馬明海，　張　博，　黃民生，　冷培恩

(1. 華東師范大學 生態(tài)與環(huán)境科學學院，上海　200062；

2. 黃山學院 生命與環(huán)境科學學院，安徽 黃山　245041；

3. 上海市疾病預防與控制中心 病媒生物防治科，上?！?00031)

上海市地理景觀對夏季蚊蟲孳生的影響

馬明海1,2，張博1，黃民生1，冷培恩3

(1. 華東師范大學 生態(tài)與環(huán)境科學學院，上海200062；

2. 黃山學院 生命與環(huán)境科學學院，安徽 黃山245041；

3. 上海市疾病預防與控制中心 病媒生物防治科，上海200031)

摘要：利用遙感和地理信息系統(tǒng)提取2007—2008年夏季上海市蚊蟲監(jiān)測點緩沖區(qū)的土地利用狀況和景觀多樣性數(shù)據(jù)，分析了區(qū)域水體、植被空間分布等區(qū)域景觀特征及其變化對蚊蟲密度消長的影響，為城市化過程中的蚊害防控提供參考依據(jù).結果表明，本研究區(qū)內蚊蟲密度與景觀多樣性、水網(wǎng)密度和植被密度成正相關關系，與景觀破碎度成負相關關系，50%~70%植被覆蓋度環(huán)境更有利于蚊蟲繁殖，水域及水利設施用地的蚊蟲密度高于其他用地類型.2007—2008年上海市夏季郊區(qū)的蚊蟲密度高于市區(qū)，城市建設對蚊蟲密度消長有重要影響.

關鍵詞：蚊蟲密度；地理景觀；城市化；夏季；地理信息系統(tǒng)

第一作者：馬明海, 男, 博士研究生，研究方向為河道治理與修復. E-mail: maminghai@hsu.edu.cn.

0引言

快速的城市化進程在改變區(qū)域景觀特征的同時，也改變了蚊蟲的棲息環(huán)境、群落結構以及種群密度，進而影響蚊蟲的孳生和蚊媒疾病的傳播[1-5].傳統(tǒng)的蚊蟲調查研究很少關注孳生地周邊地理景觀的影響.目前有關蚊蟲孳生與地理景觀的研究區(qū)域以蚊蟲孳生密度和蚊媒疾病發(fā)病率較高的農村地區(qū)為主，而在城鎮(zhèn)地區(qū)僅為簡單的調查統(tǒng)計，且多為單一描述性分析，極少涉及定量研究[6-9].隨著空間信息科學的發(fā)展，高分辨率衛(wèi)星影像的應用為準確獲取蚊蟲孳生地周邊的地理景觀信息提供了便捷，地理信息系統(tǒng)的應用可以對蚊類密度消長、群落分布與地理景觀數(shù)據(jù)進行量化分析，從而克服了大范圍孳生地環(huán)境調查費時、費力、結果不直觀的缺點[10-14].

本研究以上海市為例，利用遙感(Remote Sensing，RS)和地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)探討了2007年和2008年夏季(6—8月)上海市土地利用方式、水網(wǎng)及植被空間分布等景觀特征及其變化對蚊蟲密度消長的影響，為合理規(guī)劃城鎮(zhèn)建設及建設過程中蚊害的防控提供參考依據(jù).

1數(shù)據(jù)與方法

1.1　蚊蟲監(jiān)測

上海市各區(qū)縣蚊蟲監(jiān)測點的分布見圖1.每個區(qū)縣設5—6個監(jiān)測點，共96個監(jiān)測點，每旬監(jiān)測1次，監(jiān)測時間為當天的17:20~20:45，每個監(jiān)測點使用15臺電動吸蚊器捕蚊0.25 h(蚊蟲監(jiān)測數(shù)據(jù)由上海市疾病預防與控制中心提供).計算各監(jiān)測點月平均蚊蟲密度=每月捕蚊總數(shù)/(15×0.25)，單位為只/(臺·h)，結合Landsat-5 TM遙感影像所獲取的景觀特征因素，采用SPSS19.0進行相關性分析.

圖1　上海市蚊蟲監(jiān)測點空間分布

1.2　數(shù)據(jù)處理

文中所使用的Landsat-5 TM遙感影像取自中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心網(wǎng)站(http://ids.ceode.ac.cn)，通過對上海市Landsat-5 TM遙感影像提取水體信息，采用改進型歸一化差異水體指數(shù)(Modified Normalized Difference Water Index，MNDWI)[15]、面積加權平均斑塊形狀指數(shù)(Area Weighted Mean Shape Index，AWMSI)和平均臨近指數(shù)(Mean Proximity Index，MPI)分析水網(wǎng)密度、水體斑塊形狀以及水體空間分布與蚊蟲密度消長的關系.

