基于RS的安庆市沿江湿地50多年来变迁及驱动力分析

段俊斌，彭鹏，杨道堃

（安徽省地质调查院（安徽省地质科学研究所），安徽合肥 230001）

0 引言

安庆市沿江湿地按照《湿地公约》分类主要属于湖泊湿地大类[1]，包括龙感湖、大官湖、黄湖、泊湖、武昌湖等湿地，具有防洪蓄水、补给水源、调节气候等功能，也是众多珍稀水禽的生长及冬季栖息地。区内自然景观类型独特多样，环境优美，是旅游和疗养的最佳场所，具有可观的经济价值。20 世纪50 年代以来，由于相继受湖区建闸坝，进行人工调控湖泊水位以防洪抗旱、向荒湖要田等政策的影响，开展了大规模的围湖造田以及渔业生产从自然捕获逐渐转向以养殖为主，导致局部水域湿地生态系统产生普遍的退化。随着经济的快速发展，湖区周边人类活动加剧，致使湿地生态系统受到较大的影响，也使本区成为研究人为活动影响下湿地发展变化及恢复的典型地区[2]。

近些年，已有不少专家学者对安庆市沿江湿地开展了相关研究[3～4]，但主要集中在近20 年左右。由于安庆市20 世纪60 年代生态湿地方面研究资料较少，难以对当时湿地形成直观反映。随着遥感技术的发展，通过对历史影像的分析，可以做到对历史湿地分布的回溯，直观了解湿地种类及分布范围。利用遥感技术对湿地开展的研究主要有湿地分类[5～7]、景观格局时空变迁[8～12]、湿地变迁[13～16]、驱动力分析[17～19]以及生态安全[20～21]等方法。本文利用1967—2018 年遥感影像数据，顺时间而下，解译湿地空间分布、种类，通过计算湿地破碎度、湿地面积年平均变化情况，分析人类活动对湖泊变迁产生的影响，为安庆市沿江湿地生态修复提供决策支撑。

1 研究区及实验数据

1.1 研究区概况

研究区位于安庆市西南部，工作区范围及影像如图1 所示。区内多年平均气温16～18℃，多年平均降水量1398.4mm，年大降水量2233.1mm（1998 年），年小降水量755.2mm（1978 年）。沿江湿地位于大别山山前冲洪积平原与沿江近代冲积平原的交接部位，岸线曲折，湿地平均海拔约10～20m。有二郎河、南干渠、凉亭河等自北向南流入湿地对湿地水源进行补给，水源补给充足，换水周期短，外源性营养条件好。湿地内湖泊均有长江支流贯穿连通长江。湿地范围受降雨量及夏季关闸蓄水的影响，年际与年内变化显著。

图1 研究区范围Figure 1.Range of the study area

1.2 数据源及研究方法

本次遥感数据尽量选取与多年平均降雨量、平均气温相近的夏季遥感影像开展研究，其中1967 年6 月拼接影像（图2-a），选取时间段平均温度为21.3℃，降雨量为1161mm，采用数据为锁眼卫星数据，该数据为美国军事卫星解密数据，空间分辨率为2m；1989 年6月21日影像为TM 数据(图2-b)，选取时间段平均温度为21.1℃，降雨量为1610mm；2002 年6 月9 日影像为ETM 数据（图2-c），选取时间段平均温度为21.5℃，降雨量为1411mm；2018 年6 月8 日影像为OLI 数据(图2-d)，选取时间段平均温度为20.5℃，降雨量为1321mm。本次研究所采用的数据影像云量覆盖度均小于3%，满足工作开展要求。

图2 研究区影像Figure 2.Images of the study area in different years

本文通过收集已有水文、地质资料，进行信息提取，分析研究区区域背景。对四期遥感影像进行预处理并与1:100000地形图进行地形校正，使四期影像误差不超过0.5 像元，并采用统一的西安80 坐标系开展研究；依据《湿地公约》的湿地分类系统为参考，将安庆市沿江湿地划分为湖泊湿地、沼泽湿地、滩涂、水库、水稻田、粗放养殖场、精细养殖场七类，并通过建立解译标志开展解译。确定不同年份湿地种类、分布范围及面积。利用香农多样性指数SHDI计算湿地组成的破碎程度。该指数对湿地中各类图斑的非均衡分布状况较为敏感，其值越大也就代表湿地破碎度越高。利用香农均匀度指数SHEI计算湿地均匀度，SHEI值较小时优势度一般较高，可以反映出景观受到一种或少数几种优势拼块类型所支配；SHEI趋近1时优势度低，说明景观中没有明显的优势类型且各拼块类型在景观中均匀分布。SHDI和SHEI利用下列公式求得：

