阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地格局變化及驅(qū)動力分析

王美臻，王延松，姚焱中

（1.遼寧省檢驗(yàn)檢測認(rèn)證中心，沈陽 110036；2.遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，沈陽 110161；3.遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院，沈陽 110036）

濕地環(huán)境是介于水生環(huán)境和陸地環(huán)境之間的一種特殊生態(tài)系統(tǒng)，是推動生態(tài)平衡發(fā)展的重要因素之一，占有至關(guān)重要的地位[1]。本文選定遼寧省阜新市阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地作為研究區(qū)，以空間動態(tài)遙感監(jiān)測作為具體方法，基于地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析，運(yùn)用相應(yīng)數(shù)據(jù)，針對該區(qū)域1985-2019年的景觀格局動態(tài)變化開展全方位分析，從而明確景觀變化方向和結(jié)構(gòu)特性，為科學(xué)開發(fā)濕地、維持生物多樣性等奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿爾鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于彰武縣城北部50 km 處，屬科爾沁沙地南緣地帶，是遼寧省防風(fēng)治沙重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，素有“塞北沙荒”之稱。轄區(qū)東西最大距離為30 km，南北最大距離為11 km，總面積為137 km2，人口密度為42.9人/km2。阿爾鄉(xiāng)濕地自然保護(hù)區(qū)為氣候與農(nóng)業(yè)區(qū)劃上的干旱濕潤過渡區(qū)與農(nóng)牧交錯(cuò)帶，作為動物區(qū)系古北界蒙新區(qū)，邊緣效應(yīng)突出，自然環(huán)境多變，表現(xiàn)出植物多樣性與動物過渡帶特征。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所采用的泡沼濕地?cái)?shù)據(jù)來自專題制圖儀（TM）影像（三期），是Landsat 全波段遙感數(shù)據(jù)，空間分辨率是30 m，各期數(shù)據(jù)都來自Landset5 TM，統(tǒng)一對其進(jìn)行投影和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、幾何校正等處理。大部分選用8月中旬上下數(shù)據(jù)，方便通過遙感準(zhǔn)確識別植被。以2019年遙感影像為數(shù)據(jù)源，通過野外調(diào)查與遙感衛(wèi)星影像對照，配合地物的幾何形狀、顏色特征、紋理特征和空間分布情況，確定各種植被類型和土地利用解譯標(biāo)志，對研究區(qū)進(jìn)行目視解譯。

1.3 研究方法

通過收集氣象數(shù)據(jù)和地方社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒，按照1985-2019年TM 遙感數(shù)據(jù)，利用野外調(diào)研方式，明確研究區(qū)面積，基于野外全球定位系統(tǒng)（GPS）定點(diǎn)調(diào)研和室內(nèi)影像解譯，完成研究區(qū)動態(tài)變化與驅(qū)動力研究工作。本次主要選擇轉(zhuǎn)移矩陣與動態(tài)變化率，針對研究區(qū)景觀變化及驅(qū)動力展開分析。

1.3.1 動態(tài)變化率

一般選擇濕地變化率與類型變化度評估濕地土地類型變化，具體計(jì)算公式如下：

式中：DT為濕地在T時(shí)段的動態(tài)變化率，%；Ua、Ub為濕地在調(diào)查初期、調(diào)查末期的總量，km2；T為調(diào)查時(shí)間，年。

1.3.2 轉(zhuǎn)移矩陣

利用軟件，將1985年和2019年兩期的遙感影像進(jìn)行疊加，從而得到阿爾鄉(xiāng)不同土地利用類型的面積轉(zhuǎn)移矩陣，進(jìn)一步分析濕地與非濕地相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

針對阿爾鄉(xiāng)濕地格局變化特征的驅(qū)動分析，本研究首先運(yùn)用因子分析法，從多個(gè)可能影響阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地變化的因素中提取公共因子，隨后將濕地面積和相應(yīng)公共因子確定為因變量、自變量，并通過多元線性回歸，明確影響因素、濕地變化的關(guān)系。相應(yīng)關(guān)系式如下：

式中：y為因變量，即泡沼濕地面積；β0為回歸方程的截距；βn為第n個(gè)自變量的回歸系數(shù)；n為驅(qū)動因子的數(shù)量；ε為隨機(jī)誤差項(xiàng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙化敏感區(qū)泡沼濕地?cái)?shù)量的變化特征

