陳富強

（遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 大連市 116029）

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鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化及驅(qū)動力分析

陳富強

（遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 大連市 116029）

摘要：通過RS和GIS技術(shù)獲取1995-2014年20年間共10期鴨綠江口濱海濕地遙感影像并建立濕地分類系統(tǒng)，利用面積轉(zhuǎn)移矩陣和景觀格局指數(shù)對該地景觀格局變化進行分析，利用雙重篩選逐步回歸探討驅(qū)動力機制。結(jié)果表明：灘涂、臨海草地和蘆葦面積一直減少，面積分別減少80.736 3 km2、55.189 8 km2、3.303，建設(shè)用地、水稻田、人工鹽沼面積一直在增加，其面積分別增加42.285 6 km2、22.512 6 km2、10.286 1 km2，臨海林地和其他用地面積呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。各類濕地類型在斑塊數(shù)量上存在不同的變化，濕地景觀的分布均勻程度、多樣化和復(fù)雜性都先增后減，破碎化程度和聚集度、延展度先增后減。氣候、水文等自然原因是影響各類濱海濕地景觀變化的基礎(chǔ)，人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、城市化水平提高、科技進步等人為原因是該地景觀變化的主要驅(qū)動因素。

關(guān)鍵詞：鴨綠江口；濱海濕地；轉(zhuǎn)移矩陣；景觀格局；驅(qū)動力

濱海濕地是指沿海區(qū)域以及濕地范圍的島嶼和低潮時水深不超過6 m的水域［1］，是介于海洋生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的一種特珠的生態(tài)系統(tǒng)，擁有多種多樣的生態(tài)種類，包括河口、淺海、海灘、鹽灘、潮灘、泥炭沼澤、沙壩、沙洲、瀉湖、紅樹林、珊瑚礁、海草床、海灣、海堤、海島等［2］。濱海濕地具有強大的生態(tài)功能，在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、促淤造陸、降解環(huán)境污染等方面起著重要作用［3］。濕地生態(tài)系統(tǒng)獨特的水文狀況、陸地和水域生態(tài)系統(tǒng)的交錯帶作用以及由此而產(chǎn)生的特殊的生態(tài)系統(tǒng)功能［4］，使其成為全球環(huán)境變化研究的熱點區(qū)域。

鴨綠江口濱海濕地是國家重要濱海濕地之一，地處我國海岸帶最北端，是我國境內(nèi)唯一地處中溫帶的濱海濕地。學(xué)界對鴨綠江區(qū)域物種變化、濕地資源和重金屬污染研究較多，論文數(shù)量多達150篇，對該地區(qū)景觀格局變化與驅(qū)動力的定量分析研究較少。因此，為了更精確地了解鴨綠江口濱海濕地變化狀況及驅(qū)動因素，本文以鴨綠江口濱海濕地為研究區(qū)，運用景觀生態(tài)學(xué)原理及方法，借助RS和GIS技術(shù)對鴨綠江口濱海濕地進行分類并建立濱海濕地分類系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)移矩陣方法和景觀格局指數(shù)方法對其景觀格局的變化進行分析，利用雙重篩選逐步回歸研究其驅(qū)動因子，從而揭示該地區(qū)濕地景觀格局與自然生態(tài)過程和社會經(jīng)濟之間的關(guān)系，為鴨綠江口濕地資源的保護、利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1　　國內(nèi)外研究概況

