（土地资源管理专业论文）福州湿地遥感动态监测与水环境评价.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完 成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本 研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯 他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名： 维冽 论文使用授权的说明 日期：沙反j 酉 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。口 不保密，本论文属于不保密。 口 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：彳乏孑磋日期：伊占、s 西 指导教师亲笔签名：烈、影盘庞装日期：a 莉j 西 塑些查苎查堂堡主兰生堡苎 中文摘要 湿地具有多种生态功能和经济、社会价值，是人类赖以生存和发展的宝贵 自然资源和生存环境，但人类不合理的利用造成了湿地面积锐减，湿地生态系 统受到严重影响和威胁。因此，及时、准确地掌握湿地资源的数量与质量现状 及其变化，对湿地的合理开发、保护、利用具有重要的意义。 本文以福州市及周边地区为研究对象，利用遥感技术手段，对1 9 8 9 年、1 9 9 6 年和2 0 0 1 年3 个年份的不同数据源的福州湿地资源进行监测，利用动态度和马 尔科夫模型进行湿地动态变化分析，并探求其中的驱动机制；分别利用模糊综 合评价法及密切值法对湿地水环境质量现状及历史变化进行评价，最后结合区 域实际情况和评价结果，提出了湿地生态保护和综合防治措施，以实现区域湿 地资源的可持续发展。主要研究内容如下： 1 ) 湿地遥感动态监测 结合权威的湿地分类方案和湿地影像判读的特点，建立了福州湿地分类体 系；根据地物的光谱特征，构建了湿地信息提取的分层分类模式。提取结果表 明分层分类提高了湿地信息提取的精度。 2 ) 湿地资源动态变化分析 利用动态度和马尔科夫模型对湿地资源时空变化进行分析。结果表明：从 1 9 8 9 至2 0 0 1 年间，福州湿地总面积呈下降趋势，其中动态度最大、转化率最为 明显的湿地类型是水田。说明随着人口增长、经济发展和城市化的进展，人类 活动对湿地的于预力度越来越强。 3 ) 水环境质量评价与历史变化分析。 运用模糊综合评价法及密切值法分别对区域水环境质量现状及历史变化进 行了评价c 结果表明：福州内河随着近年来冲污使污染有所减轻，但未得到根 本改善，内河污染依然严重，主要表现为有机物污染；闽江水质状况良好，近 年来水质基本上没有明显变化。 关键词：福州市；湿地；遥感监测i 水环境质量 塑堡查苎查兰堡主兰垡笙塞 a b s t r a c t r e m o t es e n s i n gm o n i t o r i n ga n dw a t e re v o l v e m e n ta s s e s s m e n to nw e t l a n d r e s o u r c ei nf u z h o u w e t l a n dh a sv a r i o u se c o s y s t e m sf u n c t i o nm a de c o n o m y , s o c i e t yv a l u e i ti s a m a t u r er e s o u r c et r e a s u r ya n dl i v i n ge n v i r o n m e n tt h a tm a n k i n dr e l y i n gf o re x i s t e n c e a n dd e v e l o p m e n t h o w e v e r , o w i n gt om a n su n r e a s o n a b l eu t i l i z a t i o n ，t h ew e t l a n d s a r e aw e r eq u i c k l yr e d u c e d ，t h ee c o l o g i c a ls y s t e mh a sb e e ns e r i o u s l yi n f l u e n c e da n d m e n a c e d s o ，f o rr e a s o n a b l ee x p l o i t a t i o n 、p r o t e c t i o n 、u t i l i z a t i o no ft h ew e t l a n d r e s o u r c e s ，i ti si m p o r t a n tt oi n v e s t i g a t ea n dm o n i t o rt h eq u a n t i t ya n dq u a l i t ya n d t h e i r c h a n g e so fw e t l a n d sr e s o u r c e s t a k i n gt h eu r b a nf u z