長江黃河源區(qū)濕地分布的時空變化及成因

杜際增, 王根緒, 楊 燕, 張 濤, 毛天旭

1 中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地環(huán)境演變與調(diào)控重點實驗室, 成都 610041 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

長江黃河源區(qū)濕地分布的時空變化及成因

杜際增1,2, 王根緒1,*, 楊 燕1, 張 濤1, 毛天旭1

1 中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地環(huán)境演變與調(diào)控重點實驗室, 成都 610041 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

通過整理解譯1969年航片、1986年、2000年、2007年以及2013年TM影像數(shù)據(jù)，對長江黃河源區(qū)的高寒濕地分布的時空變化特征進行分析，并結(jié)合氣象觀測數(shù)據(jù)和人類活動狀況，運用主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度法定量分析造成高寒濕地退化的氣候因素和人為因素的貢獻，并揭示了高寒濕地退化與各環(huán)境因子之間的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明：1969年—2013年間，江河源區(qū)的高寒濕地面積減少了19.16%，各濕地類型的斑塊分離度不斷增大；空間上，高寒濕地的退化區(qū)主要分布在長江源區(qū)的東北部以及黃河源區(qū)的北部地區(qū)，與該區(qū)域凍土的退化有顯著的一致性；1969年以來，江河源區(qū)的氣候呈氣溫顯著上升、相對濕度降低以及降水量微弱增加的暖干化趨勢，濕地的退化與氣候變化在時間上有明顯的同步性，其中氣溫升高是形成濕地退化格局的主要原因，降水量和相對濕度的變化會對濕地的變化產(chǎn)生重要影響，尤其是對河流和湖泊的影響更為顯著; 此外，載畜量的變化是影響濕地變化最重要的人為因素。

江河源區(qū); 高寒濕地; 時空變化; 驅(qū)動因素

濕地是介于陸地和水體之間的特殊類型的生態(tài)系統(tǒng)，兼有兩者屬性，并且發(fā)揮著獨特的生態(tài)功能[1]。濕地與陸面水文過程聯(lián)系密切，具有調(diào)蓄水資源和涵養(yǎng)水源的重要作用[2]；另外，濕地的生物多樣性十分豐富，是地球上生產(chǎn)力最高、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最大的生態(tài)系統(tǒng)[3]。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，濕地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)最敏感[4-6]，因此在全球變化的背景下，全球范圍內(nèi)濕地生態(tài)系統(tǒng)都在加速退化。尤其是凍土區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的變化，會直接改變區(qū)域土壤的水熱性質(zhì)，從而影響土壤水分和CO2的流通，進一步對整個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[7-8]。

江河源區(qū)是長江和黃河的發(fā)源地，也是世界上海拔最高的、面積最廣的高寒沼澤濕地的集中分布區(qū)[9]，高寒濕地對江河源區(qū)的水循環(huán)與流域水文過程有重要影響，高寒濕地格局和分布的變化對江河源區(qū)生態(tài)環(huán)境和水安全有著重要意義[10]。另外，濕地和凍土存在顯著的共生關(guān)系[11]，因此江河源區(qū)高寒濕地發(fā)展變化與凍土環(huán)境演變關(guān)系密切，因此對全球氣候變化高度敏感。已有研究發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)80年代中后期到本世紀(jì)初，江河源區(qū)的濕地的面積出現(xiàn)大幅度萎縮，景觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯退化，并且導(dǎo)致江河源區(qū)水源涵養(yǎng)和水資源調(diào)蓄能力顯著下降[10-12]；雖然對江河源區(qū)濕地的變化及其驅(qū)動因素有了很多研究，但是時間尺度都比較短，分類方法簡單，難以說明江河源區(qū)濕地長期的變化規(guī)律及其與全球變化的關(guān)系；而且鮮有研究從濕地的時空變化特征角度去分析探討氣候變化對高寒濕地的影響機制。

