升金湖濕地土地利用對鶴類棲息地及種群數量的影響

王 成，董 斌，彭文娟，陳凌娜，黃 慧，葉小康，朱 鳴，呂 典，倪燕華，趙抗抗，張雙雙

（安徽農業大學 理學院，安徽 合肥 230036）

鶴類Gruidae是國際重點野生保護動物，世界上的鶴類僅15種，其中11種在世界自然保護聯盟（IUCN）物種紅色名錄中列為瀕臨滅絕物種［1］。濕地土地利用變化直接或間接影響濕地生態系統結構和功能，對越冬鶴類棲息地產生影響。保持濕地生物多樣性，保護濕地水禽，促使眾多學者對濕地水禽及棲息地開展研究。SU等［2］定性研究了沙丘鶴Crus canadensis生境選擇的影響因素。FAIRBAIRN等［3］研究了依阿華州濕地水禽數量與自然濕地面積之間的關系。馮曉東［4］認為，土地利用變化會對物種多樣性產生影響。各種研究［5-11］表明，人類活動、水壩及河流改道、農業開發對土地利用結構產生直接影響，從而影響鶴類。目前，學者對于濕地土地利用變化對水鳥的數量、種群影響研究較為細致，但針對濕地土地利用變化對越冬鶴類棲息地的影響研究還比較少。鑒于此，本研究選取升金湖濕地1986－2015年8期TM影像，結合實地調查，運用土地利用綜合指數模型，分析人類活動對土地利用變化的綜合效應；利用土地利用轉換率法，分析區域中各類景觀類型的轉化狀況，揭示越冬鶴類棲息地轉移比率。

1 研究區概況

升金湖濕地位于長江中下游，在安徽省南部池州市，與安慶市隔江相望，1986年建立成為省級自然保護區，1997年晉升為國家級自然保護區（圖1）［12］。2015年末，升金湖濕地入編《國際重要濕地名錄》，被列為世界40個有國際意義的濕地保護區之一。保護區由升金湖及周圍的其他土地利用類型共同組成，總面積為33 340 hm2。升金湖分為上湖、中湖和下湖，是長江中下游區域內陸淡水湖泊濕地生態系統保存最為完整的地域之一［13］。升金湖面積寬廣，系統生物量很高，吸引了多達66種水鳥前來越冬，越冬鶴類主要有白頭鶴Grus monacha，白枕鶴Grus vipio，白鶴Grus leucogeranus和灰鶴Grus grus等，有 “中國鶴湖”之稱［14］。據2008－2009年冬季的升金湖越冬水鳥調查，升金湖4種鶴類主要集中于上湖區［15］。升金湖不僅為鳥類遷徙提供很好的棲息地，而且其豐富的物產也是越冬鳥類必要的食物來源［13］。

圖1 升金湖濕地的區域位置示意Figure 1 Shengjin Lake Wetland

2 數據與方法

2.1 數據來源及預處理

土地利用類型數據為升金湖濕地1986年、1990年、1995年、2000年、2004年、2008年、2011年和2015年8期同時相的TM遙感影像，同時參考升金湖鳥類數據［15］，借鑒《東至縣統計年鑒》《池州市統計年鑒》等資料，分析濕地內越冬期土地利用類型變化，反映其對越冬鶴類棲息地影響。

8期TM遙感影像成像時間為各年的12月或1月，其中1986和1990年為Landsat-4衛星數據，1995年、2000年、2004年、2008年和2011年為Landsat-5數據，2015年為Landsat-8數據，波段空間分辨率均為30 m。

實地調查鶴類棲息地選擇的影響因素，結合《濕地公約》分類系統和《全國濕地資源調查與監測技術規程》，同時根據升金湖保護區濕地土地利用類型的實際情況，將升金湖濕地土地利用類型劃分為水域、泥灘地、草灘地、蘆葦Phragmites australis灘地、林地、旱地、水田、建設用地等8類（表1）。采用二元多項式幾何校正對遙感影像進行預處理，利用ERDAS軟件進行遙感影像的初步規則裁剪，然后將圖像在Arc GIS中對升金湖保護區的行政邊界進行精準裁剪，獲得升金湖濕地8期遙感影像分布圖（圖2）。

