图们江流域中朝两侧湿地生态安全评价及预警

金雪梅　朴成哲　朱卫红

摘要：基于PSR模型，对图们江流域中朝两侧和整体流域，通过3S技术解译了1976年、1986年、1995年、2006年、2014年5个年份的遥感影像图，运用层次分析法得到了指标权重，并对图们江流域湿地进行了综合评价。结果表明：图们江流域湿地安全评价值逐年降低，由比较安全降级为预警（朝鲜一侧评价值由0.708降低到0.4817；中国一侧由0.7197降到0.4868）。基于灰色预测模型对该流域湿地未来20年生态安全进行预测，朝鲜一侧处于中度预警状态，中国一侧湿地为预警状态，整个流域湿地则有预警状态转变为中度预警，生态安全越来越恶化，急需对该区的生态环境进行管治。

关键词：生态安全评价；图们江湿地；中朝两侧；灰色预测

中图分类号：X826

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）18000506

1引言

1989 年IIASA意在表示人類生态条件的安全状况＼[1＼]，首次提出“生态安全”的概念＼[2]；1992年Amalberti，René提出“生态安全”名词后，有关生态安全的研究发展迅速，很大程度上丰富其相关研究方法、内容和方向＼[3＼]。但对于“生态安全”的定义至今没有统一。陈星等归纳众多观点，将其定义总结为两种，一种是生态系统自身的健康、完整和可持续性；另一种是生态系统对人类提供完善的生态服务和生存安全＼[4＼]。湿地在蓄洪防旱、固碳释氧、降解污染、调节气候、控制侵蚀、环境教育和维护区域及全球的生态平衡等方面起到了重要作用＼[5，6＼]，故被喻为“地球之肾”、“生物超市”，并与森林、海洋合称为全球三大生态系统＼[7＼]。因此，对湿地生态安全的研究，成为生态安全研究领域的热点。

图们江是地处中、朝、俄三国交界处的我国国际性河流之一，其自然地理条件独特，野生动植物资源丰富，是丹顶鹤等世界珍稀鸟类的中间停歇地，并拥有着东北虎、欠莲、图们江红莲等多个种类濒危、珍稀生物资源。本文通过对图们江整体流域和中朝两侧湿地的生态安全进行评价，为该区湿地生态环境的健康安全维护和资源可持续开发利用提供科学依据。

2研究区概况和研究数据

2.1研究区概况

图们江流域主要位于我国吉林省东部的延边朝鲜族自治州境内，东与俄罗斯滨海边疆区接壤；西临吉林市的蛟河和白山市；南与朝鲜北部地区的咸镜北道、两江道隔江对峙；北接黑龙江省牡丹江市的东宁、宁安等五县（市）＼[8＼]。地理位置为41°12′46″～44°30′42″ N，127°27′43″～131°18′33″ E。本研究区朝鲜一侧是指包括延社郡、茂山郡、会宁市、稳城郡、京原郡、京兴郡、罗先市、三池渊郡、大红丹郡、白岩郡在内朝鲜的咸镜北道与两江道部分地区的10个市、郡所在地区，根据该区气候数据可以分析得出其气候特点，已知该区降水量为600～700 mm，1月平均气温为-6.2 ℃，而8月平均气温为24.2 ℃。随着该区域居民生活水平的提高和社会经济发展，人口急剧增长，农田、建设用地增加，以及交通和旅游业的发展使该区域及其周围生态环境承受一定损害，导致该区湿地面积减少、水质改变、富营养化、植被退化、土壤沙化＼[5，9，10＼]。

2.2研究数据

2.2.1遥感数据

1976年的Landsat MSS（轨道号 123/30，124/29，124/30，124/31）影像，1986年Landsat MSS影像（轨道号 115/30，115/31）、1995年和2006年的Landsat TM影像（轨道号115/30，115/31），2014年的ETM影像（轨道号 115/30，115/31）。Landsat MSS影像分辨率为近80m，有4个波段；Landsat TM/ETM影像分辨率为30m，有7/8个波段。由于地物在不同的季节会有不同的光谱特性，而湿地提取最重要的地物便是水体，根据不同波段对水体的反射特点，对MSS影像进行湿地分类的最适宜的波段组合为4、3和2波段；TM影像进行湿地分类的最适宜波段组合为5、4和3波段；ETM影像进行湿地分类的最适宜波段组合为7、5、3波段＼[11＼]。

