上海市濕地景觀格局時(shí)空演變與驅(qū)動(dòng)機(jī)制的量化研究

易阿嵐,王 鈞

北京大學(xué)深圳研究生院城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)學(xué)院, 深圳 518055

濕地是公認(rèn)的自然界中生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)[1],直接或間接地影響著人類的福祉,包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、水質(zhì)調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文循環(huán)、生物地球化學(xué)循環(huán)、風(fēng)暴防護(hù)和提供物種棲息地等[2-5]。當(dāng)前,全球濕地退化形勢(shì)嚴(yán)峻,尤其亞洲地區(qū)的濕地?fù)p失最多[6]。上海作為中國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū),其濕地面積在改革開放之后因經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化而迅速縮減[7]。

近年來,關(guān)于濕地遙感影像解譯、濕地面積和類型的變化以及濕地退化因素方面的研究數(shù)量日益增加[6-7],使用多時(shí)期遙感影像分析濕地時(shí)空演變已成為主流[8-9]。同時(shí),濕地景觀格局演變以及驅(qū)動(dòng)機(jī)制也開始引起人們的關(guān)注[8-10]。上海市濕地資源豐富,其中崇明島東灘濕地是眾多候鳥遷徙路線的中轉(zhuǎn)站[11]。前人研究顯示濕地中物種豐富,如：鳥類會(huì)優(yōu)先使用濕地作為棲息地,因此濕地景觀格局的變化直接影響到物種的多樣性[12-13]。伴隨著上海市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,城市化不斷推進(jìn)以及人類活動(dòng)日益增多,濕地已成為研究的熱點(diǎn),主要研究方向包括濕地面積和類型的變化[7],沿海濕地景觀格局的變化[8],沿海土地開墾[14],海平面上升對(duì)濕地的影響[15-16],以及濕地底棲動(dòng)物和微生物的變化等[13,17]。濕地景觀面臨著巨大的退化及破碎化壓力,這給上海市生態(tài)環(huán)境安全帶來潛在威脅。在這樣的背景下,掌握濕地景觀格局變化的規(guī)律顯得尤為重要。然而,很少有人研究上海市濕地景觀時(shí)空格局演變以及量化其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。雖有已有對(duì)長(zhǎng)江口濕地的景觀格局驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究,但僅局限于社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,未能將自然因素納入其中[8]。景觀格局對(duì)生態(tài)安全的影響隨區(qū)域和空間規(guī)模的不同而有很大差異[18]。分析上海市關(guān)鍵景觀格局指數(shù)可以揭示濕地景觀動(dòng)態(tài)變化特征及其分布規(guī)律,對(duì)濕地資源管理和可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。研究可為監(jiān)測(cè)和規(guī)劃上海市濕地資源,優(yōu)化景觀格局和保護(hù)上海市濕地環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。為此,本文旨在：(1)基于多時(shí)期遙感影像數(shù)據(jù),利用ArcGIS軟件、Fragstats軟件分析上海市1980—2018年的濕地景觀格局時(shí)空演變趨勢(shì)；(2)利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件(Data Processing System, DPS),通過分析社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然指標(biāo)與濕地景觀指標(biāo)之間的相關(guān)性,定量研究社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然因素對(duì)上海市濕地景觀格局演變的影響；(3)找出影響上海市濕地景觀格局演變的主要驅(qū)動(dòng)力。

1 方法

1.1 研究區(qū)概況

上海市地處中國大陸東部,長(zhǎng)江口沿岸,河流、湖泊眾多。陸域面積6.83×105hm2。它是中國人口最稠密的地方之一。除西南部有少數(shù)丘陵山脈外,其他土地都為平坦的沖積平原,平均海拔約2.19 m。年平均降雨量為1457.90 mm,年平均氣溫為17.80℃,雨季多發(fā)生在5—9月。獨(dú)特的地理位置和氣候使得其擁有豐富的濕地資源。雖然水資源相對(duì)豐富,但人均水資源緊張,主要依賴于其他地區(qū)水資源[19]。濕地水資源可以用作農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和生活用水的來源[20]。而濕地資源的喪失加劇了上海市資源性缺水、生態(tài)功能下降。鑒于上海是中國四大直轄市之一、是國家歷史文化名城、是國際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易、航運(yùn)以及科技創(chuàng)新中心,科學(xué)的濕地保護(hù)、規(guī)劃和開發(fā)可以為其帶來巨大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1.2 遙感數(shù)據(jù)的選取與處理

