50年來北海市濱海濕地景觀格局變化及其驅動機制

梁 文, 胡自寧, 黎廣釗, 宋垠先, 余克服, 農華瓊(1. 廣西科學院廣西紅樹林研究中心, 廣西 北海36000; 2. 廣西海洋環境與濱海濕地研究中心, 廣西 北海36000; 3. 廣西紅樹林保護與利用重點實驗室, 廣西 北海36000; . 廣西壯族自治區地質礦產勘查開發局,廣西 南寧30023; . 中國科學院南海海洋研究所, 廣東 廣州 10301)

?

50年來北海市濱海濕地景觀格局變化及其驅動機制

梁 文1, 2, 3, 胡自寧4, 黎廣釗1, 2, 3, 宋垠先5, 余克服5, 農華瓊1, 2, 3
(1. 廣西科學院廣西紅樹林研究中心, 廣西 北海536000; 2. 廣西海洋環境與濱海濕地研究中心, 廣西 北海536000; 3. 廣西紅樹林保護與利用重點實驗室, 廣西 北海536000; 4. 廣西壯族自治區地質礦產勘查開發局,廣西 南寧530023; 5. 中國科學院南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301)

以1955~2004年遙感影像為數據源, 結合野外調查, 運用景觀生態學原理, 研究50 a間北海市濱海濕地的景觀格局及其動態變化。結果表明, 50 a間北海市濱海濕地呈整體退化趨勢, 潮間砂質海灘、潮間淤泥質海灘、紅樹林灘、小型島嶼濕地減少; 景觀格局指數顯示1977年、1998年是北海市濱海濕地較明顯變化的拐點。1977年人類活動影響增加, 濱海濕地稍有退化, 濕地景觀多樣性指數減小, 優勢度指數增加, 均勻度指數減小、景觀總面積指數降至最低值。1988年濕地保護力度加大, 濕地略為好轉, 景觀多樣性指數、優勢度指數、均勻度指數則呈相反規律。1998年濕地受到的極端氣候災害、人類干擾程度加大, 平均斑塊分形維數下降, 斑塊密度指數、景觀斑塊數破碎化指數呈最高值。濕地景觀格局指數的變化, 反映了圍墾改造、互花米草的生物入侵、城市污染、極端氣候災害等對景觀格局的影響, 人類活動是北海市濱海濕地景觀格局變化的主要驅動因子。

濱海濕地; 遙感; 景觀格局; 景觀指數; 北海市

[Foundation: Major Program of Natural Science Foundation of Guangxi of China, No. 2012GXNSFEA053001; National Natural Science Foundation of China, No. 41203074; Basic Research Project of Basic Research Beihai bureau of science & technology Guangxi of China, No. 200601055; Natural Science Foundation of Guangxi of China, No. 0575025]

濱海濕地是海平面以下6 m至大潮高潮位之上與外流江河流域相連的微咸水和淡淺水湖泊、沼澤以及相應河段間的區域[1], 具有高生產力及作為各種植物、魚類、貝類和其他野生動物重要的棲息地,具有維護生態平衡、環境穩定的功能。如抵御海洋災害為沿岸提供保護、控制海岸侵蝕、改善水質過濾農業和工業廢物和沿岸含水層補給[2-4]。近年來,氣候變化對沿海濕地的影響也愈受關注, 特別是對于相對海平面上升、溫度上升、降水變化等影響。濱海濕地已經證明易受氣候變化影響[2], 其景觀動態變化已成為濕地研究的熱點課題之一[5-6]。

景觀空間格局是指大小和形狀不一的景觀斑塊在空間上的排列, 它是景觀異質性的重要表現, 又是各種生態過程在不同尺度上作用的結果[4-5]。景觀生態學是非常有用的界定指標, 景觀生態學廣泛地被應用于城市、河口三角洲、流域及濱海濕地研究。景觀指數是能夠高度濃縮景觀格局信息, 反映其構成和空間配置某些方面信息的簡單定量指標[5]。大量的景觀指標已被用于監測區域尺度的環境質量、衡量和監測景觀變化和生境破碎化、量化其生態過程;研究人類活動對景觀的影響及景觀的設計等[7]。

近年來, 廣西濱海濕地的研究也逐漸開展。孟祥江等[8]對廣西濱海濕地生態系統服務價值進行了評價; 吳黎黎等[9]提出了廣西濱海濕地生態系統的恢復與保護措施; 曾聰等[10]分析了廣西濱海濕地和濱海植被的狀況; 彭在清等[11]對北海市濱海濕地生態系統服務價值進行了評價, 但仍缺乏對廣西濱海濕地的景觀變化的研究。本文利用“3S”技術, 利用1955年、1977年、1988年、1998年、2004年5個時相的遙感解譯數據對北海市濱海濕地進行較為精確的定量描述, 分析其演變特征, 有助于北海市濱海濕地的保護與重構。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

北海市位于廣西區南端, 北部灣東北岸, 介于108°50′~109°47′E, 20°26′~21°55′N之間。濱海濕地陸上界線-海岸線東起與廣東廉江縣交界的英羅灣, 西至與欽州市交界的大風江港, 全長500 km[11-12], 淺海界線為6 m等深線。

市區三面環海, 濱海濕地資源十分豐富, 類型較多。由于海草、珊瑚礁(分布于潿洲島、斜陽島)在遙感影像上均未能識別, 因此本文參考國際濕地公約規定的濱海濕地范圍, 確定研究區為北海市大陸沿岸海岸線向海至6 m等深線之間的范圍, 其中的6 m等深線是根據1985年海圖描繪出其特征點,連接成曲線在GIS軟件中通過疊合分析。對所有時相的影像都如是處理, 可忽略遙感資料成像時刻的潮位不統一對潮間帶范圍判讀的影響[3-5, 13-16], 由此獲得6 m等深線以上的濱海濕地區域范圍。本文研究區不包括潿洲島、斜陽島; 圍塘養殖和鹽田沿海岸線兩側分布, 屬濱海濕地重要研究的類型, 本文也歸納做了統計分析。