圖2 升金湖濕地1986－2015年土地利用分布Figure 2 Distribution of land-use of Shengjin Lake Wetland in 1986－2015

2.2 土地利用程度變化

根據土地利用類型分類，并結合土地利用類型分級表［16］，得到表2。土地利用綜合指數模型計算公式為：

式（1）中：L為研究區土地利用程度綜合指數；Ai為研究區第i類土地利用類型的分級指數；Ci為研究區第i類土地利用類型占整個研究區的面積百分比；n為土地利用程度的分類種數。

土地利用程度變化計算公式為：

表1 升金湖濕地土地利用類型面積統計Table 1 Land-use area satistics of Shengjin Lake Wetland

式（2）中：Ia，Ib分別為研究區a時期和b時期的土地利用程度綜合指數；Cia，Cib分別為a時期和b時期第i類土地的土地利用面積。當ΔIb－a＞0時，表明該地區土地利用處于發展期，當ΔIb－a＜0時，表明該區域土地利用處于衰退期。

2.3 土地利用轉化率

在土地利用變化研究中，轉移矩陣法用以分析區域中各種地類的轉化狀況。本研究通過Arc GIS對處理好的升金湖影像分布圖進行空間分析，利用組分轉移率（Tij）來分析土地利用的動態變化。其計算公式為：

表2 土地利用程度分級賦值Table 2 Land use type classification

式（3）中：Aji為第j種組分向第i種組分轉移的面積，ATi為比較初始年份該組分的總面積， n為地類數量［17］。

3 結果與分析

3.1 土地利用程度變化對棲息地的影響

從表3可以看出：1986－2015年升金湖濕地的土地利用程度綜合指數介于220～260，說明升金湖保護區的土地利用以第2等級的林地、草灘地、水域為主。1990年土地利用程度由1986年的224.05增為237.49，增加了13.43，1995年又在1990年的基礎上增加了10.95，表明升金湖土地利用在發展利用狀態中（表3和表4）。同時，升金湖林地、草地面積減少，旱地面積大幅增加，說明這一時期人類對林地的毀林開墾、開荒活動，引起了土地利用程度的加大，草灘地面積減小；受自然因素影響，泥灘地、蘆葦灘地面積萎縮，棲息地面積減小（表1）。

1995－2000年、2000－2004年土地利用變化分別為－14.15和－12.29，土地利用程度降低，這2個時間段內旱地的面積大量減少，從1995年占整個保護區的38.58%減少到2004年的16.52%，土地利用活動減少。由于人類利用程度的降低，草灘地、蘆葦灘地、泥灘地面積持續增加。

表3 土地利用綜合指數Table 3 Comprehensive index of land use degree

表4 土地利用程度變化Table 4 Degree of land use change

2004－2008年土地利用綜合指數由222.00增加到2008年的237.28，在這時間段內建設用地面積所占比例越來越高，其他地類面積變化比例不大；2008－2011年、2011－2015年土地利用程度變化分別為－9.45和－3.85，土地利用程度降低，耕地面積總體減少，泥灘地面積大幅度增加，棲息地總面積增加。

3.2 土地利用變化對棲息地的影響

升金湖濕地鶴類棲息地中草灘地保留率最高，達34.44%（表5）。在轉變為草灘地的地類中林地轉移率最高，達26.37%；蘆葦灘地轉移率較高，達23.22%。蘆葦灘地與草灘地交錯分布（圖2），因此，轉變為草灘地較高，為23.22%。草灘地轉變為旱地較高，達20.98%。可見，鶴類棲息地向農業生產用地轉化趨勢明顯。

泥灘地保留率為17.26%，由于臨近湖區，枯水期水位較低，水域轉變為泥灘地，為21.37%；豐水期湖水淹沒部分區域，泥灘地轉變為水域，為31.79%。泥灘地轉變為水田概率最高，達27.75%，這與泥灘地土壤養分高和取水便捷有關。蘆葦灘地保留率最低，僅為15.36%。因為蘆葦灘地受水位影響顯著，豐水期和降雨較多年份，水位上漲，蘆葦灘地面積減少；枯水期和降雨較少年份，湖水退去，蘆葦灘地轉變為草灘地，為23.22%。受人口增加和城鎮化影響，1986－2015年有18.16%的蘆葦灘地轉變為旱地。

