基于RS和GIS技術的濕地景觀格局變化研究

伊若辰，王江萍

(武漢大學 城市設計學院，湖北 武漢 430000)

1 濕地與景觀格局動態變化

1.1 濕地的概念及現狀

濕地是一種過渡類型生態系統，在調蓄洪水、凈化水質方面均起著十分重要的作用，可以補充地下水并維持區域水平衡。同時作為遺傳基因庫，生息著許多珍稀甚至瀕危的生物，對維持生物多樣性和生態安全甚至全球氣候變化、人類發展息息相關。初步統計，我國濕地總面積約8.04億畝，居世界第四位，占國土面積的5.56%。近年來由于城市化進程的加快，濕地資源日益減少，且景觀破碎化、功能退化問題嚴重，嚴重制約了濕地生態系統的利用與保護。目前我國對濕地的研究集中于概念與分類、發展演變、生物多樣性保護、生態恢復與重建、濕地評價等方面。

1.2 濕地景觀格局的動態變化

景觀格局是景觀生態學研究的核心內容之一，指不同大小、形狀的景觀斑塊在空間上的布局，包括景觀的空間特征(如景觀組分大小、 形狀及結構等)和非空間特征(如景觀元素類型、面積、比重等)兩部分[1]。目前對于景觀格局的研究集中于空間異質性研究和格局演變研究兩方面。濕地景觀格局取決于濕地景觀資源的地理分布和組成，并且影響著濕地生態系統的生物多樣性、穩定性、抗干擾能力與恢復能力等[2]。目前的濕地景觀格局是在過去景觀流的基礎上形成的，并不斷發展變化，影響著干擾傳播、水文、景觀演替、小氣候動態等生態過程。

景觀格局的動態變化指在外界干擾與自身演替的影響下，景觀結構單元的組成成分、多樣性等方面隨時間的變化及由此產生的能量、物質等的分布與運動差異[3]。因此，濕地景觀格局的動態分析能幫助了解濕地的生態環境變化的狀況以及變化的動因與機制,從而合理利用景觀，預測濕地景觀變化。

2 RS和GIS技術在濕地景觀格局研究中的應用

近年來，在濕地景觀格局演化過程及其結構功能的研究過程中，RS技術與GIS技術的發展給研究帶來了推動性的進展，已成為濕地景觀格局動態變化研究中的重要手段。

2.1 RS技術在景觀格局研究中的應用

RS技術是非接觸的遠距離探測技術，通過平臺上的傳感器獲取電磁波信息，并對其進行提取、判定、分析、處理及應用的綜合技術。其圖像資料具有覆蓋范圍廣、更新速度快的特點，為獲取濕地環境提供了有效的信息源，促進了景觀格局研究的發展。景觀格局通常由空間不連續變量表示，而實際上，異質性在空間上是連續的。因此，通過分析不同時段的RS圖像，可以研究其動態變化過程。同時，遙感技術也可用于濕地景觀分類，這是濕地景觀格局變化研究中的重要環節。并且濕地遙感的分類精度直接影響濕地景觀的制圖精度，進而影響景觀信息的分析，因此，為了提高影像精度，目前的濕地景觀格局研究在遙感分類上需要進行深入探索[4]。

2.2 GIS技術在景觀格局研究中的應用

GIS是一種重要的空間信息系統。在計算機的支持下，具有空間數據的獲取與處理、存儲與組織、空間查詢與空間分析等功能。GIS 技術在濕地景觀格局變化研究中的作用是協助景觀類別分類、景觀制圖與指數統計、動態信息提取與分析。它可以將各類空間資料、圖中文字與數字記錄通過計算機高效地連接，對已獲取的遙感影像進行景觀類別分類或對分類后的圖像進行簡單驗證，同時將濕地系統的生態環境變化分析的結果明確地表示出來。同時，GIS結合特定的軟件還可以計算景觀指數, 定量分析濕地景觀格局，并進行不同時間段內的濕地景觀格局動態變化分析。

3 基于 RS 和 GIS 技術的濕地景觀格局指數分析

3.1 應用現狀

我國從20世紀90年代開始進行濕地景觀格局研究，主要利用景觀格局分布特征指數、景觀異質性指數、破碎化指數等來研究其變化[5]。目前多數景觀格局指數存在類型少、含義相近、生態學意義不明等問題。也很少結合RS和GIS技術來分析濕地景觀的結構與功能，計算景觀格局指數，因此無法滿足更高層次的景觀格局研究要求。

3.2 景觀格局指數類型

景觀格局指數是高度濃縮的景觀格局信息，分為斑塊水平指數、斑塊類型水平指數和景觀水平指數3個類型[6]。用于濕地景觀格局特征和變化的分析時，可以進行濕地景觀格局同時異地、同地異時和異地異時的比較研究[7]。隨著技術的進步，一些新的指數也不斷產生，如景觀空間負荷對比指數、孔隙度指數、聚集度指數等[8]。當前，大概有200個指數用來反映景觀格局的動態變化特征，其可分為兩類：斑塊水平(如斑塊面積、周長、形狀指數及其平均值與標準差)與景觀水平(如景觀豐富度指數、景觀多樣性指數、景觀優勢度指數等)[9]。這些指數中部分有著相同的生態學意義，部分不具有，甚至相互矛盾。

3.3 濕地景觀格局指數選取

在自然或人為干擾下，景觀通常從單一、連續、均質向復雜、不連續和異質的斑塊鑲嵌體變化[10]。在分析濕地景觀結構類型的基礎上，運用RS 和 GIS 技術，選擇景觀格局指數，并通過指數對空間格局進行定量分析。首先，根據濕地的分類原則和實際情況，設計出所研究的濕地遙感分類系統；然后，選取適當的波段組合來處理不同時間段內的遙感圖像，以判斷濕地類型，利用GIS進行數據處理與分析；最后選取最具代表性的濕地景觀格局指數，根據它們在不同時段內的動態變化來反映景觀格局空間結構的變化規律。

4 問題及展望

近年來3S技術的融合發展，圖像處理技術不斷提高，在濕地景觀格局變化的研究中起著重要作用。但RS與GIS技術的使用成本較高，部分限制了它們在濕地景觀格局變化研究中的應用。并且針對基于 RS 和 GIS 技術的濕地景觀格局動態變化研究，還應注意增強RS及 GIS技術與景觀學科之間的銜接，培養景觀工作者更高的知識水平；在利用GIS傳統的空間分析功能的基礎上，致力于構建基于不同生態過程的景觀格局指數；同時抓住濕地關鍵生態過程，加強濕地景觀格局與生態過程實質的耦合研究。