1990—2021年西藏“一江兩河”流域濕地時空變化分析研究

郝文淵，郭 濤，王忠斌，楊 紅，楊 爽，張紅鋒

（1.西藏農(nóng)牧學院資源與環(huán)境學院，西藏 林芝 860000；2.四川省農(nóng)業(yè)科學院遙感與數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，四川 成都 610066）

濕地是地球陸生生態(tài)系統(tǒng)最為重要的組成部分之一，是水體與陸地相互共同作用形成的復雜而獨特的生態(tài)系統(tǒng)，對于調(diào)節(jié)氣候、穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)和保護生物多樣性具有重要的意義。在全球氣候變暖加劇的背景下，隨著區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與城鎮(zhèn)化加速，“一江兩河”流域作為西藏區(qū)域開發(fā)強度最大、經(jīng)濟活動最為活躍的區(qū)域，濕地生態(tài)問題日益顯現(xiàn)。濕地生物多樣性降低，景觀破碎化日益嚴重，“一江兩河”流域濕地生態(tài)功能面臨重大威脅。因此，加強濕地時空變化與驅(qū)動機制研究，對于保護高原濕地具有重要意義。

西藏作為全球氣候變化最為敏感的區(qū)域，由于獨特的區(qū)域自然地理條件，分布有大量的濕地，作為高原生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，濕地在生態(tài)系統(tǒng)方面起到了獨到的生態(tài)作用。國內(nèi)外相關學者對西藏濕地展開了相關研究，馮文卿等提出采用模糊綜合評價面向?qū)ο蟮倪b感變化檢測方式，白軍紅等對四川若爾蓋濕地景觀格局與人類活動響應機制進行了相關研究。但從大尺度多層面分析濕地變化的研究相對較少，尤其是針對西藏高原濕地相關研究更少，本研究擬從大尺度多層面分析濕地人地關系，更加深入系統(tǒng)地揭示高原濕地的生態(tài)特征。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

西藏“一江兩河”流域區(qū)域范圍包括雅魯藏布江中游河段及其2條支游年楚河和拉薩河流域區(qū)，東起山南市桑日縣，西至日喀則市拉孜縣，南抵高原湖盆區(qū)，北至念青唐古拉山（岡底斯山南麓），南北寬度為233 km，東西長度為527 km，屬于狹長型高原河谷區(qū)，位于87～93°E，28～31°N?？紤]到行政區(qū)劃完整性包括山南市（桑日、瓊結(jié)、扎囊、乃東、貢嘎）、拉薩市（墨竹公卡、達孜、林周、城關區(qū)、堆龍德慶、尼木、曲水）、日喀則市（拉孜、桑珠孜區(qū)、南木林、謝通門、江孜、白朗），面積24.755 7×10km（圖1）。區(qū)內(nèi)河谷較為寬闊平坦，自然地理條件和交通條件較好，農(nóng)業(yè)發(fā)達，城鎮(zhèn)相對密集，是西藏自治區(qū)重點開發(fā)地區(qū)，流域內(nèi)濕地面積較大，目前，三地均為設市城市。

圖1 研究區(qū)位置與調(diào)查路線

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的數(shù)據(jù)時間跨度為31年（1990—2021年），按照每10年的時間間隔來提取遙感影像。1990年西藏地區(qū)遙感影像采用Landsat5（圖2-A，影像生產(chǎn)時間：1990年7月25日），2000年Landsat5影像在西藏地區(qū)有缺失，故采用Landsat7影像代替（圖2-B，影像生產(chǎn)時間：2000年6月11日），2010年采用Landsat5影像（圖2-C，影像生產(chǎn)時間：2010年8月27日），2021年采用Landsat8影像（圖2-D，影像生產(chǎn)時間：2021年5月9日）。由于天氣和云層的影響，1990—2021年選擇的影像數(shù)據(jù)時間在5—9月之間，基本處于西藏雨季和豐水期，數(shù)據(jù)的精度能夠得到保證。根據(jù)國內(nèi)外學者對青藏高原濕地研究的分類方法，將“一江兩河”流域濕地分類為河流濕地（永久性河流、季節(jié)性或間歇性河流、洪泛平原濕地）、湖泊濕地（永久性淡水湖、季節(jié)性淡水湖、永久性咸水湖、季節(jié)性咸水湖）、沼澤草甸濕地（蘚類沼澤、草本沼澤、沼澤化草甸、灌叢沼澤、森林沼澤、內(nèi)陸鹽沼、地熱濕地和淡水泉及綠洲）和人工濕地（庫塘和人工養(yǎng)殖），共計4個一級分類和17個二級分類，一級分類的分類精度大于85%，符合制圖標準。

