松嫩平原西部濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性遙感分析

路春燕，王宗明，劉明月，歐陽玲，3，賈明明，毛德華

（1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130102；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

松嫩平原西部濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性遙感分析

路春燕1，2，王宗明1*，劉明月1，2，歐陽玲1，2，3，賈明明1，毛德華1

（1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130102；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

以松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)為研究對(duì)象，以Landsat MSS/TM/OLI遙感影像為基礎(chǔ)信息源，綜合運(yùn)用最小均方差、變異系數(shù)、景觀指數(shù)、信息熵模型、地理信息系統(tǒng)空間分析和景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)，研究保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性變化及其影響因素.結(jié)果表明：松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性大致呈遞減趨勢；1987～2013年人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)的干擾強(qiáng)度不斷增加，且與保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性呈顯著負(fù)相關(guān)；耕地和草地為濕地轉(zhuǎn)出的主要類型，分別占總轉(zhuǎn)出面積的63.71%和21.69%；濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性的降低是自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)影響共同作用的結(jié)果，自然環(huán)境變化是內(nèi)因，而人為活動(dòng)干擾，尤其是開墾造田和水利修建加速了濕地退化.最后，論文就研究中存在的不足以及保護(hù)區(qū)管理建設(shè)中應(yīng)關(guān)注的問題進(jìn)行了闡述.

國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)；松嫩平原西部；信息熵模型；遙感；面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ǎ痪坝^發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)

濕地是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，它不僅為人類生產(chǎn)、生活提供寶貴的資源，而且具有巨大的生態(tài)功能，因此被譽(yù)為“地球之腎”、“生命的搖籃”和“鳥類樂園”［1］.20世紀(jì)70年代以來，隨著人們對(duì)濕地生態(tài)功能和價(jià)值認(rèn)識(shí)的逐步深入，濕地資源及其生物多樣性的保護(hù)已經(jīng)成為當(dāng)今國際社會(huì)備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題［2-3］.對(duì)此，我國相繼建立了多個(gè)濕地自然保護(hù)區(qū)，且數(shù)量日益增加［4］.根據(jù)國家林業(yè)局的數(shù)據(jù)，截止到2013年，我國已建成的以濕地生態(tài)系統(tǒng)為保護(hù)對(duì)象的國家、省、市和縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)共計(jì)342個(gè)（http：//datacenter.mep.gov.cn）.相對(duì)于發(fā)達(dá)國家而言，我國自然保護(hù)區(qū)的研究和建立較晚，建設(shè)缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，保護(hù)區(qū)多采取“搶救式”的強(qiáng)制性保護(hù)政策，由此造成了保護(hù)區(qū)“大力建設(shè)”和“薄弱管理”的局面［5-6］，保護(hù)區(qū)建立后其保護(hù)成效未得到足夠的重視和關(guān)注.

保護(hù)區(qū)有效性評(píng)價(jià)涉及4個(gè)相互區(qū)別且互補(bǔ)的層面，即覆蓋率、保護(hù)有效性、管理有效性和詳細(xì)監(jiān)測程度.其中，保護(hù)區(qū)管理有效性評(píng)價(jià)是基于管理行為的保護(hù)區(qū)有效性評(píng)價(jià)，而保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性是基于保護(hù)目標(biāo)保護(hù)成效的保護(hù)區(qū)有效性評(píng)價(jià)［5］.任春穎等［4］、Liu等［7］綜合運(yùn)用地理信息系統(tǒng)、遙感和景觀格局指數(shù)分別對(duì)向海和臥龍自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)建立后并未得到有效保護(hù)，出現(xiàn)了生態(tài)退化現(xiàn)象，人為干擾以及保護(hù)區(qū)管理建設(shè)中存在的問題是影響保護(hù)區(qū)發(fā)揮有效保護(hù)作用的主導(dǎo)因素.Mora等［8］、鄭姚閩等［9］分別對(duì)全球海洋自然保護(hù)區(qū)和我國濕地自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了有效性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)并未有效地保護(hù).Porter-Bolland等［10］利用土地覆蓋數(shù)據(jù)計(jì)算年均森林退化率和定性對(duì)比的方法，研究了社區(qū)管理和保護(hù)區(qū)保護(hù)森林保護(hù)方式的保護(hù)有效性，發(fā)現(xiàn)較保護(hù)區(qū)保護(hù)森林景觀，以社區(qū)管理方式保護(hù)森林其森林退化率更低，保護(hù)有效性更高.

