（人文地理学专业论文）三峡库区重庆开县消落带生态系统健康评价研究.pdf

西南大学硕士学位论文 三峡库区( 重庆开县) 消落带生态系统健康评价研究 国家自然科学基金( 青年基金) 项目 “三峡库区消落带生态系统健康评价研究”( n o ：4 0 7 0 1 1 7 9 ) 资助 论文作者：王小飞 指导教师：涂建军副教授 学科专业：人文地理学 目录 摘要。i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 选题背景1 1 2 选题意义2 1 3 研究内容2 1 4 研究方法与技术路线2 第2 章研究综述5 2 1 生态系统健康研究5 2 2 消落带生态系统健康研究现状7 第3 章景观尺度生态系统健康评价理论基础1 1 3 1 景观空间格局分析1 1 3 2 景观格局指数的选取1 1 3 3 景观尺度的生态系统健康衡量1 2 第4 章三峡库区( 开县) 消落带生态系统本底特征1 3 4 1 三峡库区消落带生态系统的结构1 3 4 2 三峡库区消落带生态系统的功能1 4 4 3 三峡库区消落带面临的景观生态问题1 6 第5 章基于景观格局的开县消落带生态系统健康评价1 9 5 1 消落带景观信息提取1 9 5 2 消落带景观类型划分1 9 5 3 评价单元的选取2 0 5 4 评价指标体系2 3 5 5 评价等级划分2 7 5 6 评价结果与分析2 9 第6 章开县消落带生态系统健康预警3 5 6 1 消落带生态环境预测3 5 6 2 消落带生态系统健康预警3 8 6 3 消落带生态系统健康调控与管理4 0 第7 章结论与讨论4 3 7 1 结论4 3 7 2 讨论4 3 参考文献4 5 致谢4 9 摘要 三峡库区( 重庆开县) 消落带生态系统健康 评价研究 人文地理学专业硕士研究生王小飞 指导老师涂建军副教授 摘要 2 0 0 9 年三峡水库1 7 5 m 蓄水运行后，在正常蓄水位1 7 5 m 与防洪控制水位1 4 5 m 之间形成 落差达3 0 m 的消落带。由于库区消落带受水生生态系统和陆生生态系统的交替控制，物质、 能量交换频繁而强烈，具有特殊而不稳定的生态环境条件，对外界变化反应敏感，是生态环 境脆弱带。加强消落带的生态保护、维护消落带生态健康是三峡工程正常发挥其效益的前提 和基础，也是库区可持续发展的必要条件。 本文依据p s r 概念模型，建立了景观尺度的消落带生态系统健康评价指标体系，利用2 0 0 4 年，2 0 0 9 年土地利用数据，在遥感和g i s 技术支持下获取了生态健康评价的各项指标信息。 对开县消落带生态系统和不同高程的生态子系统进行了生态系统健康评价，并对开县调节坝 建成运行后的消落带景观格局进行模拟，对消落带的生态系统健康做出预警。 通过分析，本文得出以下主要结论： ( 1 ) 从空间变化来看：低海拔区域的健康状况比高海拔区域相对要好，越往高海拔区域， 健康状况越差。 ( 2 ) 从时间变化来看：2 0 0 9 年消落带生态系统的健康状况比2 0 0 4 年有所改善。这不仅 表现在各个高程区位上，而且也表现在整个消落带生态系统上。 ( 3 ) 对开县调节坝建成后消落带生态系统景观格局进行模拟，测算出2 0 1 0 年后开县消 落带生态系统仍将处于亚健康状态。 ( 4 ) 通过对消落带生态系统进行健康预警分析，得出消落带生态系统健康不存在恶化速 度预警和负向演化趋势预警，说明在调节坝投入使用后，“库中库”模式将有利于消落带生态 系统向健康的方向发展。 关键字：三峡库区消落带生态系统健康生态预警开县 a b s t r a c t r e s e a r c ho ne c o s y s t e mh e a l t he v a l u a t i o no f t h ew a t e r - l e v e l f l u c t u a t i n gz o n ei nt h et h r e e 1 1 o o r k e sk e s e r v 0 1 r 。kc a s es t u d yo f k a i x i a n ，c h o n g qi n g 一 m a j o r ：h u m a ng e o g r a p h ym a s t e r ：w a n gx i a o f e i t u t o r ：a s s o c i a t ep r o f t uj i a n j u n a bs t r a c t t h et h r e eg o r g e sp r o j e c ti st h el a r g e s tw a t e rc o n t r o lp r o j e c ta l la r o u n dt h ew o r l df o rt h et i m e b e i n g a f t e rt h ei m p o u n d m e n to f t h er e s e r v o i r1 7 5 m i nn o r m a lo p e r a t i o i l t h e