基于全球地表水?dāng)?shù)據(jù)的長沙市濕地景觀動態(tài)變化研究

收稿日期Received：2023-03-14""" 修回日期Accepted：2023-06-16

基金項(xiàng)目：長沙市科技計(jì)劃項(xiàng)目（kq1801082）。

第一作者：曾哲禮（2242756735@qq.com）。

*通信作者：佘濟(jì)云（shejiyun@126.com），教授。

引文格式：

曾哲禮，佘濟(jì)云，唐子朝，等. 基于全球地表水?dāng)?shù)據(jù)的長沙市濕地景觀動態(tài)變化研究. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，48（2）：9-18.

ZENG Z L， SHE J Y， TANG Z C， et al. Dynamic change of wetland landscape in Changsha based on JRC global surface water data. Journal of Nanjing Forestry University （Natural Sciences Edition），2024，48（2）：9-18.

DOI：10.12302/j.issn.1000-2006.202303019.

摘要：【目的】探究長沙市1999—2019年濕地景觀的時(shí)空演變規(guī)律，綜合分析長沙市濕地景觀格局的動態(tài)變化特征，以及自然、人為因素對濕地景觀格局的影響機(jī)制，為長沙市濕地資源的保護(hù)與合理利用提供理論依據(jù)?！痉椒ā炕谌虻乇硭?dāng)?shù)據(jù)（GSWD），結(jié)合氣象、水文等數(shù)據(jù)，采用濕地分布信息提取、濕地類型劃分和景觀格局指數(shù)的方法，針對濕地季節(jié)性和波動變化特征，對長沙市1999—2019年濕地景觀格局的動態(tài)演變情況進(jìn)行長期且連續(xù)的監(jiān)測，分析其長時(shí)間尺度的演變趨勢以及短期的波動變化特征?！窘Y(jié)果】①1999年以來，長沙市濕地面積持續(xù)增加，其中，永久性河流是長沙市的主要濕地類型。2007—2009年，長沙市濕地景觀發(fā)生了較大的變化，主要表現(xiàn)為2008年前永久性河流、湖泊分別向季節(jié)性河流、湖泊轉(zhuǎn)化，2008年后出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。2017年以前，長沙市濕地景觀格局破碎化程度不斷加劇，2017年之后開始逐漸恢復(fù)。②在自然因素中，長沙市濕地面積受降水和湘江徑流量影響較大；在人為因素中，人口的增加和粗獷的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，會間接導(dǎo)致景觀格局破碎化加劇，但政府政策和措施對濕地修復(fù)具有強(qiáng)制性作用?！窘Y(jié)論】基于全球地表水?dāng)?shù)據(jù)提取濕地信息具有可行性；長沙市濕地面積持續(xù)增加，永久性河流及其周邊是主要濕地類型。研究結(jié)果可為長沙市濕地資源的保護(hù)與合理利用提供重要參考。

關(guān)鍵詞：濕地；景觀格局；全球地表水?dāng)?shù)據(jù)；長沙市

中圖分類號：S759；X87""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

文章編號：1000-2006（2024）02-0009-10

Dynamic change of wetland landscape in Changsha based on JRC global surface water data

ZENG Zheli1， SHE Jiyun1*， TANG Zichao2， LUO Chuying1

（1. College of Forestry， Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China; 2. Hunan Prospecting Designing and Research General Institute for Agriculture and Forestry Industry， Changsha 410007， China）

