雄安白洋淀湿地景观格局分析及生态规划研究

石英杰 王桂霞 安广义

摘要：以雄安新区白洋淀湿地为研究对象，采用地理信息遥感技术分析其1999-2017年土地利用变化特征以及驱动因素。结果表明，湿地面积从1999-2017年呈先减少后增加的趋势，总体减少了5 019.66 hm2，下降了19.35%;耕地以及裸土地面积先增加后小幅度减少;林地以及建设面积逐年增加。1999-2017年最突出的变化为耕地和裸土地的相互转化以及自然水体、人工水体和水生植被三者之间的相互转化。前中期以湿地的流出为主，2011-2017年耕地扩张得到控制，逐渐转化为耕地以及裸土地向湿地的流入。白洋淀湿地斑块数量（ NP）由1999年的11 722个增加到2017年的16 720个，斑块密度（PD）则由36.08增加到51.47，白洋淀湿地的景观破碎化程度增大;面积加权平均形状指数（AWMSI）从1999-2017年呈先减少后增加的趋势，湿地的斑块形状变得复杂;香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）逐渐增加，白洋淀湿地的土地利用越来越丰富，优势斑块的主导作用逐渐降低。气候转变、降水减少、经济发展、退耕还淀政策、城市和农业用地的扩张以及政府的引水补淀等因素导致白洋淀近18年期间的景观格局变化。以湿地修复和可持续发展为目标，将白洋淀湿地划分为6个生态功能分区。

关键词：白洋淀湿地;景观格局;驱动因素;生态规划;雄安

中图分类号：X37

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020） 20-0116-08

DOl：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.026

湿地是依靠水而生存的动植物生态系统，这一生态系统在抵御洪涝灾害、调节地表径流、控制河流污染、改善局部区域气候、维系生物多样性和美化区域环境等方面都起重要作用[1]。150年来，全球范围内约50%的湿地已经消失，并且现存湿地仍在不断萎缩[2]。当前，中国现存自然湿地总面积约36.2万km2，占国土面积的3.77%，低于世界6%的平均水平[3]。湿地景观格局是指大小和形状不一的湿地景观斑块在空间上的排列，是各种生态过程在不同程度上综合作用的结果，对景观的功能和过程有着重要影响[4]。从20世纪70年代开始，景观生态学被逐渐引入到湿地研究中，湿地景观格局的动态变化就一直是湿地生态学研究的热点[5.6]。在此背景下，加强湿地土地类型变化分析研究，对湿地生态环境变化监测、分析和管理等具有重要意义[7.8]。

作为华北平原重要的淀泊和湿地系统，白洋淀具缓洪滞沥、蓄水灌溉、调节小气候等重要生态经济功能，被称为“华北明珠”[9]。改善白洋淀的生态环境，恢复白洋淀的生态功能，是实现雄安新区“打造优美生态环境，构建蓝绿交织、清新明亮、水城交融的生态城市”这一功能定位的必要前提。但是20世纪50年代以后，受自然因素和人类活动的影响，导致白洋淀面积萎缩，干淀事件频繁发生，土地覆盖变化巨大[10]。白洋淀的湿地生态功能逐渐衰退，出现水源不足、湿地萎缩、泥沙淤积、干淀频繁、生物多样性减少等危机[11]。开展关于白洋淀土地利用类型以及景观格局变化的研究，揭示其变化的规律、引起变化的因素以及不同区域的变化特点，对雄安白洋淀的未来规划、生态保护区的设立以及生态环境的修复至关重要。尽管已经有部分学者对白洋淀的景观格局变化进行了研究[12-14]，但缺少对不同区域的特定分析和具体的生态规划建议。因此，本研究对1999年、2005年、2011年、2017年的白洋淀遥感影像数据进行分析，探究其土地利用类型和景观格局指数的变化，并揭示其变化规律和驱动因素，最后通过生态学原理对白洋淀进行生态功能规划分区，以期为白洋淀的综合发展提供参考。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

