松嫩流域濕地景觀動態變化

武慧智，姜琦剛，李遠華，崔 劍，馮 濤

1.吉林大學地球探測科學與技術學院，長春 130026 2.河南省地質調查院，鄭州 450001

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松嫩流域濕地景觀動態變化

武慧智1,2，姜琦剛1，李遠華1，崔 劍2，馮 濤2

1.吉林大學地球探測科學與技術學院，長春 130026 2.河南省地質調查院，鄭州 450001

以1975、2000、2007年遙感影像為數據源，應用RS與GIS技術，運用動態度模型景觀梯度和景觀格局指數，對松嫩流域濕地景觀信息進行動態分析。結果表明：松嫩流域濕地總面積從25 574.94 km2(1975年)減少到18 152.58 km2(2000年)后增加到25 761.01 km2(2007年)，動態度由-1.21%增加到了5.99%。天然濕地景觀梯度(DI)總體呈收縮的趨勢，人工濕地反之，梯度最高值由37持續增加到了69，50

動態度模型;景觀格局指數;景觀梯度;濕地

濕地與森林、海洋并稱為全球三大生態系統，具有獨特的水文、土壤、植被和生物特性，被譽為“地球之腎”[1]。松嫩流域發育大量的濕地，但隨著人們的非理性開墾，濕地資源遭到不同程度的破壞，其應用的功能正逐漸減退，生態系統遭到了破壞[2]。近年來，景觀生態學在濕地研究中得到了廣泛的應用，強調了濕地的空間異質性、生態學過程及尺度三者之間的關系，推進了濕地景觀格局變化研究的深入性和精確性[3]。筆者以1975——2007年遙感影像為數據源，應用RS與GIS技術[4]，研究松嫩流域濕地變化的時空分布特征及濕地的景觀格局變化，為研究及保護松嫩濕地提供理論依據。

1 研究區概況

松嫩流域位于東北三省和內蒙古自治區東北部，是國家最為重要的商品糧基地，主要包括松花江和嫩江兩大流域，流域內廣泛發育著河漫灘地形或地貌，形成了面積廣袤的沼澤地景觀，在松嫩平原上共分布有9個國家級的重要濕地[5-8]。松嫩流域屬溫帶大陸性半濕潤、半干旱季風氣候，四季氣候變化明顯，雨熱同季。冬季嚴寒干燥，夏季溫暖多雨；全年降水量多為400～600 mm，自東向西逐漸減少[9]。

2 數據與研究方法

2.1 數據源及濕地信息提取

以收集到的20世紀70年代地形圖數據為基準，對研究區內的MSS(multi spectral scanner)數據、ETM(enhanced thematic mapper)數據、CBERS(China-Brazil earth resources satellite)數據進行遙感數據預處理，獲得研究區幾何鑲嵌數據，采用人機交互解譯的方式提取濕地面積信息。按“濕地公約”，將研究區分為天然濕地和人工濕地兩大類：天然濕地包括草本沼澤、泛洪平原濕地、季節性淡水湖、永久性淡水湖、季節性河流、永久性河流、沼澤化草甸；人工濕地包括庫塘、人工養殖種植[10]。

2.2 動態度

引入濕地動態度概念，探討濕地面積的年動態變化值[11-12]：

式中：Sa、Sb分別為研究期初和研究期末的濕地面積(km2)；t為兩期監測數據的相隔時間(a)。n>0表示監測時間內濕地面積增加；n<0表示監測時間內濕地面積減少。n的絕對值越大表示面積變化的程度越大。

2.3 景觀梯度

景觀梯度(DI)指單位面積內某一景觀類型的面積占有率，能有效地反映景觀的空間特征及變化趨勢[13]。筆者應用ARCGIS的分析功能，以20 km×20 km為單位網格計算景觀梯度，生成景觀梯度分布圖，研究分析濕地變化的時空變化特征。公式參見文獻[14-15]。

2.4 景觀指數

景觀指數是指能夠高度濃縮景觀格局信息、反映其結構組成和空間配置某些方面特征的定量指標。選取景觀格局分析中常用的指數來分析松嫩平原濕地景觀格局的變化[16-20]：斑塊數，在類型級別上等于景觀中某一拼塊類型的拼塊總數，在景觀級別上等于景觀中所有的拼塊總數；斑塊密度，每平方千米某一景觀類型的斑塊數，密度值越大，景觀破碎化程度越嚴重，空間異質性程度也越高；形狀指數，反映斑塊邊緣的復雜程度和規則程度；面積加權的平均斑塊分形指數，運用了分維理論來測量拼塊和景觀的空間形狀復雜性；香農多樣性指數，對景觀中各拼塊類型非均衡分布狀況較為敏感，強調稀有拼塊類型對信息的貢獻；香農均勻性指數，是比較不同景觀或同一景觀不同時期多樣性變化的一個有力手段；聚集度指數，描述景觀里不同拼塊類型的團聚程度或延展趨勢。

