基于GIS的莊河市濱海濕地景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)力分析

李雪瑩， 王方雄， 姚 云， 溫海明， 薛忠躍

(1.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院， 北京 100875；

2.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 遼寧 大連 116029； 3.北京師范大學(xué) 減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院， 北京 100875)

基于GIS的莊河市濱海濕地景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)力分析

李雪瑩1， 王方雄2， 姚 云1， 溫海明3， 薛忠躍2

(1.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院， 北京 100875；

2.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 遼寧 大連 116029； 3.北京師范大學(xué) 減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院， 北京 100875)

摘要：[目的] 探究遼寧省莊河市濱海濕地景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)力，為該市濱海濕地的合理利用和生物多樣性保護(hù)提供決策支持和科學(xué)依據(jù)。[方法] 以莊河市2000，2010年2期遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在遙感和GIS技術(shù)支持下，運(yùn)用景觀格局指數(shù)模型來分析研究區(qū)景觀格局的變化特征和該區(qū)景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)因素。[結(jié)果] 10 a間，莊河市濱海濕地的面積減少了7.44%；景觀斑塊數(shù)(NP)由2000年的3 425塊增加到2010年的3 563塊，增加了4.03%；景觀多樣性指數(shù)(H)由2000年的0.631 5增加到2010年的0.855 4；景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)從2000年的0.835 9降低到2010年的0.736 4；景觀均勻度指數(shù)(E)從2000年的0.578降低到2010年的0．514。[結(jié)論] 莊河市濱海濕地的景觀破碎化程度在加劇。在自然驅(qū)動(dòng)力和人文驅(qū)動(dòng)力作用下，濕地面積大幅減少，生態(tài)功能不斷下降，使得研究區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，從而嚴(yán)重影響莊河市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：濱海濕地； 景觀格局； GIS； 驅(qū)動(dòng)力； 莊河市

濕地系指天然或人工、長(zhǎng)久或暫時(shí)的沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶、帶有或靜止、或流動(dòng)，或淡水、半咸水體、或微咸水水體者,包括低潮時(shí)水深不超過6 m的水域[1]。濱海濕地不僅具有豐富的物種資源和礦產(chǎn)資源，而且在控制海岸侵蝕、抵御海洋災(zāi)害、美化環(huán)境、維持區(qū)域和全球生態(tài)平衡以及提供野生動(dòng)植物生境方面均具有重要意義[2-7]。近年來隨著濱海區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，濱海濕地成為生態(tài)環(huán)境變化最為劇烈的地區(qū)，其景觀動(dòng)態(tài)變化已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題之一[8-13]。我國(guó)科研人員和社會(huì)學(xué)工作者對(duì)濱海濕地狀況進(jìn)行了大量研究。林和山等[14]和葉思源等[15]對(duì)濕地健康評(píng)價(jià)進(jìn)行了分析和研究；陳加兵等[16]、胡鏡榮等[17]對(duì)濕地的可持續(xù)利用進(jìn)行研究并提出了科學(xué)合理性建議；張華等[18]、蘇少川等[19]和王斌等[20]對(duì)濱海濕地的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了系統(tǒng)研究并得出了研究區(qū)具體的服務(wù)價(jià)值。但是對(duì)濱海濕地景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力研究卻較為少見。

莊河市瀕臨黃海北岸，蘊(yùn)藏著豐富多樣的濱海濕地資源。近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，莊河市濱海濕地正面臨著資源過度利用和污染等一系列問題，生態(tài)環(huán)境惡化嚴(yán)重。本研究以遙感影像為主要數(shù)據(jù)源并且借助GIS方法全面分析10 a來該區(qū)域的土地利用/景觀變化及其驅(qū)動(dòng)力，其目的是為莊河市濱海濕地的合理利用和生物多樣性保護(hù)提供決策支持和科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)域與研究方法