h o uc i t ya n da l lm o u n da st h es t u d yc a s e s ，t h ew e t l a n d r e s o u r c ei n t h i s p a p e rw a sm o n i t o r e db yu s i n gm u l t i s o u r c e d a t ar e s o u r c e t h e d y n a m i cc h a n g eo nw e t l a n dw a sa n a l y z e db yd y n a m i cc h a n g es p e e da n du t i l i z i n g m a r k o vp r o c e s s ，b a s e do nt h ec h a n g ea b o v e ，w ee x p l o r e dt h ei n h e r e n tm e c h a n i s mi n t h es t u d ya r e a ；t h ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t ya n di t sh i s t o r i c a lc h a n g ew e r ea n a l y z e d b yf u z z ys y n t h e s i z e a s s e s s m e n ta n do s c u l a t i n gv a l u em e t h o ds e p a r a t e l y , t h e n c o m b i n i n gt h ea n a l y s i sr e s u l t sa n dt h ea c t u a lc o n d i t i o n so nf u z h o u ，w ep r o p o s et h e e c o l o g i c a lp r o t e c t i o na n di n t e g r a t e d c o n t r o lm e a s u r e ，i no r d e rt or e a l i z et h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f w e t l a n dr e s o u r c e s t h em a i nc o n t e n tw a sa sf o l l o w s 1 ) r e m o t es e n s i n gm o n i t o r i n go nw e t l a n d i n t e g r a t i n gw i t ha u t h o r i t a t i v ew e t l a n dc l a s s i f i c a t i o ns y s t e ma n dt h ec h a r a c t e ro f w e t l a n dr e f l e c t e df r o m i m a g e ，t h ef u z h o uw e t l a n dc l a s s i f i c a t i o ns y s t e mw a s e s t a b l i s h e d t h i sp a p e rp r e s e n t sal a y e r e dc l a s s i f i c a t i o nm e t h o db a s e do nt h el i g h to f w e t l a n ds p e c t r u mc h a r a c t e r t h er e s u l t i n d i c a t e dt h a tt h el a y e r e dc l a s s i f i c a t i o n m e t h o dc o u l dr e a c hh i g hc l a s s i f i c a t i o n a c c u r a c y 2 ) d y n a m i ca n a l y s i so nw e t l a n dr e s o u r c e u s i n gd y n a m i cc h a n g es p e e da n du t i l i z i n gm a r k o vp r o c e s sa n a l y z e dt h e 福建农林大学硕士学位论文 t e m p o r a la n ds p a t i a ld y n a m i cc h a n g e t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h et o t a la r e ao f w e t l a n di nf u z h o ud e c r e a s i n gf r o m1 9 8 9t o2 0 0 1 t h ew e t l a n dt y p et h a th a dt h e b i g g e s td y n a m i cc h a n g es p e