鸭绿江口滨海湿地景观格局变化及驱动力分析

陈富强

（辽宁师范大学城市与环境学院 大连市 116029）



鸭绿江口滨海湿地景观格局变化及驱动力分析

陈富强

（辽宁师范大学城市与环境学院 大连市 116029）

摘要：通过RS和GIS技术获取1995-2014年20年间共10期鸭绿江口滨海湿地遥感影像并建立湿地分类系统，利用面积转移矩阵和景观格局指数对该地景观格局变化进行分析，利用双重筛选逐步回归探讨驱动力机制。结果表明：滩涂、临海草地和芦苇面积一直减少，面积分别减少80.736 3 km2、55.189 8 km2、3.303，建设用地、水稻田、人工盐沼面积一直在增加，其面积分别增加42.285 6 km2、22.512 6 km2、10.286 1 km2，临海林地和其他用地面积呈现先减少后增加的趋势。各类湿地类型在斑块数量上存在不同的变化，湿地景观的分布均匀程度、多样化和复杂性都先增后减，破碎化程度和聚集度、延展度先增后减。气候、水文等自然原因是影响各类滨海湿地景观变化的基础，人口增长、经济发展、城市化水平提高、科技进步等人为原因是该地景观变化的主要驱动因素。

关键词：鸭绿江口；滨海湿地；转移矩阵；景观格局；驱动力

滨海湿地是指沿海区域以及湿地范围的岛屿和低潮时水深不超过6 m的水域［1］，是介于海洋生态系统与陆地生态系统的一种特珠的生态系统，拥有多种多样的生态种类，包括河口、浅海、海滩、盐滩、潮滩、泥炭沼泽、沙坝、沙洲、泻湖、红树林、珊瑚礁、海草床、海湾、海堤、海岛等［2］。滨海湿地具有强大的生态功能，在蓄洪防旱、调节气候、促淤造陆、降解环境污染等方面起着重要作用［3］。湿地生态系统独特的水文状况、陆地和水域生态系统的交错带作用以及由此而产生的特殊的生态系统功能［4］，使其成为全球环境变化研究的热点区域。

鸭绿江口滨海湿地是国家重要滨海湿地之一，地处我国海岸带最北端，是我国境内唯一地处中温带的滨海湿地。学界对鸭绿江区域物种变化、湿地资源和重金属污染研究较多，论文数量多达150篇，对该地区景观格局变化与驱动力的定量分析研究较少。因此，为了更精确地了解鸭绿江口滨海湿地变化状况及驱动因素，本文以鸭绿江口滨海湿地为研究区，运用景观生态学原理及方法，借助RS和GIS技术对鸭绿江口滨海湿地进行分类并建立滨海湿地分类系统，利用转移矩阵方法和景观格局指数方法对其景观格局的变化进行分析，利用双重筛选逐步回归研究其驱动因子，从而揭示该地区湿地景观格局与自然生态过程和社会经济之间的关系，为鸭绿江口湿地资源的保护、利用及可持续发展提供科学依据。

1　　国内外研究概况

国外湿地研究较早，理论较成熟。1956年，美国渔业和野生动物局最早提出湿地的定义，开始保护候鸟及鱼类资源［5］。1971年2月，在伊朗的拉姆萨尔召开了“湿地及水禽保护国际会议”，会上通过了《拉姆萨尔公约》，开始以公约的形式保护湿地资源和合理利用。20世纪80年代，美国和加拿大在完成本国湿地调查、编目的基础上，研究重点转向湿地分类、湿地生态系统及其形成过程的研究［5］。随着RS和GIS的不断进步，湿地动态变化的研究手段更为丰富。如Maingi J.K［6］等利用Landsat MSS/TM数据对肯尼亚塔纳河下游进行了湿地景观动态监测和研究；Kingsford R.T［7］等利用GIS缓冲区分析方法获得景观形状破碎度指数来揭示不同空间尺度下湿地景观丧失、破碎化以及格局特征与动态规律。

