三江平原湿地区域生态风险评价研究

　　摘要：采用“点轴体系”及“中心地理论”来描述和表征区域人类活动的空间集聚特征，以此反映湿地区域人类活动直接风险来源，通过土壤侵蚀与非点源污染途径，区域非湿地部分(森林、水田、旱地等)通过物质联系(泥沙、氮磷、水等的输出与输入)方式也会对湿地健康造成影响，反映湿地区域人类活动间接风险来源。基于对人类活动影响湿地直接途径和间接途径的区分以及相应部分风险指标的选择，论文最终完成三江平原湿地区域生态风险评价研究工作。

　　结果表明：DMSP/OLS(DefenseMeteorologicalProgramOperationalLine-ScanSystem)夜间灯光及多等级道路数据可以用于区域点轴体系描述，从而表征出湿地区域人类活动直接风险来源的空间分布特征，其中高和极高风险源强度等级与区域高等级中心地和高等级道路拟合程度较好;由于较高的生态资产及脆弱性水平，湿地有最高的生态风险水平;三江平原低、中、高和很高风险等级所占比例分别为64.00%、24.28%、10.38%、1.34%，大部分为低和中等风险水平，但有关风险防范任务仍不可掉以轻心，特别是在相应的高等级风险分布区域;南部地区有较高的风险水平，因此需要着重加以保护。

　　从生态系统服务功能来看，一般认为水田、旱地为生产功能区，森林、湿地为生态功能区。过分关注水田、旱地的生产服务功能会造成下游湿地过量的物质输入从而加剧其风险水平;相反，注重森林保育能够减少泥沙、氮磷等大量输出风险，增加流域产流，从而可为下游湿地健康维持作出贡献。

　　因此，水田、旱地与湿地间是一种生态服务权衡关系，森林与湿地间是一种生态服务协同关系，因此，风险管理方面，应强调区域”点轴体系“与湿地间的空间邻接关系，注重湿地重点生态风险来源(地点与方位)的防范以及湿地与非湿地类型间基于生态系统服务功能的权衡及协同管理问题。可为从区域整体水平上削减湿地健康风险水平提供指导和帮助。

　　关键词：区域生态风险评价;人类活动;点轴体系;湿地;三江平原

　　随着零风险环境管理政策弱点的逐步暴露，生态风险管理理念(接受一定程度的风险水平，并寻求其削减和控制的有效途径)开始为人们所熟悉和接受(付在毅等,2001;许学工等,2001;Xuetal,2004;王辉等,2018)。在此基础上，为生态风险管理提供科学依据的生态风险评价研究得到广泛开展。生态风险评价就是评价由人类活动及气候变化等导致的区域生态系统健康程度及服务水平可能损害状况的过程(UnitedStatesEnvironmentalProtectionAgency,1992;Munns,2006)。

　　从其历史演变阶段来看，经历了由单一风险源到多风险源、单一风险受体到多受体、局地到区域及景观尺度的发展历程(许学工等,2001;Xuetal,2004)。区域生态风险评价是生态风险评价发展的综合阶段。与单一地点生态风险评价明显不同的是，区域生态风险评价强调风险源及最终风险水平的空间异质性分析(Hunsakeretal,1990;Landisetal,1997;Xuetal,2004)。其考虑的风险源包括自然灾害(付在毅等,2001;许学工等,2001;Xuetal,2015)、气候变化及人类活动(高俊峰等,2012;Pengetal,2015;Jiangetal,2017;王辉等,2018)等。

　　人类活动是区域生态风险的重要来源。表征区域人类活动强度的指标包括综合与单一2类，其中，综合指标包括景观格局指数(Fanetal,2016)、土地利用强度(Pengetal,2015;Jiangetal,2017)等;单一指标则包括放牧强度(Jiangetal,2017)、(点源与非点源)污染排放强度(高俊峰等,2012;王辉等,2018)等。

　　除了风险源以外，区域生态风险评价还需考虑风险受体生态资产(生态价值)及脆弱性分布状况的表征问题。在生态资产评价方面，主要包括基于生物多样性维持功能构建指标(物种保护指数、生物多样性指数、自然度)以及根据生态系统服务价值人为赋值2种途径;在环境脆弱性评价方面，主要的方法(体系)包括基于人为管理水平(负熵输入水平)的赋值法、自然-人文二分法以及面积-结构-功能三分法3种(王辉等,2018)。

