圖們江流域中朝兩側濕地生態安全評價及預警

金雪梅　樸成哲　朱衛紅

摘要：基于PSR模型，對圖們江流域中朝兩側和整體流域，通過3S技術解譯了1976年、1986年、1995年、2006年、2014年5個年份的遙感影像圖，運用層次分析法得到了指標權重，并對圖們江流域濕地進行了綜合評價。結果表明：圖們江流域濕地安全評價值逐年降低，由比較安全降級為預警（朝鮮一側評價值由0.708降低到0.4817；中國一側由0.7197降到0.4868）。基于灰色預測模型對該流域濕地未來20年生態安全進行預測，朝鮮一側處于中度預警狀態，中國一側濕地為預警狀態，整個流域濕地則有預警狀態轉變為中度預警，生態安全越來越惡化，急需對該區的生態環境進行管治。

關鍵詞：生態安全評價；圖們江濕地；中朝兩側；灰色預測

中圖分類號：X826

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）18000506

1引言

1989 年IIASA意在表示人類生態條件的安全狀況＼[1＼]，首次提出“生態安全”的概念＼[2]；1992年Amalberti，René提出“生態安全”名詞后，有關生態安全的研究發展迅速，很大程度上豐富其相關研究方法、內容和方向＼[3＼]。但對于“生態安全”的定義至今沒有統一。陳星等歸納眾多觀點，將其定義總結為兩種，一種是生態系統自身的健康、完整和可持續性；另一種是生態系統對人類提供完善的生態服務和生存安全＼[4＼]。濕地在蓄洪防旱、固碳釋氧、降解污染、調節氣候、控制侵蝕、環境教育和維護區域及全球的生態平衡等方面起到了重要作用＼[5，6＼]，故被喻為“地球之腎”、“生物超市”，并與森林、海洋合稱為全球三大生態系統＼[7＼]。因此，對濕地生態安全的研究，成為生態安全研究領域的熱點。

圖們江是地處中、朝、俄三國交界處的我國國際性河流之一，其自然地理條件獨特，野生動植物資源豐富，是丹頂鶴等世界珍稀鳥類的中間停歇地，并擁有著東北虎、欠蓮、圖們江紅蓮等多個種類瀕危、珍稀生物資源。本文通過對圖們江整體流域和中朝兩側濕地的生態安全進行評價，為該區濕地生態環境的健康安全維護和資源可持續開發利用提供科學依據。

2研究區概況和研究數據

2.1研究區概況

圖們江流域主要位于我國吉林省東部的延邊朝鮮族自治州境內，東與俄羅斯濱海邊疆區接壤；西臨吉林市的蛟河和白山市；南與朝鮮北部地區的咸鏡北道、兩江道隔江對峙；北接黑龍江省牡丹江市的東寧、寧安等五縣（市）＼[8＼]。地理位置為41°12′46″～44°30′42″ N，127°27′43″～131°18′33″ E。本研究區朝鮮一側是指包括延社郡、茂山郡、會寧市、穩城郡、京原郡、京興郡、羅先市、三池淵郡、大紅丹郡、白巖郡在內朝鮮的咸鏡北道與兩江道部分地區的10個市、郡所在地區，根據該區氣候數據可以分析得出其氣候特點，已知該區降水量為600～700 mm，1月平均氣溫為-6.2 ℃，而8月平均氣溫為24.2 ℃。隨著該區域居民生活水平的提高和社會經濟發展，人口急劇增長，農田、建設用地增加，以及交通和旅游業的發展使該區域及其周圍生態環境承受一定損害，導致該區濕地面積減少、水質改變、富營養化、植被退化、土壤沙化＼[5，9，10＼]。

2.2研究數據

2.2.1遙感數據

1976年的Landsat MSS（軌道號 123/30，124/29，124/30，124/31）影像，1986年Landsat MSS影像（軌道號 115/30，115/31）、1995年和2006年的Landsat TM影像（軌道號115/30，115/31），2014年的ETM影像（軌道號 115/30，115/31）。Landsat MSS影像分辨率為近80m，有4個波段；Landsat TM/ETM影像分辨率為30m，有7/8個波段。由于地物在不同的季節會有不同的光譜特性，而濕地提取最重要的地物便是水體，根據不同波段對水體的反射特點，對MSS影像進行濕地分類的最適宜的波段組合為4、3和2波段；TM影像進行濕地分類的最適宜波段組合為5、4和3波段；ETM影像進行濕地分類的最適宜波段組合為7、5、3波段＼[11＼]。

2.2.2非遙感數據源

地形圖資料是圖們江流域1∶5萬地形圖。只處理應用遙感影像數據還不足以完整、準確地反映出圖們江流域的復雜多樣的濕地地物類型及其分布，所以進行識別濕地類型的綜合解譯工作等時還需引入其他非遙感數據，包括研究區地形圖、水系圖、土壤圖、DEM圖等，以及實地記錄的濕地GPS坐標定點來輔助。