本研究中的土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)主要采用監(jiān)督分類方法結(jié)合目視解譯分別從Landsat-MSS遙感影像(1980年)、Landsat TM/ETM遙感影像(1990和2000年)、Landsat-TM遙感影像(1995、2005以及2010年)、Landsat 8遙感影像(2015和2018年)獲取。遙感影像無云,空間分辨率為30 m。在ENVI 5.3和ArcGIS 10.2軟件中進(jìn)行輻射定標(biāo)和波段融合。采用Kappa系數(shù)檢驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行精度檢驗(yàn),結(jié)果顯示,各時(shí)期的遙感影像Kappa系數(shù)均高于0.80,滿足本研究需求。依據(jù)中國濱海濕地分類方案并結(jié)合上海市濕地特征將濕地分為自然濕地(含河流、湖泊和灘涂)和人工濕地(含水庫坑塘和水田)(圖1)。

圖1 上海市濕地時(shí)空分布圖(1980—2018年)

1.3 濕地景觀格局指標(biāo)的選取與計(jì)算

景觀格局指數(shù)是對(duì)空間景觀格局的高度概括,能有效反映景觀的構(gòu)成和空間結(jié)構(gòu)[10]。生態(tài)安全與景觀格局指數(shù)聯(lián)系緊密,景觀斑塊的大小、斑塊的形狀、斑塊的類型以及景觀的空間格局對(duì)生態(tài)安全都具有重要影響[18]。但是,各種景觀指標(biāo)之間具有一定的關(guān)聯(lián),使用較少的指標(biāo)來表征城市景觀格局已成為趨勢(shì)[8,21-22],結(jié)合上海市濕地特點(diǎn),從斑塊、類型和景觀3個(gè)尺度共選取了8個(gè)景觀指標(biāo),包含斑塊類型面積、斑塊平均面積、平均分形維數(shù)分布、景觀面積、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、蔓延度以及香農(nóng)多樣性指數(shù),每個(gè)指標(biāo)所表達(dá)的生態(tài)學(xué)意義見表1。

表1 選取的景觀指標(biāo)及其生態(tài)學(xué)意義

Fragstats 4.2.1是景觀格局分析的一種軟件,可量化景觀格局的時(shí)空特征,目前可計(jì)算100余種景觀指數(shù)。在ArcGIS 10.2中將矢量圖層轉(zhuǎn)出為30 m×30 m精度的柵格圖層。再利用Fragstats 4.2.1計(jì)算濕地景觀格局指數(shù),將計(jì)算出的結(jié)果采用Origin 2019b軟件繪制出圖,提高結(jié)果的可視化。

