近20 年來海口市濕地景觀生態(tài)安全格局變化及其成因分析

楊烜涵 付 暉 程恩起 秦煜姬

（海南大學林學院，海南 海口 570228）

隨著濕地保護、恢復和管理等工作的推進，濕地生態(tài)安全格局評價逐漸成為濕地研究的熱點，而評價模型的構(gòu)建是濕地生態(tài)系統(tǒng)研究的重要環(huán)節(jié)。景觀生態(tài)安全格局的研究對象多著眼于整個濕地生態(tài)系統(tǒng)（何建華等,2020;雷金睿等,2020b），少數(shù)學者研究了湖泊（陳昆侖等,2019）、河流（潘竟虎等,2015）、沼澤（劉吉平等,2009）等濕地。在空間尺度層面，大尺度濕地長時序動態(tài)變化檢測通常采用MODIS/NOAA/FY 等低空間高時間分辨率遙感數(shù)據(jù)，如鄱陽湖流域（谷娟等,2018）、洞庭湖流域（張猛等,2017）；在中尺度濕地長時序動態(tài)變化檢測通常采用Landsat/HJ/CEBERS/哨兵等中空間分辨率遙感數(shù)據(jù)，如白洋淀濕地（朱金峰等,2020）；在小尺度濕地研究中通常采用SPOT/IKONOS/QB 等高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)，如江蘇鹽城濱海濕地（任武陽等,2019）。在評價模型選取方面，多運用壓力—狀態(tài)—響應模型（PSR）（雷金睿等,2020a;廖柳文等,2016;徐浩田等,2017）、最小累積阻力模型（MCR）（房媛,2011;潘竟虎等,2015）、利用景觀格局指數(shù)構(gòu)建生態(tài)安全格局模型等（陳昆侖等,2019）。

不少學者以海南省紅樹林濕地為研究對象（曾祥云,2015;孫永光等,2013），且多集中于東寨港地區(qū)（孫永光等,2013;李儒等,2017）；此外，還有學者對海南島濕地（雷金睿等,2020a;雷金睿等,2020b）、?？谑袧竦毓珗@（雷金睿等,2019）、海口市羊山地區(qū)鄉(xiāng)村聚落林地濕地（陳楚琳等,2020）、南麗湖濕地（李云哲等,2018）、儋州灣海岸帶（薛永倩等,2018）進行研究。綜上，針對?？谑袧竦鼐坝^生態(tài)安全格局的研究較少，因此，在全面系統(tǒng)地認識?？跐竦叵到y(tǒng)演化過程的基礎(chǔ)上，研究?？谑袧竦厣鷳B(tài)安全格局演變，為優(yōu)化濕地景觀生態(tài)安全格局提供科學依據(jù)，為其它地區(qū)制定濕地管理政策提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

?？谑?110°08′—110°43′E，19°32′—20°06′N)地處海南島北部，總面積3 119 km2，其中陸域面積2 289 km2。地勢平緩，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，年日照時間長，輻射能量大。根據(jù)全國第二次濕地資源調(diào)查結(jié)果顯示，海口市分布有近海與海岸濕地、河流濕地、湖泊濕地、人工濕地4 類17型的濕地類型，無沼澤濕地。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來自Landsat 影像（2000、2010、2018 年）、SPOT 影像（全色2.5 m 與多光譜10 m 融合，2010）、谷歌歷史影像（2000、2010、2018年），其中，Landsat影像選取區(qū)域時考慮云量低、氣象狀況良好、時間統(tǒng)一（6—7 月）（http://www.gscloud.cn/）。海口市土地利用現(xiàn)狀圖（2013 年）、?？谑械匦螆D和自然、社會經(jīng)濟相關(guān)數(shù)據(jù)資料。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理利用ENVI 軟件對Landsat 影像進行數(shù)據(jù)預處理，并使用監(jiān)督分類方法提取?？谑胁煌瑫r期的土地覆被數(shù)據(jù)。針對海口市海岸灘涂以上陸域邊界范圍內(nèi)的濕地，將海口市濕地劃分為自然濕地（紅樹林、河流、潟湖、湖泊）和人工濕地（水庫、坑塘、水產(chǎn)養(yǎng)殖場）2 個類型，并提取面積大于1 hm2、河床寬度大于10 m 的河流作為研究對象。結(jié)合谷歌歷史影像和實地調(diào)研對分類結(jié)果進行修正，得出三期濕地類型分布圖（圖1）。

圖1 2000 年、2010 年和2018 年海口市濕地類型分布圖Fig.1 Distribution map of wetland types in Haikou City in 2000,2010 and 2018