国内滨海湿地研究开始于20世纪50年代，期间一直使用“沼泽”的概念，直到20世纪80年代中期，湿地概念才广泛流传［5］。1992年中国加入湿地公约，国内对滨海湿地的研究日益增多，不同学科、不同领域的学者对各个地区的滨海湿地进行了不同程度的研究［8］。如张绪良总结了30多年来湿地的退化过程以及对退化湿地的生态恢复与重建措施［9］。王永丽等对比研究了黄河三角洲2000年和2009年湿地不同时空尺度的景观格局变化［10］。劳燕玲利用压力-状态-响应（PSR）模型框架，对钦州市滨海湿地生态安全状态进行了评价［11］。黄建国对福建主要滨海湿地生态系统的污染状况进行了评价［12］。当前，研究滨海湿地格局变化并对景观格局驱动因素进行分析是景观生态学的热点，如翟万林等运用景观生态学原理，通过景观格局指数对长江口滨海湿地景观格局的变化特征进行了分析［15］。

2　　研究方法及数据来源

2.1研究方法

2.1.1转移矩阵

马尔科夫转移矩阵是指系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述［16］，而湿地的动态转移矩阵，可以研究湿地类型的转移去向，对于分析湿地类型变化的驱动机制有重要意义。

式中，pnn表示转移土地面积的百分比。

2.1.2景观格局指数

景观格局指数是指能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面的简单定量指标［17］。结合各景观指数含义，本着指向性、适宜性和全面性原则，本文选用了斑块类型面积（CA）、斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块面积指数（LPI）、斑块类型百分比（PLAND）、斑块分散指数（SPLIT）等景观指数；对于景观水平指数选择景观总面积（TA）、斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI）、聚合度指数（AI）、聚集度指数（CONT）等。

2.1.3双重筛选逐步回归

由于滨海湿地景观类型多样且本身也是随时间变化的，而影响景观格局的因素也有多个，因此需要探讨多对多的回归分析问题。双重筛选逐步回归分析，就是在由多个自变量和多个因变量组成的数据矩阵中，把多个因变量分组，找出哪些自变量对哪一组因变量有影响，并根据各个自变量方差贡献的显著性检验结果，精选出一些对某一组因变量的方差贡献较大的自变量，分别按组建立回归模型［18］。

2.2数据来源

本文遥感影像全部来源于美国地质调查局官网，选取季节较一致、云量低于10%、质量较好、轨道号为118/32、分辨率为30 m的1995-2014年20年间共10期遥感影像为基础数据，鸭绿江滨海湿地矢量图为辅助数据。以ENVI4.7软件为平台，选择TM 5、4、3波段进行假彩色合成，在几何纠正、图像增强等处理后，采用最大似然法进行监督分类并结合人工目视解译，结合google地球对分类后的影像进行修正，精度验证Kappa系数均达80%以上。DEM数据来源于地理空间数据云，气候、人口、经济、科学技术数据全部来源于丹东年鉴和丹东统计年鉴。

3　　鸭绿江口滨海湿地分类

3.1研究区概况

辽宁鸭绿江口滨海湿地自然保护区位于辽宁省东港市境内，北起鹤大公路、东至鸭绿江口文安滩岛、南临黄海、西与大连庄河接壤，地理坐标为120°21ˊ39″E—123°30ˊ50″E，39°40ˊ50″N—40°50″N。保护区沿93km海岸线呈带状分布，东西长120km，南北宽50 km，面积108 057 hm2，占全市总面积的43.7%［19］。因滨海湿地受涨落潮变化影响较大，浅海范围各有不同，为便于遥感数据获取和遥感影像解译的准确度，本文结合鸭绿江滨海湿地现状及前人资料［20］确定研究区范围。

