劉吉平, 馬長迪

吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 四平 136000

1985—2015年向海沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的空間變化

劉吉平*, 馬長迪

吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 四平 136000

濕地穩(wěn)定性對濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能起著至關(guān)重要的作用。為了研究濕地斑塊穩(wěn)定性的區(qū)域分異規(guī)律及時(shí)空動態(tài)變化,采用專家打分法,在斑塊尺度上構(gòu)建了濕地斑塊穩(wěn)定性模型,并以遙感影像為數(shù)據(jù)源,對1985—2015年的向海自然保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的時(shí)空變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明：1985年與2015年的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性呈現(xiàn)中部最強(qiáng)、東部最弱、西部較強(qiáng)的特點(diǎn)；1985—2015年間研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性總體向東偏移,空間集聚性增強(qiáng)；1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性呈上升趨勢,空間結(jié)構(gòu)性變?nèi)?離散程度增強(qiáng)；1985年沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性由核心區(qū)向外逐漸遞減,而2015年實(shí)驗(yàn)區(qū)的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性大于緩沖區(qū)。研究結(jié)果向海自然保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)沼澤濕地的規(guī)劃與管理提供合理性建議。

向海自然保護(hù)區(qū)；周邊地區(qū)；沼澤濕地；斑塊；穩(wěn)定性

濕地是地球最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一[1- 3],是由水陸相互作用而形成的獨(dú)特的自然綜合體[4- 6],具有抵御洪水、調(diào)節(jié)氣候、維護(hù)生物多樣性和資源利用等生態(tài)功能[7- 10]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加,濕地功能嚴(yán)重受損,生態(tài)效益日益降低[11]。濕地生態(tài)系統(tǒng)的不斷退化,濕地穩(wěn)定性成為國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)。Hill認(rèn)為熱力學(xué)是穩(wěn)定性概念的來源,穩(wěn)定性是生態(tài)系統(tǒng)的重要特性,對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能起著至關(guān)重要的作用[12- 13]。景觀生態(tài)學(xué)將景觀研究尺度明確劃分為景觀尺度、類型尺度和斑塊尺度[14]。目前,國內(nèi)外學(xué)者主要從景觀尺度和類型尺度上研究土地利用景觀格局穩(wěn)定性[15- 18],針對濕地景觀生態(tài)系統(tǒng),我國學(xué)者利用系統(tǒng)穩(wěn)定性[19]、生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)理論[20]、景觀生態(tài)學(xué)原理[21]對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評價(jià)。不同學(xué)者通過選取不同的相關(guān)指標(biāo)對濕地景觀穩(wěn)定性及其動態(tài)變化進(jìn)行研究,根據(jù)國內(nèi)學(xué)者對濕地景觀穩(wěn)定性及其動態(tài)變化的表述,認(rèn)為斑塊數(shù)量和面積變化率、斑塊密度變化率、斑塊形狀指數(shù)、斑塊面積、濕地率、農(nóng)耕因子、濕地與道路的距離和與居民點(diǎn)的距離等指標(biāo)均對濕地景觀穩(wěn)定性及其動態(tài)變化具有一定的影響[10,22- 28]。大量研究成果表明,景觀穩(wěn)定性對景觀的保護(hù)與管理,尤其對濕地景觀的保護(hù)與管理具有重大意義。然而許多學(xué)者大多以典型濕地為研究區(qū)域,從景觀尺度或者類型尺度分析濕地景觀的穩(wěn)定性,在斑塊尺度上的研究相對較少,而研究斑塊尺度上的沼澤濕地穩(wěn)定性,可以揭示濕地斑塊穩(wěn)定性的區(qū)域分異規(guī)律,對沼澤濕地的保護(hù)與規(guī)劃具有重要意義。

本文以向海自然保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)為研究區(qū)域,通過選取影響沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的相關(guān)指標(biāo),構(gòu)建濕地斑塊穩(wěn)定性模型,集成RS、GIS技術(shù),從斑塊尺度上分析1985—2015年向海自然保護(hù)區(qū)以及周邊地區(qū)的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的時(shí)空變化規(guī)律,為向海自然保護(hù)區(qū)沼澤濕地的保護(hù)與管理提供理論依據(jù)以及合理性建議。

