基于RS和GIS的日照萬平口潟湖濕地景觀格局演變研究

董晶謝小平（曲阜師范大學地理與旅游學院，日照7686）

基于RS和GIS的日照萬平口潟湖濕地景觀格局演變研究

董晶1謝小平2（曲阜師范大學地理與旅游學院，日照276826）

日照濕地（董晶 攝）

以日照萬平口潟湖濕地為研究對象，利用遙感影像及GIS技術(shù)，選取景觀格局指數(shù)，對1990-2014年萬平口潟湖濕地的景觀格局變化進行研究。結(jié)果表明：自1990年到2014年，潟湖淺灘、綠地、建設用地的面積顯著增加，養(yǎng)殖池和耕地在潟湖濕地范圍內(nèi)已全部轉(zhuǎn)化為潟湖淺灘、綠地和建設用地。潟湖濕地的景觀格局指數(shù)表明，濕地景觀類型多樣性呈下降趨勢，均勻度指數(shù)增加，聚集度和連通性顯著上升。從景觀格局分析的結(jié)果來看，奧林匹克水上公園的建設在一定程度上優(yōu)化了萬平口潟湖濕地的景觀格局，濕地景觀破碎化程度有所下降，為了更好地開發(fā)和利用潟湖濕地資源，提出了一些保護對策和建議。

潟湖濕地；景觀格局；萬平口；日照

自?20?世紀?80?年代以來，景觀生態(tài)學關(guān)于格局、過程及驅(qū)動機制分析等逐漸應用于濕地科學領(lǐng)域中(何東進，2013)，推動了濕地景觀格局演變特征的研究（劉紅玉等，2003；張國坤，2007）。目前關(guān)于沿海城市地區(qū)潟湖濕地景觀格局的變化，已成為景觀生態(tài)學、城市生態(tài)學與海岸帶管理研究的熱點問題(陳鵬等，2012；王毅杰等，2013)。濕地景觀格局決定于濕地景觀資源開發(fā)利用的程度及強度，萬平口潟湖濕地是日照市最大的海濱濕地，為進一步協(xié)調(diào)保護和開發(fā)這一地區(qū)的濕地資源，對1990-2014年期間潟湖濕地景觀格局的總體變化進行了分析，為潟湖濕地資源的保護和開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

日照位于山東省東南部(119°3?3′0″E，119°3?4′0″E）瀕臨黃海，海岸線長而曲折。日照萬平口潟湖濕地位于日照市東部，濕地內(nèi)的潟湖為亞洲最大的自然潟湖，是一個半封閉型的、東部由沙壩與外海相隔、東南部有一條狹窄的潮汐通道與外海相通的潟湖，潟湖幾乎呈南北向、平行于海岸發(fā)育。2003年之前，潟湖湖區(qū)原為一片養(yǎng)殖灘淤，潟湖周邊有林地、濕地、農(nóng)田及大量的荒地。2003年之后，為把日照打造成“水上運動之都”，通過規(guī)劃，決定將日照萬平口潟湖濕地建設成為具有觀光、娛樂、運動、自然保護等功能于一身的海濱濕地公園?—“日照奧林匹克水上公園”。萬平口潟湖濕地是日照城區(qū)的主要濕地區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有很多生態(tài)敏感點，對濕地本身和周圍環(huán)境都有很重要的生態(tài)意義，因此該區(qū)域具有研究的典型性。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源與處理?根據(jù)近30年來萬平口潟湖濕地的開發(fā)和利用狀況，選擇了1990年5月、1997年6月、2003年5月和2014年5月的Land?sat遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，然后對遙感影像進行監(jiān)督分類，并對分類結(jié)果進行精度檢驗。最后將分類后的遙感影像的矢量文件導入?ArcGIS10?中轉(zhuǎn)換為柵格文件，再將其導入FRAGSTATS3.3?軟件中，運用景觀格局指數(shù)模型計算4個時期的景觀格局指數(shù)，通過分析各個時期指數(shù)的變化來揭示萬平口潟湖濕地景觀格局的變化。

1.2.2 濕地景觀類型 潟湖濕地介于海陸之間，生態(tài)系統(tǒng)類型多種多樣，本研究中以拉姆塞爾（Ramsar）《濕地公約》的濕地分類體系為參照（谷東起等，2005），參考有關(guān)學者的研究成果（葉功富等，2010；黃寧等，2012），將研究區(qū)的景觀類型分為潟湖淺灘、養(yǎng)殖池、耕地、綠地、建設用地、裸地6種類型，各年份景觀類型分布見圖1。