保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性評(píng)價(jià)對(duì)于國家保護(hù)法令的制定、保護(hù)措施的實(shí)施以及政府資金的分配等方面都具有重要的意義［11-12］.然而，對(duì)于保護(hù)區(qū)有效性的研究目前主要集中在保護(hù)區(qū)管理有效性評(píng)價(jià)，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，其評(píng)價(jià)方法已多達(dá)50余種［13］.而對(duì)于保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性評(píng)價(jià)卻相對(duì)較少，且其評(píng)價(jià)方法主要通過問卷調(diào)查、專家打分、定性對(duì)比等方法實(shí)現(xiàn)，受主觀因素的影響較大，評(píng)價(jià)結(jié)果精確性不足［14-16］.

本研究選擇松嫩平原西部的國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)作為研究對(duì)象，以遙感影像分類結(jié)果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，結(jié)合地理信息系統(tǒng)、信息熵模型和景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)，對(duì)1987～2013年國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)的自然濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)有效性評(píng)估，并分析保護(hù)區(qū)自然濕地的時(shí)空變化特征和影響保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性的主要因素，以期為濕地保護(hù)區(qū)的有效保護(hù)和生態(tài)建設(shè)提供決策參考.

1 研究區(qū)概況

松嫩平原西部地理坐標(biāo)為43°59′E～48°33′E，121°37′N～126°39′N（圖1），按照行政區(qū)劃單元該區(qū)包括吉林省松原市、白城市、黑龍江省大慶市以及黑龍江省的齊齊哈爾地區(qū)和綏化地區(qū)的龍江、泰來、富裕、齊齊哈爾、贛南、安達(dá)、蘭西和肇東等，共計(jì)23個(gè)市、縣，總面積約10.1× 104km2，是我國重要的糧食生產(chǎn)基地之一.

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 The location of study area

松嫩平原西部位于中溫帶大陸性半濕潤、半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，夏季降水集中，雨量充沛；春秋干燥，降水稀少；年平均氣溫2～5.6℃，年降水量360～480mm，潛在蒸發(fā)量1200～1900mm，遠(yuǎn)大于降水量.該區(qū)地勢平坦，高程在130～320m之間.洼地、河流、湖泊星羅棋布，沼澤濕地廣泛發(fā)育.為了更好的保護(hù)濕地資源及其所支撐的生物多樣性，截止到目前，國家林業(yè)局共在該區(qū)建立了5處以濕地生態(tài)系統(tǒng)為主要保護(hù)對(duì)象的國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)，分別是向海、扎龍、莫莫格、查干湖和大布蘇國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，其中扎龍、向海和莫莫格自然保護(hù)區(qū)已先后被列入國際重要濕地名錄.各自然保護(hù)區(qū)根據(jù)功能不同又被劃分為核心區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)3部分（圖1）.

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

圖2 1987～2013年松嫩平原西部各國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)土地覆蓋對(duì)比Fig.2 Land cover comparison of each national wetland nature reserve in West Songnen Plain from 1987 to 2013

