1985—2010年吉林省西部地區(qū)濕地空間格局變化及熱點地區(qū)1)

劉 雁 盛連喜 劉吉平

(吉林師范大學，四平，136000) (國家環(huán)境保護濕地生態(tài)與植被恢復重點實驗室(東北師范大學)) (吉林師范大學)

隨著全球氣候和生態(tài)環(huán)境進一步惡化以及人類過度開發(fā)，導致濕地的面積、結構和功能發(fā)生了明顯變化，濕地空間格局變化研究已成為當今國內外專家探求的熱點問題之一［1－3］。空間格局演變及其驅動機制分析，也是地理學和景觀生態(tài)學領域長期關注的熱點問題［4］。自20 世紀80年代以來，景觀生態(tài)學關于格局、過程、尺度及驅動機制分析等原理與方法逐漸應用于濕地科學領域中［5］，推動了濕地格局演變特征及其驅動機制的研究［6］。當前，濕地格局演變特征的研究方法，主要包括定性描述法、生態(tài)圖疊置法和數(shù)量分析法［7］，而由陳述彭院士首次提出的地學信息圖譜用于濕地格局研究的相對較少［8］。本文利用GIS 和RS 技術，結合馬爾可夫分析方法和地學信息圖譜方法，研究1985—2010年，吉林省西部地區(qū)濕地空間格局的動態(tài)變化，并尋找濕地動態(tài)變化的熱點地區(qū)，為吉林省西部濕地的保護與管理提供參考。

1 研究區(qū)域概況

吉林省西部地區(qū)地理位置44°57'～45°46'N，123°09'～124°22'E;總面積4.69×104km2。該區(qū)屬大陸性季風氣候區(qū)，年日照時間2 800 ～3 000 h，年總輻射5 100 ～5 200 MJ·m－2;年均降水量400 mm 左右，年均蒸發(fā)量1 600～2 000 mm，平均相對濕度60%～65%;無霜期140 ～160 d。區(qū)域內水系發(fā)育，主要為松花江水系;過境的河流有嫩江、松花江、洮兒河。區(qū)域內從東到西，呈地帶性分布著黑土、淡黑鈣土、暗栗鈣土3 種草原土壤。

研究區(qū)地處中國濕潤的東部季風和內陸干旱、半干旱的過渡帶，屬于中國北方農牧交錯帶的東段;生態(tài)環(huán)境脆弱，對人類活動的影響比較敏感，濕地的生態(tài)功能比其它區(qū)域更為突出［9］。2008年，該區(qū)域被確定為吉林省增加糧食生產的主要區(qū)域;土地利用格局的變化，必將對濕地生態(tài)系統(tǒng)產生更多的人為干擾，進而引起區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化。

2 資料來源與研究方法

采用吉林省西部地區(qū)的1985、2000、2010年3期土地利用數(shù)據，主要通過解譯遙感影像而獲得;選取的遙感數(shù)據為1985、2000、2010年的3 期TM 影像。對遙感影像進行幾何校正和圖像增強處理，建立圖像解譯標志。參照國際IGBP 的LUCC 分類系統(tǒng)，結合研究目的，將研究區(qū)的LUCC 分類確定為:水田、旱田、林地、草地、水域(河流和湖泊)、沼澤、居民用地、沙地、鹽堿地9 種類型。經野外驗證，3期遙感影像的分類準確度分別為91.5%、93.2%、94.6%，可以滿足本研究要求。

利用GIS 和RS 技術，制作吉林省西部不同時期的濕地分布圖和土地利用圖，分析吉林省西部濕地面積和空間格局變化。在此基礎上，利用馬爾可夫分析方法計算出不同時期濕地的狀態(tài)轉移矩陣，并在空間上分析喪失的濕地和新增濕地。

利用ArcGIS 軟件，生成吉林省西部0.5°×0.5°的網格圖，共生成32 個網格。將正方形網格圖與各個時期濕地空間分布圖相疊加，統(tǒng)計每個網格的濕地面積，計算得到每個網格的濕地面積百分比(網格內的濕地面積除以網格的面積，再乘以100%)。然后，將計算結果賦給對應的網格，便可得到每個網格的濕地率。本文研究的濕地，主要包括自然濕地(沼澤濕地、河流湖泊濕地)和人工濕地(水田)。

分級熱點探測是全局聚集性檢驗方法之一，是根據某種規(guī)則(如鄰近距離)獲取“金字塔”型多層次空間熱點區(qū)域的。在分級熱點探測中，首先通過定義一個“聚集單元”的“極限距離或閾值”，然后將其與每一個空間點對的距離進行比較;當某一點與其他點(至少一個)的距離小于該極限距離時，該點被計入聚集單元。也可以指定聚集單元的點數(shù)目來強化聚集規(guī)則。依此類推，可以得到不同層次的熱點區(qū)域。

