2002—2013年海南東寨港自然保護區濕地變化分析

李儒， 朱博勤， 童曉偉， 岳躍民， 甘華陽， 萬思達

(1.中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100094； 2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所亞熱帶農業生態過程重點實驗室，長沙 410125； 3.廣州海洋地質調查局，廣州 510075； 4.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，青島 266580)

2002—2013年海南東寨港自然保護區濕地變化分析

李儒1， 朱博勤1， 童曉偉2， 岳躍民2， 甘華陽3， 萬思達4

(1.中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100094； 2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所亞熱帶農業生態過程重點實驗室，長沙 410125； 3.廣州海洋地質調查局，廣州 510075； 4.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，青島 266580)

濕地的生態環境退化和可持續發展問題已成為當前濕地研究的焦點問題，有必要及時開展濕地動態變化監測研究。通過3期遙感影像解譯，獲得了海南東寨港濕地類型空間分布數據，并在此基礎上分析了2002年、2008年和2013年東寨港保護區濕地類型及其動態變化。結果表明: 近12 a來海南島東寨港濕地類型變化不大，濱海海域、紅樹林和養殖塘是保護區主要濕地類型； 保護區自然濕地面積呈下降趨勢，但濕地總面積和斑塊數量均呈增加趨勢，其中潮溝面積增加比例最大，養殖塘斑塊數增加顯著； 保護區斑塊數量和面積變化較大的地方多發生在陸地邊緣，這也是人類活動較為頻繁的區域。2002—2013年間，保護區各濕地類型變化動態度不大，其中濱海海域、潮溝和紅樹林濕地類型變化緩慢，是保護區內穩定少動的濕地類型，而水庫、沙質潮間濕地及坑塘類型變化迅速，具有相對較大的動態度，是保護區濕地類型變化的快速變動類型。

濕地； 遙感； 變化分析； 生態環境

0 引言

濕地兼有水陸兩類生態系統的某些特征，因而具有多種生態功能和經濟與社會價值，已成為人類賴以生存和發展的重要自然資源寶庫與生存環境的一部分[1]。濕地科學研究受到越來越多的關注，已成為當今世界所關注的重點學科與領域[2-4]。隨著人口的急劇增加，城市化與工業化的迅速發展，濕地的生態環境退化和可持續發展問題已成為當前濕地研究的焦點問題，有必要及時開展濕地時空變化監測研究[5-7]。海南島東寨港濕地保護區屬于海洋和海岸生態系統型的保護區，是中國第一個保護和研究紅樹林及海岸帶生態系統的重要基地。但由于長期的人為干擾和不合理利用，東寨港紅樹林資源及其生境遭受了不同程度的破壞[8]。國內雖然對東寨港保護區有諸多研究，但仍缺乏對保護區濕地類型高空間分辨率、長時間的動態變化監測，這已成為影響該濕地有效保護的重要制約因素之一。因此，有必要及時開展東寨港濕地類型變化的動態過程研究，深入了解其變化特征，掌握濕地資源的變化過程，從而針對性地采取有效措施，加強對濕地資源的保護和管理，并為實現保護區濕地生態系統的可持續發展，提供理論依據和實踐基礎。本研究以東寨港濕地保護區為研究區域，采用三時相高空間分辨率遙感影像解譯與實地考察相結合的方法，對保護區近12 a來濕地類型的面積變化、轉變及其趨勢等問題展開研究，以期對保護區濕地的可持續發展提供參考依據。

1 研究區概況

海南東寨港國家級自然保護區(簡稱“東寨港保護區”)位于瓊山區東北部的東寨港(圖1)，面積約40 km2，坐標范圍S110°32′～110°37′，N19°51′～20°1′。

東寨港保護區地處熱帶，屬于典型的熱帶季風海洋性氣候，為呈漏斗狀深入內陸的半封閉港灣式瀉湖,北端北港島兩側有潮汐通道與瓊州海峽相連,能給港內帶來大量的沉積物； 演州河、演豐東河、西河和三江河分別從東、西、南3面匯入東寨港，這些河流每年有約7億m3的水量注入保護區[8]，暴雨季節，河水挾帶大量泥沙，在東寨港內沉積，形成了廣闊的灘涂沼澤，非常適合紅樹林的生長繁殖。