e da n dp r o b a b i l i t ys h i f t e do b v i o u s l yw a sp a d d yf i e l d ，i t d e m o n s t r a t e dt h a tm a n k i n di n t e r f e r e dw e t l a n df r e q u e n t l yw h i c hw a s h i g h l ya s s o c i a t e d w i t ht h el o c a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t 3 ) w a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t ya n di t sh i s t o r i c a lc h a n g ea s s e s s m e n t u s i n gf u z z ys y n t h e s i z e sa s s e s s m e n ta n do s c u l a t i n gv a l u em e t h o dt oa n a l y z et h e w a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t ya n di t sh i s t o r i c a lc h a n g es e p a r a t e l y t h er e s u l ts h o w e dt h a t t h ep o l l u t i o no fw a t e r w a yh a dg o ts o m ei m p r o v e m e n td u et o r e c e n td i h i t i o n b u t n e v e rg o tf u n d a m e n t a lc h a n g e s t h ew a t e r w a yw a ss t i l l s e r i o u s l yp o l l u t e da n dt h e m a i np o l l u t a n tw a st h eo r g a n i cm a t t e r ；t h ew a t e rq u a l i t yo f m i n j i a n gr i v e rw a sg o o d ， i tn e v e rc h a n g e d s e r i o u s l yi nt h e s ey e a r s k e yw o r d s ：f u z h o uc i t y ；w e t l a n d ；r e m o t es e n s i n gm o n i t o r i n g ；w a t e re n v i r o m e n t q u a l i t y 塑壁垒茎奎兰塑主兰竺堕奎 一 第一章绪论 1 1 湿地研究的目的和意义 湿地是地球表层系统中介于陆地与水体之间的具有独特的水文、土壤、植 被与生物特征的过渡型生态系统，是地球上最富有生物多样性的生态景观和人 类最重要的生存环境之一。在世界自然资源保护联盟( i u c n ) 、联合国环境规划 署( u n e p ) 和世界自然基金会( w w f ) 世界自然保护大纲中，湿地与森林、海洋一起 并称为全球三大生态系统类型。湿地处于大气系统、陆地系统与水体系统的界 面，在水分、养分、有机物、沉积物、污染物的运移中处于重要地位。由于湿 地具有巨大食物链及所支撑的丰富的生物多样性，为众多的野生动植物提供了 独特的生境，具有丰富的遗传物质，湿地也被称为“生物超市”。由于下游湿地 具有汇集水分和废弃物的功能，因而湿地被称为“地球之肾”。湿地能够平衡水 分供应，因雨能改善洪涝和干旱状况。湿地具有物质“源”、“汇”及“转换器” 的功能，可以净化污水，保护海岸，补给地下水。一般认为湿地是二氧化碳的 “汇”和全球尺度上的气候“稳定器”，在全球环境变化研究中有着重要意义。 湿地还为人类提供大量的粮食、肉类、药材、能源以及多种工业原料，具有巨 大的生态效益、经济效益和社会效益。 从1 9 7 1 年世界签署的“湿地公约”到2 0 0 3 年的第七个“世界湿地日”，对湿 地资源的研究已成当代世界性重大研究课题。全世界共有湿地8 5 1 0 5 k m 2 ，占 陆地总面积的6 4 。我国湿地面积居世界第四，湿地面积约为8 5 6 x1 0 5 k 醑，占 全球湿地面积的1 0 r i o 我国湿地保护和研究历史已久，女f f l 9 7 9 - - 1 9 8 4 年我国 进行全国海岸带和海涂自然资源调查阻3 。1 9 9 2 年，我国正式加入了国际湿地 公约，对湿地保护和合理利用极为重视。中国2 1 世纪议程中强调：“对现有 地湿地资源进行依法管理，提高管理的科学性，保护好批在世界上最重要的 湿地保护区全面制止随意破坏湿地资源和湿地生境“。目前我国已有7 处 自然保护区列入湿地公约国际重要湿地名录，有1 9 2 块湿地被列入亚洲湿地 名录。 