1.2 研究方法

根據2008年《全國濕地資源調查技術規程(試行)》的分類標準[17]和2001年廣西壯族自治區濕地資源調查大隊對北海市濕地資源的調查結果[18], 參考《中國濱海濕地的分類》[1], 并結合北海市濱海濕地實際情況, 本文濱海濕地類型分為淺海水域、小型離島濕地、鹽田、圍塘養殖、巖石灘、潮間砂質海灘、潮間淤泥質海灘、紅樹林灘、水草灘9種類型。

遙感信息源選取跨度大且資料收集較完整的時相, 包括: 1955年航攝的1∶3.75萬~1∶5萬黑白航片、1977年航攝的1∶1萬黑白航片、1985年10月3日航攝的1∶1萬真彩色航片(北海市)、1986~1988年、1998年美國陸地5號衛星TM數據和法國SPOT衛星HRV數據、2002年的ETM衛星數據、2004年的TM衛星數據和CBERS衛星數據等。

圖像資料處理: 利用1955年的黑白航片、1977年的1∶1萬航片、1985年的真彩色航片對目標物進行目視解譯, 然后根據地形地物進行轉繪到1∶5萬地形圖上, 最后形成解譯圖; 利用ENVI Ver3.0遙感圖像處理軟件對1988年、1998年的TM數據、1998 年SPOT衛星HRV數據以及2002年ETM數據、2004 年CBERS數據進行處理, 制作衛星影像圖, 同時根據解譯要求對相關影像特征信息進行增強、提取處理等。

5個時相采用目視解譯為主, 結合相關圖件以及實地調查對遙感影像進行解譯和分類。(1)1988年、1998年1∶5萬TM遙感影像制作—原始數據灰度拉伸增強→TM543波段假彩色合成→多景數據鑲嵌→鑲嵌圖的精校正, 誤差控制在0.68個象元內; (2)1998年1∶2.5萬SPOT的 HRV與TM數據復合影像制作—SPOT衛星HRV原始數據灰度拉伸增強→兩景數據鑲嵌, TM原始數據灰度拉伸增強→TM543波段假彩色合成→多景數據鑲嵌→與SPOT衛星HRV鑲嵌圖配準→復合圖, 誤差控制在0.70 個象元內; 2004年1∶5萬ETM與TM數據復合影像制作—選擇TM13478等波段數據進行線性拉伸等預處理后→TM8經過插值處理后與TM73進行假彩色合成→形成假彩色影像圖, 誤差控制在0.77個象元內。

解譯標志及結果進行了抽查、野外查證、統計,查證以定點查證為主, 以點延伸到面上的解譯目標物。查證點的選擇原則為: (1)解譯的各種目標物均有查證; (2)城市新擴建的建設用地、交通用地中的高速公路、港口、碼頭; (3)解譯標志較典型的目標物; (4)解譯標志不明顯、較隱晦的, 有爭議的目標物。解譯正確率達85%以上, 誤解、漏解率在15%以下,解出率達90%以上。其中紅樹林解譯基本正確, 除了部分稀疏或面積較小的斑塊, 因影像不明顯, 在鐵山港等地有一些漏解, 在實地查證時已作了補充。紅樹林解出率在85%以上, 解譯正確率達80%。

景觀格局是景觀生態學的研究對象, 景觀的格局與過程是景觀生態學研究的重要內容[19-20]。本文采用景觀指數來描述景觀的空間格局, 需要從大量的景觀指數中選取合適的指標來評價濱海濕地景觀格局的變化。參考前人的研究結果[3-6, 15-16, 19-23], 選取了景觀總面積指數(TA)、平均斑塊分形維數(D)、多樣性指數(H)、均勻度指數(E)、優勢度指數(DO)、景觀斑塊數破碎化指數(FN)、斑塊密度指數(PD)研究景觀空間格局及其景觀類型斑塊級別上的變化。

其中, A: 總景觀面積(m2)。

其中, B : ln0.25p與lna的回歸系數; P: 斑塊周長; a: 斑塊面積。

其中, Pk: k種景觀類型占總面積的比, m是研究區中景觀類型的總數。

其中, Hmax為研究區內各類景觀所占比例相等時的多樣性指數, 即最大多樣性指數;

其中, Hmax: 研究區內各類景觀所占比例相等時的多樣性指數, 即最大多樣性指數; Hmax=log2m ; Pk: k種景觀類型占總面積的比, m: 景觀類型總數。

其中, NP: 景觀里各類斑塊的總數; NC: 10 hm2去除景觀總面積所得的數據。

其中, NP: 景觀里各類斑塊的總數; A: 總景觀面積。

2 結果與討論

2.1 景觀分布與景觀結構

從表1、圖1得到5個時相北海市濱海濕地分布狀況: 各類型中淺海水域面積最大, 其次分別為潮間砂質海灘、潮間淤泥質海灘; 濕地類型總面積在1977年降至最低, 約為1 493.849 9 km2, 2004年最高,約為1 578.020 9 km2, 1977~2004年呈上升趨勢; 1977~2004年濱海濕地面積增長, 受1977年起潮間砂質海灘、圍填養殖、淺海水域面積增加影響較大,較大影響因素是圍塘養殖面積持續連年的增長。

巖石性海灘面積變化較小, 經現場驗證, 北海市巖石灘是基巖出露所致, 無人為損毀, 1988年、1998年時相出現的英羅港西岸的巖石灘, 在2004年消失, 可能是由于英羅港海灘受到沖淤變化影響,在不同時相中呈交替顯現的現象。