r ew i l lb e3 0 一m e t e rf a l l d o w nb e l tb e t w e e n1 7 5 - m e t e rn o r m a li m p o u n d m e n ta n d1 4 5 - m e t e rf l o o dc o n t r o lw a t e rl e v e l a l t e r n a t i n gc o n t r o l l e db ya q u a t i ca n dt e r r e s t r i a le c o s y s t e m s ，a n dt h er e s e r v o i rd i s t i n c t i o nb e l t s t r e n g t h e n i n gt h ee c o l o g i c a l p r o t e c t i o nw i t he x t i n c t i o nf a l l sa w a ya n df r e q u e n ta n di n t e n s e m a t e r i a l - e n e r g ye x c h a n g e ，t h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rc o n t a i n ss p e c i a la n du n s t a b l ee c o s y s t e m ，w h i c h i sa l s ov e r ys e n s i t i v et oe x t e r n a lc h a n g e sa n de c o l o g i c a lf r a g i l e s t r e n g t h e nt h ep r o t e c t i o no f e c o s y s t e ma n dm a i n t a i nt h eh e a l t ho f e c o s y s t e mo f d i s t i n c t i o nb e l tw e r et h ef o u n d a t i o no f p l a y i n gi t s e f f e c t i v e n e s so ft h et h r e eg o r g e s p r o j e c t a n da l s o t h en e c e s s a r yc o n d i t i o no fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t b a s e do nt h ep s rc o n c e p t u a lm o d e l ，t h ep a p e re s t a b l i s h e st h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo f e c o s y s t e mh e a l t ho ft h ee x t i n c t i o nl a n d s c a p es c a l e w 油t h el a n du s ed a t ao f2 0 0 4a n d2 0 0 9 ，t h e p a p e ro b t a i n se a c hi n d e xi n f o r m a t i o nd a t ao fe c o l o g i c a lh e a l t he v a l u a t i o nb ym e a n so fr e m o t e s e n s i n ga n dg i st e c h n o l o g y i tc a r r i e so u te c o l o g i c a lh e a l t he v a l u a t i o no fe c o s y s t e m sw i t hd i f f e r e n t e l e v a t i o n sa n de c o s y s t e mo fd i s t i n c t i o nb e l ti nk a i x i a nc o u n t y , a n ds i m u l a t i o no fd i s t i n c t i o n l a n d s c a p ea f t e rt h ec o m p l e t i o no ft h ep r o j e c ta sw e l la sw a r n i n go fe c o s y s t e mh e a r ho fd i s t i n c t i o n b e l t c o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h et e r m so fs p a t i a lc h a n g e s ：t h eh e a l t