雄安白洋淀濕地景觀格局分析及生態規劃研究

石英杰 王桂霞 安廣義

摘要：以雄安新區白洋淀濕地為研究對象，采用地理信息遙感技術分析其1999-2017年土地利用變化特征以及驅動因素。結果表明，濕地面積從1999-2017年呈先減少后增加的趨勢，總體減少了5 019.66 hm2，下降了19.35%;耕地以及裸土地面積先增加后小幅度減少;林地以及建設面積逐年增加。1999-2017年最突出的變化為耕地和裸土地的相互轉化以及自然水體、人工水體和水生植被三者之間的相互轉化。前中期以濕地的流出為主，2011-2017年耕地擴張得到控制，逐漸轉化為耕地以及裸土地向濕地的流入。白洋淀濕地斑塊數量（ NP）由1999年的11 722個增加到2017年的16 720個，斑塊密度（PD）則由36.08增加到51.47，白洋淀濕地的景觀破碎化程度增大;面積加權平均形狀指數（AWMSI）從1999-2017年呈先減少后增加的趨勢，濕地的斑塊形狀變得復雜;香農多樣性指數（SHDI）和香農均勻度指數（SHEI）逐漸增加，白洋淀濕地的土地利用越來越豐富，優勢斑塊的主導作用逐漸降低。氣候轉變、降水減少、經濟發展、退耕還淀政策、城市和農業用地的擴張以及政府的引水補淀等因素導致白洋淀近18年期間的景觀格局變化。以濕地修復和可持續發展為目標，將白洋淀濕地劃分為6個生態功能分區。

關鍵詞：白洋淀濕地;景觀格局;驅動因素;生態規劃;雄安

中圖分類號：X37

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 20-0116-08

DOl：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.026

濕地是依靠水而生存的動植物生態系統，這一生態系統在抵御洪澇災害、調節地表徑流、控制河流污染、改善局部區域氣候、維系生物多樣性和美化區域環境等方面都起重要作用[1]。150年來，全球范圍內約50%的濕地已經消失，并且現存濕地仍在不斷萎縮[2]。當前，中國現存自然濕地總面積約36.2萬km2，占國土面積的3.77%，低于世界6%的平均水平[3]。濕地景觀格局是指大小和形狀不一的濕地景觀斑塊在空間上的排列，是各種生態過程在不同程度上綜合作用的結果，對景觀的功能和過程有著重要影響[4]。從20世紀70年代開始，景觀生態學被逐漸引入到濕地研究中，濕地景觀格局的動態變化就一直是濕地生態學研究的熱點[5.6]。在此背景下，加強濕地土地類型變化分析研究，對濕地生態環境變化監測、分析和管理等具有重要意義[7.8]。

作為華北平原重要的淀泊和濕地系統，白洋淀具緩洪滯瀝、蓄水灌溉、調節小氣候等重要生態經濟功能，被稱為“華北明珠”[9]。改善白洋淀的生態環境，恢復白洋淀的生態功能，是實現雄安新區“打造優美生態環境，構建藍綠交織、清新明亮、水城交融的生態城市”這一功能定位的必要前提。但是20世紀50年代以后，受自然因素和人類活動的影響，導致白洋淀面積萎縮，干淀事件頻繁發生，土地覆蓋變化巨大[10]。白洋淀的濕地生態功能逐漸衰退，出現水源不足、濕地萎縮、泥沙淤積、干淀頻繁、生物多樣性減少等危機[11]。開展關于白洋淀土地利用類型以及景觀格局變化的研究，揭示其變化的規律、引起變化的因素以及不同區域的變化特點，對雄安白洋淀的未來規劃、生態保護區的設立以及生態環境的修復至關重要。盡管已經有部分學者對白洋淀的景觀格局變化進行了研究[12-14]，但缺少對不同區域的特定分析和具體的生態規劃建議。因此，本研究對1999年、2005年、2011年、2017年的白洋淀遙感影像數據進行分析，探究其土地利用類型和景觀格局指數的變化，并揭示其變化規律和驅動因素，最后通過生態學原理對白洋淀進行生態功能規劃分區，以期為白洋淀的綜合發展提供參考。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

