衡水湖景觀面積演變過程分析

劉修水

（河北昊禹工程技術咨詢有限公司，天津 300250）

濕地、森林與海洋并稱為三大生態系統，其特點為獨特性和多元性，具有調節當地生態環境、帶動周邊經濟社會發展的作用。其中，濕地是服務功能最復雜且綜合性最強的生態系統。在20 世紀大量的濕地被改造成農田， 同時水資源的過度開發利用以及環境污染加劇， 也導致濕地生態系統多樣性被嚴重破壞。因此，需要采取措施，將需要進行特殊保護及管理的地區劃分為自然保護區進行統一管理。 這也逐漸成為重要課題研究方向。 景觀格局演變過程研究通過景觀格局斑塊來分析區域發展的變化規律，其成果對水文過程和生態多樣性等多方面的研究均起到重要作用，并逐漸成為全球生態學的研究熱點。

1 概況

衡水湖濕地位于河北省衡水市境內， 與滏陽河相連，面積18787 km2，海拔最低點為17 m 左右。衡水湖濕地屬暖溫帶大陸季風氣候，四季分明，雨熱同季。 其獨特的地理位置和氣候條件孕育了草甸、沼澤、灘涂、水域等多種不同類型的濕地生境，具有生物多樣性、 物種稀缺性、 生態脆弱性和濕地生態系統。2000 年7 月， 被批準為河北省衡水湖濕地和鳥類省級自然保護區，成為華北平原上唯一保持沼澤、水域、灘涂、草甸和森林等完整濕地生態系統的自然保護區。2003 年6 月被國務院批準晉升為國家級自然保護區。2004 年被水利部批準為國家水利風景區。 本文對衡水湖3 個不同時期的景觀格局進行對比分析研究，以促進衡水湖濕地的可持續發展。

2 衡水湖景觀面積變化特征

2.1 衡水湖引黃前各景觀類型面積變化

以衡水湖1984，1989，1994 的土地利用分布為基礎，對3 年的面積信息進行提取，利用ENVI15.3及GIS 進行轉移陣面積計算， 分析在引黃前衡水湖自然保護區的年際動態變化。

1985 年后，衡水湖引黃前的水體才開始退耕還湖蓄水供給周圍農工業， 作為重要的景觀基質發展但并不穩定，面積呈現先上升后下降的趨勢。農田與未利用地在3 年中的變化較大，農田作為主要景觀面積占比一直居高，但在1994 年最低時達到62.99 km2，較1984 年、1989 年相比下降到28.64%，而未利用地1984、1994 年較高， 并在1994 年達到了70.91 km2，占比為各景觀類型中最大，占到32.24%，成為主要景觀基質。 說明衡水西湖區域干涸但鹽堿化程度較高，未能大量種植作物。居民點用地隨著城鎮化的不斷加深一直處于增長狀態， 從1984 年的15.26 km2、1989 年的16.96 km2到1994 年的17.81 km2，占比逐漸增加。 林地面積則處于逐年下降的趨勢，1994 年下降到最低25.4 km2，可見在引黃前衡水湖國家級自然保護區的各景觀類型面積波動較為明顯，如表1。

表1 1984—1994 景觀類型面積變化

根據10 年間的面積流轉情況，在1984—1989 年間農田主要轉換為6.84 km2未利用地及3.92 km2的林地。

未利用地總面積為55.23 km2，由于1984 年衡水湖湖區處于干涸的狀態， 僅有冀州小湖留存部分水體，因此1984—1989 年有21.51 km2的未利用地轉換為水體， 占總面積的38.95%，23.32%的未利用地轉換為農田、 居民點及林地。

（1） 林地大部分轉換為8.19 km2的農田、6.7 km2的水體及5.88 km2的未利用地，由于衡水湖圍湖造田，水量的不足導致未利用地及林地向水體流轉較多。

