越南湄公河三角洲近四十年來紅樹林遙感監(jiān)測研究

劉淑安

（江蘇師范大學(xué)地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇徐州 221116）

0 引言

紅樹林是分布在熱帶和亞熱帶陸海之間的鹽生植物，不僅對生態(tài)環(huán)境和生物多樣性具有重要意義，對海岸保護(hù)還發(fā)揮著特殊作用［1-2］。越南湄公河三角洲曾經(jīng)擁有超過250 000 ha的紅樹林，其數(shù)目占整個(gè)越南的大部分［3-4］，而許多地區(qū)的紅樹林都被替代為養(yǎng)殖池塘來發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。目前，許多學(xué)者利用遙感手段針在湄公河三角洲地區(qū)開展紅樹林的研究，主要?dú)w為以下3個(gè)方面。利用遙感數(shù)據(jù)在一定的時(shí)間尺度內(nèi)監(jiān)測和分析紅樹林的現(xiàn)狀和變化［5］；探討紅樹林和其他研究對象之間的相互關(guān)系，例如紅樹林時(shí)空分布的情況和三角洲海岸侵蝕的關(guān)系等［6］。大多數(shù)研究都是在小時(shí)空尺度內(nèi)針對特定地區(qū)獲取紅樹林的分布信息。因此，針對整個(gè)湄公河三角洲地區(qū)開展長時(shí)間序列的紅樹林變化研究是十分有必要的，可更加深入地了解近幾十年來紅樹林演變過程和原因。本研究利用Landsat和HJ1B遙感影像數(shù)據(jù)，采用遙感影像分類的方法，繪制1979—2015年近40年來湄公河三角洲的紅樹林分布圖，分析其演變的特征和變化的主要原因。面對未來人類活動加劇和生態(tài)環(huán)境變化的背景，該研究結(jié)果為相關(guān)部門對保護(hù)和管理紅樹林提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)，并且對于其他地區(qū)紅樹林相關(guān)研究具有借鑒意義。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)湄公河三角洲地處越南境內(nèi)的湄公河下游，總面積大約40 000 km2，如圖1所示，是越南最大的農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)［7］。由于三角洲地區(qū)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡性，紅樹林作為保護(hù)海岸線的關(guān)鍵因素正在受到人類活動的影響，紅樹林生態(tài)系統(tǒng)不僅在沿海地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)中而且通過水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)等活動在該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中也發(fā)揮著重要作用［5］。研究湄公河三角洲紅樹林演變過程，不僅為區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了寶貴資源，對于保障全球糧食及生態(tài)安全也發(fā)揮著重要作用。

圖1 研究區(qū)位置示意

1.2 數(shù)據(jù)源

本研究以Landsat系列衛(wèi)星和中國HJ-1B環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)小衛(wèi)星（簡稱“HJ-1B”）的遙感影像作為數(shù)據(jù)源。HJ-1B于中國2008年9月發(fā)射，搭載有CCD相機(jī)和紅外多光譜相機(jī)，其攜帶的CCD相機(jī)空間分辨率為30 m，4個(gè)探測譜段，藍(lán)、綠、紅、近紅外，可見光探測對地重復(fù)觀測兩天。本研究主要使用了Landsat系列衛(wèi)星1979—2015年越南南部旱季12—4月份的影像，30景影像基本能覆蓋整個(gè)研究區(qū)。但由于湄公河三角洲亞熱帶季風(fēng)氣候的特點(diǎn)，即使在旱季影像也存在一定程度的云覆蓋。因此含有較多云量的影像做去云處理并使用HJ-1B影像填補(bǔ)，具體使用到的影像在表1中展示，對影像進(jìn)行拼接鑲嵌得到1979—2015年7張完整的研究區(qū)影像。這些衛(wèi)星影像是通過USGS和中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心免費(fèi)下載的。利用ENVI軟件對拼接鑲嵌后的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的幾何校正和大氣校正等預(yù)處理過程。

