1974～2010年洪湖湿地景观类型特征变化的分析

陈 利 ，林 辉 ，刘 刚

（中南林业科技大学 a.林业遥感信息工程研究中心；b. 涉外学院，湖南 长沙 410004）

1974～2010年洪湖湿地景观类型特征变化的分析

陈 利a，林 辉a，刘 刚b

（中南林业科技大学 a.林业遥感信息工程研究中心；b. 涉外学院，湖南 长沙 410004）

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观，湿地景观类型变化对生物多样性的保护和利用是极为重要。本研究以洪湖湿地为研究对象，以MSS、TM、ETM、CBERS等卫星数据为数据源，将洪湖湿地分为永久性河流、洪泛平原湿地、淡水湖、草本沼泽、淡水养殖池塘、农用池塘/小型水池、灌溉用沟渠、稻田/冬水田8种类型，开展1974～2010年洪湖湿地的景观类型特征变化研究。结果表明：从1974～2010年间湿地景观斑块数量增加明显，湿地破碎化程度增大，斑块面积的变异系数减少，斑块数量变化起伏较大的地类为旱地、农用池塘和稻田/冬水田; 面积增长最快的属淡水养殖池塘; 边缘总长度指数分布曲线基本一致，且景观类型边缘长度的排序和景观类型斑块面积一致，排列前3位为稻田/冬水田、旱地和淡水养殖池塘; 周长面积分维数（PFRAC）曲线变化趋势基本一致，周长面积分维数（PFRAC）曲线变化最大属灌溉用沟渠。

湿地；景观类型；景观特征变化；洪湖

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观，也是人类最重要的生存环境之一，与森林、草地、农田生态系统共同维持着陆地表层的物流平衡和生态平衡，由水陆相互作用而形成的自然综合体，约占世界陆地面积的4%～6%[l-2]。湿地具净化水质、调节气候、有调蓄洪水等生态功能，在地区、区域乃至全球的气候变化、经济发展及人类生存环境方面有着重要的影响。

景观类型变化是指斑块和其他组成单元的类型、数目、空间分布与配置等空间格局，控制着景观功能的特征与发挥，并且影响着物质、能量和信息流，景观类型变化的动态变化是指景观结构单元的组成成分、多样性、形状、空间格局的变化等，且为进一步的景观分析奠定基础[3-4]。湿地景观类型变化是湿地资源的地理分布和组成，同时也是各种生态过程综合作用的结果，揭示湿地景观变化的规律和机制，湿地景观类型动态变化对整个城市的发展与湿地的保护和利用方面极为重要[5-9]。

近年来，景观类型变化及其动态变化研究已经成为景观生态学的研究热点和重要研究领之一，并且随着湿地科学研究的不断深入和发展，越来越受到国内外学者的关注[10-11]。郑彩红等分析了闽江河口和鸭绿江河口湿地的景观类型变化及其变化[12]。仇恒佳等分析了太湖水陆生态交错带的景观空间格局并采用了斑块破碎度、斑块分维数等不同景观指数以及每种地物类型的面积、形状及连接性等特点[13]。张海龙等分析了渭河盆地1988、2003年景观的数量和空间变化，对人类的开发活动做出了评价[14]。叶功富等利用多时相的泉州湾遥感影像分析了7种湿地类型的景观类型变化变化情况[15]。高义等采用3个时期的珠江口影像数据对比分析了珠江口滨海湿地景观的面积变化速度和质心迁移速度[16]。

在结合前人的研究基础上，本研究以洪湖湿地为研究对象，以MSS、TM、ETM等8期遥感影像为数据源，借助RS、GIS技术对1974～2010年洪湖湿地的景观类型变化变化进行分析，主要是对景观类型特征的斑块类型和斑块形状的景观指标进行分析比较。参照《国际湿地公约》和国家林业局《湿地调查技术规程》，并结合洪湖市湿地的实际情况，将全市分为12种地类，其中湿地类型为8种，即永久性河流、洪泛平原湿地、淡水湖、草本沼泽、淡水养殖池塘、农用池塘/小型水池、灌溉用沟渠、稻田/冬水田。

