深圳湾近30年主要景观类型之演变*

陈保瑜，宋 悦，昝启杰，谭凤仪，李喻春，4，岳 钥，田 莉，余世孝

(1.中山大学生命科学学院生态学系//有害生物控制与资源利用国家重点实验室，广东 广州 510275；2.香港城市大学深圳研究院，广东 深圳 518057；3.深圳市野生动物救护中心，广东 深圳518001；4.深圳市海洋局，广东 深圳518034)

城市化就是由乡村景观转变为城市或其它建成区景观的过程[1]，城市生态学的一个主要目标是理解城市化的空间格局和生态过程之间的相互关系[2]。目前全世界越来越多的学者在思考如何能更有效的将城市景观格局及其变化进行定量化，并对由城市化引起的生态后果进行监测与评估[3-4]。

近年来，利用3S技术研究城市湿地景观的时空动态变化，已经成为景观生态学的研究热点[5]。一些学者利用遥感手段，对滨海湿地景观类型的变化特征进行了研究[6-10]。深圳市在经过改革开放短短的30年后，经历了由农业主导的半自然景观到工业主导的城市景观的巨大转变[11]，然而，这一典型的城市化过程中景观转移的时空特性，尤其是滨海湿地景观受城市化的影响及其生态响应尚未被深入的研究。本研究以深圳湾区域改革开放30年来的五期遥感影像为数据源，定量描述深圳湾(深圳部分)滨海湿地类型的变化过程，为深圳湾湿地的保护与规划提供理论依据。

1 研究地与研究方法

1.1 研究地概况

深圳湾红树林湿地位于深圳湾北岸，区域范围在北纬22。30＇～ 22。32＇，东经113。56＇～ 114。3＇之间(图1)，由西至东依次横跨南山区和福田区。研究区地处大型城市的滨海区域，被城市所包围，改革开放后受到人类活动的强烈影响，景观格局发生了巨大的改变。福田红树林鸟类自然保护区位于深圳湾东北部，东起新洲河口，西至海滨生态公园，南达滩涂外海域和深圳河口，北至广深高速公路，面积368 hm2。保护区湿地生态系统由红树林带、基围鱼塘和滩涂组成，区内有高等植物170多种，其中，红树林植物13 科22 种，鸟类192 种，列入重点保护的鸟类有23 种。

1.2 遥感数据源与数据预处理

本研究所采用的遥感数据源共五期，分别来自1979 年的MSS遥感影像，1989、1998、2003和2009 年的TM遥感影像。数据预处理过程包括分辨率变换、投影坐标变换、几何校正和缓冲区裁剪图像，地理坐标采用WGS_1984_UTM_ZONE_50N。在参考前人研究的基础上[5]，首先在ARCGIS平台下构建2003 年的深圳湾海岸线，使用Buffer工具进行反复的缓冲试验，最后选定距海岸线1.8 km区域范围作为缓冲区，以保证不同时期的深圳湾红树林湿地完全包含在研究范围内，同时剔除不感兴趣的区域(图1)。用该缓冲区分别裁剪出5期遥感图像，并将香港区域进行掩膜处理，得到对应时期的研究区。

1.3 景观分类

根据深圳湾的实际情况，将湿地景观分为基围、红树林、滩涂和水体四类，由于水体的变化特征不明显，本研究中不予重点讨论分析。为了提高分类精度，采用了一种人机交互解译的遥感图像综合分类方法。首先，采用最大似然分类算法对图像进行监督分类，将景观分为红树林、建成区、绿地、滩涂、水体和裸地六类。第二，由于基围的光谱特征与水体基本一致，通过光谱特征的监督分类方法无法将二者区分开，但基围的几何特征比较明显，通过目视解译的方法，将其进行直接的划分，分类结果见表1。

1.4 景观转移检测

为了检测湿地景观在时间序列上发生的变化，根据景观分类图的变化趋势，我们将深圳湾的城市化过程分为4个阶段，分别是城市化初期(1979-1989)、发展期(1989-1998)、加速期(1998-2003)和后期(2003-2009)。基于此，通过构建“由像元到像元的景观转移矩阵”[12-13]来计算不同阶段其他类型转移为目标景观类型(基围、红树林和滩涂)的变化量(转入)，同时计算目标景观类型转移为其他类型的变化量(转出)。由于各个阶段的时间间隔不同，因此将各变化量标准化为年均变化量来对不同时间间隔的数值进行比较：

