扎龍濕地土地利用/覆蓋類型時(shí)空演變及其氣候響應(yīng)

于成龍 ，劉丹 *

1. 中國氣象局東北地區(qū)生態(tài)氣象創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150030；2. 黑龍江省氣象院士工作站，黑龍江 哈爾濱 150030；3. 黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150030

土地利用/覆蓋格局反映了土地利用/覆蓋空間分布規(guī)律及各類型之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，其變化改變著生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品與服務(wù)的提供能力（肖篤寧等，2006；傅伯杰等，2014）。濕地是地球上單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高的生態(tài)系統(tǒng)類型，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分，在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、降解環(huán)境污染、維持區(qū)域生態(tài)平衡等方面具有其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的作用。濕地也是對(duì)氣候變化非常敏感的生態(tài)系統(tǒng)（Todd et al.，2010），以氣候變暖、極端天氣事件出現(xiàn)頻率增加為標(biāo)志的全球氣候變化，正在對(duì)濕地固有的自然過程產(chǎn)生影響（Midgley，2012；孟煥等，2016）。扎龍濕地位于黑龍江省西部烏裕爾河下游地區(qū)，是亞洲第一、世界第四大濕地和世界最大的蘆葦（Phragmites Adans.）濕地，是處在全球氣候變化敏感區(qū)域的濕地生態(tài)系統(tǒng)的典型代表（佟守正等，2008），因此監(jiān)測氣候變化背景下扎龍濕地土地利用/覆蓋時(shí)空演變規(guī)律，評(píng)價(jià)其變化的氣候驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，對(duì)于區(qū)域濕地資源的管理與保護(hù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

目前基于土地利用/覆蓋分類的景觀格局動(dòng)態(tài)演變特征分析已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域研究中普遍采用的方法，如Bishop-Taylor et al.（2017）基于長時(shí)間序列的Landsat數(shù)據(jù)模擬了澳大利亞1.0×106km2的Murray Darling流域動(dòng)態(tài)地表水棲息地之間的景觀連接；Valerio et al.（2017）基于景觀格局指數(shù)研究了歐洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家1820年、1954年和2005年土地利用/覆蓋景觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變模式；張?jiān)碌龋?017）基于景觀格局指數(shù)和生態(tài)干擾度指數(shù)，分析了艾比湖濕地生態(tài)干擾度的時(shí)空動(dòng)態(tài)及景觀響應(yīng)機(jī)制。在土地利用/覆蓋變化驅(qū)動(dòng)力研究方面，國內(nèi)外學(xué)者綜合自然和人為因素，通過趨勢分析（于皓等，2017；Wang et al.，2017）、相關(guān)分析（álvarez-Martínez et al.，2014；李建國等，2018）、模型分析（劉菁華等，2017；李進(jìn)濤等，2018）等方法探尋導(dǎo)致土地利用/覆蓋變化的主導(dǎo)因素，取得了豐富成果。

針對(duì)扎龍濕地土地利用/覆蓋景觀演變及其驅(qū)動(dòng)力的研究較常用的數(shù)據(jù)是Landsat數(shù)據(jù)（張策等，2011；沃曉棠等，2014），方法主要以斑塊數(shù)量、斑塊面積、景觀類型等要素為基礎(chǔ)，建立不同側(cè)重點(diǎn)的相關(guān)指數(shù)或基于“控制-干擾-響應(yīng)”機(jī)制，從景觀多樣性和景觀穩(wěn)定性角度分析扎龍濕地不同時(shí)期的景觀空間結(jié)構(gòu)變化特征和驅(qū)動(dòng)機(jī)制（張玉紅等，2015；張洪云，2016）。盡管扎龍濕地變化的驅(qū)動(dòng)力研究積累了一定的基礎(chǔ)，但在驅(qū)動(dòng)因素分析上往往忽略了驅(qū)動(dòng)因子年際變化而產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。鑒于此，本研究基于 2000年以來逐年扎龍濕地土地利用/覆蓋分類數(shù)據(jù)，分別從斑塊水平、類別水平和景觀水平分析扎龍濕地年際尺度上的土地景觀格局演變特征，并探尋氣候因子年際變化對(duì)土地利用/覆蓋類型景觀格局的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，以期為濕地生態(tài)氣象綜合監(jiān)測評(píng)估提供基礎(chǔ)及方法支撐，也為濕地資源管理與保護(hù)以及全球變化背景下區(qū)域濕地科學(xué)研究提供參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

