子牙河流域濕地動態(tài)變化特征分析*

馬冰然，馬安青**，于欣鑫，胡 娟，邢容容

(1.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100；2.河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊，河北 秦皇島 066001)

濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)過度與交錯的地帶，這種交錯使得濕地所具有的屬性不但不同于水生生態(tài)系統(tǒng)和陸生生態(tài)系統(tǒng)，而且具有如氣候調(diào)節(jié)、洪水調(diào)蓄、水土保持、污染控制、生態(tài)系統(tǒng)平衡維系、生物多樣性保護等無可替代的生態(tài)功能。不過，人們真正開始意識到濕地的價值是在20世紀70年代早期[1]?，F(xiàn)在，人類活動、全球氣候變化等現(xiàn)象嚴重影響了濕地的健康，雖然人類意識到濕地的重要性，逐漸修復(fù)、保護這一片獨特的區(qū)域，不過，這其中要做的工作還很多。

濕地遙感方面的研究主要有濕地監(jiān)測、分類與制圖、生態(tài)信息提取、景觀格局分析等方面。濕地遙感監(jiān)測主要是應(yīng)用遙感影像解譯等方法確定濕地損失[2-3]、轉(zhuǎn)化[4-5]及驅(qū)動力[6]；濕地分類制圖如全國濕地制圖[7]、蘆葦棲息地制圖[8]、濕地入侵種制圖[9-10]等；濕地生態(tài)信息提取如應(yīng)用高光譜傳感器獲取具有高光譜分辨率的地物光譜信息，以反映地物光譜的細微特征[11]，如植被的區(qū)分[12]、光譜分析(如相同植被不同覆蓋度、不同生長期的光譜特征分析等)[13]、植被光譜庫構(gòu)建[14]、生物生態(tài)參量反演(如濕地土壤鹽漬化[15]、葉綠素濃度[16]、鮮生物量[17-18])等。景觀格局分析如利用景觀格局指數(shù)研究濕地破碎化和聯(lián)通性[19-21]等。

本文研究對象為子牙河流域濕地。子牙河流域是海河流域的一部分，前人的相關(guān)研究如盧善龍等利用遙感和GIS技術(shù)，分析了海河流域濕地景觀格局變化以及氣候、人類活動等因素對濕地格局的作用，發(fā)現(xiàn)流域內(nèi)濕地面積有較為明顯的萎縮，濕地斑塊向著破碎、均勻及孤立的方向發(fā)展[22]。吳云等利用像元二分模型研究了海河流域的植被覆蓋度變化，發(fā)現(xiàn)2000—2007年，海河流域植被覆蓋度整體呈現(xiàn)出增高趨勢[23]。江波等構(gòu)建了海河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評價的指標體系，認為單位面積的海河濕地生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值為47.05×104元/ha，具有巨大的支持和保護人類社會的作用[24]。陳利頂?shù)葘：恿饔蜻M行了水生態(tài)功能一、二級分區(qū)研究，對海河流域分區(qū)分級管理提供依據(jù)[25]；黎聰?shù)冗\用景觀格局指數(shù)分析法對衡水湖保護區(qū)進行了濕地景觀格局變化分析，認為衡水湖保護區(qū)的濕地面積在逐步恢復(fù)，破碎化程度降低[26]。從以上文獻可以看出，與子牙河流域濕地相關(guān)的區(qū)域曾發(fā)生過破碎化、植被覆蓋度降低、退化等問題，也有濕地恢復(fù)的相關(guān)報道，但這些研究或者集中在海河流域的較大區(qū)域范圍內(nèi)，或者是對子牙河流域內(nèi)較小范圍的濕地保護區(qū)進行研究和分析，針對子牙河流域濕地的研究尚少。子牙河流域濕地具有較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，對人類具有巨大的支持作用[26]。本研究從子牙河流域尺度開展，運用遙感和GIS技術(shù)，通過目視解譯、改進的歸一化差異水體指數(shù)(MNDWI)、歸一化植被指數(shù)(NDVI)獲得濕地、水域和濕地植被面積，結(jié)合景觀格局指數(shù)，分析子牙河流域濕地的動態(tài)變化特征，初步分析目前子牙河流域濕地所存在的問題并提出恢復(fù)管理建議，希望對子牙河流域的生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境管理提供一定參考，也為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于113.52°E～117.69°E，36.25°N～39.06°N，由于突出研究重點和便于研究等因素，本文的研究區(qū)域與一般所劃定的子牙河流域有所不同。研究區(qū)大部分位于河北省境內(nèi)，小部分位于天津市內(nèi)。最北端為大清河、子牙河和獨流減河的交匯處，東至渤海灣，西部則以山西省和河北省的邊界為界線，南部以漳河為界限，將團泊洼、北大港水庫、南大港濕地、衡水湖國家自然保護區(qū)等納入作為研究對象。圖1為研究區(qū)域示意圖，其中紫色部分為本文研究區(qū)域，藍色框線部分為一般認定的子牙河流域[27]。研究區(qū)域面積為39 853.29 km2(2014年)。子牙河流域為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬夏長，春秋短，平均溫度在11.8℃、12.9℃；全流域多年平均年降雨量約為540 mm，但地區(qū)分布差別較大，降雨量年內(nèi)分配不均；流域在山西省境內(nèi)全部為山地，河北省境內(nèi)西部為山地，東部為平原，滹沱河和滏陽河兩大支流河系構(gòu)成子牙河流域，兩河系在獻縣匯合后通過子牙新河注入渤海[27]。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Study area