　　湿地是重要的生态系统类型，具有单位面积最高的生态系统服务水平(Costanzaetal,1997)，是区域最具价值的生态资产。然而，随着城市化、产业化以及人口的不断增长，全球湿地正面临面积萎缩、功能下降的窘迫境况(Jiangetal,2017)。人类活动可以通过多种途径影响湿地的结构和功能。

　　例如，全国重点湿地调查结果表明，95.2%的重点湿地正在遭受人类活动的影响，其中30.3%受到盲目开垦的影响，26.1%受到污染的严重影响，24.2%受到生物资源过度取用的威胁，8%受到水土流失和泥沙沉积的影响，6.6%受到水资源不合理利用的影响(吕宪国,2008)。这些人类活动影响可以归纳为2大部分：直接影响和间接影响。

　　其中，直接影响是指湿地开垦以及发生在湿地内部的活动造成的影响，例如湿地旅游、湿地植物及动物资源(鸟蛋、鱼、芦苇、小叶樟作为牧草等)的过度取用、引湿地水用于邻近水田灌溉等;间接影响是指通过物质联系(泥沙、氮磷、水、重金属、农药成分等)的方式将其他生态系统类型上人类活动影响输入湿地(通过水土流失、非点源污染等途径)从而对湿地结构和功能健康维持造成的影响(Zhangetal,2007;Songetal,2011;Wangetal,2014)。人类活动对湿地影响可分为直接和间接2部分。

　　本文以三江平原为例进行湿地区域生态风险评价的实证研究，以“点轴体系”即多等级城镇与道路系统反映对湿地产生影响的人类活动直接部分，以土壤侵蚀等级分布状况及非点源输出状况反映对湿地产生影响的人类活动间接部分;生态资产及环境脆弱性评价则分别采用基于生态系统服务的人为赋值法以及自然-人文二分法方案(王辉等2018)。

　　在区域生态风险评价研究中，以“点轴体系”描述区域人类活动空间集聚特征并纳入风险评价体系的研究目前还未见报道。点轴体系可以表征人类活动的区域集聚特征(陆大道,2002)，越集聚(地点)就表明人类活动强度越大，相应地对区域生态环境造成影响的可能性也就越大，因此可以将其整合进区域生态风险评价体系中，以表征区域人类活动直接风险来源的空间分布特征。在区域点轴体系里，点由多等级中心地(城镇体系)(Mulliganetal,2012)构成，轴线由交通线、通讯线、能源输送线、输水线等构成(陆大道,2002)。

　　轴线系统影响多等级中心地资源获取的便捷性，以及区域不同地点的可达性。点轴体系(多等级中心地-多等级道路等)持续而稳定地影响区域各生态系统类型的健康程度与风险水平。本文使用DMSP/OLS(DefenseMeteorologicalProgramOperationalLine-ScanSystem)夜间灯光数据和多等级道路数据识别和指代区域“点轴体系”。

　　DMSP/OLS夜间灯光数据是人类活动强度的综合表征，包括产业集聚(第二、三产业)、能源消耗、人口密度等多方面特征，可以通过灯光值和灯光区面积区分中心地的等级和规模(吴健生等,2014)，从而实现风险源强度的划分。基于湿地区域生态风险评价结果，最后进行湿地区域生态风险管理和调控措施要点的探讨。研究成果将为湿地区域风险预警防范及可持续发展提供重要的理论依据和实践指导。

　　1材料与方法

　　1.1研究区概况

　　三江平原(45°01′~48°28′N,130°13′~135°05′E)位于中国黑龙江省东北部，由佳木斯市、鹤岗市、双鸭山市、七台河市、鸡西市的全部21个县(市)及哈尔滨市的依兰县、牡丹江市的穆棱市(县级)共23个行政单元构成。