扎龍濕地位于黑龍江省西部烏裕爾河下游地區(qū) ， 地 理 坐 標(biāo) 為 東 經(jīng) 123°47′～124°37′， 北 緯46°52′～47°32′，屬濕地生態(tài)系統(tǒng)類型的自然保護(hù)區(qū)，總面積約 2250 km2，是中國首個(gè)國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，被列入中國首批“世界重要濕地名錄”。根據(jù)黑龍江省扎龍國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局（http：//www.chinazhalong.gov.cn/）提供的“扎龍國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃圖”、將扎龍自然保護(hù)區(qū)劃分為核心區(qū)（739 km2）、緩沖區(qū)（699 km2）和試驗(yàn)區(qū)（812 km2）（如圖1）。扎龍濕地屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，根據(jù)黑龍江省氣象局提供的1980—2010年扎龍濕地及周邊約100 km緩沖區(qū)內(nèi)的氣象觀測站逐日平均數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，扎龍濕地年平均氣溫4.34 ℃，最冷月是 1月，極端日最低氣溫為-23.64 ℃，最熱月是 7月，極端日最高氣溫為28.26 ℃；年平均降水量429.00 mm，平均日照時(shí)數(shù)7.41 h·d-1。扎龍濕地內(nèi)具有高等植物468種，隸屬于67科，草本植物占絕大多數(shù)，本區(qū)無特有種。

1.2 研究資料

1.2.1 遙感數(shù)據(jù)

本研究用于土地利用/覆蓋分類的數(shù)據(jù)以Landsat數(shù)據(jù)為主，以環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為補(bǔ)充。Landsat數(shù)據(jù)為從美國地質(zhì)調(diào)查局官網(wǎng)（http：//glovis.usgs.gov/）下載的扎龍濕地所在軌道號(hào)（120）和行號(hào)（27）的少云污染數(shù)據(jù)；環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星資料來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心（網(wǎng)址為：http：//www.cresda.com/n16/index.html ） 下 載 的HJ-1A/1B星數(shù)據(jù)。其中2000—2011年所用數(shù)據(jù)為Landsat5/TM數(shù)據(jù)，2012年為HJ1B/CCD1數(shù)據(jù)，2013—2017年為Landsat8/OLI_TIRS數(shù)據(jù)，均選用30 m空間分辨率波段參與分類。

本研究還采用MODIS/MOD13A2數(shù)據(jù)產(chǎn)品參與分類，該數(shù)據(jù)為美國NASA LPDAAC（The Land Processes Distributed Active Archive Center）EOS數(shù)據(jù)中心提供的250 m Terra/MODIS 16 d合成植被指數(shù)集數(shù)據(jù)，扎龍濕地落在軌道號(hào)為h26v04的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，選用其中的 NDVI產(chǎn)品，并利用MART軟件把Sinusoidal投影轉(zhuǎn)換為WGS-1984投影，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，重采樣后的空間分辨率為30 m。

1.2.2 地理信息數(shù)據(jù)

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

數(shù)字高程模型（DEM）為SRTM地形產(chǎn)品V4.1版本數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站（http：//www.gscloud.cn），空間分辨率為90 m；研究所需省級(jí)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來自于中國氣象局下發(fā)的1∶25萬基礎(chǔ)地理信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拓補(bǔ)檢查，去除省界和縣界的間隙；地面觀測站位置數(shù)據(jù)為中國氣象局下發(fā)的矢量數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)的地理投影均轉(zhuǎn)換為WGS-1984。

