黃河三角洲道路網(wǎng)絡(luò)特征及其對生態(tài)影響的研究.pdf

1、道路是人類生活和社會發(fā)展中最重要的物質(zhì)和能量通道。作為人工引入的廊道系統(tǒng)，道路在帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益的同時(shí)，其對生態(tài)環(huán)境造成的影響卻長期以來被人們所忽視。我國對道路生態(tài)的系統(tǒng)化研究起步較晚，研究對象也主要集中于西部高原和山區(qū)，且主要以高速公路為研究對象。平原區(qū)尤其是濱海平原的報(bào)道較少，也缺乏不同道路類型之間生態(tài)影響的差異性對比研究。因此，有必要在不同生態(tài)區(qū)以不同道路類型為研究對象，深入地探討道路對生態(tài)環(huán)境的影響。作為我國保存最完整的

2、河口三角洲濕地，黃河三角洲以其資源的稀有性、生態(tài)的脆弱性而成為研究者長期關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著該區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的工程建設(shè)已經(jīng)造成了原生濕地生境的損失和環(huán)境的衰退，成為三角洲經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與濕地生態(tài)保護(hù)的矛盾焦點(diǎn)之一。本研究在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)分析、模式識別、模型模擬、空間演算等多種手段，在微觀尺度和景觀尺度兩個(gè)水平上對黃河三角洲道路系統(tǒng)的特征和演化規(guī)律、道路對邊際植物生境、草本植物種群、土壤污染和景觀水平上的格局影響進(jìn)行了深入

3、的研究，以期對黃河三角洲地區(qū)自然資源的合理利用和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。
　　 （1）基于野外各類道路的調(diào)查結(jié)果，提出了包含形態(tài)檢測、模式識別和邏輯推理3個(gè)認(rèn)知層次，適合于濱海平原地區(qū)的半自動道路網(wǎng)絡(luò)提取模型。構(gòu)建了黃河三角洲1984～2006年間的逐年道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。在圖論理論的支持下，完成了道路網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)特征和空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析。時(shí)序分析結(jié)果表明，不同類型道路的擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)存在差異。省道和縣鄉(xiāng)公路擴(kuò)張的主要驅(qū)動力是居民出行需求

4、，油田專用公路的修建主要以滿足勝利油田石油生產(chǎn)為主要目的，高速公路的修建主要是國家宏觀產(chǎn)業(yè)布局和交通布局的需要?？臻g網(wǎng)絡(luò)分析和重心分析的結(jié)果表明，三角洲道路網(wǎng)絡(luò)連通狀況可以劃分為網(wǎng)絡(luò)發(fā)散擴(kuò)張、回路緩速遞減和網(wǎng)絡(luò)相互連通三個(gè)階段。道路網(wǎng)絡(luò)空間發(fā)展形態(tài)呈現(xiàn)出由一軸兩核擴(kuò)張→兩岸四區(qū)對峙→多核網(wǎng)絡(luò)互通的發(fā)展演化模式。
　　 （2）以野外土壤樣品的采集與分析為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域環(huán)境背景資料，構(gòu)建了基于區(qū)域環(huán)境因素推演道路邊際重金屬含量的ML

5、P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并應(yīng)用該模型對黃河三角洲道路邊際50m范圍內(nèi)的土壤重金屬含量進(jìn)行了2.5m分辨率的逐柵格模擬。結(jié)果表明，該模型能夠較好的模擬道路邊際土壤重金屬濃度的空間分布，所得結(jié)果具有較高的精度?，F(xiàn)代黃河三角洲道路邊際的土壤重金屬含量略高于山東省土壤背景值，但低于國家環(huán)境質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)（除Cd外）。受Cd大面積超標(biāo)的影響，黃河三角洲道路兩側(cè)邊際50m范圍內(nèi)的土壤80.69％為輕度污染，15.49％為尚清潔，僅有5.83km2為清潔。表明

