（环境科学与工程专业论文）双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析.pdf

t h es t u d yo nd y n a m i c c h a n g e o fc o a s t a lw e t l a n d l a n d s c a p ep a t t e r n sa ts h u a n g t a i z ir i v e r at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f t y p e so fd e g r e e b y w u y i n g c h a o ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl iy i n g m a y 2 0 1 1 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博硕 士学位论文：塑鱼王逦旦速鎏塑丝量理搔旦麴查变丝盆逝：。除论文中已经注明引用的内容 外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包 含任何朱加明确注明的其他个人或集体己经公开发表或朱公开发表的成果。本卢明的法律责 任由本人承担。 学位论文作者签名：邋 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规 定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本 学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志 社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物 形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密一( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：敕趣 导师签名： 日期：年月日 中文摘要 摘要 滨海湿地是处于陆地生态系统和海洋生态系统交错的地带，是一个脆弱的生 态敏感区。滨海湿地是重要的环境资源，它的保护与发展关系着沿海环境的变化 和社会的进步，滨海湿地在维持生态平衡和为动植物提供生境等方面具有重要的 意义。景观生态学是一门研究景观空间格局与生态过程相互作用的学科，遥感和 地理信息系统技术的发展为景观生态学研究提供了新的技术手段和方法，为各种 景观模型的建立与发展提供了坚实的资料基础。 双台子河口湿地位于辽宁省辽东湾北部，距盘锦市区3 5 k m ，其总面积约 8 0 0 k m 2 ，海岸线长度约1 1 8 k m 。本文利用1 9 9 0 年、2 0 0 0 年、2 0 0 5 年和2 0 0 8 年4 期双台子河口区域多源遥感影像，在遥感影响处理软件e n v i 及地理信息系统软件 a r c g i s 的支持下，对遥感影像进行人工解译。通过g i s 空间分析和叠加分析等对 景观格局及其动态度的变化进行研究，最终利用马尔科夫模型对滨海湿地景观格 局的变化进行预测。 研究结果表明，前l o 年是区域景观变化最为剧烈的时段，以芦苇和碱蓬等自 然湿地为对象的农业开发活动表现活跃；进入2 1 世纪之后，景观变化相对缓和， 景观主体几乎不发生变化，2 0 0 0 年至2 0 0 5 年，主要为农田、碱蓬缩小和坑塘、居 民地增加；2 0 0 5 年至2 0 0 8 年，主要为泥滩水体减少和坑塘增加。景观指数分析表 明，区域景观变化经历由完整到细碎、由细碎到整合、再由整合到细碎的三个阶 段；随时间推移，各类景观斑块形状均趋向于规则，各类景观比例也趋向于均衡。 转移概率及变化趋势预测表明，按近年来的景观相互转化概率，( 即按照近期景观 变化趋势) ，未来一段时间区域芦苇、碱蓬、泥滩及水体的面积还将进一步萎缩， 以盐田、虾池为主的坑塘将迅猛增加，居民地和以水田为主的农田也将进一步增 加。因此，应立即采取有效的措施，遏制湿地人工化带来的各种生态环境压力。 