基于RS和GIS的日照万平口潟湖湿地景观格局演变研究

董晶谢小平（曲阜师范大学地理与旅游学院，日照7686）

基于RS和GIS的日照万平口潟湖湿地景观格局演变研究

董晶1谢小平2（曲阜师范大学地理与旅游学院，日照276826）

日照湿地（董晶 摄）

以日照万平口潟湖湿地为研究对象，利用遥感影像及GIS技术，选取景观格局指数，对1990-2014年万平口潟湖湿地的景观格局变化进行研究。结果表明：自1990年到2014年，潟湖浅滩、绿地、建设用地的面积显著增加，养殖池和耕地在潟湖湿地范围内已全部转化为潟湖浅滩、绿地和建设用地。潟湖湿地的景观格局指数表明，湿地景观类型多样性呈下降趋势，均匀度指数增加，聚集度和连通性显著上升。从景观格局分析的结果来看，奥林匹克水上公园的建设在一定程度上优化了万平口潟湖湿地的景观格局，湿地景观破碎化程度有所下降，为了更好地开发和利用潟湖湿地资源，提出了一些保护对策和建议。

潟湖湿地；景观格局；万平口；日照

自 20 世纪 80 年代以来，景观生态学关于格局、过程及驱动机制分析等逐渐应用于湿地科学领域中(何东进，2013)，推动了湿地景观格局演变特征的研究（刘红玉等，2003；张国坤，2007）。目前关于沿海城市地区潟湖湿地景观格局的变化，已成为景观生态学、城市生态学与海岸带管理研究的热点问题(陈鹏等，2012；王毅杰等，2013)。湿地景观格局决定于湿地景观资源开发利用的程度及强度，万平口潟湖湿地是日照市最大的海滨湿地，为进一步协调保护和开发这一地区的湿地资源，对1990-2014年期间潟湖湿地景观格局的总体变化进行了分析，为潟湖湿地资源的保护和开发利用提供理论依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

日照位于山东省东南部(119°3 3′0″E，119°3 4′0″E）濒临黄海，海岸线长而曲折。日照万平口潟湖湿地位于日照市东部，湿地内的潟湖为亚洲最大的自然潟湖，是一个半封闭型的、东部由沙坝与外海相隔、东南部有一条狭窄的潮汐通道与外海相通的潟湖，潟湖几乎呈南北向、平行于海岸发育。2003年之前，潟湖湖区原为一片养殖滩淤，潟湖周边有林地、湿地、农田及大量的荒地。2003年之后，为把日照打造成“水上运动之都”，通过规划，决定将日照万平口潟湖湿地建设成为具有观光、娱乐、运动、自然保护等功能于一身的海滨湿地公园 —“日照奥林匹克水上公园”。万平口潟湖湿地是日照城区的主要湿地区域，区域内有很多生态敏感点，对湿地本身和周围环境都有很重要的生态意义，因此该区域具有研究的典型性。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源与处理 根据近30年来万平口潟湖湿地的开发和利用状况，选择了1990年5月、1997年6月、2003年5月和2014年5月的Land sat遥感影像作为基础数据源，然后对遥感影像进行监督分类，并对分类结果进行精度检验。最后将分类后的遥感影像的矢量文件导入 ArcGIS10 中转换为栅格文件，再将其导入FRAGSTATS3.3 软件中，运用景观格局指数模型计算4个时期的景观格局指数，通过分析各个时期指数的变化来揭示万平口潟湖湿地景观格局的变化。

1.2.2 湿地景观类型 潟湖湿地介于海陆之间，生态系统类型多种多样，本研究中以拉姆塞尔（Ramsar）《湿地公约》的湿地分类体系为参照（谷东起等，2005），参考有关学者的研究成果（叶功富等，2010；黄宁等，2012），将研究区的景观类型分为潟湖浅滩、养殖池、耕地、绿地、建设用地、裸地6种类型，各年份景观类型分布见图1。