ho fl o w - e l e v a t i o na r e a si sr e l a t i v e l yb e t t e rt h a nt h e h i g ha l t i t u d e ；t h em o r et ot h eh i g ha l t i t u d ea r e a s ，t h ep o o r e rh e a l t hs t a t u s ( 2 ) t h et e r m so ft h et i m ec h a n g e s ：t h ee c o s y s t e mh e a l t ho f2 0 0 9h a si m p r o v e do v e rt h a to f 西南大学硕士学位论文 2 0 0 4 ，n o to n l yi ne a c hl o c a t i o no nt h ee l e v a t i o n ，b u ta l s oi nt h ef l u c t u a t i n gz o n ee c o s y s t e m s ( 3 ) i ts i m u l a t e st h ee c o s y s t e ml a n d s c a p ep a r e ma f t e rt h ec o m p l e t i o no ft h ep r o j e c t , a n d c a l c u l a t e st h a tt h er e s e r v o i re c o s y s t e mo fk a i x i a ni si ns u b - h e a l t hs t a t e ( 4 ) t h r o u g ht h eh e a l t hw a r n i n ga n a l y s e so fd i s t i n c t i o nb e l te c o s y s t e m ，t h ep a p e r a r r i v e sa tt h e c o n c l u s i o nt h a tt h e r ea r e n tw o r s e n i n gs p e e dw a r n i n ga n dn e g a t i v ee v o l u t i o nt r e n dw a r n i n g , i n d i c a t i n gt h a tt h er e p o s i t o r yl i b r a r yw i l lb eb e n e f i c i a lf o rh e a l t h yd e v e l o p m e n to f d i s t i n c t i o nb e l t e c o s y s t e m k e yw o r d s ：t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a ；w a t e r - l e v e l - f l u c t u a t i n gz o n e ； e c o s y s t e mh e a l t h ：k a i - x i a nc o u n t y i v 第1 章绪论 1 1 选题背景 第l 章绪论 生态环境是人类生存的基本条件和经济社会发展的基础。维护与保持生态系统健康，促 进生态系统的良性循环，是关系到人类健康生存的重大课题。健康的生态系统维持着大气圈 平衡、调节气候，以及为了维持有效的生态系统功能而使营养物质和其它必需元素有效地再 循环。一般来讲，健康的生态系统能维持高质量的生话，使来自于环境退化对人类健康的威 胁达到最小。近年来，人类正以前所未有的速度和规模影响环境，改变和破坏自然生态系统， 使得生态系统的健康受到很大程度的损害。生态系统健康研究就是在全球经济高速发展和人 口快速增长造成许多自然生态系统( 如海洋、湖泊、森林等) 的健康状况日益恶化的严峻形 势下，于2 0 世纪8 0 年代中期在北美兴起的。由于人类活动对生态系统的损害，不仅危及到 生态系统的健康，还由此危及到人类自身的生存，因而，在可持续发展思想的推动下，生态 系统健康的研究正在成为环保领域的一个热点问题【l 】。生态系统健康学也逐渐发展成为联系地 球科学、环境科学、生态学、经济学及社会科学等学科的桥梁1 2 】。随着人类活动、生态环境变 化及人类生存与发展之间的联系日益密切，对生态环境的评价已经从依赖物理化学指标以及 对生物个体与种群的跟踪监测的环境评价扩展为对整个生态系统“健康”状态的生态评估。 作为一个新兴的领域，它包含了对复杂生态系统功能状态与维持能力以及被人类活动损害的 程度进行的评价，建立兼顾社会经济价值和生态保护的双赢策略，来管理和开发生命支持系 统，既保持生态系统健康又使其免于遭受更严重的损伤【3 】。 三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽工程。