3.2滨海湿地分类

根据鸭绿江口滨海湿地的地貌特征、资源特征和经济特征，结合国内滨海湿地的分类方案［21-22］，本文将鸭绿江口滨海湿地按照三级分类系统进行分类（见表1），一级分类将研究区滨海湿地分为湿地和非湿地两类；二级分类依据人类对滨海湿地景观的干扰强度划分为自然湿地和人工湿地2类；三级分类则综合考虑水文、植被、湿地利用现状等要素将自然湿地和人工湿地进一步划分为若干类型，其中自然湿地包括浅海水域、滩涂、河流、临海林地、临海草地、芦苇6类，人工湿地包括水稻田、人工盐沼2类。建设用地和其他土地划为非湿地。旱田、一般农用地、未利用土地归为其他用地。

表1　　鸭绿江口滨海湿地分类系统

4　　鸭绿江口滨海湿地景观格局变化分析

4.1鸭绿江口滨海湿地面积转移分析

为了便于研究，本文选取变化特征明显、时间跨度较合理的三期遥感影像（1995年、2005年、2014年）导入ArcGIS10.0生成鸭绿江口滨海湿地景观类型分布图（图1），统计并计算得出20年间各湿地景观类型之间的面积转移矩阵（表2、表3），其中，列表示前一时间段的滨海湿地景观类别，行表示后一时间段的滨海湿地景观类别，行和列交叉处表示变化值。

图1　2014年鸭绿江口滨海湿地景观类型分布图

表2　1995-2005年滨海湿地景观类型面积转移矩阵（百分比）

由表2可以看出，1995-2005年10年间鸭绿江口滨海湿地各景观类型面积转移百分比情况，其中，滩涂、临海林地、临海草地、芦苇、其他用地这5种景观类型面积在10年间分别减少76.49 km2、7.056 9 km2、12.06 km2、1 km2、4.414 5 km2，而其他景观类型面积增加，大部分自然湿地被开发成人工湿地，自然湿地减少，人工湿地增多。滩涂、临海林地、水稻田、芦苇面积转移量最大，分别占58.256%、63.163%、50.985%、41.7%。滩涂类型变化过程中，有50.433%的滩涂转移为浅海，3.108%的滩涂被开采为人工盐沼，2.313%的滩涂被建设用地占用。临海林地中，有29.343%转化为芦苇，有12.992%转化为建设用地。水稻田有22.199%是由临海草地转化，也有32.33%转化为草地，占转移面积中最大。芦苇面积转移大多朝向建设用地，约占10.6%。

表3　2005-2014年滨海湿地景观类型面积转移矩阵（百分比）

由表3得到，2005-2014年间临海林地、临海草地、芦苇、建设用地面积转移最大，分别占3.429%、70.699%、42.234%、47.212%。滩涂有7.155%转化为建设用地；临海林地中，12.809%转化为建设用地，17.667%转化为其他用地；临海草地有36.499%被开采为水稻田，有24.711%被建设用地占用；芦苇有20.642%转化为临海林地；人工盐沼有18.868%转化为建设用地。总的来说，浅海、滩涂、临海草地、芦苇面积减少，其他湿地类型面积增多。相较于1995-2005年期间滩涂、临海林地、临海草地、芦苇、其他用地共5类湿地面积减少情况，本时间段临海林地和其他用地面积不再减少反而增加，其主要原因是环保意识增强，城市范围内绿化面积增多，但同时开垦农用地力度增大，农业进步。

对比3个时间段的面积变化发现，浅海面积先增加后减小，但总的来看是增加的趋势；临海林地和其他用地面积先减少后增加，总的来看是在增加的趋势；滩涂、临海草地、芦苇的面积一直减少；河流、人工盐沼、水稻田和建设用地一直在增加。现阶段，滩涂、临海草地必将进一步减少，建设用地、水稻田和人工盐沼将继续增加。

4.2鸭绿江口滨海湿地景观指数分析

将ArcGIS10.0中生成鸭绿江口滨海湿地景观类型分布图导出成grid格式，输入到Fragstats4.2中，在该软件中依次设置各个景观格局指数，运行Fragstats4.2，输出结果见表4。