×100%

(1)

(2)

式中是目标景观类型转出为其他类型的年均量，而则是其他类型转入为该景观类型的年均量；n是每个阶段的间隔年数；分别是第i年和第i+n年该景观类型的总量。据此，本研究分别计算了基围、红树林和滩涂3类湿地景观的转移变化量，揭示湿地景观转入转出发生的区域位置。

1.5 景观指数分析

完成景观转移检测操作后，将分类图导出矢量格式，在景观软件FRAGSTATS中计算景观指数。在类型水平上，选取面积组成比例(PLAND)在内的5个类型水平指数。斑块数NP和平均斑块面积MPS都反映了景观破碎化的程度，LPI有助于确定景观的优势类型，LPI值越大斑块优势度越大，LSI能反映斑块的形状和团聚度。在景观水平上，选取Shannon 多样性指数(SHDI)和Shannon均匀度指数(SHEI)。

2 结果与讨论

2.1 湿地景观变化的动态特征

城市景观的变化受到一系列动态的驱动因子影响，包括区域内特定的自然环境、社会、政治和历史等背景因素，而这些因素之间复杂的交互作用产生了不同的景观变化情景和后果[14]。由于经济特区的建立和改革开放，建成区景观面积快速增加(图2)。与建成区景观相似，基围景观同样表现出了非线性变化的特征(表1)。在城市化初期，基围受城市化的影响不显著，面积有所增加。但从1989 年开始，随着城市化速度的加快，基围景观逐渐被城市建成区或其他景观类型所代替。滩涂景观作为近海和陆地之间的缓冲带，不仅是一种重要的土地资源和空间资源，而且本身也蕴藏着各种矿产、生物及其他海洋资源。研究发现，过去30年，滩涂景观的演变呈现较大幅度的波动和反复性，表现为某一阶段该地区转入，下一阶段该区域的滩涂几乎全部转出。红树林是整个湿地生态系统的核心，主要分布在深圳湾东北岸深圳河口的福田红树林核心区(图1)。随着城市的扩张，1979 年至1998 年间，红树林被其他景观类型逐步替代，面积持续减少。但随着1984 年红树林鸟类自然保护区的建立，核心区内的红树林面积由1998 年的52.65 hm2恢复到2009 年的81 hm2。

表1 深圳湾景观分类结果

图1 深圳湾福田红树林核心区和红树林鸟类自然保护区地理位置

图2 沿时间序列上的深圳湾景观分类图

2.3 景观转移检测

研究发现，不同景观的转移情况在不同的城市化阶段是不同的。在城市化初期，由于城市扩张速度较慢，深圳市仍以农业生产占主导经济地位，以水田和养殖塘为代表的人工湿地景观得到了保存和发展(图3a)，基围年均转入量远高于年均转出量(图4a)。1989年至1998年的9 年间，城市化速度加快，以农业耕作主导的半自然景观格局快速转变为工业主导的城市景观格局，人工湿地大量转变为其他景观类型。该阶段红树林的转入和转出速度均达到了过去30年的最低值，仅为2.10 hm2/年和2.76 hm2/年(图4b)，从图3b我们可以看出，红树林的转入转出主要发生在红树林核心区，保护区的建立对红树林景观的保护效应开始显现。第3阶段红树林面积增加最快，达到了年均5.58 hm2，同时滩涂景观年均面积增长77.40 hm2，达到了非常高的水平(图4c)，同时，基围景观经过前两个阶段的演变已变得相对稳定，其发生转入转出的斑块数量很少(图4a)，且主要分布在进行了几次大规模围海工程的南山区。城市化后期，红树林核心区内的红树林得到较好的发展，面积有所增加，但仅存不多的基围却进一步转移为其他景观类型。

