大辽河湿地景观格局变化研究(修改稿)

1、基于RS与GIS的大辽河口湿地景观格局时空变化研究 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX0752600102）资助；辽河河口区大型湿地生态修复关键技术与示范研究（2008ZX07208009）。作者简介：陈爽（1986），女，硕士研究生，研究方向为GIS与RS在环境工程中的应用。 E-mail:chenshuang191。通讯作者：马安青（1970），男，博士，主要从事地理信息系统与遥感的研究与应用。E-mail:maanqing538。陈爽，马安青*，李正炎，李福建，焦俊超（中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛，266100）摘要：基于1988年、1995年、20

2、01年和2007年的四期TM数据，应用GIS/RS技术与景观格局分析软件FRAGSTATS,定量地分析了大辽河口地区的湿地景观格局的动态变化。结果表明：自1988年以来，大辽河口地区的湿地面积逐年增加，湿地景观多样性指数和均匀度指数呈现先降低后升高的趋势，景观破碎化程度增强。湿地类型变化主要表现在大量的自然湿地转化为人工湿地或人工景观，具体表现在转化为建筑用地、水稻田、养殖区。1988年-1995年期间，大辽河口地区的环境质量下降，该地区生物生活环境的多样性降低，造成了一些物种种群数量的减少甚至消失；但是自95年以后，该地区的景观多样性和均匀性升高，抗干扰能力增强，环境质量有所提高。研究区湿地

3、景观格局的动态变化主要是受自然条件和人为活动干扰共同作用的结果。关键词：湿地；景观格局；景观指数；景观变化；大辽河口景观空间格局是指大小和形状不一的景观斑块在空间上的排列 ,它是景观异质性的重要表现，又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果1。景观格局决定着景观过程，景观格局的变化影响着景观生态过程和景观流，导致景观功能发生变化2。今天的格局是过去的景观流(自然、社会、经济和各种生态过程)形成的，其又是今后景观格局形成的基础。因此，通过研究景观格局可以更好地理解生态学过程，通过分析景观格局随时间的变化可以反映景观生态过程，揭示景观演替的机制和规律，进而预测景观的变化趋势，最终实现资源的可持续利用

4、。当前对于滨海湿地景观的动态变化研究已成为国内外专家探求的热点问题之一3-5。辽宁省是中国东北地区唯一的沿海省份,沿海岸线分布有丰富的滨海湿地资源，尤其是辽河三角洲一带 ,因滨海湿地分布集中，类型多样，人为扰动强烈 ,近年来已成为滨海湿地景观演变研究的热点地区。国内许多学者王宪礼、肖笃宁等都曾利用遥感和地理信息系统技术对辽河三角洲湿地的景观格局，景观破碎化程度以1986 1994年的景观变化进行过较系统地研究,揭示了湿地景观格局的变化程度及其与人类活动的关系6-8 ；还有学者进一步就辽河三角洲湿地景观格局对养分去除功能的影响进行了空间模拟 ,从而为进行以污染治理为核心的景观规划提供了理论依据9

5、； 一些学者还通过对辽东湾滨海湿地资源近年来景观演变的研究 ,分析了区域经济发展及湿地生境自然演变对生态环境的影响10。徐玲玲等人对盘锦湿地近20年的动态变化进行了研究11 ，但是利用遥感和地理信息系统等最新技术揭示大辽河口地区湿地从80年代2007年的长期变化过程的研究尚不多见11-14。进入二十一世纪以来，由于可持续发展观和科学发展观在当地生态环境管理和社会经济发展方面的应用，以及大辽河口地区社会经济的加速发展，大辽河口地区生态环境质量水平较上世纪九十年代又有了不小的变化。本研究利用遥感和GIS技术，通过景观格局分析方法，力图揭示大辽河口地区在1988年到2007年近20年间，湿地生态环境