2017年4月1日，中共中央、国务院印发通知，决定设立河北省雄安新区。新区规划范围包括雄县、容城、安新三县行政辖区（含白洋淀水域）。白洋淀地处华北平原中部（图1），北纬38°43-39°02 '，东经115°38，-116°07，属海河流域中的白洋淀流域，东西长39.5 km，南北宽28.5 km，白洋淀总面积约366 km2，现有大小淀泊143个，年平均蓄水量13.2亿m3。白洋淀人淀河流有潴龙河、孝义河、唐河、府河、漕河、萍河、瀑河和白沟引河8条河流，下游出口由枣林庄闸和赵北口溢流堰控制。白洋淀植物种类繁多，生物多样性丰富，有大型水生植物47种，浮游植物406种。研究区是候鸟迁徙内陆途中的重要通道，丰富的植物资源为各类动物提供了充足的食物资源和栖息场所，具有重要的研究价值[12]。

白洋淀湿地处在暖温带半干旱气候区，气候四季分明，冬季寒冷有雪，夏季炎热干燥。多年平均气温7.3-12.7℃，多年平均降雨量563.9 mm[11]。降雨年际变化大，年内分配不均，80%的雨量集中在6-9月。降水量年内变化大造成不同月份白洋淀水域的水量不同，在冬春季節处于枯水期，水量明显缩小，水面萎缩。在夏季由于降水的增加，处于丰水期，水域的面积一般会有所增大[14]。

1.2研究方法

1.2.1 数据来源及处理遥感影像的选取主要考虑白洋淀降水情况[15]，水生植物的生长季节和可识别性[12]以及当日云量3个因素。综合分析之后，本研究选取了1999年8月10日、2005年5月20日、2011年6月8日的Landsat4-5 TM影像和2017年9月12日的Landsat8 0LI_TIRS影像，各时期的遥感影像分辨率均为30m。获取数据后进行图像预处理，主要包括大气辐射矫正、几何校正以及图像裁剪。预处理完成后利用Arcgis10.6软件对4个时期的遥感影像进行土地利用的分类，结合实地调研和人工目视，采用最大似然分类法得出4个时期的白洋淀土地利用分类图像，获取土地覆盖面积及转换数据，最后采用Fragstats 4.2软件计算4个时期的白洋淀景观格局指数。

1.2.2 分类方法参考《湿地公约》的湿地分类系统，结合影像数据特征和白洋淀土地利用现状，将白洋淀湿地划分为天然湿地、人工湿地、非湿地三大类。并根据遥感影像GIS光谱的可识别性和准确性，对湿地进行二次分类。具体的景观类型分类体系及说明见表1。

1.2.3 景观格局指数的选取与分析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特征的简单定量指标‘16]。本研究从类型水平和景观水平对白洋淀湿地的景观格局进行分析，并根据白洋淀景观格局的多样性、破碎度和连接度3个方面选取指标。具体指标包括斑块数量（ NP）、斑块密度（PD）、平均斑块面积（AREA_MN）、最大斑块指数（LPI）、面积加权平均斑块指数（AWMSI）、聚集度指数（AI）、蔓延度指数（CONTAC）、香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（ SHEI）。

1.2.4 雄安白洋淀湿地分区 为了更好地观察白洋淀土地利用在全部以及不同区域的时空转移情况，参考王滨滨等[17]针对白洋淀淀区不同空间景观变化的不同特征进行研究，将淀区分为W区、E区、N区和S区（图2）。

