基于人為干擾度的南流江三角洲濕地資源時空變化及其驅動因素研究

黎樹式 虞崇熙 楊夏玲 潘潔 楊玉婷

摘要：濕地資源在維護濱海生態系統平衡中發揮重要作用。文章基于多源遙感影像，利用人為干擾度指數和“3S”技術等方法研究南流江三角洲濕地資源時空分布特征及驅動因素。結果表明：（1）2005—2019年，濕地總面積整體呈現增長的趨勢，濕地總面積由2005年的77.33km2增加到2019年的87.55km2;（2）濕地變化速率最快的類型為濱海濕地，年變化率為36.31%，其次為魚塘池塘和水稻田，年變化率分別為3.40%和3.31%;（3）濕地的面積受河流水沙變化與管理政策的變化的影響較大;（4）人類對三角洲地區沿海濕地的干擾程度逐年增強，并逐漸向沿海地區發展。本研究對南流江濕地資源的保護與可持續利用有重要作用。

關鍵詞：濕地;人為干擾度;驅動力;南流江

中圖分類號：K903;P76 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2023）07-0077-08

0 引言

濕地是分布于陸地生態系統與水生生態系統之間的具有獨特水文、土壤、植被與生態特征的生態系統[1]。濕地作為水陸過渡地帶，通行條件極差的特點不利于研究人員對其開展研究。如今隨著3S技術，即遙感（RS）、全球定位系統（GPS ）和地理信息系統（GIS）技術和自然資源衛星不斷進步，濕地動態監測進程突飛猛進[2]，技術手段的更新與應用能夠更好地為濕地生物多樣性保護、恢復、科研和規劃提供技術支持[3-4]。濕地生態系統是世界上受到威脅最大的生態系統，而紅樹林濕地是受害最重的一種濕地類型。據資料統計，我國海岸濕地被圍墾的面積達119萬hm2，大面積的紅樹林遭到破壞，從20世紀50年代的5萬hm2，減少到現在的不足2萬hm2[5]，而快速城鎮化和密集人類活動是造成自然濕地消失或退化的主要原因[6]。葉翔等[7]研究表明，隨著社會經濟的快速發展以及人類活動的顯著增強，泉州灣濱海濕地面積減小，輸水及輸沙的路徑和方式發生變化，濕地環境質量顯著下降，生物多樣性及生物量減少;劉恩峰等[8]在濕地日益萎縮的大環境背景下，發現山東南四湖自然濕地類型銳減變化主要受大規模的圍墾圈圩等人類活動的影響;范航清等[9]研究表明圍海填海是廣西乃至我國紅樹林面積減少的最直接原因。以上文獻從不同角度闡述了我國及北部灣濕地的變化情況，而針對南流江三角洲濕地時空變化及其驅動因子方面的研究不多見。

南流江三角洲是廣西最大的三角洲，其濕地資源異常豐富。但由于氣候變化、海平面變化等自然作用和海水養殖、港口建設等人類活動的影響，該三角洲濕地面臨侵蝕退化風險。因此，本文以南流江三角洲濕地為研究區，利用LandsatTM/OLI與高分一號遙感影像獲取濕地資源分布圖，分析南流江三角洲濕地土地流轉以及人為干擾度的時空演變規律，探討濕地資源人類活動影響強度的變化驅動機制，以期為合理利用與保護南流江三角洲的濕地資源提供科學依據。

1 研究區域概況

南流江是廣西獨流入海第一大河，發源于玉林北流市大容山南側，于合浦縣南匯入北部灣，是廣西流程最長、流域面積最廣、水量最豐富的河流。本文的研究區范圍是東至周江，西至西南流江，北至周江與南流江交界處，面積143.94km2。

2 研究方法

2.1 數據來源

Landsat遙感影像數據主要來源于地理空間數據云網站（http：//www.gscloud.cn/），從Landsat5TM 和Landsat8OLI影像數據中選取了2005年、2010年、2015年和2019年共4期Landsat遙感影像數據;高分一號數據來源于國家綜合地球觀測數據共享平臺（http：//chinageoss.org/dsp/home/index.jsp）。歷年的年平均輸沙量和流量數據主要來源于《中華人民共和國水文年鑒：珠江流域水文資料》，涉及的經濟社會發展數據來自各個年份的《廣西統計年鑒》。

2.2 濕地景觀分類與人為干擾度系數

當前各國的學者主要依據《關于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約》（以下簡稱《濕地公約》）中所規定的濕地分類對濕地進行研究，但《濕地公約》中的內容并不是針對所有國家的實際情況來進行規定的[10]，所以本文依據《全國土地分類》與廣西濕地的實際情況對南流江三角洲的濕地建立一個較為合理的分類系統，將南流江三角洲景觀分為自然濕地（包括濱海濕地與河流湖泊濕地）、人工濕地（包括魚塘池塘與水稻田）、陸域植被、建設用地和其他用地，分類系統見表1。