　　西界青黑山(属小兴安岭山系)，东至乌苏里江，南接长白山北部支脉老爷岭、太平岭、锅盔山，北达黑龙江主干岸边，系由黑龙江、松花江、乌苏里江3条大河冲积而成的沼泽化低平原，总面积达10.8万km2。区域内水系发达，是中国淡水沼泽湿地的重要集中分布区。属于温带湿润、半湿润大陆性季风气候区，四季变化显著。

　　1月均温-21~18℃，7月均温21~22℃;年降水量500~600mm，75%~85%集中于夏季。研究区沼泽湿地植被主要以小叶樟-苔草群系为主，森林植被则以针阔叶混交林、阔叶混交林为主。土壤类型有暗棕壤、水稻土、沼泽土、泥炭土、白浆土、草甸土及黑土等，以暗棕壤和白浆土分布最广，草甸土和沼泽土次之。

　　1.2数据来源

　　使用数据主要包括：2010年三江平原土地利用/土地覆被数据、土壤类型数据(来自中国科学院东北地理与农业生态研究所生态遥感中心);坡度数据(来自中国地理空间数据云平台;DMSP/OLS夜间灯光数据(2010)、多等级道路数据(2016)、土壤侵蚀数据、归一化植被指数(NormalizedDifferenceVegetationIndex,NDVI)、干燥度等(获取自中国科学院地理科学与资源研究所资源环境数据云平台。

　　此外，居民点(城市、县城、市区、农场管局、农场、农场分场、乡镇、村庄等)数据获取自全国1∶400万基础地理信息数据库、全国1∶100万基础地理信息数据库以及GoogleEarth等;农场空间分布数据矢量化自黑龙江省农场分布图等原始纸质数据成果。数据处理加工平台为ArcGIS10.2。所有原始数据均栅格化并重采样为1km×1km分辨率，然后进行叠加运算。

　　2评价结果

　　2.1风险源强度计算

　　计算过程表明：各风险源因子等级分布方面，高等级灯光值区域与高等级居民点(城市、县城、区政府所在地、农场管理局所在地及农场场部等)较好地匹配起来，高等级灯光值(等级3与等级4)范围较大的是5个地级市所在地(鹤岗、佳木斯、双鸭山、七台河、鸡西)，然后是县城及农场管理局所在地(如同江、富锦、宝清等县城及建三江等农场管理局所在)，最后是星星点点的农场场部及一些乡镇所在地。

　　DMSP/OLS夜间灯光数据很好地描述了区域多等级中心地的分布，从而表征出湿地区域人类活动直接风险来源(中心地)的空间分布特征;综合道路密度计算结果与高等级道路(高速公路、铁路、国道、省道)分布拟合较好：由于高等级道路多为连接高等级中心地而建，因此一般有多种高等级道路汇集的中心地所在网格其综合道路密度等级就越高(如佳木斯、七台河、鹤岗、鸡西、富锦、桦南等所在网格)。

　　随着距离中心节点城市越远，道路分布也逐渐发散，其所在网格综合密度等级也逐步下降;低级(最低道路综合密度网格)所在地区多为没有高级道路穿过地区(只有有限的县乡道、市区路分布);土壤侵蚀严重地区多位于研究区西部(青黑山)、南部(太平岭、老爷岭、锅盔山)及中部完达山森林以及坡耕地部分，与坡度及人类不合理的利用活动密切相关(陡坡开荒种植旱作物、不合理砍伐森林木材资源等);水田则集中分布在4大农场管理区(宝泉岭、牡丹江、建三江、红兴隆)范围内，与这些地区多位于地势低平处、利于水田建设管理等原因有关(由于地势低洼，沼泽丛生，开垦困难，这些后开发地区的建设管理多为国家行为(农场建设))。

　　三江平原(湿地)综合风险源强度与区域点轴体系特别是高等级中心地与高等级道路拟合程度较好，也与土壤侵蚀强烈地区以及水田集中分布区有着较好的对应。在各等级风险源强度比例方面，低级、中级、高级、极高级风险源强度等级所占比例分别为50.62%、22.28%、21.13%、5.97%，中等和高等级风险源强度分布面积相仿，低级别风险源强度分布范围最大，极高级风险源强度分布面积较小。