2 實驗數(shù)據(jù)和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究共收集2000，2004，2009和2014年4期Landsat TM/ETM+/OLI遙感影像，拼合研究區(qū)域共需要6景遙感影像數(shù)據(jù)，影像軌道號分別為122033、123033、123034、124033、124034、124035，4期共24景。集中收集8、9月份的遙感數(shù)據(jù)，此時植被生物量高且長勢好，也便于對比不同年份植被生長狀況，并盡量選擇研究區(qū)域無云或少云的影像。由于需要的數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，因此在某個時間點上會出現(xiàn)不存在合適數(shù)據(jù)的情況，這時只好以其相鄰一年的數(shù)據(jù)作為代替。非遙感數(shù)據(jù)包括河北省行政區(qū)域圖、2007年1∶1 000 000中國植被類型圖，子牙河水系圖、研究區(qū)域DEM、以及2014年7和10月野外調(diào)查數(shù)據(jù)等。遙感影像在ENVI4.7和ENVI5.0中進行去條帶、幾何校正、輻射定標、FLAASH大氣校正、裁剪與拼接。拼接后得到的結(jié)果轉(zhuǎn)存為tiff文件，以便在ArcGIS10.1中進行目視解譯。

2.2 濕地范圍確定

本研究主要采用人機結(jié)合的方式確定濕地范圍，即用MNDWI確定水域的分布后，再以水域的分布來確定濕地的分布。

2.2.1 水域提取 水是濕地的重要特征之一。了解水域的分布情況，有助于在影像中確定濕地的分布。MNDWI即改進的歸一化差異水體指數(shù)，它可以揭示出水的細微特征，并能夠較為容易的將陰影和水體區(qū)分開來[28]。

MNDWI的公式為：

(1)

式中：GREEN表示綠光波段(對于TM/ETM+數(shù)據(jù)GREEN為第2波段，OLI數(shù)據(jù)為第3波段)；MIR表示中紅外波段(對于TM+/ETM+數(shù)據(jù)，MIR為第5波段，對于OLI數(shù)據(jù)為第6波段)。

利用ENVI5.0軟件自帶的波段運算功能，提取出研究區(qū)域的水體分布情況，然后在整個研究區(qū)中隨機取樣，確定區(qū)分水域和非水域的閾值(認為0為閾值)，用分類樹法(Decision Tree)分成水域和非水域兩類作為提取濕地信息的參考數(shù)據(jù)。