1 研究區(qū)域概況

向海自然保護(hù)區(qū)中心到邊緣平均距離為20 km,為與區(qū)內(nèi)沼澤濕地進(jìn)行對比,本文將研究區(qū)域確定為向海自然保護(hù)區(qū)及其向外擴(kuò)展20公里的周邊地區(qū)。研究區(qū)位于吉林省西部的通榆縣境內(nèi)以及內(nèi)蒙古西部地區(qū),總面積為5680 km2。地理坐標(biāo)為121°49′—123°05′E,44°40′—45°26′N,主要包括吉林省白城市、內(nèi)蒙古自治區(qū)的突泉縣和興安盟所屬的科爾沁右翼中旗(圖1)。研究區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,春季干旱多風(fēng),夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥且漫長,年平均氣溫為5.1℃,≥10℃積溫3011.7℃;年蒸發(fā)量達(dá)1954 mm,年平均降水量408.3 mm,且多集中在7、8月份,尤其在夏季午后,對流雨偏多,因此年內(nèi)和年際降水量變化幅度較大。該區(qū)地處內(nèi)蒙古高原與東部平原的過渡地帶,總體地勢由西向東稍微傾斜,海拔在155—191 m之間,地勢起伏較小,主要以風(fēng)沙堆積地貌和周邊風(fēng)成地貌為主,土壤主要為鹽堿土、風(fēng)積沙土、草甸土以及栗鈣土。在構(gòu)造上該區(qū)屬松遼凹陷西部沉降帶,河流流經(jīng)此地,水流散漫排泄不暢,形成大面積的沼澤濕地,其中向海自然保護(hù)區(qū)內(nèi)主要有橫貫東西的霍林河、中部的額木太河以及北部的洮兒河的引水工程,三大季節(jié)性河流在向海自然保護(hù)區(qū)內(nèi)形成大肚泡、付老文泡等22個(gè)泡沼,雨季河水漫流于沙丘之間,形成許多天然泡沼,最終形成洪泛性沼澤濕地[29]。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文利用SPSS軟件,對1985—2015年間16個(gè)時(shí)期(時(shí)間間隔為2 a)的研究區(qū)沼澤濕地面積的時(shí)間序列進(jìn)行分析,結(jié)果為：

Y=158.9+3.81t

(1)

式中，Y表示面積(km2)；t表示時(shí)間(a)

檢驗(yàn)結(jié)果顯示,方程在0.014水平上顯著,并通過了F檢驗(yàn)(F=7.912)?？傮w來看,1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地面積具有逐漸增加的趨勢。因此,本文選取1985年和2015年對向海自然保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

本文采用研究區(qū)1985年、2015年兩期的土地利用數(shù)據(jù),主要通過解譯1985年8月21日和2015年7月7日的TM遙感影像獲得,天氣晴朗無云。2期的遙感影像均由美國地質(zhì)調(diào)查局提供(http://glovis.usgs.gov/),遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率均為30m。對于2期遙感影像的具體處理步驟如下：①利用ENVI 5.1軟件,在ENVI Classic界面對2期影像的5、4、3波段進(jìn)行合成,在ENVI 5.1中對合成影像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、融合處理；②利用1∶10萬地形圖對遙感影像進(jìn)行幾何糾正；③對處理后的2期影像建立圖像解譯標(biāo)志,進(jìn)行目視解譯,在遙感影像上提取耕地、沼澤濕地、居民用地以及主要交通干線,其中沼澤濕地最小斑塊面積為0.01 km2。采用抽樣統(tǒng)計(jì)精度驗(yàn)證法,在野外設(shè)立驗(yàn)證點(diǎn),并結(jié)合高分辨率遙感影像對解譯結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),最終解譯精度達(dá)到91.9%以上,基本可以滿足本文的研究需要。

2.2 模型的構(gòu)建

本文以研究區(qū)中的沼澤濕地作為研究對象,參考相關(guān)文獻(xiàn)[10,22- 28],并結(jié)合研究區(qū)現(xiàn)狀,選取6個(gè)影響濕地斑塊穩(wěn)定性的相關(guān)指標(biāo),分別為濕地斑塊面積、斑塊形狀指數(shù)[17]、每個(gè)濕地斑塊向外擴(kuò)展5000 m的濕地率(每個(gè)濕地斑塊緩沖區(qū)內(nèi)濕地面積與緩沖區(qū)面積之比)、與最近居民點(diǎn)的距離(每個(gè)濕地斑塊中心點(diǎn)到最近居民點(diǎn)的距離)、與最近道路的距離(每個(gè)濕地斑塊中心點(diǎn)到最近道路的距離)、每個(gè)濕地斑塊向外擴(kuò)展5000 m的農(nóng)田率(每個(gè)濕地斑塊緩沖區(qū)內(nèi)農(nóng)田面積與緩沖區(qū)面積之比)。