紅樹林灘在1977年面積最大, 約為38.247 5 km2, 1988年降至最低值為23.421 5 km2。在1955~1977年間呈增長態勢, 其中自然增長變化較大的岸段有:西村港和鐵山港西岸的白沙頭港北側岸段等, 因圍墾致損失面積較大的岸段有: 竹林鹽場、鐵山港東岸北暮鹽場欖子根分場岸段等, 因圍墾多為鹽田建設,養殖極少, 規模不大, 紅樹林灘仍呈增長狀況; 1977~1988年間是急劇減少狀態, 可能是(1)因灘涂長年圍墾被破壞, (2)紅樹林被砍伐(作燃料)或自然消亡, (3)遙感影像數據成像時潮位較高, 一些矮小的紅樹林被海水淹沒, 在影像圖上反映不出。據調查,破壞較大的岸段是鐵山港西岸白沙頭港北側圍墾區,損失紅樹林面積達149.75 hm2; 在20世紀80年代初期建設鹽田、養殖塘, 沙城南側毀林82.57 hm2, 紅岸樓村南側毀林67.18 hm2, 白沙頭村北側毀林11.66 hm2,石頭埠南1 km處毀林25.62 hm2[25]。變化較大的岸段有: 鐵山港東岸下底村—丹兜海一帶等; 1988~ 2004年呈逐漸恢復態勢, 從最低值23.421 5 km2逐漸恢復至27.597 2 km2。

據表1, 1977年、1988年是5個時相時期中紅樹林灘動態變化的拐點, 面積由較大損失直至緩慢地恢復。1988~1998年10年間北海市紅樹林由23.421 5 km2增至到26.251 km2, 可能是20世紀80年代政府部門開始重視生態保護, 建設了紅樹林保護區, 使其得以穩定恢復, 面積有所增加。恢復變化較大的主要是鐵山港東岸下底村—丹兜海一帶等岸段, 自然增長的岸段主要有南流江口、鐵山港北部紅石塘—螃蟹田一帶。因圍墾或港口建設, 遭破壞的岸段主要是: 南流江口西岸四股田村南部圍墾養殖區, 破壞紅樹林約90.66 hm2[25]。1998~2004年面積由26.251 km2增至27.597 2 km2, 據調查, 是由于政府部門重視開展人工林的生態修復, 于1998年、2002年對人工造林進行調整布局, 明確了沙崗、西場、黨江西片一帶紅樹林地及宜紅樹林地為人工造林主要選擇地和保護帶, 山口、沙田、白沙等東片為核心保護帶, 其他區域為一般性保護可示范利用區域[26]。由此, 自1998年以來, 紅樹林人工造林面積逐年增加。

近50 a間北海市圍塘養殖呈持續增長趨勢, 鹽田面積增長至1988年后逐漸減少。變化原因主要是經濟利益分配重整、鹽田與養殖功能互換, 分為4個階段: (1)1955~1977年間計劃經濟為主, 鹽場擴建規模較大, 增加10.815 8 km2, 這階段圍塘養殖很少,僅增加 0.515 4 km2; (2)1977~1988年改革開放政策影響開始顯現, 鹽場雖然持續擴建, 但規模減小, 增加量僅為3.709 8 km2, 養殖圍塘增長規模逐漸變大,規模增加了18.058 8 km2; (3)1988~1998年, 改革開放影響下, 市場經濟占主導地位, 鹽場逐漸被養殖場取代, 養殖場規模擴大, 面積增加了64.6083 km2,鹽場范圍萎縮, 面積減少了8.247 6 km2; (4)1998~ 2004年, 鹽場持續減少, 但變化量小, 只減少了4.405 2 km2, 圍塘養殖持續增長, 變化幅度也變小,只增加了41.443 8 km2, 說明圍塘養殖擴建漸漸進入理性開發、市場的飽和期。50 a間養殖圍塘增加量遠大于鹽場減少量(表1)。

北海市水草灘分布于南流江三角洲, 與紅樹林伴生, 其生長主要受紅樹林、圍塘、泥沙淤積等影響。1955~2004年水草灘面積逐時相減少, 由11.377 9 km2減至1.976 5 km2。1955~1988年水草灘變化量較小, 至1998年水草灘減少量增加至4.906 8 km2。這是由于1955年、1977年南流江三角洲尚無圍塘, 從1988年起出現并逐漸增多, 圍填占用了部分水草灘, 同時, 養殖排出廢水也造成其水質環境受到較大影響,圍塘養殖是影響水草灘面積減少的主要原因。

潮間砂質海灘、淤泥質海灘的形成與沖淤平衡要依靠外海來沙、河流輸沙、陸域侵蝕來沙、波浪潮流作用等因素。5個時相中1955年砂質海灘面積最大, 約為389.679 5 km2, 1977年達到最低值, 約為330.639 8 km2, 1988年起增加, 1998年逐漸增至357.115 4 km2, 2004年減至354.812 5 km2; 1955年、1977年潮間淤泥質海灘面積變化較小, 1988年略有增加, 隨后1998年起減少, 2004年減至129.359 7 km2。總體上北海市潮間砂質、淤泥質海灘呈現退化態勢。據許國輝等研究[27], 對海洋動力敏感的砂質及淤泥質海灘的退損主要因素是受到海平面上升變化及沿岸沙量變化的影響。從河流輸沙量分析, 據廣西水文水資源局徐國瓊等[28]研究, 1956～1979年多年平均年輸沙量為115萬t, 1980～2000年多年平均為91.2萬t,在徑流減少7.15%的情況下泥沙輸送量減少20.7%,原有數條支流如今干枯斷流; 北海市海平面變化據周雄[29]論文數據統計, 1977年平均潮位約為256.15 cm, 1988年約為254.69 cm, 1998年約為258.55 cm, 2004年約為261.20 cm, 除了1988年下降, 總體呈上升趨勢。莫永杰[30]根據1965～1990年北海潮位站資料統計分析, 北海站也是總體呈上升趨勢, 年平均上升速率為1.78 mm/a。在這兩種因素影響下, 加上1988~ 2004年規模增大的圍塘養殖和鹽場占用部分海灘, 北海市砂質海灘、淤泥質海灘整體呈退損態勢。