（2）農田1989—1994 年這5 年間轉變由92.36km2下降了62.99 km2，且有30.87 km2的農田轉換為未利用地，占1989 年農田面積的33.42%，說明湖區周圍土地流轉仍較大。

（3）未利用地的轉換面積則變化減小，主要轉換為4.54 km2的林地及少量農田、居民點，說明5 年間未利用地一直保持在原有的基礎上，轉換量不大。

（4）蘆葦等水生植物還未大量種植，由于水量不穩定， 因此造成沼澤等湖區淺水區面積較小，有6.56 km2的水體轉換為了沼澤。

由于農田面積多為干涸后的湖區， 受土地鹽堿化及前期圍湖造田的影響較大，湖區水量也在1985年衛運河引水后開始上漲但水量不穩定，1994 年仍有干涸情況， 沼澤等天然濕地在蓄水后面積才逐漸增長。因此1984 —1994 年這10 年間變化的未利用地是轉換最頻繁的，其中農田、水體、林地的流轉面積較大，影響景觀濕地格局穩定的因素較多。

2.2 衡水湖引黃初期各景觀類型面積變化

2.2.1 衡水湖景觀面積變化情況

根據表2 分析1994—2009 年的景觀面積變化情況得出，1994 年開始施行引黃入冀后農田的面積呈現持續增加趨勢， 從62.99 km2增長到82.12 km2，最后2004 年達到114.50 km2，總體占比在2004 年達到52.05%。由于農田利用率變高，未利用地的面積逐漸減小，到2004 年僅剩余7.66 km2的面積，占比最低，僅占總面積的3.48%。水體則處于上下波動狀態， 在1999 年下降到23.02 km2， 到2004 年達到了32.13 km2。即使引黃調水，水量在10 年間的變化中仍存在著波動， 但引黃的措施使衡水湖杜絕干涸的現象， 蘆葦沼澤在引黃初期的10 年中穩步上升，從11.47 km2上升到15.47 km2，再升到19.04 km2，占比達到8.65%， 為鳥類生境及其他生物的棲息地提供了良好的保證。

表2 1994—2009 年景觀類型面積變化單位：km2

2.2.2 衡水湖生態好轉情況

衡水湖在2000 年正式開始建立衡水湖濕地及鳥類自然保護區，隨著經濟社會發展，居民點的面積從17.81 km2增加到19.29 km2最后擴到22.39 km2。隨著農田及居民點的擴張， 林地也在發生變化，1999 年林地減少到22.88 km2，到2004 年增加到24.27 km2，由此可見，實施退耕還林政策取得一定成效，作為鳥類除蘆葦沼澤外的重要棲息地， 林地的恢復更增加了衡水湖的生態活力。

2.2.3 衡水湖景觀面積轉換情況

1994—1999 年面積流轉最明顯的是未利用地與農田，共計26.99 km2，占流轉面積的64%。

（1）農田的增加大多來自未利用地與林地的轉換，流轉到未利用地7.62 km2及林地5.55 km2。

（2）林地的轉換主要集中于農田與未利用地，其4.52 km2轉換為農田，9.65 km2轉換為未利用地。

（3）由于1994 年衡水湖水量不足，造成大量的土地裸露， 因此未利用地在這5 年中大多流轉到7.9 km2的水體中，說明引黃前期水量仍不穩定，各類型轉換較為頻繁。

2.2.4 未利用地、林地轉換情況

在1999—2004 年這5 年變化中未利用地、林地的轉換主要表現在10.76 km2的林地及30.68 km2的未利用地轉換為農田； 未利用地的轉換不僅集中于農田， 還有6.56 km2的土地轉換為水體及7.13 km2的土地轉換為林地， 僅有4.36 km2的未利用地沒有變化，占1999 年未利用地總面積的7.6%，其余類型的相互轉換占比較小。 說明5 年中大多為未利用地轉出，景觀格局正逐步穩定。