2017年4月1日，中共中央、國務院印發通知，決定設立河北省雄安新區。新區規劃范圍包括雄縣、容城、安新三縣行政轄區（含白洋淀水域）。白洋淀地處華北平原中部（圖1），北緯38°43-39°02 '，東經115°38，-116°07，屬海河流域中的白洋淀流域，東西長39.5 km，南北寬28.5 km，白洋淀總面積約366 km2，現有大小淀泊143個，年平均蓄水量13.2億m3。白洋淀人淀河流有潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、萍河、瀑河和白溝引河8條河流，下游出口由棗林莊閘和趙北口溢流堰控制。白洋淀植物種類繁多，生物多樣性豐富，有大型水生植物47種，浮游植物406種。研究區是候鳥遷徙內陸途中的重要通道，豐富的植物資源為各類動物提供了充足的食物資源和棲息場所，具有重要的研究價值[12]。

白洋淀濕地處在暖溫帶半干旱氣候區，氣候四季分明，冬季寒冷有雪，夏季炎熱干燥。多年平均氣溫7.3-12.7℃，多年平均降雨量563.9 mm[11]。降雨年際變化大，年內分配不均，80%的雨量集中在6-9月。降水量年內變化大造成不同月份白洋淀水域的水量不同，在冬春季節處于枯水期，水量明顯縮小，水面萎縮。在夏季由于降水的增加，處于豐水期，水域的面積一般會有所增大[14]。

1.2研究方法

1.2.1 數據來源及處理遙感影像的選取主要考慮白洋淀降水情況[15]，水生植物的生長季節和可識別性[12]以及當日云量3個因素。綜合分析之后，本研究選取了1999年8月10日、2005年5月20日、2011年6月8日的Landsat4-5 TM影像和2017年9月12日的Landsat8 0LI_TIRS影像，各時期的遙感影像分辨率均為30m。獲取數據后進行圖像預處理，主要包括大氣輻射矯正、幾何校正以及圖像裁剪。預處理完成后利用Arcgis10.6軟件對4個時期的遙感影像進行土地利用的分類，結合實地調研和人工目視，采用最大似然分類法得出4個時期的白洋淀土地利用分類圖像，獲取土地覆蓋面積及轉換數據，最后采用Fragstats 4.2軟件計算4個時期的白洋淀景觀格局指數。

1.2.2 分類方法參考《濕地公約》的濕地分類系統，結合影像數據特征和白洋淀土地利用現狀，將白洋淀濕地劃分為天然濕地、人工濕地、非濕地三大類。并根據遙感影像GIS光譜的可識別性和準確性，對濕地進行二次分類。具體的景觀類型分類體系及說明見表1。

1.2.3 景觀格局指數的選取與分析景觀格局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簡單定量指標‘16]。本研究從類型水平和景觀水平對白洋淀濕地的景觀格局進行分析，并根據白洋淀景觀格局的多樣性、破碎度和連接度3個方面選取指標。具體指標包括斑塊數量（ NP）、斑塊密度（PD）、平均斑塊面積（AREA_MN）、最大斑塊指數（LPI）、面積加權平均斑塊指數（AWMSI）、聚集度指數（AI）、蔓延度指數（CONTAC）、香農多樣性指數（SHDI）和香農均勻度指數（ SHEI）。

1.2.4 雄安白洋淀濕地分區 為了更好地觀察白洋淀土地利用在全部以及不同區域的時空轉移情況，參考王濱濱等[17]針對白洋淀淀區不同空間景觀變化的不同特征進行研究，將淀區分為W區、E區、N區和S區（圖2）。