本文參照《濕地公約》和《全國濕地資源調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》中濕地的劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)野外實地考察江河源區(qū)所獲得的樣點數(shù)據(jù)以及已有的研究成果[10-14]，將江河源區(qū)的濕地劃分為：典型沼澤草甸、高寒泥炭沼澤、河流濕地以及湖泊濕地4種類型。此外，根據(jù)O′Connell對濕地退化標(biāo)準(zhǔn)的研究[15]，結(jié)合江河源區(qū)濕地的演變特征以及遙感觀測的識別能力，本文將江河源區(qū)濕地退化類型分為面積減少、干旱化以及破碎化3種。然后利用長時間尺度航測和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合地面調(diào)查，對江河源區(qū)高寒濕地的演變進行了系統(tǒng)分析，并從景觀尺度對江河源區(qū)高寒濕地的動態(tài)變化進行分析，探究江河源區(qū)濕地在近45年的變化規(guī)律及其與氣候變化和人為因素的關(guān)系，并討論分析各環(huán)境因子驅(qū)動江河源區(qū)濕地變化的機制。

1 研究區(qū)與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文的研究區(qū)是長江源區(qū)和黃河源區(qū)(圖1)，長江源區(qū)選擇以直門達水文站為界，大致位于90°43′—96°45′E，32°30′—35°35′N之間，流域控制面積約13.78萬 km2。黃河源區(qū)以達日縣吉邁水文站為界，大致位于96°00′—99°45′E，33°00′—35°35′N之間，面積約6.48萬 km2。地貌上以高原丘陵為主，河網(wǎng)發(fā)育，俗稱江河源區(qū)。研究區(qū)段的自然生態(tài)系統(tǒng)主要有高寒草原生態(tài)系統(tǒng)、高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)、高寒沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)三大類型，局部在一些河谷地帶分布稀疏的水柏枝(Myricariabracteata)和毛枝山居柳(Salixcupularis)等高寒灌叢，在高大山體上部分布墊狀與稀疏流石坡植被，另外在黃河源區(qū)東南端，有有林地、疏林地和少量灌木林地構(gòu)成的森林生態(tài)系統(tǒng)面積很小，僅占江河源區(qū)土地面積的0.01%，長江黃河源區(qū)在氣候上處于高寒半干旱與半濕潤過渡帶，年均氣溫為-1.3—-5.5 ℃，年均降水量為270—540 mm[13]。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 The Sketch map of Yangtze River′s Source Regions and Yellow River′s Source Regions

1.2 數(shù)據(jù)與研究方法

本文收集1969年航片數(shù)據(jù)和1986年、2000年、2007年以及2013年的TM數(shù)據(jù)，共5期的6—9月份生長季的影像數(shù)據(jù)，然后對影像進行統(tǒng)一的輻射校正和幾何精糾正，并采用UTM地理坐標(biāo)進行影像校正和利用地形圖(1∶100000)進行校正。通過野外實地考察考察，建立以高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)為核心的12大類23個亞類的遙感解譯標(biāo)志庫(表1)，采用目視解譯并結(jié)合模糊分類模型[14]，對影像進行分類(圖2)，得到江河源區(qū)各時期的土地覆被類型圖，然后對比分析高寒濕地在各個時期的分布變化。

本文還采用破碎度Cki與斑塊分離度Ski來衡量江河源區(qū)高寒草地和高寒濕地在景觀尺度上的變化：

Cki=nki/LUki

(1)

(2)

式中， Cki和Ski是k分區(qū)中第i類土地的破碎度和斑塊分離度，nki是對應(yīng)的斑塊數(shù)目；LUkit0,LUki分別是第k分區(qū)第i種土地類型的面積和總面積[16]。本文中，k分長江源區(qū)和黃河源區(qū)，i分湖泊和沼澤兩大類。

表1 長江黃河源區(qū)土地覆蓋類型對照表[17-36]