2.2.5 林地與農田轉換情況

根據表3 分析得出，種植結構的改變及1996 年撤地建市進行退耕還林，加大林地的種植的作用下，未利用地與農田、林地的相互轉換為最主要的部分，水體在1994—1999 年間變化較為頻繁，因此引黃初期各類型變化不穩定。1999 年后成立鳥類自然保護區景觀格局逐漸穩定， 以蘆葦為代表的水生植物進行大量種植，各類型之間的相互轉換面積減小。

表3 1994—2009 年各景觀類型面積轉移矩陣

2.3 衡水湖近年來各景觀類型面積變化

近年來， 從2009 年開始農田面積處于下降趨勢，景觀面積從116.14 km2下降到106.01 km2，但農田仍是景觀的基礎基質。 水體呈現上升趨勢，從32.12 km2上升到35.9 km2，并在2019 年面積達最大值， 這與生態補水的方式從冬季補水變化為不定期補水有關，因此夏季水量穩步增加。在近10 年城鎮化發展的背景下， 由于濱湖新區的建立及十二五規劃的實施，從21.3 km2增長到33.54 km2，并在2019年達到最大值35.71 km2，占比達16.24%，與水體占比持平。 由于水量的增加及對蘆葦為代表的水生植物的收割造成面積的縮小， 蘆葦沼澤從2009 年的16.83 km2下降到2014 年的13.3 km2，再下降到2019年的12.83 km2。 林地在10 年中處于下降的趨勢，與居民點的增加呈負相關性， 從29.69 km2下降到21.18 km2。盡管林地、農田及蘆葦沼澤都能作為鳥類的棲息地，但由于在近年發展中居民點占主導地位，造成鳥類生境在下降，如表4。

表4 2009—2019 年景觀類型面積變化

2009—2014 年以來農田主要轉換為林地11.56 km2、未利用5.51 km2及居民點4.72 km2。林地的轉移面積也較多，主要轉換為農田及居民點，轉換為農田7.76 km2，占總轉換面積的41.7%，轉換為居民點6.733 km2，占總轉換面積的36.2%。居民點面積處于增長的趨勢且在這5 年中保持18.95 km2的面積，僅有2.35 km2流轉到其他類型中。其余景觀類型共有14.51 km2的面積流向居民點，變化較小。

2014—2019 年以來，農田的轉換類型仍集中于居民點、林地及未利用地，轉換為林地7.21 km2、未利用地5.54 km2及居民點3.16 km2。 林地約11.11 km2的面積轉換為農田、4.04 km2轉換為居民點， 分別占轉換總面積的64.1%及23.3%。蘆葦沼澤在近5 年中的波動也較為劇烈，4.24 km2轉換為水體， 占其轉換總面積的79.1%。水體流轉到其他類型的面積較小，總面積處于增長的趨勢， 說明蘆葦沼澤的減小引起水量的增加。2014 年中未利用地共有8.08 km2的面積流轉到其他類型中，且主要集中在農田及林地。

景觀面積流轉主要源于沿湖農田的鹽漬化、休耕政策及農田種植結構的改變， 人口生產總值持續增長，致使農田與林地被占據開發。由于挺水植物吸收磷等物質， 因此近年來通過收割的方式以達到凈化水質造成蘆葦沼澤面積的減少， 且隨著生態補水從冬季補水逐漸變為不定期補水， 水量變大導致淺水區沼澤面積逐漸減少。

3 衡水湖單一動態變化幅度

利用單一動態度分析衡水湖各景觀類型1984—2019 年變化幅度，定量研究各時期景觀類型變化的劇烈程度。

3.1 衡水湖引黃前面積變化

1984—1989 年10 年間變化度最大的景觀類型為水體，以年平均23.06%的速度增長，變化程度最為劇烈。居民點以年平均2.23%的速度在增加，未利用地及林地變化幅度最明顯的是未利用地以年平均8.22%的速度減少而林地以4.22%的速度減少。農田的變化幅度最小以年平均0.22%的幅度增加， 其他土地的變化不明顯，由于水體的干涸1984—1989 年蘆葦沼澤沒有變化。