1.3　分析方法

使用最大似然法[16]將遙感影像中的上海市土地利用類型分為5類：水域及水利設施用地、農林及城市綠化用地、城鎮(zhèn)建設用地、交通運輸用地和未利用土地.根據(jù)大多數(shù)蚊類飛行的極限距離[17，18]，將監(jiān)測點周邊半徑為1 000 m的緩沖區(qū)作為相關環(huán)境因素的分析區(qū)域.應用ArcGIS 9.3計算2007—2008年夏季各監(jiān)測點緩沖區(qū)內5類土地利用類型構成比例，并采用灰色關聯(lián)模型[19]分析蚊蟲密度與不同土地利用類型的關系.

選取香農多樣性指數(shù)(Shannon′s Diversity Index，SHDI)[20]表征蚊蟲監(jiān)測點緩沖區(qū)內景觀異質化程度、景觀組成的均勻度和復雜性，采用ArcGIS 9.3對上海市土地利用分類柵格圖進行分析，計算出SHDI，并用SPSS 19.0分析蚊蟲密度與景觀格局的關系.

利用遙感處理軟件(ENVI 4.8)對2007—2008年夏季上海市的遙感影像進行拼接、剪裁、色彩平衡等處理，使用ENVI 4.8計算植被覆蓋度(Vegetation Fractional Coverage，VFC)，采用SPSS 19.0分析蚊蟲密度與植被分布的關系.

2結果與分析

2.1　蚊蟲密度消長與土地利用類型時空變化分析

2007年和2008年夏季上海市各區(qū)縣監(jiān)測點緩沖區(qū)的土地利用構成比與蚊蟲平均密度見圖2.可以看出，2007年和2008年夏季上海市市區(qū)蚊蟲監(jiān)測點緩沖區(qū)內的土地利用類型仍以城鎮(zhèn)建筑用地為主，平均比例分別為85.47%和84.02%，顯著高于郊區(qū)的31.87%和28.79%(T-Test，p<0.05)，而農林及城市綠化用地分別為7.65%和7.68%，顯著低于郊區(qū)的55.58%和52.64%(T-Test，p<0.05).對于未利用土地，2007—2008年市區(qū)比郊區(qū)分別低3.84和9.67個百分點(T-Test，p<0.05).除黃浦區(qū)(監(jiān)測點靠近蘇州河)外，兩年份市區(qū)其余各區(qū)水域面積平均比例分別為0.52%和0.92%，比郊區(qū)分別低3.32和2.10個百分點，市郊差異性顯著(T-Test，p<0.05).

2007年和2008年夏季郊區(qū)監(jiān)測點平均蚊蟲密度分別為11.58和10.37只/(臺·h)，顯著高于市區(qū)的1.68和1.80只/(臺·h)(T-Test，p<0.05)，可能是由于郊區(qū)水域面積顯著大于市區(qū)，其生境較適合蚊蟲孳生.隨著城市化水平的提高，市區(qū)部分未利用地和城市綠地轉變?yōu)榻ㄖ玫?，一定程度上導致對應區(qū)域蚊蟲密度的下降.將各監(jiān)測點平均蚊蟲密度與對應時間蚊蟲孳生地土地利用類型面積比例進行灰色關聯(lián)分析，結果見圖3.

由圖3可知，2007年夏季和2008年夏季監(jiān)測點緩沖區(qū)內土地利用類型與蚊蟲密度消長表現(xiàn)出了一致的關聯(lián)序：水域及水利設施用地>城鎮(zhèn)建筑用地>農林及城市綠化用地>未利用土地>交通運輸用地.雌蚊的產卵離不開水體和血源[21,22]，上海市夏季高溫多雨，為蚊蟲的繁殖提供了適宜的孳生環(huán)境.水域及水利設施用地和城鎮(zhèn)建筑用地與蚊蟲密度的關聯(lián)度較高，是影響蚊蟲繁殖孳生的主要土地利用類型.市區(qū)內小型景觀水體、水位較低的緩流型河道以及郊區(qū)水生植物叢生的坑塘、灌溉溝渠等處均是蚊蟲常見孳生地[21]，應加強衛(wèi)生清理和環(huán)境整治工作.

圖2　2007—2008年夏季上海市各區(qū)縣監(jiān)測點緩沖區(qū)土地利用構成比與平均蚊密度

圖3　蚊蟲密度消長與孳生地土地利用類型面積比例的灰色關聯(lián)度

2.2　蚊蟲密度與景觀格局時空變化分析

圖4顯示了2007—2008年夏季上海市各區(qū)縣蚊蟲監(jiān)測點緩沖區(qū)的平均蚊蟲密度和香農多樣性平均指數(shù)(SHDI).