圖2 1990—2021年濕地遙感影像

1.3 研究方法

研究采用閾值分割和歸一化差異的水域指數(shù)方法來提取西藏“一江兩河”流域的濕地分布數(shù)據(jù)，由于研究區(qū)存在少量云和陰影等因素的影響，因此對遙感影像的提取數(shù)據(jù)進行了目視解譯修正與完善。單一動態(tài)度模型用來表征研究區(qū)濕地面積及數(shù)量的擴張或縮減速度。當濕地面積及數(shù)量呈增加態(tài)勢時數(shù)值為正；當濕地面積及數(shù)量呈縮減態(tài)勢時數(shù)值為負?？臻g疊置分析將濕地在一定時間段內(nèi)分為擴張型、收縮型和穩(wěn)定型。擴張型表征為在30年內(nèi)4個樣本特征表現(xiàn)為凈增加區(qū)域，收縮型表征為在30年內(nèi)4個樣本特征表現(xiàn)為凈減少區(qū)域，穩(wěn)定型表征為在30年內(nèi)4個樣本特征表現(xiàn)為穩(wěn)定不變的區(qū)域。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地面積變化分析

1990—2021年“一江兩河”流域濕地構成比例與面積都發(fā)生了比較明顯的變化。由表1可知，31年期間研究區(qū)內(nèi)濕地面積明顯增加，濕地面積由1990年的35 005.04 km增加到80 426.97 km，年平均值加1 465.223 km，2021年相較于1990年增加了129.76%。研究區(qū)濕地面積在1990—2021年間呈現(xiàn)出波動狀態(tài)，其中，1990—2000年間減少2 834.87 km，2000—2010年 間 增 加6 727.56 km，2010—2021年間急劇增加41 529.23 km。這表明前20年濕地面積變化不明顯，之后11年濕地面積呈現(xiàn)出急劇增加狀態(tài)。

由表1可知，1990—2021年，31年期間沼澤占據(jù)“一江兩河”流域濕地總面積的73.44%～56.24%，是研究區(qū)濕地的構成主體，其占比呈現(xiàn)出先期緩慢上升，近10年快速下降的狀態(tài)，但是其總面積卻呈現(xiàn)出先緩慢增加后快速增加的趨勢；湖泊占據(jù)研究區(qū)濕地總面積的6.02%～24.46%，相較于1990年，2021年湖泊面積增加264.11%，占比增加9.03%，其變化呈現(xiàn)出先持續(xù)減少后快速增加的趨勢，近10年增加了739.92%；灘涂占據(jù)研究區(qū)濕地總面積的1.98%～17.36%，在1990—2000年呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，2000—2010年明顯下降，2010—2021年快速增加，面積在近11年內(nèi)增加了1 711.41%，年均增加155.58%；河流占據(jù)研究區(qū)濕地總面積的7.56%～1.94%，在1990—2000年河流面積減少幅度最大，減少了1 082.46 km，之后的21年基本呈現(xiàn)出穩(wěn)定的狀態(tài)。

表1 1990—2021年濕地面積變化及比例

2.2 濕地空間變化分析

2.2.1 河流濕地空間變化 西藏“一江兩河”流域的河流處于相對海拔較低的河谷區(qū)域，由圖2—3可見，1990年河流流域水域形態(tài)基本比較完整，到2021年時河流流域水域形態(tài)明顯收縮。主要表征為1990—2000年期間，水域濕地面積減少了1 082.46 km，比例從7.56%減少到4.86%；2000—2010年期間面積增加了86.15 km，比例卻減少了0.62%，這與“一江兩河”流域濕地面積急劇增加有較大的關系；2010—2021年期間，河流面積減少89.08 km，面積占比減少2.3%，這與流域濕地面積增加有關。這表明前10年河流面積減少劇烈，之后20年基本處于穩(wěn)定狀況，變化較為穩(wěn)定。對比遙感影像筆者發(fā)現(xiàn)，細小的河流有干枯化現(xiàn)象，同時主河道水域面積不斷細化，尤其在雅魯藏布江、年楚河和拉薩河這種現(xiàn)象更為明顯，雅魯藏布江流經(jīng)的日喀則市和山南市利用河流周邊河床開發(fā)為耕地。

2.2.2 湖泊濕地空間變化 西藏“一江兩河”流域的湖泊處于相對海拔較低的山間谷地區(qū)域，由圖2—3可見，1990年湖泊形態(tài)基本比較完整，主要表征為1990—2000年期間，湖泊濕地明顯減少，面積減少了1 713.38 km，比例從15.44%減少到11.47%；2000—2010年期間，面積繼續(xù)減少了1 347.53 km，比例卻僅僅減少了0.62%，這與“一江兩河”流域濕地面積急劇增加有較大的關系；2010—2021年期間，湖泊面積急劇增加17 331.53 km，面積占比增加18.44%，這與流域濕地面積增加有關，同時也與全球變暖加劇導致更多的高山冰川融化和水量大增有關。這表明前20年湖泊面積劇烈減少，之后10年基本處于快速擴張的狀態(tài)，變化較為劇烈。對比遙感影像筆者發(fā)現(xiàn)，過去的小湖泊有加速擴張的態(tài)勢，在“一江兩河”流域四周高山地區(qū)這種現(xiàn)象更為明顯，在流域北部地區(qū)和東部地區(qū)這一現(xiàn)象尤其顯著。