关键词：滨海湿地；双台子河口；景观格局；地理信息系统 v 英文摘要 a b s t r a c t c o a s t a lw e t l a n di saf r a g i l ee c o - s e n s i t i v ea r e aa n dg e n e r a l l yl o c a t e di nt h e t r a n s i t i o na r e ab e t w e e nt h et e r r i c o l o u sa n dt h ea q u a t i ce c o s y s t e m s t h er e s o u r c eo f c o a s t a lw e t l a n di so fg r e a ti m p o r t a n c ei np r o v i d i n gh a b i t a tf o rp l a n t sa n da n i m a l sa n d m a i n t a i n i n gt h ee c o l o g i c a lb a l a n c e ，t h ep r o t e c t i o na n dd e v e l o p m e n to fc o a s t a lw e t l a n d h a sr e l a t i o nw i t ht h ec h a n g eo fc o a s t a le n v i r o n m e n ta n dt h e p r o g r e s s o fs o c i a l l a n d s c a p ee c o l o g yi s as u b j e c t s t u d y i n gt h ei n t e r a c t i o no fl a n d s c a p ep a t t e r na n d e c o l o g i c a lp r o c e s s e s ，t h ed e v e l o p m e n to fr e m o t es e n s i n ga n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m st e c h n o l o g yp r o v i d en e wt e c h n i c a lm e t h o d si t , a n da l s op r o v i d eas o l i d i n f o r m a t i o nb a s ef o rt h ed e v e l o p m e n to fl a n d s c a p em o d e l t h es t u d ya r e ao fs h u a n g t a i z ir i v e rl o c a t e si nn o r t ho fl i a o d o n gb a yo f l i a o n i n g p r o v i n c e ，i t sa b o u t35 k ma w a yf r o mp a n j i n ，t h et o t a la r e ai sa b o u t8 0 0 k m 2a n dt h e c o a s t l i n el e n g t hi sa b o u t1 18 k m i nt h i sr e s e a r c h ，a tt h es u p p o r to fe n v ia n da r c g i s ， r e m o t es e n s i n ga n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e ms o f t w a r e ，y e a ro f19 9 0 ，2 0 0 0 ，2 0 0 5 a n d2 0 0 8 ，f o u rp a i r so fp l a t f o r mm u l t i s o u r c er e m o t es e n s i n gi m a g e so fs h u a n g t a i z i r i v e ro fw e r eu s e dt od ot h ei n t e r p r e t a t i o nm a n u a l l y t h r o u g ht h es p a t i a la n a l y s i sa n d o v e r l a ya n a l y s i so fg i s ，t h ec h a n g e so fl a n d s c a p ep a t t e r na n dd y n a m i c sw e r ef o u n d e d f i n a l l y , w eu s et h em a r k o vp r o g r e s st op r e d i c tt h el a n d s c a p es t r u c t u r ec h a n g e si nt h e f u t u r e t h er e s u l ts h o w st h a tl a n d s c a p ec h a n g ei nt h ef i r s t10y e a r si st h em o s td r a m a t i c p e r i o do ft i m e ，t h er e e db e a c h e sa n dt h es u a e d ag l a u