1.2.3 景观格局指数选取 景观格局是指大小或形状不同的斑块在景观空间上的排列方式或空间分布的总体样式，是景观过程的产物（何东进，2013)，景观格局可有效地反映区域景观状况及变异特征(傅伯杰等，2001)，利用景观格局指数定量分析景观格局在时间和空间上的变化，是目前广泛使用的一种方法(白军红等，2005)。在本研究中，结合万平口潟湖湿地的实际特点，从类型水平和景观水平两个方面选取了景观指数对景观格局的计算分析（表1）。

表1 景观格局指数及其生态意义

2 结果与分析

2.1 基于斑块类型水平指数的变化分析

2.1.1 湿地景观类型面积、分布

1)养殖池。1990年养殖区占总面积的18.48%，排在第三位，随着养殖业的不断发展，养殖区面积不断增加，1997年和2003年，养殖区面积比重均排在了第二位。2003年之后，为建设奥林匹克水上公园，清退了所有的海上养殖业，自此，养殖池全部转向了潟湖浅滩。养殖池的斑块平均面积有增有减，无明显规律，1997年养殖池的平均面积出现了最低值，表明这一时期由于人为因素的干扰，景观斑块被分割为零碎的小斑块，景观的破碎化程度加大，从图1可以清楚地看到养殖池内多了很多分割水域的廊道，从而导致养殖池的平均面积有所下降。

2)潟湖浅滩。1990-2003年，潟湖浅滩的面积仅20 hm2左右，2003-2014年，通过整治清淤，潟湖浅滩面积达165.28 hm2，成为湿地内重要的景观类型，较好地恢复了研究区的生态环境。1990-2014年，潟湖浅滩的斑块平均面积有增有减，2014年达到最高值，这说明，随着研究区域用地格局的规划调整，使得潟湖整片水域得以连通，由原来零碎的养殖池斑块合并为面积较大的潟湖浅滩斑块，破碎化程度有所下降。

3)耕地。研究区的耕地面积呈逐年下降的趋势。1990年，耕地占总面积的23.74%，排在第一位。随着城市二、三产业的发展，部分耕地面积被转为建设用地或待建裸地，耕地面积逐年减少。2003年之后，为建设奥林匹克水上公园，恢复潟湖湿地的生态环境，将耕地类型全部转化为其他用地类型。自1990年到2003年，耕地平均面积由0.87下降到0.41，表明这一时期耕地受建设用地等景观类型的斑块扩展而吞噬，转为零碎的耕地斑块，因此平均面积逐年变小，趋于破碎化。

4)绿地。1990-2003年，绿地景观类型总面积呈减少的趋势，2003年之后，为打造“水上运动之都”，作为奥林匹克水上公园配套用地的绿地面积不断增加，到2014年，绿地总面积为323.26 hm2，排在第二位。1990-2003年，绿地平均面积有增有减，说明这一时期由于人们的生态意识较薄弱，随意开发利用绿地，使其斑块间面积分布不均匀，到2014年，在潟湖湿地内采取人工种植的方式进行绿化布局，使绿地从分散的斑块扩大集中连成片，所以平均斑块面积达到最大值，在空间上呈现出均匀分布的状态。

5)建设用地。1990-2014年，建设用地面积呈逐年增长的趋势，到2014年，建设用地景观类型占总面积的38.84%，排在第一位，成为潟湖湿地最主要的景观类型。从图1可以看出，建设用地分布较集中，其中位于潟湖北部呈矩形的建设用地，近30年来几乎没什么变化，而位于潟湖西南部的建设用地，随着潟湖湿地的旅游开发和奥林匹克水上公园的规划建设，吸引了众多房地产开发商建设酒店和餐饮服务设施。1990-2014年，建设用地的平均面积逐年增加，说明由于人类对建设用地的布局和规划，使得建设用地斑块在空间上一直呈集中分布的态势，破碎化程度逐渐减弱。

图1 万平口潟湖湿地景观类型分布图

表2 万平口潟湖湿地各景观类型面积变化

6)裸地。受潟湖湿地规划建的影响，裸地逐渐被开发利用，1990-2014年，裸地面积呈逐年减少的趋势。裸地的平均面积呈先减小后增加的趋势，从图1可见，1990-1997年，裸地呈小斑块零散分布，2003-2014年，裸地呈片状分布，说明裸地受到人为活动的影响，使得小斑块互相合并，斑块间的空间聚合度好转，破碎度有所下降。

