河北省南大港濱海濕地退化評價

趙志楠，張月明，梁曉林，韓曉慶，高偉明

濱海濕地是沿海岸線分布的低潮時水深不超過6m的濱海淺水區(qū)域到陸域受海洋影響的過飽和低地的一片區(qū)域，是濕地的重要組成部分，是介于陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)間復(fù)雜的自然綜合體［1］，在濱海資源與環(huán)境中占有重要的地位。中國近20a來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)生了一系列變化，對濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響也非常顯著，特別是濕地的面積持續(xù)減少［2］，人們逐漸認(rèn)識到保護(hù)濱海濕地的重要性。眾多學(xué)者就濕地演變過程及其退化評價和修復(fù)工程進(jìn)行了研究并取得了一系列成果。國外尤其是歐美發(fā)達(dá)國家環(huán)境保護(hù)意識較強(qiáng)對濱海濕地研究開展的較早。國內(nèi)濱海濕地研究雖然起步晚，研究水平較低，但20世紀(jì)90年代以來中國濱海濕地研究發(fā)展較快，目前在濕地退化的各個領(lǐng)域均有所涉獵，取得了一些成果。迄今我國已有較多的有關(guān)濕地退化的綜合研究［3］。谷東起等人［4］對鹽城濱海濕地的退化程度進(jìn)行了分區(qū)評估。張曉龍、李萍等［5］對黃河三角洲濱海濕地生物多樣性進(jìn)行了研究。隨著科技的發(fā)展，3S技術(shù)已經(jīng)廣泛用于濱海濕地的研究中，濕地研究已逐步從定性研究過渡到定性與定量相結(jié)合的研究方法上來。眾多的研究成果為濱海濕地系統(tǒng)研究打下了堅實基礎(chǔ)。本研究采用谷東起等人的綜合矩陣分析法對南大港濱海濕地退化程度進(jìn)行分析和評價，希望能為濕地的恢復(fù)以及合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南大港濱海濕地位于黃驊市東北部，東臨渤海，西臨滄州市區(qū)，研究區(qū)的地理坐標(biāo)為北緯38°23′—38°33′，東經(jīng)117°18′—117°39′總面積為44 937.42hm2。南大港濕地地處暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)域，四季分明，雨熱同期，光照充足，年平均氣溫12.1℃，比內(nèi)陸同緯度地區(qū)偏低0.3～0.9℃。該區(qū)域多年平均降水量為642.5mm，降水的年際變化較大，年內(nèi)分配也不均勻，75%以上的降水都集中在7—8月份，年蒸發(fā)量2 000mm。南大港濱海濕地分布有沼澤土、潮土、鹽土3種土壤類型，其中以沼澤土為主。

南大港濕地由歷史時期的洼地演變而成。從1956—2012年南大港濕地經(jīng)歷了面積由大變小、水量由多變少、由湖及澤、由澤及陸、由自然洼地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ね莩氐倪^程［6］。近些年來由于受到人類開發(fā)活動的影響，濕地不斷退化，尤其是天然濕地面積不斷縮小，因此，明晰南大港演變退化現(xiàn)狀及原因，對整治恢復(fù)退化的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，延緩濱海濕地退化進(jìn)程，以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 研究方法

2.1 資料收集與處理

2.1.1 遙感影像數(shù)據(jù) 選取1989年Landsat－5TM（地面分辨率30m×30m），1999年Landsat－7ETM（地面分辨率15m×15m），2009年SPOT－5（地面分辨率2.5m×2.5m），2012年天繪遙感衛(wèi)星（地面分辨率11m×11m）4期遙感影像作為主要數(shù)據(jù)源，用以獲取南大港濱海濕地不同年份的時空演變信息及面積數(shù)據(jù)。

2.1.2 非遙感影像數(shù)據(jù) 為反映長時間系列的濕地景觀格局的動態(tài)演變進(jìn)程，選取29幅1969年和37幅1979年2個年份的比例尺1∶5萬的分幅地形圖為輔助資料，用以提取濕地動態(tài)及分布等信息。

