盤錦濕地景觀格局演化及生境適宜性評價研究

成 遣，周林飛

(沈陽農業大學水利學院，沈陽 110866)

濕地作為地球上特殊的生態系統，不但為人類提供賴以生存的原材料，也為自然界的生物提供繁衍生息的家園，在改善自然環境及維持生物多樣性方面具有重要的貢獻。但近年來，隨著城市化的不斷推進，城市邊界一再擴張，部分土地開發者對自然資源的保護意識薄弱，不但對濕地生態系統造成了嚴重的干擾，而且加速了濕地生態功能的退化及濕地面積的萎縮，已對濕地水禽的生存環境造成了巨大的壓力[1]。

起初在研究棲息地適宜性問題時，由于受到數據采集及空間分析方法的限制，僅能從宏觀上進行描述，不能將空間特性引入到評價分析中。近年來，隨著3S數據獲取及空間分析手段的日益成熟，使得棲息地適宜性指數的應用越來越細化及具備空間特性。2001年，Hansen等人依據遙感影像上的紋理特征及光譜特性研究鳥類分布特征，研究結果表明遙感影像可以反映植被的異質性，可以預測物種的空間分布特征[2]。Oja等人在2005年采用遙感影像上提取的土地覆被信息模擬了愛沙尼亞鳥類棲息地適宜性，證明鳥類棲息地適宜性空間分布與濕地相關性顯著[3]。何銳等人利用遙感手段分析了近1989-2013年西洞庭土地類型變化的原因以及對水禽帶來的影響，為水禽生境保護提供依據[4]。滿衛東等人通過對1990-2015年間水禽棲息地適宜性進行評價，獲得三江平原生態功能區及1995-2015年間水禽棲息地適宜性結果，并分析其時空分布和變化特征，結果表明土地覆被變化是水禽棲息地適宜性等級變化的最重要影響因素[5]。由此可見，利用遙感和GIS技術進行棲息地適宜性評價，不但能獲得大范圍、多尺度的研究數據，而且能準確體現棲息地適宜性變化的時空變化特征。

目前，濕地水禽棲息地適宜性評價的研究很少，而且研究所選用的評價因子也比較單一，很少結合水禽的棲息環境選取，而評價因子的選取恰恰是適宜性分析關鍵。濕地作為水禽的重要棲息地，應根據濕地本身特征及水禽棲息的特點選取特定的評價因子。鑒于此，本文以盤錦濕地為研究對象，以遙感和GIS為技術支撐，結合水禽棲息地的環境特征以及地貌狀況，選擇水源狀況、食物豐富度、遮蔽物和干擾條件作為評價指標，采用層次分析法確定各因子權重，實現盤錦濕地水禽棲息地適宜性評價研究，以此為基礎進行盤錦濕地的時空特性及驅動因素分析，以期為濕地的生物多樣性保護和生態環境的改善提供科學依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究概況

盤錦濕地地處遼河三角洲的核心地帶，西起大凌河口，東至大遼河河口，地理位置介于東經121°30′～122°31′，北緯40°45′～41°27′N之間，總面積39.21 萬hm2。盤錦濕地中有白鸛、黑鸛、白尾海雕、白天鵝和丹頂鶴等國家一類保護的珍稀水禽，是我國重要的水禽棲息地。盤錦濕地的水禽棲息地適宜性狀態可為研究區域環境變化及生物多樣性持續發展提供重要參考。

1.2 數據源及預處理

研究的基礎數據是1989、1999、2009和2017年的遙感影像，主要來自美國地質調查局(USGS)，影像類型為Landsat TM、ETM+和OLI影像，分辨率為30 m，如表1所示。除此之外，數據還包括相關輔助資料包括保護區內的水系圖(2012年)、行政界限圖(2009年)、植被圖、功能區圖(2010年)、相關文字、圖表資料等。相關統計資料及圖件，主要包括:《盤錦市統計年鑒》(2014年)、《遼寧省統計年鑒》(2014年)、盤錦市土地利用現狀圖(2010年)、水系圖(2012年)、行政界限圖(2010年)、交通規劃圖(2014年)、植被圖(2012年)、功能區圖(2014年)、相關文字、圖表資料等。為了提高影像解譯精度并對其進行精度驗證，還包括野外GPS調查數據[6-8]。

表1 遙感影像信息Tab.1 Remote sensing image information

數據處理的過程中，在ErdasImagine2016平臺下對遙感影像進行了糾正、融合及鑲嵌處理。根據影像紋理特征及地貌特點，結合GPS野外調查結果對影像進行目視解譯及分類[9-11]。本文在劃分景觀類型時依據《遼寧省土地利用分類系統標準》及參照已有的研究成果，將盤錦濕地景觀劃分蘆葦、灘涂、河流、水田、旱地、居民地及養殖塘7種。為了提高分類精度，本研究比對了目視解譯與監督分類的結果，采用總體精度和Kappa系數進行解譯成果評定，得到四期分類圖的精度(見表2和圖1)，從結果來看精度滿足解譯及計算要求。