1955年小型島嶼面積最大, 為70.362 6 km2, 1988年面積最小, 僅42.883 4 km2; 1955年小型離島127個, 數量最多, 1977~1998年島嶼數量增長, 為83個、85個、98個, 2004年減少至81個。小島數量減少的主要是由于1977年起人工圍塘養殖、鹽田增加, 鄰近小島間人為圍堤合并所至; 1998年、2004年島嶼面積、數量增加的主要原因, 或是沿岸淤積成島、入海河口淤積成島、或原有近岸數島連圍的塘圍堤荒廢失修受海浪沖刷崩塌, 還原出原有數個海島[25](圖1)。

1955~1988年北海市淺海水域面積持續上升, 由886.130 7 km2增至894.486 5 km2, 1998年起減少, 至2004年減為881.458 9 km2。淺海水域面積變化主要受潮間砂質海灘、小型島嶼、圍塘用海及海平面變化等影響(圖1)。

表1 1955年~2004年研究區景觀結構Tab. 1 Landscape patterns of study area from 1955 to 2004

2.2 濕地景觀指數變化

圖1 1955年、1977年、1988年、1998年、2004年北海市濱海濕地景觀分布圖Fig. 1 Wetland landscape distribution in 1955、1977、1988、1998 and 2004 in Beihai City

1955~2004年, 北海市濱海濕地景觀多樣性指數、均勻度指數、景觀總面積指數呈現一致的規律: 1977年下降后, 1988~2004年緩慢上升; 優勢度指數則呈相反趨勢; 平均斑塊分形維數在1977年出現高值, 然后逐時相下降至1998年出現低值, 到2004年又出現上升; 斑塊密度指數、景觀斑塊數破碎化指數規律一致: 1977年呈最低值, 之后上升至1998年為最高值, 到2004年略為下降(表2)。結合歷史資料分析, 1955年后至1977年潮間砂質海灘、潮間淤泥質海灘、紅樹林灘、水草灘、小型島嶼面積減少, 圍塘養殖、鹽田面積增加, 主要是人為占用灘涂圍墾造地,發展農業生產和鹽田等[25]。濱海濕地景觀多樣性指數減小, 優勢度指數增加, 均勻度指數減小, 表明濱海濕地稍有退化, 1977~2004年, 多樣性指數持續上升, 優勢度指數持續下降, 均勻度指數持續上升, 顯示出這些時期濱海濕地狀況好轉, 其中1988~1998年好轉趨勢較大, 這與1982年起政府重視實施海洋生態保護[31]有關聯。1998~2004年時相的景觀多樣性指數、均勻度指數上升變緩, 優勢度下降減緩, 顯示濱海濕地好轉趨勢變緩, 影響因素較多, 包括圍塘養殖持續增加、紅樹林灘增長幅度變緩, 紅樹林灘除了圍海占用損失外, 還有2004年5月北海市山口紅樹林保護區病蟲害造成大面積枯萎的損失[32]。可見, 1977年、1998年是5個時相中北海市濱海濕地變化規律明顯的轉折點, 1977年人工圍塘養殖的出現使濕地呈明顯的退化跡象, 景觀總面積指數降至最低值。1998年全球極端氣候影響、海平面上升加劇, 濱海濕地顯示出滯后的響應, 濱海濕地好轉趨勢變緩。1998年平均斑塊分形維數急劇下降, 表明斑塊的幾何形狀愈趨向簡單, 顯示受人為干擾程度加大。斑塊密度指數、景觀斑塊數破碎化指數1998年為最高值, 表明景觀破碎化程度較高, 顯示人工建設程度較高[24]。

表2 1955~2004年北海市濱海濕地景觀指數變化比較Tab. 2 Comparison of changes in the coastal wetland landscape from 1955 to 2004

2.3 驅動力分析

北海市濱海濕地50 a以來的變化主要受人為因素影響, 其驅動機制主要包括以下內容。

2.3.1 濱海濕地圍墾改造

北海市近50 a來房地產、養殖業和旅游業開發的力度逐年加大, 從分析數據可知, 圍填用海面積逐年增長。沿海工程的建設對濱海濕地造成破壞性影響—占用沿岸紅樹林、砂質、淤泥質等灘涂; 改變了潮流和波浪活動模式; 天然岸線截彎取直造成岸線資源缺失; 小型島嶼遭到圍墾開發, 相近小島間堤壩相連, 致數量減少, 島嶼局部岸段的沖刷倒塌;人工開挖取石等。據統計, 北海沿海50 a間圍墾灘涂濕地124.626 3 km2, 平均每年開發6.91 km2, 紅樹林灘以每年0.127 6 km2的速度減少, 小型島嶼以每年0.55 km2的速度減少, 砂質海灘、淤泥質和海灘以1.17 km2/a的速度減少[25, 33]。

2.3.2 生物資源的過度利用

北海市一直以來存在過度捕撈及電、炸、毒等違法現象, 資源開發強度已極大超過了漁業資源更新和恢復速度, 濕地生態系統中天然經濟漁業資源的匱乏, 嚴重影響著沿岸濕地生物多樣性平衡, 相應造成紅樹林、珊瑚礁和海草床等重要的濕地生態系統的退化。潿洲島北岸珊瑚礁碎枝遭到偷挖破壞,用于建筑材料、燒制石灰等。為挖掘可口革囊星蟲(Phascolosoma esculenta)、裸體方格星蟲(Sipunculusnudus)、曲畸心蛤(Anomalocordia flexuosa)和文蛤(Meretrix meretrix)等經濟海產, 紅樹林區幾乎30%的區域遭到20次/a以上的挖掘[9, 34-35]。

