哈爾濱松北濕地景觀格局動態(tài)變化研究

王忠良， 趙光影， 陳丹娃， 王樹力

(1.東北林業(yè)大學，黑龍江哈爾濱 150040；2.哈爾濱師范大學，黑龍江哈爾濱 150025)

濕地是重要的自然資源，是自然界生物多樣性的生態(tài)景觀和人類重要的生存環(huán)境之一，與人類生存發(fā)展密切相關[1-3]。濕地的景觀格局和濕地資源地理的分布和組分，與濕地生態(tài)系統抗干擾能力、恢復能力、穩(wěn)定性和生物多樣性有密切聯系。因此，研究濕地景觀格局隨時間的變化過程，可以揭示濕地景觀變化的規(guī)律和機制，為實現濕地資源的可持續(xù)利用提供理論依據[4-5]。

目前對哈爾濱濕地的研究主要集中在面積及類型的動態(tài)變化上，而對于景觀空間格局演變的研究較少。筆者對濕地景觀格局演變特征進行研究，旨在對揭示濕地演變原因，制定合理科學的濕地保護辦法提供參考依據。

1 研究區(qū)域概況

哈爾濱市濕地分江河兩岸的河漫灘沼澤濕地和山間寬谷草甸沼澤濕地兩種類型[6]。松北濕地位于松花江哈爾濱段的北岸，分為東區(qū)、中區(qū)和西區(qū)3個部分，與老城區(qū)隔江相望，規(guī)劃總面積為88.0 km2，范圍是西起哈爾濱市與肇東界，東至濱州鐵路橋，北起改線前進堤，南至松花江北岸，與哈爾濱市區(qū)隔江相望，具體分區(qū)范圍與面積見表1。

表1 松北濕地的分區(qū)范圍與面積

松北區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為3.2 ℃；年平均降水量為523.3 mm；常年主導風向以西南風為主；屬松花江河岸灘涂濕地；地勢平坦低洼；海拔高度在115～118 m。

松北城市濕地區(qū)內植被屬于森林草原與濕地草原類型，現有野生植物350多種。其中禾本科、豆科、薔薇科、蓼科和沙草科等植物總類居多：主要樹種為榆、柳、楊、稠李、衛(wèi)矛、灌木柳、刺玫等，栽培樹木有松科、薔薇科、木樨科、榆科、楊柳科和忍冬科等。

動物資源主要包括鳥類100多種，如白翅浮鷗、野鴨、云雀等；獸類10多種，如赤狐、貉、黃鼬、草鼠、麝鼠等；魚類10多種，如鱗魚、白魚、松花江鯉魚等。

2 研究方法和數據處理

2.1資料準備土地利用/土地覆蓋變化研究的數據源主要包括遙感數據和非遙感數據兩部分。遙感解譯所選取的數據是LANDSAT衛(wèi)星的TM影像數據，空間分辨率為30 m×30 m。由于研究區(qū)范圍大，地形復雜，掃描時間不同，影像數據質量差異大，因此很難獲取相同年份、相同時段的覆蓋全區(qū)的遙感影像，因此所選取的數據主要為2004年6月、2009年6月及2012年9月的時段，影像圖見圖1。

圖1 哈爾濱市松北新區(qū)土地利用/土地覆被遙感影像

2.2數據的預處理

2.2.1波段的選擇。根據各波段的數據統計的特征及其合成后的目視效果，選擇對綠色植被反應敏感的TM4、3、2波段進行RGB假彩色合成。TM4、3、2波段組合，合成的影像類似于彩色紅外圖像，有利于植物分類和水體的判別，圖像上大田耕地呈紅色，水田呈淡藍色并具有明顯的形狀，居民點建設用地為青色、灰色，雜有其他地類色調等。合成后的影像地類之間的差別明顯，有良好的目視效果。

2.2.2土地利用分類與目視判讀。土地利用/土地覆蓋類型遙感解譯是一項復雜的系統工程，涉及的影響因素很多。雖然計算機自動分類技術發(fā)展迅速，但土地利用解譯仍多采用目視判讀的方法。由于目視解譯能綜合利用地物的色調或色彩、形狀、大小、陰影、紋理、圖案、位置和布局等影像特征知識以及有關地物的專家知識，并結合其他非遙感數據進行綜合分析和邏輯推理，從而達到較高的專題信息分類的精度，尤其在提取具有較強紋理特征結構的地物時更是如此[3-4]。

