周 然 ，彭士涛 ，覃雪波 ，2，赵玉杰

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津 300456；2.南开大学环境科学与工程学院，天津 300071；3.农业部环境保护科研监测所，天津 300191）

港口建设对滨海湿地景观格局的影响及其生态效应

周 然1，彭士涛1，覃雪波1，2，赵玉杰3

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津 300456；2.南开大学环境科学与工程学院，天津 300071；3.农业部环境保护科研监测所，天津 300191）

对鸭绿江口湿地的土地利用状况进行景观分类，利用TM影像进行人机交互式判读解译，获得了该区域现状和丹东港规划完成后景观解译图，并开展了港口建设对湿地景观格局的影响及其生态效应的评估。结果表明，港口建设后，湿地景观面积几乎没有改变；除了建筑用地斑块数量增加外，其他斑块数量均减少，但变化不明显；湿地景观指数中，香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）增加，优势度指数（D）和蔓延度（CONTAG）下降，平均斑块分维数（MPFD）几乎没有变化；这些变化表明，湿地的景观格局并没有发生明显变化，因而对生物多样性影响不明显。然而景观的生态服务功能结果显示，港口建设对湿地生态系统造成许多不可逆的影响，导致生态服务功能在一定程度上退化。

港口建设；湿地；景观格局；生态效应

Biography：ZHOU Ran（1981-），female，engineer.

景观格局分析是景观生态学研究的基本内容，量化分析景观组分的空间分布特征，是进一步研究景观功能和动态的基础，也是探讨景观格局和生态过程相互关系的基础［1-3］。景观格局决定景观功能，景观功能的改变又体现在景观格局的变化上；特定时期和区域的景观格局既是具体生态过程的产物，也影响未来生态过程的发展变化［4-5］。港口的建设和运营会对滨海湿地产生直接或间接影响。

根据规划，丹东港位于丹东鸭绿江口湿地国家级自然保护区附近，港区规划范围占用丹东鸭绿江口湿地国家级自然保护区部分实验区。该保护区主要保护对象为滨海湿地生态系统和珍稀野生物种。本文从景观格局角度探讨港口建设对湿地的影响及其生态效应，为丹东鸭绿江口湿地国家级自然保护区的资源保护和可持续发展提供科学依据。

1 研究方法

1.1 湿地景观分类

根据鸭绿江口湿地的土地利用状况，将湿地景观分为林地、草地、裸地、水体和建筑用地5个类型，建立湿地景观分类解译标志，对TM影像进行人机交互式判读解译，勾绘出各类湿地的分布斑块，经修改完善，获得该区域现状和丹东港规划完成后的景观解译图。

在本研究中，林地包括疏林地、未成林造林地、已成林的林地、林灌丛和果园，由于该区域农田相对较少，故将农田也划入林地景观；芦苇沼泽地划归为草地景观；河流水域、潮沟、坑塘、浅海水域、水产养殖塘等都归为水体景观。此外，由于保护区中采矿地面积相对较小，为便于研究，将采矿地、滩涂景观等划归到裸地景观中。

1.2 斑块指数

（1）斑块类型的面积（CA）：

式中：aij为某一类型斑块面积。

（2）斑块所占景观面积比例（PLAND）

式中：Pi为第i类斑块的面积占总景观面积的比例；aij为第i类型斑块的面积；A为景观总面积。

（3）斑块数 NP（Number of Patches）

式中：ni表示景观中第i类斑块的总个数。

（4）最大斑块指数LPI（Largest Patch Index）：斑块类型中最大斑块的面积与总景观面积的百分比。

式中：aij为某个斑块面积；A为景观总面积。

（5）平均斑块面积 MPS（Mean Patch Size）

式中：Xij表示第i类斑块的面积。

（6）面积加权平均形状指数LSI（Landscape Shape Index）：是斑块周长与相同面积圆形斑块周长之比。数越接近1，说明该斑块的形状越接近圆形，指数数值越大，说明斑块形状越复杂。

