鄱陽湖生態經濟區濕地景觀格局演變

(東華理工大學 測繪工程學院，江西 南昌 330013)

1 研究背景

濕地作為社會經濟發展的基礎性、戰略性資源，在涵養水源、 凈化水質、降解污染物、 調蓄洪水、 調節氣候、 維持生物多樣性和區域生態安全等方面發揮著重要的生態服務功能[1-4]。鄱陽湖作為中國的第一大淡水湖，對長江中下游乃至全國的生態環境都有著重要的意義，也承載著引領經濟持續發展的重要功能。近些年來，氣候變化、五大河流來水(贛江、撫河、修河、信江及饒河)和大型水利工程修建等人類活動造成鄱陽湖干旱和洪澇災害頻發、水位波動劇烈等一系列水文情勢變化。對鄱陽湖及其周邊濕地的景觀格局變化進行深入研究，有助于提出生態環境和社會經濟協調發展的有效意見。

景觀格局變化直接或間接影響著景觀中生物的多樣性、 能量流動、氣候變化、物質循環等過程[5-6]。景觀層面，景觀格局變化的研究主要以景觀破碎化為主，根據具體情況選取合適的景觀格局指數描述破碎化過程。景觀格局指數應用于景觀動態變化的研究成果豐碩，在濕地[7-8]、山地[9]、沿海地區或河流[10-12]、耕地[13]、礦區[14]、森林[15]等均有廣泛應用。像元層面，形態學空間格局分析(MSPA)在景觀破碎度分析中也有較多的應用。Cheng L等分析了改革開放以來全國范圍內農用地的破碎度變化[16]；de Oliveria等對巴西巴伊亞大草原因農用地擴張而導致的景觀破碎度進行分析[17]；Wang Z等對1954～2008年的松嫩平原西部濕地的破碎度及破碎度原因進行了分析[18]；Rogan等對馬薩諸塞州各城鎮的森林破碎度進行了分析[19]。但目前大部分研究都只是從景觀或者像元單方面進行研究，沒有將兩者結合起來，以更深層次地揭示景觀破碎動態演變過程。

為此，本文選擇鄱陽湖生態經濟區為研究區，從景觀層面選擇景觀格局指數，在像元方面選用MSPA方法，分別對鄱陽湖及周邊水系格局的時空動態變化進行分析。

2 研究區概況

鄱陽湖生態經濟區是中國南方經濟最活躍的地區之一，位于江西省北部，包括南昌、鷹潭、景德鎮3市，以及九江、新余、撫州、宜春、上饒、吉安的部分縣(市、區)，共38個縣(市、區)和鄱陽湖全部湖體在內，其濕地面積達到31.3萬hm2，是世界六大濕地之一(見圖1)。鄱陽湖濕地匯集贛江、撫河、信江、修河、饒河五大水系，占長江徑流量的15.6%，是長江三角洲、珠江三角洲、海峽西岸經濟區等重要經濟板塊的直接腹地。該區域基礎條件較好、發展潛力較大，是中部地區正在加速形成的增長極之一，在我國區域發展格局中具有重要地位。

圖1 研究區地理位置Fig.1 Location of study area

3 數據與方法

3.1 數據與處理

綜合考慮鄱陽湖生態經濟區的土地資源開發利用現狀，參考全國土地Ⅰ級分類標準，將研究區劃分為耕地、林地、草地、濕地、建設用地以及未利用土地6個類別,其中濕地包括河流、湖泊、水庫坑塘、灘地以及沼澤地(見圖2)[3]。本次研究采用1995,2000,2005,2010年和2015年土地利用數據，分別計算各年的景觀指數，并對不同時期的柵格數據進行MSPA處理，從景觀層面和像元層面分析鄱陽湖生態經濟區濕地景觀破碎過程。

圖2 1995年和2015年鄱陽湖生態經濟區濕地分布Fig.2 Distribution of wetlands in Poyang Lake Ecological Economic Zone in 1995 and 2015