升金湖濕地8種土地利用類型中保留率最高的是建設用地74.16%和水域73.39%。因為建設用地開發強度大，很難轉變為其他非建設用地類型；同時，隨著城鎮化的發展，建設用地面積不斷擴張。水域面積受季節降水量和上游來水量影響較大，年際間變化較小，且保護區內生態保護較好，人類占用水域開發建設較少。

3.3 棲息地面積變化與越冬鶴類數量變化趨勢

1986－2015年升金湖濕地越冬鶴類棲息地中草灘地面積總體呈增加趨勢（圖3）。其中，1995－2004年間增長最快，2004－2015年間面積基本保持不變；泥灘地面積受水位等因素影響趨勢起伏較大，但面積總體呈擴大趨勢；蘆葦灘地面積呈持續下降趨勢，趨向于向草灘地和旱地轉化。棲息地面積1986－1995年持續減少，1995－2015年總體持續增加，越冬鶴類棲息地總面積在1986－2015年呈曲折上升的趨勢。

近30 a的觀測及統計表明：鶴類數量變化急劇，由頂峰時期近1 200只，下降到如今不足百只。而2011－2015年升金湖濕地水域面積縮小近3 300 hm2。其他年間，越冬鶴類數量與棲息地面積增減趨勢同樣較為一致，說明棲息地面積的增減很大程度上影響了升金湖越冬鶴類種群和數量。

表5 升金湖濕地1986－2015年土地利用的轉移率Table 5 Transfer probability of land-use in Shengjin Lake Wetland in 1986－2015

3.4 棲息地空間格局變化對鶴類影響

對升金湖濕地8種土地利用類型面積統計發現，泥灘地面積從1986年到2015年是波動增加的（表1）。同時，由于升金湖上湖區地勢較高以及河流匯入，因此泥灘地主要集中在此；根據1986－2015年8期影像可以判斷，草灘地主要集中于升金湖東南方向，即上湖區，東北方向下湖區歷年都有零散分布（圖2）；蘆葦灘地30 a間面積變化不大，主要分布在下湖區，其他地方亦有零散分布。綜上所述，1986－2015年升金湖濕地鶴類棲息地分布較為集中，泥灘地和草灘地主要聚集于上湖區，蘆葦灘地主要聚集于下湖區，這些空間分布特征也符合2008－2009年冬季水鳥調查報告以及實地調查的結果，越冬水鳥主要分布于上湖區，下湖區和沿岸有少量分布。

圖3 升金湖濕地越冬鶴類數量與棲息地面積變化Figure 3 Changes of wintering cranes numbers and habitat of Shengjin Lake Wetland

4 討論

鶴類棲息地的選擇應滿足易覓食和隱蔽性好2個條件［10］。鶴類一般選擇在有淺水的蘆葦沼澤等地棲息，這些地方不僅為其提供豐富的食物資源，也為鶴類提供了良好的隱蔽場所［18］。由于潮汐和水體的沖淤，泥灘地中保留了大量營養物質和植物果實等，為鶴類生存提供了充足的食物［19］。升金湖草灘地主要植物種類有虉草Phalaris arundinacea和愉悅蓼Polygonum jucundum等［20］。這些植物廣泛分布于升金湖湖區周邊，高度為60～150 cm，滿足鶴類隱蔽和覓食需求。林地隱蔽條件好，但缺乏鶴類食物資源，不宜作為鶴類主要棲息地。美國佛羅里達州的水鳥研究表明，水鳥有效覓食水深不超過40 cm［21］。升金湖冬春季枯水期雖然水位較低，但大部分水域水位超過50 cm，且湖區隱蔽條件較差，不適宜作為鶴類主要棲息地。由于復雜的食性特性，鶴類能夠在多種生境類型中生存，農田也是鶴類重要的覓食地。但是人類生產、生活活動對野生動物覓食、棲息影響很大，故農田和建設用地不宜作為鶴類棲息地。綜合以上分析，并結合已有研究表明，鶴類在升金湖濕地保護區內的主要棲息地為蘆葦灘地、泥灘地和草灘地。