(a) 海南省在Google Earth軟件中影像 (b) 2013-06-01 SPOT6 多光譜真彩色影像

圖1海南東寨港國家級自然保護區位置示意圖

Fig.1LocationofHainanDongzhaiwetlandreserve

2 研究方法

2.1 數據處理

選擇覆蓋東寨港保護區的3期高分辨率SPOT影像，時相為2002-11-07，2008-02-29和2013-06-01，其間隔約為63個月。3期遙感影像均進行了幾何糾正、大氣校正及投影校正，平均位置誤差在1個像元以內。由于獲取圖像時的季節和潮位不同，3期遙感影像在色彩和影像的反差、海域大小、灘涂出露上存在一定的差異，通過濕地要素增強手段弱化差異，使各影像滿足人機交互解譯的要求； 建立濕地解譯標志，確定保護區濕地類型為4個一級類型和10個二級類型，最終形成了本研究兼顧自然屬性和人為特點的高空間分辨率遙感濕地調查分類體系(表1)。實際遙感解譯面積約為保護區面積的4倍以上，達到17 000 hm2。在此基礎上采用濕地變化分類解譯(即直接解譯動態斑塊)的方式對濕地變化動態信息進行提取，進一步勾畫出不同時段內的濕地變化圖斑，并加以定性與歸類。

表1 高空間分辨率遙感濕地調查分類體系

2.2 解譯成果精度評定

對于解譯成果進行了現場考察驗證，并校對和豐富已經建立的濕地遙感解譯標志。圖2(a)給出了野外調查與驗證的路線(紅色線跡)。考察主要集中在人跡能夠到達的保護區核心區域。利用人機交互解譯，3時相共解譯出圖斑17 859個。驗證圖斑以抽查確定，抽查原則為： ①重點抽查地類包含水塘、稻田、植被覆蓋水面、紅樹林等在內的濕地主要類型； ②抽查數量不少于總解譯圖斑數的10%； ③位于濕地保護區內部人跡可達處，抽查點按行進路線大體均勻等間距分布。經過抽查發現，解譯錯誤包括2類，即屬性錯誤和漏解譯，其中以屬性錯誤為主，表現特征為混淆了目視效果相近的地類。最終解譯成果中地類最低解譯精度不低于80%，經過野外調查后的修正，分類結果的精度有所提升。

(b) 水稻田(c) 浮水植物水面 (a) 野外調查路線 (d) 養殖塘(e) 紅樹林

圖2野外調查路線與部分解譯標志

Fig.2Trackoffieldinvestigationandpartsofwetlandremotesensinginterprettags

2.3 動態度模型

為更好地反映不同濕地類型的變化狀況及差異，本研究利用土地利用動態度模型[9]分別計算了保護區2002—2008年，2008—2013年及2002—2013年的濕地類型變化動態度，即

(1)

式中：n為總濕地類型數；Si為監測開始時間時第i類濕地類型總面積； △Si-j為任意2期影像時段內第i類濕地類型轉換為第j類濕地類型面積總和；t為濕地類型變化時間段；S為與t時段對應的研究區濕地類型變化速率。

3 濕地分類結果

3.1 濕地類型的空間分布與面積變化

對海南東寨港國家級自然保護區3個時相濕地面積進行統計，結果見表2。

表2 海南東寨港國家級自然保護區3時相濕地面積統計

由表2可知，研究區濕地類型以濱海海域、紅樹林和養殖塘為主，其他類型鑲嵌于其中。3期濕地分類結果中，濱海海域面積占濕地總面積的平均比例最大，約為58.86%； 其次為紅樹林和養殖塘，分別占濕地總面積平均比例為18.09%和16.75%，坑塘面積占濕地總面積的平均比例為3.40%。在3個不同時段內，保護區內養殖塘的斑塊數量最大，其斑塊數量占保護區總斑塊數的平均比例為88.96%。