2.2.2非遥感数据源

地形图资料是图们江流域1∶5万地形图。只处理应用遥感影像数据还不足以完整、准确地反映出图们江流域的复杂多样的湿地地物类型及其分布，所以进行识别湿地类型的综合解译工作等时还需引入其他非遥感数据，包括研究区地形图、水系图、土壤图、DEM图等，以及实地记录的湿地GPS坐标定点来辅助。

以下是结合研究区的1∶5万地形图为参考数据的基础上，分别对1976、1986、1996、2006、2014年五个不同年份的Landsat MSS/TM/ETM遥感影像图预处理。

（1）辐射定标和大气校正。利用ENVI的辐射定标工具和Landsat TM数据头文件中的增益和偏移系数，对Landsat TM进行辐射定标后再利用ENVI的Flash大气校正模块对影像进行大气校正。

（2）镶嵌裁切处理。对影像进行数字图像镶嵌后，基于地理坐标，把镶嵌后的影像通过建立研究区为范围的掩模后进行裁切，打开ENVI4.5软件导入范围矢量面文件，并加载到镶嵌好的影像上，最后把感兴趣区的影像裁切出来。

（3）彩色合成。Landsat MSS用4、3、2（RGB），Landsat TM用5、4、3（RGB），Landsat ETM 用7、5、3（RGB）的波段组合对遥感影像进行彩色合成。

（4）湿地信息提取。结合多年实地野外调查作为辅助资料，并根据湿地分类体系，在人工目视选取解译标志后把经过校正的影像图用Arcgis软件打开处理，得到本文所要研究的5个年代的湿地信息分布图（图1）。

金雪梅，等：图们江流域中朝两侧湿地生态安全评价及预警endprint

自然与生态

3图们江流域湿地生态安全评价

3.1研究区指标体系的选择

本研究引用苗承玉《基于景观格局的图们江流域湿地生态安全评价与预警》论文中构建的图们江流域湿地生态安全评价指标体系＼[11＼]（表1）。

3.2指标数据的处理

3.2.1AHP法确定指标权重

在PSR模型基础上，将各要素分为3个层次：目标层（1个）、准则层（3个）、指标层（10个）。构建目标层和准则层的判断矩阵，并计算出对目标层而言准则层各指标相对目标层的重要程度，即权重。之后检验一致性（一致性检验CR<0.1，判断矩阵具有一致性。）相同计算过程，计算出指标层中各指标的权重。

3.2.2单因子评价

本文单因子评价借鉴李永健使用逻辑斯蒂增长曲线模型（又称自我抑制型曲线），对拉鲁湿地＼[13＼]生态系统健康进行的单因子评价：

P=11+e（a-b×R） （1）

式（1）中，P表示單项指标的生态安全评价指标评价值，R表示单项指标测度值。a、b均为常数。当R=0.01时，P取近似值0.001；当R=0.99时，P取近似值0.999，求得此时的方程中a和b的值分别是4.595和9.19，因此将所得值代入原式，可得到的最终单项指标评价模型如：

P=11+e（4.595-9.19×R）（2）

P=1-11+e（4.595-9.19×R）（3）

在单因子评价中求单因子指标评价值时，如果指标量值增加与生态环境质量的增加方向相同时采用公式（2）；反之，则采用公式（3）。

3.2.3生态安全综合评价

本文采用综合评价法来计算图们江流域湿地生态安全度的等级。公式如下：

由表2所示，1976～2014年图们江流域湿地安全评价值逐年降低，由0.6881（比较安全）降级为0.4824（预警）。

3.3整体流域及中朝两侧评价分析

运用上述对图们江流域湿地生态安全的计算方法，可得出中朝两侧的湿地生态评价结果（表3、4）。

表3所示，1976～2014年间，图们江流域朝鲜一侧湿地安全评价值由0.708（比较安全）降低到0.4817（预警）。而中国一侧湿地安全评价结果与朝鲜一侧评价结果相同，都是从0.7197（比较安全）降低到0.4868（预警）。但是朝鲜一侧的评价值比中国一侧评价值较低（表4）。

3.4结果分析

3.4.11976～2014年图们江流域湿地各类型面积变化

从整个图们江流域来看， 2014年属自然湿地的河流、湖泊、沼泽的面积，较1976年相比，分别减少了近 43.06%，7.44%，31.87%；属人工湿地的水田面积减少了 1.55%，而人工湖的面积增加了391.97%（表5）。

