鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化及驅動力分析

陳富強

（遼寧師范大學城市與環境學院 大連市 116029）

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鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化及驅動力分析

陳富強

（遼寧師范大學城市與環境學院 大連市 116029）

摘要：通過RS和GIS技術獲取1995-2014年20年間共10期鴨綠江口濱海濕地遙感影像并建立濕地分類系統，利用面積轉移矩陣和景觀格局指數對該地景觀格局變化進行分析，利用雙重篩選逐步回歸探討驅動力機制。結果表明：灘涂、臨海草地和蘆葦面積一直減少，面積分別減少80.736 3 km2、55.189 8 km2、3.303，建設用地、水稻田、人工鹽沼面積一直在增加，其面積分別增加42.285 6 km2、22.512 6 km2、10.286 1 km2，臨海林地和其他用地面積呈現先減少后增加的趨勢。各類濕地類型在斑塊數量上存在不同的變化，濕地景觀的分布均勻程度、多樣化和復雜性都先增后減，破碎化程度和聚集度、延展度先增后減。氣候、水文等自然原因是影響各類濱海濕地景觀變化的基礎，人口增長、經濟發展、城市化水平提高、科技進步等人為原因是該地景觀變化的主要驅動因素。

關鍵詞：鴨綠江口；濱海濕地；轉移矩陣；景觀格局；驅動力

濱海濕地是指沿海區域以及濕地范圍的島嶼和低潮時水深不超過6 m的水域［1］，是介于海洋生態系統與陸地生態系統的一種特珠的生態系統，擁有多種多樣的生態種類，包括河口、淺海、海灘、鹽灘、潮灘、泥炭沼澤、沙壩、沙洲、瀉湖、紅樹林、珊瑚礁、海草床、海灣、海堤、海島等［2］。濱海濕地具有強大的生態功能，在蓄洪防旱、調節氣候、促淤造陸、降解環境污染等方面起著重要作用［3］。濕地生態系統獨特的水文狀況、陸地和水域生態系統的交錯帶作用以及由此而產生的特殊的生態系統功能［4］，使其成為全球環境變化研究的熱點區域。

鴨綠江口濱海濕地是國家重要濱海濕地之一，地處我國海岸帶最北端，是我國境內唯一地處中溫帶的濱海濕地。學界對鴨綠江區域物種變化、濕地資源和重金屬污染研究較多，論文數量多達150篇，對該地區景觀格局變化與驅動力的定量分析研究較少。因此，為了更精確地了解鴨綠江口濱海濕地變化狀況及驅動因素，本文以鴨綠江口濱海濕地為研究區，運用景觀生態學原理及方法，借助RS和GIS技術對鴨綠江口濱海濕地進行分類并建立濱海濕地分類系統，利用轉移矩陣方法和景觀格局指數方法對其景觀格局的變化進行分析，利用雙重篩選逐步回歸研究其驅動因子，從而揭示該地區濕地景觀格局與自然生態過程和社會經濟之間的關系，為鴨綠江口濕地資源的保護、利用及可持續發展提供科學依據。

1　　國內外研究概況

國外濕地研究較早，理論較成熟。1956年，美國漁業和野生動物局最早提出濕地的定義，開始保護候鳥及魚類資源［5］。1971年2月，在伊朗的拉姆薩爾召開了“濕地及水禽保護國際會議”，會上通過了《拉姆薩爾公約》，開始以公約的形式保護濕地資源和合理利用。20世紀80年代，美國和加拿大在完成本國濕地調查、編目的基礎上，研究重點轉向濕地分類、濕地生態系統及其形成過程的研究［5］。隨著RS和GIS的不斷進步，濕地動態變化的研究手段更為豐富。如Maingi J.K［6］等利用Landsat MSS/TM數據對肯尼亞塔納河下游進行了濕地景觀動態監測和研究；Kingsford R.T［7］等利用GIS緩沖區分析方法獲得景觀形狀破碎度指數來揭示不同空間尺度下濕地景觀喪失、破碎化以及格局特征與動態規律。