1.2.3 景觀格局指數(shù)選取?景觀格局是指大小或形狀不同的斑塊在景觀空間上的排列方式或空間分布的總體樣式，是景觀過程的產(chǎn)物（何東進，2013)，景觀格局可有效地反映區(qū)域景觀狀況及變異特征(傅伯杰等，2001)，利用景觀格局指數(shù)定量分析景觀格局在時間和空間上的變化，是目前廣泛使用的一種方法(白軍紅等，2005)。在本研究中，結(jié)合萬平口潟湖濕地的實際特點，從類型水平和景觀水平兩個方面選取了景觀指數(shù)對景觀格局的計算分析（表1）。

表1 景觀格局指數(shù)及其生態(tài)意義

2 結(jié)果與分析

2.1 基于斑塊類型水平指數(shù)的變化分析

2.1.1 濕地景觀類型面積、分布

1)養(yǎng)殖池。1990年養(yǎng)殖區(qū)占總面積的18.48%，排在第三位，隨著養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，養(yǎng)殖區(qū)面積不斷增加，1997年和2003年，養(yǎng)殖區(qū)面積比重均排在了第二位。2003年之后，為建設奧林匹克水上公園，清退了所有的海上養(yǎng)殖業(yè)，自此，養(yǎng)殖池全部轉(zhuǎn)向了潟湖淺灘。養(yǎng)殖池的斑塊平均面積有增有減，無明顯規(guī)律，1997年養(yǎng)殖池的平均面積出現(xiàn)了最低值，表明這一時期由于人為因素的干擾，景觀斑塊被分割為零碎的小斑塊，景觀的破碎化程度加大，從圖1可以清楚地看到養(yǎng)殖池內(nèi)多了很多分割水域的廊道，從而導致養(yǎng)殖池的平均面積有所下降。

2)潟湖淺灘。1990-2003年，潟湖淺灘的面積僅20?hm2左右，2003-2014年，通過整治清淤，潟湖淺灘面積達165.28?hm2，成為濕地內(nèi)重要的景觀類型，較好地恢復了研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境。1990-2014年，潟湖淺灘的斑塊平均面積有增有減，2014年達到最高值，這說明，隨著研究區(qū)域用地格局的規(guī)劃調(diào)整，使得潟湖整片水域得以連通，由原來零碎的養(yǎng)殖池斑塊合并為面積較大的潟湖淺灘斑塊，破碎化程度有所下降。

3)耕地。研究區(qū)的耕地面積呈逐年下降的趨勢。1990年，耕地占總面積的23.74%，排在第一位。隨著城市二、三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，部分耕地面積被轉(zhuǎn)為建設用地或待建裸地，耕地面積逐年減少。2003年之后，為建設奧林匹克水上公園，恢復潟湖濕地的生態(tài)環(huán)境，將耕地類型全部轉(zhuǎn)化為其他用地類型。自1990年到2003年，耕地平均面積由0.87下降到0.41，表明這一時期耕地受建設用地等景觀類型的斑塊擴展而吞噬，轉(zhuǎn)為零碎的耕地斑塊，因此平均面積逐年變小，趨于破碎化。

4)綠地。1990-2003年，綠地景觀類型總面積呈減少的趨勢，2003年之后，為打造“水上運動之都”，作為奧林匹克水上公園配套用地的綠地面積不斷增加，到2014年，綠地總面積為323.26?hm2，排在第二位。1990-2003年，綠地平均面積有增有減，說明這一時期由于人們的生態(tài)意識較薄弱，隨意開發(fā)利用綠地，使其斑塊間面積分布不均勻，到2014年，在潟湖濕地內(nèi)采取人工種植的方式進行綠化布局，使綠地從分散的斑塊擴大集中連成片，所以平均斑塊面積達到最大值，在空間上呈現(xiàn)出均勻分布的狀態(tài)。

5)建設用地。1990-2014年，建設用地面積呈逐年增長的趨勢，到2014年，建設用地景觀類型占總面積的38.84%，排在第一位，成為潟湖濕地最主要的景觀類型。從圖1可以看出，建設用地分布較集中，其中位于潟湖北部呈矩形的建設用地，近30年來幾乎沒什么變化，而位于潟湖西南部的建設用地，隨著潟湖濕地的旅游開發(fā)和奧林匹克水上公園的規(guī)劃建設，吸引了眾多房地產(chǎn)開發(fā)商建設酒店和餐飲服務設施。1990-2014年，建設用地的平均面積逐年增加，說明由于人類對建設用地的布局和規(guī)劃，使得建設用地斑塊在空間上一直呈集中分布的態(tài)勢，破碎化程度逐漸減弱。