2.2.2 濕地分類系統(tǒng)確定 濕地的分類是進行濕地資源調(diào)查、規(guī)劃、管理、評價、保護等研究的重要基礎(chǔ)工作。本文主要以《濕地公約》、《全國濕地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中的分類以及相關(guān)濕地景觀格局變化研究[22,24-25,29-30]為參考，建立起子牙河流域的濕地分類系統(tǒng)。 本研究的濕地分類系統(tǒng)分為兩級，第一級分為自然濕地、人工濕地和非濕地；第二級再將自然濕地分為沼澤濕地、河流濕地、湖泊濕地、灘涂，人工濕地分為水庫、水塘、水渠、水田、鹽田、養(yǎng)殖水面，解譯標志如圖2所示。按照4,3,2(OLI影像為5,4,3)標準假彩色合成，根據(jù)顏色、形狀和紋理在ArcGIS10.1中目視解譯出地物類別。解譯過程中使用Google Earth作為輔助工具，Google Earth含有高分辨率數(shù)據(jù)，對于在ArcMap中較難判斷的地物，可以根據(jù)周邊地物的分布在Google Earth中定位，再利用Google Earth中的高分辨率影像確定地物類型。解譯時按照年份建立shp文件，選擇polygon和與遙感數(shù)據(jù)相同的坐標系，建立class字段作為分類的屬性字段，遍歷整個研究區(qū)域勾畫濕地范圍，并在class屬性中賦值，并以www.globallandcover.com網(wǎng)站土地利用分類為參考。首先解譯2009年的影像，解譯完成后，以此為基準，找到其他年份中與2009年相比有變化的地物進行修改，沒有變化的則不做修改，以提高解譯效率。解譯完成后需要進行濕地面積計算、拓撲檢查，多人交換檢查并對照谷歌地球提供的高分辨率影像進一步查找錯誤[38]。最終解譯的結(jié)果如圖3所示。

2.3 植被面積提取

植被也是濕地最重要的特征之一，濕地的重要功能離不開濕地植被。較為重要的濕地植物是維管束植物，它們直接與濕地水文過程發(fā)生作用[31]。濕地植物有助于防止環(huán)境污染和富營養(yǎng)化的發(fā)生、改善局部小氣候、緩解全球氣候變暖等作用，人類還可以從濕地中獲取植被產(chǎn)品。因此，本文研究濕地植被的面積與生長狀況，是了解濕地變化的一個切入點。

濕地植被面積的提取主要是利用歸一化植被指數(shù)(NDVI)來提取。它可用來表征植被生長情況的差異[34]，越是茂盛、長勢好的植被，其NDVI值就越大[32]。其公式為：

(2)

式中：NIR代表近紅外波段(TM/ETM+數(shù)據(jù)中，近紅外波段是第4波段，OLI中則為第5波段)；RED代表紅光波段(TM/ETM+中是第3波段，OLI中為第4波段)。

NDVI的取值范圍是-1～1。從理論上來講，NDVI值以0為裸地，小于0 為雪、水等地物，大于0表示開始有植被出現(xiàn)[33]。但其他一些因素會影響到NDVI，有植被覆蓋時往往是從大于0的某個閾值開始。利用ENVI自帶的Decision Tree分類功能，將NDVI進行分級，將小于0的數(shù)據(jù)分為1級，然后從0開始，以0.1為間隔將提取的NDVI進行分級。本文暫不統(tǒng)計水田、水渠類型的濕地。用解譯好的濕地矢量文件剪切NDVI的分級文件，即可得到濕地植被在濕地內(nèi)的分布圖。通過查閱相關(guān)文獻[34]，并結(jié)合在影像上所反映的實際情況，認為在本研究區(qū)域內(nèi)，NDVI大于0.3時適合統(tǒng)計植被面積，大于0.6時植被生長茂盛[24,35]，長勢好。

2.4 景觀格局指數(shù)計算

景觀格局指數(shù)是分析景觀格局較為常用的一種方法。使用景觀格局指數(shù)，可以將復(fù)雜的景觀格局與過程加以量化[36]，凝縮景觀格局所反饋的信息，反映其結(jié)構(gòu)和配置[37]。本研究選擇應(yīng)用Fragstats4.2柵格版，在景觀水平上計算景觀格局指數(shù)，包括斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、周長-面積分維數(shù)(PAFRAC)、聚集度指數(shù)(AI)、Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)、Shannon均勻度指數(shù)(SHEI)等，希望從一定程度上揭示子牙河流域濕地的景觀格局變化，指標具體說明見參考文獻[30, 37]，因篇幅所限，文中不再贅述。