2 结果与分析

2.1 湿地景观总体动态分析

图3显示4个年份的白洋淀湿地利用类型，可以看出1999-2017年期间湿地的土地覆盖产生一系列的变化。由表2可知.近18年来，白洋淀湿地的主要土地利用类型一直是水生植被，其次是耕地、自然水体、人工水体等。1999-2017年，白洋淀湿地的主要变化为自然水体和水生植被面积都呈先减少后增加的趋势，主要集中在E区，其中自然水体的变化在每个时期都相对明显，水生植被面积在1999-2005年期间急剧萎缩，减少了6 074.01 hm2，之后的变化趋势相对平缓;随着雄安新区及其周边地区经济和人口的快速增长，人类活动对湿地的影响持续增加，湿地的人工水体、林地和建设用地面积都呈逐步增加的趋势，增加的区域相对分散;耕地和裸土地的面积都呈先增后减的趋势，集中在W区以及S区，可见2011年之后政府的退耕还淀以及湿地修复政策已逐步落实到位。

2.2土地利用转移分析

由图4、表3可知，1999-2017年期间3个期间主要的土地类型变化存在共通点，而各个期间的土地类型变化也有其相对突出的不同点。农田和裸土地的相互转化，自然水体、人工水体和水生植被三者之间的相互转化在3个时期都比较突出，且农田和裸土地的相互转化主要集中在W区和S区，湿地景观之间的相互转化主要集中在E区。不同点在于1999-2005年、2005-2011年2个期间的的土地利用类型转移以湿地景观向非湿地景观流出为主，其中1999-2005年期间水生植被向耕地和裸土地的转换最为明显，转换面积分别为4 827.90、3 184.38hm2，而2005-2011年期间水生植被向耕地的转换面积也达到了1 084.61 hm2;2011-2017年期间主导的土地类型转移流向则是非湿地景观向湿地景观转换，尤其是耕地的流出最为明显，其中耕地向自然水体的转换面积为372.19 hm2，耕地向人工水体的转换面积为1 606.72 hm2，耕地向水生植被的转换面积为1 929.81 hm2。2011-2017年期间耕地向林地以及耕地向建设用地的转换也较为突出，转换面积分别为904.99、322.40 hm2。从图4还能明显地发现，白洋淀湿地各时期内的主要土地类型变化特点从开始的相对集中成片逐渐向后来的杂乱分散转变，说明人为因素对白洋淀湿地土地类型转变的影响日渐增大。

2.3 景观格局指数分析

2.3.1 景观水平上景观格局变化 由表4可知，1999-2017年期间，白洋淀湿地的斑块数量（NP）和斑块密度（ PD）都表现出先缓慢下降后急剧升高的趋势，斑块数量（NP）由1999年的11 722个增加到2017年的16 720个，斑块密度（PD）则由36.08增加到51.47;同时斑块平均面积（AREA_MN）呈先增加后减少的趋势，说明白洋淀湿地的景观破碎化程度呈减小后增加的趋势，并在2005年达到最大值。面积加权平均形状指数（AWMSI）则呈先减少后增加的趋势，说明白洋淀湿地的斑块形状从1999年到2017年变得越来越复杂，且景观空间格局的复杂性也越来越高。蔓延度指数（CONTAG）逐年降低，说明白洋淀湿地景观的斑块连接度呈逐年下降的趋势，破碎化程度升高。最大斑块指数（LPI）逐渐减小，表明人类活动对白洋淀湿地景观格局的影响逐渐增强。香农多样性指数（SHDD和香农均匀度指数（SHEI）逐渐增加，说明白洋淀湿地的土地利用越来越丰富，且不定性的信息含量增加，优势斑块的主导作用逐渐降低。

2.3.2 类型水平上景观格局变化图5显示的是白洋淀湿地类型水平上各个景观格局指数的变化趋势。自然水体、人工水体以及水生植被的斑块密度都呈先减少后增加的趋势，且都在2017年达到最大值，表明白洋淀湿地的破碎化程度在1999-2017年期间先降低而后升高。林地的斑块密度逐渐增大，耕地的斑块密度变化相较平稳，而裸土地与建设用地的斑块密度先升高后降低，说明进入21世纪以来，人类对白洋淀湿地开发建设加强，建设用地扩张成片，破碎化程度降低。