图们江流域中国一侧与朝鲜一侧湿地类型变化的特点（表6，7）。

两侧变化共同：朝鲜一侧属自然湿地的河流与沼泽的面积，较1976年相比，2014年减少了43.48%、35.89%，中国一侧减少了 42.88%、30.76%，人工湖的面积较1976年相比，2014年朝鲜一侧增加了 76.52%，中国一侧增加了 1122.91%。

两侧变化差异：与1976年相比，2014年朝鲜一侧人工湿地水田面积急剧增加（49.76%），而中国一侧水田面积减少了（10.28%）。自然湿地湖泊面积，朝鲜一侧稍微减少（2.36%），而中国一侧大幅度（56.4%）降低。

综合图们江流域中朝两侧湿地类型的变化可知，河流与沼泽的面积无较大变化，自然湖泊与人工湖的面积有较大变化。朝鲜一侧人工湿地水田的面积随时间的变化而增大，而中国一侧先增大后减少。中朝两侧湿地不同类型面积的变化使两侧湿地安全等级变化相同，但是评价值有差异。湿地安全评价值与植被覆盖率（指标权重排序为1位），斑块面积（2位），人口密度（3位）有较大的关联（表2、3、4）。

3.4.21976～2014年图们江流域湿地生态安全评价结果分析

（1）气候。据朝鲜相关数据，图们江流域朝鲜一侧年平均气温1976年以来该地区气温和降水总体处于上升趋势。近40年的年平均气温最高时增高了1.5℃，中国一侧，根据2011年延边统计年鉴资料中所记，自1960年以来，约50年间气温增长2.27℃，而平均降水量有下降趋势，气温变化作用于水面的蒸发过程，对降水产生影响，且湿地的主要水源补给是降水。朝鲜一侧自1976年以来年平均降水量的变化为先降低，后升高；从整体上来看，图们江地区气候是由“冷湿”过渡到“暖干”。多雨期时容易发生洪涝灾害，破坏湿地的土壤、生物、水文等因素，使部分湿地结构退化，湿地系统结构的完整性和功能的稳定性受到不同程度的破坏。

（2）人口增长。朝鲜一侧人口密度1976～2014年间增加了约18%（表4）；中国一侧（延边州统计年鉴）人口数量自1978年至2009年的30年间人口增长了将近43万人。图们江流域中朝两侧人口快速增加，为了满足增多的人口需求，居住用地、耕地面积增多，而湿地面积减少。中国一侧中游地区建立延龙图一体化和将发展珲春成为东北亚核心区域城市，加大了开放力度，吸引国内外投资进行对该地区的建设和发展。

（3）水利建设。中国一侧，据相关资料（延吉市志和珲春市志）中介绍，1982年，图们江下游地区的敬信镇的龙山水库的建设，截断了内流区的外泄通道，使原有的湖泊萎缩、沼泽化，而沼泽变干，天然湿地的面积大大减少；2003年，延吉市海兰江建立了民俗村和高尔夫球场，海兰江下游地带因遭到人为拦截形成湖泊。又在其上游建造大新水库，使得河流流量减少。

（4）农田开垦。朝鲜为应对20世纪90年代中期开始的经济危机和数次自然灾害加剧的经济困难，特别是食物短缺问题，不得不采伐大量森林资源，造成森林资源大量损失，森林覆盖率降低了10.1%。2007年的耕地面积自1980年来的30年间耕地面积多出一倍。中国一侧在20世纪80年代中期以来，经济因素影响比较突出，在该地区种植业的收入远大于林业和畜牧业，又因为90年代粮价上涨，部分天然湿地被开垦成农田＼[11＼]。如图们江下游中国一侧的敬信湿地的几个泡子因为本区居民的围垦，造成潜水泡沼消失，使得当地湿地退化。endprint

4图们江流域湿地生态安全预警

与上文所述一致，1976～2014年间，图们江流域湿地生态安全综合评价值逐年降低。根据1976～2014年图们江流域湿地生态安全指数值，以GM（1，1）模型来预测未来20年的图们江流域湿地生态安全＼[14＼]。

