大連市海水養殖遙感調查與分析

李翔宇

（大連市生態環境事務服務中心，遼寧大連 116023）

1 引言

海水養殖規模的不斷擴大給近岸海域帶來了不可忽視的水污染問題，比如營養鹽污染、有機質污染、重金屬污染、抗生素污染等［1］。由于海上養殖區分布廣泛、交通不便，對其進行全面的地面調查并進行有效監管相對困難，而遙感技術以其廣覆蓋、短周期、多信息的數據獲取優勢，為海水養殖區調查提供了有效、快捷的手段。近年來，海水養殖區遙感調查研究中，低、中、高分辨率遙感數據均有應用［2］，主要是與衛星及航空遙感技術的發展相適應。目前高分辨率遙感影像的應用越來越普遍，常用的遙感數據類型主要有全色影像、多光譜影像和微波雷達影像等，全色影像與多光譜影像的融合可大大提高影像的空間表現能力［3］。養殖區識別的方法主要分為目視解譯法［4-5］、自動提取法［2，6-7］。通過查閱文獻發現，一種自動識別方法往往只針對某一種或兩種養殖方式或某一種數據源進行，比如圍網養殖［6］、網箱養殖或浮筏養殖［2，7］，更換研究區、養殖方式或者數據源會引起方法的不適應或者提取精度的波動。本文利用高分辨率“全色+多光譜”融合影像，采用人機交互目視解譯方法，對大連市近岸海域養殖區進行分類信息提取，掌握了其現狀面積及空間分布情況，并結合海水水質情況進行了分析。其成果可作為環境影響評估、近海養殖區科學規劃與管理的重要依據，以促進海洋資源的合理利用及海洋環境的改善。

2 研究區概況

大連市地處遼東半島南端，東瀕黃海，西臨渤海，南與山東半島隔海相望，海域遼闊，海岸線綿長，得天獨厚的區位和自然條件使大連地區的海水增養殖業迅猛發展，已成為區域支柱產業之一，主要增養殖生物為海參、扇貝、牡蠣、蛤仔、魚、裙帶菜等［8］。

3 海水養殖區遙感調查

3.1 數據源

采用2019 年資源三號（ZY-3）、高分一號（GF-1）、高分二號（GF-2）、高分六號（GF-6）衛星影像數據進行海水養殖區調查，影像原始數據經波段合成、正射校正、全色與多光譜數據融合、調色、鑲嵌等操作獲得空間分辨率為2 m 的自然真彩色多光譜遙感影像，范圍覆蓋大連市大陸、島嶼，向海一側覆蓋圍海、填海、構筑物等用海及灘涂區域。采用CGCS2000坐標系，高斯—克呂格投影（3 度帶，中央經線123度）。

3.2 影像時相選擇

不同養殖物種有著不同的生長周期，有些養殖方式，比如筏式養殖和網箱養殖，在不同的生長階段，養殖區在遙感影像上呈現的光譜特征是有較大差別的。以裙帶菜為例，每年6—10 月育苗，然后在海上浮筏養殖至第二年3—4 月份采收，采收前養殖區紋理特征明顯，邊界清楚，采收后養殖區與周邊海水顏色沒有明顯差異。因此遙感影像的采集時間應依據養殖物種的養殖周期選擇，推薦掛（投）苗后—采收（捕）前，工廠化養殖和池塘養殖不受此限，但也應避開冬季結冰期的影響。

當對研究區養殖物種了解較少時，可基于中分辨率遙感影像（Landsat 8）［9］通過逐季度/逐月對比的方式選擇水產生長茂盛期。大連市筏式養殖主要分布在黃海海域，以4 月份影像為主；網箱養殖主要分布在瓦房店、長興島海域，以6 月份影像為主；其余地區選用6—9 月份影像。影像無云、霧覆蓋。

3.3 影像解譯

大連市主要增養殖模式為淺海筏式養殖、網箱養殖、海水底播增殖、池塘養殖、工廠化養殖等［8］。其中，海水底播增殖方式無法通過遙感方式進行識別，其余養殖方式可通過實地調查建立遙感解譯標志，見表1，根據解譯標志對各類養殖區進行判讀勾繪，完善屬性信息。

表1 海水養殖區遙感解譯標志

4 結果與分析

根據大連市海水養殖區遙感調查結果，2019 年大連市海水養殖面積約1 234.45 km2，未計入底播養殖區域。

大連市海水養殖區沿大陸岸線及島嶼綿延分布，十分廣泛；池塘養殖主要分布在大連北部縣區，黃、渤海域分布相當；筏式養殖主要分布在大連市區東部及長海縣，黃海開放海域；工廠化養殖和網箱養殖主要分布在大連北部縣區、渤海海域；中心城區周邊的養殖區基本已經退出。

大連市海水養殖區遙感調查結果見表2。從表2可以看出，按照養殖方式比較，池塘養殖面積最大，筏式養殖次之，工廠化養殖和網箱養殖面積較小；按照所在海域比較，黃海海域養殖面積遠大于渤海海域。

表2 大連海水養殖區遙感調查結果

各海灣中，養殖區分布較多的有普蘭店灣、青堆子灣、復州灣、董家口灣，均以池塘養殖為主，大連灣、大窯灣海水養殖區已基本退出。其中，普蘭店灣養殖區面積最大，約為206.39 km2，占大連渤海養殖區面積的52.6%，占全市海水養殖區面積的16.7%。近年來，池塘養殖區不斷向海上擴張，目前東西延伸可超30 km，南北延伸可超10 km，2005—2019 年，普蘭店灣灣口處由24 km 縮小為17 km 左右；青堆子灣養殖區面積約為83.00 km2，占大連市黃海養殖區面積的9.9%，占大連全市海水養殖區6.7%，青堆子灣一半以上面積被養殖區侵占。

根據《大連市生態環境狀況公報》（2018 年度）［10］，普蘭店灣及青堆子灣等局部海域污染較重，主要污染因子是無機氮和活性磷酸鹽，并在8 月份出現重度富營養化狀態，而海水增養殖區域主要超標因子為無機氮和活性磷酸鹽［11］，這與養殖區遙感調查結果是相匹配的。養殖區殘余餌料及養殖物種糞便帶來大量有機質污染，有機質降解過程中又持續釋放氮、磷等化合物［1］，造成污染。同時，養殖區的擴張使得半封閉海灣越來越小，灣口越來越狹窄，海水交換速率緩慢，污染物不易轉移和擴散，海水凈化納污能力被削弱，進一步加劇了海水污染的風險。

5 結論

（1）基于高分辨率多光譜遙感影像可以較為清晰地判別池塘養殖、筏式養殖、工廠化養殖和網箱養殖區域，海水底播養殖區域無法識別。遙感影像時相的選取要考慮研究區養殖物種的養殖周期，推薦掛（投）苗后—采收（捕）前，否則筏式養殖與網箱養殖面積容易被低估。

（2）不考慮海水底播養殖區域，大連市海水養殖以池塘養殖和筏式養殖為主，黃海養殖面積遠大于渤海，渤海以池塘養殖為主，黃海以筏式養殖為主。各海灣中，普蘭店灣、青堆子灣、復州灣、董家口灣養殖區面積較大。中心城區周邊、大連灣、大窯灣海水養殖已基本退出。

（3）普蘭店灣和青堆子灣的氮、磷污染與海水養殖密切相關。一方面是養殖殘餌與糞便排放帶來了海水污染，另一方面是養殖區擴張侵占海灣面積，尤其是灣口變窄使得灣內外海水交換速率放緩，海水自凈能力的下降也是重要原因。