水库1 7 5 m 蓄水运行后，原三峡库区海拔 2 0 0 m 以下生态环境质量最好的主要区域变成为消落带，范围涉及湖北省秭归、兴山、巴东和 重庆市巫山、巫溪、奉节、云阳、开县、万州、忠县、丰都、石柱、涪陵、武隆、长寿、渝 北、巴南、江北、南岸、渝中、沙坪坝、北碚、九龙坡、大渡口和江津等2 5 个区县，总面积 达3 4 8 9 3 k m 2 、1 7 5 m 岸线长5 5 7 8 2 1 k m ，三峡库区大部分人口、百余万移民和主要产业均集中 分布于库岸地带。 由于库区消落带受水生生态系统和陆生生态系统的交替控制，物质、能量交换频繁而强 烈，具有特殊而不稳定的生态环境条件，对外界变化反应敏感，是生态环境脆弱带、敏感带 和易污染易破坏带1 4 1 。作为水库的一部分，消落带存在大量水生植物，对抑制洪水，防止暴雨 及水流冲刷库岸造成水土流失有很大的保护作用；而在退水后，它有具有开发利用价值。同 时，由于陆生生态环境发生根本性变化，必将产生一系列重大的生态环境问题，直接影响和 危害三峡库区及长江三峡国际黄金旅游带的生态景观、三峡水库水质、水库泥沙淤积与库岸 稳定、库岸带城乡居民和移民生产生活环境及人群健康、陆生与水生生物栖息繁殖生境和生 物多样性保护、消落带水土生物和景观资源的利用等【5 】。因此，消落带既具有多功能的资源特 l 西南大学硕：仁学位论文 性，又是一个生态脆弱带，加强消落带的生态保护、维护消落带生态健康是三峡工程正常发 挥其效益的前提和基础，也是库区可持续发展的必要条件。 因此，本文在导师涂建军副教授的国家自然科学基金( 青年基金) 项目“三峡库区消落 带生态系统健康评价研究”( n o ：4 0 7 0 11 7 9 ) 的支撑和资助下，结合课题已有的成果，开展对 重庆开县典型消落带的生态系统健康的评价研究。 1 2 选题意义 目前，关于生态系统健康的研究大部分是基于生态学理论，从微观角度出发探讨生态系 统健康与否，而从景观尺度出发评价生态系统健康的研究较少。同时，三峡水库消落带面积 巨大，有着特殊的生态环境，具有特殊的结构、功能和景观特点，但国内外关于水库消落带 的研究很少，尤其是从定性和定量方面，并不是很系统、深入，使得消落带在生态系统建设、 保护和管理上存在一定的困难。 本文选择开县消落带这一典型区域作为研究区，从景观水平研究三峡库区消落带生态系 统健康，通过消落带这一典型的脆弱生态系统健康评价研究，希望能设计出比较合理的健康 评价指标体系和方法，为今后开展脆弱生态系统健康研究提供可供参考的框架。 1 3 研究内容 ( 1 ) 以开县为例，对三峡库区消落带景观进行分类，划分出不同的景观类型，提取出不 同时期的景观分布格局。 ( 2 ) 从景观尺度建立消落带生态系统健康的评价指标体系和评价方法体系。 ( 3 ) 对三峡库区消落带生态系统健康进行评价和预警，提出消落带生态系统健康管理的 方法和对策，为三峡库区的管理提供科学依据，确保库区生态安全。 1 4 研究方法与技术路线 1 4 1 研究方法 ( 1 ) 文献资料法，收集现有的关于生态系统健康评价和消落带研究的文献资料。 ( 2 ) 运用e r d a s 软件处理t m 影像图，运用a r c g i s 软件进行空间数据的叠加和分类。 ( 3 ) 基于景观生态学理论，依据p s r ( 压力状态响应) 概念模型，建立消落带生态健 康评价指标体系，运用景观格局指数等对消落带生态系统健康进行定量分析。 ( 4 ) 应用生态预警技术，针对消落带生态健康做出预警。 1 4 2 技术路线 第一步，资料收集，主要收集和整理三峡库区的自然、人口、社会经济、土地利用等统 2 第l 章绪论 计资料，以及库区地形图和不同时期遥感解译图像；第二步，消落带景观格局分析：运用 e r d a s 、g i s 等技术手段，开展消落带景观格局基本特征分析，按景观特征，并结合当地实 际，对消落带景观进行分类，提取出不同时期的消落带景观格局；第三步，基于景观生态学 理论，依据压力状态一响应模型( p - s r 模型) ，建立消落带景观生态健康的评价指标体系， 提取生态系统健康评价指标信息；第四步，对成库前后不同时期消落带生态系统的健康状况 进行评价；第五步，消落带生态系统健康预警：利用健康评价结果，对恶化或可能造成危害 的生态环境的变化趋势及时作出预警，以便采取相应的对错和措施。研究思路和技术路线详 见下图： 资料收集 运用e r d a s 、a r c g i s 手段提取消落带景观信息 消落带景观类型划分不同时期消落带景观格局 构建消落带生态系统健康评价指标体系 提取生态系统健康评价指标信息 消落带生态系统健康评价结果与分析 消落带生态系统健康预警 消落带生态系统健康调控与管理措施 图1 1 研究技术路线示意图 f i g 1 1 f l o wc h 舭o ft e c h n i q u e 3 第2 章研究综述 2 1 生态系统健康研究 第2 章研究综述 关于生态系统健康的研究大部分集中于：生态系统健康的概念及内涵、生态系统健康评 价的方法与指标体系、对各类型生态系统健康进行评价与实践研究等领域，如海洋生态系统、 森林生态系统、水生生态系统，湿地生态系统、城市生态系统等。 