輝河濕地土地利用變化特征研究

王富武

（哈爾濱師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025）

土地是人類生產(chǎn)生活和社會發(fā)展過程中的重要自然資源和物質(zhì)保障，土地利用是人類生產(chǎn)生活的基本方式，人類活動深刻地改變著自然地理環(huán)境，土地利用變化表現(xiàn)為各土地利用類型面積、空間分布的變化，其變化直接影響著生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)和產(chǎn)品的能力。

在自然因素和人類活動的影響下，濕地面積不斷地萎縮，濕地保護(hù)已成為熱點(diǎn)問題。輝河濕地在維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡、保護(hù)生物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用。因此，研究輝河濕地的土地利用變化特征，對于揭示輝河濕地的土地利用變化規(guī)律，對保護(hù)濕地、提高濕地生態(tài)功能等具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)踐意義。

文章利用2004～2018年的Landsat影像對輝河濕地的土地利用變化進(jìn)行研究.通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用動態(tài)度研究2004～2008年、2008～2011年、2011～2016、2016～2018年，四個時間段土地利用類型變化特征，可為輝河濕地土地利用政策實(shí)施、濕地保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

輝河濕地（48°4′36″N～48°55′29″N，118°47′30″E～119°41′27″E）位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市西南部，處于大興安嶺西北坡山地灌叢向呼倫貝爾草原的過渡區(qū)，平均海拔為700～800 m，年平均氣溫為-2.4～2.2 ℃，年平均降水量為300～350 mm，是內(nèi)蒙古輝河國家級自然保護(hù)區(qū)的主體。

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

文章利用的Landsat系列數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺。本研究采用的數(shù)據(jù)包括2004年、2008年、2011年、2016年、2018年的Landsat影像，成像時間均在4～6月，影像云量少，質(zhì)量較高。應(yīng)用ENVI軟件結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況和影像地物特征，將研究區(qū)土地利用類型劃分為明水、有水濕地、無水濕地、草甸、林地、沙地、鹽堿地和草地八類。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣方法用于定量描述系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移矩陣可以定量地分析和深入了解各地類轉(zhuǎn)移面積、轉(zhuǎn)移方向及補(bǔ)充來源。土地利用轉(zhuǎn)移概率為該時段內(nèi)某一土地利用類型轉(zhuǎn)換為其他類型（或保持不變）的似然概率， 計(jì)算公式如下：

式中：St、St+1為t、t+1時刻的土地利用狀態(tài)；Pij為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣；n為土地利用類型。

將2004年至2018年劃分為4種不同的時間間隔Ti，分別為第一期（2004～2008年，T1=4）、第二期（2008～2011年，T2=3）、第三期（2011～2016年，T3=5）和第四期（2016～2018年，T4=2）。

1.3.2 土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度反映一定時段內(nèi)各土地類型的變化幅度和速度。計(jì)算公式如下：

式中：K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型的動態(tài)度；Ua和Ub分別為研究期始、末某一種土地利用類型的面積；T為研究時段。

2 結(jié)果與分析

2.1 輝河濕地土地利用數(shù)量變化

利用空間分析的方法對輝河流域土地利用變化特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)近15年來，輝河濕地有水濕地和無水濕地的總面積占比呈現(xiàn)減少的趨勢，由2004年的5.25%減少到2018年的2.89%。輝河濕地的無水濕地面積減少最多，從2004年到2018年減少了252.94 km2，在所有土地利用類型中減少最為顯著。該區(qū)域土地利用在各時期呈現(xiàn)出不同的變化特征，主要表現(xiàn)為有水濕地、草甸、林地、沙地、草地的增加趨勢和明水、無水濕地及鹽堿地的減少趨勢。其中，明水從2004年的1.41%增加到2018年的1.92%，有水濕地則從2004年的0.52%增加到2018年的2.01%，無水濕地減少幅度較大，從2004年的4.73%減少到2018年的0.88%，草甸從2004年的3.8%減少到2018年的1.62%，林地從2004年的0.82%增加到2018年的1.08%，沙地從2004年的1.68%增加到2018年的4.65%，鹽堿地從2004年的5.26%減少到2018年的1.73%，草地從2004年的81.78%增加到2018年的86.11%，共增加了284.66 km2，是數(shù)量變化最大的土地利用類型。