最大斑块指数在一定程度上能确定景观的优势类型和人类活动的方向与强弱。由图5可知，自然水体、人工水体、水生植被和耕地的最大斑块指数明显大于其他3种土地利用类型，说明湿地景观和耕地一直是白洋淀的主要景观类型。自然水体和人工水体的最大斑块指数呈先减小后增大的趋势，说明白洋淀的干淀情况在进入21世纪后已逐渐缓解。水生植被一直是白洋淀最具优势的景观类型，但其优势度却在逐年缓慢降低。耕地的最大斑块指数由于退耕还水政策以及苗圃林地的快速扩增，在2017年出现了大幅度的降低。

面积加权平均斑块形状指数的值越大说明斑块类型的形状越复杂，该类型的景观空间格局也更加复杂。从图5可以看出，自然水体和水生植被的面积加权平均斑块指数明显大于其他5种景观类型，而与人类活动相关性较强的景观类型，人工水体、林地、耕地、建设用地、裸土地的面積加权平均斑块指数则相对较小，浮动不大。

聚集度指数表示不同斑块类型的团聚程度或延展程度。自然水体和水生植被的聚集度指数呈先增后减的趋势，这是由于2017年白洋淀W区以及S区的土地大量转换为自然水体以及水生植被导致的。人工水体的聚集度指数在2005年之后一直增长，连接度增加。林地和建设用地的聚集度指数则逐渐增加。由于耕地和裸土地的常年相互转换，二者的聚集度指数也因此呈浮动状态。

3 白洋淀湿地变化的驱动因素

景观格局变化驱动力的研究是理解人类活动与景观格局演化关系的基础[18]。白洋淀湿地变化主要是由于气候改变以及人类活动两方面的影响。

21世纪初期，白洋淀的湿地景观面积严重萎缩，从1999年的25 937.38 hm2缩减到2005年的17 590.50 hm2。白洋淀是一个大型的平原洼淀，本身调节库容小，不具备以丰补枯的能力，其蓄水量主要来源是淀区降雨和上游入淀河流的补给[19]。袁勇等[20]研究表明，白洋淀湿地常年的降水量都远低于其蒸发量，并且进入20世纪60年代以来华北地区气候连续干旱，降雨持续减少。因此，人淀河流对白洋淀水体的补给更加重要。但从20世纪60年代初开始，白洋淀上游河流建起了上百座水库，由于上游的利用和水库拦蓄以及流域内大量开采地下水，致使入淀水量日趋减少，2000年以后，人淀水量进一步减少，相较20世纪90年代又下降了近55%[21]。

21世纪初始，国民经济的快速增长带来的大量的开发建设，人民生活水平的提高也促进了农业和旅游业的发展，导致白洋淀周边城市以及农业供水量迅速增加。保定市2001-2010年年平均供水量32.12亿m3。地下水供水为29.00亿m3，占90.3%，为主要供水水源;地表水供水为2.89亿m-，占9.0%，其他占0.7%[22]。此外，当地气候较为干旱，降水量少，且农业用地面积逐年增长，导致农业用水量持续加大。城市以及农业用水的增加带来地下水的大量开采，导致整个保定地区的地下水位下降，湿地面积减少以及整体湿地景观格局的变化。

2005年之后白洋淀湿地景观面积有所回升。耕地面积和裸土地面积减少，建设用地面积相对稳定，林地面积上升。主要是受退耕还淀、引水济淀等政策的影响。2007年，白洋淀景区经国家旅游局正式批准为国家SA级旅游景区，旅游业的发展需要良好的自然环境的支撑，因此，在一定程度上缓解了湿地面积缩减的局面。雄安新区生态修复政策的制定，绿色宜居城市的定位，也使得区域的林木需求量增长和湿地生态环境的改善。

