【摘要】： 南四湖作為南水北調東線工程主要調蓄樞紐之一,在維護區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)平衡方面,具有重要意義。由于自然和人為兩方面的因素,南四湖濕地淤積和水體污染十分嚴重,過度開發(fā)利用濕地資源使得生態(tài)系統(tǒng)結構受損,湖泊濕地生態(tài)功能退化,濕地生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益降低。 本文系山東省自然科學基金項目“南四湖濕地生態(tài)環(huán)境退化及驅動機理與調控研究”(Y2008E13)和南四湖水專項子課題“南四湖流域輸水水質保障綜合控制方案研究”資助下完成的部分成果。本研究采用宏觀遙感調查與微觀控制點采樣方法相結合、生態(tài)系統(tǒng)客觀存在和人類需求相結合的方法進行南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)結構、功能和服務價值研究。主要內容如下: (1)以景觀生態(tài)學理論為指導、ERDAS9.0、ArcGis9.0等為主要工作平臺,利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)(2006年的SPOT影像數(shù)據(jù)進行現(xiàn)狀分析,1983年、1997年和2004年的TM影像數(shù)據(jù)進行變化分析)對南四湖濕地現(xiàn)狀和歷史時期的景觀類型、景觀空間結構的完整性及空間格局進行分析。結果表明,1987~2006年,南四湖自然濕地面積呈減少趨勢,人工濕地面積增加,非濕地類型面積增加,景觀格局趨于破碎化。自然濕地(湖泊及自然水面、河流、蘆葦、荷田)面積由1987年的1176.31km2下降到2006年的693.34km2;斑塊數(shù)目(PN)由1987年的2917個增加到2006年的3047個;斑塊密度(PD)由1987年的1.08增大到2006年的1.21個/km2;平均斑塊面積(AREA_MN)由1987年的0.94 km2減小到2006年的0.83 km2;周長-面積分維數(shù)減少;蔓延度指數(shù)減少;多樣性指數(shù)增加;均勻度指數(shù)增加。 (2)對南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生物組分和非生物組分采用實地調查和資料分析相結合的方法進行研究。由于湖泊本身為淺碟形,降水量的年際變化和季節(jié)變化很大,加之湖泊淤積和污染嚴重,使其生態(tài)系統(tǒng)結構和功能發(fā)生一系列變化。1983~2006年南四湖濕地的年生物量整體呈下降趨勢,平均每年減少36.49t。其中水生維管束植物生物量下降最快,由1983年的304.63×104t下降到2006年的178.93×104t。魚類生物量在1983~1997年是持續(xù)減少的,2004年較之前開始回升,2006年已經(jīng)超過了1983年,這主要是由于2002年大旱之后進入2003、2004進入豐水期,水位回升,當?shù)毓芾聿块T分批次投放了大量魚苗,人為干預使魚類資源增加。浮游植物、浮游動物和底棲動物在1983~2004年是持續(xù)減少的,2006年較2004年有所回升,但仍低于1997、1987、1983年水平。南四湖生物量的這種變化,反映了人類的圍墾、養(yǎng)殖等活動對濕地影響由湖泊外圍向湖心弱化,對外圍濕地的影響最大。生態(tài)系統(tǒng)結構的變化也導致其物質生產、涵養(yǎng)水源、調蓄洪水、凈化水質、大氣調節(jié)和營養(yǎng)循環(huán)等功能不同程度受損。 (3)采用H.T.Odum建立的能值理論與方法分析南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的整體特征。南四湖濕地的投入(包括陽光、風及雨水)量太陽能值為1.11×1021sej,產出量太陽能值為1.73×1020sej,初級生產力為1.61×1020sej,不可再生能源或資源(包括底泥和水體)為1.03×1021sej,同時,南四湖在水生維管束植物、以及魚類產出方面生態(tài)效益價值顯著。從能值投資率0.0009、凈能值產出率165.23、環(huán)境負載率14.22等指標來看,南四湖濕地能值投資率低,凈能值產出率高,環(huán)境負載率高,說明南四湖濕地對經(jīng)濟的貢獻很大,區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平較低,對環(huán)境依賴性強。 (4)在結構與功能研究的基礎上,確定南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的主要服務:基礎服務和社會服務,相應價值為:基礎價值(物質價值、過程價值、存在價值)和社會價值(美學價值、文化科研價值)。通過有效的價值分類,應用價值量評價方法評估南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)1983年、1987年、1997年、2004年、2006年的服務價值,包括市場價格法、費用支出法、影子工程法、生產力變化法、人力資本法、生產函數(shù)法、生態(tài)價值法等。結果表明,南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)多年平均的服務價值為1026.17×107$�？偡⻊諆r值在研究時段內呈現(xiàn)波動變化,由1983年的1018.51×107$增加到1987年的1116.09×107$,之后下降到2004年的1001.00×107$,2006年上升到1028.91×107$,但是總服務價值整體趨向減少,平均每年減少9.43×107$。南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值整體趨向減少,說明在研究時段內該系統(tǒng)是不斷退化的。從價值構成看,過程價值比重最大,占到總價值的71.65%;其次是物質價值,約為17.72%;存在價值和社會價值最低,僅占總服務價值的5.29%和5.34%。該構成說明南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)過程對當?shù)厣鐣?jīng)濟貢獻最大,其次是物質功能,而對其存在價值和社會價值認識尚不足。 (5)針對南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)結構、功能和服務價值的變化,分析其變化的驅動力,除區(qū)域降水量變化大、水文水資源狀不穩(wěn)定,湖泊本身為淺碟形、調蓄能力較低,以及生物腐爛淤高之外,人類活動對南四湖濕地的負向干擾是其生態(tài)系統(tǒng)變化的主要原因。調水、圍墾、養(yǎng)殖、流域水體污染是人類干擾的主要方式。其根源在于人口變化、貧困、市場失靈、經(jīng)濟政策與結構和發(fā)展模式及偏好等五個方面。采取合理配置水資源、污染控制、濕地生態(tài)修復等措施,制定合理的政策與制度、建立完善的市場機制等可望有效調控人類活動對南四湖生態(tài)系統(tǒng)的影響,使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)狀況根本好轉。 綜合上述研究,在全球變化背景下,南四湖濕地的自然環(huán)境變化劇烈,并且隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人類活動的影響南四湖濕地的影響越來越全面、越來越深入。南四湖濕地范圍萎縮,景觀趨向破碎化,其生態(tài)系統(tǒng)的結構受損,功能相應變化,服務價值不穩(wěn)定并呈現(xiàn)出下降趨勢,表明南四湖濕地的整體生態(tài)和環(huán)境在不斷退化。2003年成立自然保護區(qū)和南水北調東線工程的實施使得南四湖保護和治理力度加大,濕地生態(tài)環(huán)境開始好轉。但是,由于湖泊自身反饋需要較長時間以及社會經(jīng)濟發(fā)展的慣性,南四湖濕地生態(tài)環(huán)境退化程度得到控制,但尚未根本好轉。采取合理配置水資源、污染控制、濕地生態(tài)修復等措施,制定合理的政策與制度、建立完善的市場機制等可望恢復南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能,保證其生態(tài)服務的穩(wěn)定和提高,從而為人類提供更多的福利。 對南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)結構、功能和服務價值的研究,豐富了濕地生態(tài)系統(tǒng)研究的內容,為南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復提供了理論依據(jù)和應用參考。
【圖文】：