1.2.3 氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)來源于黑龍江省氣象局提供的 2001—2017年逐日整編數(shù)據(jù)，空間范圍為烏裕爾河流域12個(gè)氣象臺(tái)站逐日資料，包括逐日的平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、10 m平均風(fēng)速、平均相對(duì)濕度、平均大氣壓等基本氣象要素，站點(diǎn)的地理位置如圖1所示，采用Newton法對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用/覆蓋分類

在分析每種遙感影像數(shù)據(jù)波段特征的基礎(chǔ)上，采用Chavez et al.（1982）提出的最佳指數(shù)因子法（Optmum Index Factor，簡稱OIF），通過OIF值來判斷最佳波段組合，其中 Landsat數(shù)據(jù)的最佳波段組合為Green波段、NIR波段和SIR波段，HJ-1A/B的CCD相機(jī)數(shù)據(jù)的最佳波段組合為Green波段、Red波段和NIR波段。

因藍(lán)光波段對(duì)水體較為敏感，近紅外波段和中紅外波段對(duì)建筑用地和裸地較為敏感，本研究引入NDISI（Normalized Difference Impervious Surface Index）增強(qiáng)影像中的建筑用地和裸地的信息，NDWI（Normalized Difference Water Index）增強(qiáng)影像中水的信息，并把這兩個(gè)指數(shù)組合形成 WLI（Water Land Index），從而進(jìn)一步增強(qiáng)水、建筑用地和裸地的差異。NDISI（徐涵秋，2011）和 NDWI（任巖等，2016）的公式如下：

式中，GREEN、NRI、MIR和TIR分別表示綠光、近紅外、中紅外和熱紅外波段。

把篩選出的波段、WLI和 NDVI疊加，結(jié)合CART決策樹模型和面向?qū)ο蠓诸惙ㄟM(jìn)行分類，獲得土地利用/覆蓋信息提取結(jié)果。

以 0.02°為距離間隔在研究區(qū)內(nèi)每幅影像上提取662個(gè)精度驗(yàn)證點(diǎn)，先通過目視解譯確定每個(gè)點(diǎn)的土地利用/覆蓋類型，再對(duì)每個(gè)分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果如表1所示，分析可知，總體分類精度在90%～92%之間，Kappa系數(shù)在0.89～0.91之間。

表1 2000—2017年扎龍濕地遙感分類精度Table 1 The classification accuracy of remote sensing in Zhalong Wetland from 2000 to 2017

1.3.2 面積距平百分率

本研究采用面積距平百分率（Pa）表述每個(gè)土地利用/覆蓋類型面積的年際變化程度，具體公式如下：

式中，aij為第i年第j種土地利用/覆蓋類型的面積（i=1, 2, 3,……, 18）；aj為第j種土地利用/覆蓋類型n年面積的平均值（n=18）。

1.3.3 土地利用/覆蓋類型地理中心變化

借助ARCGIS 10.0計(jì)算2000—2017年每個(gè)土地利用/覆蓋類型逐年的地理分布中心，計(jì)算相鄰年份地理中心轉(zhuǎn)移的距離和方位角，再借助Origin 8.0軟件繪制每個(gè)土地利用/覆蓋類型地理中心變化的軌跡圖，分析其地理中心的移動(dòng)過程。

1.3.4 土地利用/覆蓋變化對(duì)氣候的響應(yīng)

選取氣溫、水分、光照和濕度4類氣象因子與土地利用/覆蓋景觀格局指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，探尋各土地利用/覆蓋景觀格局指數(shù)的氣候響應(yīng)機(jī)制?？紤]到扎龍濕地的濕地類型、所在區(qū)域氣候條件、植被生長特點(diǎn)等因素，本研究的溫度類因子包括：年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、最高氣溫≥30 ℃的日數(shù)、最低氣溫≤-20 ℃的日數(shù)、≥10 ℃積溫、氣溫日較差、氣溫日較差≥15 ℃的日數(shù)、初/終霜日序、無霜期。水分類因子包括：年降水量、平均積雪深度。光照類因子包括：平均日照時(shí)數(shù)。濕度類因子包括：年濕潤指數(shù)、空氣相對(duì)濕度。景觀格局指數(shù)包括形狀指數(shù)（Shape Index，SHAPE）、分形維數(shù)（Fractal Dimension Index，F(xiàn)RAC）、鄰近指數(shù)（Proximity Index，PROX）、邊緣對(duì)比度（Edge Contrast Index，ECON）、周長面積分維（Perimeter-Area Fractal Dimension，PAFRAC）和斑塊類型面積（Class Area，CA）。