保護(hù)有效性評(píng)價(jià)是以保護(hù)目標(biāo)保護(hù)成效為基礎(chǔ)的評(píng)估，因而對(duì)濕地保護(hù)區(qū)而言，濕地空間變化和制圖對(duì)其保護(hù)有效性評(píng)價(jià)研究具有非常重要的意義［17-18］.但是，由于濕地分布區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，人類活動(dòng)不易到達(dá)，因而應(yīng)用傳統(tǒng)的實(shí)地調(diào)查方法進(jìn)行濕地制圖不僅需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，而且需要花費(fèi)較長的時(shí)間.遙感相對(duì)于傳統(tǒng)的地面實(shí)測方法，在土地覆蓋/利用類型變化監(jiān)測和制圖方面具有觀測范圍廣、信息定量化、數(shù)據(jù)更新快、多時(shí)相、歷史資料豐富、可對(duì)比性強(qiáng)等優(yōu)勢［19-20］.本研究選擇1987、2000和2013年的Landsat MSS/TM/OLI影像作為本研究中自然保護(hù)區(qū)土地覆蓋信息提取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源.以1：10萬地形圖為基準(zhǔn)，對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何糾正，誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi).參照國際IGBP的土地覆蓋分類系統(tǒng)，結(jié)合本研究的目的，確立研究區(qū)的土地覆蓋分類系統(tǒng)，包括林地、草地、耕地、人工表面（居住地、交通用地和建筑工礦用地）、水體（河流和湖泊）、沼澤濕地、人工濕地（水庫、坑塘、運(yùn)河及水渠）和無植被覆蓋地共8種類型.在此基礎(chǔ)上，建立各個(gè)土地覆蓋類型的遙感解譯標(biāo)志，基于eCognition 8.64軟件應(yīng)用面向?qū)ο蠓诸惙椒▽?duì)遙感影像進(jìn)行信息提取.最終得到各自然保護(hù)區(qū)1987、2000和2013年的土地覆蓋數(shù)據(jù)（圖2）.作者于2009～2013年在研究區(qū)實(shí)地考察獲取674個(gè)采樣點(diǎn)（采樣點(diǎn)空間位置及其采集時(shí)間圖3所示），利用這些采樣點(diǎn)對(duì)土地覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證.總體分類精度為92.24%，Kappa系數(shù)為0.91，分類精度較高，可以達(dá)到本研究的要求.

同時(shí)，為了更為全面客觀地分析影響保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性的因素，本研究搜集了研究區(qū)內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)（http：//cdc.cma.gov.cn/home.do）、交通道路數(shù)據(jù)（來源：1987、2000和2013年吉林省與黑龍江省交通地圖）及人口經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)（來源：吉林省與黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒）.其中氣象數(shù)據(jù)包括研究區(qū)內(nèi)及周邊的23個(gè)氣象站點(diǎn)1987～2013年的逐月平均氣溫和降水量數(shù)據(jù).對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到年平均氣溫和年降水量，進(jìn)而應(yīng)用空間插值的方法得到各氣象因子連續(xù)的空間分布數(shù)據(jù).

2.2 研究方法

2.2.1 保護(hù)有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建 由于保護(hù)區(qū)管理體制不健全、濕地生物多樣性數(shù)據(jù)不易獲取、歷史記錄數(shù)據(jù)缺失等主客觀因素的影響，在區(qū)域尺度上對(duì)濕地保護(hù)區(qū)進(jìn)行保護(hù)有效性評(píng)價(jià)具有一定的困難.為克服此困難，本研究遵循全面性與重點(diǎn)性相結(jié)合、整體性和相對(duì)獨(dú)立性相結(jié)合、科學(xué)性、可操作性的指標(biāo)選擇原則［21］，圍繞構(gòu)建國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的總目標(biāo)，選擇表征整個(gè)自然保護(hù)區(qū)和核心區(qū)保護(hù)成效的18個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（基于Fragstats軟件計(jì)算得到的景觀格局指數(shù)）初步構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）.選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅能夠反映濕地?cái)?shù)量和質(zhì)量的變化，更能夠反映濕地景觀空間格局的變化.各個(gè)指標(biāo)的生態(tài)學(xué)意義參考文獻(xiàn)［22-23］.

對(duì)于已有的保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性評(píng)價(jià)方法而言，為了達(dá)到快速高效獲得評(píng)價(jià)結(jié)果的目的，所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系其指標(biāo)間的相關(guān)性分析往往不夠，從而使評(píng)價(jià)系統(tǒng)存在冗余信息，影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性［24］.為此，本研究選擇最小均方差和變異系數(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)初步建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行指標(biāo)篩選，剔除冗余信息，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確.該方法的優(yōu)點(diǎn)為簡單易操作，客觀性強(qiáng)，可極大地消除人為主觀因素的影響.

最小均方差法的基本思想為：對(duì)于由n個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象（S1，S2，……，Sn）及其所對(duì)應(yīng)的m個(gè)指標(biāo)的觀測值xij（i=1，2，……，n；j=1，2，……，m）所構(gòu)成的評(píng)價(jià)系統(tǒng)而言，假設(shè)所有評(píng)價(jià)對(duì)象所對(duì)應(yīng)的某一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值相差甚微，那么盡管這個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)非常重要，但對(duì)最終的評(píng)價(jià)結(jié)果來說，它所起的作用卻非常微小.因此，為了減少數(shù)據(jù)冗余和計(jì)算量，可刪除此評(píng)價(jià)指標(biāo).即：

為評(píng)價(jià)指標(biāo)xj的樣本均方差.其中

為評(píng)價(jià)指標(biāo)xj的樣本平均值.