國內濱海濕地研究開始于20世紀50年代，期間一直使用“沼澤”的概念，直到20世紀80年代中期，濕地概念才廣泛流傳［5］。1992年中國加入濕地公約，國內對濱海濕地的研究日益增多，不同學科、不同領域的學者對各個地區的濱海濕地進行了不同程度的研究［8］。如張緒良總結了30多年來濕地的退化過程以及對退化濕地的生態恢復與重建措施［9］。王永麗等對比研究了黃河三角洲2000年和2009年濕地不同時空尺度的景觀格局變化［10］。勞燕玲利用壓力-狀態-響應（PSR）模型框架，對欽州市濱海濕地生態安全狀態進行了評價［11］。黃建國對福建主要濱海濕地生態系統的污染狀況進行了評價［12］。當前，研究濱海濕地格局變化并對景觀格局驅動因素進行分析是景觀生態學的熱點，如翟萬林等運用景觀生態學原理，通過景觀格局指數對長江口濱海濕地景觀格局的變化特征進行了分析［15］。

2　　研究方法及數據來源

2.1研究方法

2.1.1轉移矩陣

馬爾科夫轉移矩陣是指系統分析中對系統狀態與狀態轉移的定量描述［16］，而濕地的動態轉移矩陣，可以研究濕地類型的轉移去向，對于分析濕地類型變化的驅動機制有重要意義。

式中，pnn表示轉移土地面積的百分比。

2.1.2景觀格局指數

景觀格局指數是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結構組成和空間配置某些方面的簡單定量指標［17］。結合各景觀指數含義，本著指向性、適宜性和全面性原則，本文選用了斑塊類型面積（CA）、斑塊數量（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊面積指數（LPI）、斑塊類型百分比（PLAND）、斑塊分散指數（SPLIT）等景觀指數；對于景觀水平指數選擇景觀總面積（TA）、斑塊數量（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數（LSI）、多樣性指數（SHDI）、均勻度指數（SHEI）、聚合度指數（AI）、聚集度指數（CONT）等。

2.1.3雙重篩選逐步回歸

由于濱海濕地景觀類型多樣且本身也是隨時間變化的，而影響景觀格局的因素也有多個，因此需要探討多對多的回歸分析問題。雙重篩選逐步回歸分析，就是在由多個自變量和多個因變量組成的數據矩陣中，把多個因變量分組，找出哪些自變量對哪一組因變量有影響，并根據各個自變量方差貢獻的顯著性檢驗結果，精選出一些對某一組因變量的方差貢獻較大的自變量，分別按組建立回歸模型［18］。

2.2數據來源

本文遙感影像全部來源于美國地質調查局官網，選取季節較一致、云量低于10%、質量較好、軌道號為118/32、分辨率為30 m的1995-2014年20年間共10期遙感影像為基礎數據，鴨綠江濱海濕地矢量圖為輔助數據。以ENVI4.7軟件為平臺，選擇TM 5、4、3波段進行假彩色合成，在幾何糾正、圖像增強等處理后，采用最大似然法進行監督分類并結合人工目視解譯，結合google地球對分類后的影像進行修正，精度驗證Kappa系數均達80%以上。DEM數據來源于地理空間數據云，氣候、人口、經濟、科學技術數據全部來源于丹東年鑒和丹東統計年鑒。

3　　鴨綠江口濱海濕地分類

3.1研究區概況

遼寧鴨綠江口濱海濕地自然保護區位于遼寧省東港市境內，北起鶴大公路、東至鴨綠江口文安灘島、南臨黃海、西與大連莊河接壤，地理坐標為120°21ˊ39″E—123°30ˊ50″E，39°40ˊ50″N—40°50″N。保護區沿93km海岸線呈帶狀分布，東西長120km，南北寬50 km，面積108 057 hm2，占全市總面積的43.7%［19］。因濱海濕地受漲落潮變化影響較大，淺海范圍各有不同，為便于遙感數據獲取和遙感影像解譯的準確度，本文結合鴨綠江濱海濕地現狀及前人資料［20］確定研究區范圍。