圖 2-1 南四湖位置圖Fig.2-1 Lake Nansi location南水北調東線工程擬利用南四湖輸、蓄水，規(guī)劃利用下級湖作為調蓄水庫正常蓄水位 33.00m；上級湖只輸水不調蓄，最高輸水位 34.20m[159]。南水北調東線工程按“先通后暢，分期實施”原則分三期建設，第一期工程已于 2002 年 12 月27 日正式開工，計劃投資 320 億元，其中調水干線工程投資 180 億元，治污工程 140 億元，工期 5 年。濟寧境內一期工程調水規(guī)模為入下級湖 200 m3/s 進行調蓄，調蓄水位 33.0m，經(jīng)二級壩泵站以 125 m3/s 入上級湖（調蓄水位 34.2m)、梁濟運河，再通過長溝泵站 100 m3/s 和鄧樓泵站 100 m3/s 提水至東平湖新湖區(qū)，年輸水天數(shù)為 200 天，輸水時間為 11 月至次年 5 月。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計算出一期工程完工后，，南水北調入南四湖水量 34.56×108m3，出南四湖水量為17.28×108m3，二者之差 17.28×108m3即為南水北調供給南四湖的水量。二、三期工程目的在于擴大南水北調供水范圍和供水量，供給南四湖水量保持

1987 年、1997 年、2004 年南四湖濕地 TM 影像信息（圖3-1A、B、C）；應用面向對象分類方法提取 2006 年南四湖濕地 SPOT 影像信息（圖 3-1D）；所有影像提取分類總體精度最低為 83.5%，達到了較好的分類結果。另外，為反映南四湖湖西區(qū)人工濕地中稻田的面積變化，各年份研究區(qū)的范圍略有變化。
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X37

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本文編號：2666045