（土壤学专业论文）浙江省海涂土壤资源利用动态监测及其系统的设计与建立.pdf

致谢 论文是在导师王人潮教授的悉心指导和周斌副教授的具体指导f 完成的。论文的字里行 间都凝聚着指导老师的大量心血。指导老师敏锐的学术洞察力、勤勉的敬业精神、渊博的专 业知识、严谨的治学态度，使学生深受教益，终生难忘。求学期间，指导老师在学业上，严 格要求，精心指导。在论文完成之际，向指导老师表示深深的敬意和衷心地感谢! 感谢本所黄敬峰、王珂、史舟、许红卫、沈掌泉、吴嘉平等老师在博士学习期间给予了 热心帮助。感谢周清、周炼清、程乾、唐延林、刘英、黄明祥、涂梨平、李艳、李军、王福 明、李存军、徐俊锋等学友和师兄沈润平、吴曙雯、师姐申广荣在学习与生活上的帮助。 在论文完成过程中，部分研究工作得到张新刚、王新、王繁等三位师弟的大力帮助，使 我得以顺利完成学业。在此特向他们表示诚挚的谢意! 深切怀念并衷心感谢我的父亲，他活到老、学到老的精神与乐观向上的生活态度深深的 影响着我，他谆谆教诲、不断的鼓励与支持才使我有今天的收获。感谢我母亲、弟妹和我先 生的理解与支持，他们是我学业得以j l 匝, n 完成的坚强后盾。 感谢未提及的所有帮助过我的人。 最后，向参加论文评阅和答辩的老师和专家们致以诚挚的谢意! 丁丽霞 2 0 0 5 年4 月于杭州 中文摘要 浙江省海涂土壤资源利用动态监测 及其系统的设计与建立 丁丽霞 浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所 浙江大学环境资源学院资源科学系 摘要 浙江海涂资源十分丰富，海涂资源的开发利用历史悠久，并取得了巨大社会经济效益。 建国以后，浙江省曾对海涂土壤资源进行了三次全面调查，最后一次为8 0 年代。近十多年 来，浙江省海涂 ：壤资源已发生了巨大变化，过去的调查成果难以满足当前海涂土壤资源开 发利用管理与规划的需要，有必要对其进行一次全面的监测，并运用信息技术实现海涂土壤 资源的现代化管理。 海涂土壤资源具有显著的时空动态性，因而实时定量获取海涂土壤资源的状态及其变化 信息，对认识与理解海涂生态过程有重要作用，也是科学、生态地综合管理与开发利用海涂 土壤资源的第一手基础信息。遥感以其多波段、多时相、多空间分辨率、多层次的卫星观测 系统，能够动态、准确、快速、大面积、多尺度获取丰富的地球资源与环境信息。它己成为 动态监测海涂土壤资源利用最先进的技术手段。地理信息系统具有高效的空间数据储存、管 理、分析功能，可完成海涂土壤资源信息的修改、更新、快速查询、检索、复杂的空间分析 与预测等多种任务，并能与自然地理、社会经济等其它信息相结合，提供综合信息与复杂的 决策服务。与传统方法相比，利用遥感技术进行长期的海涂土壤资源动态监测，运用g i s 对所获信息进行管理与应用，可节省大量经费，提高动态监测效率，保障信息的时效性。 本文以多时相遥感图像、土壤普查、地形地貌等资料为数据源，建立浙江省海涂土壤资 源利用动态监测系统，其主要目标是为海涂土壤资源类型的划分、清查统计、质量评价、利 用规划和经营管理等提供科学资料与决策依据，开展全面的技术服务实现海涂土壤资源的动 态监测和管理；利用w e b g i s 技术，实现上述数据在i n t e r n e t 上的其享，方便各相关部j 或 者个人获取信息，利于部门问的信息交流和宏观问题的研究，为有效管理、保护、开发海涂 土壤资源提供科学的决策依据。该系统的研制与应用4 i 但能极大推动浙江省海涂土壤开发利 中文摘要 用事业，而且能迅速推动遥感、g i s 等高新技术在浙江省海涂土壤资源开发利用与综合管理 中的应用，对沿海地区社会、经济、生态的可持续发展有重大意义。 本文就浙江省海涂土壤资源利用动态监测及其系统建立中的些技术问题进行了比较 深入的研究，并得到一些很好的结果，概述如下： ( 1 ) 提高土地利用遥感动态监测精度的研究与应用 本文从提高分类精度的三个方面对提高土地利用遥感动态监测精度进行r 研究。比较 与评价，5 种相对辐射校正方法，包括图像回归法、伪不变特征法、暗集一亮集法、未变化 集辐射归一法与直方图匹配法，结果表明暗集一亮集法在本研究区最利于提高动态监测精度。 提出运用遥感光谱信息特征结台系统聚类的景观区划方法得到的分区结果不仪综合反映 了地貌、气候等自然因子及其与人为活动相互作用造成的区域性差异与特征，而且与传统分 区方法相比，更加充分地应用了遥感信息，时效性也得到极大提高。比较了多种分类方法， 发现并不存在最优分类方法。因而引入多分类器分类方法，获得了高精度的遥感动态监测结 果，研究子区中k a p p a 精度最小为8 0 o ，最大为9 75 。 ( 2 ) 浙江大陆淤涨型海岸线的变迁遥感凋查 研究提出运用遥感数据挖掘海岸变迁带来的自然的、人文的、地理的历史痕迹，结合海 岸变迁演变规律知识和历史资料分析的目视解译技术，有效地确定不同历史时期的海岸线位 置，比较完整地反映了浙江省1 6 0 0 年来的海涂围垦历史面貌。一千多年里，浙江海岸线变 化幅度很大，而且还在不断演变之中。从时间上来讲，浙江海岸线变迁速度近代大于古代， 在2 0 世纪6 0 7 0 年代围垦速度达到高峰。从地理位置来看，海岸线变迁幅度与速度都呈现 由南至北逐渐变小的趋势。