c ab e a c h e sa r e a c t i v ei nt h e a g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n ta c t i v i t i e s b yt h et i m eo f21s tc e n t u r y , t h em a i nl a n d s c a p e c h a n g es l o wd o w n f r o m2 0 0 0t o2 0 0 5 ，t h ef a r m l a n db e a c h e sa n ds u a e d ag l a u c a b e a c h e sr e d u c e d ，t h ep o n db e a c h e sa n dt h er e s i d e n tb e a c h e si n c r e a s e d f r o m2 0 0 5t o 2 0 0 8 ，t h em u d f l a tb e a c h e sa n dw a t e rb e a c h e sr e d u c e d ，t h ep o n db e a c h e si n c r e a s e d l a n d s c a p ei n d e xa n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ei n t e g r i t yo ft h er e g i o n a ll a n d s c a p ec h a n g e st o ac r u s h i n ge x p e r i e n c e ，f r o mc r u s h i n gt ot h ei n t e g r a t i o n ，t h e ni n t e g r a t e di n t ot h e c h r o n o l o g yo ft h et h r e es t a g e s a st i m eg o e sb y , v a r i o u st y p e so fl a n d s c a p ep a t c hs h a p e t e n d st os t a n d a r da n da l lb e a c h e st e n dt oa c h i e v eab a l a n c e t r a n s i t i o np r o b a b i l i t ya n d i l l 英文摘要 t r e n dp r o j e c t i o n si n d i c a t et h a t ，a c c o r d i n gt ot h ep r o b a b i l i t yo fm u t u a lt r a n s f o r m a t i o no f t h el a n d s c a p ei nr e c e n ty e a r s ，r e e d ，s a l s a , m u d f l a t ，a n dw a t e rb e a c h e sw i l ls h r i n ki nt h e s h o r tf u t u r e ，o nt h eo t h e rs i d e ，s a l t ，p o n d sb e a c h e sw i l lr a p i d l yi n c r e a s e ，r e s i d e n t b e a c h e sa n df a r m l a n db e a c h e sw i l li n c r e a s ef u r t h e r t h e r e f o r e ，w cs h o u l dt a k em e a s u r e s i m m e d i a t e l ya n de f f e c t i v e l yt oc u r bt h ev a r i o u se n v i r o n m e n t a lp r e s s u r e sc a u s e db y a r t i f i c i a lw e t l a n d k e yw o r d s ：c o a s t a lw e t l a n d ts h u a n g t a i z ir i v e r rl a n d s c a p ep a t t e r n s ；g i s i v 叫，i 目录 目录 摘要i 第一章前言l 1 1 选题的背景及意义1 1 2 国内外滨海湿地研究概况1 1 2 1 滨海湿地的研究现状1 1 2 2 滨海湿地的功能2 1 2 - 3 景观生态学概述3 第二章研究方法及创新点5 2 1 研究方法5 2 1 1 数据源及处理5 2 1 2 景观变化分析方法6 2 2 景观指数的选取及计算8 2 2 1 景观单元特征指数9 2 2 2 景观异质性指数1 0 2 3 技术路线。