　　2.2生态资产计算

　　其中，极高级生态资产分布区为湿地分布区，高级生态资产分布区为水体分布区，中级生态资产分布区为森林覆被区，低级生态资产分布区为水田、旱地、裸地、草地、建设用地等分布区域。湿地分布区范围与6个主要国家级湿地自然保护区(洪河、三江、七星河、兴凯湖、珍宝岛、东方红)分布范围较为吻合。在各等级生态资产分布比例方面，低级、中级、高级、极高级生态资产等级所占比例分别为59.94%、30.89%、2.63%、6.54%，低级和中级生态资产分布面积较大，低级生态资产分布范围最大，高级和极高级生态资产分布面积较小。

　　2.3脆弱性计算

　　结果表明：各单独脆弱性因子(坡度、植被覆盖状况、干燥度及土壤可蚀性)空间等级分布方面，较高坡度等级分布区与三江平原山地及森林分布范围较为吻合;研究区大部分为高和极高干燥度等级(存在着宝清、勃利2个极高等级干燥度分布区)，东部干燥度等级高于西部，其中小兴安岭山系(鹤岗)干燥度等级最低;植被覆盖脆弱性等级高的多为城市所在地及兴凯湖区域;全区域土壤可蚀性等级均不高，多为低、中级。

　　根据式(3)，经过湿地分布数据修正后即可获得研究区最终的脆弱性空间分布状况。在综合脆弱性等级所占面积比例方面，低级、中级、高级和极高级综合脆弱性等级分别为40.46%、33.47%、19.44%、6.63%，低级和中级综合脆弱性等级分布面积较大，高和极高级综合脆弱性等级分布面积较小。

　　其中，湿地具有最高的脆弱性等级;在坡度方面，西部的青黑山在最终的高和极高脆弱性分布中消失，而中部(包括完达山及西部七台河、勃利境内山地)和南部(锅盔山、太平岭、老爷山)高坡度等级区仍然显示在最终的高等级脆弱性范围内，这跟后2个地区干燥度等级较高有关;由于兴凯湖有较高的植被覆盖脆弱性等级和干燥度等级，因此该部分水体在最终的脆弱性等级分布中也占据一部分面积。

　　2.4综合风险值计算

　　低级、中级、高级和极高级综合风险值等级所占面积比例分别为64.00%、24.28%、10.38%、1.34%，大部分为低和中等风险水平，高和极高等级风险区占比较小，但有关风险防范任务仍不可掉以轻心，特别是在相应的高等级风险分布区域。其中，湿地由于具有最高的脆弱性和生态资产等级而最终显示为高和极高的风险水平。

　　此外，高等级中心地周边也具有较高的风险水平，例如鹤岗、双鸭山、七台河、鸡西等城市周边区域都显示为高风险水平。以行政区划分，南部的鸡西、勃利、七台河、密山等地区有较高的风险水平，北部风险状况相对较轻(整体而言)，南部地区生态风险防范和生态功能保护亟需加强。在湿地方面，松花江河滩型湿地相比其他地区风险等级更高。此外，还有穆棱河密山市区以下、挠力河宝清县城以上河段其风险水平也较高。

　　3讨论

　　3.1区域“点轴体系”与湿地间的空间位置关系

　　由于在整个三江平原图幅中低等级居民点及低等级道路显示过于密集，以致显示不清，因此以同江-抚远地区为例进行讨论。与其他类型和等级的中心地在空间上较为远离。因此，其人类活动直接风险来源主要是这3个农场场部位置。区域内主要通过铁路、省道、市区路及县道等将人类影响输送到洪河湿地附近位置，并通过一定方式影响其健康程度即风险水平，例如科考(包括附属的定期观测及设施维修等)、参观访问等。

　　当地农场职工或农民则会通过捕鱼、不定期进入湿地游玩等方式影响洪河湿地的健康水平。在道路方面，铁路和省道将远距离人类影响输送到邻近位置(洪河湿地南部的洪河农场及前锋农场)，再经由县道和市区路等将这些影响输送到距离洪河湿地更近的位置以及洪河湿地内部。