9 0 年代以后，围垦涂面高程已降到小潮低潮位附近，因而垦区 适合发展水产养殖业，不适于发展种植业和工业，致使后备工、农业用地逐渐减小。可见， 海涂围垦是有限度的，垦区应该严格执行土地用途管制，实施节约用地、合理用地和控制人 口等基本国策。 ( 3 ) 浙江省围垦区海涂土壤的时空演变及景观格局变化 浙江省海涂围垦区的士壤主要有淡涂泥田、淡涂泥、咸泥、滩涂泥等类型，其演变发展 模式为：滩涂泥咸泥淡涂泥淡涂泥田。海涂土壤在开发利用前4 0 年变化较快 较大。从开发利用时间由短到长，距离海岸线由近到远，围垦区海涂土壤资源利用的模式主 要有以r 四种：滩涂泥的利用模式。海涂围垦初期，垦区内土壤类型以滩涂泥为主，其主 要利用方式为养殖塘、蓄淡水库和早地，其中养殖塘面积比例较大。在1 9 9 3 2 0 0 1 年中，有 部分利用力式由未利用方式转变为养殖塘，部分养殖塘转变为早地。戚泥的利用模式。威 泥主要分布在圈垦利用时间1 0 - 2 0 年的区域，其主要利用方式为早地和养殖塘，其中旱地面 积较大。在1 9 9 3 2 0 0 1 年中，有部分利用方式由旱地转变为养殖塘。淡涂泥的利用模式。 淡涂泥主要分布在围垦利用时间超过2 0 年的区域，其主要利用方式为旱地，其次是建设用 中文摘要 地，1 9 9 3 2 0 0 1 年间有部分旱地转变为建设用地。在杭州片垦区还有部分旱地转变为园地。 淡涂泥田的利用模式。淡涂泥田在围垦利用时间5 0 年以上的区域分布较多其主要利用 方式为水田，其次是建设用地在1 9 9 3 2 0 0 1 年问还有部分水田转变为建设用地。 由1 9 9 3 - 2 0 0 1 年景观格局变化来看，围垦区耕地景观格局破碎化有加剧的趋势，区域生 态系统发生显著的退化演替，在经济发达的温卅| 、杭州表现更加明显。耕地景观的破碎化， 不利于土地规模化、集约化经营，不利于农业现代化技术运用，将严重制约当前围垦区发展 高效农业。 ( 4 ) 浙江省海涂土壤资源利用遥感动态监测系统的设计与建立 在满足海涂土壤资源利用动态监测的数据需求的基础上，结合空间数据库的特点与要 求，甑s q ls e r v e r 2 0 0 0 为数据库管理系统平台，以a r c s d e f o rs q ls e r v e r 作为空间数据引 擎，设计并建立了浙江省海涂土壤资源利用遥感动态监测系统数据库。在此基础上，综合运 用w e b g i s 技术、网络数据统计报表技术、f l a s h 动态网站设计技术以a r c l m s 4 0 作为 w e b g i s 平台，以m i c r o s o f tr e p o r t i n gs e r v i c e s 为网络数据统计报表平台，建立了浙江省海 涂土壤资源利用遥感动态监测系统，实现了省级尺度上海涂土壤资源利用动态监测与管理。 本文通过对浙江省海涂土壤资源利用动态监测及其系统建立的研究，在以下几个方面取 得了新进展： 运用以遥感光谱信息作为景观分区因子结合系统聚类的景观区划方法，得到理想的景观 分区结果，能够有效地提高遥感监测精度。它能综合反映地貌、气候等自然因子及其与 人为活动相互作用造成的区域性差异与特征。与传统景观区划方法相比，该方法需要的 分区变量少，充分利用了遥感信息，操作简便，时效性得到很大提高。为遥感动态监测 提供了一个新的有效的图像分区分类手段。 提出运用遥感数据挖掘海岸变迁带来的自然的、人文的、地理的历史痕迹，结台海岸变 迁演变规律和历史资料分析的目视解泽技术，有效地确定了不同历史时期的海岸线位 置。与传统方法相比，具有宏观、快速、实时、直观、动态性和空间定位准等特点，能 够捕捉到地表不易发现、难以识别的信息，解决了文献资料记载海岸空间位置不精确的 问题，克服了传统海岸线变迁调查方法费时、费力的缺点。 综合运用多项最先进的信息技术，包括空间数据库技术、w e b g i s 技术、遥感动态监测 技术、嘲络数据统计报表技术、f l a s h 动态网站设计技术等，首次建成基于w e b 的浙 江省海涂土壤利用动态监测系统。与以往基于桌面g i s ( 或单机g i s ) 的类似系统相比 该系统具有四个特点：基于b s 结构：数据源段其展现形式更加多样；交互性更好：数 据更新及系统维护操作方便。该系统的建立为浙江省省级尺度上的海涂土壤资源的动态 监删成果的演示、查询和评价分析提供了基于w e b 的信息共享和可视化操作平台，拓 展了传统调查和管理的广度和深度，为今后浙江省海涂土壤资源的清查统计、质量评价、 中文摘要 利用规划和经营管理等提供可靠的科学数据和有效的技术手段。 关键词：遥感，地理信息系统，海涂，士壤，分区分类，辐射校正，多分类器，海岸线变迁 动态监测，景观格局，土地利用及变化，时空分布 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 1 1 海涂与海涂土壤资源 海涂，是一个地域概念，从不同角度出发，有广义与狭义理解之分。从纯学术观点来看， 海涂是指淤泥质海岸的潮间带浅滩，是高潮位与低潮位之间的说滩( m u df l a t ) ；从开发利 用角度看，海涂不仅拥有全部潮间带，还包括潮上带和潮f 带可供开发利用的部分瞳；建等， 2 0 0 0 。海涂土壤是分布在潮间带地区，由地质过程和生物过程相互作用下的产物，是河流 与海洋共同作用形成的土壤f 巴逢辰等，1 9 9 7 。