1.3.5 降水相對(duì)變率

降水相對(duì)變率是降水平均偏差（實(shí)際降水量與同期多年平均降水量之差）與多年平均降水量的百分比，是衡量降水穩(wěn)定程度的指標(biāo)（孫安健，1986），公式如下：

式中，Q為降水相對(duì)變率；Pi為第i年降水量；P 為多年平均降水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用/覆蓋時(shí)間變化

2000—2017年明水體面積在76.54～113.15 km2之間變化，18年平均占濕地總面積的3.77%。其中只有2000年、2016年和2017年面積距平百分率大于0，并且2016年明水體面積比常年（2000—2017年平均值，下同）高出33.62%，是近18年來明水體面積最大的1年（圖2(a)），結(jié)合圖2(e)和圖2(f)分析，仍然是2000年、2016年和2017年有地表水覆蓋區(qū)域的面積高于常年平均值。一般而言，降水量與地表水量密切相關(guān)（李林等，2011），而這3年的扎龍濕地降水量分別為 306.50、408.88和 338.51 mm，低于常年平均值422.55 mm，可見當(dāng)年的降水量并不是影響扎龍濕地地表水覆蓋面積的控制因素。實(shí)地調(diào)查結(jié)果顯示，作為扎龍濕地的重要補(bǔ)充水源——烏裕爾河，其上游近些年來建設(shè)了大小幾十座水利設(shè)施，這些水利設(shè)施控制著扎龍濕地的年入水量，可見扎龍濕地水源補(bǔ)給量受人為因素影響大于自然因素。

扎龍濕地農(nóng)田的面積在 281.80～364.65 km2之間變化，18年平均占濕地總面積的 14.24%，2000年以來總體以 4.15 km2·a-1的速度呈極顯著上升趨勢（sig＜0.001）。分析農(nóng)田面積距平百分率的變化可知（圖2(b)），從2010年開始農(nóng)田面積大于常年，可見即使當(dāng)?shù)卣呀?jīng)對(duì)扎龍濕地實(shí)施了保護(hù)措施，仍然沒有避免濕地原有景觀遭受人類破壞。

建筑用地和裸地的面積在 352.79～533.71 km2之間變化，18年平均占濕地總面積的 16.84%，其中2000年的面積高于常年的40.98%（圖2(c)），原因與2000年濕地發(fā)生火災(zāi)（崔立東，2008）有關(guān)，忽略 2000年數(shù)據(jù)，面積距平百分率總體呈微弱的線性上升趨勢（sig＞0.05）。

2000—2017年的草甸面積在1326.70～1513.87 km2之間變化，18年平均占濕地總面積的65.15%，是扎龍濕地面積最大的土地利用/覆蓋類型，其中2000年和2016年面積低于常年，2000年面積低的原因是建筑用地和裸地侵占了部分草甸，2016年面積低的原因是部分草甸被明水體淹沒。忽略 2000年數(shù)據(jù)，其他年份的面積以7.21 km2·a-1的速度呈極顯著線性下降趨勢（sig＜0.001）。各草甸類型的變化趨勢不盡相同（圖2(e)～圖2(h)），其中無地表水覆蓋的低覆蓋草甸從 2007年起面積低于常年，其他3種類型草甸在2001—2015年面積相對(duì)平穩(wěn)，在2016年和2017年呈此消彼長現(xiàn)象。