2.3.3 生物入侵

1979年, 廣西合浦縣引種互花米草(Spartina alterniflora), 之后當地海洋生態嚴重受到影響, 特別是對紅樹林的危害日趨嚴重。互花米草生長速度快, 較之生長較慢的紅樹林更易于遍布灘涂。目前,山口紅樹林保護區范圍內一些宜林灘涂已被互花米草侵占, 其面積超過100 hm2多, 部分互花米草還迅速侵占了紅樹林邊緣地域或林間空隙地, 與紅樹林爭奪生存空間。紅樹林是保護生物多樣性的重要物種, 其損失使得沿海養殖的貝類、蟹類、藻類、魚類等多種生物資源量也相應地下降。所以, 生物侵染也是濱海濕地生態系統退化的主要原因[9]。

2.3.4 濕地污染加劇

城市生活污水的排放, 農業化肥和農藥的使用,城市廢棄物的不合理處理, 已經影響到了北海濱海濕地生態系統的物質循環, 并通過食物鏈的富集作用影響到濱海濕地的生物資源。沿海排污量增加, 但是污染防治設施建設卻跟不上, 從而導致污染物直接對沿岸濱海濕地生態系統造成影響。如北海市紅坎污水處理廠排污區、僑港港口區等[36], 都會導致部分生態區域的健康每況愈下, 對北海山口的紅樹林、潿洲島的珊瑚礁、合浦的海草床等構成威脅。據2008年廣西海洋環境質量公報報道, 北海沿岸海洋污染區域主要分布在廉州灣近岸局部海域, 其近岸無機氮、無機磷含量分別比2007年升高5.8%、4.5%, 近海無機氮和無機磷含量升高18.5%和15.2%[37]。這些污染均可改變原有生態環境, 改變海水的化學性質, 減少溶解氧, 污染水體, 導致魚類死亡, 甚至物種滅絕。

海水養殖存在養殖營養物和化學藥物的污染問題, 加劇了海水有機污染和富營養化, 誘發有害藻類和病原微生物的大量繁殖[38]。2002年~2004年間,北海市附近海域就出現過4次赤潮; 2008年4月在潿洲島海域發生夜光藻引起的小規模赤潮[9]。還有養殖附帶柴油漏油污染、花蛤螺的養殖戶濫用劇毒藥物,造成養殖海域及其附近海區污染等, 致使濱海濕地生態系統遭到嚴重破壞。

2.3.5 極端氣候災害影響

1998~2004年受到全球極端氣候的影響, 主要是極端高溫事件的影響。1997~1998年20世紀最強烈的厄爾尼諾事件之后, 出現了有氣象記錄以來最熱的1998年。這以后, 發生了連續兩年的強拉尼娜事件, 導致1999~2001年的低溫年。直到2002年的厄爾尼諾事件, 才有出現了第二最熱年2002年, 第三最熱年2003年和第四最熱年2004年[39]。1998年在全球極端高溫的破壞加上北海市近年來沿岸工程、海洋過度捕撈、污染等累積影響, 北海市潿洲島珊瑚礁大面積白化死亡, 鹿角珊瑚大片死亡, 枝狀珊瑚退出優勢群落[40-41]; 2004年5月的異常高溫下,國家級自然保護區廣西山口紅樹林保護區發生了40 a來最嚴重的病蟲害, 一周之內40 hm2白骨壤迅速變黃枯萎并擴大至106 hm2[32], 有專家提出降水少、氣溫高適宜蟲子的生長是暴發蟲災的主要原因。可見, 50 a間北海市濱海濕地呈現退化趨勢。

3 結論

1) 利用RS、GIS技術, 結合北海市濱海濕地現狀、景觀生態學原理, 將北海市濱海濕地景觀分為9種類型。通過遙感影像分析結合野外考察, 發現1955~ 2004年50 a間北海市濱海濕地呈總體退化趨勢, 潮間砂質海灘、潮間淤泥質海灘、紅樹林灘、小型島嶼濕地減少。

2) 景觀格局指數顯示1977年、1998年是北海市濱海濕地出現較明顯變化的拐點, 1988年后至1998年、1998年后至2004年好轉趨勢較大。1955年后至1977年潮間砂質海灘、潮間淤泥質海灘、紅樹林灘、水草灘、小型島嶼濕地面積減少, 圍塘養殖、鹽田面積增加, 主要是人為占用灘涂圍墾造地。人類活動逐漸增多, 濱海濕地景觀多樣性指數減小, 優勢度指數增加, 均勻度指數減小, 濱海濕地稍有退化; 1977年后至1988年政府重視實施海洋生態保護,多樣性指數持續上升, 優勢度指數持續下降, 均勻度指數持續上升, 濱海濕地狀況呈現好轉; 1998年在全球極端高溫氣候災害影響下, 濱海濕地好轉趨勢變緩; 1998年平均斑塊分形維數急劇下降, 斑塊密度指數、景觀斑塊數破碎化指數1998年呈最高值,均表明斑塊受到的人類干擾程度加大。

3) 影響北海市濱海濕地的驅動力包括濱海濕地圍墾改造, 灘涂減少、島嶼消失; 生物資源的過度利用, 天然經濟漁業資源的匱乏, 濕地生物多樣性平衡受損, 濕地生態系統呈現退化; 互花米草的生物入侵與紅樹林爭奪生存空間; 濕地受到城市污水、農藥、化肥、油污污染影響, 加劇了海水有機污染和富營養化, 誘發赤潮災害; 全球極端氣候、地區性突發極端氣候事件影響造成珊瑚礁死亡退化、紅樹林的病蟲害。總之, 50 a間北海市濱海濕地出現了一定程度的退化, 1998年后濕地狀況好轉趨勢減緩, 濱海濕地的自然修復耗時漫長、難度極大, 更需要加大保護與重建的力度。

[1] 陸健健.中國濱海濕地的分類[J]. 環境導報, 1996, 1: 1-2.

Lu Jianjian. Classification of coastal wetlands of china[J]. Environment Herald, 1996, 1: 1-2.

[2] Klemas V. Remote sensing of wetlands: case studies comparing practical techniques[J]. Journal of Coastal Research, 2011, 27(3): 418-427.

[3] 陳鵬. 廈門濱海濕地景觀格局變化研究[J].生態科學, 2005, 24(4): 359-363.