尽管我国在湿地保护方面开展了大量的t 作，取得了一些成绩，但湿地的 丧失和退化的速度仍没有得到有效遏制，各种湿地资源仍处于受威胁之中。湿 7 一 塑蕉奎苎查兰堡主兰竺堡兰 地的退化、消失给人类带来的教训是惨重的。蓄洪能力减弱、珍禽灭绝、生态 景观趋于单一，以及巨大的经济损失使人们认识到湿地资源保护的重要性和迫 切性。就我国现状来说，我国国民对湿地的认识还很不充分，许多人把湿地与 “荒地等同起来，更认识不到湿地保护的重要性。据首次全国湿地资源调查 统计，在被调查的3 7 6 块重点湿地中，有1 1 4 块已经遭到或正面临着盲目开垦和 改造的威胁，有9 8 块湿地正面临着环境污染的威胁，有9 1 块湿地正面临生物资 源过度利用的威胁“。 福州位于滨海的闽江口河口盆地，沿海岸线曲折、港湾众多，湿地资源丰 富，海岸线长达8 0 0 多公里，境内干流长1 5 0 公里，流域面积8 0 1 1 平方公里。福 州城市与周边湿地拥有多种的水生生物，是我国和亚洲东部候鸟南北迁徙的重 要中转站和从闽江口向闽江流域腹地渗透的必经之路，也是众多水禽的越冬地 和多种海洋性鸟类因气候突变时本息的临时避难所。随着工业化、城镇化进程 加速，致使湿地面积锐减、污染日趋严重，生物多样性遭受不同程度破坏，严 重威胁着人类生存、严重制约社会与经济的可持续发展。为了保护和科学地开 发利用湿地资源，就必须查清湿地资源数量与质量现状，制定符合福州市现状 的保护湿地法规和湿地可持续开发利用规划，因此，开展基于r s 的福州湿地资 源调查研究，及时掌握湿地资源的分布、变化情况以及湿地水环境质量状况， 并在此基础上进行湿地资源合理利用和生态环境保护，对区域湿地资源的管理 和可持续发展具有重要意义。 1 2 国内外湿地研究历史与现状 1 2 1 湿地的定义 湿地是一种特殊的自然综合体，其特殊性质即多水( 积水或饱和) 、独特的 土壤和适水的生物活动，决定了湿地是既不同于陆地系统也不同于水体系统的 特征生态系统，湿地与陆地系统的分界在土壤水分饱和的边缘，而与水体系统 的交界一般定为水深2 脚即相当于挺水植物可以生长的范围。由于湿地类型的多 样性、分布和广泛性、面积的差异性、淹水条件的易变性、边界的不确定性， 对湿地进行科学的定义比较困难，目前国际上尚无统一的、被普遍认同的湿地 定义阳1 。 望堡垒苎查兰堡主兰堡丝塞 一 最早关于湿地的定义之一，是由美国鱼类和野生动物保护协会1 9 5 6 年提出， 通常称之为通报3 9 。其定义为：“湿地是指被浅水或暂时性积所覆盖的低地，一 般包括草本沼泽、灌丛沼泽、苔藓泥炭沼泽、湿草甸、池沼、浅水沼泽以及滨 河泛滥地，也包括生长挺水植物和深水湖泊等稳定水体，但河、溪、水库和深 水湖等稳定水体不包括在内，因为这些水体不具有这种暂时性，对湿地土壤植 被的发展几乎毫无作用“。该定义强调了湿地作为水禽生境的重要性，但对水 深未做规定。 1 9 7 1 年，在国际自然和自然资源保护联盟的主持下，在伊朗的拉姆萨会议 上通过了关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约，简称为湿地公 约) 。湿地公约中对湿地的定义是：不论其为或人工、长久或暂时性的沼泽 地，泥炭地或水域地带，静止或流动的淡水、半咸水、咸水水体，包括低潮时 水深不超过6 米的水域；同时，还包括邻接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及位于 湿地范围内的岛屿或低潮时水深不超过6 米的海水水体拍2 “3 。 湿地较为综合的定义是美国鱼类和野生动物保护协会1 9 7 9 年提出的，也是 科学家经过多年的考证所采纳的一个。这一定义发表在题为美国的湿地和深 水生境分类的研究报告中h 4 o 定义如下：“湿地是处于陆地生态系统和水生生 态系统之间的转换区，通常其地下水位达到或接近地表，或者处于浅水淹覆状 态，湿地必须具有以下三个特点之一以上的特征：至少是周期性地以水生植物 生长为优势；基质以排水不良的水成土为主；土层为非土质化土，并且在每年 生长季的部分时间水浸或水淹。” 加拿大的学者将湿地定义为：“湿地是指水淹或地下水位接近地表，或水分 饱和时间足够长，从而促进湿成和水成过程，并以水成土壤上、水生植被和适 应潮湿环境生物的活动为标志的土地“。”湿地的湿、干两种极端情况为：有浅 层明水面，一般水深小于2 米；在生态系统全部发育过程中，淹水为主导条件的 周期性淹水地域。 英国j w l l o y d 等人定义湿地为“一个地面受水浸润的地区，具有自由水 面。通常是四季存水，但也可以在有限的时间段内没有积水，自然湿地的主要 控制因子是气候、地形和地质。人工湿地还有其他控制因子m 。， 日本有关学者认为，“湿地的主要特征，第一足潮湿；第三是地卜水位高； 塑蕉奎苎查兰婴主兰壁垒三 一 第三，至少在一年的某段时间内，土壤是处于饱和状态的”。”这一提法表明日 本当前湿地界在湿地问题上强调水分和土壤，但同时忽略了植被现状。 目前我国对湿地的定义尚未统一。我国官方对湿地的理解源于湿地公约 中定义的湿地概念。为了对全国的湿地进行科学普查，我国湿地主管部门国家 林业局在1 9 9 7 年将湿地定义为：湿地系指或人工、长久或暂时性沼泽地、苔原、 泥炭地或水域地带，带有静止或流动淡水、半咸水、咸水水体者，包括低潮时 水深不超过6 米的海域i t s 。