2021-4-10 | 城市生態論文
湖濱帶屬于水陸生態交錯帶,天然的湖濱帶由陸向輻射帶、水位變幅帶和水向輻射帶組成[1],是湖泊生態系統的重要組成部分,對維持湖泊生態系統健康和改善水環境功能具有積極作用。由于防洪需要,我國許多湖泊在湖濱帶中修建了防洪大堤,破壞了湖濱帶原有生態系統結構的連續性和完整性,阻斷了水陸生態系統的物質循環、能量流動和信息傳遞,嚴重影響了湖濱帶生態系統功能的發揮,導致了湖濱帶生態系統退化,影響了湖濱帶生態系統健康。大堤型湖濱帶的生態系統健康退化現象已引起廣泛關注[2],科學識別大堤型湖濱帶生態系統健康狀態的驅動因子是開展湖濱帶生態修復的必要前提,然而該方面的研究還遠遠不足。太湖是我國的大型淺水湖泊,73%以上的岸帶都修建了防洪大堤,其余部分臨近山體,太湖的湖濱帶屬于典型的大堤型湖濱帶。本文以太湖為例,運用驅動因子的識別方法,分析影響其湖濱帶生態系統健康的主要驅動因子,旨在為我國類似湖泊湖濱帶的驅動因子分析提供一定借鑒。
1驅動因子識別方法的選擇
驅動因子是指影響事物發展或狀態的關鍵性的內在動力或外在力量。就生態系統而言,影響其狀態的因子可以分為自然因子及人為因子兩大類,前者主要包括溫度、風力、波浪、大氣沉降等,后者主要包括人口、經濟、社會活動,以及與其相關的環境污染、土地利用變更等[3]。然而并非所有影響因子都是驅動因子,對于簡單系統中的驅動因子是可以直接判斷的,但是對于生態等復雜系統則需要借助統計分析的方法,研究特征變量之間的相關關系,識別出哪些是起到關鍵作用的驅動因子。與社會經濟學、醫學領域相比,環境學、生態學領域對于驅動因子的研究相對薄弱,對于環境、生態驅動因子的概念及其識別方法尚不成熟。有些研究沒有深入理解“驅動因子”的含義,而直接用“影響因子”作為“驅動因子”加以詮釋。有些研究沒有正確理解統計學方法的原理,而采用簡單相關系數法來識別“驅動因子”。另外應用“主成分分析”方法來直接研究驅動因子也欠妥,首先“主成分分析”是對表征事物現狀的多個指標(注意不是有驅動傾向的影響因子)進行降維篩選的過程,例如從10個水質指標中篩選4—5個能盡量反映水質現狀的指標,而不是篩選能引起水質發生變化的驅動性影響因子;其次,“主成分分析”所篩選的幾個主成分之間是沒有相關性的,而在生態、環境、社會等領域驅動因子間的相關性是很難避免的,因此就可能錯誤的舍棄真正的驅動因子。所以,運用正確的統計方法確定真正的驅動因子是十分重要的。
驅動因子的確定通常經過以下2個步驟:(1)影響因子的定性篩選:是指在眾多因子中篩選出有可能影響評價目標的因素,篩選原則是盡量全面并且有依據的考慮可能的影響因素。(2)驅動因子的確定及驅動力大小排序:社會經濟領域的大量研究顯示最被認可的2種方法是“多元線性逐步回歸法”和“偏相關系數法”[4]。前者是在因變量與自變量(影響因子)之間建立多元回歸方程,通過逐步回歸法確定驅動因子,即每引入一個變量同時檢驗方程中各個自變量的顯著性,合格保留、不顯著剔除,反復進行直到再沒有顯著的變量可以引入為止[5]。各驅動因子的影響力大小可以通過比較各自標準偏回歸系數來確定。后者“偏相關系數法”是通過固定因變量與其中一個自變量以外的其他變量對它們的影響以后,這兩個變量之間的相關關系,它反映了事物間的本質聯系。描述這種關系的強度指標為偏相關系數,絕對值越大,偏相關程度越大。研究證明對于在二元回歸中兩者相對大小始終一致,而在自變量個數超過2個的回歸模型中兩者得出驅動因子的驅動力相對大小卻不一定完全一致[6]。在兩者結果不一致的時候還需追蹤數據樣本的波動性、與實際情況的相符性進行選擇判斷。鑒于以上情況,本研究在定性篩選影響因子后,分別采用了“多元線性逐步回歸法”和“偏相關系數法”確定太湖湖濱帶的生態系統健康狀況驅動因子及驅動力大小順序。
2驅動因子的確定
2.1影響因子的定性篩選
影響因子的定性篩選范圍是依據評價目標本身的特點而定的,既要有代表性又要兼顧獲取的可能,篩選過少的影響因子可能造成真正的驅動因子缺失,但篩選過多的影響因子無疑會增加不必要的工作量。與其它大尺度的研究區域(例如喀斯特地形區、沙漠化地區等)相比,太湖湖濱帶的范圍是周長405km,寬度僅為50—100m不等的環形區域,且有環湖大堤的阻隔,外界環境對湖濱帶的影響主要是通過入湖河流產生的。在這種情況下,社會經濟發展、人口、相關性不強的政策行為等就可以忽略不計,因此本文著重考慮與太湖湖濱帶密切相關的自然以及人為影響因子。另外,由于太湖湖濱帶缺少歷史實測數據,對驅動因子的研究很難采用常見的縱向時間統計法,考慮到同一湖泊湖濱帶生態系統健康狀況在空間分布上的差異也能反映出某個影響因子作用力的差異,因此采用“空間換時間”的方法,通過研究同一時間環太湖湖濱帶不同點位的生態系統健康狀態及其影響因子間的統計關系來確定其驅動因子。根據多年的研究經驗和實踐分析,選取了太湖主體營養狀態、入湖河流污染負荷通量、岸帶類型、風浪強度4個主要影響因子。
(1)太湖主體營養狀態
太湖主體的營養狀態是對太湖水質的綜合性評價指標,它的好壞直接影響到湖濱帶的生態系統健康狀況,對湖濱帶的水質、底質、生物都有直接的影響。例如,太湖北部湖區污染嚴重,水質較差,呈富營養狀態,其湖濱帶區植物種類單一,分布面積少,底棲動物多數為耐污種;而東太湖湖區水質狀況相對較好,呈輕度富營養狀態,湖濱帶植物種類較多,且覆蓋度大,底棲動物中耐污種相對少些。因此,太湖主體湖區的營養狀態對于湖濱帶生態系統健康狀況有較大的影響。
(2)入湖河流污染負荷通量
入湖河流污染負荷是湖泊污染物的重要來源,大部分點源與面源污染物是通過入湖河流進入湖泊的,污染物在水力坡度、密度梯度和風力等作用下發生遷移,與湖水尤其是處于湖濱帶的近岸湖水混合,造成水質下降。由于一些太湖入湖河流有隨季節反向流動的特點,因此采用河流的污染負荷通量來表達。有研究發現入湖河流在近河口處300m內污染物濃度明顯上升,300m以外由于有較高的稀釋擴散而受影響明顯減弱[7]。而太湖湖濱帶的范圍為大堤向水域50—100m范圍內,正是受入湖河流影響最大的范圍。所以,入湖河流的污染負荷通量也是影響湖濱帶生態系統健康狀況的重要因素。另外,入湖河流的污染負荷通量與所在流域的經濟發展模式、土地利用方式、人口、環境措施等密切相關,可以用來反映湖濱帶所受的流域環境的綜合壓力。