圖2 TM影像解譯分類流程圖Fig.2 Flow chart for Interpretation of TM images

2 江河源區(qū)濕地的分布變化的時空特征

2.1 江河源區(qū)高寒濕地變化的時間特征

通過對江河源區(qū)各時期高寒濕地面積對比分析可知，從1969年至2013年間，江河源區(qū)濕地的面積發(fā)生了顯著的變化，其中典型沼澤草甸和高寒泥炭沼澤的退化最為明顯，長江源區(qū)典型沼澤草甸的面積減少了1980.06 km2，占原有面積的29.27%，高寒泥炭沼澤面積減少了241.48 km2，占原有面積的45.18%；黃河源區(qū)的典型沼澤草甸減少了619.30 km2，占原有面積的29.70%，高寒泥炭沼澤面積減少了213.25 km2，占原有面積的54.39%。長江源區(qū)的河流面積和湖泊面積略有減少，其中河流面積減少了140.12 km2，占原有面積的3.24%，湖泊面積減少了36.3 km2，占原有面積的3.34%。黃河源區(qū)河流面積的下降比較明顯，總面積減少了340.05 km2，占原有面積的17.77%；湖泊的面積經(jīng)歷了逐漸減少到突然增加的過程，總面積僅少了5.49 km2，占原有面積的0.35%。

江河源區(qū)的濕地在各個時期的年均變化速率存在明顯的不同，從圖3可以看出， 各類型的濕地面積基本上都在減少，而減少速率在各個時期的變化有明顯差別。沼澤草甸的減少速率的年際變化經(jīng)歷了一個明顯的先迅速增大后逐漸下降的過程，高寒泥炭沼澤的減少速率在第2時期迅速增大后，在第3時期也出現(xiàn)了回落，但是在第4個時期，長江源區(qū)和黃河源區(qū)高寒泥炭沼澤的減少速率變化趨勢出現(xiàn)了不同，長江源區(qū)的高寒泥炭沼澤的減少顯著加快，而黃河源區(qū)的高寒泥炭沼澤的減少速率則出現(xiàn)了大幅度的下降。河流的減少速率在前3個時期在逐漸增大，而在第4個時期，減少速率出現(xiàn)回落。湖泊的減少速率在第1時期到第2時期出現(xiàn)大幅度增長，在第3時期又出現(xiàn)大幅回落，在第4時期則出現(xiàn)面積大幅度增長的現(xiàn)象，也是這一時期濕地中唯一出現(xiàn)面積回升的濕地類型。

圖3 長江與黃河源區(qū)各時期、各典型高寒濕地的面積年均變化率Fig.3 Average annual change rate of typical alpine wetlands area in the source region of Yangtze River and Yellow River

2.2 江河源區(qū)高寒濕地景觀尺度的變化

由于河流在景觀尺度上屬于廊道，統(tǒng)計其空間破碎度和空間分離度沒有實際意義，本文將典型沼澤草甸和高寒泥炭沼澤并為沼澤一類，統(tǒng)計分析沼澤和湖泊的景觀指數(shù)變化，從表2可以看出，長江源區(qū)沼澤的空間分離度在前3個時期一直處于下降趨勢，表明該時期沼澤的退化形式以大量分散的小斑塊消失為主，在第4個時期沼澤的空間分離度和空間破碎度增加，表明該時期沼澤的退化形式轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟀邏K的破碎化；湖泊的分離度也是在前3個時期連續(xù)下降，表明這一時期大量分散的小湖泊干涸消失，第4個時期湖泊的空間分離度和空間破碎度轉(zhuǎn)為增加，表明該時期小湖泊又大量出現(xiàn)。黃河源區(qū)沼澤濕地的空間破碎度和空間分離度一直處于上升狀態(tài)，表明該區(qū)域沼澤的大斑塊退化破碎成許多小斑塊；湖泊的空間分離度和空間破碎度的變化和長江源區(qū)類似，區(qū)域內(nèi)的小湖泊經(jīng)歷了大量消失后大量產(chǎn)生的過程。