它是海岸带土壤的重要组成部分，是重要的 土壤资源之一。从利用的角度讲，海涂土壤资源也是土地资源。许多国家，包括我国，在土 地利用分类系统中，海涂都是土地利用中的个重要类型。 1 2 海涂土壤资源的特点 海涂土壤资源，由于它处于海陆交接带这个特殊的地理位置，决定了它有别于陆域士地 资源的特殊属性。 1 2 1 海涂土壤资源是重要的后备土地资源 沿海滩涂是由入海江河携带泥沙淤积而成，是一个不断向大海推移扩展、土质肥沃的地 带。几千年来，新的海涂不断形成，原有海涂经过围垦改造变成良田。随着我国沿海地区人 口增长与经济高速发展城市化进程加快，耕地资源量锐减，环境恶化、资源短缺与人民生 活需求日益提高的矛盾不断尖锐。因此，为解决我国人口食物保障问题，缓解土地利用供需 矛盾，解放以来，我国已经有计划地围垦海涂1 8 0 0 万亩，目前尚未开发利用的约2 0 0 0 多万 亩，每年还新淤长4 0 5 0 万亩政协全国委员会经济委员会、人口资源环境委员会专题调研 组。2 0 0 0 1 。初步估算，全国海涂开发养活人口在2 0 0 0 万人以上，同时为工业、交通、港口、 城镇、开发区和旅游业提供了建设用地，并带动，相关产业的发展，对沿海地区的经济和社 会发展作出了莺要贡献f 政协全国委员会经济委员会、人口资源环境委员会专题调研组， 2 0 0 0 】。 1 2 2 海涂土壤资源利用具有显著的时空动态性 随着海涂不断淤涨，海涂围垦开发利用时间的增长，海涂土壤资源的分布从潮问带逐渐 过渡到陆地区域，状态逐渐由湿地生态景删发育为陆地生态景观。新围景区不断出现老围 垦区不断远离海岸线。相应的，海涂土壤资源的利用模式也出现了分异，山渔业为主转变为 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 以农业为主，由利用的单一性转变为多样性。老海堤内海涂土壤资源利用的主要类型为耕地、 林地、园地、以及旅游与建设用地等：新老海堤之间的主要类型为鱼虾养殖、盐田、耕地、 林带以及己围待用地等；新海堤外海涂十壤资源利用的主要类型有贝藻养殖、草滩、海滨浴 场、珍禽保护区以及港区码头等【杨劲松等，2 0 0 1 。海涂土壤资源在人们的改造利用过程中 性质也发生了时空演变，滨海盐土逐渐演变为潮土，潮七进一步演变为水稻土浙江省海岸 带资源综合调查专业报告土壤，1 9 8 5 。 1 2 3 海涂土壤资源利用形式具有多样性 海涂土壤资源具有数量丰富、易于改良、地理环境优越、多种适应性等特点，决定了土 壤资源利用形式多样化，主要的利用方式有：耕地、林地、园地、建设用地、盐田、芦苇地、 水产养殖场、自然保护区f 张力，1 9 9 5 。 1 2 4 海涂土壤资源生态环境脆弱 海涂处于海洋与大陆强烈相互作用的地带，也是受人类活动强烈_ f 扰的地带，是生态环 境脆弱带。海涂土壤作为这一区域的重要生态环境因子，它的状态及变化对维持海岸带生态 平衡、保持环境稳定有重要作用。主要表现在两方面：海洋与大陆之间多种自然生态要素 ( 比如n 、p 等兀素) 的转换过程有相当一部分以海涂土壤为载体，各要素强烈地相互作用， 剧烈地影响着晦涂土壤资源的生态过程，反过来，海涂土壤也影响警个生态系统及其它生态 因子的发展过程；抗干扰能力弱。对外力，具有较低的阻抗，一旦遭到破坏，恢复原状的 可能性很小；海涂是一个具有过渡性、不断演变的、开放的特殊生态系统，在这个系统里 的海涂土壤资源，变化速度快，空间迁移能力强，因而它的状态及其变化不仅影响着期间带， 也对陆地和海洋产生重要影响 李克煌等，1 9 9 5 】。 1 2 5 海涂是重要的湿地资源 海涂土壤资源在未开发利用或利用初期，位于避水淹没出露的滩地，平行于海岸分布， 属沿海湿地，具有调节沿海地区地下水、净化环境、调节气候、保护生物多样性、消浪护岸 等重要作用 丁东2 0 0 3 。此外，它还是发展沿海经济如旅游、养殖业、畜牧业的理想场所， 也是沟通与联系海陆的纽带。但是在围垦利用之后，它的湿地属性就消失了，湿地所独有的 生态功能也就谈不上了。因而开发利用海涂土壤资源时不能过度，需保留一定量的湿地资源， 维护湿地功能，在获取社会、经济效益的同时，不能忽视了生态效益。 1 3 国外海涂土壤资源利用与研究综述 海涂是海岸带的重要组成部分，许多国家( 地区) 沿海岸线都有海涂分布，如荷兰、法 国等大两洋沿岸，以及英国沃什湾，北美芬地湾、加利福尼亚湾，南美亚马逊河l 1 、圭那 沿岸等处。 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 目前，国外海涂利用主要有以f 几种方式：个体经营犬授模机械化农场，发展大农业。 浅海滩涂自然保护区，保护湿地及滨海动、植物。盐田海水制盐。海滨康乐游览地， 发展海涂旅游业。港口、沿海工业园区、城镇社区建设f 彭建等，2 0 0 0 】。 各国在开发利用海涂土壤资源时，为了获得最大的社会、经济效益的同时，又能获得最 大的生态效益，以实现海涂资源的可持续利用和当地社会经济的可持续发展，纷纷开展项目 对海涂资源开发利用及其变化进行研究。比如，美国在2 0 世纪8 0 年代启动的海岸带变化分 析项目( c 。