2 結果與分析

2.1 濕地景觀總體動態分析

圖3顯示4個年份的白洋淀濕地利用類型，可以看出1999-2017年期間濕地的土地覆蓋產生一系列的變化。由表2可知.近18年來，白洋淀濕地的主要土地利用類型一直是水生植被，其次是耕地、自然水體、人工水體等。1999-2017年，白洋淀濕地的主要變化為自然水體和水生植被面積都呈先減少后增加的趨勢，主要集中在E區，其中自然水體的變化在每個時期都相對明顯，水生植被面積在1999-2005年期間急劇萎縮，減少了6 074.01 hm2，之后的變化趨勢相對平緩;隨著雄安新區及其周邊地區經濟和人口的快速增長，人類活動對濕地的影響持續增加，濕地的人工水體、林地和建設用地面積都呈逐步增加的趨勢，增加的區域相對分散;耕地和裸土地的面積都呈先增后減的趨勢，集中在W區以及S區，可見2011年之后政府的退耕還淀以及濕地修復政策已逐步落實到位。

2.2土地利用轉移分析

由圖4、表3可知，1999-2017年期間3個期間主要的土地類型變化存在共通點，而各個期間的土地類型變化也有其相對突出的不同點。農田和裸土地的相互轉化，自然水體、人工水體和水生植被三者之間的相互轉化在3個時期都比較突出，且農田和裸土地的相互轉化主要集中在W區和S區，濕地景觀之間的相互轉化主要集中在E區。不同點在于1999-2005年、2005-2011年2個期間的的土地利用類型轉移以濕地景觀向非濕地景觀流出為主，其中1999-2005年期間水生植被向耕地和裸土地的轉換最為明顯，轉換面積分別為4 827.90、3 184.38hm2，而2005-2011年期間水生植被向耕地的轉換面積也達到了1 084.61 hm2;2011-2017年期間主導的土地類型轉移流向則是非濕地景觀向濕地景觀轉換，尤其是耕地的流出最為明顯，其中耕地向自然水體的轉換面積為372.19 hm2，耕地向人工水體的轉換面積為1 606.72 hm2，耕地向水生植被的轉換面積為1 929.81 hm2。2011-2017年期間耕地向林地以及耕地向建設用地的轉換也較為突出，轉換面積分別為904.99、322.40 hm2。從圖4還能明顯地發現，白洋淀濕地各時期內的主要土地類型變化特點從開始的相對集中成片逐漸向后來的雜亂分散轉變，說明人為因素對白洋淀濕地土地類型轉變的影響日漸增大。

2.3 景觀格局指數分析

2.3.1 景觀水平上景觀格局變化 由表4可知，1999-2017年期間，白洋淀濕地的斑塊數量（NP）和斑塊密度（ PD）都表現出先緩慢下降后急劇升高的趨勢，斑塊數量（NP）由1999年的11 722個增加到2017年的16 720個，斑塊密度（PD）則由36.08增加到51.47;同時斑塊平均面積（AREA_MN）呈先增加后減少的趨勢，說明白洋淀濕地的景觀破碎化程度呈減小后增加的趨勢，并在2005年達到最大值。面積加權平均形狀指數（AWMSI）則呈先減少后增加的趨勢，說明白洋淀濕地的斑塊形狀從1999年到2017年變得越來越復雜，且景觀空間格局的復雜性也越來越高。蔓延度指數（CONTAG）逐年降低，說明白洋淀濕地景觀的斑塊連接度呈逐年下降的趨勢，破碎化程度升高。最大斑塊指數（LPI）逐漸減小，表明人類活動對白洋淀濕地景觀格局的影響逐漸增強。香農多樣性指數（SHDD和香農均勻度指數（SHEI）逐漸增加，說明白洋淀濕地的土地利用越來越豐富，且不定性的信息含量增加，優勢斑塊的主導作用逐漸降低。

2.3.2 類型水平上景觀格局變化圖5顯示的是白洋淀濕地類型水平上各個景觀格局指數的變化趨勢。自然水體、人工水體以及水生植被的斑塊密度都呈先減少后增加的趨勢，且都在2017年達到最大值，表明白洋淀濕地的破碎化程度在1999-2017年期間先降低而后升高。林地的斑塊密度逐漸增大，耕地的斑塊密度變化相較平穩，而裸土地與建設用地的斑塊密度先升高后降低，說明進入21世紀以來，人類對白洋淀濕地開發建設加強，建設用地擴張成片，破碎化程度降低。