1 研究区概况及数据源

1.1 研究区概况

研究区包括洪湖市和洪湖湿地资源保护管理局，地跨东经 113°07′～ 114°05′，北纬 29°39′～30°12′之间，位于湖北省中南部，长江中游北岸，江汉平原东南端。东南濒长江，与嘉鱼县、赤壁市及湖南省临湘市隔江相望；西傍洪湖与监利县接壤；北依东荆河与汉南区、仙桃市相邻。洪湖市东西最长94 km，南北最宽62 km。洪湖市平均坡度约为0.3%，水资源丰富，洪湖市地表水资源为19.10亿m3，占湖北省水资源总储量1.9%，人均2 528 m3。境内雨量充沛，由于江河环绕，境内河渠纵横交织，湖泊星罗棋布。洪湖为诸水汇归之地，主要河渠除南沿长江、北依东荆河外，区域内还有内荆河、“四湖”总干渠、洪排河、南港河、陶洪河、中府河、下新河、蔡家河、老闸河等大小河渠113条，总长度达900 km，见图1。

图1 研究区位置Fig. 1 Geographic location of studied area

1.2 数据源

本研究数据源主要包括遥感卫星数据、洪湖市森林资源、湿地调查及县志等文档和图片资料，遥感影像基本选择含云量较少、地类界线清晰的数据，共收集到landsat系列影像、CBERS 02、MSS数据共8个，主要用于湿地信息提取。

2 研究方法

2.1 湿地信息提取

采用人机交互的方式开展湿地研究区的图像解译，首先利用面向对象的信息提取方式进行湿地信息的提取，确定了合适的分割参数设置（空间参数为10、颜色参数为10、最小区域参数为120），将分割后的矢量数据导入地理信息系统软件中，开展矢量界线坐标系统转换、边界平滑和拓扑关系检查等工作，将处理好的矢量数据层与遥感影像叠加进行人工目视判读，在野外对每种湿类型进行定位，拍照，建立解译标志，对于分割误差比较大的小斑进行边界的修订，切割和合并处理，最后赋予相应的属性值，整个解译过程严格按照国家有关湿地调查技术规程进行，解译精度在82%以上，Kappa系数超过0.8，解译结果比较理想。

2.2 景观指标

各种景观要素在空间上的组合特征受到种种生态过程及资源格局的影响，同时包括景观类型变化对景观中各种生态过程如能量的流动、物种的迁移扩散及定居格局等都有重要影响[17]。目前学者们的非常关注景观各要素的斑块特征、景观空间格局对生物多样性保护和湿地生境质量的影响。其中研究景观要素特征是斑块类型特征（数量、面积与周长），是进行分析的主要参数之一，斑块大小的分布规律能够为景观水平的生物多样性保护提供理论依据。因此，在本次研究中，对斑块数量和斑块形状两个方面分析洪湖湿地景观类型的特征进行了研究。本研究选取斑块数（NP）、斑块类型面积（CA）、斑块平均面积（AREA_MN）、最大斑块占景观面积比例（最大斑块指数LPI）和斑块所占景观面积百分比（PLAND）5个指数进行斑块类型特征分析。

3 湿地景观类型变化分析

3.1 湿地斑块数量变化分析

20世纪70年代开始洪湖湿地总面积和湿地率经历了从下降到上升的一个循环过程。人工湿地面积总体上属于上升趋势，但是天然湿地已经出现初步退化现象，2005年达到历史最低点，仅为46 012.1 hm2，主要是由于洪湖历来是鱼米之乡，地方政府所采取的打造水产大县的思路，促成人工湿地面积增加，增加最多的是淡水养殖池塘和农用池塘数量和面积。

湿地斑块数量是反映景观破碎化程度的标志之一，从1974～2010年8期数据分析可知（见图2），过去36 a间景观总体斑块数量成增加趋势，研究区总体破碎化程度升高，斑块面积的变异系数减少，在景观类型中，旱地、农用池塘和稻田/冬水田的斑块数量变化起伏较大，淡水养殖池塘的面积增长最快，其中淡水养殖池塘增加的面积90%以上来自稻田/冬水田的转化，是景观演替的主要原因之一，人为活动加剧了洪湖湿地景观的格局，导致景观破碎化程度上升，香农均匀度指数与香农多样性指数增大，从而促使了洪湖从粮食生产大县向水产养殖大县转变。

图2 1974～2010年洪湖湿地斑块数量变化Fig. 2 Changes of wetland patch number in Honghu city from 1974 to 2010

3.2 湿地斑块形状分析

斑块形状指标对生物生境以及森林经营都是很重要的，是景观空间结构度量中另一个很重要的特征，也是描述景观的重要的因子（肖笃宁，1991）。本研究选取边缘长度（TE）、周长一面积分维数（PAFRAC）两个指标来分析洪湖的湿地斑块形状特征。

最重要的形状参数之一是边缘长度，它反映了各种扩散过程（能流、物流和物种流）的可能性，直接反映生物物种的扩散和觅食。从1974～2010年间边缘总长度指数分布曲线基本一致，且景观类型边缘长度的排序和景观类型斑块面积一致，边缘总长度指数排第一、二、三位分别为稻田/冬水田、旱地和淡水养殖池塘（见表1和图3）。

