長白山地區濕地景觀格局變化及驅動力分析
——以1990—2016年為例

趙丹丹 劉吉平

(吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000)

濕地作為生態景觀和重要的自然資源，具有豐富的生物多樣性和生態、社會以及經濟功能和效益，如涵養水源、調節氣候、蓄洪防旱以及提供較高的自然生產力等[1-4]。近年來受氣候變化和人類活動的影響，濕地面積和生態功能逐漸出現退化，目前此問題已受到廣泛關注[5-9]。濕地景觀面積變化早在20世紀80年代國內外就已經對其進行研究，景觀生態學被廣泛應用在地理學領域，景觀格局主要采用景觀動態的定量化、定性描述以及生態圖疊置分析等[10,11]，景觀格局指數表征景觀的空間格局相關信息，揭示景觀的結構組成以及空間配置等定量化特征指標[12-14]。濕地景觀格局變化主要采用景觀動態的定量化方法，對景觀指數進行計算分析，揭示濕地景觀的空間結構特征及變化趨勢[15,16]。近年來，隨著3S技術的不斷完善，遙感及地理信息系統技術結合景觀指數已經成為濕地景觀變化研究的重要技術手段[17-22]。目前濕地生態系統是世界上受威脅比較嚴重的生態系統之一[23-25]，因此，研究濕地景觀格局變化及驅動機制，有利于濕地資源的保護以及可持續利用，對區域生態平衡以及生態環境安全具有重要意義[26,27]。長白山地區蘊含著豐富的濕地資源，對于東北地區的生態環境平衡、物種的多樣性保護以及社會經濟等方面都有非常重要的作用，但近年來長白山地區濕地生態環境有所變化，了解長白山地區濕地資源的時空分布以及景觀變化，將有助于濕地資源的可持續利用[28]。本文以長白山地區作為研究區，利用地理信息系統和遙感技術手段，研究長白山地區1990—2016年的濕地變化狀況，并利用景觀指數在景觀尺度上對長白山地區的濕地景觀變化進行研究，并分析其驅動機制，為該地區濕地生態環境保護與開發提供理論依據。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

本文選取位于以吉林省長白山自然保護區輻射的3個行政區作為研究區，主要包括敦化市、安圖縣和撫松縣。地理坐標為N41°40′～44°30′，E127°00′～129°10′，總面積約為28024km2，屬溫帶季風氣候，由于緯度比較高，春季多風，夏季溫暖多雨，秋季多霧，冬季寒冷，多降雪天氣。所選區域為長白山腹地，森林覆蓋率較高，空氣清新，水質優良，生態環境質量較好[29],見圖1。

圖1 長白山地區

1.2 數據來源

本文數據源的時間范圍是1990—2016年，遙感影像數據來源于地理空間數據云(http://www.gscloud. cn/)，主要包括1990年的Landsat 5 TM和2016年的Landsat 8 OLI影像數據，作為基本信息源進行解譯，本研究中主要針對所選區域的自然濕地和水體進行研究，解譯精度均達85%以上，基本滿足本文研究需求。

1.3 研究方法

本文主要利用ArcGIS 10.3軟件對1990—2016年長白山地區濕地進行空間制圖來反映時空變化狀況，并通過景觀格局指數法，利用Fragstats 4.3軟件，在景觀尺度上選取能夠反映適當景觀面積、形狀、多樣性以及聚合度的景觀指數，主要包括LPI(最大斑塊指數)、PAFRAC(周長-面積分形維數)、香農多樣性指數(SHDI)、聚合度(AI)[30,31]來揭示1990—2016年研究區的濕地景觀格局變化特征。

2 結果分析

2.1 1990—2016年濕地面積時空動態變化

利用ArcGIS軟件得到長白山地區自然濕地和水體的面積，見表1。自然濕地面積在1990—2016年間從271.97km2減少到169.07km2，共減少了102.9km2；水體面積則有所增加，從249.95km2增加到280.65km2，共增加了30.7km2；水體和自然濕地總面積從1990年的521.92km2減少到2015年的449.72km2，共減少了72.2km2。