2.2 數(shù)據(jù)處理

在ERDAS Imagine 9.2軟件遙感影像處理平臺上完成影像的幾何精校正、配準(zhǔn)、裁剪和增強(qiáng)處理。利用與濕地類型有密切關(guān)系的間接解譯標(biāo)志，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦螆D和野外驗證工作，從已識別的間接解譯標(biāo)志推斷出濕地類型的屬性位置及其分布范圍，建立合適的解譯標(biāo)志。最后，利用ArcGIS 10.0地理信息系統(tǒng)處理軟件參考研究區(qū)1∶5萬地形圖進(jìn)行人機(jī)交互式判讀，目視解釋得到研究區(qū)濕地面積和景觀空間分布數(shù)據(jù)。通過解譯信息將研究區(qū)的濕地類型分為天然濕地（淺海水域、巖石海岸、沙石海灘、淤泥質(zhì)海灘、海岸潟湖、天然河流、天然湖沼）和人工濕地（水庫和坑塘、海水養(yǎng)殖場、人工溝渠、鹽田、稻田）。對于研究中用到的地形圖，利用Scan功能對所用地形圖進(jìn)行掃描，運用MAPGIS 6.7遙感影像處理軟件生成格式為.tif的標(biāo)準(zhǔn)圖框影像圖，作為圖像校正的參照圖。利用ERDAS Imagine 9.2軟件對掃描所成的地形圖進(jìn)行遙感影像幾何校正，最后在ERDAS Imagine 9.2上對遙感影像進(jìn)行疊置、組合、匹配等諸參數(shù)設(shè)置即可輸出格式為.img的完整圖幅的不同歷史時期的南大港濱海濕地地形圖。

2.3 研究方法

濱海濕地的退化受諸多因素的綜合影響，運用綜合矩陣分析法和基于景觀生態(tài)學(xué)的人為干擾強(qiáng)度模型評判法，對濕地退化影響因子的作用程度及南大港濱海濕地的退化程度進(jìn)行評價。綜合矩陣分析法是由谷東起等人加以發(fā)展的一種多變量統(tǒng)計方法。1998年岳天祥等［7］提出了人類活動對土地利用類型的人類影響強(qiáng)度模型，本研究采用該模型，并將該模型修改為基于景觀類型的人為干擾強(qiáng)度模型。本研究利用這兩種方法，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并量化了各影響因子的作用。

3 結(jié)果分析

3.1 南大港濱海濕地時空演變分析

3.1.1 南大港濱海濕地面積變化研究 根據(jù)相關(guān)資料，自1969—2012年南大港濱海濕地的演變經(jīng)歷了面積由大到小，水量由多變少，由湖及澤，由澤及陸，由自然洼地變?yōu)槿斯た刂仆莩氐倪^程。43a間，南大港濱海濕地總面積不斷增加，至2012年已增加到4.49×104hm2，但天然濕地的面積由1969年的4.34×104hm2減少到了2012年的2.73×104hm2，減少了37.22%（表1）。

表1 南大港濱海濕地面積統(tǒng)計 hm2

面積可以作為濕地退化的重要標(biāo)準(zhǔn)之一［8－9］，但面積作為濕地退化的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)實際情況具體分析［10］。從表1中可以發(fā)現(xiàn)，在面積變化的天然濕地類型中，天然湖沼和淺海海域面積的減少最為顯著，天然湖沼由1969年的1.44×104hm2減少到2012年的1 162hm2，減少91.94%，淺海水域由1969年的2.33×104hm2減少到2012年的1.94×104hm2，減少了16.69%；43a間，人工濕地面積由331hm2增加到1.77×104hm2，增加1.74×104hm2，年均變化404hm2。其中，海水養(yǎng)殖場面積增加量最為顯著，1969年尚無此種類型，直到1989年才出現(xiàn)，到2012年已圍墾到5 474hm2，增加了2 982hm2。水庫和坑塘濕地面積增加到8 110hm2，增長了93.37%。

3.1.2 南大港濱海濕地開發(fā)利用類型 通過Arc－GIS 10.0軟件提取了南大港濱海濕地1989，1999，2009和2012年遙感影像解譯信息，對各時相的南大港濱海濕地岸線及濕地利用類型演變信息進(jìn)行提取制成專題圖件。將相關(guān)信息經(jīng)過GIS疊加分析，即可得到南大港濱海濕地不同時期的利用類型。1979—2012年南大港濱海濕地的結(jié)構(gòu)和總面積發(fā)生了很多變化。水庫蓄水面積逐漸萎縮，海水養(yǎng)殖場和鹽田等人工濕地面積逐漸增多。在此期間，南大港濱海濕地總體面積由1979年的3.83×104hm2，增至2012年的4.49×104hm2，增長17.23%。主要來自人工濕地面積的增加。