為了定量分析各驅(qū)動因子對研究區(qū)沼澤濕地穩(wěn)定性的影響,采用專家打分的方法,通過考慮它們對沼澤濕地的空間分布、結(jié)構(gòu)和功能等影響,確定以上6個(gè)相關(guān)指標(biāo)對研究區(qū)沼澤濕地穩(wěn)定性的影響程度,從而計(jì)算出斑塊面積指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)、每個(gè)斑塊向外擴(kuò)展5000 m的濕地率、與最近居民點(diǎn)的距離指數(shù)、與最近道路的距離指數(shù)、每個(gè)斑塊向外擴(kuò)展5000 m的農(nóng)田率對沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的影響程度依次0.3、0.3、0.4、0.3、0.2和0.5。因此,在濕地斑塊穩(wěn)定性模型的公式中6個(gè)指標(biāo)的系數(shù)分別為0.3、0.3、0.4、0.3、0.2和0.5。其計(jì)算式如下：

(2)

式中,PS為濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù),S1為斑塊面積指數(shù),S2斑塊形狀指數(shù),S3為每個(gè)斑塊向外擴(kuò)展5000 m的濕地率,P1為與最近居民點(diǎn)的距離指數(shù),P2與最近道路的距離指數(shù),P3每個(gè)斑塊向外擴(kuò)展5000 m的農(nóng)田率。

利用ArcGIS 10.2對6個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,結(jié)合SPSS軟件分別對1985年和2015年的6個(gè)指數(shù)進(jìn)行極大值標(biāo)準(zhǔn)化處理,使每個(gè)指數(shù)范圍處于0—1之間。根據(jù)公式(2),計(jì)算出1985年與2015年濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù)。然后,分別對1985年152個(gè)沼澤濕地斑塊和2015年145個(gè)沼澤濕地斑塊的穩(wěn)定性進(jìn)行Kriging插值。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的空間分布

利用ArcGIS 10.2軟件得到1985—2015年沼澤濕地斑塊空間分布圖(圖2),并對沼澤濕地穩(wěn)定性指數(shù)進(jìn)行處理,采用普通Kriging插值方法得到1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù)空間分布圖(圖3)。根據(jù)插值結(jié)果,沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性數(shù)值越大,穩(wěn)定性等級越高,沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性越強(qiáng),反之,同理。由圖2、圖3可知,1985年研究區(qū)東南部的烏蘭花鎮(zhèn)、四井子鎮(zhèn)附近沼澤濕地分布較少、居民用地較多、人為干擾強(qiáng)度大,因此該區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性最弱；研究區(qū)中心為向海自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū),沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性最強(qiáng)；2015年研究區(qū)東部烏蘭花鎮(zhèn)、四井子鎮(zhèn)和西艾力蒙古族鄉(xiāng)附近沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性最弱,該區(qū)沼澤濕地分布較少,耕地面積較多,農(nóng)業(yè)干擾強(qiáng)度較大；研究區(qū)中心的向海自然保護(hù)區(qū)窩堡、尖底窩堡附近沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性最強(qiáng)。而1985年與2015年研究區(qū)西部科爾沁右翼中旗沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性均相對較強(qiáng)。

圖2 1985—2015沼澤濕地斑塊空間分布圖Fig.2 1985—2015 marshes patch of the spatial distribution

圖3 1985—2015年沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù)空間分布圖Fig.3 1985—2015 the marshes patch stability of the spatial distribution

圖4 1985—2015年沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性空間變化圖Fig.4 1985—2015 the marshes patch stability of the spatial change

圖5 1985—2015年沼澤濕地斑塊面積及其穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)化橢圓空間變化圖Fig.5 1985—2015 the marshes patch ′s area and stability of the standard deviational ellipse spatial change

3.2 研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的動態(tài)變化

利用ARCGIS 10.2的柵格計(jì)算工具,用2015年沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù)減去1985年沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù),對差值進(jìn)行插值,得出1985—2015年間沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性空間變化圖(圖4),若穩(wěn)定性值大于0,則穩(wěn)定性增強(qiáng)；若穩(wěn)定性值小于0,則說明穩(wěn)定性降低,若穩(wěn)定性值等于0,則說明穩(wěn)定性不變。1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性大多呈降低趨勢,少部分穩(wěn)定性呈增強(qiáng)趨勢。由圖4可知,1985—2015年間,研究區(qū)北部的突泉縣、洮南地區(qū)以及研究區(qū)西部的興安盟科爾沁右翼中旗附近的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性降低,穩(wěn)定性變化幅度較大；研究區(qū)中部的創(chuàng)業(yè)村和興隆鎮(zhèn)中學(xué)窩堡附近沼澤濕地穩(wěn)定性降低,而研究區(qū)中部的向海自然保護(hù)區(qū)窩堡、尖底窩堡附近的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性增強(qiáng)；研究區(qū)中通榆縣的東南部沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性降低。