國外濕地研究較早，理論較成熟。1956年，美國漁業(yè)和野生動物局最早提出濕地的定義，開始保護候鳥及魚類資源［5］。1971年2月，在伊朗的拉姆薩爾召開了“濕地及水禽保護國際會議”，會上通過了《拉姆薩爾公約》，開始以公約的形式保護濕地資源和合理利用。20世紀(jì)80年代，美國和加拿大在完成本國濕地調(diào)查、編目的基礎(chǔ)上，研究重點轉(zhuǎn)向濕地分類、濕地生態(tài)系統(tǒng)及其形成過程的研究［5］。隨著RS和GIS的不斷進步，濕地動態(tài)變化的研究手段更為豐富。如Maingi J.K［6］等利用Landsat MSS/TM數(shù)據(jù)對肯尼亞塔納河下游進行了濕地景觀動態(tài)監(jiān)測和研究；Kingsford R.T［7］等利用GIS緩沖區(qū)分析方法獲得景觀形狀破碎度指數(shù)來揭示不同空間尺度下濕地景觀喪失、破碎化以及格局特征與動態(tài)規(guī)律。

國內(nèi)濱海濕地研究開始于20世紀(jì)50年代，期間一直使用“沼澤”的概念，直到20世紀(jì)80年代中期，濕地概念才廣泛流傳［5］。1992年中國加入濕地公約，國內(nèi)對濱海濕地的研究日益增多，不同學(xué)科、不同領(lǐng)域的學(xué)者對各個地區(qū)的濱海濕地進行了不同程度的研究［8］。如張緒良總結(jié)了30多年來濕地的退化過程以及對退化濕地的生態(tài)恢復(fù)與重建措施［9］。王永麗等對比研究了黃河三角洲2000年和2009年濕地不同時空尺度的景觀格局變化［10］。勞燕玲利用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型框架，對欽州市濱海濕地生態(tài)安全狀態(tài)進行了評價［11］。黃建國對福建主要濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的污染狀況進行了評價［12］。當(dāng)前，研究濱海濕地格局變化并對景觀格局驅(qū)動因素進行分析是景觀生態(tài)學(xué)的熱點，如翟萬林等運用景觀生態(tài)學(xué)原理，通過景觀格局指數(shù)對長江口濱海濕地景觀格局的變化特征進行了分析［15］。

2　　研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1研究方法

2.1.1轉(zhuǎn)移矩陣

馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣是指系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述［16］，而濕地的動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，可以研究濕地類型的轉(zhuǎn)移去向，對于分析濕地類型變化的驅(qū)動機制有重要意義。

式中，pnn表示轉(zhuǎn)移土地面積的百分比。

2.1.2景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面的簡單定量指標(biāo)［17］。結(jié)合各景觀指數(shù)含義，本著指向性、適宜性和全面性原則，本文選用了斑塊類型面積（CA）、斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊面積指數(shù)（LPI）、斑塊類型百分比（PLAND）、斑塊分散指數(shù)（SPLIT）等景觀指數(shù)；對于景觀水平指數(shù)選擇景觀總面積（TA）、斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、多樣性指數(shù)（SHDI）、均勻度指數(shù)（SHEI）、聚合度指數(shù)（AI）、聚集度指數(shù)（CONT）等。

2.1.3雙重篩選逐步回歸

由于濱海濕地景觀類型多樣且本身也是隨時間變化的，而影響景觀格局的因素也有多個，因此需要探討多對多的回歸分析問題。雙重篩選逐步回歸分析，就是在由多個自變量和多個因變量組成的數(shù)據(jù)矩陣中，把多個因變量分組，找出哪些自變量對哪一組因變量有影響，并根據(jù)各個自變量方差貢獻的顯著性檢驗結(jié)果，精選出一些對某一組因變量的方差貢獻較大的自變量，分別按組建立回歸模型［18］。

2.2數(shù)據(jù)來源

本文遙感影像全部來源于美國地質(zhì)調(diào)查局官網(wǎng)，選取季節(jié)較一致、云量低于10%、質(zhì)量較好、軌道號為118/32、分辨率為30 m的1995-2014年20年間共10期遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，鴨綠江濱海濕地矢量圖為輔助數(shù)據(jù)。以ENVI4.7軟件為平臺，選擇TM 5、4、3波段進行假彩色合成，在幾何糾正、圖像增強等處理后，采用最大似然法進行監(jiān)督分類并結(jié)合人工目視解譯，結(jié)合google地球?qū)Ψ诸惡蟮挠跋襁M行修正，精度驗證Kappa系數(shù)均達80%以上。DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，氣候、人口、經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)全部來源于丹東年鑒和丹東統(tǒng)計年鑒。