Abstract： 【Objective】 The objectives of this study were to explore the temporal and spatial evolutions of wetland landscape in Changsha from 1999 to 2019， to comprehensively analyze the dynamic-change characteristics of wetland-landscape patterns in Changsha in the same period， and to explore the influence mechanism of natural and human factors on wetland-landscape patterns， so as to provide an important theoretical basis for the protection and rational utilization of wetlands in Changsha. 【Method】 Based on global surface water data （GSWD）， combined with meteorological and hydrological data， this paper adopted the methods of wetland distribution information extraction， wetland type classification and landscape pattern index， aiming to achieve long-term and continuous monitoring of the dynamic evolution of annual wetland-landscape patterns in Changsha City from 1999 to 2019 based on the seasonal and fluctuating characteristics of wetlands. In addition， we analyzed the evolution trend of its long time scale， as well as the short-term fluctuation change characteristics. 【Result】 （1） Since 1999， the wetland area in Changsha has been overall increase， with permanent river being the main wetland type. From 2007 to 2009， there was a large fluctuation in wetland landscape， as represented by the transformation of permanent rivers and lakes to seasonal rivers and lakes， respectively， in the early stage， and by the reversal of fragmentation after 2008. The fragmentation degree of wetland-landscape pattern in Changsha continuously intensified until 2017 and later began to gradually recover. （2） The wetland-landscape pattern in Changsha was greatly affected by the natural factors such as precipitation and runoff from the Xiangjiang River and extreme freezing disasters that led to large fluctuations of the wetland-landscape pattern. The wetland landscape pattern in Changsha was also affected by human factors such as growing population and urban expansion that may lead to the intensification， but government policies and measures had a positive effect on wetland restoration. 【Conclusion】 It was feasible to use GSWD to extract wetland information. The wetland area in Changsha had continued to grow， among which permanent river was the main wetland type. The results from this study could provide important scientific references for the protection and rational utilization of wetlands in Changsha.

Keywords：wetland; landscape pattern; global surface water data （GSWD）; Changsha City

濕地是連接水域和陸地的重要過渡地帶，在水陸生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的作用無可替代［1］。但由于受全球氣候變化、人類活動等多種因素的影響，我國濕地生態(tài)系統(tǒng)存在著如生態(tài)結(jié)構(gòu)破碎、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低等嚴(yán)重的生態(tài)安全問題。同時(shí)濕地作為“山水林田湖草生命共同體”中的重要組成部分，對維護(hù)我國生態(tài)、糧食和水資源安全的意義重大，它的破壞將會給“山水林田湖草系統(tǒng)”的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也會潛在影響區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會的綠色健康發(fā)展。因此，高效且科學(xué)地監(jiān)測濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀格局的動態(tài)變化對于濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外關(guān)于濕地景觀格局動態(tài)變化方面的研究中，基于多期遙感影像解譯分析濕地時(shí)空演變已成為主流。長沙市地處湘江下游，位于洞庭湖南端，濕地資源豐富，是長江中游的重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)。雖然已有學(xué)者對長沙市濕地景觀格局演變趨勢進(jìn)行了相關(guān)研究，但僅用了3～10期遙感影像對濕地進(jìn)行分類和時(shí)空變化趨勢分析。然而濕地本身具有季節(jié)性特征，年際間面積波動幅度大，因而單期遙感影像難以反映真實(shí)的濕地面積和季節(jié)性特征，同時(shí)也無法捕捉到濕地景觀在短時(shí)間內(nèi)的波動變化。2016年歐盟聯(lián)合研究中心（The Joint Research Centre，JRC）發(fā)布了全球地表水?dāng)?shù)據(jù)集（JRC global surface water dataset，GSWD），該數(shù)據(jù)有效地彌補(bǔ)了單期遙感影像數(shù)據(jù)在濕地季節(jié)性體現(xiàn)方面的不足。該數(shù)據(jù)是由Pekel等利用1984—2019年期間400多萬幅Landsat遙感影像所生成的，涵蓋了地表水域的時(shí)空分布、變化強(qiáng)度、相互轉(zhuǎn)化、循環(huán)再生、季節(jié)性和永久性等信息。近年來，已有一些學(xué)者將全球地表水?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用于濕地范圍提取和水文長期演變特征等方面。如劉言基于Google Earth Engine平臺，將全球地表水?dāng)?shù)據(jù)和多期Landsat遙感影像數(shù)據(jù)相結(jié)合，解譯并分析1984—2018年莫莫格濕地景觀，結(jié)果表明莫莫格濕地的面積變化趨勢主要是遞減，景觀破碎化加劇、連通性降低。此外，已有相關(guān)學(xué)者在利用全球地表水?dāng)?shù)據(jù)對濕地進(jìn)行研究得出了與前人研究相反的結(jié)果，并證實(shí)了利用全球地表水?dāng)?shù)據(jù)來描述較大時(shí)空尺度下的濕地景觀演變特征具有可行性和優(yōu)勢性。如Feng等基于全球地表水?dāng)?shù)據(jù)集提取出我國范圍內(nèi)1984—2015年的地表水體，研究我國21世紀(jì)前后水體的整體特征和變化，結(jié)果表明，大于1 km2的水體總表面積和豐度估計(jì)值分別是21世紀(jì)前估計(jì)值的0.2～0.5倍和0.3～1.5倍；我國水體的大小-豐度和海岸線-面積的關(guān)系遵循經(jīng)典的冪標(biāo)度律（power-scaling law），而該結(jié)論與前人利用傳統(tǒng)方法對中國水體特征的研究結(jié)論相反。

