王砚深，窦弘毅，赵丽娅

(湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062)

1 引言

湿地生态系统自然资源丰厚，有涵养水源、调蓄防洪、维护生物多样性等多种生态服务功能，对流域生态环境的改善有着重要推动作用。但近年来，随着我国城镇化建设力度不断加大，高强度的人类活动干扰了当地的湿地生态系统现状，使得湿地功能丧失、面积锐减[1]，其中以长江中下游流域形势最为严峻。作为我国最大的人工和自然复合的湿地生态系统(占到全国湿地总面积的20%)，近10年其流域湿地面积不断减少，其中具有标志意义的洞庭湖面积下降了63.4 km2，同时生态功能强大的灌丛、沼泽面积也分别减少了0.38 km2、186.49 km2[2]。人工湖库坑塘代替自然湿地的现象较为突出，“占优补劣”问题较为严重[3]。

国内外学者围绕着人类活动对湿地生态系统的干扰影响展开了一系列研究。余姝辰等[4]对洞庭湖区通江湖泊进行了研究，揭示了长期人类活动下湖区的时空演变特征；罗建波等[5]对不同类型的湖泊型保护区进行了富营养状况评价，为保护区管理提供了决策支持；赵军凯等[6]探讨了人类活动对于鄱阳湖水位变化的影响，为湖泊生态治理提供了参考。上述对于湿地生态系统的研究多集中在通江湖泊湿地景观格局演变、湿地自然保护区的分布与保护空缺等方面，对于人类活动影响及预测其变化趋势的研究较少。虽然贾艳艳等[7,8]已对1995～2015 年的流域人类活动和湿地景观格局时空演变进行了综合性研究，但其研究的时效性滞后。因此，对长江流域湿地现状、变化趋势及其对人类活动强度响应进行了综合分析，旨在为湿地保护提供参考。

基于2000～2020 年土地利用数据，以长江中下游流域湿地为研究对象，利用ArcGIS、Fragstats等软件对近20 年人类活动强度的变化以及湿地景观格局的变化进行分析，在此基础上，提出长江中下游流域湿地生态保护、功能恢复和人类活动调控的相应建议和对策。

2 研究区概况

长江中下游通常指湖北宜昌以东的长江流域，西起巫山东麓，东到黄海、东海滨，北接桐柏山、大别山南麓及黄淮平原，南至江南丘陵及钱塘江、杭州湾以北沿江平原(105°30′～122°30′E，23°45′～34°15′N)，涉及湖南、湖北、江苏、上海等在内的多个省市，流域总面积近78 万 km2。

长江中下游流域是长江流域人类活动最为频繁的区域[9]，流域内拥有全国近1/3 的人口数量，人口密度较大，两大城市群(长江三角洲城市群和长江中游城市群)皆位于此。同时，作为长江经济带高速发展的重要组成部分，长江中下游流域与我国其它地区沟通互融，担负着经济发展和生态环境保护的双重责任。

流域内自然资源优势显著，河网密集，湿地资源丰富。据统计，流域内湿地面积达5.8 万 km2，占长江中下游流域面积的7.4%，占全国湿地总面积的15%。研究区有中国五大淡水湖中的4 个，有国际重要湿地10 处、国家级湿地自然保护区20 处、国家级水利风景区163 处、国家级湿地公园209 处等[10]。

3 研究方法与数据来源

3.1 数据来源

基础研究数据为江苏、浙江、上海、安徽、江西、湖南、湖北、河南和陕西等省(市)的2000、2005、2010、2015 及2020 年的土地利用数据(空间分辨率为1 km)，参考中国九大流域片，以长江流域为边界对9 省土地利用数据进行掩膜提取，得到2000～2020 年(以5 年为期)的长江中下游流域的土地利用数据。以上数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/)。

3.2 人类活动强度综合分析

人类活动强度(HAILS，human activity intensity of land surface)是用以评估区域人类活动对生态环境干扰程度的重要指标[11]。在分析中，将2000～2020 年所有土地利用类型按照其对应的建设用地当量折算系数(CI，conversion index of construction land equivalent)换算成建设用地当量面积，用以表征该区域的建设用地当量(CLE，construction land equivalent)，进一步进行换算得到人类活动强度指数用以反映人类活动强度的变化程度。

人类活动强度指数计算公式及建设当量面积计算公式如下：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，CIi为第i种土地利用类型的建设用地当量折算系数，SLi为第i种土地利用/覆被类型的面积，S为不同土地利用类型的面积总和，n为土地利用类型的总数目。确定不同土地利用类型的建设用地当量折算系数表如表1。