3　　鴨綠江口濱海濕地分類

3.1研究區(qū)概況

遼寧鴨綠江口濱海濕地自然保護區(qū)位于遼寧省東港市境內(nèi)，北起鶴大公路、東至鴨綠江口文安灘島、南臨黃海、西與大連莊河接壤，地理坐標(biāo)為120°21ˊ39″E—123°30ˊ50″E，39°40ˊ50″N—40°50″N。保護區(qū)沿93km海岸線呈帶狀分布，東西長120km，南北寬50 km，面積108 057 hm2，占全市總面積的43.7%［19］。因濱海濕地受漲落潮變化影響較大，淺海范圍各有不同，為便于遙感數(shù)據(jù)獲取和遙感影像解譯的準(zhǔn)確度，本文結(jié)合鴨綠江濱海濕地現(xiàn)狀及前人資料［20］確定研究區(qū)范圍。

3.2濱海濕地分類

根據(jù)鴨綠江口濱海濕地的地貌特征、資源特征和經(jīng)濟特征，結(jié)合國內(nèi)濱海濕地的分類方案［21-22］，本文將鴨綠江口濱海濕地按照三級分類系統(tǒng)進行分類（見表1），一級分類將研究區(qū)濱海濕地分為濕地和非濕地兩類；二級分類依據(jù)人類對濱海濕地景觀的干擾強度劃分為自然濕地和人工濕地2類；三級分類則綜合考慮水文、植被、濕地利用現(xiàn)狀等要素將自然濕地和人工濕地進一步劃分為若干類型，其中自然濕地包括淺海水域、灘涂、河流、臨海林地、臨海草地、蘆葦6類，人工濕地包括水稻田、人工鹽沼2類。建設(shè)用地和其他土地劃為非濕地。旱田、一般農(nóng)用地、未利用土地歸為其他用地。

表1　　鴨綠江口濱海濕地分類系統(tǒng)

4　　鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化分析

4.1鴨綠江口濱海濕地面積轉(zhuǎn)移分析

為了便于研究，本文選取變化特征明顯、時間跨度較合理的三期遙感影像（1995年、2005年、2014年）導(dǎo)入ArcGIS10.0生成鴨綠江口濱海濕地景觀類型分布圖（圖1），統(tǒng)計并計算得出20年間各濕地景觀類型之間的面積轉(zhuǎn)移矩陣（表2、表3），其中，列表示前一時間段的濱海濕地景觀類別，行表示后一時間段的濱海濕地景觀類別，行和列交叉處表示變化值。

圖1　2014年鴨綠江口濱海濕地景觀類型分布圖

表2　1995-2005年濱海濕地景觀類型面積轉(zhuǎn)移矩陣（百分比）

由表2可以看出，1995-2005年10年間鴨綠江口濱海濕地各景觀類型面積轉(zhuǎn)移百分比情況，其中，灘涂、臨海林地、臨海草地、蘆葦、其他用地這5種景觀類型面積在10年間分別減少76.49 km2、7.056 9 km2、12.06 km2、1 km2、4.414 5 km2，而其他景觀類型面積增加，大部分自然濕地被開發(fā)成人工濕地，自然濕地減少，人工濕地增多。灘涂、臨海林地、水稻田、蘆葦面積轉(zhuǎn)移量最大，分別占58.256%、63.163%、50.985%、41.7%。灘涂類型變化過程中，有50.433%的灘涂轉(zhuǎn)移為淺海，3.108%的灘涂被開采為人工鹽沼，2.313%的灘涂被建設(shè)用地占用。臨海林地中，有29.343%轉(zhuǎn)化為蘆葦，有12.992%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。水稻田有22.199%是由臨海草地轉(zhuǎn)化，也有32.33%轉(zhuǎn)化為草地，占轉(zhuǎn)移面積中最大。蘆葦面積轉(zhuǎn)移大多朝向建設(shè)用地，約占10.6%。