可以看出，2007年和2008年夏季郊區(qū)監(jiān)測點緩沖區(qū)平均SHDI分別為0.82和0.84，顯著高于市區(qū)的0.47和0.53(T-Test，p<0.05).結合全市各監(jiān)測點夏季平均蚊蟲密度與對應1 000 m緩沖區(qū)SHDI，用SPSS 19.0進行雙變量相關性分析可知，2007年各監(jiān)測點夏季平均蚊蟲密度與緩沖區(qū)SHDI顯著相關(r=0.344,p<0.01)；2008年監(jiān)測點夏季平均蚊蟲密度與緩沖區(qū)SHDI相關性不顯著(r=0.190,p>0.05).總體來看，隨著各土地類型斑塊在區(qū)域內分布均衡化、破碎化程度愈明顯，蚊蟲密度較高的可能性愈大.

圖4　上海市各區(qū)縣監(jiān)測點蚊蟲密度與緩沖區(qū)SHDI比較

2.3　蚊蟲密度與水域分布時空變化分析

圖5為2007年和2008年夏季各區(qū)縣內監(jiān)測點平均蚊蟲密度和1 000 m緩沖區(qū)改進型歸一化差異水體指數(shù)(MNDWI).

圖5　上海市各區(qū)縣監(jiān)測點蚊蟲密度與緩沖區(qū)MNDWI比較

可以看出，2008年夏季各監(jiān)測點緩沖區(qū)平均MNDWI和平均蚊蟲密度與2007年夏季相比略高，差異不顯著.相關性分析結果顯示，2007年和2008年全市各監(jiān)測點夏季平均蚊蟲密度與緩沖區(qū)平均MNDWI均顯著相關(r=0.504,p<0.01；r=0.424,p<0.01).夏季氣溫偏高，成蚊產卵及蚊幼生長等活動對水環(huán)境的依賴性增強.水體形狀不規(guī)則性是影響其生境多樣性的基礎，對于大部分蚊種，適合其孳生的水域一般為緩流河道岸邊、溪流、水位較淺的坑塘等，其形狀不規(guī)則性較高，而不規(guī)則性較小的大型河流、湖泊等很少出現(xiàn)蚊幼孳生.

圖6和圖7分別為2007年和2008年夏季上海市各區(qū)縣監(jiān)測點平均蚊蟲密度和面積加權平均斑塊形狀指數(shù)(AWMSI)及平均臨近指數(shù)(MPI)的空間分布.由圖6可知，2007年和2008年夏季奉賢區(qū)南部和崇明縣西北部AWMSI明顯高于其他區(qū)縣，同時，上述區(qū)域監(jiān)測點夏季平均蚊蟲密度也明顯高于其余監(jiān)測點.AWMSI值高，即水體斑塊復雜性高，則水體形狀不規(guī)則性高，水網(wǎng)密度大，蚊蟲孳生的可能性就高.

圖6　上海市監(jiān)測點蚊蟲密度與AWMSI空間分布

圖7　上海市監(jiān)測點蚊蟲密度與MPI空間分布

由圖7可知，2007—2008年夏季市區(qū)MPI低于郊區(qū)，說明市區(qū)水體板塊分布的離散度高于郊區(qū)，即市區(qū)水體景觀破碎度較高.城市化進程的加快，城鎮(zhèn)建設用地的大規(guī)模擴展使得郊區(qū)河流、池塘等水體以及農業(yè)用地不斷被侵占.其中，河道等水系末端的支流被填埋，導致水系網(wǎng)絡進一步呈現(xiàn)主干化、簡單化的趨勢；郊區(qū)農業(yè)用地的減少可能引起河網(wǎng)自然形狀發(fā)育特征受損，而市區(qū)高度城市化使得河網(wǎng)自然形態(tài)結構基本消失、水體生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，導致市區(qū)大部分區(qū)域MPI值低于郊區(qū).相關性分析顯示，2007年和2008年各監(jiān)測點平均蚊蟲密度與緩沖區(qū)平均MPI均顯著相關(r=0.502,p<0.01；r=0.365,p<0.01).隨著水體景觀連通性增大，破碎度減小，蚊蟲密度升高的可能性增加.

2.4　蚊蟲密度與植被分布時空變化分析

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—2007)，結合上海市植被覆蓋情況，將植被覆蓋度分為：低植被覆蓋度(<10%)、較低植被覆蓋度(10%~30%)、中度植被覆蓋度(30%~50%)、較高植被覆蓋度(50%~70%)、高度植被覆蓋度(>70%)共5個等級.2007—2008年上海市夏季不同植被覆蓋度構成比與平均蚊蟲密度的關系見圖8.