土地利用程度反映出人類對土地利用的廣度和深度，1986－2015年的不同時期由于人類對土地利用程度的不同，引發了不同地類面積的增減變化。1986－1995年土地利用程度持續增加，建設用地面積和耕地面積增加，林地和草灘地面積減少，毀林開墾，圍湖造田等人類活動造成鶴類棲息地面積持續減少，鶴類數量由1986年的1 199只下降到1995年的256只。因此，升金湖自然保護區在保護鶴類棲息地時，應合理安排工、農業生產活動，減少對越冬水鳥覓食棲息地的影響。

蘆葦灘地、泥灘地和草灘地生長大量底棲生物和禾本科Gramineae植物，這些都是鶴類重要的覓食資源，因此，這3種主要棲息地的面積變化對鶴類數量變化影響巨大。從30 a整體趨勢來看，棲息地面積波動增長而鶴類數量呈現曲折下降，反映出1986－2015年雖然鶴類棲息地面積總體增加，但是鶴類覓食和棲息環境并沒有改善，通過鶴類重要的覓食來源的水田和旱地面積看出，農田總面積由1986年的約11 714 hm2減少到2015年的約7 968 hm2，面積減少近1/3。同時，人類耕作大量使用農藥化肥，這些都對鳥類覓食構成嚴重威脅，這些因素都導致了鶴類數量顯著減少。

土地利用格局的相互轉化一定程度上反映出土地利用方式的演變。對升金湖濕地1986－2015年土地利用轉移矩陣分析可以判斷，鶴類棲息地中草灘地保留率最高，因為草灘地主要分布在地勢較高的上湖區，且遠離水面，受水位影響較小。林地轉變為草灘地最高，這反映出當地毀林開荒、亂砍濫伐現象較為嚴重。泥灘地和蘆葦灘地保留率較低，均小于20.00%。這與2種地類均臨近水域有關，受水位影響很大，泥灘地在30 a內有31.79%轉變為水域。與此同時，草灘地和泥灘地轉變為旱地和水田概率較高，農民破壞鶴類棲息地進行農業耕植，給當地鶴類保護工作帶來了嚴峻的挑戰。

棲息地面積大小和質量高低很大程度上影響了越冬鶴類種群數量，雖然1986－2011年各時期鶴類數量與棲息地面積保持相同增減趨勢，但是2011－2015年棲息地面積增長，鶴類數量卻急劇減少。這是由于近年來升金湖水產養殖業快速發展，漁業資源遭到人類掠奪，影響到鶴類的食物來源，同時人口增加、城鎮化、農業機械化和農藥化肥的大量使用都對鶴類棲息環境造成一定的人為干擾。這都對鶴類覓食和隱蔽棲息產生了顯著的影響。這反映出升金湖濕地管理單位只注重保護和增加棲息地面積，但缺乏對于棲息地質量的提高以及湖區整體生態環境的保護。

對鶴類棲息地空間格局變化分析發現，鶴類棲息地主要集中分布于上湖區和下湖區，其中泥灘地和草灘地主要分布于上湖區沿岸以及河流周圍。因為泥灘地靠近湖岸，受水位影響明顯，因此受年際間的降水量以及長江等河流水位影響很大。同時，2003年三峽大壩開始蓄水，加上冬春季降水較少，升金湖水位持續下降，湖底裸露形成大面積泥灘地。草灘地的空間分布主要受東南方向張溪河影響，河流兩岸地勢平坦且比湖中地勢高，因此形成與河流流向一致的大面積草灘地。而蘆葦灘地主要集中于下湖區，因為下湖區地勢較低，枯水期水資源豐富，魚蝦密集，且適宜蘆葦等植物生長，為鶴類提供了隱蔽場所和食物來源。

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