表3　2005-2014年濱海濕地景觀類型面積轉(zhuǎn)移矩陣（百分比）

由表3得到，2005-2014年間臨海林地、臨海草地、蘆葦、建設(shè)用地面積轉(zhuǎn)移最大，分別占3.429%、70.699%、42.234%、47.212%。灘涂有7.155%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；臨海林地中，12.809%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，17.667%轉(zhuǎn)化為其他用地；臨海草地有36.499%被開采為水稻田，有24.711%被建設(shè)用地占用；蘆葦有20.642%轉(zhuǎn)化為臨海林地；人工鹽沼有18.868%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。總的來說，淺海、灘涂、臨海草地、蘆葦面積減少，其他濕地類型面積增多。相較于1995-2005年期間灘涂、臨海林地、臨海草地、蘆葦、其他用地共5類濕地面積減少情況，本時間段臨海林地和其他用地面積不再減少反而增加，其主要原因是環(huán)保意識增強，城市范圍內(nèi)綠化面積增多，但同時開墾農(nóng)用地力度增大，農(nóng)業(yè)進步。

對比3個時間段的面積變化發(fā)現(xiàn)，淺海面積先增加后減小，但總的來看是增加的趨勢；臨海林地和其他用地面積先減少后增加，總的來看是在增加的趨勢；灘涂、臨海草地、蘆葦?shù)拿娣e一直減少；河流、人工鹽沼、水稻田和建設(shè)用地一直在增加?，F(xiàn)階段，灘涂、臨海草地必將進一步減少，建設(shè)用地、水稻田和人工鹽沼將繼續(xù)增加。

4.2鴨綠江口濱海濕地景觀指數(shù)分析

將ArcGIS10.0中生成鴨綠江口濱海濕地景觀類型分布圖導(dǎo)出成grid格式，輸入到Fragstats4.2中，在該軟件中依次設(shè)置各個景觀格局指數(shù)，運行Fragstats4.2，輸出結(jié)果見表4。

表4　鴨綠江口濱海濕地斑塊類型水平指數(shù)

由表4可知：各濕地景觀類型面積（CA）差別較大，其中灘涂面積由0.976 9減少到0.410 3、臨海草地面積由0.713 4減少到0.334 9、蘆葦面積由0.162 7減少到0.140 6，而人工鹽沼、水稻田、建設(shè)用地、其他用地、河流逐年增加，表明灘涂、臨海草地和蘆葦?shù)茸匀粷竦乇淮蠓秶_發(fā)成人工鹽沼、水稻田和建設(shè)用地等人工濕地。臨海林地面積變化不大，淺海面積呈現(xiàn)先增后減的趨勢。在斑塊個數(shù)（NP）和斑塊密度（PD）指數(shù)上，蘆葦隨著時間的推移，斑塊個數(shù)（NP）由104到145，斑塊密度（PD）由954.724（個/公頃）增大到1 331.11（個/公頃），說明空間異質(zhì)性增大，破碎化程度增大，人為對蘆葦?shù)母蓴_程度增大，同時反映蘆葦景觀的脆弱性增強。其他濕地景觀雖然變化范圍不同，但都呈現(xiàn)先減后增的趨勢，主要原因在于前期開發(fā)緩慢，后期單純追求經(jīng)濟利益粗放式開發(fā)導(dǎo)致各景觀異質(zhì)性增強。在最大斑塊面積（LPI）指數(shù)方面，灘涂、臨海草地、水稻田、建設(shè)用地、其他用地變化較大，說明這些濕地景觀開發(fā)利用率較高，導(dǎo)致最大斑塊面積浮動較大。斑塊占景觀總面積的比例（PLAND）指數(shù)方面，灘涂、臨海草地、蘆葦所占比列逐漸減少，人工鹽沼、水稻田、建設(shè)用地所占比例增加，說明自然濕地的豐度比減小，而人工濕地的豐度比增大。斑塊分散指數(shù)（SPLIT）指數(shù)上，灘涂、河流、臨海草地、其他用地逐漸增加，說明這些濕地的分離程度增加，聯(lián)接度降低，穩(wěn)定性減小。人工鹽沼、水稻田、建設(shè)用地先減后增，且變化幅度很大，表明這些濕地開發(fā)利用較多，濕地類型轉(zhuǎn)換較大。各種濕地類型的周長面積分維數(shù)（PAFRAC）變化不大，但大部分?jǐn)?shù)值高于1.5（淺海、灘涂除外），說明各類濕地的形狀復(fù)雜性較大，規(guī)整程度較低，空間結(jié)構(gòu)凌亂。