表1 不同土地利用类型的建设用地当量折算系数(CI)

3.3 湿地景观指数计算

参考李秀珍等[12]对景观格局指标的相关研究，在类型水平指标上选取斑块面积(CA)、斑块密度(PD)、斑块数目(NP)、斑块所占景观面积比例(PLAND)、最大斑块占总面积比例(LPI)、散布与并列指数(IJI)、凝聚度指数(COHESION)，使用Fragstats 4.2进行分析[13]。其中，PD、IJI和COHESION能够反映流域内的湿地景观破碎化程度，PD与IJI越大(COHESION越小)，湿地景观破碎化程度越大；LPI用以表征流域内最大湿地斑块面积的变化。具体计算公式参考邬建国等[14]学者的研究成果。

4 结果与分析

4.1 2000～2020 年流域湿地面积变化

从表2看出，湿地总面积在2000～2005 年增长较快，而在2010～2015 年略有减少，其中2020 年湿地总面积约为40502 km2，较2000年增长近1660 km2。根据不同的湿地景观类型来看，在人类活动干扰下，作为生态环境质量较高、服务功能较强的自然型湿地，湖泊与沼泽地的面积在近20 年来不断下降，降幅分别为9.06%、9.03%，且近5 年湖泊面积明显萎缩；滩涂和滩地的面积虽然有所波动，但整体上仍较稳定；人类生态活动进一步推动了人工湿地的建设，河渠、水库坑塘等人工型湿地的面积在不断增长，与2000 年相比，增幅分别为13.26%、11.45%。在高强度的人类活动下，虽然流域2000～2020 年湿地景观总面积整体上呈现不断增长的趋势，但其生态环境质量和功能却因自然湿地的萎缩而略有下降，人工湖库坑塘代替自然湿地的现象不断突出，“占优补劣”问题日益严重。

表2 2000～2020 年湿地景观类型面积变化 km2

4.2 2000～2020 年流域湿地景观指数变化

近20 年来，CA与PLAND的变化与湿地景观总面积的变化相统一，呈现不断增大的趋势(表3)。但随着人类活动强度等级的增加，流域土地覆被类型在空间上发生改变，进而驱动湿地景观格局发生演变。NP、PD、IJI均不同程度地增大，尤其在2015～2020 年IJI的增幅达到了2.56%；COHENSION不断下降，在2015～2020 年间降幅较为明显。流域湿地景观的凝聚度总体上不断减小，散布程度不断增大，出现了斑块破碎程度加剧的问题，即人类活动干扰使得流域内湿地景观破碎化程度加剧。在2010～2020年，LPI降幅约25.35%，表明流域内最大斑块、长江及洞庭湖、鄱阳湖等通江湖泊在部分区域破碎程度加深且面积不断萎缩。

表3 2000～2020 年湿地景观指数变化

4.3 人类活动强度与建设用地当量变化特征

由图1可知，流域人类活动强度与建设用地当量呈不断增长的趋势且增长速率逐渐升高。根据长江中下游流域2000～2020 年人类活动强度变化大致可以分为两个阶段。城市化进程期(2000～2010年)： 2000～2006 年是中国城市化进程的第四个阶段，城市化进程进一步加快，在这一时期城市化进程明显加速、城市化增长率显著后趋于平缓，10 年间建设用地当量面积增加约4742.72 km2。在此阶段，虽然部分湿地景观指数受城市化建设影响有所波动，但长江及其通江湖泊的面积占比稳定上升，湿地整体的景观破碎化程度尚未加深。现代化进程期(2011～2020年)：在加速城镇化、推进现代化的背景下，长江产业带开发区处于超常规发展期，以工业开发为主导，10 年间建设用地当量面积增加约19716.46 km2。人类活动强度与建设用地当量面积的增长相统一，每5 年均增长约0.8%，2020 年较2000 年增长约3.17%，且在近10 年来进入了快速增长期，流域的人类活动更加频繁，进而使得长江及其通江湖泊面积锐减，高强度的人类活动导致湿地景观破碎化程度不断加深。

图1 2000～2020年人类活动强度与建设用地当量变化

2000～2020年间各类建设用地面积对人类活动强度及建设用地当量增长的贡献排序为：城镇用地>其它建设用地>农村居民点(表4)。2020 年城镇用地面积较2000 年增长约7949 km2，其它建设用地面积增长约7003 km2，农村居民点的面积变化较为稳定，呈缓慢增长趋势。尤其在近10 年，流域内城镇用地的扩张及工业、交通用地的建设使得人类活动强度快速增长，进而导致自然湿地萎缩、人工湿地增长。其它建设用地面积增加5596 km2，城镇用地面积增长5301 km2，长江流域经济的蓬勃发展、交通运输综合体系的建设完善及城市化进程的加速建设使得中下游流域人类活动强度不断增加，是导致“占优补劣”问题日益严重的主要原因。