表2 江河源區(qū)高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局變化

2.3 江河源區(qū)高寒濕地分布變化的空間特征

從圖4可以看出，江河源區(qū)濕地的退化區(qū)比較分散，長江源區(qū)的濕地退化較為明顯的區(qū)域主要分布在治多縣的東南部、曲麻萊縣的西北部以及格爾木市和雜多縣南部的部分地區(qū)；黃河源區(qū)的濕地退化主要分布在兩個區(qū)域，一個是瑪多縣北部的兩湖地區(qū)，另一個是黃河源區(qū)西部的久治縣、瑪曲縣以及甘德縣的東部地區(qū)。高寒濕地轉(zhuǎn)好或出現(xiàn)新增濕地的區(qū)域主要分布在長江源區(qū)的西部和北部地區(qū)，即格爾木市的西北部地區(qū)和曲麻萊縣的中北部地區(qū)，黃河源區(qū)并沒有明顯的濕地轉(zhuǎn)好區(qū)和新增濕地區(qū)，只是在中北部地區(qū)，即瑪多縣南部和達日縣西北部有零星的區(qū)域出現(xiàn)濕地轉(zhuǎn)好或新增濕地。

圖4 1969—2013年江河源區(qū)濕地退化空間分布圖Fig.4 Spatial pattern of the wetland degradation from 1969 to 2013 in Yangtze River′s Source Regions and Yellow River′s Source Regions

3 江河源區(qū)濕地變化驅(qū)動因子分析

3.1 江河源區(qū)氣候變化趨勢

本文采用江河源區(qū)以及周邊較近的托托河、曲麻萊、達日、清水河等16個氣象站點的氣象數(shù)據(jù)，按照泰森多邊形法對江河源區(qū)的氣象數(shù)據(jù)進行插值，根據(jù)每個氣象站點的控制面積進行加權(quán)整合，然后分別對長江源區(qū)和黃河源區(qū)的總的年平均氣溫和年降水量進行分析，并通過Mann-Kendall法對這些氣候指標(biāo)的多年變化趨勢進行檢驗。

圖5 江河源區(qū)的年平均氣溫和年降水量的變化Fig.5 Changes in mean annual temperature and annual precipitation in the Source of the Yangtze and Yellow Rivers

1969—2013年間，江河源區(qū)的氣溫整體上呈顯著的上升趨勢(圖5)，長江源區(qū)的年平均氣溫增長速率為0.41 ℃/10a，黃河源區(qū)的氣溫增長速率為0.37 ℃/10a，氣溫的上升趨勢都通過了99%水平的置信度檢驗。長江源區(qū)和黃河源區(qū)年降水量的變化出現(xiàn)了明顯差異，長江源區(qū)的降水量呈顯著的增加趨勢，年降水量的平均增長速率為17.51 mm/10a，并通過了95%的置信度檢驗，而黃河源區(qū)的年降水量并沒有呈現(xiàn)明顯的變化趨勢。江河源區(qū)的氣候變化還呈明顯的階段性特征，結(jié)合江河源區(qū)濕地的退化速率的變化可以看出，江河源區(qū)濕地退化速率較快的時期往往氣溫較高而降水偏少，而退化速率的降低則同步出現(xiàn)降水量的增加。

3.2 濕地變化驅(qū)動因子的主成分分析

在定量辨識生態(tài)系統(tǒng)退化的驅(qū)動因素的研究中，主成分分析法已經(jīng)在生態(tài)、地理等領(lǐng)域被廣泛采用[33]。氣候變化和人類活動是導(dǎo)致江河源區(qū)濕地變化的兩個重要因素，本文將氣溫、降水量、相對濕度、載畜量以及人口數(shù)量與濕地聯(lián)系密切的5個氣候與人為因子作為自變量，分別計算出各自變量的相關(guān)系數(shù)、特征值以及主成分貢獻率和累計貢獻率，然后采用方差最大正交旋轉(zhuǎn)法使各關(guān)系密切的因子載荷得到加強，并進一步得出主成分因子負(fù)荷矩陣。