圖1 萬平口潟湖濕地景觀類型分布圖

表2 萬平口潟湖濕地各景觀類型面積變化

6)裸地。受潟湖濕地規(guī)劃建的影響，裸地逐漸被開發(fā)利用，1990-2014年，裸地面積呈逐年減少的趨勢。裸地的平均面積呈先減小后增加的趨勢，從圖1可見，1990-1997年，裸地呈小斑塊零散分布，2003-2014年，裸地呈片狀分布，說明裸地受到人為活動的影響，使得小斑塊互相合并，斑塊間的空間聚合度好轉(zhuǎn)，破碎度有所下降。

2.1.2 景觀類型形狀特征?景觀形狀指數(shù)（LSI）表示景觀斑塊邊緣形狀的發(fā)育程度，景觀形狀指數(shù)值越高，表明景觀形狀越復雜（孫賢斌等，2010）。從圖2可以看出，1990-2014年，潟湖淺灘的形狀指數(shù)表現(xiàn)為前期減少、后期明顯增加的變化趨勢，表明潟湖淺灘斑塊的形狀由規(guī)則化趨于不規(guī)則。從養(yǎng)殖池的斑塊形狀的表征指數(shù)來看，表現(xiàn)為前期增大，后期明顯減小的波動趨勢，表明養(yǎng)殖區(qū)用地斑塊形狀由較為復雜的、隨意的發(fā)展趨向于規(guī)則式的發(fā)展。耕地的形狀指數(shù)在整個研究時期內(nèi)持續(xù)增加，說明研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大規(guī)模開展，人為干擾活動的加劇，使得耕地用地形狀日趨復雜化。1990-2014年，綠地景觀形狀指數(shù)表現(xiàn)為研究前期顯著減少、后期明顯增加的變化趨勢，表明綠地景觀形狀趨于規(guī)則化。2003-2014年，隨著人們生態(tài)保護意識的加強，大面積種植了人工植被，但由于植被面積較分散，綠地的斑塊形狀趨向于不規(guī)則，形態(tài)更加復雜。建設用地的斑塊形狀指數(shù)在整個研究期內(nèi)持續(xù)下降，說明人類對建設用地進行規(guī)劃和結(jié)構(gòu)調(diào)整，使建設用地的斑塊形狀趨于規(guī)則化。1990-2014年，裸地的形狀指數(shù)表現(xiàn)為研究前期無明顯變化，研究后期有顯著減小的變化趨勢。結(jié)合研究區(qū)域?qū)嶋H情況，由于裸地受到人為干擾因素的影響較大，景觀形狀趨于規(guī)則化。

圖2 萬平口潟湖濕地景觀形狀指數(shù)

圖3 萬平口潟湖濕地景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)變化

2.2 基于景觀水平指數(shù)的變化分析

2.2.1 濕地景觀多樣性、均勻度 景觀多樣性指數(shù)（SHD?I）反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化（孫賢斌，2013），景觀類型越豐富，景觀多樣性越大。均勻度（SHEI）描述景觀中不同景觀類型分配的均勻程度，比值越大，景觀各類型分配越均勻（韓文權(quán)等，2005）。從圖3可以看出，萬平口潟湖濕地景觀多樣性指數(shù)逐年下降，說明濕地區(qū)域中各種景觀類型所占比例差異增大，景觀的異質(zhì)性程度在逐漸降低，2014年，潟湖濕地僅存綠地、潟湖淺灘、建設用地、裸地4種景觀類型，造成景觀多樣性下降。景觀均勻度指數(shù)在1990-2014年期間呈先下降、后上升之勢，表明在早期某些景觀類型所占比例有增大的趨勢，濕地景觀越來越被一種或幾種景觀類型所控制，2003年之后，雖然景觀多樣性有所減少，但均勻度指數(shù)有增大的趨勢，濕地景觀轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N景觀并存的狀態(tài)，景觀類型在空間分布上出現(xiàn)了均衡化，總體來說，萬平口潟湖濕地景觀均勻度處于一個比較高的水平。