表4 2000～2020年不同类型建设用地面积统计 km2

4.4 人类活动强度空间分布变化特征

对2000～2020年长江中下游流域土地利用类型进行重分类如图2所示，在该图中以建设用地表征人类活动强度区域的空间分布变化。总体上，近20 年流域人类活动强度变化主要集中于长江三角洲核心区域，同时在长株潭城市圈、武汉城市圈、合肥、南昌等区域有显著变化；在河南南阳、江西宜春、湖南益阳及湖南常德等非省会城市强度亦有所增长，人类活动所带来的城市聚拢效应不断增强。与湿地景观指数的分析结果相同，流域内人类活动强度密集区域基本围绕长江及其支流、大中小型湖泊而变化，使得湿地最大斑块受人类活动干扰增强；城镇用地、工业用地、交通用地等建设用地肆意扩张、不断侵占生态用地，进而导致湿地景观格局发生演变。同时，长江中下游流域的西、西北、南和东南边缘起伏较大的秦岭、巫山、武夷山脉等山地区域始终保持较低的人类活动强度，人类活动强度基本未发生变化。与人类活动强度计算结果相同，2015～2020年流域人类活动强度区域扩散加速，在长三角核心区和长株潭城市圈较为明显，这也与其区域的现代化高速发展密不可分。

图2 2000～2020长江中下游流域人类活动强度分布变化

5 讨论

人类活动是一个较为广泛的概念，很难对其变化特征直接进行描述，因此参考徐勇等[15]对陆地表层人类活动强度的计算方法及应用，引入人类活动强度及建设用地当量两个具体指标对人类活动进行定量分析。同时，对土地利用数据进行重分类并制图，分析其空间分布变化，有助于系统地描述流域的人类活动变化特征。景观指数(Landscape Index)是一种最大程度浓缩景观格局信息的简单指标, 能够很好地反映其自身的结构组成及空间格局的演变特征[16-18]。引入景观指数进行分析能够更好地反映在人类活动干扰下流域湿地生态系统的时空演变特征，从而为未来湿地的生态保护提供理论支撑。研究表明：近20 年流域内湿地的景观破碎程度不断加剧，在近5 年尤为严重。在人类活动的干扰下，由于人类活动强度较密集区域基本围绕长江及其支流、大中小型湖泊而变化，这样进一步导致人类活动对湿地的干扰增强，从而使得自然湿地面积萎缩，人工湖库坑塘代替自然湿地的现象较为突出，总体的生态价值有一定的降低。

1996年傅伯杰等[19]提出人类活动在一定程度上会改变区域土地利用现状及景观格局，使得自然景观转变为存在人类活动的建设用地或耕地类型等。针对不同类型流域的研究中，发现不管是湿润区[20]还是干旱区[21]的流域自然景观格局都会受到人类活动的干扰进而发生改变，二者存在一定的耦合关系。随着国家对生态环境保护的日益重视，虽然高强度的人类活动在一定程度上产生了积极的作用：流域内自然湿地总量明显恢复、人工湿地面积不断增长，但同样导致自然湿地面积萎缩、景观破碎化程度加深等问题的产生，不利于长江中下游流域人与自然和谐、兼容的可持续发展。因此，在未来流域发展的同时，应尽可能阻碍建设用地对生态用地的侵占，将自然湿地的生态恢复工作放在首位，解决“占优补劣”的相关问题。同时，以长江经济带发展、生态文明及国家公园建设为契机，逐步加强长江及其通江湖泊的水域岸线管理，积极修复滩地湿地资源，保护天然沼泽的原真性、完整性[22～24]，从而有效缓解人类活动对流域湿地生态系统的干扰。

6 结论

(1)湿地景观面积增加约1660 km2，河渠、人工水库坑塘面积增幅11%以上，湖泊、沼泽地面积降幅9%左右，滩涂、滩地面积较为稳定。

(2)人类活动强度增长近3.17%，建设用地当量增幅27.72%。长江及其支流、通江湖泊的人类干扰活动不断增强，这也是洞庭湖等大型湖泊面积减少的主要原因。

(3)受人类活动的影响，湿地破碎化较为严重。如何正确处理人与湿地之间的关系，是修复长江及通江湖泊湿地的关键所在。