圖2 解譯標志確定Fig.2 Signs of interpretation

3 結(jié)果與討論

3.1 濕地面積變化情況

子牙河流域2014年濕地解譯結(jié)果如圖3所示。由于研究區(qū)域面積較大，濕地變化在圖中顯示不明顯，2000、2005、2009和2014年研究區(qū)重要濕地的變化情況見相關(guān)參考文獻[38]。從濕地總面積來看，2000、2004、2009和2014年濕地總面積分別為1 861.99、1 890.42、1 823.19和1 885.43 km2。分別占研究區(qū)域總面積的4.68%、4.76%、4.59%、4.73%(2000—2014年研究區(qū)域面積分別為39 709.35、39 721.90、39 752.95和39 853.29 km2)，研究區(qū)域內(nèi)濕地面積呈波動狀態(tài)變化，整體為上升趨勢。其中，自然濕地面積分別為1 018.67、984.92、963.77和996.23 km2。人工濕地分別為843.33、905.50、859.42和889.21 km2。自然濕地面積呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，但2014年自然濕地面積仍未超過2000年的自然濕地面積；人工濕地面積總體變化為增加趨勢，年際變化有波動。從一定程度上說，人們意識到了保護濕地環(huán)境的重要性，逐漸降低對自然濕地的開發(fā)速度，并使得自然濕地有所退還。

圖3 2014年研究區(qū)域濕地解譯結(jié)果Fig.3 The interpretation results of wetlands of the study area in 2014

自然濕地方面，河流濕地在整個研究區(qū)域內(nèi)均有分布，是面積最大的類型，其面積占研究區(qū)域總濕地面積的40.56%、39.61%、40.30%和39.44%。2000—2009年，河流濕地面積從755.23 km2減少到734.76 km2，減少面積增多，減少幅度變大。湖泊濕地面積從2000—2009年面積逐漸減少，共減少15.14 km2，其中2000—2004年減少幅度較大。到2014年，湖泊面積增加了5.00 km2,有所上升。沼澤濕地在研究區(qū)域內(nèi)都有分布，主要分布在水庫附近和湖泊處。沼澤濕地的面積變化較大，2000—2004年，沼澤濕地面積減少了27.64 km2。隨后略有增加，而到2014年，沼澤濕地繼續(xù)減少到171.49 km2。沼澤濕地面積的變化與其和水庫、湖泊濕地面積的交換以及人類的開發(fā)利用有關(guān)。灘涂濕地一般分布在沿海。灘涂面積占總濕地面積的百分比并不高，但變化劇烈。2000—2004年，灘涂面積從11.74 km2增加到22.59 km2，增加了92.35%。2009年，灘涂面積又減少到17.33 km2，減少了23.28%。而到了2014年，灘涂面積迅速增加至50.17 km2,增加了189.50%。灘涂濕地的變化幅度劇烈與建設(shè)用地、鹽田、養(yǎng)殖場等向海洋擴張的關(guān)系密切。從2000—2014年研究區(qū)域內(nèi)海岸線一直向海洋方向移動，新建的陸地、鹽田、養(yǎng)殖場向海洋方向擴張明顯，而此處灘涂也隨之變化，尤其到了2014年，灘涂的面積增加了近2倍，但這消耗了一定的海洋空間資源?？偟膩碚f，自然濕地中，除了灘涂濕地的變化較為劇烈外，其他自然濕地面積總體上是減少的。其中河流濕地和湖泊濕地到2014年都略有增加，但其增加的面積均未超過2000年所保有的面積。沼澤濕地面積總體仍呈現(xiàn)減少趨勢。

表1 研究區(qū)域濕地二級分類面積統(tǒng)計Table 1 Statistics of wetland areas on the second classification /km2

人工濕地方面，2000—2014年，水塘在整個研究區(qū)域內(nèi)都有分布，它占研究區(qū)域的總面積較小，到2004年略有下降，其他年份均維持在24 km2左右。水庫占研究區(qū)域的面積較大，在整個研究區(qū)域內(nèi)都有分布，西部的水庫數(shù)量多于東部。2000—2004年，水庫面積從387.67 km2增加到416.15 km2。而到2009年又減少到364.87 km2。可見2004年降水量較大，使得水庫面積有所增加。到2014年，水庫面積又有所增加。研究區(qū)域內(nèi)東部平原團泊洼、北大港水庫和南大港水庫四周都修建有水壩呈現(xiàn)規(guī)則形狀，而西部和中部水庫只有部分邊界修建水壩，其他邊界保持自然狀態(tài)。這些水庫的水面面積會隨著降水量的變化等原因而發(fā)生變化，并與周圍的地物相互轉(zhuǎn)化。水渠統(tǒng)計的是在遙感影像上較易分辨的水渠面積，主要集中分布在東部。面積在2000—2009年基本保持平穩(wěn)，而到2014年，水渠面積從68.17 km2增加到96.70 km2，主要原因是本文將南水北調(diào)工程的引水渠道歸入到水渠類型中。水田在研究區(qū)域內(nèi)都有分布，東部地區(qū)分布較為集中，尤其是河流、村落附近，面積也較大。相對較小面積的水田也零星分布于村落周圍。研究區(qū)域內(nèi)水田面積呈現(xiàn)出先增加再減少再增加的趨勢，但變化面積不大。鹽田、養(yǎng)殖水面則分布于沿海地區(qū)。鹽田面積從2000年的51.32 km2迅速增加到2004年的74.73 km2，增加了45.62%。2004—2009年，鹽田面積繼續(xù)增加，增加面積為14.00 km2，到2014年鹽田面積有所減少。養(yǎng)殖水面面積呈現(xiàn)出先減少再增加的趨勢，但變化幅度不大。