ll 2 4 论文创新点l l 第三章双台子河口滨海湿地概况1 3 3 1 滨海湿地类型1 3 3 2 双台子河口滨海湿地类型及分布。1 4 3 2 1 粉砂淤泥质海岸1 5 3 2 2 三角洲湿地1 7 3 2 3 养殖池塘1 8 3 2 4 水库1 8 3 3 自然资源1 8 3 3 1 植被资源1 9 3 3 2 动物资源1 9 3 3 3 气候资源2 0 3 4 研究区域自然保护概况2 0 第四章双台子河口滨海湿地景观格局变化分析2 l 4 1 双台子河口景观结构及其变化2 l v 前言 4 2 主要景观类型空间分布及其变化2 2 4 3 景观变化趋势及各时段动态度2 8 4 4 主要景观相互转化及其时段特征3 0 4 4 1 农田转化特征3 0 4 4 2 碱蓬转化特征3 0 4 4 3 居民地转化特征3 1 4 4 4 芦苇转化特征3 1 4 4 5 泥滩的转化特征3 1 4 4 6 坑塘转化特征3 1 4 5 区域景观变化趋势分析3 2 4 6 景观格局特征及其变化3 3 4 6 1 研究区景观格局总体特征变化3 3 4 6 2 主要景观类型格局特征变化3 4 4 6 3 廊道变化及其自然景观的影响3 6 章双台子河口滨海湿地保护与可持续利用对策3 9 5 1 滨海湿地开发利用及存在问题3 9 5 2 滨海湿地保护的意义3 9 5 2 1 生态效益4 0 5 2 2 经济效益4 1 5 2 3 社会效益4 1 5 3 滨海湿地的保护4 2 章结论4 4 文献4 5 z i l i v i y j 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 第一章前言 1 1 选题的背景及意义 湿地、森林和海洋并称为地球三大生态系纠，湿地在地球环境的健康发展中 起着至关重要的作用并在生物多样性和食物提供方面有着巨大的贡献，因此被誉 为“地球之肾，【2 1 、生物超市和“基因库”等【3 1 。湿地生态系统是陆域、水域共同与 大气相互作用、相互影响、相互渗透，兼有水陆双重特征的一种特殊生态系统， 湿地以其特殊的生境使它具有丰富的陆生与水生动植物资源，是世界生物多样性 最丰富、单位生产力最高的自然生态系统【4 】。 滨海湿地是湿地的重要组成部分，不仅具有丰富的生物多样性和极高的生产 力，同时也发挥着其它生态系统所无法替代的重要功能，如抵御海洋灾害、调节 径流、控制海岸侵蚀、改善气候、美化环境、降解污染和维护区域生态平衡等。 滨海湿地是海岸带中具有复杂生态系统、特定自然条件和特殊经济意义的功能区 块，在国民生产中起着举足轻重的作用。但在很长一个时期内，人类并未充分认 识到湿地在人类的生存和发展中呈现出的重要价值，尤其是没有认识到湿地的生 态价值，以至于在发展过程中多次出现大规模的掠夺式开发，造成了大量湿地资 源的退化和消亡。直到湿地资源的消亡引起全球生态环境恶化、威胁到人类生存 安全时，人们才从大自然的报复和教训中认识到湿地对人类和自然的重要性。 1 2 国内外滨海湿地研究概况 1 2 1 滨海湿地的研究现状 中国湿地研究起步于新中国建立后在原苏联影响下开始的现代沼泽研究。研 究的内容包括沼泽的类型、成因及发育规律【5 】。2 0 世纪7 0 年代以来，遥感技术在 湿地景观调查中得到应用，中科院组织了全国范围内的沼泽湿地考察。对湿地景 观的认识除了湿地景观现状、分布特征与规律外，由于土地开发和人类活动影响 带来的湿地景观变化过程更加引起关注。随着人类对土地的开发利用，导致了上 地覆盖发生了巨大变化，湿地从一开始就是土地开发的对象，尤其是东部沿海地 区、长江、黄河中下游和珠江三角洲是我国主要城市分布地和人口密集区域，围 前言 湖造田、大规模的湿地农业开发，使湿地景观发生了巨大变化，带来的环境问题 也越来越突出。由此区域景观变化研究越来越受到重视。王宪礼【6 】利用遥感、g i s 手段对辽河三角洲1 9 8 6 年和1 9 9 4 年两个时段的湿地景观进行研究，认为本区景 观变化是由两种作用力相互作用而形成的，从而形成了本区独具特色的景观变化 方式。肖笃宁【7 8 1 在国家自然科学基金重点资助下，对辽东湾滨海湿地资源 1 9 8 6 1 9 9 4 年的景观演变进行了研究，分析了区域经济发展及湿地生境自然演变所 产生的对生态环境，特别是水禽栖息地的影响，详细阐明了作为生境管理措施的 生境更新与生境调整的概念、原则和方法，并以辽东湾湿地为例，探讨了生境更 新与生境调整在实现区域可持续发展中的具体应用。 国外对湿地的研究起步较早，1 9 7 1 年签署的( ( r a m s a r 公约标志着湿地的研 究从开发进入到保护的新阶段。为此，也推动了湿地功能和景观变化的研究工作， 其中最具影响力的当属国际湿地学会主席m r w i l l i a m j m i t s e h1 9 8 6 年撰写的 ( ( w e t l a n d s ) ) 【9 】。