2.2 土地利用/覆蓋空間變化

為了解扎龍濕地土地利用/覆蓋類型的一般分布情況，把 2000—2017年土地分布類型相疊加，求取每個(gè)像元分布頻數(shù)最大的土地利用/覆蓋類型，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3和表2。分析可見，無地表水的高覆蓋度草甸的面積最大（面積為604.19 km2，占扎龍濕地總面積的26.86%），其次為有地表水的高覆蓋度草甸（面積為454.58 km2，占20.21%），明水體的面積最?。娣e為68.56 km2，占3.05%）。

表2 扎龍濕地各生態(tài)功能區(qū)土地利用/覆蓋類型面積統(tǒng)計(jì)Table 2 Area statistics of land cover types of ecological function zones in Zhalong wetland

對(duì)逐個(gè)生態(tài)保護(hù)功能區(qū)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，核心區(qū)以草甸為主（面積為671.54 km2，占核心區(qū)總面積的90.84%），草甸中有地表水的高覆蓋度草甸、有地表水的低覆蓋度草甸和無地表水的高覆蓋度草甸所占比重相當(dāng)，在22.07%～39.06%之間；在緩沖區(qū)，草甸仍是主要的土地利用/覆蓋類型（總面積為486.11 km2，占緩沖區(qū)總面積的69.57%），但其面積占比小于核心區(qū)，在該功能區(qū)草甸中面積占比最大的是無地表水的高覆蓋度草甸（面積為250.94 km2，占緩沖區(qū)面積的 35.91%）；雖然試驗(yàn)區(qū)草甸的總面積仍然較大（面積為379.32 km2，占試驗(yàn)區(qū)面積的46.76%），但面積占比已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于核心區(qū)和緩沖區(qū)，而且任意一種草甸類型的面積都小于農(nóng)田（其在試驗(yàn)區(qū)的面積為264.04 km2，占試驗(yàn)區(qū)面積的32.55%）。各土地覆蓋類型的空間分布特點(diǎn)與扎龍濕地本身中間低四周高的地形特點(diǎn)有關(guān)，另外，不同功能區(qū)（核心區(qū)、緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)）管控措施的差別也影響了扎龍濕地土地利用/覆蓋類型的空間分布。

圖3 2000—2017年扎龍濕地分布頻數(shù)最大的土地利用（覆蓋）類型分布圖Fig. 3 Spatial distribution of land cover types with the largest frequency in Zhalong Wetland from 2000 to 2017

圖4 (d)所示為 2000—2017年各土地利用/覆蓋類型地理中心的分布，分析可見，絕大多數(shù)土地利用/覆蓋類型每年的地理中心均分布在核心區(qū)內(nèi)，除無地表水的低覆蓋草甸的地理中心較分散以外，其他土地利用/覆蓋類型的地理中心分布相對(duì)集中，其中明水體、農(nóng)田的地理中心主要分布在核心區(qū)的南部，其他土地利用/覆蓋類型的地理中心主要集中在核心區(qū)的中部。

分析近18年來各土地利用/覆蓋類型地理中心變化的軌跡圖（圖4(a)、圖4(c)和圖4(e)～圖4(h)）可知，水體和農(nóng)田的地理中心有明顯向東北方向轉(zhuǎn)移的趨勢，其他土地利用/覆蓋類型的地理中心雖然在部分年份有較大的波動(dòng)，但總體上未見有明顯的聚集或轉(zhuǎn)移趨勢。

統(tǒng)計(jì)2000—2017年間每個(gè)像元土地利用/覆蓋類型變化頻次（如圖 5），分析直方圖可知，18年間扎龍濕地有 85.47%區(qū)域的土地利用/覆蓋類型發(fā)生過1～16次的變化，其中變化6～9次的占扎龍濕地總面積的 56.22%；從空間分布看，土地利用/覆蓋類型沒有發(fā)生變化的區(qū)域主要分布在試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)北部，這些區(qū)域以農(nóng)田為主，原因是一旦土地被開墾成農(nóng)田，土地利用類型就很難改變；土地利用/覆蓋類型變化頻繁的區(qū)域主要分布在核心區(qū)的北部、緩沖區(qū)的中東部和試驗(yàn)區(qū)的中部，這些區(qū)域以草甸為主，其類型轉(zhuǎn)變主要與地表水覆蓋情況和植被長勢有關(guān)，因此4種草甸類型之間的相互轉(zhuǎn)變較為頻繁。