人類活動是向海自然保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性空間變化的主要因素。隨著人口的增多,人類對耕地的需求量增加,逐漸加大對沼澤濕地的開墾,因此研究區(qū)北部、西部沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性逐漸降低。由于內(nèi)蒙古科爾沁右翼中旗草地較多,長期發(fā)展畜牧業(yè),人為干擾強(qiáng)度逐漸增大,沼澤濕地抗干擾能力減弱,破碎化程度加劇,因此科爾沁右翼中旗附近的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性降低幅度比研究區(qū)北部的降低幅度大；研究區(qū)中部創(chuàng)業(yè)村和興隆鎮(zhèn)中學(xué)窩堡附近沼澤濕地分布較少,附近農(nóng)村居民所需的生活用水以及農(nóng)業(yè)用水均對該區(qū)的沼澤濕地的存在產(chǎn)生直接影響,從而使得此區(qū)域沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性降低；而研究區(qū)中部的向海自然保護(hù)區(qū)窩堡、尖底窩堡附近的沼澤濕地大多處于向海自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)位置,沼澤濕地分布較多,居民用地相對較少,農(nóng)業(yè)活動較少,沼澤濕地抗干擾能力較強(qiáng),因此該區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性增強(qiáng)；研究區(qū)東南部沼澤濕地斑塊數(shù)量較少,且耕地面積較多,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動影響較大,因此該區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性降低。

3.3 沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)化橢圓空間變化

利用GIS技術(shù),制作出研究區(qū)1985—2015年沼澤濕地斑塊面積及其穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)化橢圓空間變化圖(圖5)。由圖5可知,1985—2015年沼澤濕地斑塊面積重心總體呈現(xiàn)“西北—東南”的空間分布格局,重心轉(zhuǎn)移距離為2.899 km,減少的沼澤濕地主要集中在西部以及西北地區(qū),受人類活動影響較大。1985—2015年沼澤濕地斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的短軸與長軸之比逐漸減小,長軸和短軸均呈現(xiàn)縮短趨勢,這表明研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性在東-西方向和南-北方向均呈現(xiàn)收縮狀態(tài),且短軸的收縮趨勢強(qiáng)于長軸的收縮趨勢。

隨著人口增多,人類活動頻繁,農(nóng)業(yè)干擾活動較多,1985—2015年沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性重心總體呈現(xiàn)“西-東的空間分布格局,重心轉(zhuǎn)移距離為2.283 km,沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的短軸與長軸之比逐漸減小,且長軸和短軸呈現(xiàn)縮短趨勢,這表明研究區(qū)沼澤濕地斑塊面積在東-西方向和南-北方向均呈現(xiàn)收縮狀態(tài),且短軸的收縮趨勢強(qiáng)于長軸的收縮趨勢。

總之,1985—2015年沼澤濕地斑塊面積重心與1985—2015年間沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性重心總體變化趨勢基本保持一致,均呈現(xiàn)向東移動的趨勢,二者標(biāo)準(zhǔn)差橢圓均呈現(xiàn)收縮趨勢。結(jié)合1985—2015年間研究區(qū)的實(shí)際情況以及相關(guān)政策,在一定程度上可以解釋沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性空間格局的變化。近幾年,吉林省西部地區(qū)河湖連通工程的實(shí)施,主要將汛期中的霍林河、洮兒河富余的水引入向海自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的大型泡沼中,進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水。受水文因素的影響,研究區(qū)中東部水量不斷增加,沼澤濕地面積增加,因此二者重心均向研究區(qū)東部偏移。

3.4 沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性研究分區(qū)動態(tài)變化分析

利用ARCGIS 10.2軟件,結(jié)合向海自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)規(guī)劃圖,將研究區(qū)劃分為核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)以及向海自然保護(hù)區(qū)的周邊地區(qū)。利用SPSS軟件,在類型尺度上,計(jì)算分別得出4個(gè)研究分區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性面積加權(quán)平均值(表1)。