3.2 景觀指數

景觀指數能夠高度濃縮景觀格局信息，反映景觀結構組成和空間配置方面的特征，是目前應用最為廣泛的定量研究景觀格局的方法[20]。在參考相關文獻的基礎上，選擇斑塊密度(PD)、斑塊平均面積(MPS)、斑塊平均形狀破碎化指數(FS1)和面積加權平均形狀破碎化指數(FS2)反映景觀破碎過程(見表1)[21-23]。

表1 景觀格局指數Tab.1 Landscape Indexes

3.3 形態學空間格局分析(MSPA)

形態學空間格局分析是基于腐蝕、膨脹、開啟、閉合等數學形態學原理對柵格圖像的空間格局進行度量、識別和分割的一種圖像處理方法[23]。 MSPA可以將目標像元分為核心區，孤島，連接橋，環道，支線，邊緣區和孔隙7種生態景觀類型(見圖3)[24]。

圖3 MSPA結構示意Fig.3 Structure representation of MSPA

4 結果與分析

4.1 濕地景觀結構變化特征

總的來看，1995～2015年鄱陽湖生態經濟區濕地面積先顯著增長后趨于平穩，但其內部濕地類型變化較劇烈(見表2)。湖泊、水庫坑塘、灘地變化較河渠、沼澤地明顯。湖泊面積在2005年達到了近20 a的峰值，較1995年增加了1 173.71 km2。2005年三峽工程截流,三峽工程邊施工邊運行導致鄱陽湖水位逐年下降，在2010年湖泊面積急劇減至1425.23 km2,2015年有所恢復。水庫坑塘與湖泊的變化一致，均呈現起伏增長的態勢，灘地變化較前兩者有較大不同，表現出先減后增再減的趨勢。2005～2010年間的變化尤為強烈，5 a間增加了1 117.22 km2。河渠、沼澤地的變化較為平緩，但兩者變化趨勢有較大的差異，河渠總面積在增加，而沼澤地則主要是減少。1995～2015年間，濕地總面積在2000年有較大的增幅，在2003年11月27日《江西省鄱陽湖濕地保護條例》實施后的10 a間濕地面積無劇烈變化，這主要跟1998年長江發生的全流域性大洪水與洪水過后實施的“退田還湖”工程造成鄱陽湖水位增高，洪水溢出淹沒周邊環境有關。在2000年，各類型濕地面積受洪水影響均有所擴張。

表2 鄱陽湖生態經濟區濕地動態變化
Tabl.2Dynamic change of the wetlands in the Poyang Lake Ecological Economic Zone km2

年份河渠湖泊水庫坑塘灘地沼澤地總面積1995758.671648.95953.541547.48892.525801.162000787.271945.871054.171475.87909.186172.362005707.662822.66944.29983.43611.986070.022010905.291425.23976.312100.65629.216036.692015966.591803.901035.21728.62522.846057.15

4.2 濕地景觀層面的格局變化過程

研究結果表明，鄱陽湖生態經濟區濕地的MPS在1995～2015年間呈波浪狀下降(見圖4)，在2000年降到了低谷，從2000年到2005年有了一定面積的增加，隨后以微小幅度趨勢減少。PD則與MPS呈現相反的變化態勢，在2000年增至高峰點，在之后的5 a間有所降低，在2000～2015年間出現一定的增幅。FS1、FS2呈現一致的變化趨勢，在研究期內出現逐漸增大的趨勢，FS1在1995～2000年間出現較大的增幅，且變化速度相對于其它階段快，FS2則出現了兩個快速增長階段，分別是1995～2000年和2010～2015年，從FS1和FS2這兩個指數的變化可知，景觀斑塊形狀變化大且向不規則方向演變。