總體來看，人類活動是導(dǎo)致人工濕地面積增加以及自然濕地面積減少的重要原因，自然濕地在向人工濕地轉(zhuǎn)變，是經(jīng)濟發(fā)展、社會需求的體現(xiàn)，主要表現(xiàn)在沿海的灘涂濕地向鹽田、養(yǎng)殖水面等人工濕地的劇烈轉(zhuǎn)化。隨著時間的變化，灘涂濕地的利用與開發(fā)使得濱海濕地生物失去了原有的棲息地，破壞了其生存的環(huán)境，破壞了濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)。此外，2000—2014年，研究區(qū)域內(nèi)海岸線一直向海洋方向移動，新建鹽田、養(yǎng)殖場向海洋方向擴張明顯。而灘涂濕地也隨之發(fā)生劇烈變化，這消耗了一定的近?？臻g資源，進一步影響了近海的生態(tài)系統(tǒng)。此外，2000—2005年發(fā)現(xiàn)位于研究區(qū)東部的北大港自然濕地保護區(qū)和南大港自然濕地保護區(qū)之間的一部分沼澤濕地轉(zhuǎn)化為鹽田。這一變化的部分不在保護區(qū)內(nèi)，因而失去了自然屬性，轉(zhuǎn)換為鹽田這一人工濕地類型使其自然的濕地生態(tài)系統(tǒng)功能喪失，割裂了南大港濕地與北大港濕地之間的自然聯(lián)系，不利于濕地生物的運動與遷徙。而對于中部地區(qū)，由于氣候的原因，降水量相對較少，又缺少如高山融雪等濕地所需水量的其他來源，導(dǎo)致中部地區(qū)河流、水塘逐漸干涸，部分濕地變得更加適合于耕種，有向著耕地轉(zhuǎn)化的趨勢。人工濕地增加的另一個原因與南水北調(diào)工程有關(guān)(在本研究中將南水北調(diào)工程的渠道歸為“水渠”一類)。南水北調(diào)工程將長江、黃河、淮河和海河四大江河進行聯(lián)系，有利于實現(xiàn)中國水資源的南北調(diào)配的合理配置格局。這一工程的實施有助于子牙河流域濕地特別是自然濕地的保護與恢復(fù)。

3.2 濕地水域變化情況

水是濕地最重要的特征之一，它對濕地生態(tài)系統(tǒng)的維持具有十分重要的作用。本文也是以水域的分布來確定濕地的范圍。濕地的水文過程包括各種化學(xué)物質(zhì)的輸入和輸出，物質(zhì)的輸入輸出會改變理化環(huán)境，進而對濕地生物的類型和分布產(chǎn)生影響[5]。另外，濕地也作為水源地滿足人類生活、生產(chǎn)的用水需求。

2000、2004、2009和2014年提取的水面面積分別為463.14、629.74、562.69和796.69 km2。從統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，整個研究區(qū)域內(nèi)濕地水量從2000—2014年是呈波動變化的，但整體水量是呈現(xiàn)增加趨勢的。這與不同年份降雨量、鹽田和養(yǎng)殖水面向海洋擴張以及人工管理有關(guān)。水體的分布主要是集中在研究區(qū)域的西部和東部，而中部相對缺水。

