惠州市建成區(qū)濕地資源動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素分析

牛曉楠，段智釗，李雙霜，甘加俊，林奕軍，饒世樹，秦思思

(1.惠州市林業(yè)科學(xué)研究所,廣東 惠州 516001;2.希言自然資源科技(廣州)有限公司,廣東 廣州 510300;3.廣東珠海淇澳-擔(dān)桿島省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處,廣東 珠海 519000;4.廣東高坪省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處,廣東 韶關(guān) 512300)

1 引言

濕地是自然界最富有生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一[1]，在維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全以及維持生物多樣性等方面發(fā)揮著巨大作用[2]。在過去的150年里，由于自然環(huán)境變化和大范圍人類活動(dòng)的影響，全球超過 50% 的濕地已經(jīng)被改變，已發(fā)生了退化或者喪失[3]。我國濕地類型多、分布廣、面積大[4]，是世界上的濕地大國。我國自1992年加入濕地公約以來，受保護(hù)的濕地范圍在逐漸增加，但近年來隨著全球氣候變化、人為因素等的影響，我國近 40%的濕地正受到威脅[5]，濕地退化現(xiàn)象非常突出[6]，如沿海灘涂、湖泊等[4]，因此加強(qiáng)濕地監(jiān)測(cè)，開展?jié)竦貢r(shí)空變化過程，可以掌握濕地動(dòng)態(tài)變化，尋找濕地動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)濕地的保護(hù)和利用具有重要意義。

目前，通常采用遙感(RS)與地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)進(jìn)行濕地濕資源的監(jiān)測(cè)[7]。它具有監(jiān)測(cè)范圍廣、信息獲取及時(shí)、更新周期短和投入小等特點(diǎn)[8]，因而被廣泛應(yīng)用于濕地景觀動(dòng)態(tài)變化和驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究中[9]。如在濕地景觀格局與時(shí)空演變過程的關(guān)系的研究中[9]，孟偉慶等[10]對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)近30年濕地景觀格局進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析及驅(qū)動(dòng)力分析；姜洋等[11]分析了大連市金普新區(qū)30年間濱海濕地類型及土地利用變化信息，并探討了濕地動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)因素；楊曉瀟等[12]量化了達(dá)里諾爾自然保護(hù)區(qū)近30年濕地動(dòng)態(tài)變化，并對(duì)其動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析。這些研究為濕地資源的監(jiān)管提供了參考。

惠州市建成區(qū)獨(dú)特的地理位置和優(yōu)越的“山水林田湖?！弊匀画h(huán)境條件孕育了豐富的濕地資源，為其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展提供了重要物質(zhì)基礎(chǔ)?；葜菔薪ǔ蓞^(qū)多平原河網(wǎng)，河流濕地分布廣泛，有西江干流、東江等永久性河流和通江湖泊(潼湖)等，同時(shí)又位于“東亞—澳大利亞水鳥遷飛路線”上的中端位置，每年有種類多樣、數(shù)量眾多的鳥類在此越冬或停留。因此，在維護(hù)濕地資源及生物多樣性方面發(fā)揮了重要作用，是粵港澳大灣區(qū)城市群建設(shè)的重要生態(tài)擔(dān)當(dāng)。

為進(jìn)一步加強(qiáng)惠州市建成區(qū)濕地資源的有效監(jiān)管，以Landsat系列衛(wèi)星遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查，利用“3S”技術(shù)，對(duì)惠州市建成區(qū)2018～2020年間的濕地資源變化進(jìn)行了研究，結(jié)合自然因素和人為因素，探討了濕地資源變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，這為加強(qiáng)濕地資源的監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究地概況和方法

2.1 研究地概況

惠州市位于廣東省東南部，屬珠江三角洲東北、東江中下游地區(qū)。地處北緯22°24′～23°57′、東經(jīng)113°51′～115°28′之間，陸地面積1.12萬hm2，海域面積4520 hm2。經(jīng)多年發(fā)展，建成了建成區(qū)(惠城區(qū)、惠陽區(qū))，該區(qū)氣候?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫22 ℃，無霜期長(zhǎng)，年降雨量2062 mm。境內(nèi)河流湖泊眾多，水庫容量超過16億m3，廣東省三大水系之一的東江和西枝江橫貫建成區(qū)，是供給香港、深圳、廣州等地的重要水源地(圖1)。

2.2 研究方法

2.2.1 研究數(shù)據(jù)來源

2.2.1.1 遙感影像數(shù)據(jù)