6、质量的演变轨迹，使得当地政府部门能够清楚地认识到这期间所采取的保护措施是否取得了预期的成效以及今后还需解决的问题，从而提高大辽河口地区的生态环境质量水平，使湿地资源可持续利用，以达到经济效益、社会效益、生态效益的同步发展。 1 研究区概况与方法1.1 研究区概况研究区地处北纬：4040-4101,东经：12205-12226。1958年以后，将辽河主流全部引向双台子河，由盘山县入海，将辽河的支流浑河与太子河汇合后单独在营口市入海。浑河和太子河在海城三岔河汇合后，称为大辽河，河长95km，自营口入渤海辽东湾。大辽河流经海城、盘山、大石桥、大洼、营口等市县，穿行于辽河中下游区的近海地带，沿岸属于滨

7、海与堆积平原，地势平坦，海拔在310米之间，气候属于暖风带季风气候，年平均气温8.0，年均降水量620-730mm,冬季盛行东北风，夏季盛行西南风。大辽河口地区属于东北亚经济圈黄金地段，经济区位优势显著，经济社会发展水平居辽宁省前列，人类活动对环境质量的变迁影响显著。本研究选取盘锦市和营口市地区作为研究范围，后面的计算和分析都以此为对象。图1 研究区示意图Fig.1 Sketch map of research area1.2 研究方法1.2.1 数据来源及处理 本次采用了1988年、1995年、2001年和2007年四期的Landsat-TM影像，根据野外调查与地形图，利用ArcGis和ER

8、DAS对数据经过几何纠正，坐标转换和增强处理后，建立解译标志进行了目视解译，并且借助FRASTATS软件对研究区域进行计算获取该区景观空间格局的动态特征。将该区域的湿地类型图在ArcMap里空间分析模块下生成30m30m的栅格数据，并将四个时期的栅格图分别两两叠加，得到了20年间大辽河口湿地类型变化图。1.2.2 景观类型划分根据我国土地利用现状分类系统为依据，结合研究区域的水文地貌特征，将研究区划分为水稻田、芦苇地、 库塘（水库与水塘）、养殖区、滩涂、碱蓬、建筑用地等（库塘与养殖区有什么区别，为什么称库塘，请说出理由）。1.2.3 景观空间分析方法 利用FRAGSTATS景观格局分析软件对四

9、期的湿地类型进行景观格局指数计算，选用生态意义比较明确的景观指数，包括景观类型面积（CA）、聚集度数（AI）、景观多样性指数（SHDI）、优势度指数（SHEI）、最大缀块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）,来分析研究区域的湿地景观格局的空间变化特征。具体景观指数的计算方法可以参考文献15-18。2 结果分析2.1 湿地景观类型时间变化分析2.1.1不同湿地景观类型面积时间演变（芦苇田8895年的变化有点离奇，这种激烈的变化在环境地学中似乎不可能出现，请重新核实你的解译成果。）运用FRAGSTATS景观格局分析软件对四期的湿地类型面积进行了计算，并且计算了近20年大辽河口不同湿地类型的面积变

10、化值及其变化速度。为了更加方便直观地分析各种类型面积的变化，绘制了不同湿地类型的面积比例随时间变化图（图2）和面积变化率图（图3）。（对比参考文献我觉得你的建设用地变化的数据好像有问题，我也写过多篇关于土地利用的文章，即使荒凉的西北，建设用地从90年代中后期开始都是呈几何级的增长，而你的计算结果却显得这种类型在这里的变化很不起眼，这和全国的趋势相违背，更和参考文献的数据相违背，请严肃解译标志，我只是想提醒你，你的结果可能有问题。还有，你的变化率是如何计算的，芦苇田的面积变化我觉得问题很大。）图2 不同湿地类型的面积比例随时间变化比较图Fig.2 The changes of area perc

11、ent with time for wetland types 图3 不同湿地类型的面积变化率比较图Fig.3 The rate of area changes of different wetland types大辽河口地区的水稻田面积从1988年到2007年间稳步上升，并且在研究区域中占有较大的比重，在1988到1995年间面积变化速度非常快，随后变化率有所减缓。芦苇田面积在1988年还占较大的比重，但是到95年期间其面积急剧骤减，随后又呈现逐渐增加的趋势。近20年间赤碱蓬面积在逐年减少，到07年只占研究区总面积的很微小的一部分。滩涂面积在1988年到1995年变化最明显，以较快的速率迅速