2.3 土地利用/覆蓋變化對(duì)氣候的響應(yīng)

圖4 2000—2017年扎龍濕地土地利用（覆蓋）類型地理中心及轉(zhuǎn)移軌跡Fig. 4 Geographical centers and transfer paths of land cover types in Zhalong Wetland from 2000 to 2017圖中（a）～（c）分別代表明水體、農(nóng)田、建筑用地和未利用地，（d）顯示各土地利用/覆蓋類型地理中心，（e）～（h）分別代表有地表水的高覆蓋度草甸、有地表水的低覆蓋度草甸、無地表水的高覆蓋度草甸和無地表水的低覆蓋度草甸Figure (a)～(c) represents water, farmland, building and bare lands. Figure (d) represents geographical centers of all land over types. Figure (e)～(f)represents high coverage marshland with surface water, low coverage marshland with surface water, high coverage marshland without surface water and low coverage marshland without surface water

表3 土地利用/覆蓋景觀格局指數(shù)與氣象因子相關(guān)關(guān)系Table 3 Correlation between land cover landscape indexes and meteorological factors

圖5 2000—2017年扎龍濕地土地利用（覆蓋）類型頻數(shù)變化Fig. 5 Frequency variation of land cover types in Zhalong Wetland from 2000 to 2017

分析明水體和4種草甸景觀格局指數(shù)的年際變化與氣象因子年際變化之間的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明（表3），積雪深度對(duì)明水體斑塊面積（CA）和周長面積分維（PAFRAC）有顯著影響，這可能與扎龍濕地補(bǔ)水方式有關(guān)，由于上游烏裕爾河流量受人為影響大，每年注入扎龍濕地的水量基本恒定；因濕地自然降水量不受人為影響，分別統(tǒng)計(jì)近 18年間扎龍濕地液態(tài)水的降水相對(duì)變率（-0.33～0.54）和固態(tài)水的降水相對(duì)變率（-0.59～1.25），結(jié)果表明，固態(tài)水的降水相對(duì)變率明顯高于液態(tài)水，這可能是扎龍濕地明水體面積與積雪深度相關(guān)關(guān)系顯著，而與降水量關(guān)系不顯著的原因之一。對(duì)于有地表水的高覆蓋度草甸而言，年際間無霜期變化小、溫度變率小、氣溫日較差≥15 ℃的日數(shù)變化小，將更有利于維持該土地利用/覆蓋類型的斑塊面積、斑塊的復(fù)雜程度和邊緣效應(yīng)，使扎龍濕地這類優(yōu)勢斑塊得以發(fā)揮更大作用；而氣溫日較差≥15 ℃的日數(shù)變化大、無霜期變化小、溫度變化小，將有利于維持有地表水的低覆蓋度草甸斑塊的面積和復(fù)雜程度；降水量、積雪深度和終霜結(jié)束日年際變化小，將有利于維持無地表水的高覆蓋度草甸斑塊的面積和復(fù)雜程度；氣溫日較差≥15 ℃的日數(shù)年際變化大，終霜結(jié)束日和積雪深度年際變化小，將有利于維持無地表水的低覆蓋度草甸斑塊的面積、復(fù)雜程度和邊緣效應(yīng)。

由此可見，氣象因子年際變化小將更有利于扎龍濕地明水體和4種草甸的維持和發(fā)展。有地表水覆蓋的草甸景觀格局的變化主要體現(xiàn)在溫度驅(qū)動(dòng)，其中日較差和無霜期為主要因子；無地表水草甸主要體現(xiàn)水分驅(qū)動(dòng)，其中積雪深度為主要因子。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)樵垵竦靥幱诎敫珊档貐^(qū)，水分是當(dāng)?shù)刂脖簧L的主要限制因子之一。