3.3 濕地植被變化情況

3.3.1 濕地植被面積動態(tài)變化 研究區(qū)域2000、2004、2009和2014年濕地植被面積分別為1 025.22、936.55、1 058.76和764.34 km2。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以看出，2000—2014年濕地植被面積變化的總趨勢是減少的，但年際變化來看是有波動的。通過提取出的水體面積和遙感影像分析來看，植被面積和水域面積呈現(xiàn)出此消彼長的關(guān)系，這與不同時段的水深變化有關(guān)，水面變大，水深度也增加，挺水植物的生長會受到抑制[39]。通過對各期遙感影像的分析也可發(fā)現(xiàn)植被和水面的更替，以水庫水面的變化尤為明顯，這與降水量大、水庫水量增多、深度加深有關(guān)，也和人類引水入庫、水庫環(huán)境治理有關(guān)。所以既要考慮不同NDVI值下的植被面積，也要對比不同NDVI值域下植被面積占植被總面積的百分比。

3.3.2 年際間植被茂盛程度對比分析 表2是按照NDVI數(shù)值，以0.1為間隔不同長勢的植被面積。隨著NDVI值的逐漸增大，植被面積都呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在NDVI值為0.6～0.7時的植被面積最大(2000年為0.7～0.8處)。

表2 2000-2014年NDVI值及對應(yīng)植被面積Table 2 NDVI value and the correspond areas of plants in 2000—2014 /km2

前文已經(jīng)指出，植被茂盛程度隨著NDVI值的增大而增大。為了便于討論，將大于0.6的植被茂盛程度定為I級，0.5～0.6定為II級，0.4～0.5定為III級，0.3～0.4定為IV級，從I級到IV級植被長勢越來越差(見圖4)。

圖4 不同NDVI值域下植被面積占總面積的百分比變化Fig.4 Change of the percentage of vegetation area under different NDVI range of the total area

從圖4可以看出，I級植被百分比分別為2009年(55.22%)>2000年(51.97%)>2014年(46.86%)>2004年(32.26%)?？傮w來說，2009年長勢較好的植被所占有面積為4年中最大，分布也較廣；其次為2000，2004年長勢相對較差的植被占有總面積的百分比最高，植被總體長勢最差；而距離現(xiàn)在最近的2014年位居第三位，可見植被長勢有所下降。II級植被面積占總面積百分比以2004年最高，其次為2009，2014和2000年，但后三者較為接近。III級、IV級植被面積占總面積百分比均以2004年為最高，其次為2014，2000和2009年?？傊?，2009年植被長勢最好，2014年植被長勢有所下降，還需要繼續(xù)加強濕地植被的保護與恢復(fù)。

3.4 景觀格局變化分析

表3 景觀水平景觀格局指數(shù)計算結(jié)果Table 3 The results of Landscape indies on landscape level

因為研究區(qū)域沿海一側(cè)是隨著時間變化不斷向海洋擴展，研究區(qū)域總面積逐漸增加，因此利用斑塊密度PD來研究斑塊的破碎化。由表3可以看出，PD逐年增加，整個研究區(qū)域的濕地越來越破碎化，且從2004—2009年增長較大；最大斑塊指數(shù)LPI在8.16～8.46之間，最大的斑塊一般是河流或水庫。LPI呈波動變化但變化不大；分維數(shù)PAFRAC基本處于1.46左右，年際有波動但變化不大，數(shù)值1.46基本位于1和2的中間，說明研究區(qū)域內(nèi)接近自然構(gòu)成的斑塊和人為干擾斑塊的面積比例差不多。結(jié)合圖4，一般以西部相對趨向于自然構(gòu)成，東部人為干擾較重；景觀多樣性指數(shù)SHDI隨時間上升，說明斑塊的異質(zhì)性有所提高，且從2009—2014年提高幅度較大，說明這一段時期的開發(fā)強度較大，斑塊受到的擾動相對較大；斑塊均勻度SHEI提高，說明研究區(qū)域內(nèi)優(yōu)勢景觀數(shù)量減小，主要類型的濕地景觀變得越來越不明顯；斑塊聚集度整體呈下降，說明景觀的連接度有所減弱，人類活動的干擾逐漸變強。

4 子牙河流域濕地保護與恢復(fù)建議

(1)恢復(fù)自然濕地面積。本文研究發(fā)現(xiàn)，濕地整體面積呈現(xiàn)增加趨勢，而增加的主要是人工濕地。自然濕地面積恢復(fù)的方法包括自然恢復(fù)和人工恢復(fù)兩種。對于受損相對不嚴重的濕地，將外界壓力和干擾去除后，使?jié)竦卦谧匀贿^程中進行恢復(fù)，通過自然演替形成較為理想的自然濕地生態(tài)系統(tǒng)。而人工恢復(fù)是針對受損較為嚴重的濕地系統(tǒng)，通過微生物修復(fù)、植物恢復(fù)等技術(shù)，將受損濕地塑造成半自然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，進一步通過自然演替形成自然的濕地生態(tài)系統(tǒng)[40]。