而我国学者将湿地定义为：湿是指陆地上上或季节性 积水( 水深2 米以内，积水4 期个月以上) 和过湿的土地，并与其生长、栖息的 生物种群构成的独特生态系统。它强调构成湿地的3 个要点：积水、过湿地及其 生物群落“”1 。 总之，各种表述的湿地概念，根据湿地的三个决定性因素一水、土壤和植 被，归结起来都是遵循以下三个基本原则：湿地以水的存在为特征，无论在地 表，还是在植物的根区：湿地的土壤条件通常不同于临近的高地，多为水成土： 湿地植被以适合于湿润环境的植物组成，但缺乏耐受胁迫的植物n “。 鉴于国内外对湿地没有统一的界定，本文研究主要是参考国际上使用最广 泛的湿地公约中的定义来界定。 1 2 2 湿地的分类 湿地分类是湿地研究的基础，由于湿地生态系统明显的过渡性、复合性及 管理的多目标性，目前还没有统一的分类系统。不同国家和地区根据他们的研 究从不同的角度出发对湿地进行了不同的分类，如加拿大湿地分类系统主要是 对沼泽和泥炭进行划分，而澳大利亚，由于北部属于热带，南部属于温带，因 此南北部各自发展了针对本区域的更细致的分类系统n “。目前国际上影响较大 的分类法包括成因分类法、特征分类法和综合分类法等汹3 。 成因分类方法中最具代表性的方法是c o w a r d i n 等于1 9 7 9 年提出的分类体系 啪1 。该分类法将湿地划分为系统、亚系统、类、亚类和优势种5 个层次：首先 将湿地和深水系统首先分为生态特征类似的5 大系统( 即海洋湿地、河口湿地、 河流湿地、n n n n 和沼n n n ) ，再根据湿地的水文特征分成亚系统，根据占 优势的植被生命形态和基底组成等湿地外貌特征把亚系统分成湿地类，按照植 被的不同把湿地类细分成湿地亚类，用附加的优势种特征描述较为特殊的湿地 塑塞垒苎查堂堡主兰垡笙茎一 特征。国际上另一种广泛使用的分类法是湿地公约1 9 9 0 年制定的分类体系 ( 附表i ) ，它沿用t c o w a r d i n 分类体系的成因加描述的分类思想，将湿地划分 为三大类3 5 种拍，最近的缔约国大会上，又对原有的湿地分类系统进行了修改， 增加了一些类型，共为三大类4 2 种”“。 特征分类法中以b r i n s o n 于1 9 9 3 年提出的水文地貌学分类方法应用最为广 泛“。该分类主要是建立在不同地貌条件下水动力作用差别之上，因此该系统 有3 个主要因素：地貌条件、水源补给类型、水动力条件。地貌条件分为4 种： 低洼地、河岸地、边缘湿地和广阔的泥炭地；水源补给类型包括降水、地表水 和地下水；水动力条件分为3 类：由蒸发蒸腾作用、降水或地下水补给引起的湿 地水面垂直运动的垂直起伏流，由于地形梯度等引起的单向水平流和双向水平 流3 “。 综合分类法采用层次结构。湿地类别按照从高到底的顺序分为四层，分别 称作族、组、类、型。各层次的分类依据依次为水文地貌过程特征、外动力控 制因子、基底物质结构、植被类型、淹没时间频率和水深。在各个层次的描述 中充分吸收已有各类分类方法的优点，因此能反映不同层次的诸多特征及相似 性，有利于应用相邻学科的最新定量研究方法或模型口。 随着漫地研究的深人，国内学者也根据他们的研究也提出了不同的湿地分 类思想。国内对沼泽和滩涂湿地的分类研究较早，但多停留在成因加描述相结 合的层次上。“剐。陆健健按r a m s a r 公约湿地定义将中国湿地分为2 2 种类型m j ； 在中国滨海湿地分类一文中，将海平面6 米至大潮高潮位之上与外流江河流 域相连的微咸水和淡咸水湖泊、沼泽以及相应的河段间的区域，分为潮上带淡 水湿地、湖间带滩涂湿地、潮下带近海湿地、河口沙洲离岛湿地四个子系统及 若干型，并对各个子系统和型进行了界定。“。陈建伟等旧3 提出的中国湿地分 类系统，按系、亚系、类、亚类、型、优势型六级划分。根据成因或水文地理 分为海洋与沿海、内陆、人造3 个系；各系中自然系根据地质地貌、景观划分业 系，人造系根据目的、用途划分亚系：亚系根据基质淹没时间、状态再分若干 类；类按表面状况分亚类；亚类下自然湿地按基质特性等分若干型，人工湿地 按目的等分若干型：型根据植被的优势群落分若干优势型。刘玉红等h 。3 在研究 湿地景观生态制剧分类原则的基础上，对三江平原湿地建立了一套完整的景观 望壅奎茎奎堂翌主兰堡堡苎 一 生态制图分类系统：第一级按人类活动影响程度划分：自然湿地景观、半自然 湿地景观、人工湿地景观；第二级按地貌划分为：河漫滩、阶地、湖滨、洼地、 谷地；第三级对沼泽湿地植被2 5 种类型进行模糊聚类归并，得出不同比例尺的 地图制图景观类型。河流湿地分为永久性河流和沼泽性河流两类。黄桂林等“” 根据分类原则，先将整个辽河三角洲区域分为湿地和非湿地( 其他土地利用类 型) ，第一级将湿地分为自然湿地和人工湿地，再逐级划分，共分为四级二十八 类。基于特征分类思想的研究在国内也己展开，如倪晋仁，殷康前等。”1 提出的 湿地综合分类法，该分类法采用层次结构，将湿地类别按从高到底的顺序分为 四层，分别称作族、组、类、型。各层次分类依据依次为水文地貌过程特征、 外动力控制因子、基底物质结构、植被类型、淹没时间频率和水深。柴岫，郎 惠卿等提出的第一个中国若尔盖高原沼泽分类方案就有综合分类的性质“。刘 兴土“”提出的中国沼泽新分类方案，首先划分为淡水沼泽及盐碱沼泽两大类， 然后再划分若干沼泽型、组、体。