若存在k0（1≤k0≤m ），使得

并且Sk0≈0，則可刪除掉與sk0相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)xk0［21］.

在最小均方差法的基礎(chǔ)上，為了使最終構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系性能良好，應(yīng)用變異系數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分度分析，以使最終建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系更可靠、更精確.變異系數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：cυ為變異系數(shù)，其值越大，則表明該指標(biāo)的鑒別能力越強(qiáng).

圖3 采樣點(diǎn)空間分布及其采集時(shí)間Fig.3 Spatial distribution and acquisition time of sampling sites

應(yīng)用最小均方差和變異系數(shù)相結(jié)合的方法對(duì)原始評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮分析確定S＜0.06且cυ＜0.08的評(píng)價(jià)因子被剔除.被剔除的因子分別為整個(gè)自然保護(hù)區(qū)自然濕地保護(hù)成效的斑塊形狀破碎指數(shù)D9（S=0.056，cυ=0.073）、核心區(qū)自然濕地保護(hù)成效的面積加權(quán)分維指數(shù)D15（S=0.011，cυ=0.012）、核心區(qū)自然濕地保護(hù)成效的斑塊形狀破碎指數(shù)D18（S=0.002，cυ=0.003）.

2.2.2 基于信息熵模型的保護(hù)有效性評(píng)價(jià) 為了避免主觀賦權(quán)引起的人為主觀因素的干擾，本研究應(yīng)用信息熵模型確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，信息熵模型是一種基于數(shù)據(jù)本身的客觀權(quán)重確定方法，該方法對(duì)樣本數(shù)量的要求不高，即使在樣本數(shù)量少的情況下依然可以得到準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果

［25-26］.同時(shí)，該方法在確定權(quán)重的過程中綜合考慮各指標(biāo)的熵值以及各指標(biāo)冗余度占所有指標(biāo)冗余度的總和.因而，此方法在綜合指標(biāo)體系的測度應(yīng)用上具有科學(xué)性和有效性［27-28］.

信息熵模型的基本思想為：評(píng)價(jià)因子差異程度的大小能夠反映該因子在整個(gè)綜合評(píng)價(jià)體系中的地位，而評(píng)價(jià)因子差異程度的大小可以用信息熵進(jìn)行度量［29］.信息熵是信息不確定性的度量，信息熵越大，信息的不確定性越大，其效用值越??；反之信息熵越小，不確定性越小，信息的效用值就越大［30］.

本研究在評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選完成的基礎(chǔ)上，應(yīng)用信息熵模型得到各個(gè)保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性.信息熵模型的計(jì)算方法如下［31］：

設(shè)有n個(gè)選定的被評(píng)價(jià)對(duì)象，m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，形成原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣

表1 保護(hù)有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Evaluation factor system of conservation effectiveness

②計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值：

③計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的冗余度：

④計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重：

⑤單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)得分：

⑥第i個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合水平得分：

本研究中，xij表示第i個(gè)保護(hù)區(qū)第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值為第j項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際統(tǒng)計(jì)值的最大值為第j項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際統(tǒng)計(jì)值的最小值.

2.2.3 濕地時(shí)空動(dòng)態(tài)變化 對(duì)于濕地自然保護(hù)區(qū)而言，濕地動(dòng)態(tài)變化是其濕地資源保護(hù)成效的重要體現(xiàn).單一土地覆蓋類型動(dòng)態(tài)度可以有效的描述一定時(shí)間范圍內(nèi)某一土地覆蓋類型動(dòng)態(tài)變化的程度和速率，其表達(dá)式為［32］：

式中：K為某一土地覆蓋類型的動(dòng)態(tài)度；Ua和Ub分別為研究初期和末期該類型的面積；T為時(shí)間間隔.本研究將時(shí)間間隔劃分為1987～2000年、2000～2013年、1987～2013年3個(gè)階段.

同時(shí)，為了更為具體的分析自然濕地在空間上的變化特征，本研究應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能對(duì)1987～2000年、2000～2013年、1987～2013年自然濕地與其他土地覆蓋類型的轉(zhuǎn)化做了對(duì)比分析.