Chen Peng. Study on the change of iandscape pattern of coasta1 wetland in Xiamen City[J]. Ecologic Science, 2005, 24(4): 359-363.

[4] 張華, 苗苗, 孫才志. 遼寧省濱海濕地資源類型及景觀格局分析[J]. 資源科學, 2007, 29(3): 139-146.

Zhang Hua, Miao Miao, Sun Caizhi. Resource types and landscape pattern of coastal wetlands in LiaoningProvince[J]. Resources Science, 2007, 29(3): 139-146.

[5] 高義, 蘇奮振, 孫曉宇, 等. 珠江口濱海濕地景觀格局變化分析[J]. 熱帶地理, 2010, 30(3): 215-226.

Gao Yi, Su Fenzhen, Sun Xiaoyu, et al. On changes in landscape pattern of coastal wetland around the Pearl River Estuary in past two decades[J]. Tropical Geography, 2010, 30(3): 215-226.

[6] 林立, 何東進, 王韌, 等. 閩東濱海濕地景觀分類體系與格局特征[J]. 西南林業大學學報, 2012, 32(2): 62-68.

Lin Li, He Dongjin, Wang Ren, et al. Research on landscape classification and pattern feature of coastal wetland in East Fujian Province [J]. Journal of Southwest Forestry University, 2012, 32(2): 62-68.

[7] Petrosyan A F, Karathanassi V. Review article of landscape metrics based on remote sensing data[J]. Journal of Environmental Science and Engineering, 2011, 5: 1542-1560.

[8] 孟祥江, 朱小龍, 彭在清, 等. 廣西濱海濕地生態系統服務價值評價與分析[J]. 福建林學院學報, 2012, 32(2): 156-162.

Meng Xiangjiang, Zhu Xiaolong, Peng Zaiqing, et al. Evaluation and analysis on service value of coastal wetland ecosystem in Guangxi [J].Journa1 of Fujian College of Forestry, 2012, 32(2): 156-162.

[9] 吳黎黎, 李樹華. 廣西濱海濕地生態系統的恢復與保護措施[J]. 廣西科學院學報, 2010, 26(1): 62-66.

Wu Lili, Li Shuhua. The restoration and protections of coastal wetland ecosystem in Guangxi[J]. Journal of Guangxi Academy of Sciences, 2010, 26(1): 62-66.

[10] 曾聰. 廣西濱海濕地和濱海植被的概況[C]//中國生態學學會紅樹林學組執委會. 第四屆中國紅樹林學術會議論文摘要集. 廈門: 中國生態學學會紅樹林學組執委會, 2008: 44-45.

Zeng Cong. Survey of coastal wetlands and coastal vegetation in Guangxi[C]// Executive Committee of the mangrove science group, the China Institute of Ecology. Summary of the Fourth Symposium on Mangrove in China. Xiamen: Executive Committee of the mangrove science group, the China Institute of Ecology, 2008: 44-45.

[11] 彭在清, 孟祥江, 吳良患, 等. 廣西北海市濱海濕地生態系統服務價值評價[J]. 安徽農業科學, 2012, 40(9): 5507-5511.

Peng Zaiqing, Meng Xiangjiang, Wu Lianghuan, et al. Evaluation on service value of coastal wetland ecosystem in Beihai City of Guangxi[J].Journal of Anhui Agricultural Science , 2012, 40(9): 5507-5511.

[12] 北海市地方志編纂委員會. 北海年鑒(2009)[M]. 南寧: 廣西人民出版社, 2009.

Beihai Local Chronicles Compilation Committee. Yearbook of Beihai(2009) [M]. Nanning: Guangxi people’s Publishing House, 2009.

[13] 左平, 李云, 趙書河, 等. 1976年以來江蘇鹽城濱海濕地景觀變化及驅動力分析[J]. 海洋學報, 2012, 34(1): 101-108.

Zuo Ping, Li Yun, Zhao Shuhe, et al. Landscape changes of Jiangsu Yancheng coastal wetlands and their driving forces since 1976[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2012, 34(1): 101-108.

[14] 邱若峰, 楊燕雄, 劉松濤, 等. 唐山市濱海濕地動態演變特征及其機制分析[J]. 海洋湖沼通報, 2006, 4: 25-31.

Qiu Ruofeng, Yang Yanxiong, Liu Songtao, et al. The dynamic change and influential factors of the Tangshan coastal wetland[J].Transactions of Oceanology and Limnology, 2006, (4): 25-31.

[15] 曹永強, 梁鳳國, 楊俊. 遼河流域濱海濕地分類和時空變化規律研究[J]. 人民長江, 2008, 39(20): 18-20.

Cao Yongqiang, Liang Fengguo, Yang Jun. Classification and temporal and spatial variation of coastal wetlands in Liaohe River Basin[J].Yangtze River, 2008, 39(20): 18-20.

[16] 丁亮, 張華, 孫才志. 遼寧省濱海濕地景觀格局變化研究[J]. 濕地科學, 2008, 6(1): 7-12.

Ding Liang, Zhang Hua, Sun Caizhi. Landscape pattern change of coastal wetlands in Liaoning Province[J]. Wetland Science, 2008, 6(1): 7-12.

[17] 國家林業局. 全國濕地資源調查技術規程(試行)[M].北京: 國家林業局, 2008: 1-28.

State Forestry Bureau. Technical specification for wetland resources investigation in China (Trial) [M]. Beijing: State Forestry Bureau, 2008: 1-28.

[18] 廣西壯族自治區濕地資源調查隊. 廣西濕地資源調查報告[R]. 南寧: 廣西壯族自治區林業局, 2001.

Wetland Resources Investigation Team, The Guangxi Zhuang Autonomous Region. Investigation report on wetland resources in Guangxi[R]. Nanning: The Guangxi Zhuang Autonomous Region Forestry Bureau, 2001.

[19] 王夫強, 柯長青. 鹽城海岸帶濕地景觀格局變化研究[J]. 海洋湖沼通報, 2008, 4: 7-12.