4 生态保护规划建议

风景区景观生态功能分区的目的是為区域资源的开发利用和环境保护，为区域经济的可持续发展提供可靠的科学依据，从而减少人们在经济活动中的盲目性以及片面追求短期经济效益的危害性[23]。研究中发现了一系列问题：人类活动过盛、耕地以及建设面积盲目扩张、湿地破坏严重等。通过对雄安白洋淀湿地景观格局变化与驱动因素的分析，结合河北省雄安新区规划纲要，本研究将白洋淀湿地划分为村镇发展区、农耕控制区、旅游活动区、生态缓冲区、湿地恢复区以及生态调控区，共6个生态功能

村镇发展区：该区域建设用地扩张严重，人类活动明显，居住区逐渐聚拢，由点成片。为了满足经济发展需求和必要的人类活动，本区可进行适当地开发建设，但应控制建设面积以及污染企业的入驻。农耕控制区：本区的土地类型变化频繁，分布着大面积的农业用地。在规划设计中本区应严格控制农业用地的进一步扩张，改善区域的景观环境和生态质量，结合白洋淀的湿地旅游资源，从传统型农业向旅游观光型农业发展。旅游活动区：本区域紧邻安新县，对接雄安新区，自然资源和人文景观丰富。规划设计中应考虑协调旅游开发和环境保护之间的关系，避免湿地环境的大面积破坏。生态缓冲区：本区已进行了一定的旅游资源开发，但人类活动与旅游活动区相比减少很多。规划设计中应严格控制游人容量，缓冲旅游活动区以及村镇发展区对湿地内部的影响。湿地恢复区：本区的主要问题为多年来湿地面积的大量流失，因此规划应着眼退耕还淀、湿地恢复，避免居民及游人对本区域湿地环境的破坏。生态调控区：本区分布着大量的村落，面积小且分散，人文景观相对匮乏，但湿地集中分布于本区域，且生态环境良好。因此，生态规划应以加强区域生态环境、保持区域的湿地生态稳定性和生物多样性等综合生态功能为主要目标。禁止一般生产利用，鼓励居民外迁，并给予政策和补贴支持，严格控制旅游资源的开发以及游人的涌人，避免人类活动造成本区域湿地面积的流失。

5 小结

1）近18年来，水生植被一直是白洋淀湿地的主要土地利用类型。湿地面积从1999-2017年呈先快速减少后缓慢增加的趋势，总体减少了5 019.66hm2，下降了19.35%;耕地以及裸土地面积先增加后小幅度减少;林地以及建设面积逐年增加。

2）3个变化时期里突出的变化为耕地和裸土地的相互转化以及自然水体、人工水体和水生植被三者之间的相互转化。耕地和裸土地的相互转化主要集中在W区和S区，湿地景观之间的相互转化主要集中在E区。1999-2011年期间以湿地的流出为主，2011-2017年农耕用地得到控制，逐渐转化为耕地以及裸土地向湿地的流人。

3）1999-2017年期间，白洋淀湿地的景观破碎化程度增加，景观的斑块连接度逐年下降，斑块形状越来越复杂，景观空间格局的复杂性增高，土地利用越来越丰富，优势斑块的主导作用逐渐降低。

4）白洋淀湿地近18年期间湿地面积的减少主要是由于气候变化，淀区的降水量远低于蒸发量;流域降水量较少和水坝的修建导致人淀水量的减少;城市扩张，农业用地增加，城市以及农业用水量增大。2011-2017年期间，政府政策是白洋淀湿地生态环境恢复的主要原因。

5）通过对雄安白洋淀湿地景观格局变化与驱动因素的分析，依据景观资源.格局与功能的特征分析，结合河北雄安新区规划纲要，本研究将白洋淀湿地划分为6个生态功能区，明确了各区的功能特征与总体规划控制措施。

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作者简介：石英杰（1995-），男，福建平和人，在读硕士研究生，研究方向为景观生态学和人居环境学，（电话）17731239109（电子信箱）18061798253@163.com;通信作者，王桂霞（1964-），女，河北容城人，教授，主要从事生态保护与恢复、人居环境、林业资源利用、投资环境方面的研究，（电话）13603127818（电子信箱）hhndagy@163.com。