3.2濱海濕地分類

根據鴨綠江口濱海濕地的地貌特征、資源特征和經濟特征，結合國內濱海濕地的分類方案［21-22］，本文將鴨綠江口濱海濕地按照三級分類系統進行分類（見表1），一級分類將研究區濱海濕地分為濕地和非濕地兩類；二級分類依據人類對濱海濕地景觀的干擾強度劃分為自然濕地和人工濕地2類；三級分類則綜合考慮水文、植被、濕地利用現狀等要素將自然濕地和人工濕地進一步劃分為若干類型，其中自然濕地包括淺海水域、灘涂、河流、臨海林地、臨海草地、蘆葦6類，人工濕地包括水稻田、人工鹽沼2類。建設用地和其他土地劃為非濕地。旱田、一般農用地、未利用土地歸為其他用地。

表1　　鴨綠江口濱海濕地分類系統

4　　鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化分析

4.1鴨綠江口濱海濕地面積轉移分析

為了便于研究，本文選取變化特征明顯、時間跨度較合理的三期遙感影像（1995年、2005年、2014年）導入ArcGIS10.0生成鴨綠江口濱海濕地景觀類型分布圖（圖1），統計并計算得出20年間各濕地景觀類型之間的面積轉移矩陣（表2、表3），其中，列表示前一時間段的濱海濕地景觀類別，行表示后一時間段的濱海濕地景觀類別，行和列交叉處表示變化值。

圖1　2014年鴨綠江口濱海濕地景觀類型分布圖

表2　1995-2005年濱海濕地景觀類型面積轉移矩陣（百分比）

由表2可以看出，1995-2005年10年間鴨綠江口濱海濕地各景觀類型面積轉移百分比情況，其中，灘涂、臨海林地、臨海草地、蘆葦、其他用地這5種景觀類型面積在10年間分別減少76.49 km2、7.056 9 km2、12.06 km2、1 km2、4.414 5 km2，而其他景觀類型面積增加，大部分自然濕地被開發成人工濕地，自然濕地減少，人工濕地增多。灘涂、臨海林地、水稻田、蘆葦面積轉移量最大，分別占58.256%、63.163%、50.985%、41.7%。灘涂類型變化過程中，有50.433%的灘涂轉移為淺海，3.108%的灘涂被開采為人工鹽沼，2.313%的灘涂被建設用地占用。臨海林地中，有29.343%轉化為蘆葦，有12.992%轉化為建設用地。水稻田有22.199%是由臨海草地轉化，也有32.33%轉化為草地，占轉移面積中最大。蘆葦面積轉移大多朝向建設用地，約占10.6%。

表3　2005-2014年濱海濕地景觀類型面積轉移矩陣（百分比）

由表3得到，2005-2014年間臨海林地、臨海草地、蘆葦、建設用地面積轉移最大，分別占3.429%、70.699%、42.234%、47.212%。灘涂有7.155%轉化為建設用地；臨海林地中，12.809%轉化為建設用地，17.667%轉化為其他用地；臨海草地有36.499%被開采為水稻田，有24.711%被建設用地占用；蘆葦有20.642%轉化為臨海林地；人工鹽沼有18.868%轉化為建設用地。總的來說，淺海、灘涂、臨海草地、蘆葦面積減少，其他濕地類型面積增多。相較于1995-2005年期間灘涂、臨海林地、臨海草地、蘆葦、其他用地共5類濕地面積減少情況，本時間段臨海林地和其他用地面積不再減少反而增加，其主要原因是環保意識增強，城市范圍內綠化面積增多，但同時開墾農用地力度增大，農業進步。

對比3個時間段的面積變化發現，淺海面積先增加后減小，但總的來看是增加的趨勢；臨海林地和其他用地面積先減少后增加，總的來看是在增加的趨勢；灘涂、臨海草地、蘆葦的面積一直減少；河流、人工鹽沼、水稻田和建設用地一直在增加。現階段，灘涂、臨海草地必將進一步減少，建設用地、水稻田和人工鹽沼將繼續增加。

4.2鴨綠江口濱海濕地景觀指數分析

將ArcGIS10.0中生成鴨綠江口濱海濕地景觀類型分布圖導出成grid格式，輸入到Fragstats4.2中，在該軟件中依次設置各個景觀格局指數，運行Fragstats4.2，輸出結果見表4。