表2 遙感影像分類精度Tab.2 Remote sensing image classification accuracy

1.3 研究方法

1.3.1 評價因子的選取

本文根據濕地本身特征及水禽棲息的特點，選取如水源、食物豐富度、遮蔽條件這些直接影響水禽生存環境的因子。一些由于人為活動而造成對水禽棲息地的間接影響的干擾因子也作為評價因子。由于氣候條件的尺寸比較大，本次研究不將其作為研究的評價因子。所以，本文選取水源狀況(養殖塘和河流密度)、食物豐富度(NDVI)、遮蔽條件(景觀類型)和干擾因子(居民地和道路密度) 作為評價因子。其中水源狀況、食物豐富度、遮蔽條件與適宜性呈正相關性，而干擾因子則與適宜性呈負相關性。以這4個評價因子為基礎建立盤錦濕地水禽棲息地適宜性評價指標體系[12,13]。

1.3.2 權重的確定

采用層次分析法，根據評價因子對水禽棲息地的貢獻及影響程度賦予權重，公式如下：

(1)

圖1 1989、1999、2009、2017年盤錦濕地景觀類型圖Fig.1 Panjin wetland landscape types in 1989, 1999, 2009 and 2017

式中：n為指標因子個數；wi為權重；fi為指標因子計算值。

將1989、1999、2009和2017年的水禽棲息地適宜性分為：適宜性最好(1～0.75)、適宜性良好( 0.75～0.5) 、適宜性一般(0.5～0.25)、適宜性差(0.25～0)4個等級。通過查閱文獻及專家評判相結合的方法來確定各因子的權重，如表3所示。

表3 盤錦濕地水禽棲息地影響因子權重表Tab.3 Factor weights of water bird habitat in Panjin wetland

2 結果與分析

2.1 景觀格局演變

從表4可知，在1989-2017年間，自然濕地景觀面積呈萎縮趨勢，由1989年的14.098 41 萬hm2下降為2017年的1.015 793 萬hm2，這其中減少最多的是灘涂，減少了1.525 23 萬hm2；人工濕地景觀面積呈上升趨勢，由1989年的18.140 544 萬hm2上升為2017年的21.463 128 萬hm2，其中增加最多的是水田，增加了2.908 845 萬hm2；非濕地景觀面積呈略有增加的趨勢，增加了0.624 033 萬hm2，雖然旱地面積有所下降，但居民地面積增長迅速，增加了1.839 339 萬hm2。總體來看，水田、養殖塘及居民地面積的大幅增加反映出在研究時段內盤錦濕地內人類活動日趨頻繁和強烈，其是導致整個濕地景觀格局變化及影響棲息地適宜性的最主要因素[14,15]。

表4 1989-2017年盤錦濕地景觀類型變化 萬hm2

2.2 水禽棲息地適宜性評價

2.2.1 適宜性因子的獲取

在ArcGIS10.3平臺下，通過空間分析中的密度分析功能得到河流、養殖塘、居民地、道路景觀的密度。道路密度則是參考2014年的道路規劃圖，主要以主干道路為主提取的[16]。

食物豐富度則是通過植被指數NDVI來體現，其值越大，表示作物越豐富，水禽食物來源越充足，具體的計算公式為:

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

(2)

式中：NIR為近紅外波；R為紅波段。

采用2017年的OLI影像4、5波段提取NDVI。由于遮蔽物是避免水禽遭受侵害的躲避場所，所以其遮蔽效果越好，適宜性越佳。在景觀類型中，蘆葦遮蔽效果最好，其次水田和旱地，最后是居民地、道路等人工建筑[17]。

通過空間分析得到適宜性評價因子分布圖(見圖2)，由圖2可知，河流密度和養殖塘密度表示濕地水禽的水源狀況，密度越大，水源越充足。而道路密度和居民地密度則表示人類活動的干擾情況，密度越大，棲息地適宜性越差。NDVI表征了水禽的食物來源，值越大，適宜程度越佳。結合濕地水禽棲息地的特征及查閱相關文獻，對適宜性評價因子進行等級劃分，主要劃分為4個等級(見表5)。在ArcGIS10.3平臺下根據這4個等級對原有的適宜性評價因子分布圖進行了重分類。

圖2 盤錦濕地水禽棲息地適宜性評價因子分布圖Fig.2 Distribution of suitability assessment factors of waterfowl habitat in Panjin wetland