參考已有的研究[13,14]，遙感監(jiān)測(cè)具有覆蓋面廣、效率高、價(jià)格低廉、操作方便、空間數(shù)據(jù)處理分析能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[15]。在綜合考慮各種遙感數(shù)據(jù)影像分辨率、在軌時(shí)間和更新周期等因素基礎(chǔ)上[16]，選用 Landsat 系列衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為建成區(qū)濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源，矢量濕地類型信息。Landsat 衛(wèi)星影像是獲取地球表面數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)地面分析的重要數(shù)據(jù)源[17]。近年來，Landsat 衛(wèi)星影像以其豐富的光譜信息、適中的時(shí)間與空間分辨率及獲得便捷性等優(yōu)點(diǎn)，成為資源環(huán)境信息監(jiān)測(cè)領(lǐng)域首選影像之一[18]。

從美國地質(zhì)勘探局(https://earthexplorer.usgs.gov)下載到2018年10月3日、2019年9月20日、2020年4月15日建成區(qū)衛(wèi)星遙感影像，精度為15 m。

2.2.1.2 自然地理與社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

惠州市年均降雨量、人口數(shù)量、工業(yè)數(shù)量、農(nóng)業(yè)用水量等數(shù)據(jù)均來源于《2020年惠州統(tǒng)計(jì)年鑒》。

惠州市建成區(qū)的行政邊界、鎮(zhèn)域邊界來自廣東省第三次國土資源調(diào)查數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.2.2.1 數(shù)據(jù)處理

利用ENVI 5.3軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正、波段合成、圖像增強(qiáng)、圖像融合等預(yù)處理。將Landsat8遙感衛(wèi)星4(R)，3(G)，2(B)波段合成為假彩色圖像，對(duì)合成后的圖像進(jìn)行濾波增強(qiáng)。選取控制點(diǎn)，并利用二次多項(xiàng)式擬合及臨近點(diǎn)象元重采樣等方法與 Landsat8 數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正，校正后圖像經(jīng)RMS檢驗(yàn)誤差控制在一個(gè)像元內(nèi)[19]。根據(jù)研究地行政區(qū)劃范圍對(duì)影像進(jìn)行鑲嵌和裁剪操作，經(jīng)過處理后的影像用于2018～2020年建成區(qū)濕地的解譯。于2018～2020年分別對(duì)研究區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并結(jié)合2020年的 Google Earth 的高分影像，對(duì)土地覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。

2.2.2.2 濕地分類系統(tǒng)

依據(jù)建成區(qū)濕地實(shí)際特點(diǎn)、參考廣東省第二次濕地資源調(diào)查成果，根據(jù)《濕地分類》(GB/T 24708-2009)，結(jié)合建成區(qū)濕地特點(diǎn)，并考慮到遙感影像可分辨的最小圖斑、人工判讀的可能性等因素，將建成區(qū)濕地按自然屬性劃分為2大類4小類13型(表1)。其中近海與海岸濕地包括淺海水域、潮下水生層、沙石海灘、紅樹林、河口水域，河流濕地包括永久性河流、季節(jié)性或間歇性河流，湖泊濕地包括永久性淡水湖、永久性咸水湖、季節(jié)性淡水湖，人工濕地包括水庫、淡水養(yǎng)殖場(chǎng)、城市人工景觀水面和娛樂水面等。

續(xù)表1

2.2.2.3 濕地解譯標(biāo)志

參考已有研究成果[20, 21]，根據(jù)各種濕地類型遙感圖像的色調(diào)、形狀、紋理，以及調(diào)查樣地的實(shí)地監(jiān)測(cè)，建立建成區(qū)各濕地類型的解譯標(biāo)志(表2)，以 2019年濕地?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用人工目視方法，得到建成區(qū)2018～2020年濕地資源矢量數(shù)據(jù)，并制作成專題圖件(圖2)。

表2 建成區(qū)遙感影像解譯標(biāo)志

續(xù)表2

圖2 建成區(qū)濕地分布

3 結(jié)果與分析

3.1 濕地面積動(dòng)態(tài)變化

2018～2020年，建成區(qū)濕地總面積整體呈下降趨勢(shì)(表3)。2018年建成區(qū)濕地總面積22381.22 hm2，2019年為22066.24 hm2，2020年為21322.53 hm2。2018～2020年建成區(qū)濕地總面積共減少1058.69 hm2，同比下降4.73%。其中，水庫面積下降最多，減少400.39 hm2，同比下降10.37%。河口水域減少幅度最大，減少103.74 hm2，同比下降87.32%。