以下是結合研究區的1∶5萬地形圖為參考數據的基礎上，分別對1976、1986、1996、2006、2014年五個不同年份的Landsat MSS/TM/ETM遙感影像圖預處理。

（1）輻射定標和大氣校正。利用ENVI的輻射定標工具和Landsat TM數據頭文件中的增益和偏移系數，對Landsat TM進行輻射定標后再利用ENVI的Flash大氣校正模塊對影像進行大氣校正。

（2）鑲嵌裁切處理。對影像進行數字圖像鑲嵌后，基于地理坐標，把鑲嵌后的影像通過建立研究區為范圍的掩模后進行裁切，打開ENVI4.5軟件導入范圍矢量面文件，并加載到鑲嵌好的影像上，最后把感興趣區的影像裁切出來。

（3）彩色合成。Landsat MSS用4、3、2（RGB），Landsat TM用5、4、3（RGB），Landsat ETM 用7、5、3（RGB）的波段組合對遙感影像進行彩色合成。

（4）濕地信息提取。結合多年實地野外調查作為輔助資料，并根據濕地分類體系，在人工目視選取解譯標志后把經過校正的影像圖用Arcgis軟件打開處理，得到本文所要研究的5個年代的濕地信息分布圖（圖1）。

金雪梅，等：圖們江流域中朝兩側濕地生態安全評價及預警endprint

自然與生態

3圖們江流域濕地生態安全評價

3.1研究區指標體系的選擇

本研究引用苗承玉《基于景觀格局的圖們江流域濕地生態安全評價與預警》論文中構建的圖們江流域濕地生態安全評價指標體系＼[11＼]（表1）。

3.2指標數據的處理

3.2.1AHP法確定指標權重

在PSR模型基礎上，將各要素分為3個層次：目標層（1個）、準則層（3個）、指標層（10個）。構建目標層和準則層的判斷矩陣，并計算出對目標層而言準則層各指標相對目標層的重要程度，即權重。之后檢驗一致性（一致性檢驗CR<0.1，判斷矩陣具有一致性。）相同計算過程，計算出指標層中各指標的權重。

3.2.2單因子評價

本文單因子評價借鑒李永健使用邏輯斯蒂增長曲線模型（又稱自我抑制型曲線），對拉魯濕地＼[13＼]生態系統健康進行的單因子評價：

P=11+e（a-b×R） （1）

式（1）中，P表示單項指標的生態安全評價指標評價值，R表示單項指標測度值。a、b均為常數。當R=0.01時，P取近似值0.001；當R=0.99時，P取近似值0.999，求得此時的方程中a和b的值分別是4.595和9.19，因此將所得值代入原式，可得到的最終單項指標評價模型如：

P=11+e（4.595-9.19×R）（2）

P=1-11+e（4.595-9.19×R）（3）

在單因子評價中求單因子指標評價值時，如果指標量值增加與生態環境質量的增加方向相同時采用公式（2）；反之，則采用公式（3）。

3.2.3生態安全綜合評價

本文采用綜合評價法來計算圖們江流域濕地生態安全度的等級。公式如下：

由表2所示，1976～2014年圖們江流域濕地安全評價值逐年降低，由0.6881（比較安全）降級為0.4824（預警）。

3.3整體流域及中朝兩側評價分析

運用上述對圖們江流域濕地生態安全的計算方法，可得出中朝兩側的濕地生態評價結果（表3、4）。

表3所示，1976～2014年間，圖們江流域朝鮮一側濕地安全評價值由0.708（比較安全）降低到0.4817（預警）。而中國一側濕地安全評價結果與朝鮮一側評價結果相同，都是從0.7197（比較安全）降低到0.4868（預警）。但是朝鮮一側的評價值比中國一側評價值較低（表4）。

3.4結果分析

3.4.11976～2014年圖們江流域濕地各類型面積變化

從整個圖們江流域來看， 2014年屬自然濕地的河流、湖泊、沼澤的面積，較1976年相比，分別減少了近 43.06%，7.44%，31.87%；屬人工濕地的水田面積減少了 1.55%，而人工湖的面積增加了391.97%（表5）。

圖們江流域中國一側與朝鮮一側濕地類型變化的特點（表6，7）。

兩側變化共同：朝鮮一側屬自然濕地的河流與沼澤的面積，較1976年相比，2014年減少了43.48%、35.89%，中國一側減少了 42.88%、30.76%，人工湖的面積較1976年相比，2014年朝鮮一側增加了 76.52%，中國一側增加了 1122.91%。

兩側變化差異：與1976年相比，2014年朝鮮一側人工濕地水田面積急劇增加（49.76%），而中國一側水田面積減少了（10.28%）。自然濕地湖泊面積，朝鮮一側稍微減少（2.36%），而中國一側大幅度（56.4%）降低。

綜合圖們江流域中朝兩側濕地類型的變化可知，河流與沼澤的面積無較大變化，自然湖泊與人工湖的面積有較大變化。朝鮮一側人工濕地水田的面積隨時間的變化而增大，而中國一側先增大后減少。中朝兩側濕地不同類型面積的變化使兩側濕地安全等級變化相同，但是評價值有差異。濕地安全評價值與植被覆蓋率（指標權重排序為1位），斑塊面積（2位），人口密度（3位）有較大的關聯（表2、3、4）。