12、增加，01年以后几乎没有变化。养殖区面积呈现稳步升高的趋势，而且变化速率由18.04%增加到46.27%，增长速度快，随后几年变化率有所减缓。库塘面积在1988到1995年间变化幅度最大，到95年占据研究区域最大的比重，01到07年间所占比重有所降低。建筑用地面积在95到01年间以较大的变化率增加，随后几年变化不大。通过分析比较得到：19882007年库塘面积变化最显著，而且扩大的比例最大；赤碱蓬面积缩小的最明显；芦苇田面积变化最不稳定；水稻田、养殖区、建筑用地和滩涂的面积则呈现逐年增加的趋势。2.1.2 湿地景观类型转换时间特征分析利用GIS中GRID模块的空间分析功能分别将1988，199

13、5，2001，2007年的大辽河口湿地景观类型图两两进行叠加计算及统计整理，得到湿地类型之间的转移矩阵表（表1-3）。表1 1988-1995年湿地类型转移矩阵Table1 The transfer matrix of wetland types between 1988 and 199519881995建筑用地养殖区库塘水稻田滩涂芦苇田合计建筑用地347.94.640.888.044.616.32372.39转移率93.42 1.25 0.24 2.16 1.24 1.70 100养殖区5.89 309.060.0276.834.023.37399.19 转移率1.48 77.42 0.01

14、 19.25 1.01 0.84 100库塘0.05034.120.730.070.0134.98转移率0.14 0 97.54 2.09 0.20 0.03 100水稻田20.9199.070.741011.3444.551280.56转移率1.63 15.55 0.06 78.97 3.44 0.36 100滩涂6.330.4906.6447.3224.0884.86转移率7.46 0.58 07.82 55.76 28.38 100芦苇田42.5713.8611.66198.8333.13968.341268.39转移率3.36 1.09 0.92 15.68 2.61 76.34 10

15、0注：数据单位为km2 ,转移率单位为%表2 1995-2001年湿地类型转移矩阵Table2 The transfer matrix of wetland types between 1995 and 200119952001建筑用地养殖区库塘水稻田滩涂芦苇田合计建筑用地354.181.210.01416.391.683.38376.854转移率93.98 0.32 0.004 4.35 0.45 0.90 100养殖区10.45364.80.022192.870.02312.27580.435转移率1.80 62.85 0.004 33.23 0.004 2.11 100库塘0.030.0

16、012884.591.08002885.701转移率0.001 0.00 99.96 0.037 00100水稻田52.2893.51.872667.60.76667.712883.726转移率1.81 3.24 0.06 92.51 0.03 2.35 100滩涂37.813.780.1524.65374.245.86486.45转移率7.77 0.78 0.03 5.07 76.92 9.43 100芦苇田9.622.280.1334.5630.6910.9988.27转移率10.90 2.58 0.15 39.15 34.77 12.45 100注：数据单位为km2 ,转移率单位为%表3

17、 2001-2007年湿地类型转移矩阵Table3 The transfer matrix of wetland types between 2001 and 200720012007建筑用地养殖区库塘水稻田滩涂芦苇田合计建筑用地455.5479.540.187.691.972.46547.38转移率83.22 14.53 0.03 1.40 0.36 0.45 100养殖区13.83533.60.0141.290.084.22593.03转移率2.33 89.98 0.00 6.96 0.01 0.71 100库塘0.420.023719.940.800.143721.32转移率0.01 0

18、.001 99.96 0.02 00.004 100水稻田61.22226.434.772846.780.2265.983205.4转移率1.91 7.06 0.15 88.81 0.01 2.06 100滩涂20.50.6705.04456.0411.28493.53转移率4.15 0.14 01.02 92.40 2.29 100芦苇田9.157.55051.00 0.41181.91250.02转移率3.66 3.02 020.40 0.16 72.76 100注：数据单位为km2 ,转移率单位为%分析湿地类型面积转移矩阵表1得到1988到1995年大辽河口地区湿地类型转化的情况：建筑用