2 1 1 生态系统健康的概念 “生态系统健康”这一概念产生于2 0 世纪7 0 年代末，全球生态系统普遍出现退化的背 景下【酗。但从生态学角度对生态系统健康的研究，却可以追溯到2 0 世纪4 0 年代【_ 7 1 。 1 9 4 1 年，美国著名生态学家a l d ol e o p o l d 首先定义了土地健康1 3 j ( l a n dh e a l t h ) ，认为健 康的土地是指被人类占领而没有使其功能受到破坏的状况。1 9 8 9 年，r a p p o r t 首次论述了生态 系统健康的内涵【9 1 0 1 ，认为生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性，即在 时间上具有维持其组织结构、自我调节和对胁迫的恢复能力。他把生态系统健康的概念进一 步总结为：生态系统健康包含两方面的内涵，即满足人类社会合理要求的能力和生态系统本 身自我维持与更新的能力。h a s k e l l 和c o s t a n z a 都是从生态系统自身出发定义生态系统健康的 代表，强调生态系统自身的组织性、稳定性和恢复力。h a s k e l l 等认为，生态系统健康和生态 系统不受疾病困扰的条件是，生态系统是稳定的和可持续的，或者说生态系统是活跃的，能 保持自身组织和自主性，对压力具有恢复力f 1 1 j 。c o s t a n z a 认为一个健康的生态系统应该有“活 力( v i g o r ) ”、“组织( o r g a n i z a t i o n ) 和“恢复力( r e s i l i e n c e ) ”3 方面构成【1 2 1 ，随后他对生 态系统健康作了进一步归纳：( 1 ) 健康的生态内稳定现象：( 2 ) 健康是没有疾病的；( 3 ) 健 康是多样性或复杂性；( 4 ) 健康是稳定性或可恢复性：( 5 ) 健康是有活力或增长的空间；( 6 ) 健康是系统要素问的平衡。从这个概念看出，一个健康的生态系统必须保持新陈代谢活动能 力，保持内部结构和组织稳定，并对外界的压力有恢复力。b u r g e r 认为，从生态系统的角度 看，生态系统健康是指生态系统是靠什么结构和功能特征来维持的。广义的生态系统健康可 扩展为包括人的健康和福利等在内的许多方面。但最终目的都一样，即为了给人类提供商品 和服务，必须维护健康的生态系统【l 引。 国际生态系统健康学会将生态系统健康定义为：研究生态系统管理的预防性的、诊断性 的和预兆性的特性，以及生态系统健康与人类健康之间关系的一门系统的科掣1 4 j 。 生态系统健康到目前为止还没有一个确切的较完善的概念，但是从以上专家学者的定义 中可以看出，探讨一个生态系统健康与否，主要是从生态系统自身的组织、结构和功能出发， 看其是否具有维持内部结构和组织稳定的能力，以及是否具备外界干扰的恢复力，从而进一 步判断其稳定性和可持续性。生态系统健康的研究内容依赖于研究尺度的分异【l 习，景观尺度 5 西南大学硕士学位论文 一直被认为是进行区域生态规划和管理的最佳尺度【阍。从景观尺度上看，生态系统健康则主 要表现在景观多样性丰富、景观类型分布均匀，生态系统具有较高的活力和恢复力，景观连 续性较好，破碎化程度低等方面。 2 1 2 生态系统健康评价方法 要使生态系统健康的概念具有现实意义，唯有通过对生态环境进行有效可靠的、可操作 的、可广泛推广的，并能为决策者提供指导信息的健康评价来得以实现。生态系统健康评价 是生态系统状况预测或预警的研究基础，是对生态系统进行管理的有效工具和手段，能为生 态系统管理提供足够的信息，其目的是评估和预测生态系统发展中可能存在的潜在问题，为 寻求合适的生态系统管理途径和措施提供可靠的依据。 吴刚等认为对生态系统健康的综合评价研究应同时包括四个方面，生物学范畴、社会经 济范畴、人类健康范畴、社会公共政策范畴。对一个复杂的生态系统进行健康评价，既要对 各个范畴进行独立分析，又要对整体进行综合分析17 1 。袁兴中【1 8 - 1 9 撰文重点讨论了评价生态 系统健康的群落学指标，对群落物种多样性一丰度的对数正态分布作为度量生态系统健康的 指标作了介绍。马克明【2 0 1 等认为生态系统健康评价方法主要有指示物种和指标体系两种方法， 其中指标体系的选择可从生态系统内部指标( 包括生态毒理学、流行病学、生态系统医学等 方面的不同尺度指标的综合) 和生态系统外部指标( 如社会经济指标等) 两方面选择指标。 欧阳毅等就如何诊断生态系统健康提出了一些指标，并引入工程模糊集理论建立生态系统健 康评价的数学模型【2 1 1 。肖风劲等就生态系统健康的动态性、层次性、创造性、相关性和脆弱 积累性等5 个基本原理，提出了包括活力、组织和恢复力在内的8 个健康评价指标及相应的 测量方法，如活力指标通过测量得到，组织指标通过网络模型得到，恢复力指标则通过模拟 模型的方法得到口2 1 。 2 1 3 各类型生态系统健康评价研究 对生态系统健康进行实践方面研究的对象主要集中在森林生态系统、湿地生态系统、湖 泊河流及流域生态系统、区域生态系统、农业生态系统、城市生态系统，其中以森林、湿地 和城市生态系统为对象的研究最多。 