c a p ) ，欧洲9 0 年代启动的海岸带综合管理项目( l a c o a s t ) ，1 9 9 3 年始的全球土地 利用覆盖变化( l u c c ) 研究项目，都将海岸带作为单独研究对象，研究海岸带潮滩沼泽的 植被、生物多样性、海岸带土地利用变化、碳循环等，将其应用于海岸带综合管t 望c c h r i s t i n e ， 1 9 9 5 ：p e r d i g 自ov 等，1 9 9 7 ：l o u d j a n ie ，1 9 9 8 ：l o u d j a n i ，p 等，1 9 9 9 ：】。目前，许多国家启 动的海岸带综合管理项目已在海岸带城市扩展、土地利用变化及其发展趋势、保护区选择、 珍稀濒危物种保护、维护湿地安全、跟踪湿地变化、控制水土流失、栖息地的管理、保存公 共空间、管理海岸河口、水资源管理、脆弱生态环境保护等等多个领域海岸带资源管理方面 取得了显著成果，极大地推动了海岸带资源的可持续利用与发展进程。 1 4 国内海涂土壤资源利用与研究综述 1 4 1 国内海涂土壤资源利用与研究现状 长期以来，我国的海涂土壤资源利用主要集中在渔业、农业，也有少部分利用于盐业， 而且利用效益均不高。近年来，才在海涂围垦区建设大规模的工业园区、城镇、港口，并逐 渐加强自然环境保护工作。我国各省的海涂资源开发很不平衡，浙江、福建、厂东的开发程 度最高，江苏其次，而天津、河北、广西等开发程度较低 张利华，1 9 9 4 。 我国沿海滩涂研究，可以8 0 年代末为界，大致分为两个阶段。前期侧重于沿海滩涂基 本情况的调查研究，为滩涂研究积累了丰富的第一手资料。其研究重点为：各地区滩涂资 源、环境本底状况；沿海滩涂各地区、各产业部门开发现状、存在问题及其对策述评； 各地区滩涂开发的综合、部门规划；滩涂的形成演变特征、类型划分等基础科学研究： 潍涂围垦水利工程设旌的设计与施工：滩涂生物种养殖传统技术，如育苗、引种、防病等 彭建等，2 0 0 0 1 。 后期，进入9 0 年代，我国的沿海滩涂研究进入多学科交融发展时期，研究范嗣_ 人为拓 展。这一时期的研究重点是：滩涂生态农业；海岸带产业结构及各产业开发模式：滩 涂开发与资源、环境保护相互均衡机制，及一体化的海岸带综合管理模式：滩涂开发生态、 经济评价的理论与实践：海岸带喊( 集) 镇社区发展；滩涂自然保护区的建立与管理： 赫田生态学，包括盐田生态系统结构与功能等的研究彭建等，2 0 0 0 】。 此外，近年来在海水农、峨滩涂景观生态特征、滩涂开发环境影响评价、滩涂科学研究 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 的管理等研究课题已有学者涉足并取得了一定进展，但尚处起步阶段。 1 4 2 国内海涂土壤资源利用与开发中的问题 建国以来，海涂的开发利用确实产生了巨大的社会经济效益，但存在不少问题，主要表 现为以f i t , 个方面。 1 4 2 1 开发利用不合理，对海涂资源的永续利用造成严重影响 由于普遍缺乏统一规划与管理和科学论证乱围乱垦现象严重，开发利用不合理，忽视 了资源的综合开发利用及其与环境保护之间的关系。不仅造成了部分地区生态环境的严重破 坏，而且影响了海涂养殖业的生产，甚至造成了有些海域海流变化，港口、航道淤积，影响 了鱼类同游路线，海水生物的栖息环境，有些海域的红树林和珊瑚礁遭到严重破坏，海岸也受 到侵蚀 政协全国委员会经济委员会、人1 3 资源环境委员会专题调研组。2 0 0 0 。此外，由于 工业“三废”的不合理排放，致使许多河、湖水源受到不同程度的污染，大量废水通过江河 排入海洋，海岸带的海涂首当其冲，直接影响滩涂淡水养殖业张利华，1 9 9 4 。近年来渤海、 广东沿海等地赤潮危害和舟山渔场的萎缩是令人触斟晾心的f 政协全国委员会经济委员会、 人口资源环境委员会专题调研组，2 0 0 0 】。海涂的不合理开发利用在自然生态系统与社会经 济方面都不利于可持续发展。 1 4 2 2 开发利用效率低 目前我国海涂利用效率低主要表现为两方面：一是开发利用率低。未开发利用的海涂面 积比例大，已围垦的海涂利用率低，有些甚至围垦多年没有利用。二是开发利用效益低。由 于开发科技薄弱，基本上还停留在传统技术上，不论种植业和养殖业，就大面积而论，经营 粗放，技术含量较低，单产水平和产品质量都不高。己开发利用的潮上带耕地2 3 为中低产 田，有些地方粮食亩产只有2 0 0 - 3 0 0 k g 棉花亩产只有2 0 - 3 0 k g 。潮间带滩涂养殖对虾亩产 量只有1 0 2 0 k g 。特别是深加工跟不上，大部分农、渔、畜产品以原料或初级产品出售，附 加值低、经济效益差r 政协全国委员会经济委员会、人口资源环境委员会专题调研组，2 0 0 0 。 1 4 2 3 水利工程不配套，淡水供应不相适宜 随着沿海城乡工农业的发展建设，沿海淡水资源口益紧张，已影响我国海涂开发利用 这种现象在降水量较少的北方比较严重，在南方地区遇到极端干旱的年份缺水现象较为突出 杨劲松等，2 0 0 1 。在不少己用堤坝围起来的海涂和水面，囚缺乏淡水长期未用，即使被利 用的海涂耕地，也有相当一部分因水源不足或缺乏灌溉，农作物产量较低。如江苏省盐城地 区沿海地带由于淡水资源不足，内部工程不配套，未能匡田和围而未垦的潮上带土地多达 11 0 万亩于水，2 0 0 3 ；浙江省2 0 0 3 年遇到大旱，象山、温岭等地的涂区淡水供应极为紧张， 甚至居民饮用水供应都有困难。