本研究基于全球地表水?dāng)?shù)據(jù)，針對濕地的季節(jié)性和波動變化特征，提取長沙市1999—2019年的濕地空間分布信息并進(jìn)行分類，對長沙市濕地景觀格局的動態(tài)演變情況進(jìn)行長時(shí)間且連續(xù)的監(jiān)測，分析其長時(shí)間尺度的演變趨勢以及短期的波動變化特征，并從自然因素和人為因素兩方面出發(fā)，探究長沙市濕地景觀格局動態(tài)變化的驅(qū)動力機(jī)制。

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

長沙市（111°53′～114°15′E， 27°51′～28°41′N）是湖南省省會城市，是國家級“兩型社會”示范城市。市域土地總面積11 816.0 km2，下轄6個區(qū)、2個縣級市和1個縣，分別為岳麓區(qū)、天心區(qū)、雨花區(qū)、芙蓉區(qū)、開福區(qū)、望城區(qū)、瀏陽市、寧鄉(xiāng)市和長沙縣。長沙市地處湖南省東部偏北，屬湘江下游和長瀏盆地西緣，氣候類型屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏冬季長、春秋季短，年均氣溫約17.4" ℃，年均降水量為1 358.6～1 552.5 mm，年均日照1 583.0 h。長沙市東部和東南部為丘陵崗地，市域中心為湘江沖積而成的臺地，構(gòu)成了中部低、東西部高的鞍型湘瀏盆地。長沙市境內(nèi)地表水系發(fā)達(dá)，湖泊河流眾多，主要有湘江等“一江八河”及其支流；河長5 km以上的支流有302條，其中湘江流域289條。合適的氣候、地貌、水文條件使得長沙市地區(qū)具有豐富的濕地資源（圖1）。

全球地表水?dāng)?shù)據(jù)集（JRC global surface water dataset）是本研究所使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（https：//global-surface-water.appspot.com）。該數(shù)據(jù)集使用1984—2019年間從Landsat 5、7和8獲取的400多萬幅影像所生成，包含1984—2019年的地表水域位置和時(shí)間分布信息，以及地表水域的時(shí)空分布、變化強(qiáng)度，季節(jié)性和永久性，相互轉(zhuǎn)化和循環(huán)再發(fā)生等信息。已有研究在30 m的分辨率下，對全球40 124個抽樣控制點(diǎn)進(jìn)行了精度檢驗(yàn)（跨越36 a），檢驗(yàn)結(jié)果顯示識別錯誤率低于1%，遺漏錯誤率低于5%。氣象及水文數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn/）、中國水情年報(bào)以及研究區(qū)省級市級年鑒。

基于Google Earth Engine平臺內(nèi)部的API編程，調(diào)取長沙市1999—2019年域內(nèi)的全球地表水?dāng)?shù)據(jù)集中的年度水體分類歷史數(shù)據(jù)層（JRC Yearly Water Classification History， v1.2），并在ArcGIS 10.6中疊加谷歌地球高分辨率的歷史影像進(jìn)行目視檢查和手動矯正，以獲取研究區(qū)按照季節(jié)性和永久性分類的濕地水面范圍和位置。其中，季節(jié)性濕地水面是一年中只在豐水期才被水淹沒的類型，永久性濕地水面是一年中始終被水體淹沒的類型。

1.2" 研究方法

1.2.1" 濕地類型劃分

依據(jù)研究區(qū)濕地分布特征和本研究所需，并參照《濕地公約》和GB/T 21010—2017《土地利用分類》中濕地的分類標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)濕地水面的位置、形狀、結(jié)構(gòu)、紋理等幾何特征，通過目視解譯法將長沙市濕地分為季節(jié)性河流、季節(jié)性湖泊、永久性河流、永久性湖泊、灘涂、坑塘水田及其他小型濕地6類（表1）。