從整體來看,1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性總體呈上升趨勢；從研究分區(qū)來看,1985—2015年向海自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)以及周邊地區(qū)的沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù)逐漸增加,其中核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)沼澤濕地面積分別大約增長了26、5、70 km2,增幅分別為24%、20%、79%(表2)。這主要與近幾年吉林省耕地補(bǔ)償制度、“退耕還濕”政策以及“引洮入向”、“引霍入向”工程的實(shí)施有著直接聯(lián)系。

表1 研究分區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性面積加權(quán)平均值

表2 研究區(qū)沼澤濕地以及耕地面積

3.5 沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性空間變異分析

結(jié)合SPSS統(tǒng)計(jì)軟件,計(jì)算得出1985年與2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的平均值(MN)、標(biāo)準(zhǔn)差(SD)和變異系數(shù)(CV)。根據(jù)變異系數(shù)可以將沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性分為3個(gè)程度,CV≤0.1為弱變異程度、0.1

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

趙峰等在三江源典型區(qū)濕地景觀穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)移過程分析的研究中,選取了斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性作為衡量該濕地景觀穩(wěn)定性變化的指標(biāo)之一,斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性值越高,說明斑塊鑲嵌結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定,反之則說明斑塊鑲嵌結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定[16,32- 33],具體公式見文獻(xiàn)[16]。本文通過計(jì)算研究區(qū)沼澤濕地的斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對模型合理性進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果如表3。1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性值逐漸升高,說明1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊鑲嵌結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定,其計(jì)算結(jié)果與研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性面積加權(quán)平均值計(jì)算結(jié)果一致,說明本文濕地斑塊穩(wěn)定性模型的建立具有一定的合理性。

本文在GIS、RS技術(shù)支持下,經(jīng)野外實(shí)地考察,綜合考慮自然因素和人為因素,結(jié)合影響當(dāng)?shù)卣訚蓾竦匕邏K穩(wěn)定性的相關(guān)指標(biāo),構(gòu)建了向海自然保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)濕地斑塊穩(wěn)定性模型。本文基于濕地斑塊穩(wěn)定性模型,不僅對該區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的空間分布、時(shí)空變化以及各研究分區(qū)的動態(tài)變化進(jìn)行分析,并且對研究區(qū)沼澤濕地的保護(hù)與管理提出了合理性建議,為保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)沼澤濕地的管理提供了一定的科學(xué)依據(jù),模擬結(jié)果基本滿足本研究的需要。但模型也有相應(yīng)的不足,所建模型雖然基本將影響沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的相關(guān)指標(biāo)考慮在內(nèi),但對影響斑塊與斑塊之間鑲嵌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的指標(biāo)考慮較少；本模型是在斑塊尺度上對沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性進(jìn)行的研究,但大多數(shù)研究多集中在類型尺度或者景觀尺度上,因此對濕地斑塊穩(wěn)定性模型的驗(yàn)證方法較少。在今后研究當(dāng)中應(yīng)當(dāng)綜合考慮影響濕地斑塊穩(wěn)定性的內(nèi)因和外因,不斷完善所建立的濕地斑塊穩(wěn)定性模型,找到更好且更多驗(yàn)證本模型合理性的方法,從而為研究區(qū)沼澤濕地的維系與管理建言獻(xiàn)策。