總的來看，使用的4項指數均表明鄱陽湖生態經濟區濕地景觀的碎片化程度增加。受1998年特大洪水和“退湖還田”工程的影響，2000年鄱陽湖濕地面積有所增加，斑塊數目增多且分布廣泛，導致整個區域的降至研究期間內最低。在2010年《鄱陽湖生態經濟區規劃》實施后，建設用地擴張等高密度的土地利用活動以及2010年后大量還湖的農地返耕對整個鄱陽湖生態經濟區濕地的破碎化都有較大的影響[25]，這種影響會因水資源過度使用、濕地開墾等因素而加劇。這一系列的人類活動都對《鄱陽湖生態經濟區規劃》所提出的切實保護鄱陽湖“一湖清水”造成了挑戰。

4.3 濕地像元層面的格局變化過程

核心區、支線、邊緣區、孔隙、孤島、連接橋及環道的面積和比例變化表征了1995～2015年的濕地破碎化過程(見圖5)。從研究結果可以發現核心區在7個景觀類型中起主導作用，且變化顯著。研究期內核心區占總濕地面積的比例不斷減少，在1995～2015年間核心區濕地所占比例有了較大幅度的減少。邊緣區與核心區的變化態勢大致相同，而孔隙和環道總體上沒有表現出明顯的變化趨勢。相應地，隨著核心區、邊緣區濕地的減少，孤島、連接橋、支線相較于1995年都呈現了小幅度的增多趨勢，且孤島在2010～2015年間變化尤為顯著。因此，鄱陽湖生態經濟區的核心區濕地逐漸碎裂成孤島濕地。2010～2015年間核心區的面積相較于其它時間有所增加，與《鄱陽湖生態經濟區規劃》中所提出的“生態建設取得顯著成效”這一主要目標和《江西省鄱陽湖濕地保護條例》的共同作用有關。

圖4 景觀格局指數變化Fig.4 The Changes of landscape pattern

圖5 MSPA景觀破碎變化Fig.5 Changes of MSPA landscape pattern

圖6 MSPA空間格局Fig.6 MSPA spatial distribution map

此外，我們可以從鄱陽湖生態經濟區濕地的MSPA分析結果直觀地觀察研究區濕地破碎過程隨時間變化的空間演變趨勢(見圖6)。從整體來看，核心區濕地是1995年的主要景觀類型，其他類型濕地景觀分散于研究區內。在整個研究區內選擇4個具有典型變化的區域，分別比較1995，2005，2015年的變化過程。從1區和2區可見，1995年和2005年核心區的濕地面積有所減少、2005～2015年核心區的濕地面積有所增加，主要以大型核心斑塊破碎、零碎核心斑塊數量增加的形式來擴大面積。從3區可見，斑塊越加細碎化，較小型核心斑塊的細碎程度變化相對于較大型斑塊明顯。從4區可見，在小型核心濕地斑塊被蠶食后連接橋、孤島和支線都有顯著變化。

5 結 語

本文通過計算斑塊密度、斑塊平均面積、斑塊平均形狀破碎化指數和面積加權平均形狀破碎化指數4個景觀格局指數，結合形態學空間格局分析方法識別出7種景觀類型，分別從景觀層面和像元層面分析鄱陽湖生態經濟區濕地景觀格局的演變過程。結果顯示：研究區濕地面積呈現波浪狀增長；從景觀層面來看，研究區濕地越加破碎化，4項景觀格局指數在1995～2000年變化都較其它階段劇烈；從像元層面分析，核心區濕地是主要的景觀類型，其它濕地類型的變化相對于核心區來說較不明顯，且核心濕地面積增加主要以大型核心斑塊破碎、零碎核心斑塊數量增加的形式來擴大面積；MSPA方法較景觀指數可以更好地對景觀碎片進行分析，進一步提高了分析的可信度。

鄱陽湖生態經濟區濕地總量沒有特別劇烈的變化，且各景觀格局指數的變化也較為平緩，下一階段可以選用較長時間間隔或者研究更早時間的濕地變化來進一步分析濕地類型演變過程及驅動力。