1.1　莊河市概況

莊河市位于遼東半島東側(cè)南部，大連市東北部，隸屬于遼寧省大連市。地理范圍為北緯39°28′—40°12′，東經(jīng)122°29′—123°31′。莊河屬千山山脈南延部分，為低山丘陵區(qū)，地勢(shì)由南向北逐次升高。全境總面積為6.97×105hm2，其中陸地面積4.07×105hm2，自然海岸線長(zhǎng)285 km。莊河市自然資源豐富，海域?qū)賰?nèi)陸淺海。氣候?qū)俦睖貛駶?rùn)地區(qū)大陸性季風(fēng)氣候，具有一定的海洋性氣候特征。年平均氣溫9.1 ℃，歷年平均降雨量為757.4 mm。2010年莊河市的總?cè)丝谶_(dá)到了約91.31萬人，土地利用方式以農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)為主。

1.2　研究方法

1.2.1濕地景觀分類在借鑒國(guó)內(nèi)濕地分類研究成果的基礎(chǔ)上[21-22]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，參照濕地公約和全國(guó)濕地資源調(diào)查將莊河市濱海濕地景觀分為自然濕地景觀和人工濕地景觀兩大類型。其中自然濕地景觀包括河流、灘涂和沼澤等3個(gè)景觀類型，人工濕地景觀包括水庫(kù)坑塘、水田和海水養(yǎng)殖等3個(gè)景觀類型。

1.2.2數(shù)據(jù)源及處理采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：1∶5萬地形圖和2000及2010年的Landsat TM遙感數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m×30 m；將研究區(qū)的1∶5萬地形圖進(jìn)行掃描，應(yīng)用ArcGIS軟件進(jìn)行處理，建立統(tǒng)一的投影坐標(biāo)，利用ENVI 4.8遙感數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)2000和2010年兩個(gè)時(shí)期的Landsat TM遙感圖像進(jìn)行幾何糾正和配準(zhǔn)，將平均誤差控制在0.5個(gè)象元內(nèi)。為了更好的突出地物信息，利用RGB(5，4，3)合成假彩色圖像。在GIS支持下，對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯和編制，并對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行修改、編輯，分別生成各時(shí)期的濕地景觀分布圖(附圖11)，建立莊河市濱海濕地景觀空間數(shù)據(jù)庫(kù)。然后對(duì)兩期景觀分布圖進(jìn)行疊加分析，求出各種利用類型土地之間的轉(zhuǎn)化面積，計(jì)算各種土地利用景觀類型面積轉(zhuǎn)移概率矩陣，以揭示濕地面積的變化過程。

1.3　濕地景觀格局指數(shù)的選取

參照前人同類研究成果[23-24]，根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)，選取景觀類型面積(CA)、斑塊數(shù)(NP)、景觀多樣性指數(shù)(H)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)和景觀均勻性指數(shù)(E)等來定量分析研究區(qū)景觀格局特征及變化。各指標(biāo)具體計(jì)算公式及其表達(dá)含義詳見參考文獻(xiàn)[24—25]。

2景觀格局分析

2.1　各類型濱海濕地面積的變化

從表1可以看出，2000年莊河市濱海濕地的總面積為1.31×105hm2。自然濕地中，灘涂的面積最大，為2.63×104hm2，占濱海濕地總面積的20.04%，其次為河流，占14.48%，沼澤面積最小，占濱海濕地總面積的8.78%。人工濕地中，海水養(yǎng)殖面積最大，為3.36×104hm2，占濱海濕地總面積的25.62%，水田面積為2.97×105hm2，占22.60%，水庫(kù)坑塘面積最小，僅占8.47%。2010年莊河市濱海濕地總面積為1.22×105hm2。自然濕地中，仍是灘涂面積最大，但是占濱海濕地總面積的比例卻下降到了14.42%；其次為河流，占13.64%，沼澤面積最小，僅占濱海濕地總面積的8.70%。人工濕地中，海水養(yǎng)殖面積最大，為5.20×104hm2，占濱海濕地總面積的41.80%；水田占14.84%；水庫(kù)坑塘面積僅占6.60%。

2000—2010年莊河市濱海濕地總面積呈下降趨勢(shì)，由2000年的1.31×105hm2減少到2010年的1.22×105hm2，減少幅度為7.44%。自然濕地中，灘涂的面積減少幅度最大，10 a間減少了8 909.1 hm2，灘涂濕地面積的減少，主要是由于過渡開墾造成的；其次為河流及沼澤，分別減少了2 563.8和1 193.45 hm2。人工濕地中海水養(yǎng)殖的面積增加的幅度最大，10 a間增加了1.84×104hm2，而水田和水庫(kù)坑塘的面積均有所減少，并且減少的幅度分別為39.12%和16.72%。