以2004年分類數(shù)據(jù)來看，輝河濕地的鹽堿地和草地的面積和占總面積的百分比超過87%，為輝河研究區(qū)的優(yōu)勢地類。其明水、有水濕地、無水濕地、草甸四者合計(jì)占總面積的10.46%。因?yàn)檩x河濕地位于內(nèi)蒙古草原上，因此草地面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他土地利用類型的面積，并且草地面積變化相較自身面積來說變化比例非常小。

到2008年，盡管不同的土地利用類型之間的面積發(fā)生了較大變化，草地的比例依然最高。除無水濕地和鹽堿地的面積減少較大之外，其余土地利用類型面積數(shù)量變化并不劇烈，發(fā)生土地利用面積增加的有明水、有水濕地、草甸、林地、沙地和草地。有水濕地和無水濕地的面積比例由2004年的5.25%減少到2008年的1.79%。

2008年至2011年期間，研究區(qū)有水濕地面積呈增大趨勢，增速較快，2008年有水濕地面積為45.84 km2，2011年有水濕地面積為306.23 km2，年平均增速為1.32%。無水濕地、林地、沙地、鹽堿地也在此期間呈現(xiàn)增大趨勢。明水和草甸呈現(xiàn)下降趨勢，草甸從2008年的360.7 km2下降到2011年的60.65 km2，年均降速1.52%。有水濕地和無水濕地的面積比例由2008年的1.79%增加到2011年的6.06%，年平均增速為1.42%。

2011年至2016年期間，明水和草甸面積呈增大趨勢，面積分別增加183.26 km2和398.09 km2，年均增速分別為0.558%和1.212%，其他土地利用類型均面積減少，但變化幅度較小。有水濕地和無水濕地的面積比例由2011年的6.06%減少到2016年的2.91%，年平均降速0.63%。

2016年至2018年期間，有水濕地、草地和沙地的面積呈增大趨勢，草甸的面積呈現(xiàn)大幅度減少，從2016年的458.74 km2迅速減少到2018年的106.11 km2，年均降速達(dá)2.68%。土地利用類型面積減少的還有明水、無水濕地、林地和鹽堿地，但減少幅度不大。有水濕地和無水濕地的面積比例由2016年的2.91%減少到2018年的2.89%，變化幅度不大。

2.2 輝河濕地土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

文章應(yīng)用ArcGIS和IDRISI的Markov模塊，得 到 2004～2008年、2008～2011年、2011～2016年和2016～2018年，四期的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

整個時期草地的凈增面積比例最大，主要由無水濕地轉(zhuǎn)入，是區(qū)域主要的土地轉(zhuǎn)移類型。無水濕地呈遞減態(tài)勢，從2004年的310.72 km2下降至2018年的 57.78 km2。2004～2008年、2008～2011年、2011～2016年和2016～2018年無水濕地減少面積分別為 238.68 km2、20.08 km2、30.34 km2、4 km2。減少的無水濕地主要轉(zhuǎn)移為草地，反映了濕地保護(hù)措施不理想，且各時段的轉(zhuǎn)移概率分別為45.92%、4.11%、31.78%、55.79%。鹽堿地面積呈下降趨勢，轉(zhuǎn)出面積主要流入草地，15年間的轉(zhuǎn)移概率在18%～54%。有水濕地的面積先增加再減少，在2008～2011年和2011～2016年，有水濕地面積變化幅度較大，在2008～2011年，123.23 km2草甸轉(zhuǎn)移為有水濕地，土地利用轉(zhuǎn)移概率為34.78%；在2011～2016年，100.31 km2有水濕地轉(zhuǎn)移為草甸，土地利用轉(zhuǎn)移概率為33.39%。

2004～2008年期間，草地、草甸、林地、明水、沙地、無水濕地、鹽堿地、有水濕地的保有率分別為 82.17%、30.30%、76.08%、33.95%、55.70%、57.39%、45.65%、0.77%。研究區(qū)所有的土地利用類型都有不同程度向其他類型的轉(zhuǎn)移，主要轉(zhuǎn)移類型為鹽堿地192.31 km2轉(zhuǎn)移為草地，無水濕地141.24 km2轉(zhuǎn)移為草地，草地有29.70 km2轉(zhuǎn)移為鹽堿地，草甸有74.20 km2轉(zhuǎn)移為草地?？梢钥闯鲈俅纹陂g，鹽堿地、草甸和草地相互轉(zhuǎn)換頻繁。

2008～2011年間，草地、草甸、林地、明水、沙地、無水濕地、鹽堿地、有水濕地的保有率分別為97.85%、50.86%、28.51%、70.75%、70.39%、2.51%、36.72%、10.98%。草地47.87 km2轉(zhuǎn)移為無水濕地，草甸77.33 km2轉(zhuǎn)移為鹽堿地，草甸123.33 km2轉(zhuǎn)移為有水濕地。