但是总的来说，目前还没有既能与湿地公 约接轨，又符合我国国情的湿地分类系统“”。 1 2 3 国内外湿地研究进展 湿地的淹水时间、淹水频率受地貌、气候等多种自然因素影响，使湿地经 常处于变化之中，动态变化是湿地的重要特征：湿地自身的演化、发展规律又 与人类的主观需求之间存在相当的差距，使得湿地资源、湿地环境与人类利用 之间不可避免地产生矛盾。随着人口的增加和技术的进步，人类对湿地的干扰 和破坏1 3 趋严重，由此产生的湿地数量锐减及环境污染问题又进一步影响了湿 地周围甚至更广大区域的人类生存。在这一背景下，为探索湿地资源与环境变 化发展规律，协调人类活动与湿地资源的矛盾，更好地利用和保护湿地，半个 世纪以来，国内外学者对湿地开展了大量的湿地资源调查与湿地环境的研究， 取得了很多重要成果。 对湿地的研究最早可追溯到1 7 世纪欧洲一些学者对沼泽的研究。直到2 0 世 纪初，学术界才出现“湿地”一词“。2 0 世纪5 0 年代开始，美国、加拿大开始 了对本国湿地资源调查研究，湿地学开始进入发展期。1 9 8 2 年，在印度召开了 第一届国际湿地研讨会，这标志着世界湿地研究进入了一个崭新的阶段。会后 出版了湿地生态与管理m 3 。1 9 8 6 年国际湿地学会主席m r w i l li am t m jt s c h 塑堡垒竖兰塑圭兰堡兰奎一 撰写了 w e t l a n d s m 1 是当前对湿地研究介绍最全面、最系统的一部著作。随 后，各国纷纷成立湿地研究机构开展湿地系统的研究工作。1 9 8 8 年n o v i t z k i 。“3 策划了一项由环保局实施的湿地环境监测项目，其目的是利用地景级别的标志 评价全国湿地的健康状态和长期发展趋势。其所要做的工作是研究如何确定评 价湿地的指示物，建立比较湿地种群特点的工作框架，最后建立起全国性的区 域湿地样点监测网。据调查，在墨西哥湾，湿地正以每年1 的速率减少，引起 了政府和科技界的严重关切 4 8 o 美国政府甚至资助2 0 年前墨西哥湾石油开采对 湿地造成的染污后果的追踪调查“。美国环保署展开的“国家河口湿地计划” 目前已扩展到1 7 个河口湿地研究项目脚1 。1 9 9 6 年，o u i r g u i s 5 。等用主成分分 析法对埃及的8 r u l l u s 从1 9 8 3 到1 9 9 1 年的动态变化进行研究，表明由于围垦等， 湖泊面积显著减小。2 0 0 4 年，b e r b e r o g l us u h a 等利用t m 影像对地中海区域的土 耳其海岸湿遗进行制图，并对海岸带湿地的生态环境进行监测随“。 我国对湿地的研究在2 0 世纪5 0 年代就已经开始，主要是对沼泽湿地的研究。 6 0 年代初一批学者开展了全国范围的沼泽和泥炭资源的综合考察。8 0 年代中期， 我国学者开始关注湿地问题，并使“湿地”这一概念广泛流行轴。删。1 9 9 5 年， 陈宜瑜主编的中国湿地研究的出版和中国科学院湿地中心的成立，标志着 中国湿地研究已经提到议事日程。9 0 年代，我国已经完成了全国湿地的初步调 查，对湿地的研究也广泛开展。如黄成等口钉调查了长江口北支湿地环境现状， 分析评价了长江口北支湿她的环境质量。调查显示，长江口北支水域主要污染 物n c o d 、氨氮等，陆地土壤中主要污染物为镉、铅、锌及滴滴涕。许清涛等m 分析了莫莫格国家级自然保护区湿地资源环境状况、成因和存在的问题，并提 出了解决的办法与发展对策。沈立新等“7 1 通过对北海湿地植被资源与环境的调 查研究，分析了北海湿地保护区的植被类型、环境状况及其保护对策。焉莉等m 采用3 s 技术对北京永定河湿地水环境进行了调查，指出了永定河湿地目前面临 的问题，并提出解决对策。黄家柱等嘲3 利用遥感与g i s 技术，对长江三角洲地 区的土地资源、长久岸线资源和滩涂资源以及太湖水环境进行了动态监测，建 成了以乡为基本单元的长江三角洲地区地理数据和专题数据库，为环境监测与 管理以及城镇建设规划提供了科学依据和决策咨询。 综上所述，湿地资源的监测与环境评价已成为世界上热门的研究领域，但 塑望查苎查竺堡主兰垒堕奎一 仍然存在许多有待迸一步发展的课题，如迄今没有一个公认的、具有可比性的 环境质量评价数学模型、监测手段如遥感技术其分辨率和解译方法还有待提高。 1 3 遥感在湿地研究中的应用 湿地地处水陆交界的过渡部位，内部地形复杂，杂草繁生，多泥沼，若采用传 统的地面调查方法，不仅耗时、费力、效率低，并对湿地具有破坏性”，而且 许多地段由于环境恶劣，工作人员难以涉入，开展全面调查。遥感影像具有的 空间、光谱及时相特性，决定它能方便、快速、全面地为研究者提供研究区域 真实、现势的地表综合信息，再现地表全貌。当前，遥感信息的应用分析已从 单一遥感资料向多时相、多数据源的复合分析过渡，从静态分析向动态监测过 渡，从对资源与环境的定性调查向计算机辅助的定量分析过渡，从对各种现象 的表面描述向软件分析和计量探索过渡皿“。遥感以其突出的技术优势成为湿地 宏观监测最重要的手段。 遥感技术在湿地研究领域中的应用起始于7 0 年代。1 9 7 5 年，美日鱼类和野 生动物保护协会在进行湿地资源调查时就用了高分辨率的航空像片 6 2 o8 0 年代 美国、法国、印度等陆续发射了卫星，湿地遥感应用也更加深入和广泛。