2018～2019年期間，建成區(qū)濕地類型中僅永久性河流面積呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，同比增長(zhǎng)0.38%，其他13種濕地類型面積均呈下降趨勢(shì)。其中，濕地面積數(shù)量減少最多的為淡水養(yǎng)殖場(chǎng)，減少面積168.56 hm2，同比下降2.04%；其次為水庫，減少面積97.65 hm2，同比下降2.59%；再次為河口水域，減少面積48.96 hm2，同比下降70.09%。同時(shí)，河口水域是建成區(qū)濕地類型中面積變化幅度最大的，其次為水庫，再次為淡水養(yǎng)殖場(chǎng)。

2019～2020年期間，建成區(qū)濕地類型面積均呈下降趨勢(shì)。其中，水庫面積減少最多，為302.74 hm2，同比下降8.75%；其次為淡水養(yǎng)殖場(chǎng)，為166 hm2，同比下降2.05%；再次是永久性河流，為57.22 hm2，同比下降1.99%。建成區(qū)濕地類型中面積變化幅度最大的仍是河口水域，減少面積54.78hm2，同比下降363.50%；其次為季節(jié)性淡水湖，同比下降了37.72%；再次為城市人工景觀水面和娛樂水面，同比下降11.18%。

表3 惠州市濕地面積統(tǒng)計(jì) hm2，%

3.2 影響濕地動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)力分析

3.2.1 自然因素

水文條件是濕地形成過程中最重要的影響因素之一[22]。降水和徑流是濕地的重要補(bǔ)給水源，溫度則是濕地水量流失的重要影響因素，其變化對(duì)濕地的影響較為突出[23,24]。全球氣候變化導(dǎo)致的氣溫上升、降水減少等是導(dǎo)致濕地面積減少和功能衰退的主要自然因素[25]。從2015～2019年間惠城區(qū)年均氣溫和日照時(shí)間變化趨勢(shì)進(jìn)行分析可知，年均氣溫升高，日照時(shí)間增加(圖3，4)，這在一定程度上會(huì)對(duì)濕地面積造成萎縮[26]。建成區(qū)內(nèi)的東江、西枝江、淡水河等河流屬于珠江支流，位于珠江三角洲平原，河床較為寬廣，兩岸平緩，河流濕地能形成較大的河灘地，流域內(nèi)降雨量的減少和蒸發(fā)量的增加，導(dǎo)致了水位持續(xù)下降，部分湖泊和河流濕地逐漸萎縮。此外，建成區(qū)濕地中的湖泊、坑塘等具有數(shù)量多，面積小，分布不均勻的特點(diǎn)，容易受到氣候變化的影響，特別是降雨量的減少和蒸發(fā)量，更容易促進(jìn)這些濕地的萎縮。

圖3 2015～2019年惠城區(qū)平均氣溫趨勢(shì)

3.2.2 人為因素

近年來，隨著惠州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口數(shù)量激增(圖5)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加速，建成區(qū)面積不斷擴(kuò)大，日益頻繁的人類活動(dòng)對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)造成了一定的影響。一方面，人口的快速增長(zhǎng)帶來了糧食、住房、交通出行等方面需求的增加，侵占了一定數(shù)量的濕地。另一方面，人口數(shù)量的增加也加大了用水需求的壓力(圖6)。惠州是粵港澳大灣區(qū)工業(yè)發(fā)展的重要基地，工業(yè)的快速發(fā)展加大了對(duì)地表水的需求量(圖7)。而溫度升高、日照時(shí)間增長(zhǎng)導(dǎo)致地表水的供給量不足，這進(jìn)一步加劇了濕地的結(jié)構(gòu)的改變和功能的退化。同時(shí)，在半干旱的氣候條件下，人們更加青睞于水分充足的濕地，在遙感影像解譯結(jié)果中，建成區(qū)內(nèi)的農(nóng)田主要沿河流、坑塘周邊密集分布，農(nóng)藥化肥過量的農(nóng)業(yè)用水排放進(jìn)濕地會(huì)造成不同程度的污染，使得濕地生態(tài)功能紊亂，增加了水體發(fā)生赤潮、富營養(yǎng)化等風(fēng)險(xiǎn)。