表4　鴨綠江口濱海濕地斑塊類型水平指數

由表4可知：各濕地景觀類型面積（CA）差別較大，其中灘涂面積由0.976 9減少到0.410 3、臨海草地面積由0.713 4減少到0.334 9、蘆葦面積由0.162 7減少到0.140 6，而人工鹽沼、水稻田、建設用地、其他用地、河流逐年增加，表明灘涂、臨海草地和蘆葦等自然濕地被大范圍開發成人工鹽沼、水稻田和建設用地等人工濕地。臨海林地面積變化不大，淺海面積呈現先增后減的趨勢。在斑塊個數（NP）和斑塊密度（PD）指數上，蘆葦隨著時間的推移，斑塊個數（NP）由104到145，斑塊密度（PD）由954.724（個/公頃）增大到1 331.11（個/公頃），說明空間異質性增大，破碎化程度增大，人為對蘆葦的干擾程度增大，同時反映蘆葦景觀的脆弱性增強。其他濕地景觀雖然變化范圍不同，但都呈現先減后增的趨勢，主要原因在于前期開發緩慢，后期單純追求經濟利益粗放式開發導致各景觀異質性增強。在最大斑塊面積（LPI）指數方面，灘涂、臨海草地、水稻田、建設用地、其他用地變化較大，說明這些濕地景觀開發利用率較高，導致最大斑塊面積浮動較大。斑塊占景觀總面積的比例（PLAND）指數方面，灘涂、臨海草地、蘆葦所占比列逐漸減少，人工鹽沼、水稻田、建設用地所占比例增加，說明自然濕地的豐度比減小，而人工濕地的豐度比增大。斑塊分散指數（SPLIT）指數上，灘涂、河流、臨海草地、其他用地逐漸增加，說明這些濕地的分離程度增加，聯接度降低，穩定性減小。人工鹽沼、水稻田、建設用地先減后增，且變化幅度很大，表明這些濕地開發利用較多，濕地類型轉換較大。各種濕地類型的周長面積分維數（PAFRAC）變化不大，但大部分數值高于1.5（淺海、灘涂除外），說明各類濕地的形狀復雜性較大，規整程度較低，空間結構凌亂。

表5　鴨綠江口濱海濕地景觀水平指數

由表5可知，鴨綠江口濱海濕地景觀在斑塊數量（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數（LSI）、多樣性指數（SHDI）、均勻度指數（SHEI）都呈現先減后增的趨勢，斑塊數量（NP）由2 937減少到2 500再增大到3 432；斑塊密度（PD）由26 961.774 3減少到22 950.097 3再增大到31 505.8936；景觀形狀指數（LSI）由20.705減少到19.021 2再增大到23.511 3；多樣性指數（SHDI）和均勻度指數（SHEI）變化范圍較小。說明鴨綠江口濱海濕地不同斑塊類型所占比列較大，濕地景觀的分布均勻程度和多樣性、復雜性都先增后減。在破碎化指數（AI）、聚集度指數（CONT）方面先增后減，其中破碎化指數（AI）由88.418 7%增大到89.443 3%再減小到86.687 3%，聚集度指數由說56.7353增大到58.380 3再減少到56.763，說明各斑塊類型的破碎化程度和聚集度、延展度先增后減。

5　　鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化驅動力分析

5.1景觀格局變化驅動力指標體系

景觀格局演變動力學的研究核心是景觀格局變化和驅動力的關系［23］。通過對鴨綠江地區自然環境和社會經濟狀況資料的搜集和分析，本著驅動因子的代表性、科學性、差異性和可獲得性原則，從自然驅動力和人文驅動力兩大系統中選取因子構建驅動機制（見表6）。