1.2.2" 景觀格局指數(shù)的選取與計(jì)算

景觀指數(shù)可以簡化景觀類型的特征描述，高度濃縮景觀類型的空間配置信息。根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者在景觀生態(tài)上的研究成果或方法，結(jié)合本研究的分析尺度和研究目標(biāo)，選取在濕地類型水平上的斑塊平均面積（MPS，表征景觀格局的異質(zhì)性特征）、面積加權(quán)平均分維度（FRAC-AM，取值為1～2，數(shù)值越小表明斑塊形狀越規(guī)整）、景觀水平的聚集度指數(shù)（AI，值越高說明景觀斑塊聚集度越高）、分割度指數(shù)（LD，值越高表明景觀空間結(jié)構(gòu)越離散，連通性越低）、景觀形狀指數(shù)（LSI，數(shù)值越大表明景觀斑塊形狀越復(fù)雜）、最大斑塊指數(shù)（LPI，指景觀中最大斑塊面積占景觀總面積的比例），共計(jì)6個景觀格局指標(biāo)，利用Fragstats 4.2景觀指標(biāo)計(jì)算軟件進(jìn)行相關(guān)指數(shù)的計(jì)算，各景觀格局指標(biāo)的生態(tài)學(xué)意義見文獻(xiàn)［20］。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 長沙濕地景觀分類結(jié)果及景觀面積動態(tài)變化

通過ArcGIS處理分類結(jié)果，可以獲得1999—2019年長沙市共計(jì)21期濕地景觀類型的分布圖（圖2）。利用QGIS 3.14中AcATaMa（Accuracy Assessment of Thematic Maps）插件對長沙市1999年、2009年、2019年濕地分類結(jié)果進(jìn)行分層隨機(jī)抽樣，依次布設(shè)抽樣點(diǎn)396、397、396個。結(jié)合谷歌地球高分辨率歷史影像對樣本進(jìn)行精度檢驗(yàn)，最終檢驗(yàn)分類精度分別為91.16%、91.92%、94.19%，總體均超過90%；Kappa系數(shù)分別為0.88、0.89、0.92，均在0.8以上，說明基于全球地表水?dāng)?shù)據(jù)對長沙市濕地進(jìn)行分類的方法合理、可靠。

長沙市屬湘江水系， 湘江自南向北，從湘潭韶山入境，縱貫長沙市區(qū)， 經(jīng)望城區(qū)喬口出境。1999—2019年長沙市濕地面積總體呈波動上升趨勢（圖3）。截至2019年，長沙市濕地面積達(dá)到239.34 km2，面積增加了約22%。在研究時(shí)段內(nèi)，長沙市濕地面積年際間波動幅度較小，面積大小范圍保持在191.83～263.09 km2。各類濕地景觀中，永久性河流的面積最大，其面積約是濕地總面積的35%，總體變化趨勢為先減少后增加，截至2019年，面積增長了約7%；坑塘水田等其他小型濕地的面積年際間波動幅度最大，面積增長量最多，20年間，面積增長率達(dá)20%以上。此外，其他濕地類型面積變化相對穩(wěn)定。

綜合分析各類型濕地面積的變化曲線（圖3）可明顯看到，長沙市除灘涂外的各類型濕地面積在2007—2009年間均呈現(xiàn)出大幅度波動。此外，坑塘水田及其他小型濕地的面積在2015—2019年間表現(xiàn)出了一次最大幅度的波動，其面積在2017年達(dá)68.41 km2，是1999年以來的最大值。統(tǒng)計(jì)可知，2007—2009年長沙市濕地總面積未表現(xiàn)出明顯波動，而各濕地類型面積呈現(xiàn)出明顯波動變化（圖3），這表明在2007—2009期間，長沙市濕地斑塊與非濕地斑塊之間的轉(zhuǎn)換幅度較小，而各濕地類型之間的轉(zhuǎn)換幅度較大。為了明確2007—2009年長沙市各濕地類型的轉(zhuǎn)換特征，本研究分別建立2007—2008年和2008—2009年濕地類型面積轉(zhuǎn)移矩陣（表2、表3）。結(jié)合表2、表3和圖3中濕地類型面積變化信息來看， 2007—2008年出現(xiàn)大面積永久性河流、湖泊分別向季節(jié)性河流、湖泊轉(zhuǎn)換，2008—2009年則發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