式中：E为景观中所有斑块边界的总长度，m；A为景观总面积，m2。

1.3 景观指数

（1）Shannon多样性指数（SHDI）：反映景观的多少和各景观要素所占比例的变化。

（2）Shannon均匀度指数（SHEI）

式中：m为斑块类型数目；Pi是斑块类型i占景观面积的百分比。

（3）景观优势度指数D（Landscape Dominance Index）：表示景观多样性对最大多样性的偏离程度。

式中：SHDImax是多样性指数的最大值；m是景观中斑块类型的总数；Pk是斑块类型k在景观中出现的概率。

（4）蔓延度指数CONTAG（Contagion index）：景观中不同斑块类型的团聚程度或延伸趋势。

式中：Pi是景观类型i占景观面积的比例；m是景观中斑块类型的数目；gik是斑块类型i与斑块类型k之间所有邻接的格网数目（包括景观i中所有邻接的格网数目）。

（5）平均斑块分维数MPFD（Mean Patch Fractal Dimension）：测定景观和斑块周边形状的复杂程度。

式中：Pij表示斑块 ij的周长，m；aij表示斑块 ij的面积，m2。

1.4 生态效应

本研究用生态系统服务价值（V）来表示港口建设对湿地的生态效应，其公式如下

式中：i为景观类型的数量；Ai为景观类型的面积；Ei为单位面积上的生态系统服务价值。

2 结果

2.1 湿地景观面积变化

港口建设前后鸭绿江口湿地不同景观类型面积见表1。丹东港规划完成后，湿地景观总面积几乎没有变化。然而，由于港口的建设，建筑用地面积由原来的10 445.29 hm2增长到17 915.2 hm2，增幅71.5%；滩涂裸地、水体、草地等自然湿地面积下降，降幅分别为9.18%、7.93%、6.38%；林地的面积变化不大，略微增长（0.47%）。

2.2 湿地斑块变化

建港后，除了裸地斑块数量增加外，其他4种斑块均减少；从最大斑块所占景观面积比例指数（LPI）来看，除了建筑用地斑块数的显著增加外，其他类型的斑块数降低，但变化不明显（表2）；平均斑块面积（MPS）变化与LPI变化相似；所有类型斑块的面积加权平均形状指数（LSI）均降低，其中以建筑用地降幅最大，达到19%（表2）。

2.3 湿地景观变化

建港后，鸭绿江口湿地景观指数中，多样性指数（SHDI）和均匀度指数（SHEI）增加，优势度指数（D）和蔓延度（CONTAG）下降，而平均斑块分维数（MPFD）几乎没有变化（图1）。

2.4 湿地景观服务功能

借鉴谢高地等制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表和Costanza等估算的生态系统服务价值系数［6-7］，将生态系统服务分为9类服务功能，同时将村镇建设用地、养殖区的服务价值视作0，近似的估算林地、草地、滩涂裸地、水体的单位面积生态系统服务价值，结果见表3。

从表3可知，港口规划实施对所有自然景观的生态服务价值会造成一定损失，其中裸地减少最明显，林地最小，表明港口建设导致生态服务功能一定程度上的退化。

表1 港口建设前后鸭绿江口湿地景观面积变化Tab.1 Variation of wetland area before and after port project

表2 建港前后鸭绿江口湿地保护区斑块变化Tab.2 Variation of patch in wetland before and after port project

3 讨论

3.1 港口建设对湿地景观的影响

图1 建港前后鸭绿江口湿地保护区景观格局变化Fig.1 Landscape-level metrics change before and after port project

港口建设是人类对湿地生态系统的强烈干预，可能导致生态系统中物种数量的减少、抗干扰能力下降、动植物物种灭绝等。岛屿生物地理学的理论认为，物种数量与面积大小呈正比［8］，因为分布区域大可以降低种间竞争的强度，增加区域物种出现频率和单种个体数［9］。从表1可见，港口建设前后鸭绿江口湿地景观面积变化不大，因此，其对湿地的物种种类和数量影响较小。但从表1也可以看出，滩涂裸地、水体、草地的自然湿地面积均下降，这些自然湿地都是适宜动植物栖息的理想生境，它们面积的减少，势必降低物种数量。然而湿地面积的改变对物种多样性影响并不明显，这是由于：一是面积减少有限，滩涂裸地、水体、草地等自然湿地面积降幅分别为9.18%、7.93%、6.38%，不足以对物种分布产生强烈影响；二是鸭绿江口湿地以鸟类为主要保护物种，由于鸟类属于大家域物种，较小部分的生境减少并不影响其行为；三是尽管这些被占用的面积在本研究中被划分为自然湿地，实际调查中发现，这些地方多是人为干扰严重的地方，如矿地，分布于此的动植物非常少。