1.3 景觀格局分析方法

1.3.1 景觀格局指數(shù)景觀指數(shù)是高度濃縮景觀格局信息的定量指標，反映景觀結(jié)構(gòu)特征和空間格局變化（雷金睿,2019）。從景觀水平和斑塊水平選取各景觀格局指數(shù)（陳楚琳等,2020;李云哲等,2018）（表1）。

表1 景觀格局指數(shù)及其學術(shù)含義Table 1 Landscape pattern index and its academic meaning

表 2 海口市濕地景觀結(jié)構(gòu)Table 2 Wetland structure in Haikou City

1.3.2 景觀生態(tài)安全模型參考已有研究（陳昆侖等,2019），基于?？跐竦刭Y源特征，選取PD、FRAC_MN、CONNECT和PLAND等景觀格局指數(shù)建立景觀生態(tài)安全度的評價模型。采用層次分析法確定選取指數(shù)的權(quán)重：PD為0.4、平均斑塊分維數(shù)F為0.4、連接度C為0.2。

類型水平上的景觀生態(tài)安全評價模型：

景觀水平上的景觀生態(tài)安全評價模型：

式中：ESi為各濕地類型的景觀生態(tài)安全度；PDi為i 類濕地斑塊密度；Fi為i 類濕地的平均斑塊分維數(shù)；Ci為i 類濕地的連接度；PLi為i 類濕地斑塊所占景觀面積比例；i=1，…，7。ES為景觀水平上的濕地生態(tài)安全度，PL為濕地占?？谑嘘懹蛎娣e的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 海口市濕地景觀結(jié)構(gòu)變化特征

2000—2010 年?？谑袧竦乜偯娣e增加2 287 hm2，2010—2018 年 銳 減3 903.5 hm2。2000—2018 年，?？谑袧竦孛娣e共減少1 616.5 hm2，減少了10.4%（表2）。2000—2018 年?？谑袧竦氐陌邏K數(shù)量(NP)以每年約16 個的速率增長，總計增加了293 個。

自然濕地和人工濕地面積均呈下降趨勢。2000—2010年?？谑凶匀粷竦乜偯娣e基本保持不變，人工濕地總面積增加2 292.2 hm2；2010—2018 年自然濕地減少235.4 hm2，人工濕地減少3 668.1 hm2。2000-2018 年人工濕地共減少1 375.9 hm2，減少19.6%。

不同類型濕地在面積和結(jié)構(gòu)上的變化趨勢不同。自然濕地面積變化平緩，紅樹林、河流和湖泊略有減少，潟湖則逐漸增加。人工濕地中，水庫面積變化小，坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖場受人工干預較大，面積變化較大。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，2000—2010 年坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖場面積大幅增加，但受到濕地相關(guān)保護政策的影響，2010—2018 年坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖場大量減少。自然濕地的PLAND總體上變化平穩(wěn)，人工濕地中坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖場的PLAND變化較大。自然濕地的NP變化平穩(wěn)，人工濕地的NP激增，與濕地整體斑塊數(shù)量變化趨勢一致。

2.2 ?？谑袧竦鼐坝^指數(shù)變化特征

2.2.1 景觀水平2000—2018 年?？谑袧竦刂荛L面積分維數(shù)不斷增加，表明?？谑袧竦氐膸缀涡螤钰呌趶碗s化，景觀生態(tài)安全指數(shù)提高。2000—2010 年海口市濕地斑塊密度有所增加，增幅為19.95%，2010—2018 年 斑塊密度（PD）增長迅速，增幅為63.34%，表明近20 年來，?？诘臐竦鼐坝^趨于破碎。2000—2010 年?？谑袧竦氐倪B接度（CONNECT）急劇下降，斑塊的連通性減弱，空間結(jié)構(gòu)趨于破碎化。2010—2018 年?？谑袧竦氐倪B接度有所好轉(zhuǎn)，聚集程度有所增加，空間結(jié)構(gòu)逐漸緊湊。2000—2018 年?？谑袧竦刈畲蟀邏K指數(shù)（LPI）呈先下降趨勢，后逐漸上升，2018 年達到峰值22.888?？傮w上，LPI增加了3.292%，表明?？谑袧竦叵到y(tǒng)的斑塊優(yōu)勢度得到了增強。香農(nóng)多樣性指數(shù)呈先增加后減少的趨勢，是因為2000—2010年增加了大量水產(chǎn)養(yǎng)殖場和坑塘，使各濕地類型的比重相當，而2010—2018 年伴隨著人工濕地類型的調(diào)整，自然濕地比重升高，各景觀類型的均衡性略有降低（表3）。