人為干擾度（HDI）即在人類生產活動的介入下，對生態環境的影響程度[11-12]，不同的景觀類型代表著不同的人類開發利用強度[13]。本文參照陳愛蓮等[14]、劉吉平等[15]的研究成果，將8種斑塊類型分為以下5種干擾類型：未干擾型、輕微干擾型、中等干擾型、強干擾型、強烈干擾型。結合肖翠等[16]、孫永光等[17]和陳鵬等[18]研究成果，根據南流江三角洲區域景觀類型實際情況對干擾度系數賦值，將南流江三角洲區域景觀類型人為干擾度分為5等級：0～0.2為未干擾型、0.21～0.4為輕微干擾型、0.41～0.6為中等干擾型、0.61～0.8為強干擾型、0.81～1.0為強烈干擾型。本研究中無輕微干擾型，因此將輕微干擾型歸為中等干擾型。人類活動強度指：人類活動造成影響后，該土地恢復原樣所需的時間和可能性，如建設用地恢復原來的土質土地的可能性很小，則其HDI高;濱海濕地人類活動較少，所以HDI很低;農田相對來說棄耕幾年可近似恢復原樣，因而HDI較低[12]。建設用地不完全受人類控制，還受到氣候（如，酸雨、氣溫）等因素的影響，因此賦予建設用地的HDI為0.95;而濱海濕地人類活動較少但又受到人類影響，因此賦予濱海濕地的HDI為0.1[14]，其他斑塊按照人類干擾活動強度依次賦值，所制定的人為干擾度賦值如表1所示。

2.3 數據處理

對南流江三角洲濕地資源信息進行提取時，本文借助ENVI5.3 對2005 年、2010 年、2015 年和2019年共4期的Landsat影像數據進行預處理，對下載的衛星影像數據進行輻射校正、幾何校正、數據裁剪等預處理[19]。通過運用最小二乘法與相關性分析法對河流水沙變化、熱帶氣旋和區域經濟社會發展的數據進行分析處理。

結合實地考察結果選取了訓練樣本，利用最大似然法對歷年影像進行分類。為提高目視解譯的精度，采用實地走訪調查與高清衛星圖結合的方式，對解譯結果進行人工校正處理。對于2015年的分類結果，采用高分辨率的高分一號影像隨機均勻選取了175個點，利用混淆矩陣對分類結果進行評價，得到2015年的影像分類精度為86.57% ，Kappa系數為0.82，結果滿足研究需求[20]。

3 結果分析

3.1 濕地動態變化特征

2005—2019年，南流江三角洲的濱海濕地面積增長顯著，其面積變化主要是向海延伸，到2019年濱海濕地幾乎遍布整個南流江三角洲邊緣的外圍海域（圖1）。但水稻田面積大幅度減少，隨時間變化逐漸縮向內陸地區并趨于穩定，到2019年主要集中于南流江三角洲上方的內陸地區。同時，內陸地區的河流湖泊濕地面積也在逐漸減小。南流江三角洲地區的魚塘池塘面積與水稻田的面積變化趨勢成反比，即隨著水稻田面積減少，而魚塘池塘面積增加。

由表2可得，2005—2019年，濱海濕地面積占比由2005年的2.29%變為2019年的13.90%，面積增加了16.72km2，是所有景觀類型中面積增加最多的一類;魚塘池塘面積占比由2005年的21.25%變為2019年的31.36%，面積增加了14.56km2;水稻田面積占比由2005年的28.32%變為2019年的15.21%，面積減少了18.88km2，是所有類型中面積減少最多的一類;河流湖泊面積減少了2.17km2。

由表3可得，近14年來，南流江三角洲濕地總面積發生了較大的變化。2005 年，濕地總面積77.33km2，濕地總面積占比為53.73%;2019年濕地總面積87.56km2，濕地總面積占比也上升到60.83%。就整體情況而言，濕地總面積呈現上升趨勢。較2005 年，2019年的濕地總面積增加了10.23km2，占比增加7.1%。自然濕地面積由2005年的5.98km2，上升到了2019年的20.53km2，翻了3.43倍。而人工濕地面積從2005 年的71.35km2 減少到2019 年的67.03 km2。其中，相對于2010年，2015年濕地總面積呈下降趨勢，主要是由于自然濕地的減少引起的。

3.2 濕地轉移矩陣分析

轉移矩陣可以定量化地識別出各濕地植被類型在不同監測時間點的未變化部分、轉移部分及其去向、新增部分及其來源，是一種常用的地物類型變化分析方法[21]。分別對2005—2010年、2010—2015年和2015—2019年南流江三角洲濕地利用類型構建濕地面積轉移矩陣，對主要類型進行轉移面積分析，得出濕地資源多年的時空變化情況。轉移矩陣如表4所示。

從轉移結果來看，在2005—2019年，濱海濕地和魚塘池塘呈大幅度增加，而水稻田和河流湖泊濕地呈大幅度減少，呈現兩極化。河流湖泊濕地呈大幅度減少的原因主要是河流湖泊濕地基本都在向魚塘池塘轉變;而濱海濕地呈大幅度增加的原因主要是水體向濱海濕地的轉變。魚塘池塘與水稻田兩者之間相互轉換，兩者之間呈負相關趨勢。2005—2019年自然濕地與人工濕地的保有率逐年上升。

