162.26hm2。景观多样性指数由1987年的1.36增大2008年的1.91，均匀度指数逐渐变大，由1987年的0.68增大到2008年的0.87;形状指数由1987年的43.07增大到2008年的62.84。各景观类型水平变化各具特征，水体的形状指数1987-1993年由27.23降低为27.02，再增加到1998年的27.78，2003-2008年由31.72降到29;泥沙滩地1987-1998年斑块数量明显增加;2003-2008年斑块数量减少，最大斑块面积增大。苔草滩地和芦苇滩地景观破碎化程度在1987-1998年三峡工程建设期有所加大，1998-2004年有所减小，三峡工程运行后的2004-2008年又有所增大。防护林滩地1987-2008的破碎化程度由减小到增大到再增大;面积先后经历了增加、减少到再增加。形状指数先减小，后增大。耕地、林地的面积在三峡工程前后先增大后减小，平均斑块面积明显减小。建设用地斑块数量由1987年的3686块增加到2008年的5028块。
　　 (2)三峡工程运行前后洞庭湖区湿地生态系统健康时间变化分析
　　 利用单因子和多因子综合评价法对洞庭湖区湿地进行时间尺度的生态健康评价。结果表明:三峡工程建设前的1987-1998年洞庭湖湿地生态系统健康综合指数CEI为0.2806;建设中的1998-2003年CEI为0.2744;运行后的2003-2008年生态系统健康综合指数CEI为0.2806;依据本文的湿地生态系统健康分类级别，洞庭湖湿地生态系统的健康分级均为疾病(0.2～0.4)，即生态系统活力较低，外界压力大，开始退化，但洞庭湖区湿地生态健康退化程度不大，退化速度有所减缓。
　　 (3)三峡工程运行后洞庭湖湿地生态系统健康空间差异分析
　　 运用层次分析法和模糊综合评判法，比较三峡工程运行五年后的2008年东洞庭湖区湿地、南洞庭湖区湿地、西洞庭湖区湿地生态健康状况，分析其空间上的差异。结果表明:东洞庭湖区湿地生态系统健康度为0.2515，西洞庭湖区湿地生态健康度为0.2478，南洞庭湖区湿地生态系统健康度为0.2208，东、西、南洞庭湖区湿地生态系统健康都属于第Ⅲ等级(0.2～0.4)，2008年东洞庭湖区湿地生态系统健康状态最好，其次为西洞庭湖区湿地，南洞庭湖区湿地的生态健康状态略微差些。
　　 (4)三峡工程对洞庭湖区湿地景观格局及生态健康的影响
　　 三峡工程对洞庭湖区湿地景观格局的影响因主要表现为水沙、水文、泥沙淤积、湿地演替和土地利用等改变引起湿地景观格局相应的变化。三峡工程运行对洞庭湖区湿地生态系统健康状况的主要影响有:荆江三口断流时间延长，干扰了水生生物的传递环境;湿地生态环境功能脆弱，生物多样性呈减少趋势;丰水期洪涝灾害仍然频发，枯水期旱害连年;洞庭湖区水面缩小，水上航运功能退化。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 研究进展

1．2．1 景观格局研究进展

1．2．2 湿地生态系统健康研究进展

1．2．3 三峡工程对洞庭湖区湿地影响研究进展

1．2．4 研究述评

1．3 研究内容和研究尺度

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究尺度

1．4 技术路线与研究方法

1．4．1 技术路线

1．4．2 研究方法

2 研究区域概况

2．1 地理位置

2．2 地质地貌

2．3 气候水文

2．4 土壤生物

2．5 社会经济

2．6 洞庭湖区湿地景观分类

2．7 洞庭湖区湿地生态保护功能分析

2．7．1 调蓄洪水，改善局地气候

2．7．2 控制污染，净化环境

2．7．3 保护生物多样性

2．7．4 生态休闲功能

2．8 本章小结

3 研究区湿地景观格局变化数据处理及生态健康信息提取

3．1 数据来源

3．1．1 遥感数据

3．1．2 其他数据

3．2 数据处理平台

3．3 遥感图像处理

3．3．1 辐射校正

3．3．2 几何纠正与配准

3．3．3 最佳波段选择

3．3．4 影像镶嵌与掩膜

3．4 解译标志的确定

3．5 湿地生态系统健康评价信息提取

3．5．1 湿地压力指标

3．5．2 湿地状态指标

3．5．3 湿地响应指标

3．6 本章小结

4 三峡工程建设前后洞庭湖区湿地景观格局变化

4．1 数据基础

4．2 湿地景观格局指数选取及计算

4．2．1 景观格局指数选取

4．2．2 景观格局指数计算

4．2．3 景观格局指数变化分析

4．3 湿地景观类型变化分析

4．3．1 各景观类型面积变化

4．3．2 各景观类型面积转移变化

4．4 区域景观格局时空变化特征分析

4．4．1 区域总体景观格局变化分析

4．4．2 各景观类型变化分析

4．5 三峡工程对洞庭湖区湿地景观格局演变影响分析

4．5．1 三峡工程运行对洞庭湖区湿地水沙变化的影响

4．5．2 洞庭湖区湿地水沙整体变化

4．5．3 洞庭湖区湿地气候水文变化

4．5．4 洞庭湖区泥沙淤积变化

4．5．5 洞庭湖区湿地演替变化

4．5．6 洞庭湖区土地利用变化

4．6 本章小结

5 三峡工程运行前后洞庭湖区湿地生态系统健康时空评价

5．1 评价指标的选取及标准化

5．1．1 评价指标的选取

5．1．2 评价指标的标准化

5．2 洞庭湖区湿地生态系统健康标准

5．3 洞庭湖区湿地生态系统健康时间动态变化评价

5．3．1 时间变化评价指标体系的建立

5．3．2 评价指标的获取

5．3．3 各因子权重的确定

5．3．4 评价结果与分析

5．3．5 洞庭湖区湿地生态系统健康时间动态变化综合评价

5．4 洞庭湖区湿地生态健康空间差异评价

5．4．1 评价指标体系的建立与获取

5．4．2 评价指标的度量

5．4．3 评价指标权重

5．4．4 建立隶属函数

5．4．5 湿地生态系统健康空间差异评价

5．4．6 洞庭湖区湿地生态系统健康度

5．4．7 综合评价结果与分析

5．5 三峡工程对洞庭湖区湿地生态系统健康的影响

5．5．1 三峡工程与洞庭湖区湿地生态系统健康的关系

5．5．2 三峡工程运行对洞庭湖区湿地生态系统健康状况的影响

5．6 洞庭湖区湿地生态系统修复建议

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 研究结论

6．1．1 三峡工程运行前后洞庭湖区湿地景观格局变化特征

6．1．2 三峡工程运行前后洞庭湖区湿地生态系统健康时间变化评价

6．1．3 三峡工程运行后洞庭湖湿地生态系统健康空间差异分析

6．1．4 三峡工程对洞庭湖区湿地景观格局及生态健康的影响

6．2 研究创新与存在的不足

6．2．1 研究创新

6．2．2 研究不足

6．3 研究展望

参考文献

致谢

附录

声明