　　因此，在洪河湿地风险预防和管理中，一定要注重多等级中心地(主要是农场场部)、多等级道路(主要是铁路、省道、县乡道)及其空间分布对湿地健康状况造成影响的可能性，一方面，注重在农场场部对湿地重要性的宣传以及进入湿地后应采取的有效的保护措施和途径的介绍;另一方面，要限制保护区的人员、车辆进入量，降低其可通达性，从而切实保护好这一国际重要湿地。

　　距离三江湿地(位于区域东北角)较为接近的中心地主要是乡镇、村庄，以及个别农场(前哨农场)。与洪河湿地相比，三江湿地周围中心地分布数量更多、距离也更为接近。例如，浓江、浓桥、抓吉、海青等乡镇就紧贴着湿地分布，而且在湿地边缘较近距离内还分布着多个村庄，更增加了人类活动对该处湿地影响的可能性。

　　在道路方面，省道、市区路、县道、乡道等或穿越湿地，或沿着湿地延伸方向延伸，或通往湿地边缘的居民点(中心地)，是主要影响三江自然保护区健康水平的道路类型。而铁路和省道等则是将域外人类活动影响输送到近处的主要道路类型。

　　因此，在三江湿地风险管理中，中心地方面，要注重湿地的日常管理，防止邻近村庄村民随意进入湿地取用湿地资源、小片垦殖开荒等，特别要注重预防冬季将火种(烟头等)带入干枯湿地从而造成火灾的可能性，这些需要通过加强邻近居民点居民的湿地保护意识来实现;道路方面，既要考虑近处的低等级道路对湿地的直接影响，也要考虑高等级道路将远处域外人类影响带到跟前的可能性和程度问题(对乡镇、村庄等节点中心地的输送能力)。

　　此外，未来应加强区域“点轴体系”与湿地间空间邻接关系的定量化研究，例如考虑定量计算“点轴体系”与湿地间的空间距离等，以更好地分析和表示其人类活动直接风险来源的空间分布特征。

　　4结论与不足

　　在区分人类活动对湿地影响的直接途径和间接途径的基础上，建立了三江平原湿地区域生态风险评价框架。其中，以区域“点轴体系”(多等级中心地与多等级道路，以DMSP/OLS夜间灯光数据表征多等级中心地)的空间分布状况来表示人类活动对包括湿地在内的多种生态系统类型健康影响的可能性(这种可能性叠加了空间位置和可达性等方面的信息);以土壤侵蚀和水田非点源污染输出来指代区域(流域)内非湿地生态系统类型(林地、水田、旱地等)对湿地影响的程度及其分布。

　　研究结果表明：高等级风险源强度与高等级中心地及高等级道路拟合程度较好;由于较高的生态资产及脆弱性水平，研究区湿地具有最高程度的风险水平，此外，高等级中心地(城市、县城、农场管局所在地等)也有较高的风险水平;从比例上来说，三江平原低风险、中等风险、高风险和极高风险等级所占比例分别为64.00%、24.28%、10.38%、1.34%，大部分为低和中等风险水平。以行政区划分，南部的鸡西、勃利、七台河、密山等地有较高的风险水平，北部则风险状况相对较轻。

　　在三江平原湿地区域生态风险管理方面，探讨了区域“点轴体系”与湿地间的空间邻接关系，以及湿地与非湿地类型间基于生态系统服务功能的权衡及协同综合管理问题，以更好地从区域(流域)整体水平上削减湿地风险程度。本文属于针对人类活动直接风险来源与间接风险来源的湿地区域综合生态风险评价，未能涉及气候变化(平均变化与突变)及自然灾害(对湿地而言，主要是水旱灾害造成湿地水位短时期内波动、高温热浪影响湿地碳库稳定等)等方面因素。未来，全面考虑气候变化、人类活动及自然灾害影响的湿地综合生态风险分析、评价与管理(防范)研究应该是努力的方向。

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　　地理论文投稿期刊：《地理研究》是中国科学院地理科学与资源研究所主办的综合性地理学学术期刊，以展示、交流中国地理科学研究的成果为办刊宗旨，主要刊登地理学及其分支学科、交叉学科的具有创新意义的高水平学术论文，以及对地理学应用和发展有指导性的研究报告、专题综述与热点报道等。获奖情况：中国地理优秀期刊。