2.2.4 景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù) 隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)及其所支撐的生態(tài)群落的影響也越來越大.以往關(guān)于人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的研究，通常是利用定性的描述或簡單的數(shù)據(jù)分析進(jìn)行研究，未對(duì)影響程度做出定量分析.本研究選用景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)量化人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)的影響程度.景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)是一種基于不同土地覆蓋類型能量轉(zhuǎn)換的定量描述方法，目前已有許多學(xué)者對(duì)其準(zhǔn)確性做了研究，證明該方法可以有效地量化人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度［33-34］.

為得到景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)，根據(jù)Brown等［35］的研究，對(duì)保護(hù)區(qū)邊界向外做100m的緩沖區(qū)，進(jìn)而對(duì)該緩沖區(qū)的土地覆蓋類型進(jìn)行景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算，以此確定人類活動(dòng)對(duì)各自然保護(hù)區(qū)的影響.其計(jì)算公式如下［35］：

其中：LDItotal為整個(gè)景觀單元總景觀發(fā)展強(qiáng)度；% LUi表示某種土地覆蓋類型占景觀總面積的百分比；LDIi是景觀發(fā)展強(qiáng)度系數(shù)，該系數(shù)參照Brown等［35］的研究確定.不同土地覆蓋類型景觀發(fā)展強(qiáng)度系數(shù)如表2所示.

表2 不同土地覆蓋類型景觀發(fā)展強(qiáng)度系數(shù)Table 2 Landscape development intensity coefficient of different land cover types

3 結(jié)果與分析

3.1 保護(hù)區(qū)自然濕地資源時(shí)空變化

基于1987～2013年3期土地覆蓋數(shù)據(jù)可以得知，在1987～2013年期間，松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)的自然濕地（包括沼澤濕地與水體）面積由3368.06km2減少到2752.91km2，減少速率為23.66km2/a.可知，松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)的自然濕地總體上呈現(xiàn)退縮趨勢.對(duì)比1987～2000年和2000～2013年2個(gè)時(shí)間段，自然濕地的減少速率分別是5.03km2/a和42.29km2/a，因而2000～2013年間自然濕地退縮更為劇烈.

根據(jù)各個(gè)國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)自然濕地變化動(dòng)態(tài)度（表3）可知，向海自然保護(hù)區(qū)自然濕地的減少速率最大，莫莫格自然保護(hù)區(qū)次之，扎龍與查干湖自然保護(hù)區(qū)自然濕地面積雖然略有減少，但是減少速率相對(duì)較小.自然濕地面積有所增加的自然保護(hù)區(qū)為大布蘇自然保護(hù)區(qū)，但自然濕地增加程度總體不高.

表3 各自然保護(hù)區(qū)不同時(shí)期自然濕地變化動(dòng)態(tài)度Table 3 Dynamic change degree of each nature reserve for natural wetlands in different time periods

表4 國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)不同時(shí)期自然濕地轉(zhuǎn)化為其他土地覆蓋類型對(duì)比（%）Table 4 Comparison of natural wetland converted to other land cover types in different time periods（%）

通過對(duì)3期保護(hù)區(qū)土地覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，得到松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)自然濕地轉(zhuǎn)化為其他土地覆蓋類型的比例.由表4可知，1987～2013年自然濕地轉(zhuǎn)化為耕地的比例最大，占60%以上；其次是轉(zhuǎn)化為草地和無植被覆蓋地，三者占自然濕地轉(zhuǎn)化其他土地覆蓋類型的96.05%.對(duì)比1987～2000年和2000～2013年2個(gè)時(shí)間段，自然濕地轉(zhuǎn)化為草地和無植被覆蓋地最為明顯的是在1987～2000年時(shí)間段，二者約占自然濕地轉(zhuǎn)化為其他土地覆蓋類型的50%.自然濕地轉(zhuǎn)化為耕地最為嚴(yán)重時(shí)期發(fā)生在2000～2013年期間，約占自然濕地轉(zhuǎn)化為其他土地覆蓋類型的70%.

3.2 保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性對(duì)比

基于信息熵模型對(duì)各個(gè)自然保護(hù)區(qū)1987～2013年的保護(hù)有效性進(jìn)行評(píng)估，其結(jié)果如表5所示.從自然濕地分布的空間格局特征上分析，保護(hù)成效相對(duì)較好的自然保護(hù)區(qū)為查干湖和大布蘇國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，而保護(hù)有效性較差的保護(hù)區(qū)為向海和莫莫格國家級(jí)自然保護(hù)區(qū).