式中Pi为湿地类型i所占面积比例，m为湿地类型总数。

利用式3 计算近年来湿地种类变化的速度，分析近50多年来每个时间段内湿地种类的变化速度情况。

式中E为湿地变化速度，T1、T2为研究初期和研究末期时间，S1、S2为对应T1、T2时间内各个湿地之间的面积。

基于以上研究结果，结合安庆市1967—2018年温度、降雨量以及统计年鉴，对研究区内湿地分布、湿地变迁以及驱动力进行分析。工作流程如图3所示。

图3 信息提取流程Figure 3.Flow chart of information extraction

2 湿地分布及变化

2.1 湿地分布特征

1967 年湿地面积1097.80km2。天然湿地总面积938.25km2，占湿地面积的85.47%，其中湖泊湿地面积最大为743.69km2，占湿地总面积的67.74%，主要由龙感湖、大官湖、黄湖、泊湖、青草湖等湖面组成。沼泽湿地面积180.53km2，占湿地面积的16.44%。沼泽湿地分布较广，各个湖泊岸边带均有发育，主要分布于龙感湖南北部，大官湖、黄湖、泊湖整体联通区的南部地区，青草湖的东部区域。滩涂出露面积较小仅14.03km2，主要出露于龙感湖与大官湖的连通区域。人工湿地总面积159.55km2，其中占比最大的为水稻田共149.47km2，主要分布在龙感湖、黄湖南部与杨湾河周边以及青草湖农场和周边地区；水库共两处，总面积0.94km2；养殖场总面积较小，仅9.14km2，全部为粗放型养殖场，分布在武昌湖和青草湖周边。

1989年湿地面积1118.96km2。与1967年相比，湖泊湿地面积缩小了约10.06km2，主要变化发生在杨湾河两岸湖泊湿地，该区域湖泊湿地被杨湾河分为东西两部分，自上世纪60 年代末开始围垦，并逐步建成九成畈农场，在80 年代末期西部地区完全演化为水稻田，东部地区则由于在80 年代初新建杨湾河道，使得自然湖泊转变为水库，并仍在被围垦。沼泽湿地面积减少12.56km2，主要集中在宿松县何墩地区，其两侧分别为龙感湖与大官湖，由于护堤的建设，使得该区域不易受湖水上涨影响，沼泽湿地逐步演变为水稻田。人工湿地总面积183.76km2，其中占比最大的为水稻田，与1967年相比面积增大了约23km2；水库共4处，与1967 年相比变化较大，主要是由于新建水库造成。粗放养殖面积4.61km2，与1967年相比，武昌湖与青草湖周边较多粗放型养殖场转化为湖泊湿地或水稻田，另有一部分转变为精细养殖。精细养殖面积6.56km2。

2002 年湿地面积1078.68km2，其中湖泊湿地面积最大为692.56km2，占区内湿地总面积的64.20%，与1989 年相比，自然湿地面积总体呈缩小趋势，但变化不大。区内湿地变化主要为人工湿地面积变化，其中粗放型养殖场增加23.24km2，增加面积集中分布在龙感湖北部脚子门、富家湖一带；水库则缩减了17.4km2，为杨湾河流域东部大型浅水库改造为水稻田所导致。该水库的围垦为一个长期持续过程。

2018 年湿地面积1042.74km2，其中湖泊湿地面积最大为640.48km2，占区内湿地总面积的61.42%，与2002 年相比湖泊湿地面积持续缩小。沼泽湿地面积59.45km2，占湿地面积的5.70%，与2002 年相比，沼泽湿地面积减少约100km2，主要是由于龙感湖与黄湖周边沼泽全部被改造为养殖场所造成的。滩涂在2018年中未发现，已全部改造为水稻田。人工湿地总面积342.81km2，与2002 年相比，主要为两类养殖场的大面积增加。其中粗放养殖面积96.50km2，与2002年相比面积增大较多，增大的区域主要分布在各个湖泊的水面边界区域；精细养殖面积70.36km2，全区均有分布，同时有不少粗放养殖场演变为精细养殖场。