3 結果與分析

3.1 景觀面積變化

1975―2007年，研究區內濕地面積先減小后增加，動態度由-1.21%增加為5.99%。其中:天然濕地的面積先減少后增加，動態度由-1.80%增加為5.30%；人工濕地面積持續增加，動態度由7.74%增加為8.09%(表1)。1975——2000年，草本沼澤、泛洪平原濕地、季節性河流、沼澤化草甸面積大量減少，季節性淡水湖、永久性淡水湖、永久性河流面積少量增加，天然濕地面積共減少了10 343.23 km2，庫塘、人工養殖種植地共增加了2 920.87 km2，研究區濕地總面積共減少了7 422.36 km2；2000——2007年，除季節性河流面積少量減少外，其他類型濕地面積均增加，天然濕地面積共增加了5 064.09 km2，人工濕地面積共增加了2 544.34 km2，濕地總面積共增加了7 608.43 km2。

濕地面積的變化受自然因素與人為因素的影響，其中人為因素主要為濕地的過度開墾及大量水利工程的興建。1975——2000年，研究區內展開了大規模的開荒活動，將大量的天然濕地開墾為人工濕地；同時進行了大量的河道治理，以排水渠為主的水利工程建設擾亂了流域的自然格局，導致大量的天然濕地萎縮，功能退化。2001年我國開展了對已經開墾擠占的濕地進行退田還泡、退田還沼等工作，嫩江流域大量的人工濕地重新轉換為了天然濕地；同時對濕地進行了合理的規劃，建立了自然保護區，使天然濕地得到了恢復。

3.2 濕地景觀空間分異

將研究區劃分為天然濕地和人工濕地兩大類進行景觀梯度的計算，保證同類濕地不同時期景觀梯度分級標準一致，研究天然濕地(圖1)和人工濕地(圖2)1975——2007年的空間分異特征。

1975——2007年，天然濕地景觀梯度分布由東北部和東西兩側向中部收縮，總體呈收縮的趨勢。1975年：DI>80的分布區有1處，位于嫩江縣東北部；6080的分布區，60

1975——2007年，人工濕地景觀梯度持續擴張，最高值持續增加，由1975年的37增加到2000年的59，再增加到2007年的69。2007年，50

表1 3期數據濕地面積統計

圖1 1975——2007年天然濕地景觀梯度分布Fig.1 Distribution map of nature wetland landscape gradient from 1975 to 2007

圖2 1975——2007年人工濕地景觀梯度分布Fig.2 Distribution map of artificial wetland landscape gradient from 1975 to 2007

類型斑塊數1975年2000年2007年斑塊密度1975年2000年2007年草本沼澤10746029790.04210.03320.0381永久性河流5878118330.02300.04480.0324季節性河流369161980.01440.00890.0038永久性淡水湖5384554840.02110.02510.0188泛洪平原濕地2891851720.01130.01020.0067庫塘601341660.00230.00740.0065人工養殖種植地513552630.00200.01960.0102季節性淡水湖3004805810.01170.02650.0226沼澤化草甸4793414740.01880.01880.0184類型形狀指數1975年2000年2007年面積加權的平均斑塊分形指數1975年2000年2007年草本沼澤40.655426.987837.22831.02191.01411.0194永久性河流27.230832.679532.71791.01311.01401.0126季節性河流21.963615.636411.55171.01381.01951.0146永久性淡水湖24.528121.129022.68001.01481.01331.0157泛洪平原濕地25.561420.516923.07041.03721.03121.0403庫塘9.695713.096215.18421.02911.02011.0246人工養殖種植地10.169221.274219.99331.04461.02461.0312季節性淡水湖18.764722.206924.77141.01201.00611.0090沼澤化草甸24.251922.107425.18941.02221.02061.0239

3.3 濕地景觀指數變化

1975——2007年，草本沼澤、永久性河流的斑塊密度值在0.03左右，略大于其他景觀的密度值，景觀破碎程度與空間異質性程度較大；形狀指數方面，永久性河流由27.230 8持續增加到了32.717 9、季節性淡水湖由18.764 7持續增加到24.771 4，庫塘由9.695 7持續增加到了15.184 2，其斑塊形狀越來越復雜；泛洪平原濕地、庫塘、人工養殖種植地的面積加權的平均斑塊分形指數在1.03左右，稍大于其他景觀，相對于其他景觀形狀略復雜，具有稍高的不規則程度(表2)。