表5 各保護(hù)區(qū)不同時(shí)期保護(hù)有效性對(duì)比Table 5 Conservation effectiveness comparison of each nature reserve in different time periods

3.3 人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)影響的強(qiáng)度

運(yùn)用景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)影響的量化研究，得到各國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)在1987年、2000年和2013年受人類活動(dòng)影響的程度（圖4）.由圖4可知，大布蘇和扎龍自然保護(hù)區(qū)受人類活動(dòng)的影響在1987～2013年間略微增大，基本保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平，這也是大布蘇保護(hù)區(qū)自然濕地面積在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)略有增加，扎龍自然保護(hù)區(qū)自然濕地面積減少甚微的原因之一；查干湖國家級(jí)保護(hù)區(qū)受人類活動(dòng)的影響程度增長較大，總體2013年比1987年增大0.44；受人類活動(dòng)影響程度變化最大的是莫莫格和向海國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，其影響程度分別增加了0.96和0.95.

同時(shí)，對(duì)各保護(hù)區(qū)的景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)與保護(hù)有效性進(jìn)行相關(guān)分析，得到1987～2000年兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.87（P ＜ 0.01）；2000～2013年兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.73（P ＜ 0.01）；1987～2013年整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)，兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.56（P ＜ 0.01）.由此可知，保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性和人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)的影響呈明顯的負(fù)相關(guān)，即人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)的影響越大，保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性越差；人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)濕地自然景觀產(chǎn)生一定的負(fù)面影響.

圖4 1987～2013年各自然保護(hù)區(qū)景觀發(fā)展強(qiáng)度Fig.4 Landscape development intensity of each nature reserve from 1987 to 2013

3.4 保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性影響因素

3.4.1 自然環(huán)境變化的影響 對(duì)松嫩平原西部1987～2013年的年平均氣溫、年降水量進(jìn)行分析，分別得到其在該時(shí)間段的變化趨勢.由圖5可知，在1987～2013年間，盡管個(gè)別年份降水量和平均氣溫出現(xiàn)較大波動(dòng)，但整體上松嫩平原西部呈現(xiàn)年均氣溫升高和年降水量減少的趨勢.該趨勢使得大量自然濕地在自然狀態(tài)下水源補(bǔ)給減少，加之松嫩平原西部年內(nèi)降水量分配不均，降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量，氣候日趨干燥，由此造成了多數(shù)濕地處于水源補(bǔ)給不足的狀態(tài).水源補(bǔ)給及其水文狀況的變化對(duì)濕地的存在具有重要的意義［36］，水資源的短缺逐漸使得濕地植被按水分減少的逆向演替方向發(fā)展，濕地類型逐漸向草地、無植被覆蓋地和林地方向變化，濕地空間分布界限逐漸退縮.

3.4.2 人類活動(dòng)的影響 松嫩平原西部包括23個(gè)市縣，人口數(shù)量由1987年的742.1萬增加到2012年的1298.4萬，其中大部分屬于農(nóng)業(yè)人口.國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的耕地面積由1987年的1124.9km2增加到2013年的1569.6km2，約占保護(hù)區(qū)面積的30%.人口的不斷增長和耕地面積的逐步擴(kuò)張?jiān)斐闪松a(chǎn)生活用水需求的不斷增加，地下水和河流湖泊水資源開采量逐步遞增，由此進(jìn)一步加劇了自然濕地水資源短缺，濕地缺水狀況日趨嚴(yán)重.同時(shí)，由于該區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，生產(chǎn)生活污水通常不經(jīng)過處理或達(dá)不到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)直接流入到沼澤濕地、河流和湖泊中，因而造成了區(qū)內(nèi)水體污染嚴(yán)重，自然濕地水質(zhì)惡化，這對(duì)自然濕地及其所支撐的生物多樣性都造成了嚴(yán)重的危害.