嗣海造田需要大量淡水洗盐，开发海涂不论用于发展农业， 还是工业，都需要有充分的淡水供应，才能取得较好的经济效益。因此开发利用海涂，需要 4 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 科学规划、合理安排淡水的供应【左仲谋，1 9 8 6 ：政协全国委员会经济委员会、入口资源环 境委员会专题调研组，2 0 0 0 。 1 5 遥感与g i s 技术在海涂土壤资源动态监测中的应用研究 海涂土壤资源分布在海岸带脆弱的生态环境中，并强烈地受到人类的干扰，具有显著的 时空动态性，因而实时定量获取海涂土壤资源的状态及其变化信息，对认识与理解海涂生态 过程有重要作用，也是科学、生态地综合管理与开发利用海涂土壤资源的第一手基础信息赵 建华等，2 0 0 3 】。遥感以其多波段、多时相、多空间分辨率、多层次的卫星观测系统，能够 动态、准确、快速、大面积、多尺度获取丰富的地球资源与环境信息，成为动态龉测海涂土 壤资源利用不可替代的重要技术手段 周欧宝，1 9 9 0 ；史培军等，2 0 0 0 】。但是遥感动态监测 技术仪完成了海涂土壤资源利用信息的搜集任务，在实际提供信息支持与服务时，还需要不 断地更新和修改海涂土壤资源数据，并对数据进行加工、处理、分析，得到直接用于决策的 信息。地理信息系统( g e o 舀- a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，以下简称g i s ) 就为这种需要提供了便 利手段，它具有高效地空间数据储存、管理、分析功能，可完成海涂土壤资源信息的修改、 更新、快速查询、检索、复杂的空问分析与预测等多种任务，并能与自然地理、社会经济等 其它信息相结合，提供综台信息与复杂的决策服务i 金建君，2 0 0 2 】。与传统方法相比，利用 遥感技术进行长期的海涂土壤资源动态监测，运用g i s 进行对所获信息进行管理与应用， - j 节省大量经费，提高动态监测效率，保障信息的时效性。 1 5 1 国外遥感与g i s 在海涂土壤资源利用动态监测中应用的研究 动态 自1 9 7 2 年7 月2 3 日美国发射第一颗陆地卫星以来，世界上许多国家将卫星遥感技术用 于海岸带海涂土壤资源监测，并结合g i s 技术高效的分析与管理海涂土壤资源及利用数据， 将其作为基础信息，广泛应用在海岸变迁、土地利用变化、水土流失、海滨湿地及野生动植 物保护等领域，极火地促进了海岸带资源的可持续利用。 2 0 世纪8 0 年代，美国启动了海岸带变化分析项目f c c a p ，c o a s t a lc h a n g ea n a l y s i s p r o g r a m ) ，将海岸带土地利用，覆盖变化作为一个主要研究内容，就海岸带土地利用遥感动态 监测的理论、方法、技术流程进行了详细的研究，致力于国家海岸带土地覆盖及其变化数据 的生产、分发和应用，以辅助海岸带资源管理者决策。目前，这些数据已被用于研究海岸带 城市扩展、分析土地利_ 叶j 数量变化及其发展趋势、选择保护区、珍稀濒危物种保护、维护湿 地安全、跟踪湿地变化、控制水土流失、栖息地的管理、保存公共空间、管理海岸河i 二l 、水 资源管理、脆弱生态环境保护等等方面 h t t p ：w w w c s c n o a a g o v c r s l c a & c a p h t m l 。 加拿火在海岸带监测与管理工作中长期使用多平台遥感手段对海岸带进行动态监删，为 实现以r 目的：确定海岸线的平均位置和变动范围；探测年际至几十年的海岸变化； 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 估算长期的平均侵蚀速率：提高对海岸作用过程的理解；确保对管理目的的变化达到共 识：测量极人风暴事件影响的基准【周良勇，2 0 0 3 1 。 欧洲于9 0 年代启动了致力于海岸带综合管理的l a c o a s t 项目。此项目以m s s 、t m 、s p o t 遥感数据为主，获取了从】9 7 5 年至9 0 年代之间的多个时期土地覆盖变化的准确定量数据， 并建立了一个有时间维的海岸带土地覆盖数据库( c o r i n e ) ，为比利时、丹麦、法国、德 国、希腊、爱尔兰、意大利、荷兰、葡萄牙、西班牙等国家共享，用丁监测与研究土地利用 覆盖的变化及其对景观变化的影响和作用，为欧洲的环境管理提供可靠的信息，为整个欧 洲、各个国家、地区级土地及管理政策制定服务。此外，l a c o a s t 项目遥感监测的欧洲海岸 带土地利用及变化结果也用于联合国环境项目地中海行动计划和和全球l u c c 科学计划 h t t p ：d i r e c t o r y e o p o r t a l o r g i n f o _ l a c o a s t l a n d c o v e r c h a g e s i n c o a s t a l z o n e sh t m l 】。 