國家政策的調(diào)控也是導(dǎo)致濕地景觀格局變化的重要因素之一[27]。潼湖是廣東省最大的內(nèi)陸淡水濕地。1977～1993年期間，約30%的水田被改造成魚塘；1993～2017年期間有接近40%的水田被改造成旱地[28]；2019年集中整治了流域禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖494戶，魚塘面積2.4萬多畝，關(guān)停污染嚴(yán)重的水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)。此外，受新型冠狀病毒疫情影響，2020年較2019年，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積出現(xiàn)大幅度降低的現(xiàn)象，近十幾年來，惠州市一直都是廣東省水產(chǎn)養(yǎng)殖的大區(qū)之一，此次受新型冠狀病毒影響，養(yǎng)殖戶面臨出魚難、飼料供應(yīng)受阻、春季魚病多發(fā)、水產(chǎn)品價(jià)格狂跌等情況，導(dǎo)致一些水產(chǎn)養(yǎng)殖戶減小水產(chǎn)養(yǎng)殖面積，從而在一定程度導(dǎo)致2020年的水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)面積較2019年急劇下降。

圖5 惠州市人口增長(zhǎng)趨勢(shì)

圖6 惠州市農(nóng)業(yè)用水情況趨勢(shì)

圖7 惠州市規(guī)模以上工業(yè)單位數(shù)趨勢(shì)

4 濕地保護(hù)建議

研究結(jié)果表明，自然因素和社會(huì)因素的綜合影響下導(dǎo)致了轉(zhuǎn)變以及濕地資源的退化，自然因素是濕地發(fā)生變化的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，各項(xiàng)社會(huì)因素則是大大加速濕地類型轉(zhuǎn)變和濕地資源退化的外在驅(qū)動(dòng)力。針對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，鑒于目前濕地生態(tài)系統(tǒng)退化的形勢(shì)，提出以下對(duì)策。

4.1 開展?jié)竦丶吧锒鄻有再Y源保護(hù)規(guī)劃

對(duì)濕地及生物多樣性的保護(hù)及利用進(jìn)行合理規(guī)劃，加強(qiáng)生物多樣性區(qū)域的保護(hù)，對(duì)外來物種進(jìn)行清理，降低入侵物種帶來的危害風(fēng)險(xiǎn)。大力開展?jié)竦乜沙掷m(xù)利用示范，對(duì)于不同地方特色的濕地資源，建立各種類型濕地可持續(xù)利用示范點(diǎn)(區(qū))，發(fā)揮示范效應(yīng)，如建設(shè)惠州市基塘高效利用示范、海岸濕地可持續(xù)利用示范、濕地生態(tài)旅游示范、河流濕地可持續(xù)利用示范、濱海濕地生態(tài)養(yǎng)殖示范以及城市濕地高效治污治水示范等，加強(qiáng)濕地科學(xué)利用模式的引導(dǎo)與推介，引導(dǎo)全市濕地資源的合理利用，發(fā)揮濕地的綜合功能與效益。

4.2 加強(qiáng)組織管理，實(shí)行生態(tài)補(bǔ)償制度

惠州市水系發(fā)達(dá)、灘涂廣布、河口港灣眾多，有自然保護(hù)區(qū) 26 個(gè)[29]。全面加強(qiáng)濕地保護(hù)管理組織建設(shè)，實(shí)行濕地生態(tài)補(bǔ)償制度，是濕地保護(hù)的有效方法，濕地生態(tài)補(bǔ)償制度的實(shí)施必將是對(duì)濕地保護(hù)管理的最大政策和財(cái)政的支持，會(huì)使惠州市的濕地保護(hù)管理進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。

4.3 加強(qiáng)對(duì)濕地功能、效益和保護(hù)的宣傳教育

提高人們對(duì)保護(hù)濕地的認(rèn)識(shí)，使人們認(rèn)識(shí)到保護(hù)濕地資源和合理利用資源是關(guān)系到人類生存與發(fā)展的大事，在牽涉到集體及個(gè)人的切身利益和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益時(shí)，能自動(dòng)自覺的保護(hù)好濕地的生態(tài)資源不受破壞。加強(qiáng)對(duì)濕地功能效益和保護(hù)的宣傳教育，教育宣傳活動(dòng)要生動(dòng)活潑、多種多樣，這樣才能收到良好效果。建議在濕地公園、濕地保護(hù)區(qū)建設(shè)惠州市濕地博物館，免費(fèi)為市民開放，建成濕地教育基地。