羅格平等在三工河流域綠洲景觀斑塊穩(wěn)定性的研究中認(rèn)為綠洲斑塊分為天然和人為綠洲斑塊,而綠洲斑塊的穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在自然穩(wěn)定性和人為穩(wěn)定性,其中人為干擾起到關(guān)鍵性作用,人為干擾很弱或不存在,綠洲斑塊則為天然綠洲斑塊且為自然穩(wěn)定性,而人類干擾強(qiáng)烈, 綠洲斑塊則為人為綠洲斑塊且為人為穩(wěn)定性[18]。根據(jù)研究分區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性面積加權(quán)平均值,1985—2015年核心區(qū)平均值最高,主要原因?yàn)楹诵膮^(qū)內(nèi)人口較少,人為干擾強(qiáng)度較弱,此時(shí)沼澤濕地斑塊為天然沼澤濕地斑塊,主要表現(xiàn)為自然穩(wěn)定性；1985—2015年間緩沖區(qū)尤其是實(shí)驗(yàn)區(qū)、周邊地區(qū)人為干擾較多,強(qiáng)烈的人類干擾是3區(qū)平均值較低的主要因素,此時(shí)緩沖區(qū)尤其是實(shí)驗(yàn)區(qū)和周邊地區(qū)的沼澤濕地斑塊為人為沼澤濕地斑塊,主要表現(xiàn)為人為穩(wěn)定性。1985—2015年向海自然保護(hù)區(qū)內(nèi)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性總體呈上升趨勢,說明研究區(qū)內(nèi)沼澤濕地的管理基本達(dá)到了保護(hù)效果。但由研究分區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性面積加權(quán)平均值可知,1985年實(shí)驗(yàn)區(qū)穩(wěn)定性指數(shù)低于核心區(qū)和緩沖區(qū)穩(wěn)定性指數(shù),而2015年實(shí)驗(yàn)區(qū)穩(wěn)定性指數(shù)由原來1.877上升至2.294,并且高于緩沖區(qū)穩(wěn)定性指數(shù),接近核心區(qū)穩(wěn)定性指數(shù),說明在實(shí)驗(yàn)區(qū)中有部分人為穩(wěn)定性沼澤濕地斑塊正在向自然穩(wěn)定性沼澤濕地斑塊過渡。受降水量、水文以及政策等因素的影響,向海自然保護(hù)區(qū)內(nèi)實(shí)驗(yàn)區(qū)沼澤濕地面積不斷增多,沼澤濕地分布格局發(fā)生較大變化,因此向海自然保護(hù)區(qū)在各功能分區(qū)的劃分上有一定不合理性。在未來保護(hù)區(qū)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中,建議將位于向海蒙古族鄉(xiāng)水庫周圍的沼澤濕地劃分為核心區(qū),對其進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。1985—2015年向海自然保護(hù)區(qū)周邊的西南部濕地斑塊穩(wěn)定性指數(shù)由0.938上升至2.346,東北部穩(wěn)定性指數(shù)由2.346上升至2.349。與周邊地區(qū)沼澤濕地斑塊相比,二者沼澤濕地斑塊保存較為完整,穩(wěn)定性指數(shù)相對較高,在今后沼澤濕地保護(hù)與管理中,建議將二者進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)與維系。

圖6 1985—2015年研究區(qū)降雨量變化圖 Fig.6 1985—2015 the change of the precipitation in the study area

濕地景觀格局在時(shí)空尺度上具有顯著的異質(zhì)性,表現(xiàn)為濕地景觀類型、數(shù)目及分布隨時(shí)空變化而改變,常與氣候、水文、人類活動等多種因素密切相關(guān)[34]。氣候因子在較大尺度上制約著濕地的水量收支平衡,它與水文過程一起主導(dǎo)濕地景觀格局的變化[35]；農(nóng)田開墾及其他形式的土地利用變更則局部改變著濕地的面積和空間分布[36- 37]。研究區(qū)位于半干旱半濕潤的大陸性季風(fēng)區(qū)域,年際之間降水變率較大(圖6),降雨量的變化對濕地斑塊面積、形狀會有很大影響,進(jìn)而影響到研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性。降雨量的變化趨勢及其空間分布狀況具有一定的差異性,主要受研究區(qū)域、站點(diǎn)密度、季節(jié)等因素影響[38]。本文研究區(qū)域面積小,氣象站少,降雨量空間變異較小。因此,在濕地斑塊穩(wěn)定性模型的構(gòu)建過程中沒有考慮降雨量等氣象因素的影響。

4.2 結(jié)論

利用濕地斑塊穩(wěn)定性模型分析向海自然保護(hù)區(qū)及其周邊地區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的動態(tài)變化,得出以下結(jié)論：(1) 1985—2015年沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性重心由西向東偏移,沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性空間集聚性增強(qiáng)；(2) 1985—2015年研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性總體呈增強(qiáng)趨勢,其空間結(jié)構(gòu)性逐漸減弱；(3) 1985—2015年研究區(qū)中核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)以及周邊地區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性升高,其變化趨勢與整個(gè)研究區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的變化趨勢一致；(4) 2015年緩沖區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性比實(shí)驗(yàn)區(qū)低,并且實(shí)驗(yàn)區(qū)沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性接近核心區(qū),在未來保護(hù)區(qū)功能區(qū)規(guī)劃中建議將向海水庫周圍的沼澤濕地劃分到核心區(qū)中。

[1] Xie D, Zhou H J, Ji H T, An S Q. Ecological restoration of degraded wetlands in China. Journal of Resources & Ecology, 2013, 4(1): 63- 69.