该书全面的论述了湿地的定义和分类，详细研究了湿地生态系统、 湿地环境以及滨海湿地和内陆湿地的生态特征【1 0 1 。随后，各国研究湿地的科学家 根据本国实际开展湿地的研究工作，尤其在湿地的生态系统功能和保护管理方面 取得长足进步。国外湿地景观变化研究的范围很广，研究的方向也很细致，特别 是利用多传感器遥感影像、g i s 技术和实地考察相结合的方法，对湿地植被的变化 和湿地水文的状况尤为重视【l l 】。m a i n gj ka n dm a r s hs e 【1 2 】利用l a n d s a tm s s 、 s p o tx s 分析了肯尼亚塔纳河下游岸边两侧湿地在1 9 8 5 年和1 9 9 6 年的变化，结 果表明人类活动对沿河湿地的景观格局变化具有重大影响【1 3 】。特别是在上游修建 大坝，对下游沿岸湿地植被、农业生产将带来巨大的改变，进而影响湿地景观格 局。i n o u s ，m 和n a k a g o s h i ，n 利用植被分布图研究了广岛东部a s h i d a 河流沿河植被 的空间格局状况。通过测量斑块面积、周长和每一斑块距河口的距离，依据不同 斑块大小的分布状况来反映植被的生存环境和土地利用的类型，研究表明距河口 越近，斑块面积越大。 1 2 2 滨海湿地的功能 滨海湿地由于其自身的独特性质，对人类的生存和社会的发展进步具有显著 的或潜在的作用【1 4 1 。其功能主要分为两大类，分别是“实物性”功能和“服务性”功能， 2 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 其中“实物性”的功能是指为人类的生产生活提供所需水源、补充地下水源并可以提 供食物、能源、建筑材料和其他工业原料等，“服务性”的功能则是抗洪防涝、抵御 风暴、净化环境等，这些功能对人类社会的持续和健康发展起着至关重要的作用。 具体而言，湿地的功能主要有：净化功能，即净化被污染的水环境，其表现 形式主要有物理净化和生物净化；减灾功能，主要表现在可以储存多雨季节过量 的降水，有效的控制洪涝灾害，而滨海湿地周边的植被亦可以减轻海浪对海岸线 的侵蚀，从而减少人工固堤所需的费用；资源功能，主要指天然湿地的生态系统， 因为它具有的生产力极高，甚至超过了集约节约的农业系统，我国的滨海湿地每 年可向沿海省市提供数十万吨的水产品，不仅如此，湿地内部还是鱼类、鸟类、 底栖动物的栖息地，有很多还是地方特有物种和珍惜濒危物种；水源功能，主要 指湿地为居民用水、工业用水和农田用水提供了重要的水源，在湿地发达的地区， 湿地还可以防止地下水被大量使用抽取后导致水枯竭情况的发生；土地资源功能， 指在湿地上可以建立农业和工业等基础建设设施，发展农场和大型现代化企业， 从而安置闲散人员，为当地的经济建设提供强有力的支持；旅游资源功能，指湿 地作为特殊的景观资源，可开发用于海滨度假村和旅游观光沙滩等，可称为是极 具特色的方式。 除上述介绍的功能外，滨海湿地还具有调节区域气候、提供岸线资源等功能。 总而言之，滨海湿地是沿海地区的社会经济持续快速发展的重要基础，保证其健 康良好的发展对沿海地区的经济发展就提供了一个必要的保障【1 5 】。正是由于湿地 具有种种特性和功能，破坏湿地就会失去这些功能，因此，保证滨海湿地的健康 发展及其生态系统的正常运行即是保证湿地可以对人类的社会发展和社会进步做 出贡献【1 6 】。 1 2 3 景观生态学概述 景观生态学【1 7 1 是- - f - j 研究景观空间格局与生态过程相互作用的学科，以景观 结构、功能和动态变化为主要研究内容，景观生态学所研究的关键在于从时间上 和空间上定量化获取和分析所需的信息。遥感和地理信息系统技术作为现代空间 技术，其发展和进步为景观生态学的研究和利用提供了新的方法和技术手段，从 而极大地促进了人类对景观结构、景观格局及景观动态分析的研究深入，并为景 3 前言 观模型的建立与发展提供了坚实的资料基础和物质准备。随着研究技术的进步和 观念的提升，遥感和地理信息系统技术已被广泛应用于湿地景观的研究中。 4 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 2 1 研究方法 第二章研究方法及创新点 2 1 1 数据源及处理 本研究采用1 9 9 0 年、2 0 0 0 年、2 0 0 5 年和2 0 0 8 年4 期多源遥感影像( 如表2 1 ) 作为双台河口景观格局变化分析的数据源。在遥感影响处理软件e n v i 及地理信息 系统软件a r c g i s 的支持下，以2 0 0 5 年高精度s p o t 影像为参考，将4 期影像经几 何纠正配准，误差控制在0 5 个像元以内。