圖8　上海市監(jiān)測點緩沖區(qū)內不同植被覆蓋度構成比與蚊密度

由圖8可以看出，2008年夏季市區(qū)0~10%和70%~100%植被覆蓋度較2007年夏季市區(qū)分別上升了3.28和0.21個百分點，10%~30%、30%~50%、50%~70%植被覆蓋度則依次下降了2.51、0.80及0.17個百分點.2008年夏季郊區(qū)0~10%、10%~30%、30%~50%、50%~70%植被覆蓋度較2007年夏季郊區(qū)分別上升了4.10、3.43、4.14和1.02個百分點，70%~100%植被覆蓋度則下降了12.69個百分點.2008年夏季上海市植被覆蓋程度低于2007年夏季，郊區(qū)的植被覆蓋度下降較市區(qū)更為明顯.

結合夏季不同植被覆蓋度下的蚊蟲密度可知，2007年和2008年上海市夏季監(jiān)測點緩沖區(qū)內50%~70%植被覆蓋度下監(jiān)測點蚊蟲密度最高，分別為16.44和11.22只/(臺·h)，比同一年份其余各植被覆蓋度分別高出13.06、13.27、11.49、5.70及8.76、5.99、1.70、2.62只/(臺·h).隨著區(qū)域植被密度的增大，蚊蟲密度升高的可能性也愈大.城市綠地的減少可能導致2008年夏季監(jiān)測點一部分蚊蟲的活動范圍較2007夏季向低植被覆蓋度轉移.本研究區(qū)50%~70%植被覆蓋度環(huán)境最適合蚊蟲繁殖，為蚊幼孳生提供良好蔭蔽條件的同時，也為成蚊的產卵、交配等提供了舒適的活動空間.

3結論

(1) 2007—2008年夏季上海市市區(qū)以城鎮(zhèn)建筑用地為主，植被和未利用面積明顯低于郊區(qū).郊區(qū)各土地類型斑塊分布均衡化、破碎化程度較高，生境更為復雜，適合蚊蟲孳生，蚊蟲密度明顯高于市區(qū).2007年和2008年夏季上海市土地利用類型與蚊蟲密度關聯(lián)度大小順序均為：水域及水利設施用地>城鎮(zhèn)建筑用地>農林及城市綠化用地>未利用土地>交通運輸用地.城市化導致建筑面積的擴大，破壞了蚊蟲的孳生地環(huán)境，一定程度上引起蚊蟲密度的下降.

(2) 2007—2008年夏季上海市郊區(qū)水體斑塊復雜程度與市區(qū)差異較小，城市化可引起水系網(wǎng)絡結構向主干化和簡單化發(fā)展，隨著水體斑塊復雜性增大，蚊蟲密度較高的可能性愈大.夏季雨水較多導致水體景觀連接性升高，破碎度下降，蚊蟲密度較高的可能性增大.

(3) 本研究區(qū)內，隨著區(qū)域植被密度增大，蚊蟲密度較高的可能性也愈大，50%~70%植被覆蓋度環(huán)境更利于蚊蟲孳生和活動.

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(責任編輯張晶)

Influence of the geographic landscape on mosquito breeding in summer in Shanghai

MA Ming-hai1, 2,ZHANG Bo1,HUANG Min-sheng1,LENG Pei-en3

(1.SchoolofEcologicalandEnvironmentalSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China;

2.SchoolofLifeandEnvironmentalSciences,HuangShanUniversity,HuangshanAnhui245041,China;

3.DepartmentofVectorControl,ShanghaiMunicipalCenterforDiseaseControl

&Prevention,Shanghai200031,China)

Abstract:The data of land utilization and landscape diversity within mosquito monitoring point buffers in summer of 2007—2008 in Shanghai were extracted by remote sensing and geographic information system. In order to provide a reference basis for prevention and control of anophelism during the process of urbanization, the effect of variation and characteristic of spatial distribution of water and vegetation on mosquito density fluctuation were analyzed. The results showed that there was a positive relationship between mosquito density and landscape diversity, density of water network and vegetation, while negative relationship with degree of landscape fragmentation. It was conducive to mosquito breeding when the degree of vegetation coverage was 50%~70% in the study districts. The mosquito density of water and water conservancy facilities was larger than other types of land use and the mosquito density of suburb exceeded downtown of Shanghai in summer of 2007—2008. Therefore, the urban construction would influence the mosquito density significantly.

Key words:mosquito density;geographic landscape;urbanization;summer;geographic information system

通信作者：黃民生, 男, 教授, 博士生導師, 研究方向為水環(huán)境治理與修復.E-mail: mshuang@des.ecnu.edu.cn.

基金項目：國家科技重大專項(2013ZX07310001, 2014ZX07101012)；國家自然科學基金(51278192)；上海市學科帶頭人計劃(11XD1402100)

收稿日期：2014-07

中圖分類號：X835

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-5641.2015.02.003

文章編號：1000-5641(2015)02-0021-09