1.4 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然指標(biāo)的選取與計(jì)算

上海市濕地格局變化受到人為和自然的影響,如經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、水利工程、地形、降水、氣候變化、長(zhǎng)江上游的來水量和輸沙量以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等[6,9,23]。此外,濕地的變化往往與城市的擴(kuò)張相關(guān),城市的擴(kuò)張與國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)、人口以及城市化水平密切相關(guān)[7]。由于上海市除了西南地區(qū)有較少山脈之外,其余多為沖擊平原,故本文忽略地形對(duì)于濕地的影響[6]。長(zhǎng)江流域上海段水下地形復(fù)雜,數(shù)據(jù)難以獲取,故本文的研究區(qū)范圍不包含長(zhǎng)江流域上海段的河口濕地。綜上,本文從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然三大方面共選取21個(gè)與上海市濕地景觀格局演變最相關(guān)的指標(biāo),量化社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然對(duì)濕地景觀格局的影響。其中,社會(huì)因素方面選取港口貨運(yùn)吞吐量、市政道路面積、常住人口、城鎮(zhèn)人口比重、農(nóng)作物播種面積、房屋施工面積、水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量、沿海碼頭長(zhǎng)度以及沿海泊位,共9個(gè)指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)因素方面選取住宅投資、房地產(chǎn)開發(fā)投資、城市基礎(chǔ)設(shè)施投資、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、種植業(yè)產(chǎn)值以及漁業(yè)產(chǎn)值,共8個(gè)指標(biāo)；自然因素方面選取年平均氣溫、年平均降雨量、長(zhǎng)江年輸沙量以及長(zhǎng)江年徑流量,共4個(gè)指標(biāo)。社會(huì)因素、經(jīng)濟(jì)因素以及部分自然因素(平均氣溫、降雨量)方面的指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《上海年鑒》(1981、1984、1991、1996、2001、2006、2011、2016以及2019年)、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001、2006、2011、2016以及2019)以及《新中國六十年統(tǒng)計(jì)資料匯編》；長(zhǎng)江年輸沙量和長(zhǎng)江年徑流量數(shù)據(jù)采用最靠近上海市的大通監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù),來源于《中國河流泥沙公報(bào)》(2002、2005、2010、2015以及2018年)。2000年及以前的數(shù)據(jù)采用《中國河流泥沙公報(bào)》推薦的多年平均值代替?？紤]到1980年距現(xiàn)在年代久遠(yuǎn),故采用國家統(tǒng)計(jì)局提供的全國零售物價(jià)總指數(shù)將2018年以前的價(jià)值指標(biāo)(包括房地產(chǎn)開發(fā)投資、城市基礎(chǔ)設(shè)施投資、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、種植業(yè)產(chǎn)值、漁業(yè)產(chǎn)值以及住宅投資)數(shù)據(jù)換算成以2018年為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值,便于比較不同時(shí)期的價(jià)值以及剔除價(jià)格變化的影響,從而能精準(zhǔn)反映物量變化和生產(chǎn)活動(dòng)成果的實(shí)際變動(dòng)。

1.5 濕地景觀格局指標(biāo)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算

DPS軟件研發(fā)于1988年,是目前在技術(shù)上已達(dá)到國際先進(jìn)水平的多功能統(tǒng)計(jì)分析軟件,其中的灰色系統(tǒng)可以應(yīng)用于關(guān)聯(lián)分析、預(yù)測(cè)模型以及綜合評(píng)價(jià)[24]。灰色關(guān)聯(lián)度分析的原理是基于行為因子之間的宏觀或微觀幾何近似,陣列曲線越相似,因子之間的聯(lián)系越緊密[25]。多用于衡量主行為因子與行為因子之間的密切程度,可根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小確定主要因素和次要因素,在分析部分信息已知,部分信息未知的系統(tǒng)時(shí)具有重要優(yōu)勢(shì)[26-27]。本文利用DPS 7.05軟件平臺(tái)計(jì)算分析社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然方面的21個(gè)主要指標(biāo)和12個(gè)濕地景觀指標(biāo)之間的灰色關(guān)聯(lián)度。所選取的12個(gè)濕地景觀指標(biāo)分別是水庫坑塘面積、水田面積、灘涂面積、湖泊面積、河流面積、人工濕地、自然濕地、濕地總面積、景觀形狀指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、蔓延度指數(shù)以及香農(nóng)多樣性指數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 濕地面積及形狀變化趨勢(shì)分析

1980—2018年間,上海濕地總面積不斷下降,截至2018年,上海市濕地面積僅存38.22×104hm2,近40年間,濕地面積損失超過60%(1980年為59.28×104hm2),尤其在2015—2018年間,濕地總面積損失速率最大。在研究時(shí)段內(nèi),上海市濕地構(gòu)成以人工濕地為主,占濕地總面積的80%以上,其年際間面積變動(dòng)較大,而自然濕地面積年際間基本持平(圖2)。在人工濕地中水田面積占比以及年際間面積變動(dòng)均為最大(1980—2018年間,水田面積縮減了39%)。自然濕地以河流濕地為主,其面積在年際間緩慢縮減。2005年以前,河流、水庫坑塘、灘涂以及湖泊的面積年際間基本持平,但在2005—2018年間,除水庫坑塘外,其他類型濕地面積變化顯著,湖泊面積呈擴(kuò)大趨勢(shì),河流面積呈縮減趨勢(shì),灘涂面積呈波動(dòng)狀態(tài)(圖2)。

圖2 上海市濕地的總面積、各類濕地面積、斑塊平均面積以及平均分形維度年際變化圖(1980—2018年)

