1990—2015 年扎龍濕地的景觀變化圖譜

趙丹丹，萬代吉，王一男，劉吉平

（吉林師范大學地理科學與旅游學院，吉林四平 136000）

濕地是陸地生態系統與水生生態系統之間的過渡地帶，具有保護生物多樣性、調節徑流和改善水質等功能，土壤浸水的特定環境使其擁有許多具有濕地特色的植物[1].全球內陸濕地面積自1700 年以來已減少340 萬km2，濕地受損將導致碳匯能力、蓄水、生物多樣性及土壤保持等多種服務功能退化[2-3]，濕地結構-功能受損勢必引發寒溫帶生態環境問題，危及區域生態安全和經濟社會的可持續發展[4]. 目前我國不同區域的濕地均產生退化現象，扎龍濕地表現較為明顯，已受到廣泛關注.

研究學者對扎龍濕地進行了一系列相關研究，例如宮兆寧等[5]利用NDVI 數據分析扎龍濕地下墊面物候特征，通過研究扎龍濕地蒸散發量及生態蓄水量提出合理補水方案，為濕地保護提供了有效支撐；楊明悅[6]對光學影像Landsat8 OLI 和雷達影像Sentinel-1 進行融合分類，提取扎龍濕地分布圖以探究濕地的動態變化；李偉琳[7]從扎龍濕地景觀變化的視角評價濕地生態功能區，為濕地生態系統修復及優化提供依據；韋月玲[8]從形態學角度對扎龍濕地的景觀變化及連通性進行分析，為濕地景觀格局優化提供思路.除此之外，研究人員還對濕地變化的驅動機制進行了相關研究，楊欽等[9]研究發現人均GDP、第一產業值及城鎮人口數量是導致扎龍濕地景觀格局變化的主導因素；孫砳石等[10]對1903—2017 年扎龍濕地景觀破碎化過程的驅動力進行研究，發現降水量周期變化是濕地景觀破碎化過程的主導因子；佟守正等[11]對1986—2002 年扎龍濕地生態系統變化進行分析，發現高強度的人類活動加劇了濕地破碎化程度.現有研究主要針對扎龍濕地整個區域的濕地景觀變化及驅動機制，并未對其進行分區研究. 本研究基于1990—2015 年扎龍濕地的相關數據，采用動態度、濕地圖譜及質心轉移的方法，分區研究扎龍濕地景觀圖譜變化，以期為扎龍濕地可持續發展提供理論基礎.

1 研究區概況

研究區為位于黑龍江省西部、齊齊哈爾東南部松嫩平原、烏裕爾河下游湖沼地帶的扎龍濕地（46°48′N～47°31.5′N，123°51.5′E～124°37.5′E），地處烏裕爾河和雙陽河下游，面積約2 100 km2，南北長65 km，東西寬37 km，是全國最大的以鶴類等大型水禽為主的國家級珍稀鳥類自然保護區[12].扎龍濕地屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為2～4 ℃，多年平均降水量為426 mm，降水主要集中在7—9 月份，占總降水量的70%以上[1].

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究的濕地數據主要來源于Landsat TM 遙感影像，影像來源于地理空間數據云（https：//www.gscloud.cn/）.通過面向對象的分類方法，利用eCognition9.0 軟件分類提取濕地數據（主要是沼澤濕地和水體），結合野外調查及Google earth 驗證，提取精度為85%以上，可以基本滿足本研究需求.基于GIS 和RS 技術，采用動態度、濕地動態變化圖譜和質心轉移模型的方法進行數據處理.

2.2 研究方法

2.2.1 動態度

以3 期遙感數據為基礎，解譯得到1990 年、2000年和2015 年扎龍濕地實驗區、緩沖區、核心區以及整個保護區的水體和沼澤濕地面積.利用公式計算動態度，分析扎龍濕地面積的動態變化.動態度是研究土地利用變化的重要模型，為分析扎龍濕地面積變化，本研究引入動態度公式，計算扎龍濕地實驗區、緩沖區、核心區以及整個保護區沼澤濕地和水體面積的動態度，分析濕地面積隨時間變化的特點[13-14].計算公式為

式（1）中：Ua和Ub分別代表研究初期與研究末期的濕地面積，km2；t為研究時間，a.LC ＞0 表示研究期間濕地面積增加；LC ＜0 表示研究期間濕地面積減少.LC的絕對值越大表示面積變化幅度越大.

2.2.2 濕地動態變化圖譜

利用ArcMap10.2 軟件的空間分析功能，得到1990 年、2000 年和2015 年3 期扎龍濕地空間分布圖，再運用ArcMap10.2 中的clip 和overlay 功能，對3個時期的濕地分布狀況進行處理與分析，得到1990—2015 年扎龍濕地面積的動態變化圖譜.

2.2.3 質心轉移和標準化橢圓

從空間格局的角度分析地理事物的變化特征是質心轉移的重要特點，通過標準化橢圓的分布狀況、面積、長軸方向和形狀可以判斷地理事物分布的中心性、聚集性、主體方向和形態，揭示濕地在空間上的變化軌跡[15].利用ArcMap10.2 軟件，得到1990—2015 年扎龍濕地水體和沼澤濕地的質心轉移和標準化橢圓圖，分析1990—2015 年扎龍濕地的空間格局變化特征.