3 討論

21世紀(jì)以來，與氣候變化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類不合理開發(fā)利用等相關(guān)的濕地退化已經(jīng)成為全球性問題，暖干化的氣候變化趨勢和濕地上游人類用水量增加，都對(duì)濕地天然補(bǔ)水產(chǎn)生影響，導(dǎo)致濕地面積減小、生態(tài)功能降低（Jia et al.，2015；Wei et al.，2015），本研究結(jié)果也從側(cè)面表明了扎龍濕地面臨著同樣的問題：2001年以來扎龍濕地中具有高生態(tài)功能的草甸面積在以7.21 km2·a-1的速度顯著下降，農(nóng)田以4.15 km2·a-1的速度顯著上升，這種變化趨勢與袁力等（2008）、沃曉棠（2014）和李浩等（2015）對(duì)扎龍濕地土地利用/覆蓋變化的研究結(jié)果一致。同時(shí)本研究結(jié)果表明，農(nóng)田與高生態(tài)功能草甸面積變化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，雖然絕大多數(shù)農(nóng)田分布在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)很少涉及到核心區(qū)，但開挖排水渠、化肥和農(nóng)藥的使用、人類生活等造成的濕地隔離、水源截?cái)?、水體污染等均會(huì)給濕地的生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重威脅，從而在整體上影響濕地生態(tài)系統(tǒng)健康，并且人類對(duì)土地的開發(fā)利用給扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)帶來的不良影響仍在繼續(xù)擴(kuò)大（佟守正等，2008；葉雅杰等，2012）。

在地理中心轉(zhuǎn)移方面，韓敏等（2005）研究認(rèn)為，1986—2002年扎龍地區(qū)沼澤的地理中心向西北方向偏移；沃曉棠等（2014）的研究結(jié)果表明，1979—2010年間扎龍濕地的湖泊向西南方向遷移，沼澤地、耕地、草地和裸地向東北方向遷移。本研究通過對(duì)2000—2017年間各土地利用/覆蓋類型地理中心年際變化分析表明，扎龍濕地只有水體和農(nóng)田的地理中心有明顯向東北方向轉(zhuǎn)移的趨勢，其他土地利用/覆蓋類型的地理中心總體上未見有明顯的聚集或轉(zhuǎn)移趨勢，與之前研究報(bào)道的共同點(diǎn)是明水體和農(nóng)田的地理中心均向北轉(zhuǎn)移，不同點(diǎn)是沼澤并未出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)移趨勢。原因可能有以下兩點(diǎn)：一是本研究序列的起止時(shí)間與上述兩個(gè)報(bào)道有很大差異；二是之前的報(bào)道均是建立在非連續(xù)的典型年份研究結(jié)果基礎(chǔ)上，而本研究結(jié)果是在提取逐年地理中心分部結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行的過程分析。

扎龍濕地是在風(fēng)成沙丘上形成的沼澤地，是整個(gè)嫩江流域生態(tài)環(huán)境最脆弱的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)（殷志強(qiáng)等，2006），濕地內(nèi)分布眾多泡沼，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土地鹽堿化較普遍，根據(jù)中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）提供的“中國氣象背景數(shù)據(jù)”，扎龍濕地的干燥度在1.01～1.14之間，屬于半干旱區(qū)域，可見溫度和水分條件都應(yīng)該是該濕地發(fā)育的主要影響因素，但本研究在分析扎龍濕地土地利用/覆蓋特征指數(shù)與氣象因子之間關(guān)系時(shí)，大部分特征指數(shù)與溫度類因子和積雪深度相關(guān)關(guān)系顯著，與液態(tài)降水量相關(guān)的指數(shù)很少，分析原因應(yīng)該與扎龍濕地上游的人類活動(dòng)對(duì)濕地補(bǔ)水量的影響有關(guān)。扎龍濕地是烏裕爾河下游尾閭湖形成的葦草湖沼，濕地主要依靠烏裕爾河的補(bǔ)水來維持（馮夏清等，2010），但隨著烏裕爾河兩岸經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)诤恿魃辖⒘舜笮资畮靵頋M足其生產(chǎn)生活用水需求，直接影響扎龍濕地天然補(bǔ)水過程（佟守正等，2007），另外，為維持扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡，當(dāng)?shù)卣畯?2001年開始實(shí)行對(duì)扎龍濕地的生態(tài)補(bǔ)水工程，該工程根據(jù)氣象部門的氣候預(yù)測結(jié)果計(jì)算當(dāng)年的生態(tài)補(bǔ)水量，人為控制扎龍濕地每年的總供水量，由此影響了扎龍濕地土地利用/覆蓋與液態(tài)降水量等水分因素之間的相關(guān)性，但這也為通過控制水分因素來研究溫度因素對(duì)扎龍濕地土地利用/覆蓋變化提供了基礎(chǔ)條件。