重采样方法选用最邻近法，重采样的像 元大小分别为t m 和m s s ，3 0 m x 3 0 m ；s p o t 低分辨率遥感影像，2 5m x 3 0 m ；s p o t 高分辨率，5 m x 5 m ；f o r m o s a t 高精度遥感影像，8 m x 8 m 。四期影像均采用假彩 色合成，结合实地考察和历史资料进行人工目视判读获取比例尺为1 ：1 0 00 0 0 的 土地利用图。土地利用分类参考东北地区t m 影像解译土地利用分类系统共分为6 个一级类，2 5 个二级类( 如表2 2 ) 。 表2 1 遥感数据源及基本特征 表2 2 基于t m 影像东北地区土地利用解译分类系统 5 研究方法及创新点 在解译过程中，为保证解译的质量，多次咨询相关领域专家并对结果进行了 修正，并将获取的解译结果与双台子河口植被分布及历年考察记录进行核对检验， 解译精度可以接受。按照二级分类，本区现有土地利用类型1 4 类，包括水田、旱 地，其他林地，低覆盖度草地，河渠、湖泊、水库坑塘、滩涂、滩地、城镇用地、 农村居民点、其他建设用地、沙地和沼泽地等。为便于景观分析，根据历年湿地 植被分布情况及土地利用的人工化程度，进行制图综合，保持原图比例尺不变， 将本区现有的1 4 种土地利用类型综合成7 类景观( 表2 3 ) ，生成双台子河口四个 时期的景观图。 表2 3 双台河口湿地景观分类系统 2 1 2 景观变化分析方法 2 1 2 1 质心模型 质心模型计算公式如下： v r c = ；等 - 其含义是各质点的位置以其质量为权重的平均，亦即，质点组“质量中心 。 质心可看作整个质点组的代表点，可用于描述各种景观类型空间分布的总体方位， 在a r c g i s 中，使用c e n t r o i dl a b e l s 命令可直接标示各种景观类型质心。本次主要 6 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 4 个时期芦苇地斑块质心坐标，以此分析研究区内芦苇区随时间推移的空间方位变 化情况。 2 1 2 2 图形叠加与景观转移矩阵 g i s 叠加分析是土地利用变化分析的重要方法【1 8 1 。图层叠加可直观反映不同 景观变化类型的规模和空间分布情况。本次将四期数据进行叠加，分别生成 1 9 9 0 2 0 0 0 ，2 0 0 0 2 0 0 5 和2 0 0 5 2 0 0 8 年三个时段的景观变化分布图。为反映2 0 年 来土地利用变化的总体情况，又分析生成1 9 9 0 2 0 0 8 年景观变化图。 转移矩阵是显示景观变化统计结果的重要方法，其行、列数值分别记录不同 时期相应景观类型的面积，可清晰反映特定时间段内的土地利用变化的类型及相 应面积。本次研究基于不同时期景观分布图的叠加分析结果，统计制作三个时段 的景观转移矩阵。 在转移矩阵的基础上，计算不同景观的转出概率矩阵和转入概率矩阵，反映 一定时期景观转移的方向及其概率。计算公式如下： p q 2c t c i p j i 2 c r c j 其中，岛为转出概率，即一定时段内i 类景观转为类景观的概率，c f 为该时 段内由f 类景观变为类景观的区域面积，t g 为时段起点f 类景观的总面积；r 为转入概率，即一定时段内类景观来自f 景观的概率，码为时段终点类景观的 总面积。 2 1 2 3 景观动态度 景观动态度k 反映研究区内一定时间范围内某种景观的数量变化情况【”】。 k ：丝二丝 丁 式中：以、u s 分别为研究初期及研究末期某一种景观类型的数量；丁为研究 时段，当r 的时段设定为年时，k 值就是该研究区某种景观的年变化率。 景观综合动态度( s k ) 指研究区内一定时间范围内所有发生变化的景观类型 面积之和占区域总面积的比例，反映研究区内景观变化的总体情况。 7 研究方法及创新点 s k = ! 生一 y u t 木s 式中【，为类型变化的土地面积，r 为研究时段，s 为土地总面积。 2 1 2 4 变化预测模型 马尔可夫模型【1 9 】( m a r k o vp r o c e s s ) 是研究系统的状态及状态转移的理论，它 是通过对系统不同状态的初始概率以及状态之间的转移概率的研究来确定系统状 态的变化趋势，从而达到对未来预测的目的。马尔可夫过程是无后效性的一种特 殊随机运动过程，一个运动系统在t + 1 时刻的状态只与它在t 时刻的状态有关。根 据马尔可夫随机过程的理论，其第n 期的转移概率为： d - i 矽) _ 茚1 疗1 c = 0 其中d 表示所得转移概率矩阵行列数，而第n 期的转移概率矩阵等于初始状 态的转移概率矩阵的1 1 次方，依次相推可计算出第二期、第三期、第n 期 的转移概率矩阵p ( 2 ) 、p ( 3 ) 、p ( 1 1 ) 。根据初始状态面积矩阵a ( 0 ) 和第一期的 转移概率p ( 1 ) 可计算出第一期末的湿地面积矩阵a ( 1 ) ，即： a ( 1 ) = a ( o ) x p a ) 同理，第n 期末的面积矩阵公式为： a ( 哟= a 唧1 ) xp 1 1 ) = a ( o ) x p 2 2 景观指数的选取及计算 景观空间格局指数是近年来发展较快并相对成熟的景观数量分析方法【2 0 1 。