表3 2000—2018 年?？谑袧竦卦诰坝^水平上的指數(shù)變化Table 3 The index changes of the wetland in Haikou City from 2000 to 2018 at the landscape level

2.2.2 類型水平

1）形狀指數(shù) 在類型尺度上，自然濕地中紅樹林、河流和湖泊的平均斑塊分維數(shù)（FRAC_MN）呈先上升后下降的趨勢，潟湖呈先下降后上升的趨勢，但2018 年各類型的FRAC_MN均高于2000 年；2000—2010 年水庫和水產(chǎn)養(yǎng)殖場的FRAC_MN呈上升趨勢，2010—2018 年呈下降趨勢，坑塘則逐年下降（圖2）。隨著城市化進程加快，近20 年來紅樹林、河流、湖泊、水庫、坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖的濕地形狀趨于簡單化，而潟湖多由填海形成，整體濕地形狀則趨于復雜，在海口西海岸和海甸島區(qū)域尤為明顯。

圖2 2000-2018 年海口市濕地在類型水平上的指數(shù)變化Fig.2 The index change of the wetland in Haikou City from 2000 to 2018 at the type level

2）破碎度 不同類型濕地的破碎化程度各異。人工濕地的斑塊密度（PD）高于自然濕地，特別是坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖場的破碎化程度較高。湖泊、潟湖、紅樹林濕地的PD變化不大，2000—2010 年河流和水庫的PD呈下降趨勢，2010—2018 年逐漸回升，2010—2018年水產(chǎn)養(yǎng)殖場的PD大幅度增加，2000—2018年坑塘的PD逐年增大（圖2）。城市化進程加速導致坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖場無規(guī)則地分布于城市中，使其破碎度急劇增大，在近些年發(fā)展迅速的秀英區(qū)和美蘭區(qū)尤為顯著。

3）聚集度 從圖2 可看出，自然濕地中的紅樹林、河流、潟湖的景觀聚集度高，景觀連通性好。湖泊的聚集度指數(shù)(COHESION)較低，是因為其僅有2～3 個斑塊，擴展趨勢有限。人工濕地的聚集度變化較大，其中，2000—2010 年水庫的破碎化減弱，景觀連通性升高，但在2010—2018 年聚集度略有降低?？犹恋腃OHESION在所有濕地類型中為最低值，且逐年下降，2018 年達最低，濕地零散分布，連通性差?？犹粮资苋藶橐蛩馗蓴_，連接度的急劇下降也是城市快速發(fā)展帶來的必然結(jié)果。2000—2010 年水產(chǎn)養(yǎng)殖場聚集度變化較小，景觀連通性較好。但在2010—2018年，水產(chǎn)養(yǎng)殖場的斑塊面積下降、斑塊數(shù)量增多，聚集度下降幅度較大，景觀趨于破碎，連通性下降。

2.3 海口市景觀生態(tài)安全格局分析

2.3.1 ?？谑袧竦叵到y(tǒng)景觀生態(tài)安全度總體來看，2000—2018 年海口市濕地系統(tǒng)景觀生態(tài)安全度（ES）呈平穩(wěn)上升的趨勢，從2000 年的0.121 上升至2018 年的0.165，表明?？谑械臐竦厣鷳B(tài)安全逐步提升，近年來海口市濕地保護效果顯著（表4）。

表4 2000-2018 年?？谑袧竦叵到y(tǒng)景觀生態(tài)安全度Table 4 The ecological security of the wetland system landscape in Haikou City from 2000 to 2018

2.3.2 不同濕地類型的景觀生態(tài)安全格局采用ArcGIS 軟件繪制2000—2018 年?？谑胁煌瑵竦仡愋途坝^生態(tài)安全格局（圖3），采用自然斷點法將景觀生態(tài)安全度劃分為5 個等級（表5）。

圖3 2000 年、2010 年、2018 年海口市濕地景觀生態(tài)安全格局演變Fig.3 The evolution of the ecological security pattern of the wetland landscape in Haikou City in 2000,2010,and 2018

表5 景觀生態(tài)安全度等級劃分Table 5 Classification of landscape ecological security degree

表 6 Pearson 相關(guān)性分析Table 6 Pearson correlation analysis

從表4 可看出，2000—2018 年海口潟湖、湖泊、坑塘、水產(chǎn)養(yǎng)殖場的景觀生態(tài)安全度（ES）呈先上升后下降的趨勢，河流和水庫的景觀生態(tài)安全度先略有下降后增加，紅樹林的ES 大幅度下降后略有提升。