2.3景觀格局指標的選擇國內對濕地景觀格局變化的研究始于20世紀90年代，主要采用景觀格局空間分布特征指數(景觀多樣性指數、優(yōu)勢度指數、均勻度指數及斑塊分維數)和景觀異質性指數(聚集度以及破碎化指數：景觀破碎化指數、廊道密度指數、斑塊密度指數、景觀斑塊破碎化指數、景觀斑塊形狀破碎化指數)等10余種指標來研究濕地景觀格局的變化[7-11]。

基于研究目的和松北區(qū)濕地景觀特征，選取了能確保計算精度的10個指標，其中在斑塊類型級別上選用了8個指標：斑塊個數、斑塊分維數、斑塊密度、斑塊占景觀總面積的比例、最大斑塊指數、平均斑塊面積、景觀形狀指數、景觀聚集度指數；在景觀級別上選用了兩個指標，它們是景觀多樣性指數、景觀均勻度指數[12-16]。在斑塊和景觀級別上，有些指標是度量景觀組分的，有些是度量景觀空間格局的。

3 結果分析

根據以上解譯，在遙感目視解譯的基礎上，應用Map GIS制圖，結合Photoshop軟件，對松北新區(qū)各種土地類型進行矢量化、數字化，得到各種土地類型及其分布遙感影響解譯，并將2009、2004、2012年土地利用/土地覆被相比較得出哈爾濱市松北區(qū)土地利用/土地覆被變化圖，影像圖見圖2。

3.1濕地面積變化分析為了對遙感調查的各種土地利用類型進行統計分析，筆者主要利用Map GIS的空間分析與屬性分析功能，針對研究需要，對2004、2009及2012年的土地利用情況進行相關分析。

圖2 哈爾濱市松北新區(qū)土地類型分類結果

2004年濕地總面積91.19 km2，占松北新區(qū)總面積的比例為12.31%，其中天然濕地面積為74.27 km2，占濕地總面積的81.44%；人工濕地面積為16.92 km2，占濕地總面積的18.56%。2012年濕地面積為90.99 km2，濕地面積較2004年下降0.2 km2，占松北新區(qū)總面積的比例為12.28%，其中天然濕地面積為75.15 km2，占濕地總面積的82.59%；人工濕地面積為15.84 km2，占濕地總面積的17.41%。由此可見，自2004年松北新區(qū)建區(qū)以來，濕地的保護工作開展較好，濕地保持良好，并沒有太大變化。沼澤地和河流湖泊是松北新區(qū)最主要的天然濕地類型，具體濕地類型和面積見表2和圖3。

表2 2004、2009和2012年松北新區(qū)濕地類型及面積

圖3 2004、2009、2012年濕地類型面積變化分析

3.2景觀格局變化具體分析結果見表3和表4。

3.2.1斑塊類型級別上景觀格局指數變化分析。根據前面介紹的景觀格局分析方法以及選用的景觀空間格局分析軟件，結合選取的景觀格局指數，基于哈爾濱市松北新區(qū)2004、2012年景觀生態(tài)類型分別展開研究。2004、2012年不同土地類型景觀格局指數增減見圖4～11。

2004～2012年，水田斑塊個數增加3，斑塊占景觀總面積的比例減少，斑塊密度增加，斑塊分維數增加0.129 4，最大斑塊指數由0.887 8減小到0.357 8，景觀形狀指數增加，聚