目前對(duì)于土地利用/覆蓋變化及其驅(qū)動(dòng)力的研究，多以5年或10年的時(shí)間尺度來分析其變化過程或與驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)系，然而對(duì)于小空間尺度的研究對(duì)象來說，影響土地利用/覆蓋類型的某種決定性因素的變化可能會(huì)導(dǎo)致土地利用/覆蓋類型大幅度改變，例如火災(zāi)和干旱對(duì)于扎龍濕地草甸的影響幾乎是毀滅性的。據(jù)記載，2000年扎龍濕地發(fā)生干旱和大火，延續(xù)十幾日的大火將蘆葦連根燃燒（崔立東，2008），從而導(dǎo)致2000年建筑用地和裸地面積超過 2001—2017年平均值的 44.47%，而到 2001年由于發(fā)生火災(zāi)的面積銳減，加上扎龍濕地生態(tài)補(bǔ)水工程的實(shí)施，草甸面積迅速恢復(fù)到常年（2001—2017年平均值）水平，如果以較大時(shí)間尺度研究扎龍濕地土地利用/覆蓋變化過程，可能會(huì)忽略或擴(kuò)大2000年土地利用/覆蓋類型改變的效應(yīng)，從而增大研究結(jié)果出現(xiàn)偏差的概率，因此小空間尺度的土地利用/覆蓋變化過程的研究結(jié)論應(yīng)建立在對(duì)應(yīng)的小時(shí)間尺度數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上。

另外，有研究表明，扎龍濕地土地利用/覆蓋景觀格局變化是氣候與人為因素共同作用的結(jié)果，本研究定量分析了氣候因素對(duì)扎龍濕地土地利用/覆蓋變化的影響，對(duì)人類活動(dòng)所產(chǎn)生的影響只是做了定性分析，在今后的研究中可定量明晰濕地土地利用/覆蓋變化的驅(qū)動(dòng)因子，分離氣候和人為因素的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，探明主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子時(shí)空尺度的響應(yīng)范圍，實(shí)現(xiàn)濕地土地利用/覆蓋驅(qū)動(dòng)效應(yīng)的定量評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

（1）2000年以來扎龍濕地土地利用/覆蓋格局未發(fā)生明顯改變，各土地利用/覆蓋類型呈鑲嵌分布，但分布并不均勻，草甸一直是扎龍濕地的主要土地利用/覆蓋類型，平均占總土地面積的66.17%，其中核心區(qū)90%以上為草甸，緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)的草甸所占比例依次降低，不同類型的草甸在年際間相互轉(zhuǎn)換頻繁，總體上呈現(xiàn)此消彼長的現(xiàn)象。

（2）水體和農(nóng)田的地理中心有明顯向東北方向轉(zhuǎn)移的趨勢，其他土地利用/覆蓋類型的地理中心雖然在部分年份有較大的波動(dòng)，但總體上未見有明顯的聚集或轉(zhuǎn)移趨勢。

（3）氣象因子年際變化幅度小將更有利于扎龍濕地明水體和草甸的維持和發(fā)展，有地表水覆蓋的草甸景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因子為溫度，無地表水草甸變化的主要驅(qū)動(dòng)因子為水分。