表1 1990—2016年長白山地區濕地面積及變化

根據1990—2016年的濕地空間分布，見圖2，自然濕地主要分布在水體邊緣且主要沿水系分布，因為水文因子是濕地發育的關鍵[32]，而水體通過下滲的形式會長時間積水或季節性的積水，會使土壤里面的水分含量長期處于飽和狀態，非常有利于沼生植物或者濕生植物的生長，然后進一步形成濕地[28]。水體在敦化市、安圖縣和撫遠縣均有較多分布，而自然濕地在敦化市分布略多，從1990—2016年，敦化市自然濕地在西部和東北部地區有明顯減少，撫松縣的西部地區自然濕地分布也明顯減少，而水體面積分布在安圖縣和撫遠縣均有所增加。

圖2 1990—2016年長白山地區濕地空間分布

2.2 1990—2016年景觀格局特征變化

基于Fragstats 4.2軟件，在景觀尺度上計算了1990—2016年長白山地區濕地景觀指數，結果表明，LPI在1990—2016年從10.8850增加到11.3957，說明濕地最大斑塊指數呈現增加趨勢；PAFRAC在1990—2016年從1.5544增加到1.5644，周長-面積分形維數僅增加了0.01，說明濕地斑塊形狀變化較小；SHDI在1990—2016年間從0.6931減小到0.6553，香農多樣性指數減小了0.0378，說明自然濕地和水體斑塊逐漸呈現均衡化趨勢分布減弱；AI在1990—2016年間減少了0.5707，斑塊聚合度降低，濕地景觀出現破碎化。

表2 1990—2016年長白山地區景觀指數變化

3 濕地變化的驅動力分析

3.1 自然因素

前人對長白山地區氣候進行研究[29]，通過趨勢分析和5a滑動平均法對長白山58a的氣溫和降水量的年際變化和月份變化特點進行分析，在1958—2015年期間，年平均溫度呈現一定的上升狀態，增溫率是0.392℃·10a-1，超過全國的增溫速率，且在1990年出現跳躍式的增溫，在此期間降水量變現為緩慢的增加趨勢，每10a降水量增加2.28mm[29]。此外，相關研究均表明，長白山地區年均溫均有增加趨勢，長白山地區20世紀90年代以后的各年平均氣溫普遍高于20世紀80年代[33-35]。長白山地區的降雨量變化不明顯，呈現微弱的增加趨勢[36]，長白山地區的氣溫和降水變化顯示出該地區氣候暖干化嚴重，將導致濕地水分蒸發增多，進而導致自然濕地面積有所減少，而水體面積的增加，可能與降水量的季節變化密切相關，因為本文的影像獲取時間主要是7—8月，而1958—2015年各月降水量不同，7月份的降水量傾向率最大[29]，極大可能導致水體面積有所增加。此外，長白山的山體經過比較強烈的切割，向四周形成很多放射狀溝谷，因此在豐水季節會形成很多季節性的河流，導致水體面積有所增加[28]。

3.2 人文因素

部分濕地受人類活動干擾使其不斷被開墾和占用，如人類活動已經導致長白山堿水河濕地出現退化，通過建立木耳養殖場等活動導致濕地生態系統的穩定性受到威脅，還有部分地區逐漸被開墾為農田和玉米旱地等，加快了濕地排干的速率[37]。除此以外，還有一些水產養殖池，致使區域淺層地下水不斷流失，斷開了濕地的自然水文連通性。諸如此類生產性的人類活動干擾，均對長白山地區濕地造成了惡劣影響，加劇了長白山地區濕地的退化。

4 結論與建議

受氣候變化和人類生產性活動的影響，導致長白山地區1990—2016年濕地呈現退化趨勢，濕地面積共減少了72.2km2，景觀尺度上，濕地最大斑塊指數不斷增加，濕地斑塊形狀變化略小，濕地斑塊聚合度降低了0.5707，濕地景觀具有破碎化的趨勢。建議長白山地區加強濕地生態系統管理，加大對濕地資源的保護力度，同時建立一定的濕地生態系統監測數據庫，以達到科學管理長白山地區濕地資源的目的，為區域濕地生態環境保護提供合理依據。