格 局指数高度浓缩景观格局信息，可定量反映其结构组成和空间配置等方面的特征。 、， 按其描述对象分，景观空间格局指数包括两类，即景观单元特征指数和景观异质 性指数；根据景观结构的三个层次，景观指数又可分为斑块水平指数、类型水平 指数和景观水平指数【2 1 1 。 根据本次研究的需要，我们分别在景观水平和类型水平，选取相应的单元特 征指数和异质性指数来描述双台子河口湿地景观格局的特征及其变化。指数计算 和分析均采用a r c g i s 结合景观格局分析软件f r a g s t a t s 进行【2 2 1 。 8 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 2 2 1 景观单元特征指数 主要选用斑块面积、斑块平均面积、最大斑块指数、斑块数量、边界密度、 形状指数、内缘比例、分维度等来描述湿地景观单元特征。各种指数的计算方法 和生态学含义如下： 2 2 1 1 斑块面积( c a ) 在类型层次上，斑块面积等于某一斑块类型中所有斑块的面积之和，即某类 景观的总面积。斑块面积的度量是景观的组分，也是计算其它指标的基础，具有 非常重要的生态意义，其值的大小也制约着以此类型斑块作为聚居地的物种的丰 富度、食物链、数量以及其次生种的繁殖等，如许多生物对其聚居地最小面积的 需求是其生存条件之一；不同类型面积的大小能够反映出其间物种、能量和养分 等信息流的差异，一般来说，一个斑块中能量和矿物养分的总量与其面积成正比。 斑块面积可以从图形上直接量算，整个景观和单一类型的最大和最小斑块面积分 别具有不同的生态意义，可用于描述景观粒度，在一定程度上揭示景观破碎化程 度【2 3 1 。 2 2 1 2 平均斑块面积( m p s ) 平均斑块面积等于某一斑块类型的总面积除以该类型的斑块数目。m p s 代表 的是一种平均状况，在景观结构分析中反映两方面的意义：一方面是m p s 的分布 区间对图像或地图的范围以及对景观中最小斑块粒径的选取有制约作用；另一方 面是m p s 可以表征景观的破碎程度，如我们认为在景观级别上一个具有较小m p s 值的景观比一个具有较大m p s 值的景观更容易破碎，同样在斑块级别上，一个具 有较小m p s 值的斑块类型则比一个具有较大m p s 值的斑块类型更破碎。研究发 现m p s 值的变化能够反馈更丰富的景观生态信息，它是反映景观异质性的关键。 2 2 1 3 核心区面积 核心区通常指景观内部受边缘效应影响较小的区域。核心区面积大小综合反 映景观破碎度及外界干扰对景观类型的影响程度。 2 2 1 4 斑块数量( n p ) 在景观级别上等于景观中所有的斑块总数即整个景观的斑块数量，揭示了景 观破碎化程度。在类型级别上等于景观中某一斑块类型的总个数，n p 反映了景观 9 研究方法及创新点 的空间格局，经常被用来描述整个景观的异质性，其值的大小与景观的破碎度也 有很好的正相关性，一般规律是n p 越大，破碎度越高；n p 越小，破碎度越低。 n p 对许多生态过程都有影响，如可以决定景观中各种物种以及其次生种的空间分 布特征，改变物种间相互作用和协同共生的稳定性。而且，n p 对景观中各种干扰 的蔓延程度有重要的影响，如某类斑块数目多且比较分散时，对某些干扰的蔓延 ( 虫灾、火灾等) 有抑制作用。 2 2 1 5 景观形状指数( l s i ) 面积加权平均形状指数( a w m s i ) 随着斑块形状不规则性的增加而增加，当 景观中所有的斑块均为正方形时，a w m s i = i ，当斑块的形状偏离正方形时，指数 则增大。面积加权平均斑块分维数a w m p f d ，一般而言，a w m p f d 值的理论范 围为1 0 - 一2 0 之间，值愈接近于1 ，则表明斑块的自我相似性越强，斑块形状愈有 规律，同时也表明，嵌块体受人为干扰的程度愈大；a w m p f d 值愈接近于2 ，则 表示斑块具有复杂的形状。 2 2 1 6 分维数( f r a c t ) 分维数是用来测定斑块的复杂程度，计算公式如下： d = 2 l o g ( p 4 ) l o g ( a ) 式中：p 表示斑块周长，a 表示斑块面积，d 表示分维数，d 值的理论范围为 1 0 2 0 ，1 0 代表形状最简单的正方形斑块，2 0 表示等面积下周边最复杂的斑块。 2 2 2 景观异质性指数 主要选用s h a n n o n 多样性指数、廊道密度、分离度及核心区面积等来描述湿 地景观的异质性特征2 4 。2 5 1 。各种指数的计算方法和生态学含义如下： ( 1 ) 景观多样性指数( s d i ) ：该指数为景观层次的指数，主要是反映景观要素 的多少和各景观类型所占比例的变化情况。