斑塊平均面積可以定量描述濕地景觀破碎化程度。水田斑塊平均面積最大,同時(shí)其也是年際間波動(dòng)幅度最大的濕地類型；其次是河流斑塊平均面積,但年際間不穩(wěn)定,總體上呈退化趨勢(shì)；水庫坑塘斑塊平均面積較小,年際間較穩(wěn)定(圖2)。

平均分形維度指數(shù)分布可以描述濕地斑塊形狀的復(fù)雜程度,數(shù)值越大代表景觀愈復(fù)雜或呈扁長(zhǎng)形態(tài)。河流的平均分形維度指數(shù)分布最高是由于河流本身的性質(zhì)決定它是細(xì)長(zhǎng)形態(tài),其數(shù)值在1.13附近波動(dòng)。水庫坑塘的景觀形狀較簡(jiǎn)單,年際間變化小,且在類型尺度范圍中具有結(jié)構(gòu)的自相似性。水田的平均分形維度指數(shù)呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)(圖2)。

景觀形狀指數(shù)主要體現(xiàn)景觀要素邊界特征。在2010年前,上海市濕地景觀形狀指數(shù)逐年上升,表明濕地斑塊與基質(zhì)的交互作用增大,斑塊形狀愈發(fā)復(fù)雜,可能導(dǎo)致上海市的濕地景觀退化并出現(xiàn)較多的生態(tài)效應(yīng)；在2010年后,景觀形狀指數(shù)開始下降(圖3)。

最大斑塊指數(shù)表征某一類型的最大斑塊在整個(gè)景觀中所占比例。最大斑塊指數(shù)從1980年以來總體呈下降趨勢(shì),直到2010年后才出現(xiàn)回轉(zhuǎn),這表明上海市需要繼續(xù)加強(qiáng)濕地管理,提升最大斑塊指數(shù),確保濕地動(dòng)植物的生境不受威脅(圖3)。

圖3 上海市濕地景觀形狀指數(shù)與最大斑塊指數(shù)年際變化圖(1980—2018年)

2.2 濕地結(jié)構(gòu)組成變化分析

蔓延度指數(shù)體現(xiàn)了景觀中各斑塊類型的團(tuán)聚程度或延展態(tài)勢(shì),其取值范圍在0—100,值越小表明景觀存在越多小斑塊,反之則說明景觀中有連通度較高的優(yōu)勢(shì)斑塊類型。1980—2018年間,上海市濕地景觀蔓延度指數(shù)均在74以上,總體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),2015年是主要轉(zhuǎn)擇點(diǎn)(圖4)。香農(nóng)多樣性指數(shù)反映景觀異質(zhì)性,可以展示濕地景觀中各斑塊類型非均衡分布情況。上海市濕地景觀的香農(nóng)多樣性指數(shù)從1980年的0.59增加到2015年的0.82,之后急劇下降(圖4),這表明在2015年以前各類型濕地斑塊增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)發(fā)展,直到2015年后,這種局勢(shì)才得以反轉(zhuǎn)。

圖4 上海市濕地蔓延度指數(shù)與香農(nóng)多樣性指數(shù)年際變化圖(1980—2018年)

2.3 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然指標(biāo)與濕地景觀格局指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.3.1社會(huì)指標(biāo)與濕地景觀格局指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度分析

在所選取的9個(gè)社會(huì)因素中(包含港口貨運(yùn)吞吐量、市政道路面積、常住人口、城鎮(zhèn)人口比重、農(nóng)作物播種面積、房屋施工面積、水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量、沿海碼頭長(zhǎng)度以及沿海泊位),與12個(gè)濕地景觀格局指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度在0.15—0.71之間,平均關(guān)聯(lián)度為0.39(圖5)。農(nóng)作物播種總面積與濕地總面積,人工濕地以及水田面積的灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.68、0.71以及0.71,即濕地總面積、人工濕地以及水田面積與農(nóng)作物播種總面積關(guān)系密切。從社會(huì)因子對(duì)所有濕地景觀格局指標(biāo)的平均關(guān)聯(lián)度看,農(nóng)作物總播種面積、常住人口以及水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量與濕地景觀格局的關(guān)聯(lián)較強(qiáng),而市政道路的建設(shè)與濕地景觀格局的關(guān)聯(lián)較弱。

圖5 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然指標(biāo)與濕地景觀格局指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度