表4　鸭绿江口滨海湿地斑块类型水平指数

由表4可知：各湿地景观类型面积（CA）差别较大，其中滩涂面积由0.976 9减少到0.410 3、临海草地面积由0.713 4减少到0.334 9、芦苇面积由0.162 7减少到0.140 6，而人工盐沼、水稻田、建设用地、其他用地、河流逐年增加，表明滩涂、临海草地和芦苇等自然湿地被大范围开发成人工盐沼、水稻田和建设用地等人工湿地。临海林地面积变化不大，浅海面积呈现先增后减的趋势。在斑块个数（NP）和斑块密度（PD）指数上，芦苇随着时间的推移，斑块个数（NP）由104到145，斑块密度（PD）由954.724（个/公顷）增大到1 331.11（个/公顷），说明空间异质性增大，破碎化程度增大，人为对芦苇的干扰程度增大，同时反映芦苇景观的脆弱性增强。其他湿地景观虽然变化范围不同，但都呈现先减后增的趋势，主要原因在于前期开发缓慢，后期单纯追求经济利益粗放式开发导致各景观异质性增强。在最大斑块面积（LPI）指数方面，滩涂、临海草地、水稻田、建设用地、其他用地变化较大，说明这些湿地景观开发利用率较高，导致最大斑块面积浮动较大。斑块占景观总面积的比例（PLAND）指数方面，滩涂、临海草地、芦苇所占比列逐渐减少，人工盐沼、水稻田、建设用地所占比例增加，说明自然湿地的丰度比减小，而人工湿地的丰度比增大。斑块分散指数（SPLIT）指数上，滩涂、河流、临海草地、其他用地逐渐增加，说明这些湿地的分离程度增加，联接度降低，稳定性减小。人工盐沼、水稻田、建设用地先减后增，且变化幅度很大，表明这些湿地开发利用较多，湿地类型转换较大。各种湿地类型的周长面积分维数（PAFRAC）变化不大，但大部分数值高于1.5（浅海、滩涂除外），说明各类湿地的形状复杂性较大，规整程度较低，空间结构凌乱。

表5　鸭绿江口滨海湿地景观水平指数

由表5可知，鸭绿江口滨海湿地景观在斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI）都呈现先减后增的趋势，斑块数量（NP）由2 937减少到2 500再增大到3 432；斑块密度（PD）由26 961.774 3减少到22 950.097 3再增大到31 505.8936；景观形状指数（LSI）由20.705减少到19.021 2再增大到23.511 3；多样性指数（SHDI）和均匀度指数（SHEI）变化范围较小。说明鸭绿江口滨海湿地不同斑块类型所占比列较大，湿地景观的分布均匀程度和多样性、复杂性都先增后减。在破碎化指数（AI）、聚集度指数（CONT）方面先增后减，其中破碎化指数（AI）由88.418 7%增大到89.443 3%再减小到86.687 3%，聚集度指数由说56.7353增大到58.380 3再减少到56.763，说明各斑块类型的破碎化程度和聚集度、延展度先增后减。

5　　鸭绿江口滨海湿地景观格局变化驱动力分析

5.1景观格局变化驱动力指标体系

景观格局演变动力学的研究核心是景观格局变化和驱动力的关系［23］。通过对鸭绿江地区自然环境和社会经济状况资料的搜集和分析，本着驱动因子的代表性、科学性、差异性和可获得性原则，从自然驱动力和人文驱动力两大系统中选取因子构建驱动机制（见表6）。