森林生态系统健康评价的研究集中在生态系统水平和群落水平两个方面。生态系统水平 的森林生态系统健康评价的尺度大，指标的选取分为生态指标和综合指标两类，生态指标主 要以森林生态为核心进行选择，综合指标则包括森林生态、社会、经济等方面的指标1 8 2 3 】；群 落水平的森林生态系统健康评价尺度较小，操作性强，评价指标主要选取物种物多样性、生 物量、群落层次结构、林分郁闭度、灌木层盖度等【肄2 5 j 。 湿地生态系统健康的评价指标主要集中在化学、生物、物理指标和社会经济指标等方面， 但大多数指标侧重于系统内指标，定性描述较多，定量较少。从研究尺度来看，分为时间尺 度和空间尺度两方面，时间尺度主要讨论短时间尺度内湿地生态系统的健康，一种是时间“点” 6 第2 覃研究综述 的湿地健康，一种是时间“段”的湿地健康；就空间尺度而言，由于着眼点不同，生态系统、 景观到流域湿地的衡量指标和研究形式也就有差异【1 5 1 ，由于生态系统在小尺度上常表现出非 平衡特征，特别是湿地生态系统所具有的脆弱性以及非线性动态过程，对湿地生态系统健康 的研究多倾向于景观或流域水平，因为大中尺度的自然调节过程可以提供更大的稳定性，更 能表征湿地的发生、发展规律，体现自然与社会的相互作用和联系【2 6 】。 城市生态系统健康的评价大都从活力、组织结构、恢复力、生态系统功能以及人群健康 状况等方面来选取评价指标，评价方法主要有加权求和法【2 7 1 、建立模糊评价模型【2 8 】、基于熵 权的模糊数学评价方法【2 9 】、基于熵权的系统健康评价模糊物元模型3 0 1 等。城市生态系统健康 评价能够在一定程度上明确城市的生态系统健康状况及其健康制约因子，为城市生态系统健 康发展和城市的生态规划提供可供参考的依据。 2 2 消落带生态系统健康研究现状 2 0 0 9 年三峡水库建成后，按照水库“蓄清排浑”的调蓄方案，即在保证发电、航运的条 件下，在长江高输沙量的汛期开闸放水、拉沙，形成水库的低水位时期；在输沙量和径流量 小的枯水期蓄水，以尽量减少泥沙在库内的淤积，形成水库的高水位时期。因此水库运行的 调度安排是：在汛期6 - 9 月，长江上游来沙量最大之前，水库按防洪限制水位1 4 5 m 运行，1 0 月开始蓄水，水位迅速上升，至1 0 月底升至正常蓄水位1 7 5 m ，1 1 1 2 月保持正常蓄水位，1 4 月为供水期，水位缓慢下降，5 月底又降到防洪限制水位1 4 5 m 。这样，三峡水库形成后，在 海拔1 4 5 m - 1 7 5 m 的库区两岸，形成与天然河流涨落季节相反、涨落幅度高达3 0 m 的水库消落 带。 三峡库区消落带总面积3 4 8 9 3 k m 2 ，1 7 5 m 岸线长5 5 7 8 2 1 k m ，重庆库区消落带面积 3 0 6 2 8 k m 2 ，岸线长4 8 8 1 4 3 k m 。三峡库区( 重庆段) 消落带分布在巫山、巫溪、奉节、云阳、 开县、万州、忠县、丰都、石柱、涪陵、武隆、长寿、渝北、巴南、江北、南岸、渝中、沙 坪坝、北碚、九龙坡、大渡口和江津等2 2 个区县。 三峡库区重庆段消落带的分布具有以下特点：( 1 ) 区县分布：各区县消落带面积差异较 大，涪陵区沿长江以下8 个区县( 除巫溪) 消落带面积较大，占总面积的8 1 8 4 ，消落带面 积居前三位的是开县、涪陵和云阳，三区县消落带面积占全市消落带面积的3 8 7 3 ：( 2 ) 空 间分布：干流消落带与支流消落带的面积大致相等，重庆库区段长江、嘉陵江干流长度为 7 3 7 0 4 k m ，消落带面积为1 4 5 6 3 k m 2 ，占消落带总面积的4 7 5 5 ，库区两岸支流港汊1 6 4 条， 支流消落带面积1 6 0 6 5 k m 2 ，占消落带面积的5 2 4 5 ；( 3 ) 高程分布：高程1 6 0 m 以上的消落 带面积较大，海拔1 4 5 m - 1 6 0 m 间的面积为1 3 3 2 5 k i n 2 ，海拔1 6 0 m 1 7 0 m 间的面积为l1 8 8 1 k i n 2 ， 海拔1 7 0 m - 1 7 5 m 间的面积为5 4 2 2 k m 2 ，分别占消落带总面积的4 3 5 1 、3 8 7 9 和1 7 7 0 ； ( 4 ) 坡度分布：主要以小于1 5 。的平缓消落带为主，消落带面积达2 0 4 5 9 k m 2 ，占消落带总 7 两南大学硕十学位论文 面积的6 6 7 9 ，其中7 。1 5 。的消落带分布最广，占总面积的4 0 3 7 ，主要集中分布在长江 干流沿岸和小江、梅溪河等较大支流的宽敞河谷平坝地区。再次，由于库区各支流横切了北 东或南北走向的构造，河流在切割背斜坚硬岩石时形成峡谷，在流经砂岩夹泥岩层的向斜时 形成宽谷浅盆地。因此，消落带在宽度变幅很大，较宽消落带分布在巫山大宁河的大昌、云 阳汤溪河的南溪、小江的高阳和养鹿湖，宽度一般在3 0 0 5 0 0 m ，最宽在8 0 0 1 0 0 0 m ，在水库 高水位时期成为库湾和湖盆。 