东北三省湿地演化特征遥感分析

邢宇张汉女姜琦刚李文庆

（1 中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083；2 中国科学院生态环境研究中心，北京 100085；3 国家海洋局第三海洋研究所，厦门 361005；4 吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026；5 北京中勘迈普科技有限公司，北京 100080）

东北三省湿地演化特征遥感分析

邢宇1,2张汉女3姜琦刚4李文庆5

（1 中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083；2 中国科学院生态环境研究中心，北京 100085；3 国家海洋局第三海洋研究所，厦门 361005；4 吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026；5 北京中勘迈普科技有限公司，北京 100080）

黑龙江南瓮河湿地（保护区 供图）

以1976年MSS、2001年ETM和2007年CBERS为遥感数据源，利用人机交互目视解译和野外检验方法获取湿地数据，定量分析东北三省湿地动态变化的相对速率、位移和类型转化，为东北湿地资源的保护与合理利用提供科学依据。结果表明：黑龙江、吉林、辽宁三省湿地面积分别为42 249.71 km2、10 737.95 km2、9 744.79 km2；32年来全区湿地先减少后快速增加，黑龙江省湿地面积变化的幅度最大，吉林省湿地变化的相对速率最大；东北三省湿地重心总体位于黑龙江哈尔滨市和宾县之间，32年来有向西移动的趋势；湿地与非湿地之间转化明显，其中大部分转向人工湿地，沼泽转化率高。

湿地；遥感；地理信息系统；动态度；重心漂移；转移矩阵；东北三省

表1 东北三省湿地面积统计 km2

湿地是一种兼具水分、土壤、空气及生物等组分的独特复合型生态系统。湿地生态系统对生态环境的特殊性和重要性受到世界的极大关注。东北地区是我国境内湿地分布最为密集的地区之一，一些学者着重对局部地区湿地的分类、植被、土壤及气候等方面进行研究（肖红叶，2014；孙爽，2014；王煊，2014；李玉凤，2014），然而针对各省湿地变化对比分析的报道较少。本文利用遥感和GIS技术分别对东北三省湿地动态变化速率、位移和湿地类型转化进行定量分析，为东北地区湿地资源保护与合理利用提供重要的数据和理论支撑。

1 研究区概况

东北三省地理坐标为E 121°11′～135°06′，N 38°43′～53°34′，全区总面积79.25万km2，3个湿地自然保护区已列入《湿地公约》国际重要湿地名录。东北三省西与内蒙古相毗邻，北与俄罗斯的赤塔州、阿木尔州接壤，东南部与朝鲜接壤，南临渤海。全区以寒带温带大陆季风型气候为主要特征，季节分明，春季多风干燥，多发春旱；夏季炎热，雨量集中，多发洪涝；秋季雨量骤减；冬季漫长，干燥寒冷。东北三省交通及通讯发达，能源和矿产资源丰富，是国家重要的商品性农林基地，也是国家的重工业基地和高度城市化的经济区。

2 研究方法

2.1 数据获取与处理

2.1.1 遥感数据预处理 以1976年MSS、2001年ETM和2007年CBERS为主要数据源，其时相为6-10月；ETM采用B7(R) B4(G)B1(B)波段合成，合成后与全色8波段采用小波融合，MSS和CBERS分别采用B7(R)B5(G) B4(B)和B3(R)B4(G)B1(B)波段合成；然后进行3期遥感影像数据的几何配准，使校正精度误差不大于1个像素。

2.1.2 专题信息解译 根据《湿地公约》和1997年《全国湿地资源调查与监测技术规程》，本文将湿地分为湖泊湿地、河流湿地、沼泽湿地、海岸湿地以及人工湿地5类（李玉凤，2014）。根据遥感图像和野外调查验证，建立湿地遥感解译标志。借助MAPGIS软件对湿地信息进行人机交互目视解译，对其进行野外验证，解译精度达99%以上，符合研究标准。

2.2 湿地变化分析方法

2.2.1 变化的相对速率 湿地动态度可直观反映湿地变化的相对速度，该模型表示某研究区域一定时间范围内湿地类型的面积变化情况（Tang et al，2007），表达式为：

式中：L表示研究时段内湿地类型的动态度；ΔS为时段内湿地类型的变化面积；S为研究初期湿地类型的面积；T表示研究的时段长，本文以年为单位。

2.2.2 重心计算方法 为了定量分析湿地的时空演变趋势，本文借鉴土地利用空间变化指数中的重心计算方法（Taylor et al，2000），其表达式为：

式中：X和Y为湿地重心的经纬度坐标，Ci为第i个湿地斑块的面积，Xi和Yi分别表示第i个湿地斑块重心的经纬度坐标。

2.2.3 转移矩阵 本文借助GIS对各时期的湿地数据进行空间分析，叠加后分别得到黑龙江省、吉林省和辽宁省1976-2001年和2001-2007年2个时间段的湿地类型转移矩阵，从变化数量和类型上定量分析湿地变化的特征。