2.2" 濕地景觀格局的動態(tài)變化

2.2.1" 濕地類型水平上的景觀格局演變特征

斑塊平均面積可以定量反映出各類濕地景觀的破碎化程度。通過分析長沙市1999—2019年各類型濕地斑塊平均面積變化圖可以看出（圖4a）：永久性河流斑塊平均面積最大，年際間波動幅度最大，穩(wěn)定性較差；其次是永久性湖泊斑塊平均面積，波動幅度較小，總體表現(xiàn)出小幅上升趨勢；季節(jié)性湖泊、季節(jié)性河流以及灘涂濕地的斑塊平均面積相近，均呈現(xiàn)出小幅下降趨勢；坑塘水田及其他小型濕地的斑塊平均面積最小，且年際間幾乎無明顯波動變化。

面積加權(quán)平均分維度可定量反映出各類濕地景觀空斑塊形狀的復(fù)雜性，其值越大表示該濕地類型斑塊形狀越復(fù)雜。因?yàn)楹恿鞅旧淼男螤钐卣魇羌?xì)長型，所以永久性河流和季節(jié)性河流的面積加權(quán)平均分維度最高。另外，因?yàn)殚L沙市地區(qū)的季節(jié)性河流主要分布在湘江各支流及次級支流源頭處，斑塊分布不連續(xù)，所以其面積加權(quán)平均分維度低于永久性河流。同樣，由于灘涂濕地主要分布于湘江及其各級支流兩岸，本身也呈扁長形狀，所以其面積加權(quán)平均分維度也高于除河流以外的其他濕地類型。此外，灘涂濕地面積加權(quán)平均分維度總體呈波動下降趨勢，波動幅度最大；季節(jié)性湖泊和永久性湖泊的面積加權(quán)平均分維度相近，且總體上均呈小幅度下降趨勢；坑塘水田及其他小型濕地的面積加權(quán)平均分維度最低，總體呈小幅下降趨勢，但波動幅度最?。▓D4b）。

2.2.2" 濕地景觀水平上的景觀格局演變特征

聚集度指數(shù)和景觀分割度指數(shù)可定量反映出濕地景觀斑塊的聚集和離散程度。由圖5a可知，1999—2017年聚集度指數(shù)（AI）波動下降，景觀分割度指數(shù)（LD）波動上升，這表明2017年以前，長沙市濕地斑塊的空間分布逐漸離散，然而從2017年開始，該趨勢顯著反轉(zhuǎn)。景觀形狀指數(shù)（LSI）主要體現(xiàn)景觀斑塊的形狀特征，其值越高代表景觀斑塊形狀越復(fù)雜，斑塊規(guī)整性越差。根據(jù)圖5b可以看出，景觀形狀指數(shù)同樣表現(xiàn)出2017年以前逐年上升而2017年以后開始回轉(zhuǎn)的變化特征。景觀最大斑塊指數(shù)（LPI）表示濕地景觀中最大斑塊在整體景觀中所占的比例，由圖5b可知，1999—2017年景觀最大斑塊指數(shù)總體呈現(xiàn)出波動下降的趨勢，同樣在2017年以后出現(xiàn)小幅度回轉(zhuǎn)。

綜合分析各景觀格局指數(shù)變化特征可知，長沙市濕地景觀在1999—2017年間表現(xiàn)出了濕地景觀離散程度上升、斑塊規(guī)整性下降的特征，從而導(dǎo)致濕地景觀破碎程度加劇，濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值下降。然而，隨著近年來當(dāng)?shù)卣叨戎匾晫竦刭Y源的保護(hù)及管理，2017年以后濕地景觀呈現(xiàn)出離散程度下降、斑塊規(guī)整性上升的回轉(zhuǎn)趨勢。

2.3" 自然、社會及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與濕地景觀指標(biāo)的關(guān)系分析

2.3.1" 自然指標(biāo)與濕地景觀指標(biāo)的相關(guān)性

選取長沙市1999—2019年的年降水量、湘江年徑流量及平均氣溫?cái)?shù)據(jù)作為主要自然指標(biāo)，利用皮爾森相關(guān)系數(shù)法分析其與濕地景觀指標(biāo)的相關(guān)性（表4）。結(jié)果表明，長沙市濕地總面積與年降水量和湘江年徑流量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與年平均氣溫之間無顯著關(guān)系。其中，季節(jié)性河流和湖泊、坑塘水田以及其他小型濕地的面積與年降水量具有顯著的相關(guān)關(guān)系；永久性河流、湖泊的面積與湘江徑流量具顯著的相關(guān)關(guān)系；灘涂面積與各自然指標(biāo)的相關(guān)性較弱。在景觀格局層面，各濕地景觀格局指數(shù)與年平均氣溫均無顯著關(guān)系；最大斑塊指數(shù)與年降水量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而景觀形狀指數(shù)、景觀分割度指數(shù)與年降水量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。此外，景觀形狀指數(shù)和湘江年徑流量之間具有顯著正相關(guān)關(guān)系。