表5　鴨綠江口濱海濕地景觀水平指數(shù)

由表5可知，鴨綠江口濱海濕地景觀在斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、多樣性指數(shù)（SHDI）、均勻度指數(shù)（SHEI）都呈現(xiàn)先減后增的趨勢，斑塊數(shù)量（NP）由2 937減少到2 500再增大到3 432；斑塊密度（PD）由26 961.774 3減少到22 950.097 3再增大到31 505.8936；景觀形狀指數(shù)（LSI）由20.705減少到19.021 2再增大到23.511 3；多樣性指數(shù)（SHDI）和均勻度指數(shù)（SHEI）變化范圍較小。說明鴨綠江口濱海濕地不同斑塊類型所占比列較大，濕地景觀的分布均勻程度和多樣性、復(fù)雜性都先增后減。在破碎化指數(shù)（AI）、聚集度指數(shù)（CONT）方面先增后減，其中破碎化指數(shù)（AI）由88.418 7%增大到89.443 3%再減小到86.687 3%，聚集度指數(shù)由說56.7353增大到58.380 3再減少到56.763，說明各斑塊類型的破碎化程度和聚集度、延展度先增后減。

5　　鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化驅(qū)動力分析

5.1景觀格局變化驅(qū)動力指標(biāo)體系

景觀格局演變動力學(xué)的研究核心是景觀格局變化和驅(qū)動力的關(guān)系［23］。通過對鴨綠江地區(qū)自然環(huán)境和社會經(jīng)濟狀況資料的搜集和分析，本著驅(qū)動因子的代表性、科學(xué)性、差異性和可獲得性原則，從自然驅(qū)動力和人文驅(qū)動力兩大系統(tǒng)中選取因子構(gòu)建驅(qū)動機制（見表6）。

表6　　鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化驅(qū)動力指標(biāo)體系

5.2景觀格局變化驅(qū)動分析

本文選取灘涂、臨海林地、臨海草地、蘆葦、水稻田、人工鹽沼、建設(shè)用地等7種具有特征的景觀類型進行驅(qū)動分析。利用遙感軟件提取1995-2014年各景觀類型的面積，收集各驅(qū)動指標(biāo)值并導(dǎo)入DPS軟件處理系統(tǒng)，運行雙重篩選逐步回歸，去除相關(guān)性小的自變量，精選對因變量貢獻值大的自變量并整理。根據(jù)回歸結(jié)果將各個濕地類型分為5組，其中水稻田、蘆葦為第一組，灘涂為第二組，臨海林地、臨海草地為第三組，人工鹽沼和建設(shè)用地為第四組。因篇幅關(guān)系，文中只出現(xiàn)第一組數(shù)據(jù)表。