4.1GM（1，1）预测模型

图们江流域湿地生态安全综合评价结果进行预测，原始数列和预测模型如下：

原始数列：

X（0）=＼[x（0）（1），x（0）（2），x（0）（3），x（0）（4），x（0）（5）＼]=（0.6881，0.6389，0.5578，0.5184，0.4824）

时间响应式：

（1）（k+1）=-7.0056 e-0.094k-7.6937

（0）（k+1）=（1）（k+1）-（1）（k）

4.2预测模型精度检验

对上文建立的预测模型精度检验是以灰色预测精确度检验等级表为基础进行的如表8所示＼[15＼]。

5结论

本文利用图们江流域1976年、1986年、1995年、2006年、2014年的卫星影像资料（Landsat MSS，TM，ETM），获取湿地信息，并分别对该流域整体、中朝两侧的湿地安全进行评价，对两侧湿地安全分析比较。又基于GM（1，1）模型对图们江流域湿地未来20年的安全进行预测。所得结果如下。

（1）1976～2014年间，图们江整体流域湿地安全等级由比较安全降到预警状态。原因是在此期间图们江流域自然湿地面积减少，人工湿地面积增加，植被覆盖率降低。

（2）1976～2014年间，图们江流域朝鲜一侧湿地生态安全评价值比中国一侧逐年降低。原因是朝鲜一侧人口密度比中国一侧高，受人类活动影响的人工湿地，特别是农田面积急剧增加，森林植被覆盖面积大幅度减少。相反，中国一侧农田面积减少，森林覆盖面积变化不大。

（3）图们江流域之后20年的湿地生态安全预测结果是：未来20年整个图们江流域和中国一侧的湿地生态安全都仍处于预警状态，但生态安全评价值大小下降；朝鲜一侧则从预警状态降到中度预警状态，湿地生态安全有恶化趋势。

参考文献：

[1]

WANG Geng ，WU Wei.Analysis on the evolving mechanism and course of region ecological safety＼[J ＼].China Safety Science Journal，2007，17（1）：16～21.

＼[2＼]International Institute for Application System Analysis.Modeling land / cover change in Europe and Northern Asia＼[R＼].Laxenburg，Austria： IIASA，1998.

＼[3＼]崔勝辉，洪华生，黄云凤，etal. 生态安全研究进展 ＼[J＼]. 生态学报，2005，25（4）：861～868.

＼[4＼]陈星，周成虎.生态安全：国内外研究综述 ＼[J＼]. 地理科学进展，2005，24（6）：8～20.

＼[5＼]郑小军，朱卫红，苗承玉，熊琪，满卫东.基于3S技术的图们江中游生态安全评价与预警研究＼[J＼].安徽农业科学，2013，41（32）：12677～12680.

＼[6＼]殷书柏，李冰，沈方.湿地定义研究进展＼[J＼].湿地科学，2014，12（4）：504～514.

＼[7＼]李益敏，李卓卿.国内外湿地研究进展与展望＼[J＼].云南地理环境研究，2013，25（1）：36～43.

＼[8＼]孙鹏.近50年图们江流域湿地景观动态变化及驱动机制研究＼[D＼].延边：延边大学，2011.

＼[9＼]吴春国，朴成哲，薛篙，郑小军，朱卫红.基于景观格局的图们江流域朝鲜一侧湿地生态系统时空变化动态分析＼[J＼].安徽农业科学，2015，43（10）：216—221.

＼[10＼]朱卫红，曹光兰，李莹，徐万玲，史敏，秦雷.图们江流域河流生态系统健康评价＼[J＼].生态学报，2014，34（14）：3969～3977.

＼[11＼]苗承玉.基于景观格局的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究＼[D＼].延边：延边大学，2012.

＼[12＼]蒋卫国.基于RS和GIS的湿地生态系统健康评价一以辽河三角洲盘锦一节为例＼[D＼].南京：南京师范大学，2003.

＼[13＼]李永健.拉鲁湿地生态环境质量评价的景观生态学方法研究＼[D＼].成都：四川大学，2002.

＼[14＼]刘思峰，邓聚龙.GM（1，1）模型的适用范围＼[J＼].系统工程理论与实践，2000，20（5） ： 121～124.

＼[15＼]朱卫红，苗承玉，郑小军，曹光兰，王凡凡.基于3S技术的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究＼[J＼].生态学报，2014，34（6）： 1379～1390.endprint