1 9 8 3 年，l u l l a 研究了l a n d s a tm s s 影像在湿地资源调查和海岸带生态系统管理中的 应用”“。c a r p e n t e r 等利用l a n d s a t 遥感影像通过建立模型来监测内陆湿地水体 的水质叩”。h u a n g 等n 钉用g i s 数据和s p o t 多光谱数据中提取知识用于湿地分类。 1 9 9 8 年k i n d s c h e rk 等人用印度的i r s i b l i s s i i 影像将g r a n dt e t o n n a t i o n a lp a r k 的草甸湿地类型用非监督分类法将其划分为6 类酾“。2 0 0 1 年， t o w n s e n d 等人用多进相和多光谱的t m 影像研究美国加利福尼亚州北部的森林湿 地，对该地区的植被群落进行了详细的分类，分) b 2 1 个森林群落和另外几个重 要的生态类型哺”。h o r ng d 等邙8 1 使用多时相的雷达数据监测澳大利亚北部湿 地的季节性动态变化。加拿大的j e s s i k at o y r a 3 等评价t s p o t 和r a d a r s a ts a r 影像结合应用对于p e a c e a t h a b a s c a 三角洲淡水湿地水体范围制图的优越性。 我国湿地遥感研究始于9 0 年代，主要表现在湿地信息获取分析、湿地分类、 湿地保护区规划、湿地资源与环境分析等。1 9 8 0 年中科院长春地理研究所通过 遥感技术编制了三江平原地区1 ： 2 0 万沼泽图，1 9 9 0 年、1 9 9 6 句= ：中科院长春地 塑塞查苎查兰堡主兰垡堕奎一 理研究所先后通过遥感更新了东北地区湿地资源数据库。方全兴等口们应用遥感 图像进行上海湿地资源调查，查明湿地类型，分布及面积，搞清了湿地植物群 落分布和分带、与植被群落分带相关的微地貌分带，受保护珍稀鸟类生态位分 带和底栖动物分带。孙玉梅等”以多波段遥感影像为主要资料，建立湿地分类 系统和解译标志，对南大港湿地资源现状进行类型分布和面积调查。衣伟宏等”2 1 通过对扎龙湿地l a n d s a te t m + 影像进行计算机自动分类的实验研究，探讨了提 高湿地遥感分类精度的方法与途径。周华茂等”以若尔盖高原湿地资源为调查 对象，运用r s 和o i s ，完成了研究区1 ：1 0 万湿地资源现状调查，建立了湿地资 源信息管理系统。张志锋等”们基于g i s 、r s 技术，得出北京市野鸭湖湿地自然 保护区及周边区域湿地资源现状，并计算出各类型湿地资源的分形维数值和稳 定性指数，提示了该地区湿地资源的动态变化情况。 随着遥感影像分辨率的不断提高，高光谱遥感技术的发展，利用遥感技术 进行湿地资源监测及环境评价已成为当前湿地资源研究的热点。 1 4 研究区概况 福州位于我国东南沿海，福建省东部、闽江下游，介于1 1 9 。0 5 7 3 6 ”一1 1 9 。4 l 0 5 ”e ，2 5 。5 0 4 3 ”- - 2 6 。0 9 4 2 ”n 之间。东北、北、西、东南四面 分别与连江县、罗源县、闽侯县、长乐市相接。本研究范围包括福州盆地的一 部分、南台岛及境内闽江竹岐至马尾段，如下图： 图1 1 研究区地理位置示意图 塑塞堡苎查兰堡主兰堡堡兰 1 4 1 自然概况 、地质、地貌 研究区位于我国东南沿海较典型的断陷盆地一福州盆地。从盆地外缘到盒 心地势作层状降低。盆地外缘为海拔6 0 0 1 0 0 0 m 的山岭所环抱，形成“东鼓西旗， 北莲南虎”之势；盆心内为福州平原，平原上除零星散布的孤山残丘外，地势 低平，海拔仅5 m 左右闽江自西北向东南流经平原，在淮安附近分为南、北两 港。南、北港分别绕南台岛汇流马江，再折向东北入海。 福卅f 盆地和闽江下游河谷的形成深受构造的控制。其一是福州山字型构造 体系，在地貌上形成河流和谷地。闽江下游段河谷就是循着这个山字型构造发 育形成的。其二是盆地内走向n e e 的压扭性断裂和走向n n w 的张性断裂相互交叉， 构成棋盘格式断裂构造。福州断陷盆地的形成，盆地内岛丘陵的分布，水系的 发育和温泉线的展布，都与棋盘格式断裂构造密切相关。 二、气候、水文 研究区地处中亚热带向南亚热带的过渡地带，属海洋性季风气候，常年气 候温和，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛。年平均气温1 6 - - 2 0 。c ，最冷月1 月份 平均气温1 0 6 ，极端最低气温一般3 左右，极值为2 5 ；最热月7 月份平 均气温2 8 8 ，极端最高气温3 7 - - 3 89 c ，极值为4 1 9 c 。全年无霜期达3 2 6 天， 年稳定1 0 t 积温6 1 0 0 - - 6 3 0 0 。c ，气温年较差不大，日较差很小。年均降水量 9 0 0 - - 2 1 0 0 m m e 年相对湿度7 7 。降水分布规律大致为北部大于南部。由于受季 风气候影响，降水集中在每年的3 - 9 胄j ，这7 个月的降水量占全年的8 2 7 ，其 中3 4 月为春雨季，降水量约占全年的1 7 - - 2 0 9 6 ；5 6 月为梅雨季，是福州最重 要的降水季节，降水量约占全年的2 9 - - 3 6 ；7 - - 9 月为台风雨季，降水量约占全 年的2 7 - - 3 6 。