最大斑塊指數在一定程度上能確定景觀的優勢類型和人類活動的方向與強弱。由圖5可知，自然水體、人工水體、水生植被和耕地的最大斑塊指數明顯大于其他3種土地利用類型，說明濕地景觀和耕地一直是白洋淀的主要景觀類型。自然水體和人工水體的最大斑塊指數呈先減小后增大的趨勢，說明白洋淀的干淀情況在進入21世紀后已逐漸緩解。水生植被一直是白洋淀最具優勢的景觀類型，但其優勢度卻在逐年緩慢降低。耕地的最大斑塊指數由于退耕還水政策以及苗圃林地的快速擴增，在2017年出現了大幅度的降低。

面積加權平均斑塊形狀指數的值越大說明斑塊類型的形狀越復雜，該類型的景觀空間格局也更加復雜。從圖5可以看出，自然水體和水生植被的面積加權平均斑塊指數明顯大于其他5種景觀類型，而與人類活動相關性較強的景觀類型，人工水體、林地、耕地、建設用地、裸土地的面積加權平均斑塊指數則相對較小，浮動不大。

聚集度指數表示不同斑塊類型的團聚程度或延展程度。自然水體和水生植被的聚集度指數呈先增后減的趨勢，這是由于2017年白洋淀W區以及S區的土地大量轉換為自然水體以及水生植被導致的。人工水體的聚集度指數在2005年之后一直增長，連接度增加。林地和建設用地的聚集度指數則逐漸增加。由于耕地和裸土地的常年相互轉換，二者的聚集度指數也因此呈浮動狀態。

3 白洋淀濕地變化的驅動因素

景觀格局變化驅動力的研究是理解人類活動與景觀格局演化關系的基礎[18]。白洋淀濕地變化主要是由于氣候改變以及人類活動兩方面的影響。

21世紀初期，白洋淀的濕地景觀面積嚴重萎縮，從1999年的25 937.38 hm2縮減到2005年的17 590.50 hm2。白洋淀是一個大型的平原洼淀，本身調節庫容小，不具備以豐補枯的能力，其蓄水量主要來源是淀區降雨和上游入淀河流的補給[19]。袁勇等[20]研究表明，白洋淀濕地常年的降水量都遠低于其蒸發量，并且進入20世紀60年代以來華北地區氣候連續干旱，降雨持續減少。因此，人淀河流對白洋淀水體的補給更加重要。但從20世紀60年代初開始，白洋淀上游河流建起了上百座水庫，由于上游的利用和水庫攔蓄以及流域內大量開采地下水，致使入淀水量日趨減少，2000年以后，人淀水量進一步減少，相較20世紀90年代又下降了近55%[21]。

21世紀初始，國民經濟的快速增長帶來的大量的開發建設，人民生活水平的提高也促進了農業和旅游業的發展，導致白洋淀周邊城市以及農業供水量迅速增加。保定市2001-2010年年平均供水量32.12億m3。地下水供水為29.00億m3，占90.3%，為主要供水水源;地表水供水為2.89億m-，占9.0%，其他占0.7%[22]。此外，當地氣候較為干旱，降水量少，且農業用地面積逐年增長，導致農業用水量持續加大。城市以及農業用水的增加帶來地下水的大量開采，導致整個保定地區的地下水位下降，濕地面積減少以及整體濕地景觀格局的變化。

2005年之后白洋淀濕地景觀面積有所回升。耕地面積和裸土地面積減少，建設用地面積相對穩定，林地面積上升。主要是受退耕還淀、引水濟淀等政策的影響。2007年，白洋淀景區經國家旅游局正式批準為國家SA級旅游景區，旅游業的發展需要良好的自然環境的支撐，因此，在一定程度上緩解了濕地面積縮減的局面。雄安新區生態修復政策的制定，綠色宜居城市的定位，也使得區域的林木需求量增長和濕地生態環境的改善。