表1　莊河市2000和2010年各類型濱海濕地面積及其變化率

2.2　各類型濱海濕地斑塊數(shù)的變化

從表2可以看出，2000年莊河市濱海濕地斑塊總數(shù)為3 425塊。自然濕地中，灘涂的斑塊數(shù)最多，為686塊，占濱海濕地斑塊總數(shù)的20.03%；其次為河流，斑塊數(shù)為496塊；沼澤的斑塊數(shù)最少，僅為301塊。人工濕地中，海水養(yǎng)殖的斑塊數(shù)最多，為877塊，占濱海濕地斑塊總數(shù)的25.61%；水田為774塊；水庫(kù)坑塘的斑塊數(shù)最少，僅占8.50%。2010年莊河市濱海濕地斑塊總數(shù)為3 563塊。自然濕地中，灘涂的斑塊數(shù)最多，為514塊，占濱海濕地斑塊總數(shù)的14.43%；其次為河流，斑塊數(shù)為486塊；沼澤的斑塊數(shù)最少，為310塊。人工濕地中，海水養(yǎng)殖的斑塊數(shù)最多，為1 489塊，占濱海濕地斑塊總數(shù)的41.79%；水田和水庫(kù)坑塘的斑塊數(shù)相對(duì)較少，分別為529和235塊。

2000—2010年莊河市濱海濕地斑塊數(shù)量呈增加趨勢(shì)，由2000年的3 425塊增加到2010年的3 563塊，說明破碎化程度呈上升趨勢(shì)。自然濕地灘涂斑塊個(gè)數(shù)減少最多，10 a間減少了172塊；其次為河流，減少了10塊；而沼澤的斑塊個(gè)數(shù)增加了9塊。人工濕地中，只有海水養(yǎng)殖的斑塊個(gè)數(shù)增加了，增加的斑塊數(shù)為612塊；水田和水庫(kù)坑塘的斑塊個(gè)數(shù)均減少了，并且減少的個(gè)數(shù)分別為245和56塊。濕地斑塊個(gè)數(shù)的增加主要是受人為因素或自然因素的影響所導(dǎo)致的。

表2　莊河市2000和2010年各類型濱海濕地斑塊數(shù)量變化

2.3　濱海濕地景觀多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)的變化

計(jì)算結(jié)果表明，2000—2010年莊河市濱海濕地的景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和景觀均勻度指數(shù)均呈降低趨勢(shì)，其中景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)由2000年的0.835 9降低到2010年的0.736 4，景觀均勻度指數(shù)從2000年的0.578降低到2010年的0.51 4；而景觀多樣性指數(shù)則呈上升趨勢(shì)，從2000年的0.631 5增加到2010年的0.855 4。景觀多樣性指數(shù)的增加，說明研究區(qū)受到一定的人為因素的干擾，使各景觀類型產(chǎn)生縮減、損耗和分割等空間過程，從而使莊河市整體景觀格局的差異性越來越大。

3驅(qū)動(dòng)力分析

莊河市作為遼寧省重要的沿海城市，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使其濱海濕地的景觀格局發(fā)生了巨大變化。莊河濱海濕地的景觀變化主要受兩個(gè)方面的影響，一是自然因素，二是人為因素。

3.1　自然驅(qū)動(dòng)因子

海岸侵蝕是形成目前莊河市濱海景觀格局的重要原因。海岸侵蝕使大陸海岸線向內(nèi)陸不斷延伸，由于海岸侵蝕使土地大量流失、海岸建筑物破壞、海濱浴場(chǎng)退化、海灘生態(tài)環(huán)境惡化從而改變了原有的景觀格局。侵蝕下來的泥沙又搬運(yùn)到港灣淤積而使航道受損，從而成為一種嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。必須引起高度重視，采取有效措施防止海岸侵蝕。