5.2.1水稻田、蘆葦驅(qū)動因素分析

表7　　水稻田、蘆葦景觀驅(qū)動模型分析結(jié)果

由表7可知，水稻田和蘆葦景觀驅(qū)動因素一致，但相關(guān)性正好相反，影響水稻田和蘆葦景觀變化的主要因素有城市化水平、氣候、農(nóng)林牧漁產(chǎn)值、農(nóng)民人均收入水平、房建用地、農(nóng)機總動力、化肥施用量、科技項目。氣候條件是水稻田和蘆葦生長的基礎(chǔ)條件，農(nóng)機動力、化肥施用量、農(nóng)林牧漁產(chǎn)值能很好地反應(yīng)水稻田面積的變化。城市化水平的提高，房建面積增加提高了水稻種植面積，但對蘆葦卻是一種破壞。由遙感影像和轉(zhuǎn)移矩陣也可以得知，蘆葦面積很大一部分被開發(fā)成水稻種植區(qū)，使得蘆葦面積減少，水稻種植面積增加。各驅(qū)動因素對蘆葦與水稻的影響顯著水平存在差距，城市化水平是影響蘆葦減少的最顯著因素，而化肥使用量與房建用地與水稻田變化的顯著水平最高。

5.2.2灘涂驅(qū)動因素分析

影響鴨綠江口灘涂濕地變化的主要驅(qū)動因素為城市化水平、年降水量、房建用地、有效灌溉面積、科技項目，總的來說，人口變化、氣候條件、房建用地、科技水平是影響灘涂變化的主要因素。其中，科技與灘涂面積成正相關(guān)，這是因為隨著科技的發(fā)展，填海造田的技術(shù)越來越先進，圍海造陸越來越多，增加了灘涂的面積。而城市化水平，房建用地、有效灌溉面積與灘涂面積呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，原因在于隨著人口增長，飲食和住房的擴大對建設(shè)用地和農(nóng)耕地需求越來越大，開發(fā)灘涂濕地為建設(shè)用地和農(nóng)耕地的面積也越來越大，濕地面積不斷減少。

5.2.3臨海林地、臨海草地驅(qū)動因素分析

臨海林地和臨海草地所受驅(qū)動因素相似，雖然回歸系數(shù)有差異，但都受到氣候、經(jīng)濟條件和科技水平的影響，其中氣溫、社會消費品零售額、科技項目與臨海林地、臨海草地成正相關(guān)，其他因素都成負(fù)相關(guān)。財政收入是臨海林地、臨海草地格局變化最顯著的影響因素，東港市經(jīng)濟的發(fā)展間接導(dǎo)致了臨海林地、臨海草地的減少。

5.2.4人工鹽沼、建設(shè)用地驅(qū)動因素分析

人工鹽沼、建設(shè)用地的驅(qū)動因素相似，其中有效灌溉面積與人工鹽沼、建設(shè)用地呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，城市化水平，地方財政收入、房建用地、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值、高新技術(shù)產(chǎn)值、科技項目與人工鹽沼和建設(shè)用地呈現(xiàn)正相關(guān)。對人工鹽沼影響水平最大的是農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值，對建設(shè)用地影響水平最大的是城市化水平。由表推測隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化水平的提高，建設(shè)用地和人工鹽沼面積也將持續(xù)增加。

6結(jié)語

通過轉(zhuǎn)移矩陣表明鴨綠江口濱海濕地20年間，灘涂、臨海草地、蘆葦?shù)拿娣e一直減少；河流、人工鹽沼、水稻田和建設(shè)用地一直在增加，臨海林地和其他用地面積先減少后增加。通過景觀格局指數(shù)表明濕地景觀的分布均勻程度、多樣化和復(fù)雜性都先增后減，破碎化程度和聚集度、延展度先增后減。氣候條件是景觀形成的基礎(chǔ)，而城市化水平、經(jīng)濟發(fā)展水平和科技水平是影響景觀變化的最主要因素。

研究過程中存在不足：一是在利用遙感影像解譯過程中，受潮起潮落影響，淺海范圍的一致性很難把握，存在一定的誤差，對結(jié)果有一定的影響，二是本文采用雙重篩選逐步回歸方法對驅(qū)動力進行分析，模型較簡單，需要不斷完善。

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收稿日期：2016-03-07