從表3中可以看出，在江河源區(qū)的第1主成分當(dāng)中人口數(shù)量、載畜量和年平均氣溫的載荷量較大，而且載畜量的變化與第1主成分所代表的變化趨勢呈負(fù)相關(guān)，表明該地區(qū)人口增長和氣溫升高是導(dǎo)致該地區(qū)濕地環(huán)境退化的主要因子，載畜量的減少在一定程度上抑制了這種變化的趨勢；在第2主成分中，相對濕度和年降水量的變化起主要作用，相對濕度在一定程度上表征著該地區(qū)的蒸發(fā)量的大小，因此在第2主成分中水分條件是關(guān)鍵因素。長江源區(qū)和黃河源區(qū)差異在于第2主成分中年降水量和相對濕度載荷量的不同，這表明長江源區(qū)的水脅迫的加強主要是由于蒸散量的增加導(dǎo)致的，而黃河源區(qū)的水脅迫的增加主要是由于年降水量的減少引起的。

表3 江河源區(qū)人為因素和氣候因素與濕地退化主成分因子負(fù)荷矩陣

3.3 濕地變化與各環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析

雖然分析得出個環(huán)境因子變化對江河源區(qū)濕地變化的貢獻和作用，但是為弄清各類型濕地對各環(huán)境因子變化的敏感性，還要通過關(guān)聯(lián)分析來定量確定各類型濕地與各環(huán)境因子的相關(guān)聯(lián)程度。本文根據(jù)濕地的在各時間段的動態(tài)變化得出江河源區(qū)濕地逐年的變化情況，將濕地的面積變化序列與各環(huán)境因子序列進行標(biāo)準(zhǔn)化；為了平抑各環(huán)境因子異常值對關(guān)聯(lián)度值的影響，并且便于各環(huán)境因子與各濕地類型變化之間關(guān)聯(lián)度的比較，因此統(tǒng)一選取0.5作為分辨系數(shù)，然后對標(biāo)準(zhǔn)化后濕地面積變化與各環(huán)境因子做灰色關(guān)聯(lián)度分析。

通過表4和表5可知，江河源區(qū)濕地變化與年平均氣溫、載畜量、年降水量和相對濕度都有顯著的關(guān)聯(lián)度。在第1主成分的各關(guān)鍵因素中，濕地變化與年平均氣溫和載畜量的關(guān)聯(lián)度較高，表明氣溫和載畜量的變化是影響濕地變化的主要因素，其中長江源區(qū)的濕地變化對氣溫更加敏感，而黃河源區(qū)的濕地變化對載畜量的變化更加敏感；第2主成分的各關(guān)鍵因素與濕地的變化都存在顯著的關(guān)聯(lián)度，但與各濕地類型之間存在顯著的差異，相對濕度和年降水量的變化與河流和湖泊的變化關(guān)聯(lián)度相對較高。