当景观由单一要素构成时，景观是均 质的，其多样性指数为0 ；由两个以上的要素构成的景观，当各景观类型所占比例 相等时，其景观的多样性为最高；如果各景观类型所占比例差异增大，那么景观 的多样性则下降。景观多样性指数h 可表示为： ，竹 h = 一y p i l n p i 智 1 0 、，-l 研究方法及创新点 2 4 论文创新点 本文以双台子河口滨海湿地作为研究区，利用不同时相的同源遥感数据，结 合g p s 、g i s 技术和湿地实地调查，对双台子河口滨海湿地资源进行研究，并用 景观生态学原理对双台子河口滨海湿地景观格局进行分析【2 6 1 。近年来，人类活动 如围垦、城市扩张及经济开发等过程对滨海湿地的干扰程度逐渐加大，导致湿地 的面积逐渐减小，类型逐渐单一，湿地功能逐渐下降。双台子河口湿地作为国家 级自然保护区，如何保护和合理利用其自然资源和生态资源对社会和经济的发展 均有着巨大的作用2 7 1 。目前，国内对滨海湿地的研究大多数是即时性的，而本文 是根据多年的遥感图来分析双台子河口湿地的变化情况，并根据马尔科夫模型预 测其未来发展趋势，为双台子河口滨海湿地资源保护与合理利用这一核心问题提 供依据。 1 2 ： 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 第三章双台子河口滨海湿地概况、 湿地公约将湿地分为3 判2 8 1 ，其分类如下：( 一) 海洋海岸湿地：下分1 2 类， i 主要有浅海水域、河口、泻湖、盐湖和滩涂等；( 二) 内陆湿地：下分2 0 类，主 要有河流、湖泊、沼泽、泥炭和冻土等；( 三) 人工湿地：下分1 0 类，主要有水 产养殖、灌溉地、盐池、污水处理池和水库等。滨海湿地作为三大湿地之一，是 地球上面积最大，最具有生态功能的一种湿地。陆健健口7 2 8 】参照湿地公约及美国 和加拿大等国的湿地定义，根据我国的实际情况将滨海湿地定义为：陆缘为含6 0 以上湿生植物的植被区、水缘为海平面以下6 m 的近海区域，包括江河流域中自然 的或人工的、咸水的或淡水的所有富水区域( 枯水期水深2 m 以上的水域除外) ， 不论区域内的水是流动的还是静止的、间歇的还是永久的【2 9 1 。 滨海湿地是全球环境变化的缓冲区，由于其具有调蓄洪水、涵养水源、调节 气候、净化水质、防止盐水入侵陆地等多种功能，被称为“地球之肾”。我国滨海 湿地资源丰富，对滨海湿地的开发在沿海经济建设中具有举足轻重的地位，滨海 湿地资源也为沿海经济的繁荣作出了巨大的贡献。但由于沿海地区土地压力大， 土地需求紧迫，各种因素的驱使下，使得人类对滨海湿地的围垦和改造持续不断， 造成滨海湿地的迅速减少。因此，开展滨海湿地普查、建设滨海湿地监测网络和 滨海湿地资源信息系统，可以为我国滨海湿地资源的合理利用和保护提供宝贵的 资料和依据。 3 1 滨海湿地类型 根据我国近海海洋综合调查与评价一海岸带调查技术规程的分类系统， 结合辽宁省海岸带区域的实际情况，全省主要滨海湿地类型分为自然湿地和人工 湿地两大类【3 0 1 。其中自然湿地包括岩石性海岸、砂质海岸、粉砂淤泥质海岸、三 角洲湿地4 种湿地类型；人工湿地包括养殖池塘、盐田、水库3 种湿地类型。其 具体分类体系见表3 1 。 双台子河口滨海湿地概况 3 2 双台子河口滨海湿地类型及分布 。 双台子河口湿地位于辽宁省辽东湾北部【3 1 1 ，距盘锦市区3 5 k m ，其总面积约 8 0 0 k m 2 ，海岸线长度约1 1 8 k m 。双台子河口湿地是辽河、浑河、太子河、饶阳河 和大陵河5 条河流下游的冲积海积型滨海平原，地势平坦、开阔，海拔高度为0 4 o m ，地面坡降o 0 2 ，河道明显，多芦苇湿地和海域滩涂。该区域生态环境独特， 物种资源丰富，是典型的滨海湿地生态环境，总体上可将其分为自然湿地和人工 湿地两大类，见图3 1 ，表3 2 。 图3 1 双台子河口滨海湿地类型 1 4 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 3 2 1 粉砂淤泥质海岸 粉砂淤泥质海岸主要分布在调查区沿海低潮位与高潮位之间的潮侵地带，地 势平坦开阔，海拔高度为o - - 4 m ，地面坡降o 0 2 ，研究区内主要有以下几类沉积 类型：砂、砂质粉砂、粉砂质砂、粉砂、粘土质粉砂、粉砂质粘土和砂一粉砂一 粘土。由于受潮汐的影响，滨海滩涂分为低潮滩、中潮滩和高潮滩，低潮滩的特 点是常年被海水淹没，无植被生长分布( 3 2 】；中潮滩分布有稀疏的碱蓬植物，高潮 滩近河口处在雨水的淋洗作用下，生长有茂密的碱蓬植物，一般盖度达8 0 以上， 高度为2 5 c m 左右。在双台子河口东部地区，由于土地的围垦，滩涂不再受潮汐的 影响，灰绿碱蓬入侵的速度很快，特别是地势较低、积聚雨水的地方，这种一年 生植物最高可生长到2 m ，且繁殖分布较快，呈优势分布，如图3 1 至图3 4 。 双台子河口滨海湿地概况 双台子河口滨海湿地景观格局动态变化分析 图3 3 中潮滩上的稀疏碱蓬 图3 4 高潮