3 结果与分析

3.1 调查结果

通过人工解译和野外调查检验得到东北三省湿地3期遥感解译数据，统计结果如表1所示。

2007年，在东北三省中黑龙江省湿地面积最大，总计42 249.71 km2，其中人工湿地约占45%；辽宁省湿地面积最小，仅9 744.79 km2（表1）。从湿地空间分布来看，三江平原和营口市分布有大片的人工湿地；河流湿地和湖泊湿地主要分布在齐齐哈尔市、大庆市、白城市和松原市等地区；海岸湿地分布在辽宁省沿海。黑龙江省、吉林省、辽宁省湿地面积依次递减，且不同类型的湿地在各省分布比例有差异。黑龙江省有大量的河流湿地和人工湿地；吉林省分布有连片的湖泊湿地和人工湿地；辽宁省河流湿地比较密集（图1）。

3.2 湿地变化的相对速率

32年来东北三省的湿地都经历了从缓慢减少到快速增加的过程（表2)。从表2可以看出，32年来，东北三省湿地变化差异较为明显。1976-2001年、2001-2007年吉林省湿地面积变化相对速率分别为-1.09%和 7.21%，是3个省中湿地面积变化速率最大的省份。1976—2011年、2001-2007年黑龙江省湿地面积变化相对速率分别为-0.86%和4.10%。1976-2001年、2001-2007年辽宁省湿地面积变化相对速率分别为-0.26%和1.43%，是3个省中湿地面积变化最小的省份。具体而言，黑龙江省和吉林省的湖泊湿地与人工湿地持续增加，黑龙江省人工湿地持续急速加快（40.96%），而其湖泊湿地增加速率相对较缓（0.21%）。东北三省湿地增加相对速率最快的是人工湿地，主要表现在三江平原和吉林省南部地区。3个省份的沼泽湿地减少和增加的相对速率都较快，其稳定性最差。黑龙江省和吉林省的河流湿地与沼泽湿地都是先期减少，后期增加，2001年后湿地生态环境有好转。究其原因，发现东北三省在2001年左右年平均降水量达到1970年以来最低水平，仅475 mm，2002年以后降水量有上升的趋势，并回升到580 mm左右，使得到2007年天然湿地面积快速增加；另一方面由于人类活动的影响，非湿地及天然湿地大量被开垦为水田、水产养殖等，使人工湿地面积快速增长、天然湿地减少，虽然湿地总量比较乐观，但湿地生态系统功能减弱，动植物生存环境遭到破坏（陈凤臻，2009）。

图1 2007年湿地分布

表2 湿地动态变化统计

表3 黑龙江省和吉林省湿地类型转移矩阵 km2

表4 辽宁省湿地类型转移矩阵 km2

3.3 湿地移动规律

计算3个时期湿地的重心坐标并依次连接，得到东北3个省份32年来湿地重心移动规律，如图2所示。

东北三省湿地重心位于黑龙江哈尔滨市东部和宾县之间（图2a）。从1976—2001年湿地重心有沿着西南部方向移动的趋势，其重心向西南方向偏移了50.14 km，速率是2.01 km/a。2001年以后东北三省湿地以2.63 km/a的速率向北部漂移，这是由于受到气候等因素的影响，整个东北三省湿地发生了不同程度的变化，虽然2001年以后东北三省湿地面积都有增加的趋势，但北部的湿地变化程度远大于南部和西南部的变化。

为了更好地比较各省湿地变化的差异，本文对各省不同时期湿地重心的变化进行了计算。1976—2001年黑龙江省湿地重心变化显著，沿西南方向偏移65.94 km，之后又有向西北方向移动的趋势（图2b）。吉林省湿地自1976年以来先向西南方向略微偏移，2001年以后又向西北方向快速移动，速率是4.1 km/a（图2c）。相比之下辽宁省湿地变化情况有较大差异，具体表现为先向东南方向漂移，后转向东北方向移动，两个时间段的偏移速率分别是0.74 km/a和3.34 km/a（图2d）。

3.4 湿地类型转移

黑龙江省、吉林省和辽宁省1976-2001年和2001-2007年的湿地类型转移矩阵如表3、表4所示。

1976—2001年黑龙江省、吉林省和辽宁省分别有28 621.32 km2、7 471.05 km2及3 022.20 km2的湿地转化为非湿地，分别占研究初期各省湿地总面积的60.06%、63.67%和30.91%；2001—2007年黑龙江省、吉林省和辽宁省三省分别有6 714.75 km2、1 459.25 km2及1 482.59 km2湿地转化为非湿地，分别占研究初期各省湿地总面积的20.45%、20.45%和16.74%。由此看出，2001年以后湿地减少趋势有所减缓。近32年来东北三省沼泽湿地转出面积最大，达53 015.82 km2；其次是河流湿地，转出面积为30 288.38 km2；人工湿地增加显著，转入面积达29 262.06 km2，大多是由非湿地（22 211.81 km2）和沼泽湿地（4 194.94 km2）转换而来，占人工湿地转入面积的90.24%。由此看出，湿地与非湿地之间的相互转化明显，其中大部分转向人工湿地，沼泽湿地转化率也很高。