3 結果與分析

3.1 扎龍濕地面積的動態變化

運用ArcGIS10.2 軟件導出屬性表，借助Excel 的統計分析功能，分別計算1990—2015 年研究區內實驗區、緩沖區、核心區以及整個保護區水體和沼澤濕地的面積，依據公式（1）計算出扎龍濕地各區域水體和沼澤濕地的動態度，結果如表1 所示.

表1 1990—2015 年扎龍濕地動態度Tab.1 Dynamic degree of Zhalong wetland from 1990 to 2015%

由表1 可以看出，1990—2015 年扎龍濕地各區水體和沼澤濕地的變化存在差異.研究期間沼澤濕地和水體面積均有所增加，其中水體面積變化幅度比沼澤濕地面積變化幅度大，這與袁力等[16]的研究結果基本一致.沃曉棠等[1]的研究結果表明，扎龍濕地不同類型景觀的面積在1979—2010 年間呈增加趨勢，本研究中同樣呈現一定的增加趨勢，雖研究時間序列存在差異，但其變化趨勢基本一致.

1990—2000 年扎龍濕地水體面積的動態度約為-0.86%，1990—2015 年沼澤濕地和水體面積的動態度分別為4.66%和10.58%. 從分區角度來看，2001—2015 年實驗區水體面積增幅最大，動態度為16.62%；1990—2000 年實驗區的水體面積和緩沖區的沼澤濕地面積均呈減少趨勢，動態度分別為-7.51%和-1.72%；1990—2015 年核心區水體面積的動態度為9.73%.

3.2 扎龍濕地時空格局變化圖譜

利用GIS 軟件提取扎龍濕地的沼澤濕地和水體，得到1990 年、2000 年和2015 年研究區圖譜，如圖1 所示.

由圖1 可以看出，扎龍濕地主要由沼澤濕地和水體構成，其中沼澤濕地占比最大，約為92%.1990—2015 年扎龍濕地總面積呈增大趨勢. 1990—2000 年水體在實驗區南部大面積減少，2001—2015 年在實驗區南部和北部零星減少；2001—2015 年沼澤濕地在緩沖區顯著增加，1990—2015 在核心區北部顯著增加.扎龍濕地退化和減少不僅受氣候變化的影響，還受人類活動的干擾[11].1990—2015 年核心區北部沼澤濕地明顯擴張，水體也在整個核心區零星增加，說明退耕還濕等保護政策的實施頗有成效；1990—2015 年緩沖區的水體面積不斷增加，沼澤濕地則先減少后增加；1990—2015 年實驗區的水體先減少后劇烈增加，而沼澤濕地則主要在北部呈增加趨勢.有研究表明，人均GDP、第一產業值及城鎮人口數量對扎龍濕地的減少貢獻較大[9].

根據1990—2015 年扎龍濕地核心區、緩沖區和實驗區的濕地分布，繪制不同分區內扎龍濕地水體和沼澤濕地的相對變化圖譜，如圖2 所示.

由圖2 可知，1990—2000 年和2001—2015 年沼澤濕地相對增加的區域分別在北部和中北部的核心區和緩沖區；而1990—2000 年沼澤濕地相對減少的區域則主要在實驗區.1990—2015 年沼澤濕地相對減少區域主要集中在緩沖區和實驗區的北部；水體相對增加和相對減少的區域則零星分布于整個研究區.1990—2015 年期間，研究區氣溫的升高導致沼澤濕地和水體面積出現一定程度的減少，但大型水利設施和補水工程的修建有效緩解了濕地缺水狀況.此外，濕地相關法律法規及政策的制定也有效減緩了沼澤濕地和水體的退化.

3.3 扎龍濕地質心轉移

利用ArcGIS10.2 軟件，根據1990—2015 年扎龍濕地矢量分布數據，繪制沼澤濕地和水體的質心及標準化橢圓圖，如圖3 所示.

由圖3 可知，1990—2000 年沼澤濕地的質心向西南方向移動，2001—2015 年向南微弱移動，整體來看，1990—2015 年扎龍沼澤濕地的質心向西南方向移動.1990—2000 年扎龍濕地水體的質心向西北移動，2001—2015 年向東北移動. 1990—2015 年沼澤濕地和水體的標準化橢圓形狀變化均較小，扎龍濕地在2015 年聚集性相對較強，這與韓敏等[17]的研究結果存在差異，可能是研究時間序列存在差異造成的.

4 結論

本研究基于GIS 和RS，采用動態度、濕地動態變化圖譜和質心轉移等方法，研究1990—2015 年扎龍濕地景觀格局變化圖譜和質心轉移情況，結論如下：扎龍濕地主要由沼澤濕地和水體構成，1990—2015 年扎龍濕地各區水體和沼澤濕地的變化存在差異，研究區內沼澤濕地和水體面積均有所增加，其中水體面積的變化幅度比沼澤濕地的數值大；研究期間沼澤濕地的質心向西南方向移動，而水體的質心則先向西北而后向東北轉移，2015年扎龍濕地的聚集性相對較強.本研究僅采用了1990—2015 年時間序列遙感數據，未能揭示較長時間序列的濕地變化，未來應進一步采用多時間序列的數據對扎龍濕地變化圖譜進行深入研究.