3　涉水工程对生态完整性的影响分析

生态完整性包括自然体系生产能力和稳定状况两个方面的内容，对生产能力的测定可通过对生物生产力的度量来进行，稳定状况的度量通过对生物生产力的测定（恢复稳定性）和植被的异质化程度来测定（阻抗稳定性）[15]。

3.1　涉水工程对自然体系生产力的影响

通过对大九湖地区2005年6月14日及2011年6月20日的Quickbird遥感影像（分辨率0.61m），结合该地区地形图，运用遥感技术判读，并结合野外实地调查进行人工目视解译分类，利用Arc Map地理信息系统软件分别制作2005年和2011年土地利用现状分类图。最后使用景观分析软件Fragstas和Excel计算有关景观格局指数。结合涉水工程区域地表植被覆盖现状，将区域植被类型划分为五类：落叶阔叶林、灌草丛、沼泽、农作物、水生植被。工程所在区域各植被类型的平均净生产力和平均生物量，采用周广胜、张新时[16]根据水热平衡关系及生理生态学特征而建立的自然植被净第一生产力模型的研究成果来计算确定。

大九湖湿地恢复与保护涉水工程建设前，由于大九湖盆地区域林地、耕地和沼泽面积的比重仍较大，使该地区自然生态系统的平均净生产力达到725.29g/（m2·a），比全球陆地水平720g/（m2·a）高5.29g/（m2·a），说明该地区的植被生长力处于仍较高水平（表1）。林地、灌草丛和沼泽的面积仍占据优势，对生态系统的稳定和变化起到很重要的作用。

涉水工程施工建设期部分临时占地，施工结束后植被会自然恢复，其对区域自然体系生产力的影响是暂时的，可恢复的。工程建成后，虽然暗坝所形成的湖泊蓄水造成了一定量地表植被的淹没损失，但对部分耕地实施退耕还泽还草以恢复成典型沼泽或沼泽化草甸，并在人工湖泊群区域实施湿地植被恢复与重建工程，以及在水源地实施水源涵养林恢复与水土保持工程后，区域自然体系的生产力将提高。表1结果显示，工程建成后，区域自然体系的生物总量每年将增加2299.79t，平均生产能力由现状的725.29g/（m2·a），提高至860.83g/（m2·a），从热带稀树干草原700g/（m2·a）的生产力水平提高至北方针叶林800g/（m2·a）的水平。因此，涉水工程的运行对提高区域自然体系的生产能力十分有利。

3.2　涉水工程对自然体系稳定状况的影响

3.2.1　对恢复稳定性的影响

（1）从植被生物量度量角度分析。工程建成后，土地利用方式和结构发生变化，耕地减少，水域面积、沼泽湿地和草甸面积增加。部分耕地实施退耕还泽还草致使农田生态系统的生物量减少，但由于灌草丛、沼泽、水生植被生物量的增加量大于农田生物量的减少量，从而使区域自然体系的生物量增加了2299.79t，平均生产力增加了135.54g/（m2·a），平均净生产力提高至860.83g/（m2·a），达到北方针叶林800g/（m2·a）的生产力水平。因此有利于提高自然体系恢复稳定性。

（2）从区域生态系统演替规律角度分析。大九湖沼泽具有形成时间早、发育连续、泥炭累积速度慢的特点，最底层泥炭的堆积时间至少为晚更新世末期。根据泥炭剖面中泥炭植物残体分析，大九湖沼泽的演化遵循从富营养沼泽开始，经中营养沼泽，最后发展成为贫营养沼泽，见图2。

大九湖沼泽湿地是以陆地沼泽化，尤其是草甸沼泽化为主形成的。大九湖盆地在沼泽化之前，这里的古地理环境曾是干湿交替、无林木生长的草甸，以后由于自然地理环境变化和草甸密丛植物发展，促使地表土层过湿，通气不良，从而导致沼泽的形成和发展。

由于该工程地处北亚热带季风气候区，属典型的大陆性高山潮湿气候，雨量丰富，且多为中小雨，利于土壤维持较大蓄水量，可为湿地生态系统提供可靠的水分供应。湿地以蒸发蒸腾形式与大气进行大量的水汽交换，形成阴雨多雾的盆地小气候，利于喜阴耐湿动植物的生长，为湿地生态系统恢复提供了适宜的水热环境条件。这使得大九湖地区湿地植物的生物恢复力较强，一般在10～20年可以形成较稳定的次生群落。因此，各项涉水工程设施建成后，湖泊水面、沼泽湿地和草甸湿地面积得到恢复稳定后，湿地生态系统将达到新的平衡，区域生态系统的恢复功能将趋于增强和稳定。