圖5 松嫩平原西部1987～2013年年平均氣溫和年降水量變化趨勢Fig.5 Change trend of annual temperature and precipitation in West Songnen Plain from 1987 to 2013

由于該區(qū)為我國重要的糧食生產(chǎn)基地，因而開墾濕地種植商品糧是該區(qū)濕地資源減少的主要威脅，濕地開墾為耕地后極大的降低了濕地的生態(tài)功能、破壞了生物多樣性.在1987～2013年期間人類活動(dòng)對(duì)該區(qū)的影響整體上逐漸增大，濕地資源被開墾為耕地的情況日益嚴(yán)重.2004年吉林和黑龍江省成為我國首批試行減免農(nóng)業(yè)稅的地區(qū)［37］，出于利益的驅(qū)動(dòng)，部分濕地被非法開墾，以致濕地面積的不斷減少.同時(shí)，松嫩平原西部的5個(gè)國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)有4個(gè)分布在吉林省西部.2008～2012年期間吉林省實(shí)施了《吉林省增產(chǎn)百億斤商品糧能力建設(shè)總體規(guī)劃》，該規(guī)劃主要實(shí)施的糧食增產(chǎn)區(qū)域?yàn)榧值闹形鞑?，濕地由于其所處區(qū)域地勢平坦易開墾，因而成為糧食增產(chǎn)的主要開發(fā)土地類型.由此造成了相當(dāng)數(shù)量的濕地面積減少.

我國的保護(hù)區(qū)建立相對(duì)較晚，與發(fā)達(dá)國家相比，在保護(hù)管理方面存在措施執(zhí)行和監(jiān)管力度不夠的情況.因而，保護(hù)區(qū)淺水沼澤和草地區(qū)域的植被常因當(dāng)?shù)鼐用穹拍炼艿讲煌潭鹊钠茐?，使得地表植被覆蓋度下降，地表蒸散發(fā)量增加，進(jìn)一步加劇了區(qū)域內(nèi)干旱化、鹽堿化和土壤沙化的程度，對(duì)濕地的存在和保護(hù)造成威脅.

在松嫩平原西部，河流是濕地水源補(bǔ)給的重要來源之一.該區(qū)的國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)主要位于烏裕爾河、雙陽河和霍林河的下游，上游水庫的修建對(duì)下游產(chǎn)生較大的影響.每年的農(nóng)耕時(shí)節(jié)，由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的增加，使得下游水量大量減少［38］，甚至在枯水年份下游河道出現(xiàn)干枯斷流的現(xiàn)象，嚴(yán)重削減了保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地的主要生態(tài)用水來源.加之在該區(qū)氣候日趨干旱的背景下，河濱濕地得不到充足的水源補(bǔ)給，使得濕地地下水位下降，濕地退化，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡造成破壞，濕地保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性降低.

綜上所述，通過對(duì)保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性影響因素的分析可知，氣溫的升高和降水量的減少對(duì)松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)的濕地減少具有一定的促進(jìn)作用.同時(shí)，人類活動(dòng)的干擾，尤其是濕地改造為農(nóng)田和水利設(shè)施的修建又加速了濕地的減少速度，從而降低了濕地保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性.

3.5 討論

本研究利用遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)，綜合運(yùn)用景觀指數(shù)和信息熵模型方法對(duì)松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)影響保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性的因素進(jìn)行了分析.雖然景觀指數(shù)能夠反映生物生境適宜性的信息，但是由于該研究區(qū)濕地生物多樣性數(shù)據(jù)目前尚無法獲取，因而對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建產(chǎn)生一定的影響.該區(qū)降水是濕地水源補(bǔ)給的最主要來源，除此之外，地下水亦對(duì)濕地水源補(bǔ)給產(chǎn)生影響.但因該區(qū)地下水位歷史資料收集困難，因而未能就地下水變化對(duì)濕地的影響進(jìn)行詳細(xì)闡述.

鑒于以上本研究存在的一些問題，在今后的實(shí)踐中可以嘗試用以下方法解決：對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行生物多樣性調(diào)查，進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)而提高研究結(jié)果的精度；盡可能搜集研究區(qū)的相關(guān)定性與定量資料，對(duì)影響濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性因素做更為細(xì)致的分析.