1975——2000年：香農多樣性指數從1.760 2增加到了1.998 6，表明景觀多樣性顯著增加，斑塊破碎程度明顯加??；香農均勻性指數從0.801 1增加到0.909 6，表明濕地景觀在空間配置上趨于均勻。2000——2007年：香農多樣性指數僅減小了0.024 8，表明景觀多樣性相對穩定，斑塊破碎程度基本無變化；香農均勻性指數減小了0.011 3，表明濕地景觀在空間配置上的均勻程度基本無變化，相對穩定。近32年，景觀多樣性總體呈增加的趨勢，斑塊破碎化程度總體呈加劇的趨勢。聚集度指數在1975——2000年降低了8.656 5，濕地景觀連接程度減少，破碎化程度大幅升高；在2000——2007年增長了0.651 4，濕地景觀破碎化程度少量降低，但遠不能抵消前期的加劇程度(表3)。

表3 景觀水平的變化

4 濕地變化影響因素

自然因素 松嫩流域的濕地面積變化除與東亞夏季風有關外，還與中高緯度的西風帶天氣系統及西太平洋副熱帶高壓密切相關[6]。松嫩流域近50年來年降水量雖略有減少的變化，但變化幅度很小；而年平均溫度有明顯的升高變化[21-22]，是天然濕地變化的誘因。

人為因素 影響松嫩流域濕地的人為因素主要有火、農業活動、工程、石油開采等擾動因子。松嫩流域人為圍墾現象十分嚴重，扎龍自然保護區10.8%的面積已被農田占據；濕地放牧普遍存在，很多濕地區都出現了過牧現象；濕地植被覆蓋率降低，擴大了地表蒸發，加劇了干旱化、鹽漬化和風沙化程度；濕地上干渠密布、油田井架林立、道路縱橫，加強了景觀的破碎化，使景觀出現孤島化現象[23]。

5 結論

1)1975——2007年，研究區內濕地總面積先減小后增加，但人工濕地面積持續增加。天然濕地面積先減小了10 343.23 km2(1975——2000年)后增加了5 064.09 km2(2000——2007年)，動態度由-1.80%增為5.30%；人工濕地面積持續增加了5 465.21 km2，動態度由7.44%增為8.09%。

2)1975——2007年，天然濕地景觀梯度分布由東北部和東西兩側向中部收縮，總體呈收縮的趨勢；人工濕地景觀梯度持續擴張，最高值持續增加,由37增加到69。

3)草本沼澤、永久性河流的破碎程度與空間異質性程度較大；永久性河流、季節性淡水湖、庫塘的斑塊形狀越來越復雜；泛洪平原濕地、庫塘、人工養殖種植相對于其他景觀形狀略復雜，具有較高的不規則程度。研究區濕地景觀多樣性及斑塊破碎化程度總體呈增加的趨勢。

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Dynamic Change of Wetland Landscape Pattern in Songhuajiang-Nenjiang River Basin

Wu Huizhi1,2, Jiang Qigang1, Li Yuanhua1, Cui Jian2, Feng Tao2

1.CollegeofGeoExplorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130026,China2.HenanInstituteofGeologicalSurvey,Zhengzhou450001,China

The authors study on the wetland’s change of SonghuajiangNenjiang River Basin by RS and GIS technology, using the MSS, ETM and CBERS as the data source, and applying the dynamic model, landscape gradient and landscape metrics for dynamic analysis. Results showed that, the wetland area was 25 574.94 km2in 1975, decreased to 18 152.58 km2in 2000, and increased to 25 761.01 km2in 2007. The dynamic degree of wetland increased from -1.21% to 5.99%. The landscape gradient of natural wetland showed trends of contraction. The artificial wetland change is on the contrary. The highest value of artificial wetland increased from 37 to 69, and there are 5 high value landscape gradient zones(50

dynamic model; landscape pattern index; landscape gradient; wetland

10.13278/j.cnki.jjuese.201501307.

2014-07-27

中國地質調查局地質大調查項目(1212010510613)

武慧智(1983——)，女，博士研究生，工程師，主要從事遙感技術與應用研究，E-mail:wuhuizhi_whz@163.com

姜琦剛(1964——)，男，教授，博士生導師，主要從事遙感技術與應用研究，E-mail:jiangqigang@qq.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201501307

TP79

A

武慧智，姜琦剛，李遠華，等. 松嫩流域濕地景觀動態變化.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(1):327-334.

Wu Huizhi, Jiang Qigang, Li Yuanhua, et al. Dynamic Change of Wetland Landscape Pattern in Songhuajiang-Nenjiang River Basin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(1):327-334.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201501307.