(2)補充濕地水量。本文統(tǒng)計得到“河流濕地”的面積最大，但真正有水特征的河流濕地面積主要集中在東部和西部地區(qū)，而中部則呈現(xiàn)干涸的河床。需要了解不同區(qū)域濕地缺水的原因制定適宜的方法進行水量補充。通過測算子牙河流域濕地生態(tài)需水量，確定濕地生態(tài)補水目標；通過分析降水量來保證濕地的天然來水量，并確定補水水量和補水情景，結(jié)合子牙河流域的水資源特征，確定補水水源、補水路線和補水時間[41]。

(3)構(gòu)建子牙河流域濕地生態(tài)安全格局。生態(tài)安全格局是以維持區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向的景觀優(yōu)化配置模式，它針對區(qū)域生態(tài)環(huán)境主要問題，通過區(qū)域尺度上斑塊、廊道、網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵景觀要素的優(yōu)化配置，減緩或消除人類活動帶來的負面效應(yīng)，維持區(qū)域景觀過程的連續(xù)性和完整性，保護不同發(fā)展水平下區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展能力[42]。針對大斑塊濕地面積減少、濕地破碎化程度增強的問題，可通過對子牙河流域濕地保護物種分析、針對其在濕地中的潛在分布情況、遷徙路線等內(nèi)容，構(gòu)建子牙河流域的濕地的生態(tài)安全格局，增加子牙河流域濕地中大斑塊面積，構(gòu)建生態(tài)廊道增強濕地間的聯(lián)通性，控制城市、工礦等建設(shè)用地的無序蔓延，保護濕地中的重要保護物種、重要保護物種的生存環(huán)境以及與保護物種相關(guān)的其他物種。

(4)進一步加強管理，促進公眾參與。完善濕地管理制度，促進子牙河流域濕地的管理向著統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的方向發(fā)展。加強公眾參與，首先需要從教育入手，讓更多的人了解子牙河流域濕地的相關(guān)知識，可通過播放紀錄片、電影等形式。其次，利用計算機網(wǎng)絡(luò)平臺，構(gòu)建子牙河流域濕地信息系統(tǒng)，定期公開相關(guān)的濕地信息，為公眾監(jiān)督提供基礎(chǔ)。此外，還可以通過問卷調(diào)查、電話采訪、聽證會、新聞發(fā)布會等方式為公眾參與提供渠道，并對公眾反映的問題及時予以解決與回復(fù)[43]。

5 結(jié)論

本研究以子牙河流域濕地為研究對象，通過對2000、2004、2009和2014年夏季子牙河流域遙感影像進行處理后，利用目視解譯、改進的歸一化水體指數(shù)、歸一化植被指數(shù)、景觀格局指數(shù)等方法對子牙河流域濕地面積、水域、植被和景觀格局變化等方面進行了探討，為子牙河流域濕地的后續(xù)工作提供了基礎(chǔ)性的研究。本研究得到了如下結(jié)論：

(1)子牙河濕地面積總體呈增加趨勢，但是增加的主要是人工濕地，自然濕地面積還需要繼續(xù)恢復(fù)。

(2)自然濕地的減少和人工濕地的增加主要與人類活動有關(guān)，尤其以東部沿海地區(qū)的轉(zhuǎn)化最為劇烈。灘涂濕地向鹽田和養(yǎng)殖水面轉(zhuǎn)化，破壞了原有的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)和近海生態(tài)環(huán)境。

(3)濕地水域主要分布在研究區(qū)域的東部和西部，中部較為缺水，濕地有向著耕地轉(zhuǎn)化的趨勢。

(4)濕地植被面積以2009年面積最大，生長狀況最好，而到2014年面積、長勢有所下降，還需要加強對植被的恢復(fù)和監(jiān)測。

(5)2000—2014年，研究區(qū)域濕地景觀越來越破碎化，各類型景觀分布越來越均勻，子牙河流域濕地所受到人類的干擾越來越大。