表4 長江源區(qū)濕地變化與各環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

表5 黃河源區(qū)濕地變化與各環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

4 結(jié)論與討論

近十幾年來，有國內(nèi)外開展了很多針對江河源區(qū)濕地動態(tài)變化的研究，但是大多數(shù)研究都只是闡述了江河源區(qū)濕地在較短時間段內(nèi)的變化特征，鮮有研究能對江河源區(qū)長期的變化規(guī)律、未來發(fā)展趨勢以及與氣候變化的響應(yīng)機制方面進行探究，究其原因，首先是關(guān)于江河源區(qū)的研究尚處于初級階段，對很多陸面過程機理和陸-氣交互機制并不清楚；其次，研究的時間較短，數(shù)據(jù)較少，很難對其變化規(guī)律和發(fā)展趨勢做出分析。本研究發(fā)現(xiàn)，江河源區(qū)的濕地在近45年間一直呈退化趨勢，濕地面積共減少了3576.04 km2，占原有面積的19.16%。其中高寒泥炭沼澤減少幅度最大，其次是典型沼澤草甸與河流，湖泊由于近期面積的增加，所以變化并不明顯，這與李林和劉華等人對江河源區(qū)濕地變化的研究結(jié)果一致[27-28]。但本文進一步分析了江河源區(qū)濕地在各個時期退化速率的變化，發(fā)現(xiàn)江河源區(qū)濕地的退化速率在各個時期有顯著的不同，沼澤濕地的變化大致經(jīng)歷了先迅速增加后逐漸降低的過程，河流的退化速率也出現(xiàn)先增加后降低的特征，但是河流退化速率最快的時期是第3時期，相對于沼澤濕地要滯后一些，這可能是由于溫度升高導(dǎo)致冰川凍土的融化，增加了對河流的補給，削弱了降水減少對河流的影響，并進一步改變了河流退化的特征，這很可能也是江河源區(qū)河流退化的速率和幅度相對于其他濕地類型明顯偏低的原因。湖泊的退化速率的變化特征與沼澤濕地類似，但是湖泊對降水量的變化更加敏感，因此在第4個時期降水量顯著增加后，江河源區(qū)的湖泊面積隨即出現(xiàn)回升，在長江源區(qū)由于湖泊面積的增加，淹沒了部分高寒泥炭沼澤，從而使同時期長江源區(qū)高寒泥炭沼澤的退化速率顯著增大。

借助于遙感技術(shù)和實地的野外考察，本文對江河源區(qū)濕地變化的空間特征進行了分析，江河源區(qū)濕地的退化有明顯的空間差異性，濕地的退化區(qū)主要集中在江河源區(qū)海拔相對較低的季節(jié)凍土區(qū)與多年凍土區(qū)的交匯處，如長江源區(qū)的曲麻萊縣的西北部和治多縣的東南部、黃河源區(qū)的北部和東部的部分地區(qū)。王春鶴等根據(jù)三江平原地區(qū)濕地的研究發(fā)現(xiàn)，濕地和凍土之間存在顯著的共生關(guān)系[29-31]，凍土的對土壤水下滲的截留作用而使地表呈過濕狀態(tài)是濕地形成的必要條件。江河源區(qū)的凍土和濕地之間可能也存在這種共生關(guān)系，由于江河源區(qū)富含砂質(zhì)土壤，砂土孔隙度大，水分容易下滲流失，再加上降水量較少，因此江河源區(qū)的凍土對濕地的存在和變化的影響更加關(guān)鍵。這種共生關(guān)系在濕地退化的空間特征上表現(xiàn)的很明顯，沼澤濕地退化的區(qū)域和多年凍土退化的區(qū)域基本一致[32]，而且濕地轉(zhuǎn)好的區(qū)域主要分布在多年凍土區(qū)降水量增加的區(qū)域。另外本文從景觀尺度對江河源區(qū)濕地的變化進行分析發(fā)現(xiàn)，長江源區(qū)沼澤濕地的退化在前3個時期是以小斑塊的大量消失為主，第4個時期是以大斑塊的萎縮破碎為主；而黃河源區(qū)的沼澤濕地一直是以大斑塊的萎縮破碎為主，黃河源區(qū)沼澤濕地的變化明顯要比長江源區(qū)超前，這可能和黃河源區(qū)為長江源區(qū)的溫度高，全球升溫的大趨勢下，黃河源區(qū)氣溫升高的超前導(dǎo)致了其濕地退化過程的超前性。

根據(jù)對1969—2013年間江河源區(qū)年平均氣溫和年降水量的變化特征分析可知，江河源區(qū)在近45年的氣溫存在顯著的升溫趨勢，長江源區(qū)的降水量也呈顯著的增加，而黃河源區(qū)的降水量沒有明顯的變化趨勢。江河源區(qū)氣溫和降水的變化還存在顯著的階段性特征，并且這種階段性特征和江河源區(qū)濕地在各個時期退化速率的變化存在明顯的同步性，即濕地退化速率較高的時期往往是氣溫較高、降水偏少的時期，退化速率較低的時期往往對應(yīng)著降水量的增加。