3 吉林省西部濕地變化

3.1 吉林省西部濕地面積和空間格局變化

利用GIS 技術，制作出吉林省西部不同時期濕地空間分布圖(見圖1)，并統(tǒng)計不同時期各濕地類型的面積(見表1)。由表1可見，1985—2010年，吉林省西部濕地總面積呈現(xiàn)增加的趨勢，增加了1 674 km2，增幅為24.41%。各濕地類型的變化趨勢不同，其中:自然濕地(河流湖泊濕地和沼澤濕地)的面積逐漸減少，沼澤濕地面積和河流湖泊濕地分別減少了1 013、836 km2，減少了36.46%、26.54%;水田面積增加幅度較大，增加了3 524 km2，增加4.8 倍。

從濕地變化的空間看，研究區(qū)的東中部和北部濕地變化較大，且面積呈增加的趨勢;而西部和南部變化相對較小，且面積呈逐漸減少的趨勢。各種類型濕地的空間格局變化不一樣:由圖1可見，鎮(zhèn)賚縣、大安市和通榆縣自然濕地面積減少較多;而前郭爾羅斯、洮南市和鎮(zhèn)賚縣的水田面積增加較多。

圖1 吉林省西部不同時期濕地空間分布

表1 吉林省西部不同時期濕地面積及變化率

3.2 吉林省西部濕地轉移特征

利用ArcGIS 9.3 的Intersect 空間分析手段，得到吉林省西部濕地與其它土地利用方式之間的空間轉換(見圖2)，并用馬爾可夫分析方法計算出狀態(tài)轉移矩陣(表2～表4)。

圖2 吉林省西部濕地與其它土地利用方式之間的空間轉換

表2 1985—2000年土地利用類型面積轉移矩陣 km2

表3 2000—2010年土地利用類型面積轉移矩陣 km2

由圖2和表4可以看出，1985—2010年間，自然濕地喪失較大，主要向耕地、草地和鹽堿地轉移。由于吉林省西部人口增加速度較快，實行家庭聯(lián)產承包責任制使農村的生產力實現(xiàn)了迸發(fā)性釋放，農牧業(yè)快速擴張，出現(xiàn)了嚴重的過牧、過墾現(xiàn)象，使自然濕地主要被開墾為耕地，34.9%的沼澤濕地和19.5%的河流湖泊開墾為耕地。近30a，吉林省西部生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，氣溫明顯上升，降水量和徑流量明顯減少，旱澇災害頻繁發(fā)生，土地退化日益嚴重，這些因素都造成自然濕地的退化和喪失。自然濕地主要轉移為草地和鹽堿地，有19.2%的沼澤濕地轉化為草地，7.5%的沼澤濕地和6.2%的河流湖泊轉化為鹽堿地。從空間看，自然濕地喪失較大的區(qū)域，主要集中分布在嫩江、第二松花江沿岸，以及查干泡、月亮泡等湖泊附近。

表4 1985—2010年土地利用類型面積轉移矩陣 km2

1985—2010年，濕地的增加主要是水田面積增加造成的。吉林省2008年開始實施《吉林省增產百億斤商品糧能力建設總體規(guī)劃》，計劃從2008年開始，力爭用5 a 或稍長一點時間，基本完成引水、灌區(qū)建設和改造、中部黑土地保護和西部土地整理等十大工程，實現(xiàn)糧食生產能力由目前的250 億kg 提高到300 億kg 的目標［10］。實施的4 項重點水利工程(引嫩入白工程、哈達山水利樞紐工程、大安灌區(qū)工程、中部引松供水工程)中，有3 項位于吉林省西部，使吉林省西部水田面積增加17.39 萬hm2(260.8萬畝)，這一工程的實施使吉林省西部水田面積大幅度增加。水田面積增加方式，有旱田改水田和荒地改水田2 種方式，其中:以第一種方式為主，1985—2010年旱田改水田的面積占51.1%，沼澤濕地改水田的面積占12.4%，草地改水田的面積占11.5%，鹽堿地改水田的面積占4.2%。從空間看，水田面積增加的區(qū)域，主要位于引嫩入白工程、哈達山水利樞紐工程、大安灌區(qū)工程三大工程區(qū)，以及河流湖泊沿岸。

3.3 吉林省西部濕地變化的熱點地區(qū)

計算出每個年代各網格的濕地率，然后用后一個年代的濕地率減去前一個年代的濕地率，并對濕地率的差值進行克立格(Kriging)插值，得到吉林省西部各時期濕地率變化圖(見圖3)。