2.4 湿地景观格局分析

2.4.1 类型水平指数分析 从表2可以看出，基围景观从1979 年占整个景观比例的4.07 %增长至1989 年的7.72 %，到2009 年仅占0.54 %，斑块数总体上呈减少趋势，斑块团聚度先降低后增加，到2009 年仅有少量分布在福田红树林核心区(图2)。得益于保护区的建立，红树林景观没有趋于破碎化，反而形成了两个大的斑块，斑块数减少的同时总面积变化很小，因此平均斑块面积增大，景观连通性增加。但红树林在整个景观格局中所占的比例一直很小，基本处于1 %～2 %之间。滩涂所占比例呈现较大幅度的波动和反复性，总的来说，斑块数增加，平均斑块面积在减少，说明滩涂趋于破碎化，稳定性下降。水体所占比例持续减小，LPI和LSI都呈下降趋势，斑块数增加的同时斑块形状趋于规则，偏向正方形。

通过景观指数分析我们发现，基围受人类干扰的影响最大，而红树林形成了两个大的斑块，保护区的建立让基围和红树林免受城市化进一步的破坏。城市化过程需要大量的土地满足城镇、厂房、交通和住房建设，因此深圳湾在改革开放后进行了几次大规模的围垦填海工程，西岸蛇口的海岸线向东延伸了约2.4 km，北岸南山区的海岸线向南延伸了约1.2 km，这是深圳湾原有的湿地景观格局发生了巨大改变的根本原因。

2.4.2 景观水平指数分析 如表3所示，研究区景观多样性指数SHDI较为稳定，基本处于1.6～1.7之间，说明深圳湾多样性高，景观类型丰富。均匀度指数SHEI基本在0.7～0.8之间，说明景观均匀度不高，不同类型的所占面积变化很大，例如，水体、绿地、建成区所占面积较大，而基围、红树林所占面积较小，最大可相差40倍左右。研究区的斑块总数增加，同时平均斑块面积减少，总体来看，深圳湾湿地正朝着不利于其稳定的趋势发展。

表2 湿地景观类型指数

表3 景观的Shannon多样性指数、均匀度指数和斑块总数

3 结 论

1979 年至2009 年的30年里，深圳湾的湿地景观格局发生了很大的变化，总体来看，该区域的湿地景观正朝着不利于其稳定的趋势发展，破碎化程度增加，海岸线不断向浅海延伸，但保护区的建立对湿地景观尤其是红树林和基围的保护起到了重要作用。随着城市化的进行，城市建成区景观面积由208.95 hm2增加到2 072.52 hm2；基围景观受人为干扰最严重，城市化使得基围景观逐渐转移为建成区等景观类型，且斑块形状趋于规则，偏向正方形；保护区内的红树林受到较好的保护，形成了两个大的斑块，景观连通性增加；滩涂景观在过去30 年间呈现较大幅度的波动和反复性，总的来说，面积从1979 年的634.5 hm2减少至2009 年的377.28 hm2，景观趋于破碎化，稳定性下降。

通过景观格局的分析，我们发现人为干扰是深圳湾景观格局改变和发生景观转移的主要因素，围垦填海和城市建设严重破坏了滨海湿地。如果不改变过去以破坏湿地为代价的开发利用模式，深圳湾滨海湿地只会进一步的遭受破坏，湿地面积只会进一步减小，破碎化程度只会进一步增加。而这一变化趋势严重威胁着滨海生物尤其是鸟类的生存，最终会导致区域生物多样性的减少，加剧湿地的生态脆弱性。

综上所述，政府应加大对深圳湾湿地保护的资金投入与科学研究，通过增加人工湿地和生态修复等方式改善目前的湿地景观格局。建立长效保护和监督机制，研究退建还湿的可行性，加快制定深圳湿地保护与管理的法律法规，逐步完善湿地保护法律体系，严禁围垦填海，促进滨海湿地资源与环境的可持续发展。

合理的政策和科学的规划能够促进城市滨海湿地生态系统的保护和建设，作为改革开放前沿阵地的深圳市，在享受巨大经济效益的同时又要面临降低其负面的生态环境效益这一巨大的挑战，景观生态学和3S技术正好提供了把湿地景观格局与时空变化特征连接起来的理论基础和量化手段，是研究湿地景观动态变化的有效方法。本研究表明，通过对湿地景观格局的研究可以帮助我们理解其生态演变的过程，揭示景观演替的内部机制和规律，最终寻求合理的湿地管理和保护策略，为深圳湾湿地的保护和规划提供理论参考。

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