4 討論

濕地變化的影響因素是多元的，本文重點探討河流水沙變化對濕地的影響，并嘗試通過濕地人為干擾度的計算闡述人類活動對濕地變化的影響。

4.1 河流水沙變化對濕地的影響

河流水沙變化關乎陸海物質和能量交換及河口演變[22]，水沙變化作為維持濕地結構和功能完整性的主要因素，即使發生微小的變化，有可能會對濕地動植物產生較大的影響[23-24]。自然濕地的面積受河流水沙變化的影響較大，與河流水沙成正比關系。由圖2和圖3可得，入海含沙量一定時，河流流量的減少一定程度上會使入海的泥沙量也隨之減少，年平均流量與年輸沙量呈正相關（表5）。河流流量與流速在大規模強降雨天氣條件下大幅度提升，流水的動能增強，挾帶的泥沙也隨之升高。年平均流量與輸沙量的峰值具有明顯的同步性，如2012—2014年年平均流量的持續升高，使得年平均輸沙量在2013年出現高峰值，流量與濕地面積也呈正相關（表6）。

在2005—2019年期間，南流江的年平均流量和年平均輸沙量呈上升的趨勢，這一結果印證了2005—2019年濕地總面積整體呈現增長的趨勢。在2010—2015年期間，河流的輸沙量相對于其他時期而言是比較小的，這就可能導致了這一時期的濕地面積減少（圖3）。2010 年全年輸沙量是相對較低的，而在2013年的時候其全年運沙量高達149.6萬t，是14年來的最高值，且2015年的全年輸沙量也相對較高。

4.2 HDI時空動態變化

2005—2019年，除了強干擾型（0.6～0.8）這一等級減少外，南流江三角洲濕地的HDI不斷加強（圖4）。尤其是強烈干擾型（0.8～1）這一等級增加明顯，2019年較2005年增加了3.26km2，年均增長率為2.27%，2005—2010年增加了1.43km2，年均增長率最大，達到5.92%。這主要是因為海水養殖、海涂種植業、海洋運輸等產業和城鎮建設的快速發展，人口逐漸向河口地區聚集，使得部分自然濕地，如淺海水域、灘涂和河流湖泊等自然濕地被侵占、開發圍墾變成養殖區或建設用地。2005—2019年，中等干擾型和強干擾型分別減少了1.10km2和4.49km2，年均減少率分別達到3.25%和1.28%。4個歷史階段中，2010—2015年HDI變化幅度和范圍最小。通過對比不同時期HDI變化情況，發現隨著時間變化，HDI呈先上升后下降趨勢，其在不同時期變化強度存在差異，在不同時期HDI的變化呈非均質化特征。

2005—2019年南流江三角洲HDI空間分異特征顯著（圖5）。總體來說，南流江三角洲流域的HDI不斷加強，輕微干擾型和強烈干擾型兩等級均有明顯增加，而其他兩個等級呈現不同程度的減少。2005年南流江三角洲濱海濕地HDI中高值區（HDI>0.6）零星分布在南流江三角洲上部地區，且數量面積不大。隨著海洋經濟的不斷興起，人類活動逐漸向沿海地區聚集，河口地區受人類活動影響的程度不斷增強，南流江三角洲地區許多自然濕地逐漸被侵占、開發圍墾轉化成養殖塘和建設用地，部分人工濕地也轉化為建設用地，南流江三角洲地區濱海濕地的HDI不斷加強，并逐漸向沿海區域發展。到2019年，南流江三角洲濕地HDI明顯加強，強干擾型等級擴散到整個南流江三角洲區域。HDI方向在空間上隨時間變化由陸地逐漸向沿海發展。

由南流江三角洲濕地HDI變化的空間分布結果（圖6）可知，雖然人類活動對南流江三角洲資源的影響在不斷增加，但總體來說，南流江三角洲HDI呈逐級遞減的趨勢。33.76%的區域是呈現HDI減輕的趨勢，主要是水稻田轉為魚塘池塘和水體轉為濱海濕地兩種類型;僅有不到1/10呈現HDI增強的趨勢，主要為建設用地的興建與水稻田的轉入。

5 結論

本文對南流江三角洲濕地資源的時空變化及其驅動因素做了分析，研究發現：2005—2019年，濕地總面積整體呈現增長的趨勢，濕地總面積由2005年的77.33km2（其中自然濕地5.98km2、人工濕地71.35km2）增加到2019年的87.56km2（其中自然濕地20.53km2、67.03km2）。南流江三角洲流域HDI空間分布中，主要表現為強干擾型，以魚塘池塘和水稻田等濕地景觀類型為主。隨著經濟的發展，南流江三角洲HDI明顯加強，強干擾型等級擴散到整個南流江三角洲區域，濕地生態系統將受到越來越大的影響。

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