2.3.2經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與濕地景觀格局指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度分析

選取的8個(gè)經(jīng)濟(jì)因子與濕地景觀格局指數(shù)的關(guān)聯(lián)度分布在0.20—0.61范圍內(nèi),平均關(guān)聯(lián)度為0.34(圖5)。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的大小可以側(cè)面反映出土地類型的變化[28]。在所有經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中,第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與湖泊面積的關(guān)聯(lián)最強(qiáng)(灰色關(guān)聯(lián)度為0.49),即在本研究范圍內(nèi),第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是影響湖泊面積的最重要的因素。綜合所有經(jīng)濟(jì)因子對(duì)濕地景觀格局指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的平均值看,與濕地景觀格局關(guān)系最密切的是第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(平均關(guān)聯(lián)度為0.48),說明在經(jīng)濟(jì)因素范圍內(nèi),第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)濕地景觀格局的影響較大。此外,在所有經(jīng)濟(jì)因素中,第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與香農(nóng)多樣性指數(shù)的關(guān)聯(lián)度最大(為0.61),說明第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是濕地斑塊類型呈均衡化分布的驅(qū)動(dòng)因素之一。

2.3.3自然指標(biāo)與濕地景觀格局指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度分析

選取的4個(gè)自然因子與濕地景觀格局指數(shù)的關(guān)聯(lián)度在0.14—0.85范圍內(nèi),平均關(guān)聯(lián)度為0.48(圖5)。所有社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然指標(biāo)中，平均氣溫對(duì)景觀形狀指數(shù)、蔓延度以及最大斑塊指數(shù)的影響最大。此外，平均氣溫對(duì)自然濕地面積、河流面積、灘涂面積以及水庫坑塘面積也具有一定的影響。香農(nóng)多樣性指數(shù)與降雨量的關(guān)聯(lián)度最大。綜合來看,平均氣溫、降雨量是影響濕地景觀格局最主要的兩個(gè)因素。

綜合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然因素，在影響濕地景觀格局的21個(gè)因素中，濕地總面積主要受農(nóng)作物播種總面積、平均氣溫以及降雨量的影響。人工濕地面積主要受農(nóng)作物播種總面積、平均氣溫的影響。自然濕地面積主要受平均氣溫和降雨量的影響。景觀形狀指數(shù)、蔓延度以及最大斑塊指數(shù)主要受平均氣溫的影響。香農(nóng)多樣性指數(shù)與降雨量的變化最相關(guān)。

2.4 濕地景觀演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

2.4.1自然因素

氣候變化主要包括氣溫變化和降水變化兩方面。1980—2018年,上海市年平均氣溫從15.70℃上升17.75℃,年降雨量從1123.40 mm上升到1308.40 mm(圖6)。自然濕地面積與平均氣溫以及降雨量的關(guān)聯(lián)度分別為0.75、0.71,可見氣溫和降雨量是導(dǎo)致自然濕地面積退化的重要驅(qū)動(dòng)因子。氣溫的升高加速了地面的蒸騰,從而造成濕地缺水退化,尤其是自然濕地的退化。上海市降雨量十年間波動(dòng)上升,雖然降雨能為濕地提供水源補(bǔ)給,增加水面面積,恢復(fù)部分濕地,但自然濕地仍然不斷退化。長(zhǎng)江每年攜帶大量的泥沙流向東中國海,當(dāng)河流匯入大海時(shí),潮汐將沉積物沿著上海海岸線向南移動(dòng)導(dǎo)致浦東新區(qū)南匯角一直在擴(kuò)大[29]。從關(guān)聯(lián)度看(圖5),長(zhǎng)江的年輸沙量、年徑流量對(duì)整個(gè)自然濕地面積的影響相對(duì)較小。在社會(huì)因素中,水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量、農(nóng)作物播種總面積、常住人口與自然濕地面積的關(guān)聯(lián)度分別為0.54、0.54、0.51。綜上,可認(rèn)為,在自然濕地退化中,氣候因素占據(jù)主導(dǎo)。

圖6 上海市平均氣溫和降雨量年際變化圖(1980—2018年)