根据景观生态学中斑块的定义，将四周有道路、沟渠、林带、较宽的田坎等廊道或明显边界所包围的地块称作为一个斑块［10］。从表2可见，海洋红港区建成后，鸭绿江口滨海湿地斑块总数由建港前的3 922减少为3 661，其中建筑用地斑块数减少最多，减少了166块，其次为草地、水体和林地。建筑用地斑块减少是因为人类开发建设港口使建筑用地的斑块更完整、联片，导致斑块数大量减少。裸地斑块数有所增加，说明人类干扰加强，同时也表明，湿地生境破碎化加剧。生境破碎化是生物多样性降低的主因，对鸟类、爬行动物与小型哺乳动物的生存造成影响［11-12］。然而，从最大斑块所占景观面积比例指数（LPI）来看，港口建成后的裸地最大斑块占整个景观面积的比例仍最高（34.14%），表明湿地仍保留有大面积连续分布滩涂等裸地斑块。大斑块对所有物种的生存都有利，能满足大多数物种对栖息地的最低面积要求［13］。此外，从面积加权平均形状指数（LSI）来看，港口建成后，裸地（包括滩涂）和水体作为湿地最重要的自然景观，其LSI减少幅度非常低，可以预见，港口建设对湿地的生物多样性影响不明显。因此，从斑块水平上看，港口建成后对湿地的生物多样性影响并不明显。

表3 不同时期生态服务功能价值Tab.3 Ecosystem services of wetland before and after port project 104元/a

景观水平上的格局指数变化趋势表明，港区建成后，鸭绿江口滨海湿地的景观多样性指数（SHDI）和均匀度指数（SHEI）均有一定程度的上升，优势度指数（D）有所下降（图3），说明该地区景观异质性有所提高，景观分布也更为均匀，人类的干扰程度相对较低。蔓延度（CONTAG）是描述景观中不同类型成分聚集程度的指标，取值在0～100。蔓延度高说明景观中的优势斑块类型形成良好的拼接，由大型紧凑斑块组成，反之表明景观破碎化程度高［13］。港口建设前鸭绿江口湿地的蔓延度为62.12，说明该区景观在空间构型上滩涂湿地具有一定的连通性，港口建设后为60.28，表明景观连通性略微降低，对物种的迁移、繁殖和生存产生一定影响，但由于降幅较小，因此影响并不明显，加之港口建设中设计了动物迁移廊道，有效减弱了蔓延度降低对物种的影响。从平均斑块分维数（MPFD）也可以看出，港口建设前后几乎没有发生变化，表明对物种的分布产生影响较小。由此可见，从景观水平看，港口建设对湿地的生物多样性影响也较小。

3.2 港口建设对湿地的生态效应

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它不仅为人类提供食品、医药及其他生产生活原料，还创造与维持地球生态系统，形成了人类生存所必需的环境条件，生态系统服务功能的内涵可以包括有机质的合成与生产、生物多样性的产生与维持、调节气候、营养物质贮存与循环、土壤肥力的更新与维持、环境净化与有害有毒物质的降解、有害生物的控制、减轻自然灾害等许多方面。海洋红港规划的实施将造成滩涂裸地、水体面积的下降，对滩涂裸地、水体生态系统造成一定损失，林地、草地面积也有所下降，其对应的生态服务价值也相应减少（表3）。因此，丹东港港口规划实施的开发给当地带来巨大的社会和经济效益的同时，也导致生态服务功能一定程度的衰退，对湿地生态系统造成了许多不可逆的影响。

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Landscape pattern and ecological effect in project of port

ZHOU Ran1，PENG Shi-tao1，QIN Xue-bo1，2，ZHAO Yu-jie3
（1.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Key Laboratory of Environmental Protection Technology on Water Transport Engineering，Ministry of Transport，Tianjin300456，China；2.College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin300071，China；3.Agro-Environmental Protection Institute，Ministry of Agriculture，Tianjin300191，China）

Based on the land use，the remote sensing image interpretation map of Yalvjiang wetland landscape before and after Dandong port project was obtained by human-machine interactive interpreting with TM image.The landscape pattern and ecological effect in project of Dandong port were evaluated.Results show that after the port project，the area of wetland will be constant，and the patch number of different landscapes will decrease except the constructed lands.Based on the landscape metrics，SHDIandSHEIwill increase，whileDandCONTANGwill decrease，andMPFDwill be constant before and after port project.These results suggest that there are not significant variations on the landscape pattern of wetland by the impact of port project.However，the results of the ecosystem services of wetland will be declined for the impact of the port project.

port construction；wetland；landscape pattern；ecological effect

X 171.4

A

1005-8443（2012）03-0245-06

2011-12-31；

2012-03-05

海洋公益性行业科研重大专项经费项目（200805080）

周然（1981-），女，湖北省荆州市人，工程师，主要从事交通环保研究工作。