從圖1 的泡沼濕地位置變化可以看出，1985-2019年，阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地開始逐步呈現(xiàn)面積較小化的分布，大面積的泡沼濕地較少，東部泡沼濕地逐漸全部消失，這可能與科爾沁沙地的變化有關(guān)，而目前面積較大的泡沼濕地主要分布在中部地區(qū)，西部泡沼濕地面積也逐漸減少，這可能與阿爾鄉(xiāng)農(nóng)牧交錯(cuò)的生產(chǎn)方式有關(guān)。阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地以原有濕地為基礎(chǔ)，從外延逐步向內(nèi)萎縮甚至消失。明確阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地的面積變化趨勢，研究驅(qū)動泡沼濕地面積變化的主要影響因素，對于阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地的保護(hù)具有非常重要的意義。

圖1 1985-2019年阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地的位置變化

2.2 沙化敏感區(qū)泡沼濕地格局的變化特征

阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地面積從1985年的8.32 km2減少到2019年的0.91 km2，減少率高達(dá)89%。1995年之后，泡沼濕地面積一直呈現(xiàn)下降趨勢，這可能與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對資源的過度消耗有關(guān)，此外，農(nóng)業(yè)快速發(fā)展引起用地?cái)U(kuò)張、需水量增大，導(dǎo)致人們開始向一些泡沼濕地索取土地資源[2]。2010-2015年，泡沼濕地仍呈現(xiàn)下降趨勢，但下降幅度明顯減少，這可能是由于國家對濕地資源的保護(hù)力度加大。

1985-2010年，泡沼濕地?cái)?shù)量由原來的86 個(gè)下降到28 個(gè)，下降率達(dá)到67.4%。2010-2015年，泡沼濕地呈現(xiàn)出增長趨勢，基本達(dá)到1985年的數(shù)量。2015-2019年，泡沼濕地?cái)?shù)量再次減少到66 個(gè)。其間，泡沼濕地面積持續(xù)減少。

2.3 人為擾動對沙化敏感區(qū)泡沼濕地土地利用方式的影響

1985-2019年，阿爾鄉(xiāng)土地利用類型一直在發(fā)生變化，證明各類因素影響從未停止。泡沼濕地面積逐年減少，至2019年，由原來的8.32 km2（1985年）減少到0.91 km2，而耕地面積由原來的37.26 km2增加到100.94 km2。1985-2019年，所有土地利用類型的面積百分比均非固定值，2010年耕地等出現(xiàn)增長高峰，此后面積百分比不斷下降，反觀林地、草地等，2010年面積百分比進(jìn)入低谷，此后不斷升高，這些情況完全符合2014年我國開始實(shí)施的新一輪退耕還林還草政策規(guī)劃[3]。

2.4 人為擾動對泡沼濕地退化的影響

由表1 可知，耕地面積、機(jī)電井?dāng)?shù)、畜牧量、糧豆產(chǎn)量、肉類總產(chǎn)量這5 個(gè)指標(biāo)與第一主成分關(guān)系密切；降水、氣溫、風(fēng)速的年均值顯著關(guān)聯(lián)于第二主成分。

表1 2010-2019年阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地變化驅(qū)動因素的成分矩陣

所以，可以將第一主成分看作能夠?qū)ε菡訚竦禺a(chǎn)生影響的社會因子，將第二主成分看作能夠?qū)ε菡訚竦禺a(chǎn)生影響的自然因子。這些因素在阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地變化特征的解釋中表現(xiàn)出顯著的關(guān)聯(lián)性。依據(jù)成分矩陣及各因素的標(biāo)準(zhǔn)化得分，可以計(jì)算出對泡沼濕地產(chǎn)生影響的各主成分得分，從而為阿爾鄉(xiāng)泡沼濕地變化特征的解釋提供支撐。

3 結(jié)論

濕地景觀變化通常包含自然、社會兩類驅(qū)動因子：前者往往由很大時(shí)空尺度層面作用到景觀，能夠造成大范圍景觀變化；后者包含人口、政策、經(jīng)濟(jì)等，伴隨時(shí)間的持續(xù)推移，景觀將受到更為顯著的影響[4]。在社會日益發(fā)展的同時(shí)，人為因素對景觀結(jié)構(gòu)與功能變化起到更多作用。綜上所述，泡沼濕地的分布與當(dāng)?shù)貧夂?、降水、風(fēng)速等息息相關(guān)，特別是沙化敏感區(qū)域。此外，結(jié)合諸多研究來看，社會經(jīng)濟(jì)因素是影響土地利用方式變化的主導(dǎo)性因素[5]。因此，要從人口與城市化進(jìn)程、研究區(qū)環(huán)保政策（如退耕還林）等方面的經(jīng)濟(jì)社會因素來分析其對土地利用方式變化的影響。