3.6 建議

基于本文的研究結(jié)果，在今后的保護(hù)區(qū)管理和建設(shè)中，松嫩平原西部濕地自然保護(hù)區(qū)管理部門和當(dāng)?shù)氐恼畱?yīng)著重開展以下工作：

（1） 制定相關(guān)的措施，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地開墾、放牧等人類活動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管與控制，同時(shí)加大退耕還濕的力度，增加保護(hù)區(qū)濕地的總面積；

（2） 積極建立健全保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)，嚴(yán)格控制濕地水源污染，逐步改善受污染的保護(hù)區(qū)水質(zhì)；

（3） 建立保護(hù)區(qū)的水文監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)水文情況，定期對(duì)保護(hù)區(qū)的濕地進(jìn)行水源補(bǔ)給，并對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)及其周邊的水利工程修建嚴(yán)格把關(guān)和科學(xué)實(shí)施；

（4） 建立健全保護(hù)區(qū)的管理機(jī)構(gòu)，提高管理人員的整體素質(zhì)，大力進(jìn)行保護(hù)區(qū)濕地保護(hù)和資源合理利用的宣傳教育工作.

4 結(jié)論

4.1 1987～2013年期間，松嫩平原西部的國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)自然濕地面積減少了615.15km2.對(duì)比1987～2000年和2000～2013年2個(gè)階段，可知：后一時(shí)段內(nèi)濕地面積的減少更為嚴(yán)重.

4.2 就保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性而言，大布蘇自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性略微提高；查干湖和扎龍自然保護(hù)區(qū)自然濕地面積雖略有減少，但保護(hù)區(qū)自然濕地空間分布格局并未受到嚴(yán)重影響；莫莫格和向海自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效較差，濕地面積大量減少，造成自然濕地的空間分布格局的較大變化.

4.3 在1987～2013年間，人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)的影響大致呈逐漸增加的趨勢，保護(hù)區(qū)的保護(hù)有效性和人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)的影響呈明顯的負(fù)相關(guān).耕地是濕地轉(zhuǎn)出的最主要土地覆蓋類型，其次，相當(dāng)數(shù)量的濕地轉(zhuǎn)化為草地和無植被覆蓋地.

4.4 松嫩平原西部國家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性的降低是自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)影響共同作用的結(jié)果，自然環(huán)境變化是其內(nèi)因，而人類活動(dòng)加速了濕地退化，尤其是開墾造田和水利設(shè)施的修建是降低保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)有效性的主要因素.

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Analysis of conservation effectiveness of wetland protected areas based on remote sensing in West Songnen Plain.

LU Chun-yan1，2， WANG Zong-ming1*， LIU ming-yue1，2， OUYANG Ling1，2，3， JIA Ming-ming1， MAO De-hua1
（1.Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment， Northeast Institute of Geography and Agroecology， Chinese Academy of Sciences， Changchun 130102， China；2.University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China；3.Chifeng University， Chifeng 024000， China）.

China Environmental Science， 2015，35（2）：599～609

In this study， the national wetland nature reserves in West Songnen Plain were chosen as the research object，and remote sensing images （Landsat MSS/TM/OLI） were used to obtain the basic information of wetland. Minimum mean square deviation， variation coefficient， landscape metrics， information entropy model， GIS spatial analysis and landscape development intensity index were applied to explore the conservation effectiveness of wetland protected areas and driving factors. Results of this study showed that it was a generally decreasing trend for the conservation effectiveness of protected areas during 1987-2013. The disturbance of human activities on protected areas was increasing between 1987 and 2013. The significant negative correlation between the landscape development intensity index and conservation effectiveness suggested that human activities should be associated with low conservation effectiveness for protected areas. 63.71% and 21.69% of degraded wetlands was converted to farmland and grassland， respectively. The warming and drying climatic trends as well as the influence of human activities were contributed to the decrease of conservation effectiveness. Especially， converting wetlands to farmland and constructing hydraulic engineering accelerated wetland degradation. Finally， the aspects on which should be focused by the managers and governors in the future and the deficiencies existed in this study were discussed.

national wetland protected area；West Songnen Plain；information entropy model；remote sensing；object-oriented classification；landscape development intensity index

X171， S759.93

A

1000-6923（2015）02-0599-11

路春燕（1986-），女，山東鄒平人，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士研究生，主要從事濕地遙感及濕地保護(hù)區(qū)評(píng)價(jià)研究.發(fā)表論文10余篇.

2014-05-28

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)子課題（XDA05050101）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41401502，41371403）；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助（2012CB956103）.

* 責(zé)任作者， 研究員， zongmingwang@iga.ac.cn.