Wang Fuqiang, Ke Changqing. Study on the change of landscape pattern in Yancheng coastal wetland[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 2008, 4: 7-12.

[20] 張緒良, 張朝暉, 徐宗軍, 等. 膠州灣濱海濕地的景觀格局變化及環境效應[J]. 地質論評, 2012, 58(1): 190-200.

Zhang Xuliang, Zhang Zhaohui, Xu Zongjun, et al. Landscape pattern changes and their environmental efects of coastal wetlands in Jiaozhou Bay[J]. Geological Review, 2012, 58(1): 190-200.

[21] 任玉環, 劉亞嵐, 許華, 等. 基于環境一號小衛星CCD圖像的濱海濕地監測研究[J]. 遙感信息, 2011, 3: 27-32, 37.

Ren Yuhuan, Liu Yalan, Xu Hua, et al. Study on coastal wetlands monitoring based on HJ-1 CCD image[J].Remote Sensing Information, 2011, 3: 27-32, 37.

[22] 姜玲玲, 熊德琪, 張新宇, 等. 大連濱海濕地景觀格局變化及其驅動機制[J]. 吉林大學學報(地球科學版), 2008, 38(4): 670-675.

Jiang Lingling, Xiong Deqi, Zhang Xinyu, et al. Change of landscape pattern and its driving mechanism of the coastal wetland in Dalian City [J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2008, 38(4): 670-675.

[23] 李婧, 王愛軍, 李團結. 近20年來珠江三角洲濱海濕地景觀的變化特征[J]. 海洋科學進展, 2011, 29(2): 170-178.

Li Jing, Wang Aijun, Li Tuanjie. Variations of coastal wetland landscapes in the Pearl River Delta in the last 20 years [J]. Advances in Marine Science, 2011, 29(2): 170-178.

[24] 谷東起. 山東半島潟湖濕地的發育過程及其環境退化研究—以朝陽港潟湖為例[D]. 青島: 中國海洋大學, 2003.

Gu Dongqi. The formation processes and environmental degradations of lagoonal wetlands along Shandong Peninsula: a case study of Chaoyanggang Lagoon[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2003.

[25] 廣西區遙感中心. 廣西海洋海岸帶遙感綜合調查成果報告[R]. 南寧: 廣西區遙感中心, 2001.

Guangxi Remote Sensing Center. Report on the results of remote sensing integrated survey of Guangxi marine and coastal zone[R]. Nanning: Guangxi Remote Sensing Center, 2001.

[26] 唐永彬.北海市紅樹林管理現狀及對策[EB/OL]. [2013-12-17].http: //www.forestry.gov.cn/portal/main/s/ 144/content-82470.html.

Tang Yongbin. Current situation and countermeasures of mangrove forest management in Beihai City[EB/OL]. [2013-12-17].http: //www.forestry.gov.cn/portal/main/s/ 144/content-82470.html.

[27] 許國輝, 鄭建國. 砂質海岸與淤泥質平原海岸的生態型保護研究[J]. 地學前緣, 2001, 8(2): 20.

Xu Guohui, Zheng Jianguo. Study on ecological protection of sandy coast and muddy plain coast[J].Earth Science Frontiers, 2001, 8(2): 20.

[28] 徐國瓊, 歐芳蘭. 南流江泥沙運動規律及其與人類活動的關聯[C]//陳五一, 何根壽, 朱鑒遠.中國水力發電工程學會水文泥沙專業委員會第七屆學術討論會論文集(上冊). 成都: 四川科學技術出版社, 2007.69-75.

Xu Guoqiong, Ou Fanglan. The law of sediment movement and its relation with human activities in the Nanliu River[C]//Chen Wuyi, He Genshou, Zhu Jianyuan. Proceedings of the Seventh Symposium on hydrology and sediment Professional Committee of China Hydropower Engineering Society(vol.1). Chengdu: Sichuan Science & Technology Publishing House, 2007: 69-75.

[29] 周雄. 北海市海平面變化及其對沿岸的影響[D]. 青島: 中國海洋大學, 2011.

ZHou Xiong. The sea level change of Beihai and its influence on the adjacent coast [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2011.

[30] 莫永杰, 廖思明, 葛文標, 等. 現代海平面上升對廣西沿海影響的初步分析[J]. 廣西科學.1995, 2(1): 38-41, 62.

Mo Yongjie, Liao Siming, Ge Wenbiao. Primary analyses of the impacts to Guangxi coastal areas by modern sea level rise[J].Guangxi Science, 1995, 2(1): 38-41, 62.

[31] 全國人民代表大會常務委員會. 中華人民共和國海洋環境保護法(1982年)[EB/OL]. [2013-04-07]. http: // www.lawyee.net/Act/Act_Display.asp?ChannelID=101 0100&ItemID=0&RID=28245.

Standing Committee of the National People’s Congress. Marine environment protection law of the people's Republic of China(1982)[EB/OL]. [2013-04-07].http: // www.lawyee.net/Act/Act_Display.asp?ChannelID=101 0100&ItemID=0&RID=28245.

[32] 許顯倩. 拯救紅樹林—廣西山口紅樹林病蟲害防治始末[J]. 南方國土資源, 2004, 6: 12-13.

Xu Xianqian. Save the mangrove Guangxi Shankou mangrove pest control process[J]. Land and Resources of Southern China, 2004, 6: 12-13.

[33] 廣西區遙感中心. 廣西環北部灣生態環境地質調查遙感解譯[R]. 南寧: 廣西區遙感中心, 2004.

Guangxi Remote Sensing Center. Remote sensing interpretation of ecological environmental geological survey in the Beibu Gulf of Guangxi[R]. Nanning: Guangxi Remote Sensing Center, 2004.

[34] 廣西紅樹林研究中心. 中國紅樹林國家報告[R]. 北海: 廣西紅樹林研究中心, 2003.

Guangxi Mangrove Research Center. National report of mangrove forests in China[R].Beihai: Guangxi Mangrove Research Center, 2003.