各類濕地的景觀生態(tài)安全度（ES）與濕地類型所占景觀面積比例（PLAND）呈正相關(guān)，PLAND值越大，ES越高。2010 年和2018 年潟湖的ES最高，是安全度最高的濕地類型。湖泊的規(guī)模最小，ES一直處于最低水平的Ⅰ級。2010—2018 年，湖泊被侵占和自然萎縮嚴重，ES呈降低趨勢。

各類濕地類型的ES與濕地的空間分布有著密切的聯(lián)系。大規(guī)模的紅樹林和潟湖位于東寨港自然保護區(qū)內(nèi)，人類活動干預較小，ES較高。河流在空間上的變化較小，安全等級較高。2010 年左右，隨著城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展，河流被建設(shè)用地蠶食較為嚴重，ES降低。隨著海口市政府對河流保護的力度加強，水產(chǎn)養(yǎng)殖場還水于河，河流的ES有所升高。湖泊、水庫、坑塘和水產(chǎn)養(yǎng)殖場多分布于人類活動強度較大的地區(qū)，ES則更低。

3 討論

選取平均氣溫、年降水量、蒸發(fā)量3 個主要因子分析氣候變化對濕地的影響。通過對自然驅(qū)動力與濕地面積的皮爾遜相關(guān)性分析得出，年降水量、平均氣溫與濕地面積呈正相關(guān)（表6）。?？谑心杲邓康淖兓厔菖c濕地總面積變化趨勢一致，表明降水量對濕地面積有較大影響，因此，根據(jù)降水量對濕地水資源進行合理補給顯得尤為重要。蒸發(fā)量與濕地面積呈負相關(guān)，因獲取研究區(qū)蒸發(fā)量數(shù)據(jù)的不連續(xù)，選取了與Landsat 影像時間一致的?？?000 年、2010 年、2018 年6—7 月累計蒸發(fā)量進行分析。2000 年、2010 年、2018 年的6—7 月累計蒸發(fā)量不斷上升，佐證了研究區(qū)濕地面積減少的原因。

?？谑姓槍竦乇Ｗo修復的相關(guān)政策措施對濕地景觀格局的演變起正向的驅(qū)動作用。近20 年來，尤其是2010 年以來，?？谑惺┬卸囗棻Ｗo政策，如《?？谑腥嗣裾疂竦乇Ｗo修復制度工作實施方案》等，并成立?？谑袧竦乇Ｗo修復工作領(lǐng)導小組。在一系列保護修復措施和政策影響下，2000—2018年?？谑袧竦鼐坝^生態(tài)安全度不斷增加，坑塘、水產(chǎn)養(yǎng)殖場等人工濕地斑塊占景觀面積比例顯著降低，具備水資源集輸和城市防洪等重要服務功能的水庫面積增加，紅樹林、潟湖、河流等自然濕地面積均有所增加，海口市濕地景觀生態(tài)安全格局向著良好態(tài)勢發(fā)展。此外，《海南省紅樹林保護規(guī)定》《關(guān)于加強東寨港紅樹林濕地保護管理的決定》等專項保護政策，也對紅樹林濕地的景觀生態(tài)安全格局產(chǎn)生了正面的推動作用。2000—2010 年?？谑屑t樹林濕地的生態(tài)安全度由0.433 降到0.208，2018 年回升到0.222，紅樹林濕地景觀生態(tài)安全格局有所改善。隨著海南自由貿(mào)易港和“一帶一路”的蓬勃發(fā)展，?？谧鳛閲H性的綜合交通樞紐逐漸被世界關(guān)注。2018 年，海口成為全球首批“國際濕地城市”,全世界對?？跐竦亟o予了極高的評價。濕地保護和利用作為?？诘闹匾鷳B(tài)優(yōu)勢，有助于為海口打造一張更為美麗的世界名片。

4 結(jié)論

本文運用遙感和地理信息技術(shù)，對?？谑械臐竦鼐坝^生態(tài)安全格局進行綜合評價。結(jié)果表明：1）2000—2018 年?？跐竦氐目偯娣e呈先增加后減少的趨勢，濕地總面積減少1 616.5 hm2，其中，自然濕地減少240.6 hm2，人工濕地減少1 375.9 hm2。2）?？跐竦叵到y(tǒng)景觀生態(tài)安全度呈增加趨勢，總體上自然濕地安全度較高，人工濕地安全度較低。3）濕地生態(tài)安全格局演變驅(qū)動因素的研究表明，自然驅(qū)動因素中的年降水量、平均氣溫與濕地面積呈正相關(guān)。政府出臺的濕地保護修復政策對濕地景觀格局的優(yōu)化發(fā)揮重要的正向驅(qū)動作用。