】9 9 3 年开始的全球l u c c 研究，也将海岸带士地利用变化作为重要研究内容之一 w w wg e o u c l a cb e l u c c r e s e a r c h c o a s t a l a r e a s h t m l 。此外，泰国为有效地开发利用近2 6 0 0 公 里的海岸带资源，政府各部门充分利用国家建立的卫星遥感地面站的资料，对海岸带土地利 用与变化进行了遥感监测；盂加拉国空间研究及遥感组织配合国家统计局，利用遥感技术统 计沿海地区的土地资源、矿产资源、水资源、森林资源、农业资源、土壤性质、气候状况等， 并相应建立了管理信息系统i 印度尼西亚、斯里兰卡及越南分别对海岸平原的自然环境变化、 生态系统及人类活动影响进行综合分析，并提出了建设和管理的建议 恽才兴，1 9 9 2 1 。 1 5 2 国内遥感与g i s 在海涂土壤资源利用动态监测中应用的研究 动态 我国遥感与g i s 技术在陆地资源监测中已得到广泛应用，但在海涂土壤资源利用监测 中应用较少，起步较晚。自2 0 世纪8 0 年代中期，我国开展了一系列海岸带海涂士壤资源调 查项目，对海涂土壤资源的性质、数量、分布等都进行了研究，取得了一些成果。如“六五” 国家科技攻关项目“遥感技术在海洋环境与资源调查中的开发研究”中，利用航空与航天遥 感数据对杭州湾、深- y l l 海岸带的滩涂资源调查进行了试验研究国家海洋局科技司，1 9 8 7 ： 1 9 8 5 年前后全国各地开展的土壤资源调查和制图项目中也利用了遥感技术对滩涂土壤资源 进行了调查：“九五”国家重点科技攻关项目“国家级基本资源与环境遥感动态信息服务体系 的建立”中，应用中国遥感：b 星地面站接收和处理的陆地卫星遥感数据，在l ：1 0 万比例尺 的水平卜，计划对全国各个土地利用类型( 包括滩涂) 每五年的变化情况进行全面的动态监 测，目前已完成2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代末全国范罔内的动态监测 h t t p ：w w wn r s c c g o v c w 2 j k j c g m ja s p ? i d = 3 。近年来，我国一些地区( 如江苏、东、环渤 海沿岸等) 利用t m 遥感数据，结合g i s 技术对滩涂资源利用、变化及发展趋势进行了动 态监测 常军，2 0 0 1 ；口| 庆华，2 0 0 4 1 。此外，我国还利用大l l g , 尺的围土卫星对黄河三角洲 6 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 滨海盐碱荒地进行了区划f 关元秀，2 0 0 1 ：海峡两岸的福建沿海和台湾西海岸对自然环境、 土地利用现状、城镇及海岸人工构筑物动态变化进行遥感动态监测：厦门和高雄市及其周边 地区的港口城市己开展了两岸城市化动态变化的遥感对比研究工作f 杨肖琪，| 9 9 7 。 总的来说，我国海涂土壤资源及利用调查在8 0 年代至9 0 年代初期，利用了遥感技术与 地面调查相结合的方式还未利用g i s 技术，且监测数据是静态的：到9 0 年代后期才开 始将遥感与g i s 技术相结合，进行动态监测，但只限于几个地区未覆盖全国各个海岸带 地区 傅庆林，1 9 9 9 ：霍东民，2 0 0 1 ：王红，2 0 0 4 】。 1 5 3 遥感与g i s 在海涂土壤资源利用动态监测中应用展望 随着1 9 9 2 年国际空间年活动序幕的拉开，各国的地球观测卫星及美国的航无飞机频繁 发射遥感技术发展出现了新的趋势。高空间分辨率、高光谱分辨率等新的遥感数据产品不 断出现，遥感数据产品越来越丰富多样，其应用领域不断拓宽；遥感卫犀向小型化、商业化 发展，购买遥感数据的成本也逐渐降低，遥感数据的应用越来越普及；与此同时，遥感图像 处理技术及分析解译水平也逐渐提高。遥感技术在海涂十壤资源利用动态监测方面发挥的作 用将越来越人。 目前，国内外开展的海涂土壤资源利用遥感监测研究项目多针对国家或地区范围，以大、 中尺度居多，小尺度的较少，且基本上都采用多光谱、中等空间分辨率的遥感数据，如t m 、 e t m + 、s p o t 等，利用高光谱、高空间分辨率遥感数据的较少。海涂土壤资源利用遥感监 测过程中，艮朗困扰影像识别和判读，影响提取信息精确性的问题主要有两方面，一是同物 异谱、异物同谱问题，二是混淆像元问题。随着高空间分辨率、高光谱分辨率遥感数据的应 用，这些问题将得到解决。由此将极大地提高海涂土壤资源遥感动态监测精确程度。 地理信息系统自2 0 世纪6 0 年代末发展至今，随着计算机技术的发展以及应用领域的不 断扩大，其在理论、技术与应用方面都不断有重大进步，如空间数据处理与管理、开放式 g i s 、网络g i s 、移动g i n 、三维g i s 等；同时，g i s 的功能也在不断扩展与完善，由数据 的采集、存储、检查、操作、分析、显示以及各种空闻变换等传统的功能逐渐扩展出地理信 息网络化管理与服务、在线编辑与分析等新功能f 龚健雅2 0 0 4 。