19、地的增加部分主要来自水稻田和芦苇田的转化，分别为20.9km2 和42.57km2 ；建筑用地中有2.16%的面积转化为水稻田，总体转化的比较少。养殖区的增加主要来自水稻田的转化，转化面积199.07km2 ；而同时养殖区中有19.25%转为水稻田。库塘的增加主要来自芦苇田的转化，而它几乎没有向其它类型转化。水稻田的增加主要是养殖区和芦苇田的转化，分别为76.83km2 和198.83km2 ；滩涂增加主要是水稻田和芦苇田的转化；滩涂中有28.38%的面积转化为芦苇田。芦苇田的增加部分也主要是由滩涂转化来的，芦苇田中有15.68%的面积转化为水稻田。分析1995-2001年湿地类型转移矩阵表2

20、得到：建筑用地的增加主要来自水稻田和滩涂的转化，分别为52.28 km2 和37.81 km2 ，建筑用地中有4.35%的面积转为水稻田。养殖区的增加主要来自水稻田的转化，转化面积93.5km2 ；而同时养殖区中有33.23%转为水稻田。水稻田的增加主要是养殖区的转化，为192.87km2 。滩涂增加主要是芦苇田的转化；滩涂中转化为芦苇田、水稻田和建筑用地分别为9.43%、5.07%和7.77%。芦苇田的增加主要来自水稻田、滩涂、养殖区的转化，分别为67.71 km2 ，45.86 km2 ，12.27 km2 ；芦苇田中有39.15%转为水稻田，34.77%转为滩涂，10.90%转为建筑用地

21、。分析2001-2007年湿地类型转移矩阵表3得到：建筑用地的增加主要来自水稻田和滩涂的转化，分别为61.22 km2 和20.5 km2 ，建筑用地中有14.53%的面积转为养殖区，有1.40%的面积转为水稻田。养殖区的增加主要来自水稻田和建筑用地的转化，转化面积分别为226.43km2 ，79.54 km2；而同时养殖区中有6.96%转为水稻田，2.23%转为建筑用地。水稻田的增加主要是养殖区和芦苇田的转化，分别为41.29km2 和51.00km2 。滩涂中分别有1.02%、4.15%和2.29%的面积转化为水稻田、建筑用地和芦苇田，而由其它类型转化为滩涂的面积非常小。芦苇田的增加主要来

22、自水稻田、滩涂的转化，分别为65.98km2 ，11.28km2 ；芦苇田中有20.40%的面积转为水稻田。2.2 湿地景观类型空间变化特征分析利用GIS中GRID模块的空间分析功能分别将1988，1995，2001，2007年的大辽河口湿地景观类型图两两进行叠加，提取出动态变化数据，生成了该地区湿地景观类型变化图（图4-6）。分析图4-6可以得到大辽河口湿地类型变化的特点：该地区的湿地类型变化主要表现在自然湿地大量转化为人工景观或人工湿地，具体表现在转化为建筑用地、水稻田、养殖区；其中转化为养殖区的部位主要分布在邻近河流、海岸一带；转为水稻田和建筑用地的部位主要在城镇或农村居民地等人口密集地

23、区和靠近养殖的区域；湿地退化为滩涂的部位主要集中在沿海，河流一带。由此可见，人类活动对大辽河口地区湿地演变起着关键的作用。图4 1988-1995年大辽河口湿地景观类型变化图Fig.4 Change of wetland types in Liaohe between 1988 and 1995 图5 1995-2001年大辽河口湿地景观类型变化图Fig.5 Change of wetland types in Liaohe between 1995 and 2001图6 2001-2007年大辽河口湿地景观类型变化图Fig.6 Change of wetland types in Liaoh

24、e between 2001 and 20072.3 湿地景观格局指标值变化特征分析表4 19882007湿地景观格局指数值Table4 Landscape indexes in the landscape level of the wetland年份AILSILPISHDISHEI198893.44369.080830.19701.67030.7254199592.472710.013131.9374 1.66530.6945200191.127211.510729.76471.72260.7414200790.572312.029728.94141.77770.7481注：AI-聚集度指数