1.3 方法

本研究根據(jù)現(xiàn)有研究和Google Earth高清實(shí)地影像，以及衛(wèi)星數(shù)據(jù)的光譜特征分析來提取紅樹林，主要采取了計(jì)算機(jī)自動解譯和目視解譯相結(jié)合的分類方法。自動解譯使用基于CART的決策樹分類方法。CART分類回歸樹是一種典型的二叉決策樹，它能夠自動生成決策樹規(guī)則，減少以專家知識為基礎(chǔ)的決策樹的分類難度。鑒于此，CART決策樹的分類過程大大減少了人工干預(yù)和建立特征的過程，適用于本研究大時(shí)空尺度下的數(shù)據(jù)處理。Ma等［8］成功使用該方法提取紅樹林且得到不錯(cuò)的分類效果。具體的分類過程主要是根據(jù)不同地物的光譜特征選取樣本，運(yùn)用選好的樣本自動計(jì)算生成決策樹，然后執(zhí)行決策樹文本就能得到分類結(jié)果。最后采用目視分類方法，通過不同地類的目視解譯標(biāo)志和高清影像之間的對比和研究，進(jìn)行分類后處理，局部修改、精度評定、拼接剪裁和結(jié)果統(tǒng)計(jì)。經(jīng)過分類后處理后，對生成的1979—2015年共7幅分類結(jié)果圖進(jìn)行精度驗(yàn)證。本研究使用生成隨機(jī)點(diǎn)對紅樹林和非紅樹林地類進(jìn)行精度評定。對每一個(gè)年份的結(jié)果圖創(chuàng)建獨(dú)立于訓(xùn)練樣本的包含隨機(jī)點(diǎn)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)集，對比Google Earth高清實(shí)地影像，通過目視解譯確定驗(yàn)證數(shù)據(jù)集中隨機(jī)點(diǎn)的類別，然后通過計(jì)算混淆矩陣和各項(xiàng)評定系數(shù)來評價(jià)分類結(jié)果。精度評估的結(jié)果表明,在不同時(shí)期提取紅樹林的總體精度在89%～94%,相應(yīng)的Kappa系數(shù)是0.71～0.86。

表1 1979—2015年各個(gè)時(shí)間點(diǎn)所使用的遙感影像信息

2 結(jié)果和討論

2.1 紅樹林時(shí)空演變特征

2.1.1 紅樹林空間分布特征

圖2顯示1979—2015年7個(gè)年份的湄公河三角洲紅樹林分布情況，具體位置主要在建江省、金甌省、薄寮省、朔莊省、茶榮省、檳知省、前江省和隆安省各個(gè)臨海省市海岸帶的灘涂地帶和紅樹林-水產(chǎn)混合養(yǎng)殖地區(qū)，紅樹林整體面積呈減少趨勢，并且原本紅樹林較密集的區(qū)域碎片化程度增加。

近40年來，湄公河三角洲的大部分紅樹林都分布在金甌省。圖3顯示在1979年金甌省的紅樹林面積占總面積的63.6%，大約123 375.6 ha，2015年減少到44.4%，減少的面積大部分轉(zhuǎn)化為沿海的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域。紅樹林面積同樣呈減少趨勢的是薄寮省，由1979年的5.7%減少到2015年的3.4%。其余各個(gè)省份的紅樹林面積都有不同程度的增加，其中茶榮省和檳知省主要占據(jù)湄公河三角洲紅樹林面積第二大的省份。1979—2015年間，茶榮省的紅樹林面積占比由12.4%上升到15.8%，而檳知省的紅樹林面積占比由10.6%上升到18.4%，大約31 892.3 ha。建江省、前江省、薄寮省和朔莊省4個(gè)省份的紅樹林面積很小，沿海地區(qū)不僅種植紅樹林，同時(shí)進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖、耕地種植和果樹種植等多種方式的農(nóng)業(yè)活動。而隆安省的紅樹林面積最小，1979年在本數(shù)據(jù)源的影像上只觀察到34.9 ha的紅樹林，2015年稍有增加到364.7 ha，占湄公河三角洲總面積的0.2%。

2.1.2 紅樹林時(shí)間變化特征

圖2 1979—2015年湄公河三角洲紅樹林分布

圖3 1979和2015年湄公河三角洲各省份紅樹林面積占比

本研究的結(jié)果表明湄公河三角洲紅樹林以1995年前后為時(shí)間節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)兩個(gè)時(shí)間階段不同的變化特征，之前為減少階段，之后為增長階段，1995年的紅樹林面積最小，如圖4所示。20世紀(jì)80年代開始，三角洲海岸帶的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)開始興起并以井噴式的速度增長擴(kuò)大，紅樹林的面積則進(jìn)入減少階段。1979—1995年這16年間沿海地區(qū)的紅樹林面積幾乎呈直線下降，平均速度約3 036.05 ha/year，減少了近26%（見圖4）。1995年之后，水產(chǎn)養(yǎng)殖的方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由最開始的單一水產(chǎn)養(yǎng)殖類型變成了紅樹林-養(yǎng)殖場混合類型［9］，水產(chǎn)養(yǎng)殖的擴(kuò)張速度變緩，而紅樹林的覆蓋面積則從1995年開始進(jìn)入小幅增長階段，2009年達(dá)到峰值195 411.69 ha。1995年后政府出臺了各項(xiàng)關(guān)于紅樹林-蝦類養(yǎng)殖復(fù)合系統(tǒng)最小森林覆蓋面積的規(guī)定［9］，純水產(chǎn)養(yǎng)殖面積減少，復(fù)合水產(chǎn)養(yǎng)殖場大大增加。除了政府對復(fù)合養(yǎng)殖要求的限制，建樹護(hù)樹的行為也產(chǎn)生了積極效果。越南中央政府關(guān)于紅樹林管理活動的方案已在某些地區(qū)開始實(shí)施［10］，重新種植紅樹林與紅樹林轉(zhuǎn)用于農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖同時(shí)進(jìn)行。2005—2009年間，紅樹林面積增長速度大幅加快，5年之內(nèi)增加了49 486.77 ha，總面積達(dá)到了195 411.69 ha。而這種增長的勢頭并沒有繼續(xù)，2009年后，2009年后紅樹林面積又減少了44 186.58 ha。