2.2.3 灘涂濕地空間變化 西藏“一江兩河”流域的灘涂處于河流及高山湖泊周邊，從圖2—3可見，1990年灘涂形態(tài)基本比較完整，主要表征為1990—2000年期間，灘涂濕地增加了83.27 km，比例從3.56%增加到4.14%；2000—2010年期間面積減少了560.26 km，比例減少了2.16%，這與“一江兩河”流域?qū)⒉糠譃┩哭D(zhuǎn)化為耕地有較大關系；2010—2021年期間，灘涂面積急劇增加了13 190.58 km，面積占比增加15.38%，這與流域濕地面積增加有關，同時也與季節(jié)性的異常天氣關系密切，異常天氣導致夏秋季河流水位異常暴增，淹沒河流周邊土地，使得灘涂面積增加。這表明前10年灘涂面積微增，之后10年基本處于快速減少的狀態(tài)，變化較為劇烈。對比遙感影像筆者發(fā)現(xiàn)，過去的流域耕地有加速擴張的態(tài)勢，使得一部分灘涂轉(zhuǎn)化為耕地，近10年來，季節(jié)性的異常天氣增加，夏秋季河流水位異常暴增，淹沒河流周邊土地，使得灘涂面積增加，同時大量的耕地在逐步退出濕地。

2.2.4 沼澤濕地空間變化 西藏“一江兩河”流域的沼澤處于河流平緩地帶及高山湖盆周邊，從圖2—3可見，1990年沼澤形態(tài)基本比較完整，主要表征為1990—2000年期間，沼澤濕地減少了122.27 km，比例從73.44%增加到79.53%；2000—2010年期間面積增加了8 549.18 km，比例增加了8.22%；2010—2021年期間，沼澤面積急劇增加了11 096.2 km，比例從87.75%減少到56.24%。這表明前10年沼澤面積微增，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，近20年以來，基本處于快速擴張狀況，變化較為劇烈。對比遙感影像筆者發(fā)現(xiàn)，流域草地有加速擴張的態(tài)勢，全球變暖導致區(qū)域暖濕化現(xiàn)象加劇，高山冰川不斷融化，使得流域內(nèi)濕地狀態(tài)持續(xù)轉(zhuǎn)變，沼澤大面積增加。

圖3 1990—2021年濕地空間變化分布

3 結(jié)論與討論

濕地的時間空間變化受到人類活動與自然因素的雙重制約，高原濕地尤其容易受到人類活動的擾動，隨著人類區(qū)域經(jīng)濟開發(fā)活動強度的不斷加深，高原濕地也發(fā)生了較大的變化。研究區(qū)是西藏自然資源條件最優(yōu)越的地區(qū)，區(qū)內(nèi)人口眾多，農(nóng)業(yè)發(fā)展程度最好，區(qū)域開發(fā)強度最高，城鎮(zhèn)密度最高。西藏“一江兩河”流域近幾十年來降水量和溫度呈現(xiàn)出整體增加的趨勢，在一些區(qū)域尤其明顯，降水年際波動變化顯著，導致濕地呈現(xiàn)出波動增加的趨勢。但是，濕地形態(tài)變化明顯，河流所占比例不斷減少，湖泊和灘涂比例不斷上升，沼澤所占比例下降最為明顯。近年來，政府逐步轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，將控制牲畜數(shù)量作為恢復濕地生態(tài)重要的手段。

“一江兩河”流域地區(qū)濕地面積在近30年里波動上升，濕地面積由1990年的35 005.00 km增加到80 426.97 km，年平均值增加1 465.23 km。特別是近10年來面積增加顯著，總面積增加41 529.27 km，增加率達到106.77%；1990—2000年間面積減少2 834.84 km，2000—2010年期間，面積增加6 727.54 km；2010—2021年期間，面積增加41 529.27 km。這表明前20年濕地面積變化不明顯，之后11年濕地面積呈現(xiàn)出急劇增加的趨勢。

研究區(qū)濕地的空間變化以穩(wěn)定型和增加型為主，其主要分布于流域河谷周邊，這里人類活動相對較少，且東部地區(qū)大于中西部地區(qū)。減少型主要分布于“一江兩河”流域的河谷區(qū)域，這里往往是人類活動的中心區(qū)域，表明濕地總面積雖然增加，但是人類活動對濕地局域擾動效應依然存在。