4 生態保護規劃建議

風景區景觀生態功能分區的目的是為區域資源的開發利用和環境保護，為區域經濟的可持續發展提供可靠的科學依據，從而減少人們在經濟活動中的盲目性以及片面追求短期經濟效益的危害性[23]。研究中發現了一系列問題：人類活動過盛、耕地以及建設面積盲目擴張、濕地破壞嚴重等。通過對雄安白洋淀濕地景觀格局變化與驅動因素的分析，結合河北省雄安新區規劃綱要，本研究將白洋淀濕地劃分為村鎮發展區、農耕控制區、旅游活動區、生態緩沖區、濕地恢復區以及生態調控區，共6個生態功能

村鎮發展區：該區域建設用地擴張嚴重，人類活動明顯，居住區逐漸聚攏，由點成片。為了滿足經濟發展需求和必要的人類活動，本區可進行適當地開發建設，但應控制建設面積以及污染企業的入駐。農耕控制區：本區的土地類型變化頻繁，分布著大面積的農業用地。在規劃設計中本區應嚴格控制農業用地的進一步擴張，改善區域的景觀環境和生態質量，結合白洋淀的濕地旅游資源，從傳統型農業向旅游觀光型農業發展。旅游活動區：本區域緊鄰安新縣，對接雄安新區，自然資源和人文景觀豐富。規劃設計中應考慮協調旅游開發和環境保護之間的關系，避免濕地環境的大面積破壞。生態緩沖區：本區已進行了一定的旅游資源開發，但人類活動與旅游活動區相比減少很多。規劃設計中應嚴格控制游人容量，緩沖旅游活動區以及村鎮發展區對濕地內部的影響。濕地恢復區：本區的主要問題為多年來濕地面積的大量流失，因此規劃應著眼退耕還淀、濕地恢復，避免居民及游人對本區域濕地環境的破壞。生態調控區：本區分布著大量的村落，面積小且分散，人文景觀相對匱乏，但濕地集中分布于本區域，且生態環境良好。因此，生態規劃應以加強區域生態環境、保持區域的濕地生態穩定性和生物多樣性等綜合生態功能為主要目標。禁止一般生產利用，鼓勵居民外遷，并給予政策和補貼支持，嚴格控制旅游資源的開發以及游人的涌人，避免人類活動造成本區域濕地面積的流失。

5 小結

1）近18年來，水生植被一直是白洋淀濕地的主要土地利用類型。濕地面積從1999-2017年呈先快速減少后緩慢增加的趨勢，總體減少了5 019.66hm2，下降了19.35%;耕地以及裸土地面積先增加后小幅度減少;林地以及建設面積逐年增加。

2）3個變化時期里突出的變化為耕地和裸土地的相互轉化以及自然水體、人工水體和水生植被三者之間的相互轉化。耕地和裸土地的相互轉化主要集中在W區和S區，濕地景觀之間的相互轉化主要集中在E區。1999-2011年期間以濕地的流出為主，2011-2017年農耕用地得到控制，逐漸轉化為耕地以及裸土地向濕地的流人。

3）1999-2017年期間，白洋淀濕地的景觀破碎化程度增加，景觀的斑塊連接度逐年下降，斑塊形狀越來越復雜，景觀空間格局的復雜性增高，土地利用越來越豐富，優勢斑塊的主導作用逐漸降低。

4）白洋淀濕地近18年期間濕地面積的減少主要是由于氣候變化，淀區的降水量遠低于蒸發量;流域降水量較少和水壩的修建導致人淀水量的減少;城市擴張，農業用地增加，城市以及農業用水量增大。2011-2017年期間，政府政策是白洋淀濕地生態環境恢復的主要原因。

5）通過對雄安白洋淀濕地景觀格局變化與驅動因素的分析，依據景觀資源.格局與功能的特征分析，結合河北雄安新區規劃綱要，本研究將白洋淀濕地劃分為6個生態功能區，明確了各區的功能特征與總體規劃控制措施。

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作者簡介：石英杰（1995-），男，福建平和人，在讀碩士研究生，研究方向為景觀生態學和人居環境學，（電話）17731239109（電子信箱）18061798253@163.com;通信作者，王桂霞（1964-），女，河北容城人，教授，主要從事生態保護與恢復、人居環境、林業資源利用、投資環境方面的研究，（電話）13603127818（電子信箱）hhndagy@163.com。