圖4 1979—2015年湄公河三角洲紅樹林面積和變化速度

2.2 紅樹林變化驅(qū)動因素

2.2.1 越南戰(zhàn)爭落葉劑的影響

1955—1975年越南戰(zhàn)爭爆發(fā)，湄公河三角洲大面積紅樹林遭到破壞，形成條帶狀的荒地［11］。越南三角洲作為重要的軍事基地，成為被落葉劑攻擊的目標(biāo)地區(qū)之一，使得這些地區(qū)的森林也因此受到一定程度的破壞［12］。位于湄公河三角洲最南端的梅卡茂是受化學(xué)攻擊影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一［13］。1979年以后，廢棄用地的面積減少，湄公河三角洲正在逐步以顯著的速度擺脫越南戰(zhàn)爭中落葉劑所帶來的消極影響，2015年在本研究區(qū)幾乎已經(jīng)觀察不到廢棄用地。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)和土地政策的影響

水產(chǎn)養(yǎng)殖的持續(xù)發(fā)展代替了沿岸地區(qū)部分紅樹林，本研究認(rèn)為水產(chǎn)養(yǎng)殖是紅樹林面積減少的直接原因，而根本原因在于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地政策。在政府的鼓勵(lì)下，湄公河三角洲沿海部分地區(qū)出現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘，蝦養(yǎng)殖業(yè)開始驚人的速度迅速擴(kuò)張。20世紀(jì)90年代后相繼出臺的各項(xiàng)政策規(guī)定了水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域中紅樹林種植的最小面積，紅樹林-養(yǎng)蝦復(fù)合養(yǎng)殖這一新土地利用的形式使得紅樹林的面積有所增加［14］，這和本研究1979—1995年紅樹林面積緩慢增加的趨勢一致（見圖3）。而相比養(yǎng)蝦更加具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這可能會鼓勵(lì)農(nóng)民砍伐紅樹林來擴(kuò)大水產(chǎn)養(yǎng)殖面積［10］。越南政府考慮到快速發(fā)展水產(chǎn)業(yè)帶來的大量的紅樹林遭到破壞的生態(tài)代價(jià)，逐漸加大監(jiān)管力度，2005年以后金甌角的紅樹林面積快速上升，如圖2所示。但2009年后依然有大量的紅樹林轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)養(yǎng)殖。

盡管政府應(yīng)對紅樹林的減少采取了行動，但是保護(hù)紅樹林和水產(chǎn)養(yǎng)殖之間發(fā)展的不平衡性和矛盾性使得效果不能完全顯現(xiàn)。政策可能只能在宏觀調(diào)控紅樹林發(fā)展的趨勢，但是實(shí)際變化的結(jié)果則受到了經(jīng)濟(jì)效益的影響，經(jīng)濟(jì)因素會影響政策的貫徹和實(shí)施的程度。

3 結(jié)語

本研究利用CART決策樹方法得到湄公河三角洲1979—2015年7個(gè)時(shí)期的紅樹林分布圖，紅樹林的總體面積呈減少趨勢，紅樹林斑塊碎片化程度增加。1979—2015年間湄公河三角洲紅樹林減少了27 898.65 ha，其中面積最少的時(shí)期發(fā)生在1995年133 582.95 ha，2009年達(dá)到峰值195 411.69 ha。湄公河三角洲的紅樹林發(fā)展變化的原因包括越南戰(zhàn)爭時(shí)期落葉劑和水產(chǎn)養(yǎng)殖。由于生態(tài)恢復(fù)和人工修復(fù)，湄公河三角洲的紅樹林已經(jīng)擺脫落葉劑所造成的破壞。20世紀(jì)80年代后，湄公河三角洲的紅樹林面積主要受水產(chǎn)養(yǎng)殖的直接原因的影響，而其根本原因是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地政策的調(diào)控，部分紅樹林轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高的水產(chǎn)養(yǎng)殖，政府通過紅樹林-水產(chǎn)養(yǎng)殖復(fù)合養(yǎng)殖等政策進(jìn)行宏觀調(diào)控。通過對紅樹林的時(shí)空變化情況和驅(qū)動因素的研究為越南相關(guān)部門決策提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)，并且為其他研究區(qū)的紅樹林研究提供了借鑒意義，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了研究價(jià)值。