1967 年、1989 年、2002 年、2018 年湿地面积分布情况见表1。

表1 不同年代湿地面积分布Table 1.Areas of wetlands in different years

2.2 湿地景观生态学指数

依据式（1）、式（2）计算得到表2。从表2 中可以看出：1967—2018 年50多年来安庆市沿江湿地的多样性指数SHDI为0.9337～1.1741，虽然变化较小但呈增大趋势，表明50多年来，湿地景观的破碎度在不断提高，其中主要原因为人工养殖场在湖泊周边不断增加；均匀度指数SHEI为0.4798～0.6034，表明50多年来研究区湿地主要受湖泊、沼泽等大面积优势图斑支配，随着时间的推移，均匀度指数不断增大，说明湖泊、沼泽、水稻田等图斑的优势地位在不断降低。

表2 安庆市沿江湿地景观生态学指数对比Table 2.Comparison of ecological index of wetland land‐scape along the Yangtze River in Anqing City in different years

2.3 湿地变化速率

依据式（3）计算得到各种湿地类型每年的变化速率如图4 所示。1967—2018 年之间，安庆市沿江湿地总体格局变化不大，但各类型湿地均在2002—2018年之间变化趋势加快，其中自然湿地以减少为主，人工湿地则表现为增加的趋势。

图4 湿地年平均变化速率Figure 4.Annual changes in areas of wetlands

自上世纪60年代以来自然湿地呈逐渐减小趋势，并且这个趋势在近10年来呈加速状态，湖泊湿地减少达到3.26km2/a，沼泽湿地则达到了6.5km2/a。截至2018 年，自然湿地面积萎缩238.32km2，其中湖泊湿地减少103.21km2，主要集中在泊湖杨湾河流域及青草湖东部地区，其中杨湾河流域一湖泊转变为养殖场及农田；青草湖受淤积影响，东部水深逐年降低，湖泊湿地演变为沼泽湿地。沼泽湿地共减少120.99km2。上世纪60年代各个湖泊由于开发利用率低，湖泊周边无护堤存在，沼泽湿地分布面积较大，到2018 年除青草湖沼泽湿地面积呈增大状态外，其余多处湖泊沼泽湿地大部分改造为水稻田，少部分改造为养殖场。滩涂由于湖泊开发，逐渐减少直至消失。

随着经济发展，可以产生较多经济效应的养殖场快速增长，2002—2018年之间，粗放型养殖场的增长速率达到了3.88km2/a，精细养殖场则达到了4.29km2/a。两类养殖场的面积从1967 年的9.14km2变化为2018年的166.86km2，扩张面积为157.72km2。扩张的养殖场主要分布在湖泊水面边角处，严重影响了水流的循环，加重了湿地萎缩速度。

3 驱动力分析

50多年来，安庆市沿江湿地在类型和面积分布上都发生了较大程度的变迁。例如泊湖杨湾河区域由上世纪60 年代的小型湖泊演变为80 年代的水稻田，最终演变为2018 年的养殖场。整个沿江地区湿地分布于滨江平原，地势起伏度小，由低洼地段蓄水形成，呈浅碟状，故湿地水资源系统一定程度上受到气候变化的影响，其中降雨量与温度是最主要的影响因素。同时由于人类活动，如水库建设、养殖场开发、公路修建等活动的展开导致了湿地的萎缩以及破碎化。所以自然因素以及人类活动是湿地变迁的主要驱动力。