图2 1 三峡库区消落带分布图 f i g 2 1t h ew a t e r - l e v e l - f l u c t u a t i n gz o n ei nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r 目前，国内关于大型水库消落带的研究开展得比较少，而且不是很系统、深入，主要集 中在消落带的现状特征、生态健康评价研究和生态环境问题对策研究等方面。 2 2 1 三峡库区消落带的特征研究 “水库消落带”这一词语是与早期研究的“河岸带”是相通的，随着大型水利工程的兴 建，这一问题越来越引起人们的注意，国内有“消落带”、“消涨带”、“涨落带”等名称，目 前“消落带”的名称逐渐被人们达成共识。目前普遍认可的水库消落带定义是指由于水库季 节性水位涨落而使库区周边被淹土地周期性出露于水面的一段特殊区域，通常指水库死水位 至土地征用线之间的地貌单元，是在水生生态系统和陆生生态系统交替控制下的特殊的地域 综合体。 由于水库消落带是一个典型的生态交错群落区，与其邻的生态系统和其他大型水库消落 带相比具有很大的差异性。三峡水库消落带面积和水位涨落幅度最大，消落带范围内被淹城 镇、工矿企业、园林耕地及迁移人口最多，库岸带城镇最多，规模最大工矿企业密度最高【3 n 。 涂建军等人将三峡库区消落带的基本特性概括为资源特性、水土活动特性、景观特性和生态 8 第2 章研究综述 特性【3 2 l 。张虹等认为三峡水库消落带的特性主要表现在水土活动特性和生态不稳定性鲫。 2 2 2 三峡库区消落带生态健康评价研究 三峡库区消落带生态系统健康评价及生态修复对于维护消落带生态功能，促进消落带健 康的合理开发利用具有重要的意义。袁辉等建立了消落带宏观生态系统健康评价的三大类指 标体系，即消落带生态特征指标、功能整合性指标和外部环境指标 3 4 1 ，通过模糊评价对三峡 库区消落带的四种可能保护利用模式对消落带生态系统健康状况的影响进行了预测评价，结 果表明直接开发利用模式使消落带处于一般病态，而生态保护区模式、生态试验示范区模式 和消落带护理模式则使消落带处于“健康”或“较健康”。 2 2 3 三峡库区消落带保护利用模式探讨 三峡库区消落带土地资源具有冬水夏陆的特点，由于成陆期较长，成陆面积大，与同期 丰富的光热水资源构成优势组合，从而为消落带土地的开发利用提供了资源基础【3 5 】，不同的 土地利用模式对消落带生态系统健康状况有着不同的影响。 龙良碧等认为由于消落带各部位成陆时期不同，可利用时间长短有异，消落带类型有别， 因而开发利用途径有所差异，分别对消落带土地的农业、林业、渔业以及旅游业开发利用的 对策进行了探讨，并强调每种利用方式都必须与生态环境建设协调发展，将库消落带脆弱的 生态环境变成稳定的生态环境【3 6 l 。苏维词等结合三峡库区气候、地貌及水位变动等条件，按 不同消落带类型土地资源的特征，提出了开阔阶地型涨落带土地资源的农业利用模式、土质 中缓坡型涨落带土地资源的林牧业利用模式、河湾型涨落带水产( 禽) 养殖业利用模式、特 殊地域涨落带的旅游利用模式、裸露基岩型或峡谷型涨落带植被的自然封育与人工促进模式、 城镇地域涨落带的工程处理与景观建设模式等6 种有针对性的开发利用模式【3 7 】，对合理制定 消落带的土地资源利用与规划有重要的指导意义。涂建军等对三峡库区消落带开县段进行了 土地整理利用的研究，提出了开县消落带的4 种土地整理模式：工程防护模式、季节性农耕 模式、生物工程模式及水产养殖模式【3 2 j 。 2 2 4 三峡库区消落带生态环境问题对策研究 消落带生态环境问题研究主要集中在对消落带生态环境问题的表现和防治以及消落带生 态修复等方面。 消落带生态环境问题主要表现在：生物多样性锐减、生态系统受损；库岸带环境污染加 重；库区滑坡、崩塌和水土流失等地质灾害加剧；水体富营养化；可能导致流行性病情和疫 情的发生 3 8 - 4 1 l 。综合这些环境问题的产生原因、时空特征及发展趋势，专家学者分别提出了 针对性的防治措施。 范小华等提出了运用生物缓冲带技术、复合生态技术、流域生态学技术、坡地农业技术 以及人工湿地及生态河堤技术等在陆地和水体之间建立起一道生态屏障带来降低或消除污染 9 两南大学硕士学位论文 物向水体的积聚【4 羽。谭淑端等提出筛选和重建适宜三峡水库消落带的植被物种，运用景观生 态学和园林绿化的原理和技术，进行物种的配置和布局，同时也为水库消落带形成新的富有 特色的自然景观廊道和实现消落带生态服务功能发挥更大作用【4 引。刘信安提出利用香根草结 合工程综合技术来治理消落带的水土流失、富营养化污染、重金属污染等生态环境问题的实 施方案，并提出建立可持续发展的生态系统工程措施【】。戴方喜等通过对消落带的特征及其 植被的作用研究，提出了库区消落带梯度生态修复概念附】，明确了消落带梯度生态修复的研 究目标、研究内容以及要解决的关键问题，为构建健康运行的库区生态系统提供了一种思路。 