表6　　鴨綠江口濱海濕地景觀格局變化驅動力指標體系

5.2景觀格局變化驅動分析

本文選取灘涂、臨海林地、臨海草地、蘆葦、水稻田、人工鹽沼、建設用地等7種具有特征的景觀類型進行驅動分析。利用遙感軟件提取1995-2014年各景觀類型的面積，收集各驅動指標值并導入DPS軟件處理系統，運行雙重篩選逐步回歸，去除相關性小的自變量，精選對因變量貢獻值大的自變量并整理。根據回歸結果將各個濕地類型分為5組，其中水稻田、蘆葦為第一組，灘涂為第二組，臨海林地、臨海草地為第三組，人工鹽沼和建設用地為第四組。因篇幅關系，文中只出現第一組數據表。

5.2.1水稻田、蘆葦驅動因素分析

表7　　水稻田、蘆葦景觀驅動模型分析結果

由表7可知，水稻田和蘆葦景觀驅動因素一致，但相關性正好相反，影響水稻田和蘆葦景觀變化的主要因素有城市化水平、氣候、農林牧漁產值、農民人均收入水平、房建用地、農機總動力、化肥施用量、科技項目。氣候條件是水稻田和蘆葦生長的基礎條件，農機動力、化肥施用量、農林牧漁產值能很好地反應水稻田面積的變化。城市化水平的提高，房建面積增加提高了水稻種植面積，但對蘆葦卻是一種破壞。由遙感影像和轉移矩陣也可以得知，蘆葦面積很大一部分被開發成水稻種植區，使得蘆葦面積減少，水稻種植面積增加。各驅動因素對蘆葦與水稻的影響顯著水平存在差距，城市化水平是影響蘆葦減少的最顯著因素，而化肥使用量與房建用地與水稻田變化的顯著水平最高。

5.2.2灘涂驅動因素分析

影響鴨綠江口灘涂濕地變化的主要驅動因素為城市化水平、年降水量、房建用地、有效灌溉面積、科技項目，總的來說，人口變化、氣候條件、房建用地、科技水平是影響灘涂變化的主要因素。其中，科技與灘涂面積成正相關，這是因為隨著科技的發展，填海造田的技術越來越先進，圍海造陸越來越多，增加了灘涂的面積。而城市化水平，房建用地、有效灌溉面積與灘涂面積呈現負相關，原因在于隨著人口增長，飲食和住房的擴大對建設用地和農耕地需求越來越大，開發灘涂濕地為建設用地和農耕地的面積也越來越大，濕地面積不斷減少。

5.2.3臨海林地、臨海草地驅動因素分析

臨海林地和臨海草地所受驅動因素相似，雖然回歸系數有差異，但都受到氣候、經濟條件和科技水平的影響，其中氣溫、社會消費品零售額、科技項目與臨海林地、臨海草地成正相關，其他因素都成負相關。財政收入是臨海林地、臨海草地格局變化最顯著的影響因素，東港市經濟的發展間接導致了臨海林地、臨海草地的減少。

5.2.4人工鹽沼、建設用地驅動因素分析

人工鹽沼、建設用地的驅動因素相似，其中有效灌溉面積與人工鹽沼、建設用地呈現負相關，城市化水平，地方財政收入、房建用地、農林牧漁總產值、高新技術產值、科技項目與人工鹽沼和建設用地呈現正相關。對人工鹽沼影響水平最大的是農林牧漁總產值，對建設用地影響水平最大的是城市化水平。由表推測隨著經濟的發展和城市化水平的提高，建設用地和人工鹽沼面積也將持續增加。

6結語

通過轉移矩陣表明鴨綠江口濱海濕地20年間，灘涂、臨海草地、蘆葦的面積一直減少；河流、人工鹽沼、水稻田和建設用地一直在增加，臨海林地和其他用地面積先減少后增加。通過景觀格局指數表明濕地景觀的分布均勻程度、多樣化和復雜性都先增后減，破碎化程度和聚集度、延展度先增后減。氣候條件是景觀形成的基礎，而城市化水平、經濟發展水平和科技水平是影響景觀變化的最主要因素。

研究過程中存在不足：一是在利用遙感影像解譯過程中，受潮起潮落影響，淺海范圍的一致性很難把握，存在一定的誤差，對結果有一定的影響，二是本文采用雙重篩選逐步回歸方法對驅動力進行分析，模型較簡單，需要不斷完善。

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收稿日期：2016-03-07