3.2.2　对阻抗稳定性的影响

（1）阻抗稳定性分析的指数及其计算方法。自然景观生态体系分为自然组分和人为干扰组分，自然组分包括林地、耕地、灌草地和沼泽，人为干扰组分包括耕地、建筑用地和道路。根据研究目的和研究区特点，选择了景观组分的比例、密度、平均大小、分离度、多样性指数、均匀度指数、优势度[18-20]等指标，来反映涉水工程对自然体系阻抗稳定性的影响。计算公式分别为：

1）景观组分比例（Pi）：表示景观的组成状况：

Pi=（Ai/A）×100%

式中：Pi为景观组分i（i=1～m）的面积比例，%，m为景观组分类型数；Ai为景观组分i的面积，hm2；A为景观总面积，hm2。

2）景观组分密度（Ri）：表示景观破碎化程度：

Ri=Ni/A

式中：Ri为景观组分密度或破碎度，个/hm2；Ni为景观组分i的斑块数。

3）景观组分的平均大小：用于描述景观粒度，在一定程度上揭示景观破碎化程度：

Ai= Ai/Ni

式中：为 景观组分的平均面积，hm2。

4）景观分离度（Fi）：表示景观组分的分离程度，分离度越大，表明景观在地域分布上越分散：

式中：Fi为景观分离度；Di为景观组分i的距离指数。

5）景观多样性指数（H）：反映景观的复杂性。在一个景观系统中，H值越大，表示景观类型越丰富，该指数同时表示景观中景观组分的多度和异质性程度。

式中：H为景观多样性指数。

6）景观均匀度指数（E）：反映景观组分分布的均匀程度：

E=H/Hmax

Hmax=ln m

式中：E为景观均匀度指数；H为景观实际多样性；Hmax为景观最大多样性。

7）景观优势度（D）：以反映景观组分的地位和作用。D大时，表示景观中仅以少数景观组分为优势，D小时，表示各景观组分的面积比例大致相似。多样性指数越大，优势度越小。

D=Hmax-H

式中：D为景观优势度指数。

（2）结果与分析。

1）景观数量结构及分布变化分析。工程建成前，林地、耕地和沼泽面积占景观总面积的90.3%，共同主导着大九湖湿地景观。部分耕地实施退耕还泽还草，重建湖泊湿地景观后，林地、耕地和沼泽面积占景观总面积比例下降至81.6%，而林地、耕地、灌草地和沼泽面积占景观总面积比例则达到91.5%（表2）。表明工程建成后，由林地、耕地和沼泽3个景观类型共同主导的大九湖湿地景观格局转变成由林地、耕地、灌草地和沼泽4个景观类型共同主导的湿地景观，导致原有自然景观体系中优势景观组分的优势地位趋于更加不明显，而自然组分作为主导景观的特征趋于明显。

同时，工程建成后耕地面积从566.67hm2下降至312.83hm2，导致人为干扰景观组分所占比例从35.1%下降至20.4%，而林地、灌草地、沼泽和水域等自然景观组分所占比例从64.9%增大至79.6%，自然景观组分构成了景观的基质，其作为优势景观组分的地位逐渐得到增强，这种变化有利于该区域吸收内外干扰，提供抗御干扰的可塑性，增强了局部景观的稳定性，阻抗稳定性有所增大[21]。

2）景观异质性变化分析。该涉水工程建成后，大九湖湿地的景观多样性指数从1.375增大至1.531，均匀度指数从0.707增大至0.787，均有所增大，表明大九湖自然景观生态体系各景观组分的分布更加均匀，异质性程度变得更高。但景观优势度指数却有所下降，从0.571下降至0.415，反映了实施退耕还泽还草、重建湖泊湿地景观后，大九湖湿地的优势景观组分从3个上升至4个，没有特别占优势的景观组分，景观组分比例趋于均匀化（表3）。

因此，退耕还泽还草与涉水工程建成后，由于自然景观组分面积扩大，分布更加集中、更加均匀，自然景观生态体系的多样性、异质性得到提高，阻抗稳定性得到增强，自然景观组分对景观动态变化的控制程度及对生态环境质量的调控能力得到提高，更加有利于自然生态系统平衡的维护。