圖3 近30 a 吉林省西部各時期濕地率變化

1985—2000年間，研究區(qū)的東部和北部濕地率增加明顯，而西部和中南部濕地率有明顯的降低。2000—2010年間，濕地率增加較明顯的地區(qū)是前郭爾羅斯和松原的西部地區(qū)，研究區(qū)北部邊緣的鎮(zhèn)賚縣和白城市濕地率也有一定的增加，而研究區(qū)的西部和南部濕地率明顯下降。整體看，位于研究區(qū)北部的前郭爾羅斯、松原、鎮(zhèn)賚和白城濕地率增加明顯，而其它地區(qū)濕地率明顯下降。

利用Crime stat 軟件，分別對2 個時期32 個網格濕地變化率進行熱點探測，得到吉林省西部地區(qū)濕地變化的熱點分布圖(見圖4)。

圖4 吉林省西部地區(qū)濕地變化的熱點分布

由圖4可以看出，1985—2000年，吉林省西部地區(qū)濕地變化的熱點地區(qū)有4 個，主要位于研究區(qū)的西北部、東北部、西南部和東南部，以位于研究區(qū)西北部的熱點地區(qū)面積最大。2000—2010年，西部地區(qū)濕地變化的熱點地區(qū)有3 個，主要位于前郭爾羅斯蒙古族自治縣和松原的西部、研究區(qū)的西南部和東部邊緣，其中以位于前郭爾羅斯蒙古族自治縣的熱點地區(qū)面積最大。1985—2010年間，研究區(qū)的西南部、前郭爾羅斯蒙古族自治縣和松原的西部，一直存在著濕地變化的熱點地區(qū)，研究區(qū)的西南部是自然濕地減少的熱點地區(qū)，而前郭爾羅斯蒙古族自治縣和松原的西部是人工濕地(水田)增加的熱點地區(qū)。

4 結論

1985—2010年，吉林省西部濕地總面積呈逐漸增加的趨勢，增加了24.41%。各濕地類型面積的變化趨勢不同，其中:自然濕地(河流湖泊濕地和沼澤濕地)的面積逐漸減少，水田面積增加幅度較大。從空間分布看，研究區(qū)的東中部和北部濕地呈增加的趨勢，而西部和南部呈逐漸減少的趨勢。

吉林省西部濕地轉移特征是，自然濕地喪失較大，主要向耕地、草地和鹽堿地轉移。水田面積逐漸增加，水田面積增加方式:有旱田改水田、荒地改水田2 種方式。從空間看，濕地喪失較大的區(qū)域，主要集中分布在嫩江、第二松花江沿岸，以及查干泡、月亮泡等湖泊附近;水田面積增加的區(qū)域，主要位于引嫩入白工程、哈達山水利樞紐工程、大安灌區(qū)工程的三大工程區(qū)。

吉林省西部地區(qū)濕地變化的熱點地區(qū)，由1985—2000年的4 個，減少為2000—2010年的3個，其中:研究區(qū)的西南部、前郭爾羅斯蒙古族自治縣和松原的西部，一直存在著濕地變化的熱點地區(qū);研究區(qū)的西北部，在1985—2000年間，存在著濕地變化的熱點地區(qū);研究區(qū)的東部邊緣，在2000—2010年間，存在著濕地變化的熱點地區(qū)。

［1］ 周德民，宮輝力，胡金明，等.三江平原淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀格局特征研究:以洪河濕地自然保護區(qū)為例［J］.自然資源學報，2007，22(1):86－96.

［2］ 劉殿偉.過去50a 三江平原土地利用/覆被變化的時空特征與環(huán)境效應［D］.長春:吉林大學，2006.

［3］ Koneff M D，Royle J A.Modeling wetland change along the united states atlantic coast［J］.Ecological Modelling，2004，177(1/2):41－59.

［4］ Wood R，Handley J.Landscape dynamics and the management of change［J］.Landscape Research，2001，26(1):45－54.

［5］ Majumdar S K，Miller E W，Brenner F J.Ecology of wetlands and associated systems［M］.Philadelphia:The Pennsylvania Academy of Science，1998:4－11.

［6］ 劉紅玉，呂憲國，張世奎.濕地景觀格局變化過程與累積效應研究進展［J］.地理科學進展，2003，22(1):60－70.

［7］ 白軍紅，歐陽華，楊志鋒，等.濕地景觀格局變化研究進展［J］.地理科學進展，2005，24(4):36－45.

［8］ 陳述彭.地學信息圖譜探索研究［M］.北京:商務印書館，2001.

［9］ 王明全，王金達，劉景雙，等.吉林省西部資源環(huán)境和人口經濟發(fā)展的耦合性分析［J］.水土保持通報，2008，28(2):1－6.

［10］ 高海生.吉林省增產百億斤商品糧能力規(guī)劃［J］.食品科技2008(7):23－25.