表6　　鸭绿江口滨海湿地景观格局变化驱动力指标体系

5.2景观格局变化驱动分析

本文选取滩涂、临海林地、临海草地、芦苇、水稻田、人工盐沼、建设用地等7种具有特征的景观类型进行驱动分析。利用遥感软件提取1995-2014年各景观类型的面积，收集各驱动指标值并导入DPS软件处理系统，运行双重筛选逐步回归，去除相关性小的自变量，精选对因变量贡献值大的自变量并整理。根据回归结果将各个湿地类型分为5组，其中水稻田、芦苇为第一组，滩涂为第二组，临海林地、临海草地为第三组，人工盐沼和建设用地为第四组。因篇幅关系，文中只出现第一组数据表。

5.2.1水稻田、芦苇驱动因素分析

表7　　水稻田、芦苇景观驱动模型分析结果

由表7可知，水稻田和芦苇景观驱动因素一致，但相关性正好相反，影响水稻田和芦苇景观变化的主要因素有城市化水平、气候、农林牧渔产值、农民人均收入水平、房建用地、农机总动力、化肥施用量、科技项目。气候条件是水稻田和芦苇生长的基础条件，农机动力、化肥施用量、农林牧渔产值能很好地反应水稻田面积的变化。城市化水平的提高，房建面积增加提高了水稻种植面积，但对芦苇却是一种破坏。由遥感影像和转移矩阵也可以得知，芦苇面积很大一部分被开发成水稻种植区，使得芦苇面积减少，水稻种植面积增加。各驱动因素对芦苇与水稻的影响显著水平存在差距，城市化水平是影响芦苇减少的最显著因素，而化肥使用量与房建用地与水稻田变化的显著水平最高。

5.2.2滩涂驱动因素分析

影响鸭绿江口滩涂湿地变化的主要驱动因素为城市化水平、年降水量、房建用地、有效灌溉面积、科技项目，总的来说，人口变化、气候条件、房建用地、科技水平是影响滩涂变化的主要因素。其中，科技与滩涂面积成正相关，这是因为随着科技的发展，填海造田的技术越来越先进，围海造陆越来越多，增加了滩涂的面积。而城市化水平，房建用地、有效灌溉面积与滩涂面积呈现负相关，原因在于随着人口增长，饮食和住房的扩大对建设用地和农耕地需求越来越大，开发滩涂湿地为建设用地和农耕地的面积也越来越大，湿地面积不断减少。

5.2.3临海林地、临海草地驱动因素分析

临海林地和临海草地所受驱动因素相似，虽然回归系数有差异，但都受到气候、经济条件和科技水平的影响，其中气温、社会消费品零售额、科技项目与临海林地、临海草地成正相关，其他因素都成负相关。财政收入是临海林地、临海草地格局变化最显著的影响因素，东港市经济的发展间接导致了临海林地、临海草地的减少。

5.2.4人工盐沼、建设用地驱动因素分析

人工盐沼、建设用地的驱动因素相似，其中有效灌溉面积与人工盐沼、建设用地呈现负相关，城市化水平，地方财政收入、房建用地、农林牧渔总产值、高新技术产值、科技项目与人工盐沼和建设用地呈现正相关。对人工盐沼影响水平最大的是农林牧渔总产值，对建设用地影响水平最大的是城市化水平。由表推测随着经济的发展和城市化水平的提高，建设用地和人工盐沼面积也将持续增加。

6结语

通过转移矩阵表明鸭绿江口滨海湿地20年间，滩涂、临海草地、芦苇的面积一直减少；河流、人工盐沼、水稻田和建设用地一直在增加，临海林地和其他用地面积先减少后增加。通过景观格局指数表明湿地景观的分布均匀程度、多样化和复杂性都先增后减，破碎化程度和聚集度、延展度先增后减。气候条件是景观形成的基础，而城市化水平、经济发展水平和科技水平是影响景观变化的最主要因素。

研究过程中存在不足：一是在利用遥感影像解译过程中，受潮起潮落影响，浅海范围的一致性很难把握，存在一定的误差，对结果有一定的影响，二是本文采用双重筛选逐步回归方法对驱动力进行分析，模型较简单，需要不断完善。

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收稿日期：2016-03-07