2011～2016年間，草地、草甸、林地、明水、沙地、無水濕地、鹽堿地、有水濕地的保有率分別為87.26%、7.21%、25.83%、15.71%、87.33%、3.90%、41.77%、65.01%。無水濕地28.81 km2轉(zhuǎn)移為草地，有水濕地100.31 km2轉(zhuǎn)移為草甸，有水濕地42.46 km2轉(zhuǎn)移為無水濕地。

2016～2018年間，草地、草甸、林地、明水、沙地、無水濕地、鹽堿地、有水濕地的保有率分別為91.79%、39.90%、92.44%、71.53%、14.79%、9.61%、58.05%、26.81%。草甸334.49 km2轉(zhuǎn)移為草地，草甸24.44 km2轉(zhuǎn)移為無水濕地，有水濕地29.02 km2轉(zhuǎn)移為草甸，明水49.91 km2轉(zhuǎn)移為有水濕地。

2.3 輝河濕地土地利用動態(tài)變化特征

輝河濕地不同時期內(nèi)的各類土地利用動態(tài)度存在明顯的差異。明水動態(tài)度變化在整個時期內(nèi)呈現(xiàn)“先增加后減少、再增加再減少”的特征，2004～2008年最低，2011～2016年為最高；有水濕地的動態(tài)度處于先增加后減少的過程，其2008～2011年的動態(tài)度最高；無水濕地的動態(tài)度在2004～2008年變化最大，2016～2018年最??；草甸的動態(tài)度呈現(xiàn)“先增加后減少、再增加再減少”的特征，變化幅度在2011～2016年最大；林地動態(tài)度變化在研究時期內(nèi)整體變化不大；沙地動態(tài)度的幅度為先增加后減少的過程，且2016～2018年變化幅度最大；鹽堿地的動態(tài)度呈現(xiàn)“先減少后增加最后再減少”的特征。在整個研究時段，有水濕地、草甸和沙地的土地利用變化較劇烈，草地變化幅度最小，如圖1所示。

圖1 輝河濕地土地利用變化動態(tài)度

2.4 輝河濕地類型轉(zhuǎn)化特征

在2004～2018年間，輝河濕地變化主要發(fā)生在輝河分叉后的河漫灘和河漫灘與草原的交匯處。輝河濕地的轉(zhuǎn)化過程中以明水、有水濕地、無水濕地和草甸這四種土地覆蓋類型為主。2004年到2008年未變化的濕地面積逐漸減少，非濕地土地覆蓋類型轉(zhuǎn)變?yōu)闈竦氐拿娣e也在減少，而由濕地轉(zhuǎn)出的面積卻在增加，見表1。

表1 輝河濕地面積變化表（km2）

3 結(jié)論與討論

文章采用5期遙感影像數(shù)據(jù)，分析輝河濕地2004-2018年土地利用變化特征，主要結(jié)論如下：

（1）2004～2018年的15年間，輝河濕地土地利用類型變化最為顯著的是無水濕地，草甸面積逐年減少；鹽堿地面積累計(jì)減少231.71 km2，減少了67.11%；沙地面積累計(jì)增加195.37 km2。

（2）2004～2018年間，明水動態(tài)度變化在整個時期內(nèi)呈現(xiàn)“先增加后減少、再增加再減少”的特征，有水濕地的動態(tài)度處于先增加后減少的過程，其2008～2011年的動態(tài)度最高。

（3）輝河濕地面積萎縮較大。自然因素主要是氣溫升高、降水量減少、蒸發(fā)量增加。人為因素主要是輝河上游攔河壩的建立。所以，可以從以下幾個方面提高輝河濕地的生態(tài)狀況：一是制定輝河濕地生態(tài)恢復(fù)治理方案，因地制宜地進(jìn)行生態(tài)保護(hù)；二是促進(jìn)濕地保護(hù)過程中的責(zé)、權(quán)、利的統(tǒng)一，防止邊保護(hù)、邊破壞；三是緊密結(jié)合輝河國家級自然保護(hù)區(qū)建設(shè)的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)濕地的可持續(xù)發(fā)展。

文章對輝河濕地土地利用變化的研究時序更長，對輝河濕地土地利用過程論述更為詳細(xì)。由于影像分辨率為30 m，分類結(jié)果不夠精細(xì)。因此在以后的研究中，應(yīng)當(dāng)采取分辨率更高的影像。