評價因子適宜性最好適宜性良好適宜性一般適宜性差河流密度1.2～1.60.8～1.20.4～0.80～0.4養殖塘密度1.8～2.41.2～1.80.6～1.20～0.6道路密度0～0.30.3～0.60.6～0.80.8～1.0居民地密度0～0.90.9～1.81.8～2.72.7～3.7NDVI190～255130～19070～1300～70

2.2.2 水禽棲息地適宜性評價

結合ArcGIS10.3平臺下的疊加分析及柵格計算功能，以重分類的結果為基礎實現盤錦濕地水禽棲息地適宜性空間分布評價。通過將指標因子以柵格像元為計算單位，根據因子的權重，進行加權疊加得到水禽棲息地適宜性的空間分布情況，結果值越大，則代表適宜性越好，結果值越小代表適宜性越差[18-20]。最后，將計算結果劃分為4個等級，即適宜性最好(100～75)、適宜性良好(75～50)、適宜性一般(50～25)、適宜性差(25～0)4個等級，得到水禽棲息地適宜性分級圖(見圖3)。通過計算，適宜性最好的面積為7.37 萬hm2、適宜性良好的面積為17.92 萬hm2，適宜性一般的面積為8.43 萬hm2，適宜性差的面積為5.49 萬hm2。水禽棲息地適宜性良好以上的面積占比將近為64.5%，這與盤錦市政府近年來為保護濕地生態環境實施生態功能區建設、布設綠道等保護措施有關。

圖3 盤錦濕地水禽棲息地適宜性分級圖Fig.3 Classification of habitat suitability of water birds in Panjin wetland

3 討 論

(1)景觀類型變化的影響。景觀類型變化是影響水禽棲息地適宜性改變的重要因素，不同的景觀為水禽提供的生存環境差異較大。在1989-2017年間，自然濕地景觀面積逐漸呈萎縮趨勢，而人工濕地景觀面積則呈上升趨勢，兩者具有較強的一致性。在水禽棲息地適宜性評價中，自然濕地的適宜性要好于人工濕地的適宜性。如果自然濕地按目前發展趨勢繼續萎縮的話，未來將會導致水禽棲息地的適宜性逐漸變差。鑒于此，為了維持區域生態系統的穩定，需要合理的規劃及協調地方發展與生態保護之間的矛盾，制定相關的退耕還濕政策，盡可能地減少和消除人為活動給濕地生態環境帶來的壓力。

(2)評價因子選取的影響。評價因子的選取是水禽棲息地適宜性評價的關鍵，直接影響著水禽棲息地適宜性評價結果。但由于詳細描述水禽棲息地的相關生態指標往往難以獲取，只能將可操作性好的重要指標作為評價水禽棲息地適宜性的評價因子來減少對評價結果的偏差。本文僅將水源狀況、食物豐富度、遮蔽物和干擾條件作為評價因子，但隨著生態指標獲取手段的完善，評價因子更為全面，所獲得的評價結果也會更加符合棲息地現狀，這也是以后進一步深入研究的重點。

(3)數據源的影響。本文的數據源主要來自美國地質調查局，雖然遙感技術應用于大尺度、多時相的研究效率高，但由于四期影像的分辨率均為30 m，一些細小圖斑在影像圖上無法反應，野外GPS采集解譯標志點也不會覆蓋那么全面，間接會導致解譯成果與保護區實際狀況會產生偏差，對統計各類景觀面積及生境適宜性分級面積會有影響。隨著更深層次研究的需要，應選取分辨率更高些的影像數據。

4 結 語

適宜性最好的區域主要分布于大片蘆葦濕地內部以及河流周圍，因為水源與食物比較充足，而且該區域內人口稀少，非常適合水禽生存。從景觀類型圖來看，該地區的大面積斑塊多而且比較集中，景觀破碎化不嚴重，說明受到人為破壞小；適宜性良好的區域主要分布于大片水田及部分蘆葦濕地內部。由于接近適宜性最好的區域，處于棲息地適宜性最好的緩沖地帶。該區域內只有零星的居民地鑲嵌分布在水田中，其他的居民地成聚集分布，這說明在此區域生態系統相對穩定，為水禽存留大量的適宜棲息地；適宜性一般和適宜性差的區域主要分布在居民地密集區及道路附近，由于受人為干擾力較強，生態敏感性很弱，生態系統穩定性差，所以不適宜水禽棲息。

本文以盤錦濕地為研究區，以遙感為數據獲取手段，應用層次分析法和GIS空間分析技術進行對水禽棲息地做適宜性評價，不但揭示了盤錦濕地水禽棲息地適宜性的空間分布特征，而且為盤錦濕地保護和恢復提供了重要參考，也為生物多樣性的可持續發展提供借鑒。