20世紀(jì)80年代以來，隨著上游地區(qū)地表水截留設(shè)施的增加，水源補給量不斷減少。加上氣候持續(xù)干旱，入境河流幾乎斷流，作為南大港濕地補給水源的兩條主要河流捷地減河、南排河除汛期有部分徑流外，大部分時間干枯斷流，濕地處于缺水狀態(tài)，進(jìn)一步加重了濕地的萎縮退化。1990年后，南大港濕地是在人為干預(yù)下發(fā)展的，南大港農(nóng)場對濕地采取一些有效的保護(hù)措施——建設(shè)各種水利設(shè)施，加強(qiáng)濕地攔蓄工程建設(shè)，又跨流域引黃河水等水源入南大港濕地，努力保存南大港濕地，南大港濕地逐漸變?yōu)槿斯た刂茲竦亍?/p>

3.2 南大港濱海濕地退化因子評價

濕地的評價研究，退化濕地的恢復(fù)和重建是當(dāng)前國際濕地研究中心的熱點，也是目前我國濕地研究中的核心問題［11－13］。濕地面積損失導(dǎo)致濕地容量的減小，可能會使得生境條件發(fā)生變化，景觀結(jié)構(gòu)的變化也使生境狀態(tài)發(fā)生改變［14］。本研究采用綜合矩陣分析法對南大港濱海濕地的退化程度進(jìn)行分析和評價（圖1）。

圖1 南大港濱海濕地退化評價指標(biāo)體系

綜合矩陣分析法的參評因子為圍墾、污染、水利工程、氣候變化和河流徑流量減少等5種主要的環(huán)境壓力因素。主要評判參數(shù)包括因子損失量（Vi）和因子權(quán)重（Wi）。損失量是根據(jù)參評因子對濕地環(huán)境的實際破壞程度，采用專家打分法確定其損失量等級，最大取值為5，最小取值為1，2，3，4為過渡值。損失權(quán)重反映各參評因子對不同類型濕地退化的相對作用大小，突出各濕地類型中主要環(huán)境壓力因素對評價結(jié)果的影響，賦值方法和因子損失量相同，最大值為5，最小值為1。濕地退化程度用退化度R表示，它是所有參評因子損失量的加權(quán)之和，其公式表達(dá)為：

R值越大表示濕地受到的環(huán)境壓力的影響越強(qiáng)，濕地退化較嚴(yán)重；反之則受到的影響弱，濕地退化程度小。表2中綜合矩陣左側(cè)分別為Vi和Wi，右側(cè)為人為因素指數(shù)、自然因素指數(shù)和綜合指數(shù)值。環(huán)境因子指數(shù)值為Vi和Wi的乘積，指數(shù)大者表示該濕地類型所受到的環(huán)境因子的影響較強(qiáng)，反之則受到的影響弱［15－16］。人為因素指數(shù)是灘涂圍墾、環(huán)境污染、水利工程等人為環(huán)境因子損失量加權(quán)之和，表示人為因素對濕地的影響；自然因素指數(shù)是由氣候變化和河流徑流量減少兩環(huán)境因子損失量加權(quán)之和，表示自然因素對濕地的影響。用人為和自然因素指數(shù)來比較人為因素和自然因素對濕地影響的不同損失度（表2）。

表2 南大港濱海濕地退化演變影響因子綜合評價矩陣

從表2中可以看出，在各環(huán)境影響因子中，圍墾，環(huán)境污染，水利工程，河流徑流量減少對濕地的退化影響最為顯著；其中圍墾是造成南大港濱海濕地退化的主要因素；氣候變化因素對濕地的影響是比較緩慢且長期的。在人為因素與自然因素影響中，人為因素對濕地的退化影響最大，1969年的南大港濕地基本沒有受到人為與自然因素的影響，濕地尚處于未開發(fā)利用狀態(tài)，但20世紀(jì)70年代以來，人為因素與自然因素對南大港濱海濕地的影響不斷加強(qiáng)，濕地退化逐漸嚴(yán)重。

3.3 基于景觀生態(tài)學(xué)的濕地退化度量評價

景觀生態(tài)學(xué)作為一門新興的多學(xué)科之間交叉的學(xué)科，以整個景觀為研究對象［16］。它強(qiáng)調(diào)景觀結(jié)構(gòu)和功能對生態(tài)過程的影響，重視景觀中生物群落與主要環(huán)境條件之間錯綜復(fù)雜的因果反饋關(guān)系。景觀格局分析一直是景觀生態(tài)學(xué)研究的一個熱點［17－18］。目前，在較大空間尺度上，以數(shù)量方法評價分析景觀空間格局特征成為景觀生態(tài)學(xué)的研究熱點之一［19－21］。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論，景觀的穩(wěn)定性可以看作是干擾在時間和空間相對尺度上的函數(shù)。近年來關(guān)于濕地景觀格局的研究有很多，趙銳鋒等［22］從自然和人為因子兩個方面采用灰色關(guān)聯(lián)法和主成分分析法相結(jié)合的方法對導(dǎo)致黑河中游濕地景觀破碎化的驅(qū)動因子進(jìn)行了分析。侯明行等［23］根據(jù)地形因子對鹽城濱海濕地景觀分布與演變進(jìn)行了分析。本研究利用基于景觀生態(tài)學(xué)的人為干擾強(qiáng)度模型評判法對南大港濱海濕地的退化現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