2.2.2 濕地景觀聚集度、連通度 聚集度（AI）反映了景觀中不同景觀類型的團聚程度（布仁倉等，2005）。1997年研究區(qū)的聚集程度較1990年低，由于濕地還未形成一定規(guī)模，濕地景觀受到局部的切割，因此整體景觀類型在空間分布上顯得較為分散；1997-2014年，聚集度指數(shù)呈逐年增加趨勢，表明潟湖濕地內(nèi)的同種景觀類型的聚集程度不斷加大，裸地逐漸聚集在一起，同時取消了養(yǎng)殖區(qū)、耕地景觀類型，因此研究區(qū)主要由少數(shù)團聚的景觀斑塊組成，聚集度有所上升，使整體景觀分布顯得更為集中。

自然景觀連通度（CONNECT）反映景觀空間的連接狀況，景觀類型分布特征的改變直接影響到景觀類型連接狀況（鄔建國，2000）。1990-1997年，自然景觀連通度由70.06下降到63.67，主要是由于這一時期，潟湖濕地處在發(fā)展之初，自然景觀和人文景觀之間交錯分布，整體景觀受到一定的分割，使得同種景觀類型斑塊之間的連接程度有所下降；自1997-2014?年，濕地的連通度逐年增加，說明濕地內(nèi)同種景觀類型在空間分布上有所聚集，斑塊之間的連接程度有緩慢增加的趨勢(圖4)。

2.2.3 景觀破碎度分析?自然景觀破碎度反映了自然景觀被分割的破碎程度。1990-2014年，斑塊密度（PD?）由58.07下降到43.82，散布與并列指數(shù)（IJI）由75.58下降到70.8，均呈下降之勢，說明同種景觀類型之間散布與并列程度在逐漸降低，濕地景觀斑塊的破碎程度也在下降，雖然區(qū)域濕地景觀一直在受人類活動的干擾，各景觀類型的分布錯落有致,使同一類型景觀之間并沒有呈破碎孤立之勢(圖5)。

圖4 萬平口潟湖濕地景觀聚集度指數(shù)和連通度指數(shù)變化

圖5 萬平口潟湖濕地斑塊密度和散布與并列

3 結(jié)論與建議

1)在斑塊類型尺度上，1990-2003年，潟湖淺灘的面積僅20?hm2左右，到2014年面積達到最大值，且斑塊平均面積達到峰值。由于萬平口潟湖濕地發(fā)展轉(zhuǎn)型，養(yǎng)殖池和耕地這兩種景觀類型在2003年之后，全部消退于潟湖濕地。綠地面積在早期逐年減少，后期顯著增加，各斑塊之間在研究區(qū)域空間上越來越趨于分散式分布，斑塊形狀也轉(zhuǎn)向復雜化。建設用地的面積逐年增加，裸地面積在逐年減少，由于人類對潟湖濕地進行規(guī)劃和調(diào)整，使得建設用地和裸地在潟湖濕地空間內(nèi)由分散式向集中式轉(zhuǎn)變，平均面積有所增加，斑塊形狀趨于規(guī)則化。

2)在景觀水平上，1990-2003年，萬平口潟湖濕地處于發(fā)展之初，潟湖濕地的斑塊形狀趨于復雜，各景觀類型在空間分布上較為分散，此后，對潟湖濕地進行大規(guī)模整改，在實施發(fā)展策略的過程中，使得濕地景觀呈現(xiàn)出景觀類型單一、形狀趨于規(guī)則，空間分布較為集中的狀態(tài)。

3)從上述定量分析的結(jié)果來看，萬平口潟湖濕地近30年的演變主要受到了人為干擾的影響，在現(xiàn)狀發(fā)展的格局下，要處理好濕地保護和利用的關(guān)系，特別要把握好原潟湖濕地人工化的尺度，在建設事業(yè)的發(fā)展上要控制開發(fā)強度，禁止發(fā)展住宅類房地產(chǎn)；在綠地建設上大力保護濕地內(nèi)的原生植物，重視原有生態(tài)環(huán)境控制，借助當?shù)匚锓N對其進行綠化補植，使得整體綠化建設與原有自然環(huán)境相協(xié)調(diào)；在旅游環(huán)境建設上要做到尊重和保護濕地的生態(tài)環(huán)境，以“濕地生態(tài)”為場合，開展生態(tài)旅游項目，最重要的一點是要處理好人流和空間的關(guān)系，在旅游高峰期要限制旅游者的進入數(shù)量，萬平口潟湖濕地未來拓展變化性較大，因此需要合理調(diào)控人類活動，對萬平口潟湖濕地進行可持續(xù)的開發(fā)與保護，構(gòu)建未來良好的空間發(fā)展格局。