3.4.21976～2014年圖們江流域濕地生態安全評價結果分析

（1）氣候。據朝鮮相關數據，圖們江流域朝鮮一側年平均氣溫1976年以來該地區氣溫和降水總體處于上升趨勢。近40年的年平均氣溫最高時增高了1.5℃，中國一側，根據2011年延邊統計年鑒資料中所記，自1960年以來，約50年間氣溫增長2.27℃，而平均降水量有下降趨勢，氣溫變化作用于水面的蒸發過程，對降水產生影響，且濕地的主要水源補給是降水。朝鮮一側自1976年以來年平均降水量的變化為先降低，后升高；從整體上來看，圖們江地區氣候是由“冷濕”過渡到“暖干”。多雨期時容易發生洪澇災害，破壞濕地的土壤、生物、水文等因素，使部分濕地結構退化，濕地系統結構的完整性和功能的穩定性受到不同程度的破壞。

（2）人口增長。朝鮮一側人口密度1976～2014年間增加了約18%（表4）；中國一側（延邊州統計年鑒）人口數量自1978年至2009年的30年間人口增長了將近43萬人。圖們江流域中朝兩側人口快速增加，為了滿足增多的人口需求，居住用地、耕地面積增多，而濕地面積減少。中國一側中游地區建立延龍圖一體化和將發展琿春成為東北亞核心區域城市，加大了開放力度，吸引國內外投資進行對該地區的建設和發展。

（3）水利建設。中國一側，據相關資料（延吉市志和琿春市志）中介紹，1982年，圖們江下游地區的敬信鎮的龍山水庫的建設，截斷了內流區的外泄通道，使原有的湖泊萎縮、沼澤化，而沼澤變干，天然濕地的面積大大減少；2003年，延吉市海蘭江建立了民俗村和高爾夫球場，海蘭江下游地帶因遭到人為攔截形成湖泊。又在其上游建造大新水庫，使得河流流量減少。

（4）農田開墾。朝鮮為應對20世紀90年代中期開始的經濟危機和數次自然災害加劇的經濟困難，特別是食物短缺問題，不得不采伐大量森林資源，造成森林資源大量損失，森林覆蓋率降低了10.1%。2007年的耕地面積自1980年來的30年間耕地面積多出一倍。中國一側在20世紀80年代中期以來，經濟因素影響比較突出，在該地區種植業的收入遠大于林業和畜牧業，又因為90年代糧價上漲，部分天然濕地被開墾成農田＼[11＼]。如圖們江下游中國一側的敬信濕地的幾個泡子因為本區居民的圍墾，造成潛水泡沼消失，使得當地濕地退化。endprint

4圖們江流域濕地生態安全預警

與上文所述一致，1976～2014年間，圖們江流域濕地生態安全綜合評價值逐年降低。根據1976～2014年圖們江流域濕地生態安全指數值，以GM（1，1）模型來預測未來20年的圖們江流域濕地生態安全＼[14＼]。

4.1GM（1，1）預測模型

圖們江流域濕地生態安全綜合評價結果進行預測，原始數列和預測模型如下：

原始數列：

X（0）=＼[x（0）（1），x（0）（2），x（0）（3），x（0）（4），x（0）（5）＼]=（0.6881，0.6389，0.5578，0.5184，0.4824）

時間響應式：

（1）（k+1）=-7.0056 e-0.094k-7.6937

（0）（k+1）=（1）（k+1）-（1）（k）

4.2預測模型精度檢驗

對上文建立的預測模型精度檢驗是以灰色預測精確度檢驗等級表為基礎進行的如表8所示＼[15＼]。

5結論

本文利用圖們江流域1976年、1986年、1995年、2006年、2014年的衛星影像資料（Landsat MSS，TM，ETM），獲取濕地信息，并分別對該流域整體、中朝兩側的濕地安全進行評價，對兩側濕地安全分析比較。又基于GM（1，1）模型對圖們江流域濕地未來20年的安全進行預測。所得結果如下。

（1）1976～2014年間，圖們江整體流域濕地安全等級由比較安全降到預警狀態。原因是在此期間圖們江流域自然濕地面積減少，人工濕地面積增加，植被覆蓋率降低。

（2）1976～2014年間，圖們江流域朝鮮一側濕地生態安全評價值比中國一側逐年降低。原因是朝鮮一側人口密度比中國一側高，受人類活動影響的人工濕地，特別是農田面積急劇增加，森林植被覆蓋面積大幅度減少。相反，中國一側農田面積減少，森林覆蓋面積變化不大。

（3）圖們江流域之后20年的濕地生態安全預測結果是：未來20年整個圖們江流域和中國一側的濕地生態安全都仍處于預警狀態，但生態安全評價值大小下降；朝鮮一側則從預警狀態降到中度預警狀態，濕地生態安全有惡化趨勢。

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