近12 a來保護區濕地總面積和斑塊數量均呈持續增加趨勢，其中人工濕地面積呈持續增加趨勢，但自然濕地面積呈持續減少趨勢，不同濕地類型面積變化有差異。濱海海域，沙質潮間濕地和養殖塘總面積呈持續增長趨勢，潮溝面積呈增加趨勢。養殖塘凈增加面積最大(約2 773 372 m2)，增長了20.34%； 沙質潮間濕地總面積凈增加了32 904 m2，增長了28.06%； 潮溝凈增加面積為10 502 m2,增長了32.52%，是增長比例最大的濕地類型； 濱海海域凈增加6 924 m2，但增長比例極其微弱。紅樹林濕地和水庫總面積呈持續減少趨勢，其中紅樹林凈減少面積最大(431 160 m2)，減少了2.61%； 水庫總面積凈減少54 655 m2，減少了58.22%，是保護區面積減少比例最大的濕地類型。泥質潮間濕地和河流面積呈先減后增的趨勢，泥質潮間濕地面積在近12 a間凈增加65 713 m2，增長了12.15%； 河流面積在2008年以后有所增加，但相較于2002年其面積凈減少了89 157 m2，減少了5.96%。溝渠和坑塘面積呈先增后減的趨勢，溝渠面積在2008年以后有所減少，但與2002年相比其面積仍凈增加66 213 m2，增加了12.22%； 坑塘面積在近12 a間凈減少了258 781m2，減少了8.51%。2002—2013年間保護區斑塊凈增加了2 288塊，增加了49.96%，除濱海海域，河流，沙質潮間濕地，紅樹林濕地和水庫外，其余濕地類型斑塊數均有不同程度的增加，其中養殖塘斑塊數凈增加2 162塊，增加了53.90%，是整個保護區斑塊數增加的主要來源，其次為坑塘和溝渠，增長比例分別為43.43%和36.05%。綜上可知，東寨港保護區濕地總面積在近12 a間有擴展趨勢，但自然濕地面積呈減少趨勢，保護區斑塊數量不斷增多，其整體景觀破碎化程度逐步增大，這將對保護區生物多樣性維護功能造成不利影響。

3.2 濕地類型轉換特征

從不同時段保護區內發生變化的濕地類型的空間分布看，保護區濕地類型間的轉變主要發生在養殖塘和紅樹林濕地上，同時保護區部分陸地轉變為除水庫外的其他所有濕地類型，對增加保護區斑塊數起到了主要作用。研究區不同濕地類型轉變的斑塊數量及面積統計見表3。

表3 海南東寨港國家級自然保護區3時相間濕地變化方式統計表

(續表)

在不同時段內，由陸地轉變為其他濕地類型的面積均為最大，其次為坑塘、養殖塘和紅樹林濕地； 同時，由陸地轉變為其他濕地類型的斑塊數量也是最大，其次為由養殖塘轉變引起的斑塊數增加。各濕地類型面積變化主要由養殖塘，陸地和坑塘之間的相互轉變引起，在同一時段內，陸地與養殖塘之間相互轉變的面積最大，其次為陸地和坑塘之間的相互轉變。

不同時段內由沙質潮間濕地，紅樹林濕地，養殖塘及陸地轉變而成的濱海海域面積均大于濱海海域轉出的面積，因而濱海海域面積呈持續增加的趨勢，然而不同時間段內，濱海海域面積增加的主要來源略有差異： 2002—2008年間沙質潮間濕地是濱海海域面積增加的主要來源，2008年后紅樹林濕地是其面積增加的主要來源。保護區內除潮溝、水庫和道路類型沒有向養殖塘轉變外，其余濕地和非濕地類型均有不同程度的轉變為養殖塘，其中陸地轉變是養殖塘面積及其斑塊數急劇增加的主要原因。2008年后陸地上挖塘養殖面積有所減少，但由坑塘和溝渠轉變成養殖塘的面積大幅增加，使得保護區養殖塘面積持續增加。沙質潮間濕地面積變化主要與濱海海域及陸地有關： 2002—2008年間，陸地是沙質潮間濕地面積增加的主要來源，2008年以后，沙質潮間濕地轉出面積大幅減少，濱海海域是這一時段沙質潮間濕地面積增加的主要來源。