1981—1994 年變化幅度波動最大的景觀類型為未利用地與蘆葦沼澤， 分別以年平均23.6%與年平均36.23%的速度在增加。減少速度較為明顯的景觀類型為農田及水體， 分別以年平均6.36%及年平均6.55%的速度下降， 與1984—1989 年相比農田與水體均出現下降趨勢，其余類型變化幅度較小。

3.2 衡水湖引黃初期面積變化幅度分析

（1）衡水湖在1994—1999 年期間變化幅度最大的景觀類型為蘆葦沼澤， 農田與水體的變化幅度相當。未利用地以年平均3.89%的幅度減少，居民點及林地的變化幅度較小， 分別以年平均1.66%的幅度增加及年平均1.98%的幅度減少。

（2）1999—2004 年的變化中，除了未利用地以外的景觀類型都處于增長的趨勢。 未利用地以年平均17.32%的速度減少， 農田與水體的變化幅度相差較少分別以年平均7.89%及年平均7.91%的速度增長，居民點以年平均3.21%的速度增長， 蘆葦沼澤以年平均4.62%的速度增長， 林地的增長幅度最小保持年平均1.22%的速度在增長， 這5 年整體變化程度比1994—1999 年要劇烈。

（3）2004—2009 年的整體變化幅度最小， 農田、水體及居民點變化幅度不大， 僅未利用地的變化最為明顯，而蘆葦沼澤面積在減小，林地面積在增加。對比15 年的變化說明1999 年以后對于衡水湖濕地的治理效果最為明顯，1999—2004 年的變化較為劇烈， 而2004—2009 年的變化幅度變得較為緩慢，傾向于穩定的狀態，沒有某一景觀類型的突變，均處于穩步上升或者減少的過程。

3.3 衡水湖近年來面積變化幅度分析

2009—2014 年中居民點及未利用地的變化幅度最大，蘆葦沼澤變化較為劇烈，與引黃前期天然濕地快速增長的狀態形成對比，其余類型中農田、水體及林地的變化較為緩和。在2014—2019 年中整體的變化較為緩慢， 變化速度最大的類型為林地及未利用地， 但僅保持年平均3.46%及3.26%的幅度減少，其次變化幅度較小的還有水體及居民點， 其余兩個類型的變化微乎其微， 整體各類型變化程度較小沒有明顯的峰值。

4 衡水湖綜合動態變化幅度分析

通過綜合動態度分析該研究區域不同時間段(引黃前， 引黃初期以及近年來) 的整體變化劇烈程度， 得出1984—2019 年將近35 年的景觀類型變化幅度整體呈現下降趨勢。

引黃前變化較為劇烈，1984 年以年平均2.89%的速度變化， 到1989—1994 年開始上升以年平均4.24%的速度變化， 該段時間周圍土地流轉變化較大。引黃初期景觀類型的上下波動最為強烈，1999—2004 年保持4.50%的速度，該時間段生態快速發展，未利用地面積大量轉出景觀逐漸穩定，2004—2009年間變動最緩和，以年平均0.65%的速度在變化，峰值只差3.85%。 近年來的景觀類型變化幅度有了明顯的下降，說明近年的景觀類型沒有明顯變化、開始趨向于穩定， 但仍有突變， 究其原因由于城鎮化加強，以及自然保護區功能區區域的改變。

5 結語

（1）引黃前變化因子較多且變化不穩定，各景觀類型面積的轉換頻繁，衡水湖生態環境未恢復。

（2）隨著引黃入冀、退耕還林、建立自然保護區等措施的實施，引黃初期的水體、未利用地變化較為劇烈，但各類型均在1999 年后發生較大轉折，景觀面積變化逐漸趨向于穩定，治理效果明顯。

（3）近年來的面積變化更趨于穩定，但隨著休耕、經濟快速發展，居民點面積上升變化幅度較大，未利用地面積處于上下波動狀態， 成為威脅景觀穩定的主要因素。