從影響因子矩陣分析結(jié)果可知，導(dǎo)致南大港濱海濕地退化的主要原因是人為因素干擾，因此可以用各典型濱海濕地受到的人為干擾強(qiáng)度來近似表示各典型濱海濕地的退化程度。

人類活動對濱海濕地的影響強(qiáng)度，數(shù)學(xué)模型為：

式中：Hu（t）——人類干擾強(qiáng)度；t——時間變量；Pi（t）——景觀類型所占總面積的比例；hi（t）——人類活動對景觀類型i的干擾強(qiáng)度；m（t）——景觀類型總數(shù)。在運用上述公式進(jìn)行計算時，首先必須要對所要評價的濕地進(jìn)行景觀類型劃分。景觀類型的劃分根據(jù)人為干擾程度可以劃分為自然濕地景觀、半自然濕地景觀和人工濕地景觀3大類。

人類對景觀的干擾主要集中在對土地的利用和改造上，所以可以用人類對土地利用程度的大小衡量其對景觀的干擾程度。因此可參照莊大方、劉紀(jì)遠(yuǎn)［24］對土地利用程度的量化分級（表3），對不同景觀類型的人為干擾強(qiáng)度進(jìn)行量化。

表3 土地利用程度分級賦值

根據(jù)表3的分類標(biāo)準(zhǔn)，分別給南大港濱海濕地的不同景觀類型分級賦值，半自然濕地取人工濕地和自然濕地的平均值（表4）。

由表4可知，濕地的人為干擾強(qiáng)度越接近3，濕地所受人為干擾程度就越大，濕地退化程度也就越高。通過表5—6可以得到南大港濕地1969，1979，1989，1999，2009和2012年濕地景觀類型的面積數(shù)據(jù)及其所占比例。本研究選取淺海水域、淤泥質(zhì)海灘、天然河流、天然湖沼、水庫和坑塘、海水養(yǎng)殖場、人工溝渠、鹽田等8種比較典型的景觀類型對南大港濱海濕地的人為干擾強(qiáng)度進(jìn)行了計算。根據(jù)公式（1）和表4的分級標(biāo)準(zhǔn)，通過計算，得到評價結(jié)果（表7）。

表4 南大港濱海濕地景觀人為干擾強(qiáng)度分級

表5 南大港濱海濕地類型面積統(tǒng)計 hm2

表6 南大港濱海濕地類型所占比例統(tǒng)計 %

表7 南大港濱海濕地人為干擾強(qiáng)度指數(shù)

由表7可知，南大港濱海濕地的人為干擾強(qiáng)度不斷增大，尤其是自1979年以來干擾強(qiáng)度明顯加大，表明南大港濕地的退化程度也在不斷加深。2000年以來，由于人們不斷認(rèn)識到環(huán)境的重要性，在人類的干預(yù)下，南大港濱海濕地的退化速度逐漸變緩，但濕地整體仍處于不斷退化的狀態(tài)，該評價結(jié)果與上文中的綜合矩陣分析評價結(jié)果是一致的。

4 結(jié)論

（1）在自然和人為因素的共同作用下，20世紀(jì)60年代以來，南大港濱海濕地天然濕地的面積不斷縮減，相反，人工濕地面積明顯增加，其中水庫和坑塘、海水養(yǎng)殖場和鹽田這3種人工濕地在近50a均出現(xiàn)了明顯增幅。

（2）在造成濕地退化的自然和人為因子中圍墾，環(huán)境污染，水利工程建設(shè)和河流徑流量減少對濕地的退化影響最為明顯，氣候變化等自然因子雖對濕地退化也起到了一定作用，但整體上對濕地的退化影響程度較低。

（3）由于人類的開發(fā)利用活動，南大港濱海濕地被改造為復(fù)合人工濕地，濕地景觀類型日益單一化，濕地的人為干擾強(qiáng)度不斷增大，濕地逐漸由天然濕地向人工濕地演化。

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