陸地、泥質潮間濕地和養殖塘是紅樹林濕地轉入的主要來源，但不同時段內由紅樹林轉出的面積均大于其他類型轉入的面積，導致保護區紅樹林面積持續減少，不同時間段內，紅樹林轉出的主要類型有所不同： 2002—2008年間紅樹林主要轉變成養殖塘和陸地，2008年以后紅樹林轉出類型增加的同時，其轉出面積也急劇增加，陸地和泥質潮間濕地是這一時段紅樹林濕地轉出的主要類型，其次為濱海海域和潮溝。保護區內水庫與其他濕地類型間的轉變最微弱，水庫主要轉變成陸地和坑塘，是唯一只有轉出沒有轉入的濕地類型，這也是水庫面積減少的原因。

泥質潮間濕地的面積變化主要與養殖塘、紅樹林濕地及陸地之間的轉變有關： 2002—2008年間，泥質潮間濕地轉出面積大于轉入面積，導致其面積縮減，這一時段內泥質潮間濕地主要轉變成了養殖塘和陸地； 2008年以后，泥質潮間濕地轉出面積大幅減少，同時紅樹林濕地大幅轉入，使得泥質潮間濕地面積快速增加。保護區內河流與其他類型之間的轉變比較微弱，其面積變化主要與坑塘和陸地有關： 2002—2008年間，河流轉出成坑塘的面積顯著大于陸地轉入成河流的面積，因而這一時段內河流面積縮減明顯； 2008年以后，河流沒有轉變成其他類型，而坑塘、陸地和紅樹林濕地不同程度的轉變為河流，使得河流面積有所增加，近12 a來河流面積經歷了先減少后增加的過程，但其總面積較2002年仍有一定減少。

溝渠的面積變化主要與坑塘、養殖塘和陸地相關： 2002—2008年間大量陸地和坑塘轉變為溝渠，使得溝渠面積增加； 2008年以后溝渠轉入面積大幅減少，而轉出成養殖塘的面積急劇增加，使得溝渠總面積縮減。坑塘的面積變化主要與陸地和河流有關，新增的坑塘斑塊基本由陸地轉變而成： 2002—2008年間大量陸地和河流轉變為坑塘，使得坑塘面積增加； 2008年以后，坑塘轉入面積急劇減少，同時大量坑塘轉變成河流和養殖塘，導致其面積縮減。

綜上可知，保護區3個時間段中斑塊及面積變化的類型相近，大多與陸地相關，主要為紅樹林→陸地、陸地→溝渠、坑塘→陸地、陸地→坑塘、養殖塘→陸地的轉變，說明保護區斑塊數量和面積變化較大的地方多發生在陸地邊緣。

3.3 濕地類型轉換的動態度差異

不同時間段內保護區濕地類型變化動態度(表4)顯示, 2002—2008年間保護區濱海海域、潮溝、紅樹林濕地和養殖塘類型變化緩慢, 其變化動態度均小于0.73%，而河流、坑塘及沙質潮間濕地類型變化相對較迅速，其變化動態度均大于6.92%。2008年以后，濱海海域、潮溝、溝渠、紅樹林濕地及水庫類型的動態度較前期有所增加，其余濕地類型的動態度則有所下降，其中水庫和溝渠動態度增加明顯，河流和沙質潮間濕地動態度下降十分明顯。近12 a以來，保護區內水庫，沙質潮間濕地及坑塘類型變化迅速，具有相對較大的動態度，是保護區濕地類型變化的快速變動類型,其次為泥質潮間濕地和陸地類型； 濱海海域和潮溝濕地類型變化非常微弱, 動態度分別為0.012%和0.161%，是保護區濕地類型變化的穩定少動類型。

表4 保護區濕地類型變化動態度

從整體上看保護區大部分濕地類型變化緩慢,由于人類活動對濕地類型的直接和間接影響, 導致水庫和坑塘濕地類型變動較大。水庫動態度較大，主要與水庫被填充轉變成陸地和坑塘有關； 沙質潮間濕地從早期的快速變化到后期的穩定少動，主要與沙質潮間濕地與濱海海域及陸地間的轉變有關，沙質潮間濕地與濱海海域間的轉變是主要是潮汐海水位變動的結果，而與陸地的轉變則是人類活動干擾的結果。