[2] 劉雁, 劉吉平, 盛連喜. 松嫩平原半干旱區(qū)濕地變化與局地氣候關(guān)系. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 45(8): 655- 664.

[3] 劉吉平, 趙丹丹, 田學(xué)智, 趙亮, 劉家福. 1954—2010年三江平原土地利用景觀格局動態(tài)變化及驅(qū)動力. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(12): 3234- 3244.

[4] 張敏, 宮兆寧, 趙文吉. 近30年來白洋淀濕地演變驅(qū)動因子分析. 生態(tài)學(xué)雜志, 2016, 35(2): 499- 507.

[5] Mitsch W J, Gosselink J G. Wetlands. 4th ed. New York: Wiley, 2007: 107- 259.

[6] 劉吉平, 馬海超, 趙丹丹. 三江平原孤立濕地景觀空間結(jié)構(gòu). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36(14): 4307- 4316.

[7] Mitsch W J, Wu X. Wetland and global change//Lal R, John K E, Levine B A, eds. Soil Management and Green House Effect. Boca Raton: CRC Press Inc, 1994: 205- 230.

[8] Lunetta R S, Balogh M E. Application of multi-temporal Landsat 5 TM imagery for wetland identification. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 1999, 65(11): 1303- 1310.

[9] 任春穎, 張柏, 張樹清, 王宗明, 宋開山, 楊軍. 基于RS與GIS的濕地保護(hù)有效性分析——以向海自然保護(hù)區(qū)為例. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2008, 22(2): 133- 139.

[10] 王曉春, 周曉峰, 何小弟, 黃春華, 趙御龍. 基于GIS的揚(yáng)州瘦西湖新區(qū)濕地景觀格局分析. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 26(4): 95- 98.

[11] 崔麗娟, 張明祥. 濕地評價(jià)研究概述. 世界林業(yè)研究, 2002, 15(6): 46- 53.

[12] Hill A R. Ecosystem stability: some recent perspectives. Progress in Physical Geography, 1987, 11(3): 315- 333.

[13] 馮耀宗. 人工生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性概念及其指標(biāo). 生態(tài)學(xué)雜志, 2002, 21(5): 58- 60.

[14] 鄔建國. 景觀生態(tài)學(xué): 格局、過程、尺度與等級(第二版). 北京: 高等教育出版社, 2007: 106- 107.

[15] Gobattoni F, Lauro G, Monaco R, Pelorosso R. Mathematical models in landscape ecology: stability analysis and numerical tests. Acta Applicandae Mathematicae, 2013, 125(1): 173- 192.

[16] 趙峰, 劉華, 鞠洪波, 張懷清, 鄒文濤. 三江源典型區(qū)濕地景觀穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)移過程分析. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 34(5): 69- 74.

[17] 龔俊杰, 楊華, 鄧華鋒, 張慕博. 北京明長城森林景觀空間結(jié)構(gòu)的分形特征及穩(wěn)定性. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 36(6): 54- 59.

[18] 羅格平, 周成虎, 陳曦. 干旱區(qū)綠洲景觀斑塊穩(wěn)定性研究: 以三工河流域?yàn)槔? 科學(xué)通報(bào), 2006, 51(S1): 73- 80.

[19] 王玲玲, 曾光明, 黃國和, 蘇小康, 徐敏. 湖濱濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(12): 3406- 3410.

[20] 王茜, 吳勝軍, 肖飛, 薛懷平, 任憲友. 洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價(jià)研究. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2005, 13(4): 178- 180.

[21] 王雪梅, 柴仲平, 塔西甫拉提·特依拜, 龔愛瑾, 胡江玲. 塔里木盆地北緣綠洲景觀格局變化與穩(wěn)定性分析. 國土與自然資源研究, 2010, (1): 45- 47.

[22] 劉延國, 王青, 王軍. 九寨溝自然保護(hù)區(qū)景觀格局及其斑塊穩(wěn)定性. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 40(4): 31- 33.

[23] 張洪云. 基于控制—干擾—響應(yīng)機(jī)制的濕地景觀穩(wěn)定性分析與評價(jià)[D]. 哈爾濱: 哈爾濱師范大學(xué), 2016.

[24] 侯瑞萍. 近20年來寧夏鹽池縣濕地動態(tài)與植被特征研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2015.

[25] 白軍紅, 歐陽華, 崔保山, 王慶改, 陳輝. 近40年來若爾蓋高原高寒濕地景觀格局變化. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(5): 2245- 2252.