[35] 蘭竹虹, 陳桂珠. 南中國海地區紅樹林的利用和保護[J]. 海洋環境科學, 2007, 26(4): 355-359.

Lan Zhuhong, Chen Guizhu. Utilization and conservation of mangroves in South China Sea[J]. Marine Environmental Science, 2007, 26(4): 355-359.

[36] 李鳳華, 賴春苗. 廣西沿海地區環境狀況及其保護對策探討[J]. 環境科學與管理, 2007, 32(11): 59-62, 108.

Li Fenghua, Lai Chunmiao. The environment condition in Guangxi’s littoral and the discuss on its environmental protection strategy [J]. Environmental Science and Management, 2007, 32(11): 59-62, 108. and the Discuss on ItsEnvironmentalProtection Strategy

[37] 廣西壯族自治區海洋局.廣西壯族自治區2008年海洋環境質量公報[EB/OL]. [2013-12-17].http: //www.gxoa. gov.cn/NewsView.aspx?id=814.

Oceanic Administration of Guangxi Zhuang Autonomous Region. Bulletin of Marine Environmental Status of Guangxi Zhuang Autonomous Region for the year of 2008[EB/OL]. [2013-12-17].http: //www.gxoa.gov.cn/ News-View.aspx?id=814.

[38] 舒廷飛, 羅琳, 溫琰茂. 海水養殖對近岸生態環境的影響[J]. 海洋環境科學, 2002, 21(2): 74-80.

Shu Tingfei, Luo Lin, Wen Yanmao. Effects of mariculture on coastal ecological environment[J]. Marine Environmental Science, 2002, 21(2): 74-80.

[39] 楊學祥, 楊冬紅.全球氣溫呈波動下降趨勢: 2007年不是最暖年[EB/OL]. [2013-12-17].http: //guancha. gmw.cn/content/2007-12/07/content_707091.htm.

Yang Xuexiang, Yang Donghong. Global temperature is fluctuating downward trend: 2007 is not the warmest year[EB/OL]. [2013-12-17].http: //guancha.gmw.cn/ content/2007-12/07/content_707091.htm.

[40] 梁文, 黎廣釗, 張春華, 等. 20年來潿洲島珊瑚礁物種多樣性演變特征研究[J]. 海洋科學, 2010, 34(12): 78-87.

Liang Wen, Li Guangzhao, Zhang Chunhua, et al. Long-term changes of the coral reef biodiversity at Weizhou Island, Beihai, Guangxi[J]. Marine Sciences, 2010, 34(12): 78-87.

[41] 梁文, 黎廣釗, 范航清, 等. 廣西潿洲島珊瑚礁物種生物多樣性研究[J]. 海洋通報, 2010, 29(4): 412-416, 420.

Liang Wen, Li Guangzhao, Fan Hangqing, et al. Study on the species diversity of coral reef on Weizhou Island Beihai, Guangxi[J]. Marine Science Bulletin, 2010, 29(4): 412-416, 420.

(本文編輯: 劉珊珊)

Change and driving mechanism of landscape patterns in the coastal wetland of Beihai City in the last 50 years

LIANG Wen1, 2, 3, HU Zi-ning4, LI Guang-zhao1, 2, 3, SONG Yin-xian5, YU Ke-fu5, NONG Hua-qiong1, 2, 3
(1. Guangxi Mangrove Research Center, Guangxi Academy of Sciences, Beihai 536000, China; 2. Guangxi Marine Environment & Coastal Wetland Research Center, Beihai 536000, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Mangrove Protection and Utilization, Beihai 536000, China; 4. Guangxi Bureau of Geology and Mineral Exploration and Exploitation, Nanning 530023, China; 5. South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China)

Dec., 18, 2013

coastal wetlands; remote sensing; landscape pattern; landscape pattern index; Beihai City

With landscape ecology theory as a basis, we studied the landscape pattern of Beihai’s costal wetland and its dynamic changes over the past 50 years (1955—2004) using remote sensing images as the data source in addition to a field survey. The results show that over the past 50 years, Beihai’s coastal wetland has experienced a degradation trend, with decreases in the inter-tidal sandy beaches, inter-tidal silt beach, mangrove beach, and small-sized island wetland. The landscape pattern indexes indicate that 1977 and 1998 witnessed obvious changes to Beihai’s coastal wetland. In 1977, the impact of human activities increased, which caused a slight degradation in the coastal wetland, as indicated by the increased dominance index of the wetland landscape, decreases in the diversity and evenness indices, and a reduction in the total landscape area index to its minimum. In 1988, wetland protection efforts were enhanced, and the wetland recovered somewhat. For instance, the landscape diversity index, dominance index, and evenness index showed opposite patterns. Due to the increased levels of extreme weather and human disturbance to the wetlands in 1998, its mean patch fractal dimension decreased, while the patch density and landscape fragmentation indices reached their maxima. Changes in the wetland landscape pattern index reflected the influence of the following factors on the landscape pattern: reclamation transformation, biological invasion of spartina alterniflora, urban pollution, and extreme weather disasters. Of these factors, human activities were the major driving force behind the changes in the landscape pattern of the coastal wetland in Beihai.

P737; Q149

A

1000-3096(2016)02-0084-10

10.11759/hykx20131218001

2013-12-18;

2015-10-27

廣西自然科學基金重大項目(2012GXNSFEA053001); 國家自然科學基金項目(41203074); 北海市科技局基礎研究項目(北科合200601055); 廣西自然科學基金項目(桂科基0575025)

梁文(1967-), 男, 廣西北海人, 大學, 副研究員, 主要從事海洋地質、珊瑚礁地貌與生態研究, 電話: 0779-2055234, E-mail: gx.lw@163.com; 黎廣釗(1956-), 通信作者, 男, 廣西玉林人, 大學,研究員, 主要從事海洋地質、珊瑚礁地貌與生態研究, E-mail: gxlgv@163.com