25、；LSI-景观形状指数；LPI-最大缀块指数；SHDI-Shannon多样性指数；SHEI-均匀度指数研究区各类湿地景观要素在面积上消长变化的同时，其景观的空间结构特征也相应的变化。从19881995年湿地景格局指数值（表4）可以看出研究区的最大缀块指数LPI呈现出逐渐增加的趋势，SHDI多样性指数和SHEI均匀度指数在此期间呈现逐渐减小的趋势。这些景观格局指数的变化趋势表明，研究区湿地景观异质性增强，单一组分对景观的控制作用增强，人类对景观的管理程度加强了，这种结果一方面增加了地区的经济效益，另一方面也降低了该地区生物生境的多样性，造成一些物种种群数量的减少甚至消失，由此降低了湿地景观抗干扰

26、的能力和维持自我稳定的能力。从1995年以后LPI值呈现出逐渐减小的趋势，而多样性指数SHDI和均匀度指数SHEI呈现出逐渐增大的特征。这些景观指数的变化表明，近些年对湿地景观的保护措施效果显著，开发利用湿地资源的合理性在不断提高，使得研究区景观多样性，均匀性逐年升高。从表中还可以看出该地区的聚集度指数AI逐渐减小，景观形状指数LSI呈现增加的趋势，表明该地区的景观破碎化程度增强。2.4 湿地景观格局变化的驱动因素分析 大辽河口湿地的景观格局时空变化同时受着自然过程和人为活动两种不同性质的驱动力的影响。就自然因素而言,河口泥沙沉积使自然湿地向海淤涨,带动整个湿地景观向海推演以及海退导致的湿地环

27、境因子的变化,这种强烈的海陆作用在较大的时空尺度下构成区域地质历史背景,是景观格局变化的内在驱动力16。同时大辽河口地区的气温和降雨量等气候变化也是导致湿地类型变化的因素。另一方面,近年来随着人口数量的急剧增长，大量的自然湿地在人类活动的干扰下被逐渐开垦为经济效益较大的人工湿地或人工景观。研究区域中的石油开采和农业开发等活动是影响湿地生态系统退化的重要原因。近现代人类的经济活动及区域开发历史作为一种人类外在的胁迫因子叠加于自然因子之上 ,加快了湿地环境演变的进程,并使之逐渐偏离原来的自然演化轨迹。3 结论与展望（1）1988年-1995年期间，大辽河口地区的环境质量下降，该地区生物生活环境的多

28、样性降低，造成了一些物种种群数量的减少甚至消失；但是自95年以后，该地区的景观多样性和均匀性升高，抗干扰能力增强，环境质量有所提高，表明近些年对湿地景观的保护措施效果显著，开发利用湿地资源的合理性在不断提高。（2）大辽河口湿地景观类型面积随时间的变化特征主要表现在19882007年库塘面积变化最显著，而且扩大的比例最大；赤碱蓬面积缩小的最明显；芦苇田面积变化最不稳定；水稻田、养殖区、建筑用地和滩涂的面积则呈现逐年增加的趋势。湿地景观类型的空间变化特征主要表现在自然湿地大量转化为人工景观或人工湿地，具体表现在转化为建筑用地、水稻田、养殖区。（3）斑块的破碎度增大，分布分散，景观的破碎化程度增强，

29、表明人类活动对湿地的干扰强度增强。 随着人口增加，科学技术，社会经济等的全面发展势必会对整个大辽河口的变化产生更加深刻的影响，因此保护大辽河口湿地景观势在必行。制定湿地开发管理的统一法规，使油气开采，农业开发等经济活动与湿地保护之间协调发展；利用3S技术与计算机技术相结合，建立湿地数据库，便于正确指导湿地资源的可持续开发利用；合理开发湿地资源，使资源的开发强度不超过湿地生境更新及恢复的速度；适当地退耕，重建河岸植被带，以维持湿地的总量平衡。参考文献1 王仰麟. 格局与过程景观生态学的理论前沿 M. 北京:中国科学技术出版社 , 1995: 437 - 441.2 傅伯杰，陈利顶，马克明，等.景

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34、, LiZhengyan(College of Environmental Science and Engineerning,Ocean University of China,Qingdao266100,Shandong,China)Abstract: The historic data sets are derived from 1988, 1995,2001 and 2007 Landsat TM images after supervised classification and visual interpretion.Using the technology of GIS/RS and FRAGSTATS,the processess of wetland changes in Liaohe between the year of 1988,1995,2001 and 2007 are analyzed, the cha