2.1.2 景观类型形状特征 景观形状指数（LSI）表示景观斑块边缘形状的发育程度，景观形状指数值越高，表明景观形状越复杂（孙贤斌等，2010）。从图2可以看出，1990-2014年，潟湖浅滩的形状指数表现为前期减少、后期明显增加的变化趋势，表明潟湖浅滩斑块的形状由规则化趋于不规则。从养殖池的斑块形状的表征指数来看，表现为前期增大，后期明显减小的波动趋势，表明养殖区用地斑块形状由较为复杂的、随意的发展趋向于规则式的发展。耕地的形状指数在整个研究时期内持续增加，说明研究区域内农业生产的大规模开展，人为干扰活动的加剧，使得耕地用地形状日趋复杂化。1990-2014年，绿地景观形状指数表现为研究前期显著减少、后期明显增加的变化趋势，表明绿地景观形状趋于规则化。2003-2014年，随着人们生态保护意识的加强，大面积种植了人工植被，但由于植被面积较分散，绿地的斑块形状趋向于不规则，形态更加复杂。建设用地的斑块形状指数在整个研究期内持续下降，说明人类对建设用地进行规划和结构调整，使建设用地的斑块形状趋于规则化。1990-2014年，裸地的形状指数表现为研究前期无明显变化，研究后期有显著减小的变化趋势。结合研究区域实际情况，由于裸地受到人为干扰因素的影响较大，景观形状趋于规则化。

图2 万平口潟湖湿地景观形状指数

图3 万平口潟湖湿地景观多样性指数和均匀度指数变化

2.2 基于景观水平指数的变化分析

2.2.1 湿地景观多样性、均匀度 景观多样性指数（SHD I）反映景观要素的多少和各景观要素所占比例的变化（孙贤斌，2013），景观类型越丰富，景观多样性越大。均匀度（SHEI）描述景观中不同景观类型分配的均匀程度，比值越大，景观各类型分配越均匀（韩文权等，2005）。从图3可以看出，万平口潟湖湿地景观多样性指数逐年下降，说明湿地区域中各种景观类型所占比例差异增大，景观的异质性程度在逐渐降低，2014年，潟湖湿地仅存绿地、潟湖浅滩、建设用地、裸地4种景观类型，造成景观多样性下降。景观均匀度指数在1990-2014年期间呈先下降、后上升之势，表明在早期某些景观类型所占比例有增大的趋势，湿地景观越来越被一种或几种景观类型所控制，2003年之后，虽然景观多样性有所减少，但均匀度指数有增大的趋势，湿地景观转变为多种景观并存的状态，景观类型在空间分布上出现了均衡化，总体来说，万平口潟湖湿地景观均匀度处于一个比较高的水平。

2.2.2 湿地景观聚集度、连通度 聚集度（AI）反映了景观中不同景观类型的团聚程度（布仁仓等，2005）。1997年研究区的聚集程度较1990年低，由于湿地还未形成一定规模，湿地景观受到局部的切割，因此整体景观类型在空间分布上显得较为分散；1997-2014年，聚集度指数呈逐年增加趋势，表明潟湖湿地内的同种景观类型的聚集程度不断加大，裸地逐渐聚集在一起，同时取消了养殖区、耕地景观类型，因此研究区主要由少数团聚的景观斑块组成，聚集度有所上升，使整体景观分布显得更为集中。

自然景观连通度（CONNECT）反映景观空间的连接状况，景观类型分布特征的改变直接影响到景观类型连接状况（邬建国，2000）。1990-1997年，自然景观连通度由70.06下降到63.67，主要是由于这一时期，潟湖湿地处在发展之初，自然景观和人文景观之间交错分布，整体景观受到一定的分割，使得同种景观类型斑块之间的连接程度有所下降；自1997-2014 年，湿地的连通度逐年增加，说明湿地内同种景观类型在空间分布上有所聚集，斑块之间的连接程度有缓慢增加的趋势(图4)。