白軍紅，歐陽華，楊志峰，等．2 0 0 5．濕地景觀格局變化進展研究[J]．地理科學進展，24(4)：36-45

布仁倉，胡遠滿，常禹，等．2005．景觀指數(shù)之間的相關(guān)分析[J]．生態(tài)學報，25(10)：2764-2775．

陳鵬，傅世鋒，宋志曉．2012．廈門灣濱海濕地資源時空動態(tài)分析[J]．海洋通報，31(6)：47-52

傅伯杰，陳利頂，馬克明，等．2 0 0 1．景觀生態(tài)學原理及應用[M]．北京：科學出版：204-213

谷東起，趙曉濤，夏東興，等．2005．基于3S技術(shù)的朝陽港湖濕地景觀格局演變研究[J]．海洋性學報，27(2)：91-97

韓文權(quán)，常禹，胡遠滿．2 0 0 5．景觀格局優(yōu)化研究進展[J]．生態(tài)學雜志，24(12)：1487-1492

何東進．2013．景觀生態(tài)學[M]．北京：中國林業(yè)出版社：10-12

何東進．2013．景觀生態(tài)學[M]．北京：中國林業(yè)出版社：108-120

黃寧，楊綿海，林志蘭，等．2 0 1 2．廈門市海岸帶景觀格局變化及其對生態(tài)安全的影響[J]．生態(tài)學雜志，31(12)：3193-3202

劉紅玉，呂憲國，張世奎．2003．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，22(1)：60-70

孫賢斌，劉紅玉．2010．基于生態(tài)功能評價的濕地景觀格局優(yōu)化及其效應[J]．生態(tài)學報，30(5)：1157-1166

孫賢斌．2013．濕地景觀演變及其對保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)與功能的影響[M]．安徽：中國科學技術(shù)大學出版社：108-140

王毅杰，俞慎．2013．三大沿海城市群濱海濕地的陸源人類活動影響模式[J]．生態(tài)學報，33(3)：998-1010

鄔建國．2000．景觀生態(tài)學：格局、過程、尺度與等級（第2版）[M]．北京：高等教育出版社：95-153，163-165

葉功富，譚芳林，羅彩蓮，等．2 0 1 0．泉州灣河口濕地景觀格局變化研究[J]．濕地科學，8(4)：360-365

張國坤．2007．新開河流域濕地景觀格局動態(tài)變化過程研究[J]．自然資源學報，22(3)：204-210

A Study of Changes of Landscape Pattern of Wanpingkou Lagoon Wetland in Rizhao City Based on RS and GIS

DONG Jing1XIE Xiao-Ping2(School of Geography and Traveling, Qufu Normal University, Rizhao 276826)

With uses of RS images and GIS technologies, wanpingkou lagoon wetland in Rizhao was taken for a case study to investigate changes of landscape pattern of the wetland from 1990 to 2014 using landscape pattern index. Results indicated that the areas of shallow lagoon, green land and construction land increased significantly. Fishery ponds and farmland within the scope of the lagoon wetland were all converted into shallow lagoon, green land and construction land. Overall, the changes of wetlands landscape pattern index reflected that the landscape diversity tended to decrease, the landscape evenness index tended to increase, the intensity of aggregation and the connectivity tended to increase significantly. From the results of analysis of the landscape pattern, the construction of the Olympic Water Park optimized the landscape pattern of wanpingkou lagoon wetland to a certain extent, the extent of landscape fragmentation more or less decreased. In order to better develop and utilize the resources of the lagoon wetland, strategies and measures were proposed for wetland protection.

Lagoon wetland; Landscape pattern; Wanpingkou; Rizhao

10.3969/j.issn.1673-3290.2015.01.11

2014-12-10

本研究由國家自然科學基金(41072164龍門山地區(qū)涪江上游晚新生代水系演化與新構(gòu)造響應研究)資助

董晶(1990-),女，碩士研究生，主要從事自然地理環(huán)境過程與演變研究方面工作。E-mail：dong jingqingd ao@126.com

謝小平（1966-），博士，教授。E-mail：xp.xie@263.net