1 0 月一次年2 f j 为干季，降水量大致在2 0 0 - - 3 5 0 f r 【f n 之间，约占全 年总量的1 7 1 8 9 6 。降水的年际间变化较为显著，各地最多年降水量一般为最少 降水量的1 7 2 8 倍。各地年降水相对变率在1 0 一1 7 问，各月的降水变率则较 大。平均日照数1 7 0 0 - - 1 9 8 0 h ，全年平均风速为2 8 m s 。 研究区地处闽江下游，闽江是全省最大的水系，全长5 3 0 k m ，在福州市境内 1 5 0 k m ，集水面积达6 0 9 9 2 k m 2 ，在福州市境内o 8 ，k m 2 。闽江水量丰富，多年平均 入海径流量为6 2 l o m 3 ；含沙量少，洪枯流量悬殊，具山溪性河流明显的特点。 南台岛把闽江分为南港和北港。南港为宽浅河道，北港为窄深河道，由于 塑垡查苎查兰堡主兰壁堡奎一 南北港河形、宽度、水深存在着差异，致使南北港分流比有很大不同a 径流量 越大，南港分流占的比率就越大。 福州市区水道密布，主要有晋安河、白马河、光明港等4 0 多条，都与闽江 沟通，水质较差。 三、土壤、植被 植被是以气候为主导因子的环境综合作用下形成发展的，它和土壤的发育 过程同步进行并互为条件。研究区主要有沙生植被、浅水植被、沼泽植被3 种植 被类型。 土壤除了红壤、砖红壤性红壤等地带性土壤外，还分布有水稻土、紫色土， 风沙土、滨海盐土、潮土等。水稻土主要分布在盆地、谷地、滨海平原、河谷 平原和海滩围垦地；滨海盐土分布于潮间带和岸线附近的滨海平原，平行于岸 线呈带状分布；风沙土分布于砂质岸线内侧地域；潮土主要分布在闽江两岸低 河漫滩。 1 4 2 经济概况 福州市区面积1 0 4 3 k m 2 ，2 0 0 3 年末福州市区人口2 2 4 万人，人口密度为2 1 4 7 人k r n 2 ，人口密度比较大。改革开放以来，福州市充分发挥区位、人文、政策 等各方面有利因素，加大改革开放步伐，经过几十年的建设发展，福州市建设 已初具现代化规模。1 9 8 4 年，福州成为全国第二批国家历史文化名城和全国对 外开放的1 4 个沿海港口城市之；1 9 8 5 年，福州被列为全国经济体制改革综合 试点城市；1 9 9 0 年，福州成了全国3 5 个国内生产总值超过百亿元的城市之： 1 9 9 1 年，福州进入了“中国城市综合实力5 0 强”：1 9 9 7 年，福州城市综合实在 在全国2 1 9 个地级以上城市中居第2 4 位。到了2 0 0 3 年末，福州市区生产总值 达到了6 2 5 4 9 亿元，比上年增长了1 2 9 ；城市农民人均纯收入达到5 6 6 3 元； 第一、第二、第三产业生产总值比为1 9 6 ：4 8 7 3 ：4 9 3 1 ，第二、三产业分别 比上年增长了1 6 和1 0 8 ，产业结构的变化将直接影响湿地资源数量与质量的 变化。目前，福州已成为个国民经济体系较为完善，内外贸易较为繁荣，城 市建设较为完善，科技教育较为发达的现代化沿海城市。 1 5 论文的研究构架 本文主要研究福州城市及周边地区湿地动态变化特征、湿地水环境质量现 一1 7 福建农林大学硕士学位论文 状及引起湿地数量与质量变化的驱动力，并提出保护与可持续发展建议。本研 究立足于野外调查的基础上，主要依靠e r d a s 软件和e n v i 软件的支持，在三个时 相的图像上提取福州城市与周边湿地的基础数据，进行湿地动态变化的监测。 同时，进行野外采样、实验室分析，获取研究区内主要河流各评价因子数据， 运用模糊综合评价法进行水环境质量评判，并用密切值法进行水环境变化分析。 本研究的总体技术流程示意图如图1 - 2 ： 塑塞查苎奎兰婴主兰垡堡茎一 第二章图像预处理 2 1 数据源 本次研究选用2 0 0 1 年7 月的t m 遥感影像为影像数据源。l a n d s a t 系统卫星是 由美国国家航空和航天局( n a s a ) 发射的，是目前全世界范围应用最广泛的载有 光学传感器的对地观测卫星。从空间分辨率来看，t l 影像相对比较低，这对于 一些大地类中的碎小地物提取会造成一定困难，但由于t m 图像具有较多的波段 光谱分辨率比较高，这有利于窄谱段地物类型的识别提取。“。其主要参数如表 2 1 ： 表2 1 喇影像主要数据参数 波 波 空间 段 段 波长p m波段特征 波段用途分辨 名 号 率m 称 对水体穿透力强，对叶 有助于差别水深，水中叶绿索 3 0 1 蓝0 4 5 - 0 5 2绿素及叶色素浓度反 分布，近海水域制图 映敏感 对健康茂盛植物反射 探测健康植物评价生睦活力， 3 02 绿o 5 2 0 6 0 敏感，对水的穿透力较 研究水下地形特征和水污染 强 用于区分植物种类与植物覆蔫 为叶绿素的主要吸收度，探测植物叶绿素吸收的差 3 红0 6 3 - 0 6 93 0 波段异，在秋季则反映叶黄素、叶 红素的差异 近 对绿色植物类别差异确定绿色植被类型。做生物k 4 红0 7 6 0 9 0 最敏感，为植物通用波势和生物量的调查，水域判别3 0 外 段等 中 用于植物含水量的调查、十壤 5红1 5 5