[26] 趙海迪, 劉世梁, 董世魁, 劉琦, 李曉文. 三江源區(qū)人類干擾與濕地空間變化關(guān)系研究. 濕地科學(xué), 2014, 12(1): 22- 28.

[27] Cui L J, Gao C J, Zhou D M, Mu L. Quantitative analysis of the driving forces causing declines in marsh wetland landscapes in the Honghe region, northeast China, from 1975 to 2006. Environmental Earth Sciences, 2014, 71(3): 1357- 1367.

[28] 張有智, 吳黎. 三江平原濕地動態(tài)變化及驅(qū)動力分析. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, (12): 151- 154.

[29] 任春穎, 張柏, 張樹清, 王宗明, 宋開山, 楊軍. 向海自然保護(hù)區(qū)濕地資源保護(hù)有效性及其影響因素分析. 資源科學(xué), 2007, 29(6): 75- 82.

[30] 王衛(wèi)華, 王全九. 黑河中游綠洲麥田土壤導(dǎo)氣率空間變異尺度性研究. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(4): 179- 183.

[31] 邢旭光, 趙文剛, 馬孝義, 趙偉, 史文娟. 覆膜滴灌條件下棉花根層土壤鹽分時(shí)間穩(wěn)定性研究. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015, 46(7): 146- 153.

[32] 林佳, 宋戈, 宋思銘. 景觀結(jié)構(gòu)動態(tài)變化及其土地利用生態(tài)安全——以建三江墾區(qū)為例. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(20): 5918- 5927.

[33] 楊國安, 甘國輝. 基于分形理論的北京市土地利用空間格局變化研究. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 2004, 24(10): 131- 137.

[34] 白軍紅, 歐陽華, 楊志鋒, 崔保山, 崔麗娟, 王慶改. 濕地景觀格局變化研究進(jìn)展. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2005, 24(4): 36- 45.

[35] 董李勤, 章光新. 嫩江流域沼澤濕地景觀變化及其水文驅(qū)動因素分析. 水科學(xué)進(jìn)展, 2013, 24(2): 177- 183.

[36] 孫賢斌, 劉紅玉, 傅先蘭. 土地利用變化對鹽城自然保護(hù)區(qū)濕地景觀的影響. 資源科學(xué), 2010, 32(9): 1741- 1745.

[37] 袁力, 趙雨森, 龔文峰, 范文義. 基于RS和GIS扎龍濕地土地利用景觀格局演變的研究. 水土保持研究, 2008, 15(3): 49- 53.

[38] 劉和平, 王秀穎, 梁鳳國, 高曉飛, 萬金紅. 遼西北地區(qū)45年來降水量變化趨勢及其空間差異. 水電能源科學(xué), 2014, 32(3): 5- 9, 33- 33.

The spatial variation in the patch stability of marshes in Xianghai between 1985 and 2015

LIU Jiping*, MA Changdi

CollegeofTouristandGeoscience,JilinNormalUniversity,Siping136000,China

Wetland stability plays a vital role in the structure and functions of wetland ecosystems. In order to study the regional change in wetland patch stability and the space-time dynamic of the marshes, an expert evaluation method was used to construct a wetland patch stability model at the patch scale. Sensing image data were collected to investigate the space-time changes to marshes patch stability in the Xianghai National Nature Reserve and its surrounding area between 1985 and 2015. The results suggested that between 1985 and 2015, the marsh patch stability characteristics were strongest in the central areas, weakest in the east, and relatively stronger in the west. Marsh patch stability was skewed towards the east, and the spatial centralization increased in the study area between 1985 and 2015. Furthermore, marsh patch stability gradually increased, its spatial structure weakened, and measures of dispersion increased between 1985 and 2015. Marsh patch stability has gradually decreased from the core area to the periphery since 1985 and marsh patch stability was greater in the experimental zone than in the buffer zones in 2015. This study provides practical suggestions that will improve marsh planning and management in the Xianghai National Nature Reserve and its surrounding area.

Xianghai National Nature Reserve; surrounding area; marshes; patch; stability

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資助項(xiàng)目(吉推[2014]16號)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41071037)

2016- 06- 30;

2016- 11- 10

10.5846/stxb201606301329

*通訊作者Corresponding author.E-mail: Liujpjl@163.com

劉吉平, 馬長迪.1985—2015年向海沼澤濕地斑塊穩(wěn)定性的空間變化.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(4):1261- 1269.

Liu J P, Ma C D.The spatial variation in the patch stability of marshes in Xianghai between 1985 and 2015.Acta Ecologica Sinica,2017,37(4):1261- 1269.