為了更明確的分析濕地變化與各環(huán)境要素之間的關(guān)系，本文采用主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度法對江河源區(qū)濕地變化與各環(huán)境因子的變化進行了分析。分析發(fā)現(xiàn)，氣溫升高是導(dǎo)致江河源區(qū)濕地退化的主要氣候因素，其次是降水量和相對濕度的變化。放牧是對江河源區(qū)濕地變化影響最為顯著的人為因素，隨著近期江河源區(qū)載畜量的下降[34-35]，對江河源區(qū)的濕地退化趨勢有明顯的抑制作用。不同濕地類型對環(huán)境因子的敏感性不同，河流和湖泊對降水量和蒸散量的變化更加敏感，而沼澤濕地對氣溫和載畜量的變化更加敏感，這一特點在黃河源區(qū)體現(xiàn)的更加明顯。對比長江源區(qū)和黃河源區(qū)的氣候因子對濕地變化的貢獻和關(guān)聯(lián)度可以發(fā)現(xiàn)，長江源區(qū)濕地對溫度的變化更加敏感，這可能與長江源區(qū)多年凍土分布更廣有關(guān)，而且長江源區(qū)的降水量更低，從而使?jié)竦貙Χ嗄陜鐾恋囊蕾囆愿蟆?/p>

綜上所述，本文的得出以下結(jié)論：

(1)近45年來，江河源區(qū)的濕地呈顯著的退化趨勢，主要表現(xiàn)為面積減少和斑塊分離度增大，退化速率在1986—2000年間最快， 2000年以后濕地的退化速率逐漸降低，而且湖泊濕地的面積在2007年以后出現(xiàn)回升，濕地退化速率的變化與氣溫和降水的階段性特征有明顯的同步性。

(2)江河源區(qū)的濕地退化有明顯的空間異質(zhì)性，長江源區(qū)的濕地退化主要分布在治多縣的東南部、曲麻萊縣的西北部以及格爾木市和雜多縣南部的部分地區(qū)；黃河源區(qū)的濕地退化主要分布在瑪多縣北部的兩湖地區(qū)以及久治縣、瑪曲縣、甘德縣的東部地區(qū)，江河源區(qū)濕地退化和凍土退化在空間分布上有顯著的一致性。另外，江河源區(qū)出現(xiàn)了少量新興的濕地，主要分布在多年凍土區(qū)降水量增加的區(qū)域。

(3)江河源區(qū)呈氣溫顯著升高、相對濕度下降以及降水微弱增加的暖干化趨勢。其中氣溫升高是導(dǎo)致高寒濕地退化的主要因素，氣溫的升高一方面增大了濕地的蒸散發(fā)量，加強了濕地區(qū)的水脅迫；另一方面破壞了沼澤濕地賴以生存的凍土環(huán)境。降水量和相對濕度的變化也是造成濕地退化的重要氣候因素，兩者主要通過控制濕地水分的供給與耗散來影響濕地變化。放牧是影響濕地變化的最重要的人為因素，載畜量的下降能夠顯著抑制江河源區(qū)濕地的退化趨勢。

由于研究方法與數(shù)據(jù)的限制，本研究尚存在許多不足。首先本文采用TM數(shù)據(jù)進行研究，由于數(shù)據(jù)中云層影響以及時間分辨率較低，所以對于年內(nèi)變化幅度較大的河流濕地的研究十分有限，因此需要改進對河流濕地分布的監(jiān)測手段，增強其年際對比的可信度；其次，本文只是在分析濕地退化與各環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)度以及與凍土變化的一致性基礎(chǔ)上，根據(jù)目前對多年凍土區(qū)濕地變化的研究成果，初步探究各環(huán)境因子對濕地變化的驅(qū)動機制，并沒有對濕地水熱通量變化做定量分析，因此需要進一步引入模型手段，配合濕地變化物理過程的研究，定量化分析各環(huán)境因子對濕地變化的驅(qū)動機制。