2.4.2人為因素

1980—2018年,上海市農(nóng)作物播種總面積持續(xù)縮減。截至2018年底,上海市濕地以人工濕地為主,占所有濕地的85%以上。人工濕地與農(nóng)作物播種總面積的關(guān)聯(lián)度高達(dá)0.71,水田面積與農(nóng)作物播種總面積的關(guān)聯(lián)度為0.71(圖5)。城市的擴(kuò)張占用了大量的水田,水田變成了工業(yè)用地、居住用地等[30],這直接影響到農(nóng)作物播種總面積減少。水田是上海市人工濕地中的主要類型,表明城市擴(kuò)張才是造成人工濕地退化最主要的因素。此外,人工濕地與平均氣溫和降雨量的關(guān)聯(lián)度分別為0.64和0.58,說明平均氣溫與降雨量的變化對(duì)人工濕地的退化也具有一定的貢獻(xiàn)。

2.4.3國家宏觀政策因素

濕地景觀格局變化受多種因素共同影響(圖5)。在所有影響景觀形狀指數(shù)、蔓延度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)以及最大斑塊指數(shù)的因素中,平均氣溫和降雨量與這四個(gè)景觀格局指數(shù)的關(guān)聯(lián)最緊密。上海市大部分屬于平原,濕地水面面積容易受到氣溫和降雨量的影響。當(dāng)氣候干暖時(shí),濕地會(huì)出現(xiàn)退化,致使各濕地斑塊間的連通性降低,而暖濕的氣候環(huán)境則有利于濕地的恢復(fù)與發(fā)育[31]。在2015—2018年間,氣候朝暖干化趨勢(shì)發(fā)展(圖6),但上海市濕地景觀格局趨勢(shì)向好,景觀形狀指數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)下降,最大斑塊指數(shù)和蔓延度指數(shù)上升。由此可見,濕地景觀局勢(shì)變好還受到其他因素的干擾,有研究表明國家政策對(duì)土地利用/覆蓋類型具有較強(qiáng)的影響力[14]。2010年,上海市規(guī)劃和自然資源局提出要注重水田保護(hù)；2015年,中央1號(hào)文件明確強(qiáng)調(diào)了耕地保護(hù)工作,并提出永久基本農(nóng)田劃定、實(shí)施高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃等；上海市規(guī)劃和自然資源局也進(jìn)一步完善了耕地保護(hù)和耕地占補(bǔ)平衡政策,優(yōu)化土地使用結(jié)構(gòu),同年,也印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)本市河道規(guī)劃管理的若干意見》,要求嚴(yán)控水面率,保護(hù)河道、湖泊、人工水道等；2016年,上海市政府印發(fā)《上海市環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)“十三五”規(guī)劃》,指出要注重水田保護(hù)和修復(fù)。伴隨著國家保護(hù)政策的落實(shí),在2015后期,上海市的河流、灘涂、湖泊以及水庫坑塘的斑塊形狀趨于簡(jiǎn)單化,但水田的斑塊形狀仍然朝復(fù)雜化趨勢(shì)發(fā)展(圖2)。綜上,自然因素往往在較大的時(shí)空尺度上控制著濕地的景觀格局變化,但隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,在較短的時(shí)間尺度上,國家政策、人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響力逐漸增強(qiáng)。

3 討論

3.1 數(shù)據(jù)選取

以往關(guān)于上海市景觀格局時(shí)空演變的相關(guān)研究中多基于2015年前的3—5期遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,難以為濕地管理提供最新參考,且數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度較短不足以全面評(píng)估濕地景觀格局變化。上海市正處于經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展期,景觀格局的年際間變化速率顯著加快,且當(dāng)今全球氣候多變,需要加強(qiáng)濕地的管理與監(jiān)測(cè),確保濕地生態(tài)安全。本文從1980—2018選取8期遙感數(shù)據(jù)對(duì)上海市濕地景觀格局進(jìn)行分析,有效地彌補(bǔ)了以往數(shù)據(jù)年代久遠(yuǎn)的不足,更好地反映了上海市近40年來濕地景觀格局的變化特征?！独匪_爾公約》提出的濕地定義包括“低潮時(shí)水深不超過6 m的區(qū)域[32],長(zhǎng)江口水下地形復(fù)雜,難以提取濕地區(qū)域,故本文中在選取研究對(duì)象時(shí),未將長(zhǎng)江水域納入研究范圍。