6、道路是其邊際土壤的重金屬污染源，但對環(huán)境尚未造成廣泛和顯著的危害。不同的道路，其邊際土壤的重金屬累積規(guī)律不同。公路等級越高、車流量越大，重金屬濃度越高。隨著距道路距離的變化，重金屬濃度發(fā)生改變?？傮w上來說，大多數(shù)重金屬在30m以內(nèi)達(dá)到峰值，其后逐漸降低接近背景值。同時(shí)，變化規(guī)律受區(qū)域環(huán)境條件、土地利用方式和重金屬累積機(jī)制的影響。
　　 （3）在研究區(qū)開展了多次野外植被樣方調(diào)查，首次獲得了黃河三角洲道路邊際植物群落的主要類別。應(yīng)用

7、二岐式劃分方法，完成了草本植物群落的劃分，并通過多樣性分析和DCCA排序，研究了道路邊際植物群落的梯度演變規(guī)律和主要環(huán)境驅(qū)動因子。研究結(jié)果顯示，黃河三角洲道路邊際草本植物種類計(jì)有20科、41屬、48種，分別占現(xiàn)代黃河三角洲被子植物的51.3％，34.5％，25.5％，道路邊際植被共涉及14個(gè)分布區(qū)類型，道路邊際植被具有廣域性，且以溫帶成分為主，熱帶性質(zhì)的屬起到補(bǔ)充成分的作用。道路15 m邊際內(nèi)的植被可分為4個(gè)群系，11個(gè)群叢。堿蓬、蘆葦

8、、獐茅、狗尾草是主要建群種。群落的形成和分布同時(shí)受到大尺度海陸環(huán)境演變和小尺度道路邊際環(huán)境的雙重影響。物種多樣性從道路路肩向遠(yuǎn)處存在明顯的遞減梯度。物種更替速率形成以道路為中心的單峰分布格局。距道路距離，距海岸線距離和道路類型是決定道路邊際植物種群分布的主要因素。省道邊際物種更替速率最快，高速公路次之，縣鄉(xiāng)公路最低。道路作為典型的人工廊道，對現(xiàn)代黃河三角洲的濕生植物產(chǎn)生了較大的干擾，尤其是其兩側(cè)10m的帶狀區(qū)域，出現(xiàn)較為明顯的濕生植物衰

9、退和中生、早生物種的入侵，是造成黃河口濕地萎縮的原因之一。
　　 （4）研究在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立了包含1個(gè)景觀類，3個(gè)景觀亞類，12個(gè)景觀系的道路邊際景觀分類體系。并應(yīng)用多時(shí)相遙感影像，完成了主要道路兩側(cè)邊際1km范圍內(nèi)的景觀分類。應(yīng)用多種景觀格局指數(shù)，進(jìn)行了不同道路類型，不同緩沖區(qū)范圍和不同景觀類別的動態(tài)演變特征分析。結(jié)果表明，道路邊際景觀的演變規(guī)律受道路發(fā)展過程、道路功能差異和區(qū)域發(fā)展背景的影響。距道路越近，受人為干擾影

10、響越嚴(yán)重。人類對道路邊際景觀的開發(fā)利用降低了景觀的多樣性，增加了景觀的破碎化，造成了自然濕地景觀的減少，使景觀邊界形狀趨于規(guī)則化發(fā)展。提出了基于波爾茲曼熱力學(xué)的道路邊際景觀穩(wěn)定性評價(jià)方法，結(jié)果表明人類對道路邊際持續(xù)的負(fù)熵輸入是決定非自然景觀穩(wěn)定性的主要原因，負(fù)熵輸入的強(qiáng)度主要受道路功能和分布區(qū)域的影響。結(jié)合前述微觀生態(tài)過程研究的結(jié)果，可以認(rèn)為，道路對其邊際植被、土壤的微觀生態(tài)影響不足以導(dǎo)致景觀尺度上的格局改變，水鹽生態(tài)過程、流通過程、破