致謝：感謝中國氣象局李元壽研究員提供氣象數(shù)據(jù)以及技術(shù)支持。

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Temporal and spatial variation of the distributive patterns and driving force analysis in the Yangtze River and Yellow River source regions wetland

DU Jizeng1,2, WANG Genxu1,*, YANG Yan1, ZHANG Tao1, MAO Tianxu1

1TheKeyLaboratoryofMountainEnvironmentEvolutionandRegulation,InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

The Yangtze River and Yellow River source regions are part of the highest and largest distribution area of wetlands in the world and play a key role in sustaining the ecosystem balance in this region. Current global changes, such as climate change and human activity, are significantly affecting the landscape pattern of these wetlands. These changes have had a major effect on the water cycle and ecosystem balance in this region and have attracted widespread attention. In order to clarify the characteristics of these changes, this research examines the temporal and spatial variation of the distributive patterns of the alpine wetlands in the Yangtze River and Yellow River source regions. The analysis was conducted by using aerial photographs taken in 1969 and Thematic Mapper remote sensing data obtained in 1986, 2000, 2007, and 2013. Additionally, a principal component analysis model and the gray correlation method were carried out using meteorological and human activity data to quantitatively analyze the contribution rates of climate and human factors to alpine wetland degradation. The relationship between alpine wetland degradation and environmental factors was determined. The results show that areas of alpine wetlands in the Yangtze River and Yellow River source regions have decreased by 19.16% from 1969 to 2013. However, the degradation rate of alpine wetlands has gradually decreased since 2000 in this region. Even the total lake area has rebounded from a previous decline and has been increasing since 2007. The spatial separation patch between each kind of alpine wetland increased. There were obvious differences in how the landscapes have changed in each source zone. In the Yangtze River′s source region, the landscape change was mainly due to the disappearance of a small patch of wetlands from 1969 to 2007 and fragmentation of the large patch of wetlands since 2007. In the Yellow River′s source region, however, the landscape change was mainly due to fragmentation throughout the entire study period. The degradation of alpine wetlands has mainly occurred in the northeastern Yangtze River source region and the northern Yellow River source region, which is consistent with permafrost degradation in this region. The climate in this region has been warming and drying with a significant increase in air temperature, decrease in the relative humidity, and slight increase in precipitation since 1969. There is obvious synchronization between alpine wetland degradation and climate change. Thus, the large increase in air temperature is considered the main contributor to alpine wetland degradation, while the rainfall and relative humidity changes have affected the wetland variation, particularly in the cases of rivers and lakes. The increase in livestock is the most important human factor in alpine wetland degradation. There are still some deficiencies in our research. First, the limited remote sensing data might not capture the inter-annual variability of the rivers, leading to large errors in estimation of river area variation. Secondly, the research reveals only the correlation between the change of wetlands and the various environmental factors by statistical methods, rather than clarifying the driving mechanisms behind them. Thus, future research should attempt to reduce the amount of error by accumulating more remote sensing data and focus on the driving mechanisms of various environmental factors on alpine wetland changes by using a community land model.

the Yangtze River and Yellow River source regions; alpine wetland; temporal and spatial variation; driving factors

國家重點基礎(chǔ)研究計劃(973計劃)項目(2013CBA01807); 國家自然科學(xué)基金杰出青年基金項目(40925002); 自然科學(xué)基金面上項目(41271224)

2014-01-26;

日期:2014-11-19

10.5846/stxb201401260196

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wanggx@imde.ac.cn

杜際增, 王根緒, 楊燕, 張濤, 毛天旭.長江黃河源區(qū)濕地分布的時空變化及成因.生態(tài)學(xué)報,2015,35(18):6173-6182.

Du J Z, Wang G X, Yang Y, Zhang T, Mao T X.Temporal and spatial variation of the distributive patterns and driving force analysis in the Yangtze River and Yellow River source regions wetland.Acta Ecologica Sinica,2015,35(18):6173-6182.