1 0 第3 章景观尺度生态系统健康评价理论研究 第3 章景观尺度生态系统健康评价理论基础 3 1 景观空间格局分析 景观空间格局、景观功能和景观动态是景观生态学研究的核心内容，而对景观格局进行 定量分析，则是研究格局与过程相互关系的基础，也是研究景观动态和景观功能的关键 4 6 1 。 景观格局是指景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置 4 7 1 。景观格局通过斑块大小、 形状和景观的连接度表现出来，格局影响景观内物种的多样性、分布及种群的生产能力及自 我调节能力。景观格局及其变化是自然的和人为的多种因素相互作用所产生的一定区域生态 环境体系的综合反映。景观斑块的类型、形状、大小、数量和空间组合既是各种干扰因素相 互作用的结果，又影响着该区域的生态过程和边缘效应。通过对景观格局的动态研究，可以 了解区域生态系统的特征与内涵，监测评价区域性土地利用和生态变化状况，对区域规划和 可持续发展意义重大。 基于土地利用土地覆被图的景观格局分析法是景观空间分析的重要方法，它使生态过程 与空间格局相互关联的度量成为可能【4 8 】。景观格局分析方法是指利用景观指数、技术分析景 观格局的时空异质性，从而实现对生态过程的研究，其目的是从看似无序的景观要素镶嵌中， 发现潜在的有意义的规律性，并确定产生和控制空间格局的因子和机制【4 9 l 。目前景观格局分 析主要通过景观指数实现。 3 2 景观格局指数的选取 景观格局指数能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面的定量 指标 5 0 1 。景观指数可用来描述缀块镶嵌体或整个景观的结构特征，景观空间格局变化的定量 分析，可从景观指数的变化上反映出来【5 1 1 。通过景观指数描述景观格局具有使数据获得一定 统计性质和能够比较分析不同尺度上的格局等优点，还可以实现不同景观格局同一时间的比 较、同一景观格局不同时段的比较、不同景观不同时段的比较，从而揭示所研究区域内景观 格局特征【5 2 l 。景观格局特征可以在三个层次上分析：单个斑块、由若干个斑块组成的斑块类 型、包括若干个斑块类型的整个景观镶嵌体。因此，景观格局指数亦可相应的分为斑块水平 指数、斑块类型指数和景观水平指数三种类型。国内外众多学者在对景观的定量分析研究过 程中提出了许多景观格局指标，常用的有诸如景观多样性指数、均匀度指数、优势度指数、 景观破碎化指数等。从景观格局与生态过程方面来看，对景观指数的选取需要明确如下3 点i j ： ( 1 ) 确信所研究之格局与过程是否关联，并在量度格局时考虑到与其相关的生态过程。( 2 ) 所选指数是否可以表征景观的组成、结构，或兼而有之? 具体表征哪些方面? ( 3 ) 基质( 本 底) 元素的选择对所选指数有何影响? 西南大学硕士学位论文 3 3 景观尺度的生态系统健康衡量 当生态系统健康的研究在森林、海洋、草原、农田及淡水生态系统等领域广泛开展的同 时，生态系统健康的概念也逐步扩展到景观尺度【5 4 1 。景观健康代表“动态平衡”状态，在生 态系统的自我调控过程中考虑到调节和反馈机理。f e r g u s o n 在强调景观健康的同时，更强调作 为人类干扰和选择的整合性原理，包括维持景观水平的活动等被认为是生态系统健康的必然 s s 4 6 】。r a p p o r t 认为景观状态应该用整合性和健康来测量，依靠景观镶嵌体的自然属性，具体 说明了生态系统健康关键性的生理特征和社会经济特征p7 1 。肖笃宁认为我国的景观生态研究 可考虑选择“对不同景观类型的典型区进行生态环境监测、建立景观演化模型、预测景观尺 度上资源、生态、环境的动态趋势，以便从不同的时空尺度研究人与环境关系的变化”【5 8 1 作 为目标之一进行重点研究。 陈鹏借助遥感和g i s 等技术手段，依据p s r 概念模型，从景观尺度建立了区域生态健康 评价的指标体系，实现对区域的生态健康的综合评价，得到了区域生态健康的空间分布【5 9 】。 陆丽珍等从土地利用空间格局的角度出发，采用r s 和g i s 技术，从生态系统的活力、组织结 构、恢复力以及生态系统服务功能4 个层次构建生态系统健康评价的指标体系，对舟山岛 1 9 7 0 2 0 0 5 年5 个时期的生态系统健康进行时空动态评价 6 0 l 。余艳红以丽江至香格里拉铁路为 评价对象，选取了随土地利用分类系统变化可预测性强的景观格局指数【6 ，分别反映斑块的 面积、密度、邻近度、多样性和聚散性，对研究区生态系统结构状况及铁路建设对其产生的 影响进行分析，结果表明，所选取的景观格局指数代表的景观结构及其特征是适合的，能够 反映工程所在区域生态系统的结构状况及其变化，能够保证生态环境影响评价的科学性。 1 2 第4 章三峡库区消落带生态系统本底特征 第4 章三峡库区( 开县) 消落带生态系统本底特征 开县位于重庆市东北部，地处大巴山南麓、三峡库区腹地、长江三峡水库小江支流回水 末端，位于东经1 0 7 0 5 5 4 8 e 4 1 0 8 0 5 3 3 6 3 北纬3 0 0 4 9 3 0 口3 1 0 4 l 3 0 晓间，东与巫溪、云阳县接