4 結論

本研究選用了3期高空間分辨率遙感影像，通過濕地要素增強手段弱化差異，結合當地濕地特點，修正建立了高空間分辨率遙感濕地解譯分類系統，經過人機交互方式解譯了海南東寨港國家級自然保護區濕地類型，并通過實地驗證分析了解譯精度。在此基礎上開展了采用濕地變化分類解譯的方式對濕地變化動態信息進行提取，進一步勾畫出不同時段內濕地變化的圖斑，動態分析該濕地保護區內近12 a地表類型的動態變化情況及其趨勢。

1)近12 a來保護區濕地類型變化不大，濱海海域、紅樹林和養殖塘是占濕地面積較大的主要類型； 保護區濕地總面積呈增加趨勢，自然濕地面積呈減少趨勢，不同濕地類型面積波動變化，其中潮溝增加面積比例最大，水庫縮減面積比例最大； 人類活動干擾導致養殖塘數量急劇增加，使得保護區斑塊數量呈增加趨勢，景觀破碎化程度逐步增大。

2)保護區濕地類型間的轉變主要發生在養殖塘和紅樹林濕地上，紅樹林濕地類型轉入量在一定程度上增加了紅樹林斑塊面積，有利于增強紅樹林生態功能，而紅樹林濕地類型轉出量導致紅樹林濕地斑塊面積減小，不利于系統生態功能的發揮。研究區斑塊數量和面積變化較大的地方多發生在陸地邊緣，這也是人類活動較為頻繁的區域。

3)保護區濕地類型變化動態度不大，尤其是濱海海域、潮溝和紅樹林濕地。水庫和坑塘具有相對較大的動態度，不同時段內濕地類型動態度的差異是人類活動及自然因素綜合的結果。

本研究中針對當地情況建立的高空間分辨率遙感濕地調查分類體系，對熱帶遙感濕地地類解譯具有借鑒價值，高空間分辨率遙感解譯成果和動態分析成果對當地進一步濕地保護的方式、強度以及保護政策制定具有一定的現實參考意義。但由于篇幅限制，本文只對近12 a該地區濕地變化情況進行了分析，而未能更多地結合當地經濟人口發展等社科數據開展動態變化的聯動分析，也缺乏對不同濕地類型動態度隱含的濕地環境變化意義展開討論。在未來的工作中，將人文經濟發展數據與海面變化和氣候變化結合，實現聯動分析，是重要的工作方向之一，有助于得到更加全面的成果。

志謝： 感謝廣州海洋地質調查局對本項目研究的支持。

[1] 楊長坤,劉召芹,王崇倡,等.2001—2013年遼東灣海岸帶空間變化分析[J].國土資源遙感,2015,27(4):150-157.doi:10.6046/gtzyyg.2015.04.23. Yang C K,Liu Z Q,Wang C C,et al.Spatial change analysis of the coastal zone of Liaodong Bay from 2001 to 2013[J].Remote Sensing for Land and Resources,2015,27(4):150-157.doi:10.6046/gtzyyg.2015.04.23.

[2] Verry E S,Boelter D H.Peatland hydrology[M]//Greeson P E,Clark J R,Clark J E.Wetland functions and values:The state of our understanding.Minneapolis,Minn:American Water Resource Association,1979:389-402.

[3] Franzer L G.Can earth afford to lose the wetlands in the battle against the increasing greenhouse effect[C]//Proceedings of 9th International Peat Congress.Uppsala:International Peat Society,1992:1-18.

[4] 楊永興.國際濕地科學研究的主要特點、進展與展望[J].地理科學進展,2002,21(2):111-120. Yang Y X.Main characteristics,progress and prospect of international wetland science research[J].Progress in Geography,2002,21(2):111-120.

[5] 崔保山,劉興土.濕地恢復研究綜述[J].地球科學進展,1999,14(4):358-364. Cui B S,Liu X T.Review of wetland restoration studies[J].Advance in Earth Sciences,1999,14(4):358-364.