2.2.3 景观破碎度分析 自然景观破碎度反映了自然景观被分割的破碎程度。1990-2014年，斑块密度（PD ）由58.07下降到43.82，散布与并列指数（IJI）由75.58下降到70.8，均呈下降之势，说明同种景观类型之间散布与并列程度在逐渐降低，湿地景观斑块的破碎程度也在下降，虽然区域湿地景观一直在受人类活动的干扰，各景观类型的分布错落有致,使同一类型景观之间并没有呈破碎孤立之势(图5)。

图4 万平口潟湖湿地景观聚集度指数和连通度指数变化

图5 万平口潟湖湿地斑块密度和散布与并列

3 结论与建议

1)在斑块类型尺度上，1990-2003年，潟湖浅滩的面积仅20 hm2左右，到2014年面积达到最大值，且斑块平均面积达到峰值。由于万平口潟湖湿地发展转型，养殖池和耕地这两种景观类型在2003年之后，全部消退于潟湖湿地。绿地面积在早期逐年减少，后期显著增加，各斑块之间在研究区域空间上越来越趋于分散式分布，斑块形状也转向复杂化。建设用地的面积逐年增加，裸地面积在逐年减少，由于人类对潟湖湿地进行规划和调整，使得建设用地和裸地在潟湖湿地空间内由分散式向集中式转变，平均面积有所增加，斑块形状趋于规则化。

2)在景观水平上，1990-2003年，万平口潟湖湿地处于发展之初，潟湖湿地的斑块形状趋于复杂，各景观类型在空间分布上较为分散，此后，对潟湖湿地进行大规模整改，在实施发展策略的过程中，使得湿地景观呈现出景观类型单一、形状趋于规则，空间分布较为集中的状态。

3)从上述定量分析的结果来看，万平口潟湖湿地近30年的演变主要受到了人为干扰的影响，在现状发展的格局下，要处理好湿地保护和利用的关系，特别要把握好原潟湖湿地人工化的尺度，在建设事业的发展上要控制开发强度，禁止发展住宅类房地产；在绿地建设上大力保护湿地内的原生植物，重视原有生态环境控制，借助当地物种对其进行绿化补植，使得整体绿化建设与原有自然环境相协调；在旅游环境建设上要做到尊重和保护湿地的生态环境，以“湿地生态”为场合，开展生态旅游项目，最重要的一点是要处理好人流和空间的关系，在旅游高峰期要限制旅游者的进入数量，万平口潟湖湿地未来拓展变化性较大，因此需要合理调控人类活动，对万平口潟湖湿地进行可持续的开发与保护，构建未来良好的空间发展格局。

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A Study of Changes of Landscape Pattern of Wanpingkou Lagoon Wetland in Rizhao City Based on RS and GIS

DONG Jing1XIE Xiao-Ping2(School of Geography and Traveling, Qufu Normal University, Rizhao 276826)

With uses of RS images and GIS technologies, wanpingkou lagoon wetland in Rizhao was taken for a case study to investigate changes of landscape pattern of the wetland from 1990 to 2014 using landscape pattern index. Results indicated that the areas of shallow lagoon, green land and construction land increased significantly. Fishery ponds and farmland within the scope of the lagoon wetland were all converted into shallow lagoon, green land and construction land. Overall, the changes of wetlands landscape pattern index reflected that the landscape diversity tended to decrease, the landscape evenness index tended to increase, the intensity of aggregation and the connectivity tended to increase significantly. From the results of analysis of the landscape pattern, the construction of the Olympic Water Park optimized the landscape pattern of wanpingkou lagoon wetland to a certain extent, the extent of landscape fragmentation more or less decreased. In order to better develop and utilize the resources of the lagoon wetland, strategies and measures were proposed for wetland protection.

Lagoon wetland; Landscape pattern; Wanpingkou; Rizhao

10.3969/j.issn.1673-3290.2015.01.11

2014-12-10

本研究由国家自然科学基金(41072164龙门山地区涪江上游晚新生代水系演化与新构造响应研究)资助

董晶(1990-),女，硕士研究生，主要从事自然地理环境过程与演变研究方面工作。E-mail：dong jingqingd ao@126.com

谢小平（1966-），博士，教授。E-mail：xp.xie@263.net