3.2　人為驅(qū)動(dòng)因子

改革開放以來，莊河市的經(jīng)濟(jì)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，2010年莊河市的生產(chǎn)總值達(dá)到了500.7億元，比2000年增長(zhǎng)了541.10%。經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)也導(dǎo)致了人口數(shù)量的增加，2000年莊河市的戶籍人口為89.76萬人，2010年增加到了90.50萬人，增加了0.82%。經(jīng)濟(jì)和人口的增長(zhǎng)致使建設(shè)用地面積大幅度增加，從而導(dǎo)致景觀格局的變化。除此之外，港口開發(fā)和擴(kuò)建也是導(dǎo)致濱海濕地喪失、景觀格局變化的一個(gè)主要原因。同時(shí)以工農(nóng)業(yè)廢水、城市生活污水為主的陸上污染源及以船舶溢油、近海養(yǎng)殖為主的海上污染源加劇了濕地生態(tài)環(huán)境的惡化和景觀的破碎化程度。

4結(jié) 論

2000—2010年莊河市濱海濕地面積在不斷減少，由2000年的1.31×105hm2，減少到2010年的1.22×105hm2，減少了7.44%；景觀斑塊數(shù)(NP)由2000年的3 425塊增加到2010年的3 563塊，增加了4.03%；景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和景觀均勻度指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而景觀多樣性指數(shù)呈下降趨勢(shì)。研究區(qū)景觀格局變化主要受自然驅(qū)動(dòng)力和人為驅(qū)動(dòng)力的雙重影響；海岸侵蝕是影響莊河市濱海景觀格局的一種嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的增加，人類活動(dòng)對(duì)研究區(qū)的改造導(dǎo)致了自然濕地的面積不斷減少，隨著圍墾和水體污染的加劇，濱海濕地的生態(tài)功能不斷下降，使得研究區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，從而嚴(yán)重影響莊河市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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An Analysis on Landscape Pattern Changes and Its Driving Forces of Coastal Wetland in Zhuanghe City Based on GIS

LI Xueying1， WANG Fangxiong2， YAO Yun1， WEN Haimng3， XUE Zhongyue2

(1.SchoolofGeography,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;2.SchoolofUrbanandEnvironmentalScience,LiaoningNormalUniversity,Dalian,Liaoning116029,China;3.AcademyofDisasterReductionandEmergencyManagement，BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China)

Abstract：[Objective] To study the changes of landscape pattern of the coastal wetlands in Zhuanghe City of Liaoning Province and its driving force for the rational using of coastal wetlands and provide decision support and scientific basis of biodiversity conservation.[Methods] With the remote sensing data of Zhuanghe City in 2000 and 2010 as the basic data, under the support of RS and GIS, landscape pattern index model was used to analyze the change of the landscape pattern and the driving forces in this region.[Results] From 2000 to 2010, the area of the coastal wetland of the Zhuanghe City decreased by 7.44%; NP(number of patches) increased from 3 425 to 3 563 and added by 4.03%, H(landscape diversity index) increased from 0.631 5 to 0.855 4, D(landscape dominance index) decreased from 0.835 9 to 0.736 4, E(landscape evenness index) decreased from 0.578 to 0.514. [Conclusion] The changes of the landscape pattern indices indicated that the fragmentation of the landscape was aggravating. Both artificial and natural forces caused the wetland area reduced, and the ecological function of the coastal wetlands declined, which had worsen the ecological environment of research area, and indeed had seriously affected the economic development of the Zhuanghe City.

Keywords:coastal wetland; landscape pattern; GIS; driving force; Zhuanghe City

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)02-0159-04

中圖分類號(hào)：TP79, TU985.19

通信作者：王方雄(1973—),男(漢族),湖北省漢川市人,博士,副教授,主要從事GIS集成與建模研究。E-mail:wfxwhu@163.com。

收稿日期：2013-08-01修回日期：2013-08-24
資助項(xiàng)目：教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年資助項(xiàng)目“海岸帶生態(tài)健康的多尺度指標(biāo)體系與預(yù)警系統(tǒng)研究”(11YJC630202);遼寧省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(WT2010031)
第一作者：李雪瑩(1992—),女(漢族),遼寧省沈陽(yáng)市人,碩士研究生,研究方向?yàn)橥恋乩靡?guī)劃,地理教育。E-mail:m18940829589@163.com。