[6] 崔保山,楊志峰.濕地生態系統健康研究進展[J].生態學雜志,2001,20(3):31-36. Cui B S,Yang Z F.Research review on wetland ecosystem health[J].Chinese Journal of Ecology,2001,20(3):31-36.

[7] 溫禮,吳海平,姜方方,等.基于高分辨率遙感影像的圍填海圖斑遙感監測分類體系和解譯標志的建立[J].國土資源遙感,2016,28(1):172-177.doi:10.6046/gtzyyg.2016.01.25. Wen L,Wu H P,Jiang F F,et al.Establishment of remote sensing monitoring classification system and interpretation criteria for the reclamation area based on the high-resolution remote sensing image[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(1):172-177.doi:10.6046/gtzyyg.2016.01.25.

[8] 王胤,左平,黃仲琪,等.海南東寨港紅樹林濕地面積變化及其驅動力分析[J].四川環境,2006,25(3):44-49. Wang Y,Zuo P,Huang Z Q,et al.Study of the change of mangrove wetland ecosystem and driving forces in Dongzhaigang[J].Sichuan Environment,2006,25(3):44-49.

[9] 王仁卿,劉純慧,晁敏.從第五屆國際濕地會議看濕地保護與研究趨勢[J].生態學雜志,1997,16(5):72-76. Wang R Q,Liu C H,Chao M.Wetland conservation and advances derived from the fifth international wetlands conference[J].Chinese Journal of Ecology,1997,16(5):72-76.

(責任編輯：邢宇)

ChangeanalysisinHainanDongzhaiWetlandReservebasedonremotesensingdataobtainedduring2002-2013

LI Ru1, ZHU Boqin1, TONG Xiaowei2, YUE Yuemin2, GAN Huayang3, WAN Sida4

(1.InstituteofRemoteSensingandDigitalEarth,CAS,Beijing100094,China; 2.KeyLaboratoryofAgro-ecologicalProcessesinSubtropicalRegion,InstituteofSubtropicalAgriculture,CAS,Changsha410125,China; 3.GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510075,China; 4.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofGeosciences,Qingdao266580,China)

Ecological environment degradation and sustainable development of wetland has become the focus of the current wetland research, it is necessary to study on wetlands monitoring dynamic changes.The study investigated wetland type and dynamic changes in Hainan Dongzhai Reserve based on three high resolution remote sensing images recorded in 2002, 2008 and 2013, respectively. The results indicated that there was little change in wetland types during 2002 to 2013. Coastal water, mangrove and culture pond were the main types of wetland in this area. The area of natural wetland trended to decline, while the total area and the numbers of individual wetland to increase. The most increased wetland types were the area of tidal creek in proportion and the culture pond in individual numbers. The changes were discovered frequently in edges of landward edge in which human activities were extensive.In aspect of the area of wetland, the dynamic degrees of the wetland changes during 2002 to 2013 in this area were small. The types of coastal water mangrove and tidal creek mainly trended to be stable. While concentrated in the types of reservoir, sandy tidal wetlands and culture pond, the dynamic degrees were big, and they were the type of wetland with swift changes.

wetland; remote sensing; change analysis; ecological environment

10.6046/gtzyyg.2017.03.22

李儒,朱博勤，童曉偉，等.2002—2013年海南東寨港自然保護區濕地變化分析[J].國土資源遙感,2017,29(3):149-155.(Li R,Zhu B Q,Tong X W,et al.Change analysis in Hainan Dongzhai Wetland Reserve based on remote sensing data obtained during 2002—2013[J].Remote Sensing for Land and Resources,2017,29(3):149-155.)

2015-02-25；

2015-03-16

部委項目“海南東北部濱海濕地典型區域高分辨率遙感解譯分析與大區環境參數反演”(編號： 2013GMGS-DK-145)資助。

李儒(1981-)，男，副研究員，主要從事遙感應用技術研究，側重生態與環境領域。Email： liru@radi.ac.cn。

朱博勤(1962-)，男，研究員，主要從事地質遙感、海洋遙感研究。Email： zhubq@irsa.ac.cn。

TP 751.1

： A

： 1001-070X(2017)03-0149-07