集度減少0.554%。2004～2012年，旱地斑塊個數增加1，斑塊占景觀總面積的比例減少，斑塊密度增加，斑塊分維數減少0.020 1，最大斑塊指數由減小到了3.553 4，景觀形狀指數增加，聚集度減小了0.009 2。2004～2012年，林地斑塊個數增加1，斑塊占景觀總面積的比例減少，斑塊密度增加，斑塊分維數增加0.003 7，景觀形狀指數增加，聚集度減小了0.091 2。2004～2012年，草地斑塊個數減少1，斑塊占景觀總面積的比例減少，斑塊密度減少，斑塊分維數增加0.001 1，景觀形狀指數減少0.381 3，聚集度減小了0.031 0。2004～2012年，河流湖泊斑塊個數增加1，斑塊占景觀總面積的比例增加，斑塊密度增加，最大斑塊指數由增加了0.120 3，景觀形狀指數減少0.224 1，聚集度增加了0.011 8。2004～2012年，水庫坑塘斑塊個數、斑塊占景觀總面積的比例、斑塊密度、斑塊分維數、景觀形狀指數、聚集度都無明顯變化，最大斑塊指數由減小了0.1。2004～2012年，灘地斑塊個數減少1，斑塊占景觀總面積的比例減少，斑塊密度減少，斑塊分維數增加0.169 9，最大斑塊指數由0.058 4減小到0.057 1，景觀形狀指數減少，聚集度減少0.025%。2004～2012年，城鎮(zhèn)用地斑塊個數增加1，斑塊占景觀總面積的比例大幅增加，斑塊密度增加，斑塊分維數減少0.022 0，最大斑塊指數由0.956 3增加到2.152 7，景觀形狀指數增加，聚集度增加0.807%。2004～2012年，農村居民用地斑塊個數增加2，斑塊占景觀總面積的比例增加，斑塊密度增加，斑塊分維數增加0.018 7，最大斑塊指數由0.343 4增加到0.497 7，景觀形狀指數增加，聚集度增加0.361%。2004～2012年，交通建設用地斑塊個數增加6，斑塊占景觀總面積的比例大幅增加，斑塊密度增加，最大斑塊指數由0.423 8增加到0.929 8，景觀形狀指數增加，聚集度增加1.018%。2004～2012年，沼澤地斑塊個數減少1，斑塊占景觀總面積的比例減少，斑塊密度減少，最大斑塊指數無明顯變化，景觀形狀指數增加，聚集度增加了0.001 2。

表3 2004年不同濕地類型景觀格局指數分析

表4 2012年不同土地類型景觀格局指數分析

圖4 2004～2012年不同濕地類型NP變化

圖5 2004～2012不同濕地類型PLAND變化

圖6 2004～2012年不同濕地類型PAFRAC變化

圖7 2004～2012年不同濕地類型PD變化

圖8 2004～2012不同濕地類型LPI變化

圖9 2004～2012不同濕地類型LSI變化

圖10 2004～2012不同濕地類型COHESION變化

圖11 濕地景觀多樣性、均勻度指數

3.2.2景觀級別景觀格局指數變化分析。

(1)景觀多樣性指數。研究區(qū)景觀多樣性指數2004年為1.430 5，2012年上升至1.533 2，而研究區(qū)的濕地類型并沒有發(fā)生變化，則表明各種濕地類型所占的比例差異減小，說明各斑塊類型在景觀中分布呈均衡化趨勢增強。

(2)景觀均勻度指數。景觀均勻度指數由2004年的0.596 5上升到2012年的0.639 4。松北區(qū)均勻度指數說明該區(qū)均勻度指數較低，不同濕地資源類型分配程度更為均勻，比例結構懸殊減小。其中2012年在整個松北新區(qū)濕地景觀中人工濕地和自然濕地占總面積68.22%，占居控制地位并構成松北新區(qū)濕地景觀主體。

4 結論

(1)松北濕地的分布面積無顯著變化。2012年濕地面積為90.99 km2，濕地面積較2004年下降0.2 km2，占松北新區(qū)總面積的比例為12.28%，其中天然濕地面積為75.15 km2，人工濕地面積為15.84 km2，濕地占總面積的68.22%左右。由此可見，自2004年松北新區(qū)建區(qū)以來，濕地的保護工作開展較好，濕地保持良好，并沒有太大變化。

(2)通過GIS軟件及ERDAS軟件對松北區(qū)遙感圖進行矢量化分析，得出2004、2009和2012年松北新區(qū)土地類型分類圖及面積變化分析，并通過Fragstats 3.3軟件對矢量遙感圖的分析計算得到景觀多樣性指數、景觀均勻度指數、景觀聚集度指數等景觀格局指標。景觀多樣性指數上升，而研究區(qū)的濕地類型并沒有發(fā)生變化，表明各種濕地類型所占比例差異減小，說明各斑塊類型在景觀中分布均衡化趨勢增強。景觀均勻度指數有所上升，說明該區(qū)均勻度指數較低，不同濕地資源類型分配程度更為均勻，比例結構差距減小。

(3)通過對松北新區(qū)遙感圖的矢量化及分析可知，自2004年松北新區(qū)建區(qū)以來，濕地的保護工作開展較好，濕地保持良好，并沒有太大變化。通過對2004年及2012年各種指標的分析得出，松北新區(qū)濕地景觀格局的變化主要是人為驅動因子造成的。

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