g i s 新技术已在许多行业 与领域得到应用研究与推广，比如吴顺辉等应用w e b g i s 和w w w 技术，建立了士壤空间 信息的w e b g i s 发布模式，实现了广东省土壤资源空间信息远程查询访问、空间信息共享等 功能【昊顺辉等，2 0 0 2 】；刘光等采用地理信息系统、数据库管理、面向对象编程、浏览器 服务器模式等多种技术与方法建立了中国士壤系统分类检索系统，实现了土壤信息的网上发 布与分类检索 刘光等，2 0 0 2 1 ；谢宏全运用a u t o d e s km a p g u i d e 建立了以徐州市贾汪区的土 地复垦规划信息为数据源的网上发布系统，实现了网上信息查询和实时讨论等功能谢宏全 等，2 0 0 4 】：吕小燕等结台防汛需求，采用i is 作为w e b 服务器、a r c l m s 作为地图服务器， 7 第一章海涂土壤资源利用动态监测研究综述 实现基= f w e b g i s 防汛信息系统了刚上数字地图的处理、传送，以及基于地图的防汛信息查 询。但是在海岸带资源管理方面的应用还处于起步阶段，林宁等就海洋资源环境信息的特点， 制定了基于地理空间实体的海洋资源环境信息分类编码原则，在对海洋资源环境信息进行标 准化、网络化和空间化处理的基础上建立了基于w e b g i s 技术渤海资源环境信息f 林宁， 2 0 0 4 】；此外目前还出现了一些针对海岸带资源管理的基于w e b g i s 的系统设计研究与讨论 郭伟等，2 0 0 4 1 ，而在海涂土壤资源管理方面的w e b g i s 技术应用还没有实例。 第二章研究区概况 第二章研究区概况 2 1 研究区位置 本文以研究浙江省海涂土壤资源及其利用为对象，因而研究区为浙江沿海已围垦利用的 海涂区域，其分布于浙江省沿海地区的各行政县市，包括平湖、海盐、海宁、杭州、余杭、 萧山、绍兴、上虞、余姚、慈溪、宁波、鄞县、奉化、宁海、三门、临海、台州、温岭、乐 清、玉环、永嘉、温州、瑞安、平阳、苍南等2 5 县市，而舟山群岛和沿海岛屿都没有列入 研究范围( 图2 1 ) 。为了便于叙述与分析数据，将沿海各行政县市的界线作为研究区边界。 图2 1 研究区位置图 f i g u r e21 t h ep o s i t i o no f t h es t u d ya r e a 第_ 二章研究区概况 2 2 研究区自然概况 2 2 1 气候 浙江省沿海地区，地处亚热带中部，受海洋季风影响明显，气候温暖，四季分明，光照 较多，热量较优，雨量充沛，空气湿润，但月季间的雨量分配并不均匀。 浙江省沿海地区的气温，年平均为1 5 7 1 79 c 。其中最高月的气温，为2 57 2 86 f 杭 州) ，最低月为3 5 78o e ( 乍浦及瑞安) 。沿海地区气温的地理变化，年平均温度有南高北低。 浙江省沿海地区的年降水量平均为1 3 3 5 5 毫米，变化幅度为8 9 9 5 1 6 9 4 5 毫米。年降水量 的地理分布，与年平均温度变化趋势相似，即浙南大于浙北。温度和降水量是影响土壤风化 和淋溶强度的主要因素，由于浙江沿海地区气候温暖多雨，土壤的风化淋溶强度较大，有机 质的积累较为缓慢。浙南与浙北在温度和降水量上的差异，对沿海地区土壤的发育和分布， 亦有着一定的影响。沿海地区的气候尚具有风日多、风力大的特点。大风造成土壤侵蚀或士 粒迁移，与沿海地区土壤的形成、发育亦有密切的关系。 2 2 2 地形地貌 浙江沿海地区处于长江三角洲平原与浙东、南火山岩低山丘陵接壤地带。地势总体为内 陆高，往沿海方向逐渐降低，直至倾没入东海。钱塘江、瓯江、椒江、甬江、飞云江、鳌江 等主要水系的干流，均通过沿海地区，从而使整个沿海地区呈现出岬角、海湾f 或溺谷) 密迩 相间，沿海岛屿星罗棋布，海岸线漫长而又蜿蜒曲折的特点。大陆岸线北起平湖县金沙湾， 南至苍南县虎头鼻，长达1 8 4 0 多公里，沿岸较大的港湾有杭州湾、象山港、三门湾、台州 湾、乐清湾、温州湾等。 2 2 2 1 陆地地形特征 浙江沿海地区的地形特征为甬江口以北的钱塘江口和杭州湾两侧，为一大平原，其间散 落着一些零星孤丘；甬江口以南和沿海的岛屿，除河口及一些海湾内有平原分布外，均为低 山丘陵：沿海地区山间盆地很少。 ( 1 ) 平原 河口平原，内钱塘、甬江、椒江、飞云江、敖江等大江河口两侧的平原。因成陆年代和 地面高程等的不同划分为滨海平原和水网平原。滨海平原，成陆时间较短，其地面高程约为 2 - 5 米，河流水系的密度不大，水位较低，目前以种植早作为主；水网平原位于滨海平原的 内侧，其地而高程大都在3 - 4 米以下，地势低平、河流密度高，土地受河流分割，大都比较 零碎，土壤因地下水位较高f 仅数十厘米) 而存在着不同程度的渍水现象，是沿海地区水稻集 中分布的地段。 海湾小平原，分布于宁波，台州、温州以及舟山等地区的基岩海湾内，背i h 面海、面积 不大、成陆时间也较短，地势也较平坦，其内部的河流都为成陆前的潮流沟，淡水来自内侧 1 0 第二章研究区概况 山地的径流，丰缺不一，局部洼地常有渍水现象。 ( 2 ) 低山丘陵 除浙北的零星孤丘外，均为雁荡、括苍、天台等山脉的一部份，其海拔高程在千米以上 的，仅乐清雁荡山一处，高程在5 0 0 米以上，l o o o 米以下的山峰，则有苍南鹤项山、瓯海 大罗山、二门湫水山、宁海荼山和香山，镇海太白山、普陀对峙山等2 0 余处，大部分山体 的高程在3 0 0 - - 4 0 0 米以下。沿海地区的这些丘陵山地，高度较高的，岩性都较坚硬，山体也 较完整和陡峭；高度较低的丘陵，山体大都比较破碎。 ( 3 ) 海岸线外侧的潮问带 除分布于岬角海湾的小片滩地外，大都比较平坦，其坡度一般都在千分之一左右，潮问 带的形状与所处地段的环境条件有关，处于河口两侧的，都呈狭条带状，潮流沟也较规则： 分布于港湾内的，形状不规则，涂面亦因潮流沟切割而较零碎。我省的潮问带，面积大的地 段，大都已经过多次的筑堤围垦，目前的高程大都在平均高潮位以下，因而受海水间歇浸淹 频繁，土体尚在接受泥砂的堆积。 2 2 2 2 海岸地貌 浙江海岸分为淤泥质海岸，砂砾质海岸及基岩海岸。其中以淤泥质海岸滩涂最发育。淤 泥质海岸指潮间带植被盖度 3 0 ，底质咀淤泥为主的滩涂海岸。淤泥质海岸潮滩宽阔平缓， 物质由泥质粉砂或粉砂质泥组成，季节变化明显。潮滩主要分砂滩，粉砂淤泥滩和淤泥 滩。粉砂滩主要分布在杭州湾南岸，粉砂淤泥滩分布在港湾口和河口两侧滩地，淤泥滩 则分布在港湾内部。淤泥质海岸有着明显的沉积地貌相带，即高滩、中滩、低滩。高滩为平 潍，长草；中滩沟垄地貌发育，是潮滩动态变化最明显的地带；低滩又为平滩有波浪或浅 洼地发育。 淤泥海岸主要分布于：嘉兴市的平湖市、海盐县；舟山市的嵊泗县、岱山县、定海区、 普陀区：宁波市的慈溪市、镇海区、北仑、鄞县、奉化市、象山县和宁海县；台卅i 市的z f q 县、临海市、椒江区、路桥区、温岭市和玉环县；温卅i 市的乐清市、瓯海区、瑞安市、平阳 县、苍南县和洞头县均有分布，其中尤以慈溪市庵东涂、象山县大目涂、1 j 2 海县及三门县下 洋涂、梅枝东南涂、椒江区、路桥区及温岭市金清涂、温岭市东浦涂、乐清市乐清东涂、瓯 海区滨海至天河涂、瓯海区及洞头县灵昆东涂、瑞安市九h 涂、平阳县平阳涂、苍南白沙涂 等最为著名。 2 2 2 3 泥沙特征与运移 依据1 9 8 1 1 9 8 3 年部分水文泥沙测站和沉积地貌资料，浙江海岸泥沙来源和运移趋向， 物质来源有下列三种途径：沿岸河流入海泥沙，浙江入海河流平均输沙总量为】3 0 0 万吨， 而且大部分沉积在河口区内，只有洪水期，粗于粉砂级物质才带到河口外沉积。长江入海 第二章研究区概况 泥沙南移，长江平均年输沙总量4 8 6 亿吨，其中5 0 沉积在长江口附近水f 三角洲，3 0 南下，成为浙江近海沉积和滨海平原发育的主要泥沙来源。内陆架来沙，内陆架底质为泥 质粉砂或粉砂质泥，该粒级物质通常在15 3 0 c m s 流速卜会发生再悬浮和运移。浙江沿海 潮流和波浪等动力迭加，尤其在近岸底层潮流速涨潮大于落潮的情况下，有利于内陆架再悬 浮的细粒物质向海岸方向移动。 总的来说，浙江近岸浅海输沙总趋势为冬季向南，夏季向北，终年指向岸滩。但各岸段 所处的环境不同，悬沙运移有其本身的特色。 2 2 2 4 岸滩动态变化 沿海地区是海水和陆地彼此强烈影响的过渡地带，以环境不稳定而著称。浙江岸滩处于 不断运动和发展过程中。岸滩动态分淤涨型、侵蚀型及稳定型岸滩。淤涨型岸滩，有史记载 以来处于不断淤涨状态，岸线向海推进，主要分布于杭州湾南岸，三门湾以及入海河口滩地。 侵蚀型岸滩，主要分布在基岩海岸和杭州湾北岸，杭州湾北岸全线兴建海塘，使侵蚀受到控 制，海岸处于相对稳定状态。稳形型岸滩，分布在港湾内部，环境隐蔽，即使台风过境和寒 潮入侵的大风浪条件下，港内岸滩仍处于稳定状态。 此外，应特别指出灾害性天气，虽然出现时间短促，却引起岸滩沉积，地貌及泥沙运动 的剧变，对岸滩演变起着决定性的影响。 2 2 3 土壤 2 2 3 1 土壤类型与分布 据浙江第二次土壤普查结果，研究区内土壤类型有9 个土类、1 9 个亚类、6 9 个士属f 表 2 1 ) 。其中面积较大的土类有水稻土、红壤、滨海盐土、粗骨土、潮士，其它的土类面积都 很小。 黄壤士类有1 个亚类、3 个土属，总面积为8 7 3 8 k m 2 ，占总面积的2 7 4 。红壤土类有 4 个亚类、1 2 个土属，总面积为1 0 9 1 5 3 k m 2 ，占总面积的3 3 9 4 。紫色土类有2 个亚类、3 个土属，总面积为1 6 5 3 k m 2 ，占总面积的0 5 1 。租骨土类有1 个弧类、4 个土属，总面积 为3 7 6 2 8 k m 2 ，占总面积的1 1 7 7 。基性岩土类有1 个亚类、1 个土属，总面积为1 93 k m 2 ， 占总面积的00 6 。石灰岩土类有2 个亚类、3 个土属，总面积为6 0 3 k m 2 ，占总砸积的0 1 9 。 潮土类有1 个亚类、1 0 个土属，总面积为1 8 2 7 7 k m 2 ，占总面积的5 6 5 。滨海盐士类有2 个亚类、3 个十属，总面积为1 6 3 72 k m 2 ，占总面积的1 1 1 1 。水稻土类有4 个亚类、3 6 个 土属，总面积为9 8 8 4 7 k m 2 ，占总面积的3 0 4 4 。 浙江省海岸带土壤的分布，潮间带为滨海盐土类的滨海潮滩盐土类；陆域平原的土壤， 自海岸线向内，依次为滨海盐土、滨海潮化盐土、灰潮土、渗育型水稻土；再内则为水网平 坂地区的潴育型、潜育型或脱潜型的水稻上；分布于丘陵山坡的水稻十，多为潜育型水稻土。 2 第二章研究区概况 海岸带丘陵山地上的土壤受纬度气候带和山体垂直气候带的影响，浙北以黄红壤为主，浙南 l 【j 地由低到高，依次为红壤、黄红壤和黄壤，其间穿插分布着因侵蚀而形成的红壤性土和黄 壤性士。 表2 1 土壤类型及编码表 t a b l e2 1 t y p e sa