图2 湿地重心迁移图

4 结论与建议

1979-2001年东北三省湿地经历了缓慢减少到快速增加的过程，黑龙江省湿地面积变化的幅度最大，吉林省湿地变化的相对速率最大。虽然湿地总量比较乐观，但湿地生态系统功能减弱。湿地与非湿地之间的相互转化明显，其中大部分流向人工湿地，沼泽湿地转换率也很高。湿地重心位于哈尔滨市东部和宾县之间，1976—2001年湿地中心沿着西南部方向移动，2001年以后又向北部漂移，其移动速率略微增加。黑龙江和吉林省湿地均有向西移的趋势，而辽宁省移动趋势是先东南、后东北方向。此次研究结果可以为东北地区湿地资源的保护与合理利用提供科学依据。

东北老工业基地振兴计划提出湿地保护与恢复的建设目标：加强黑龙江省东部三江平原和东北三省西部松嫩平原等湿地资源和生物多样性的保护，进行湿地恢复试点，实施湿地移民工程。东北三省天然湿地略有增加，但以人工湿地的增加为主，而且量大，对东北三省天然湿地生态系统保护与发展带来挑战，可能会破坏东北三省的湿地生态结构变化。由于人工湿地生态功能的季节性较强，控制人工湿地发展速度，协调好三江平原湿地的开发与湿地保护，是未来发展的方向。综合东北三省湿地特征、变化特点及发展趋势，提出如下治理建议：①湿地开发、城市建设、工程实施时需充分论证，合理规划，尊重湿地生态系统规律，考虑人与湿地和谐共建，既能保护湿地，又能美化人居环境，还能树立城市形象，吸引投资；②东北三省是我国农业生产区，在水资源调配，湿地利用、水稻田开发时，尽量减少对天然湿地的影响；③加强三江平原湿地结构及其生态系统的变化研究，避免人类活动及各项工程对天然沼泽湿地连通性的影响。

陈凤臻.2009.全球变化下松辽平原生态环境变迁研究[D].长春:吉林大学

李玉凤,刘红玉.2014.湿地分类和湿地景观分类研究进展[J].湿地科学,12(1):102-108

孙爽,章光新,黄志刚,等.2014.吉林省西部查干湖水文情势分析[J].湿地科学,12(1):43-48

王煊,许子乾,刘旻帝,等.2014.1999年至2010年呼伦贝尔市重要湿地遥感动态变化研究[J].湿地科学与管理,10(2):53-57

肖红叶,张明祥,肖蓉.2014.莫莫格湿地主要生态服务功能动态评价[J].湿地科学,12(4):451-458

Tang F S, Chen X, Luo G P, et al.2007. A contrast of two typical LUCC processes and their driving forces in oases of arid areas: a case study of Sangong river watershed at the northern foot of Tianshan mountains[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 50: 65-75.

Taylor J C, Brewer T R, Bird A C. 2000. Monitoring landscape change in the national parks of England and Wales using aerial photo interpretation and GIS[ J]. Remote Sensing, 21 (13): 2737-2752.

Properties of Wetland Succession in Three Northeast Provinces Based on RS

XING Yu1,2ZHANG Han-Nü3JIANG Qi-Gang4LI Wen-Qing5
(1 China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083; 2 Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085; 3 Third Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Xiamen 361005; 4 College of GeoExploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026; 5 Beijing ZK Surveying and Mapping Technology Co., LTD, Beijing 100080)

Based on the MSS data in 1976, ETM data in 2001 and CBERS data in 2007, the wetlands data were obtained by the way of man-machine interactive interpretation and field checkout. The relative speed, displacement and transformation of wetlands were analyzed quantitatively in the three northeast provinces of China, aiming to provide a scientific basis for the protection and rational utilization of wetland resources in northeast China. The results showed that the existing wetland area of Heilongjiang, Jilin, Liaoning provinces was about 42 249.71 km2, 10 737.95 km2and 9 744.79 km2respectively. The wetland area decreased initially and then increased rapidly in the past 32 years. The largest range of variation and the largest relative speed of wetland area change were in Heilongjiang and Jilin Province respectively. The wetland barycenter was located in between Harbin city and Bin county, and moves continually towards the west. The transformation between wetland and non-wetland was obvious, most of which transformed into constructed wetlands, and the rate of transformation into marshese was high.

Wetland; RS; GIS; Dynamic degree; Barycenter shit; Transformation matrix; Three northeast provinces

10.3969/j.issn.1673-3290.2015.02.13

2015-01-04

中国地质调查局项目（1212 010911084）资助

邢宇(1982-)，女，太原人，博士，主要从事资源环境遥感与GIS应用研究。E-mail：xingyurs@163.com