2.3.2" 社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與濕地景觀指標(biāo)的相關(guān)性

以長沙市1999—2019年的常住人口、生產(chǎn)總值、各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)作為主要社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，研究其與濕地景觀指標(biāo)的相關(guān)性（表4）。從表4可以看出，常住人口、生產(chǎn)總值以及各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值與濕地總面積均具有極顯著的正相關(guān)性，其中，與永久性河流和湖泊、坑塘水田以及其他小型濕地的面積呈極顯著正相關(guān)，與灘涂面積呈顯著負(fù)相關(guān)，而與季節(jié)性河流、湖泊的相關(guān)性較弱。在景觀格局層面，聚集度指數(shù)、景觀形狀指數(shù)對人口、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的變化更為敏感，而景觀分割度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)與人口、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間不具顯著相關(guān)性。

2.3.3" 自然、社會及經(jīng)濟(jì)因素對濕地景觀的影響

1）自然因素。分析長沙市1999—2019年各自然因子的變化趨勢可以看到，分析時(shí)段長沙市年平均氣溫、年降水量和湘江徑流量總體上呈波動上升趨勢（圖6）。各自然因素與長沙市濕地面積的回歸分析結(jié)果表明：湘江徑流量與年降水量的增加將導(dǎo)致濕地面積擴(kuò)大，而年平均氣溫的變化對長沙市濕地面積的影響較小。各自然因子對長沙市濕地面積影響程度的從大到小為：湘江徑流量＞年降水量＞年平均氣溫。

2）社會及經(jīng)濟(jì)因素。由1999—2019年長沙市常住人口數(shù)量及經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值變化趨勢可以看到，過去20年長沙市常住人口數(shù)量和生產(chǎn)總值持續(xù)平穩(wěn)增長（圖7）。由圖7可知，人口和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的增長將導(dǎo)致濕地斑塊的聚集性和規(guī)整性下降。

3" 討" 論

自然條件下，降水量和氣溫的改變會直接導(dǎo)致濕地植被的生長狀況和土壤條件發(fā)生改變，從而間接改變濕地的生態(tài)環(huán)境。隨著氣溫的升高，會加大地表土壤水分的蒸發(fā)量，使得土壤的質(zhì)地發(fā)生變化，進(jìn)而間接影響濕地的形成；隨著降水量的增加，土壤含水率提高，直接或間接地為自然濕地的形成提供有利條件。另外，河流徑流量的改變將直接影響流域附近濕地的蓄水量，從而造成濕地面積發(fā)生變化。通過對1999—2019年長沙市的氣候、降水以及水文的變化趨勢和濕地面積變化趨勢的分析，發(fā)現(xiàn)長沙市2005—2007年的年平均氣溫持續(xù)上升，但年降水量、徑流量持續(xù)下降；同期，長沙市濕地總面積逐年下降，降至近20年來的最低值。同樣在2013—2016年間的濕地面積與各項(xiàng)自然因素表現(xiàn)出相似的變化趨勢。根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果可知，年降水量與季節(jié)性河流、湖泊的面積之間呈顯著正相關(guān)，湘江徑流量與永久性河流、湖泊的面積之間呈顯著正相關(guān)。綜上認(rèn)為，長沙市的濕地面積變化是由各自然因素共同作用的結(jié)果。

在聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergo-vernmental Panel on Climate Change，IPCC） 發(fā)布的2007年全球氣候變化報(bào)告中，Lemk等的研究發(fā)現(xiàn)河流、湖泊在冰凍期隨著氣候變暖其冰凍圈層出現(xiàn)了融化和縮減，濕地的面積與分布受河流、湖泊冰凍層季節(jié)性融化的影響而出現(xiàn)季節(jié)性擴(kuò)張。查閱資料發(fā)現(xiàn)，長沙地區(qū)在2007年末到2008年初發(fā)生了極端氣候事件（特大冰凍災(zāi)害），由于長冰凍期和嚴(yán)寒期，導(dǎo)致大量濕地水面結(jié)冰，這可能是造成2008年研究區(qū)永久性濕地大幅向季節(jié)性濕地轉(zhuǎn)化的主要因素。