3.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

以往研究景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制多停留著在定性分析層面,難以為解決實(shí)際問題提供科學(xué)參考依據(jù)。雖有部分研究者為量化景觀格局演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制而采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析,但是僅基于5—10期的遙感樣本數(shù)據(jù)難以給出有效的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果。灰色關(guān)聯(lián)度分析法是將研究對(duì)象及影響因子的值視為一條線上的點(diǎn),比較研究對(duì)象的曲線與影響因子的曲線之間的貼合程度,計(jì)算出研究對(duì)象與影響因子之間的關(guān)聯(lián)度,關(guān)聯(lián)度的大小則代表影響因子對(duì)研究對(duì)象的影響程度。影響濕地景觀格局的因子眾多,各因子之間的關(guān)系密切,由于自然因素和人為因素的復(fù)雜以及人們認(rèn)知水平的限制,多種因素之間的關(guān)系是灰色的,難以用統(tǒng)計(jì)方法分析各因子間的主次關(guān)系。且目前影響濕地景觀格局的因子的數(shù)據(jù)難以全部獲取,而灰色關(guān)聯(lián)度分析法則非常適用于評(píng)估這種部分信息已知,部分信息未知的系統(tǒng)[24]。本文研究采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法量化并比較了每種驅(qū)動(dòng)因子的貢獻(xiàn)。但這種方法并不能判斷正負(fù)相關(guān)性。21個(gè)指標(biāo)所代表的含義并不能直接作為影響濕地景觀格局的因素,需要根據(jù)前人的研究經(jīng)驗(yàn),人為判斷社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及自然指標(biāo)與現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)系。在本文研究研究中,雖然自然因素在大背景下影響著濕地景觀格局,但國家的宏觀政策也是不可忽視的。所以在驅(qū)動(dòng)機(jī)制的分析中,加入國家政策的分析就顯得尤為重要。國家政策難以量化,只能根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合經(jīng)驗(yàn)加以說明其對(duì)濕地景觀格局的影響。在今后的研究中,將進(jìn)一步探討政策因子對(duì)于濕地景觀格局的作用過程。

4 結(jié)論

本文基于1980—2018年上海市遙感影像數(shù)據(jù),選取典型景觀格局指標(biāo),以上海市濕地景觀為研究對(duì)象,利用Fragstats 4.2.1軟件計(jì)算濕地景觀格局指標(biāo),使用DPS 7.05軟件量化濕地景觀格局指標(biāo)與社會(huì),經(jīng)濟(jì)以及自然因素之間的灰色關(guān)聯(lián)度,探討1980—2018年上海市濕地景觀格局演變趨勢(shì)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。結(jié)果表明：

1)截至2018年,上海市濕地面積為38.22×104hm2,其中人工濕地占85%,自然濕地占15%。人工濕地以水田為主,自然濕地以河流濕地為主。濕地面積自1980年以來持續(xù)縮減,尤其水田損失最多,水田和河流斑塊平均面積總體上呈波動(dòng)縮小趨勢(shì)。河流濕地的形狀復(fù)雜性最高,其總面積在年際間緩慢縮減,平均分形維度指數(shù)年際間波動(dòng)性持平。水田平均分形維度指數(shù)年際間波動(dòng)上升,景觀形狀向復(fù)雜化趨勢(shì)發(fā)展。

2)1980—2010年間,濕地景觀破碎化程度總體加劇,最大斑塊指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì),2010年后,景觀破碎化局勢(shì)向好,最大斑塊面積擴(kuò)大。1980—2015年間,蔓延度指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì),香農(nóng)多樣性指數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì),2015年是蔓延度指數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。水庫坑塘的景觀形狀較簡(jiǎn)單,年際間變化小,且在類型尺度范圍中具有結(jié)構(gòu)的自相似性。

3)濕地景觀格局受自然、人為雙重因素影響。人工濕地退化主要由于城市擴(kuò)張所導(dǎo)致的水田面積減少,自然濕地的演變則主要受氣溫和降雨的影響。自然因素往往在較大的時(shí)空尺度上控制著濕地的景觀格局變化,但隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,在較短的時(shí)間尺度上,國家政策與人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響力逐漸增強(qiáng)。未來,國家對(duì)城市濕地保護(hù)政策的實(shí)施可以使?jié)竦鼐坝^格局向好的方向演化。