3.1 自然因素对湿地变迁的影响

气候因子是湿地演变的一个重要组成因素。由于安庆市沿江湿地深度较浅，湿地面积与降雨量密切相关。安庆市50多年来的降雨量及温度曲线如图5所示。安庆市南依长江，北靠大别山，虽然降雨量在1958—1968 年及1998—2008 年这两个十年内维持在一个较低的水平（依然高于1000mm）以外，始终维持在一个较高水平。温度大致可以分为两个阶段，其中1958—1990年平均温度16.4℃，1991年后温度迅速上升，1991—2018 年平均温度达到了17.3℃。湿地系统对温度因子响应较为敏锐，温度每升高3℃，就需要增加20%的降雨量才能补偿温度升高带来的影响[22]。所以，1989 年时气温为16.5℃，降雨量为1610mm，较低的平均温度及较大的降雨量，使得安庆市沿江湿地面积在这一年达到了最大的水平。同时，由于夏季长江水面高于湖泊水面，自五月开始湖泊进行关闸蓄水，至汛期过后开闸。蓄水的存在导致蒸发量的影响相对不显著，湿地分布面积主要受当年降雨量影响。除1967 年湖泊周边没有防护设施导致水面外扩较大之外，1989、2002、2018 年，湿地面积与降雨量大小相关性为0.986，P 值接近0.05，具有显著性意义，两者存在明显正相关（见表3）。

图5 安庆市1958—2018年降雨量与温度变化曲线Figure 5.Curves of annual change in average precipitation and temperature in Anqing City from 1958 to 2018

表3 湿地面积与降雨量相关性Table 3.Correlation of wetland area with rainfall

3.2 人类活动对湿地变迁的影响

安庆市沿江湿地区是人口密集区，沿江湿地区主要经济方式为农业和养殖业。湿地的演化也可以划分为两个阶段。第一阶段为上世纪50—80 年代受大规模围垦影响，自60年代以来，人口密度逐渐增加，直至2014年后才出现下降趋势，人口的快速增长导致出现大规模围垦活动，农用地占据大量湿地，使得湖泊缩小变浅，沼泽湿地首先遭到破坏，种类丰富的沼泽植被、水生植被被单一的农作物取代，生物多样性下降同时消减了供水及蓄洪能力，同时，单一的食物来源导致水禽和候鸟生活场所遭到破坏，湿地生态系统受到严重影响。

第二阶段为上世纪80 年代至今则主要表现为人工养殖场面积增大，湿地破碎度加剧。80 年代以来，水产养殖业发展迅速，大大小小的养殖用地分割了湿地水面，各湖湾港汊基本都被围栏圈围，严重破坏了候鸟栖息环境，同时养殖产品的单一导致湖底进一步荒芜化，使得自然湿地面积进一步缩小，湖床不断升高，蓄水量进一步减少，加速湖泊老龄化。2016 年第一次出现黄湖水漫过湖堤造成大量农田受灾就是湖泊老龄化的一个有力佐证。

从湿地年平均变化速率（图4）可知，近些年天然湿地与人工湿地的转化速度，在一定程度上受到越来越强的人类活动影响，这可能是安庆市沿江湿地演化过程的根本因素。

4 结论

本文以安庆市沿江湿地作为研究目标，利用遥感信息提取技术，结合1967—2018年四期遥感影像对研究区湿地的变迁及驱动力进行研究分析。结果表明：（1）安庆市沿江湿地1967年、1989年、2002年、2018年景观破碎度分别为0.9337、1.028、1.0633、1.1741，湿地破碎度整体处于良好状态，但破碎度逐年递增，主要为养殖场的飞速发展，造成湖区养殖场星罗棋布，水产养殖结构不合理，养殖品种单一，部分水域开发强度大，破坏湿地内部水生植被系统，极其不利于湿地水体交换。（2）从空间分布上来看，湿地总体规模变化不大，与当年降雨量呈正相关性，但湿地内部种类类型相互转化，湖泊湿地、沼泽湿地逐年递减，在近10年呈加速状态。（3）不同时期湿地变迁所受到的驱动力并不相同，1967—1989 年，湿地主要类型为湖泊湿地和沼泽湿地以及水稻田，其他湿地类型面积较小，湿地变迁主要受自然驱动力的影响；1989—2002 年，各类自然湿地变迁程度较低，但人工湿地面积逐步增加，这段时期，自然驱动力与人类活动相互作用；2002—2018年，自然湿地面积大量减少，多转变为养殖场，表明这期间人类活动成为湿地变迁的主要驱动力。