濕地生態(tài)系統(tǒng)對于人為干擾和城市擴(kuò)張具有高度的敏感性。已有學(xué)者證明城鎮(zhèn)規(guī)模的擴(kuò)大將影響局部地區(qū)的小氣候從而影響濕地生態(tài)景觀，并阻斷各濕地生態(tài)系統(tǒng)之間的連通性。本研究中，1999—2017年長沙市濕地景觀破碎化加劇、斑塊規(guī)整度下降，斑塊間的聚集性、連通性降低，主要原因是人口的擴(kuò)增和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的上升。然而，近年來國家及地方政府對生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)注度逐漸提高，對濕地資源的保護(hù)與管理不斷加強(qiáng)，長沙市內(nèi)多個濕地保護(hù)區(qū)、濕地公園相繼建成。隨著各項(xiàng)濕地保護(hù)政策和措施落地，2017—2019年，長沙市濕地景觀斑塊形狀趨于規(guī)整化，斑塊聚集性提高、連通性上升。

以往關(guān)于濕地景觀格局時(shí)空演變的相關(guān)研究，大多基于解譯3～10期的遙感影像以提取濕地信息。這些傳統(tǒng)方法雖然初步滿足了對景觀總體變化趨勢及其驅(qū)動力分析的要求，但濕地本身具有較強(qiáng)的季節(jié)性，年際間波動幅度較大，單期遙感影像難以反映出濕地景觀真實(shí)的面積大小和短期內(nèi)的波動性變化特征。本研究以長沙市連續(xù)21年的全球地表水?dāng)?shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可以準(zhǔn)確反映濕地真實(shí)面積，且數(shù)據(jù)樣本具有長時(shí)間尺度、時(shí)間序列連續(xù)的特征，提高了數(shù)據(jù)樣本的代表性。此外，將濕地的季節(jié)性特征融入濕地類型的劃分，不僅能體現(xiàn)濕地景觀的長期發(fā)展趨勢，還能準(zhǔn)確捕捉濕地景觀在短期內(nèi)的波動變化。

綜上所述，本研究結(jié)果表明：

1）利用全球地表水?dāng)?shù)據(jù)在濕地信息提取方面具有可行性。本研究基于全球地表水?dāng)?shù)據(jù)，采用目視解譯的方法對濕地進(jìn)行提取和分類，精度檢驗(yàn)結(jié)果顯示總體精度和Kappa系數(shù)分別在90%和0.8以上，表明采用該方法能夠準(zhǔn)確、高效地提取濕地信息。

2）長沙市濕地面積總體呈平穩(wěn)上升趨勢，但各濕地類型面積存在較大幅度波動。1999—2019年，長沙市濕地面積持續(xù)增加，永久性河流是主要濕地類型。截至2019年，長沙市濕地面積達(dá)239.34 km2，面積增加了約22%，其中，永久性河流面積最大，約占濕地總面積的35%。在2007—2009年，長沙市濕地景觀出現(xiàn)一次較大幅度的波動，表現(xiàn)為2008年以前的永久性河流、湖泊分別向季節(jié)性河流、湖泊轉(zhuǎn)換，2008年后發(fā)生逆轉(zhuǎn)。1999—2017年，濕地景觀破碎化程度不斷加劇，而從2017年開始，濕地景觀逐漸好轉(zhuǎn)。長沙市各濕地類型中，永久性河流景觀破碎化程度最低，年際間波動幅度最大；坑塘水田及其他小型濕地景觀破碎化程度最高，年際間無明顯波動變化。

3）長沙市濕地景觀受自然及人類活動、社會、經(jīng)濟(jì)和政策等多重因素影響。在自然因素中，長沙市濕地景觀格局受降水和湘江徑流量影響較大，其中季節(jié)性濕地面積對降水量更為敏感，永久性濕地面積對河流徑流量更為敏感。在人為因素方面，人口和經(jīng)濟(jì)的增長會間接導(dǎo)致景觀格局破碎化加劇，但隨著國家及地方政府的各項(xiàng)政策和措施落地，2017年后長沙市濕地景觀格局開始向好的方向演化。

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（責(zé)任編輯" 鄭琰燚）