表1 1974～2010年边缘总长度指数（TE）分析结果Table 1 Results of total edge index from1974 to 2010

图3 1974～2010年边缘总长度指数（TE）分布曲线Fig. 3 Dynamic graph of total edge index from 1974 to 2010

主要用于揭示各景观组分的边界褶皱程度是景观类型斑块面积与周长分形关系的分维或分形维数（Fractal dimension），各景观组分遵从一致的分形规律。周长面积分维数的数值范围在1～2之间，分维数的数值越趋近于1，则斑块的几何形状越趋向简单，受干扰的程度越大。分维数的数值趋于2，斑块边界形状极为复杂。从1974～2010年研究区周长面积分维数（PFRAC）曲线变化趋势基本一致，灌溉用沟渠是周长面积分维数（PFRAC）曲线变化最大，从而说明灌溉用沟渠的形状比较复杂（见表2和图4）。

表2 1974～2010年周长面积分维数（PFRAC）分析结果Table 2 Results of PFRAC index from 1974 to 2010

图4 1974～2010年周长面积分维数（PFRAC）曲线Fig. 4 Dynamic graph of PFRAC index from 1974 to 2010

4 结论与讨论

（1）从1974～2010年间，景观时空变化分析研究表明，过去36 a间湿地景观斑块数量增加明显，湿地破碎化程度增大，斑块面积的变异系数减少。

（2）从1974～2010年8期数据分析可知，过去36 a间斑块数量变化起伏较大的地类为旱地、农用池塘和稻田/冬水田。面积增长最快的属淡水养殖池塘，其中淡水养殖池塘增加的面积90%以上来自稻田/冬水田的转化，是景观演替的主要原因之一，人为活动加剧了洪湖湿地景观的格局，导致景观破碎化程度上升，香农均匀度指数与香农多样性指数增大。

（3）从1974 ～2010年间研究区边缘总长度指数分布曲线基本一致，且景观类型边缘长度的排序和景观类型斑块面积一致，排列前3位依次为稻田/冬水田、旱地和淡水养殖池塘。

（4）从1974 ～2010年研究区周长面积分维数（PFRAC）曲线变化趋势基本一致，周长面积分维数（PFRAC）曲线变化最大属灌溉用沟渠，从另一方面来说灌溉用沟渠的形状比较复杂。

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Analysis on Honghu wetland landscape type traits change from 1974 to 2010

CHEN Lia, LIN Huia, LIU Gangb
(a. Research Center of Forestry Remote Sensing & Information Engineering; b. College of Swan, Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Wetland is one of nature’s most rich biological diversity of ecological landscape and wetland landscape type change is very important to biodiversity protection and utilization. By taking Honghu wetland as the research object, and using MSS, TM, ETM satellite data as the data sources, Honghu wetland were divided into 8 wetland types, such as permanent rivers, flooding plain wetland, freshwater lake, marsh, fresh water aquaculture ponds, agricultural pond/small pool of water, irrigation ditches, rice felds/winter paddy feld. With the aid of RS and GIS technology, the type traits changes of Honghu wetland landscape during 1974～2010 were studied. The results show that from 1974 to 2010, the number of wetland landscape patches was signifcantly increased, the wetland fragmentation degree was increased, the variation coeffcient of plaque area was reduced, the wetland types that had more ups and downs were dry land, farm ponds and rice felds/winter paddy feld; the wetland type that had fastest area growth was freshwater aquaculture pond, the exponential curves of total edge length of the wetland types were basically the same, the edge length sort and plaque area of the landscape types were also basically the same, the top three were turn/winter for rice paddy feld, dry land and freshwater aquaculture ponds; the circumference surface integral dimension (PFRAC) curves of all landscape types were almost the same changing trends, the biggest changing value of circumference surface integral dimension (PFRAC) curve was that of irrigation ditches.

wetland landscape; landscape type; landscape characteristic change; Honghu lake

S718.51+2.3；X826

A

1673-923X(2013)08-0108-05

2013-05-29

国家863课题研究任务“森林资源信息快速提取技术研究”（2012AA102001-4）资助

陈 利（1987-），男，湖南衡阳人，硕士研究生,研究方向：林业遥感和地理信息系统；E-mail：csufcl@126.com

林 辉（1965-），女，湖北黄冈人，教授，博士，博士生导师，主要从事森林经理学、遥感技术与地理信息系统的教学和科研工作

[本文编校：文凤鸣]