白城市沼澤濕地景觀格局變化及驅動力分析

孔令陽 劉吉平

(吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000)

自然界中，濕地是最富生物多樣性的生態景觀，同時濕地為人類提供了重要的生存環境[1,2]。濕地與氣候、水文和土壤等要素的相互作用，每個要素一旦因自然環境的變化而變動，或因人為活動而受到不同程度干擾時，則會產生一系列變化，影響濕地的形態和生態效益，進而對地表環境和人類生產生活產生巨大的影響。目前我國的濕地受人為干擾劇烈，面積急劇下降。面對濕地格局的強烈變化，認清現狀、發現原因并找出解決方法有著十分重大的現實意義。目前，國內外對濕地景觀格局演變主要通過定性描述、景觀生態疊置和景觀格局數量分析等方法進行研究[3-5]，對白城市濕地景觀格局變化研究較少。白城市位于吉林省西部，是較典型的濕地分布區域，探究白城市沼澤濕地的景觀格局變化，有利于進一步了解濕地、保護濕地。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

白城市區域范圍介于E121°38′～124°22′，N44°13′～46°18′，總面積為25759km2，見圖1。白城市地形為平原、低山和丘陵，地勢由西北向東南傾斜[6]，西北部為低山丘陵，海拔300～660m；東部為平原，海拔130～140m；西部偏南地區分布著大小不一的沙丘、沙壟，分布范圍較為廣泛，海拔160～180m。白城市屬于半濕潤半干旱季風氣候，年均降水量在400mm左右，年均溫5.2℃。白城市有8大河流，包括霍林河、蛟流河、那金河、呼爾達河、二龍濤河、額木太河、文牛格尺河、嫩江。土壤類型主要為黑鈣土、草甸土、鹽堿土和沙壤土。白城市還有2個國家級自然保護區，分別是位于通榆縣的向海國家級自然保護區和位于鎮賚縣的莫莫格國家級自然保護區。

白城市下轄洮北區、通榆縣、鎮賚縣、洮南市、大安市5個市縣。地區生產總值708.8億元，193.46萬人，白城市主要以農業發展為主，是國家級大型商品糧基地。

1.2 數據來源與處理

白城市的人口、GDP數據來源于統計年鑒。濕地數據均從1985年、2000年和2015年的Landsat TM、OLI遙感數據獲得，3期遙感影像均由美國地質調查局提供，其中所有遙感影像數據的空間分辨率相同，均為30m，且選取時間主要集中在每年的6—8月，天氣條件為晴朗無云。分別對3期遙感影像的5、4、3波段進行標準假彩色合成，并對合成的遙感影像分別進行圖像增強、融合等前期處理，然后進行幾何糾正。前期數據處理完畢后，對3期遙感影像建立圖像解譯標志，利用遙感軟件對其進行目視解譯，然后在遙感影像上解譯沼澤濕地，沼澤濕地斑塊最小面積為0.01km2，最終得到白城市的1985年、2000年以及2015年的沼澤濕地分布圖。采用抽樣統計精度驗證法，在野外設立驗證點92個，并結合谷歌地球與高分一號遙感影像對解譯結果進行檢驗，最終1985年、2000年與2015年的解譯精度分別達到89.2%、90.3%、90.8%以上，基本可以滿足本文的研究需求。

1.3 研究方法

景觀指數能夠高度而又準確地反映景觀格局的相關信息，可以定量的描述和監測景觀結構特征隨時間的變化過程，反映其空間配置和結構組成特征的定量指標[7-10]，因此本文在類型尺度水平上計算1985—2015年各網格景觀格局指數，揭示景觀格局動態變化過程及其時空規律。根據不同景觀指數表述的意義，主要選取斑塊密度(PD)、最大斑塊占景觀面積比例(LPI)、景觀形狀指數(LSI)、聚集指數(AI)表示白城市沼澤濕地的破碎化程度、空間分布排列特征等。濕地質心和標準差橢圓方法是研究濕地格局變化的主要方法之一，具體計算公式和方法參照Mitsch W J等研究方法。

2 結果與分析

2.1 白城市沼澤濕地空間格局動態變化特征

從沼澤濕地面積變化來看，白城市1985年、2000年、2015年沼澤濕地面積分別為2151km2、1944km2、1277km2，呈現逐漸減少的趨勢，減少了874km2,其中1985—2000年濕地面積減少了207km2，2000—2015年濕地面積減少了667km2，降低速率較大。從濕地動態度來看，1985—2015年白城市沼澤濕地動態度為1.35%,其中以2000—2015年白城市沼澤濕地動態度最大，為2.29%，因此1985—2015年白城市沼澤濕地面積喪失主要集在后期，而前期變化相對較少。

從沼澤濕地空間分布來看，白城市沼澤濕地主要分布在研究區北部、西南部，以及洮兒河和霍林河沿岸。1985—2015年沼澤濕地面積從較集中轉變為較分散，沼澤濕地面積喪失較多的地區主要集中在研究區的東部和西南部，以及霍林河沿岸，見圖2。

圖2 1985—2015年白城市沼澤濕地空間分布圖

由圖3可知，自1985—2015年30a間白城市沼澤濕地質心總體呈現由西南向東北移動的趨勢，具體為先向北移動后向東移動的變化格局，說明研究區的西南地區沼澤濕地喪失較多，其中1985—2000年的重心轉移距離為6.42km；2000—2015年的重心轉移距離為9.06km，其重心轉移距離較1985—2000年長。1985—2015年沼澤濕地標準差橢圓長軸無明顯變化，標準差橢圓短軸變化較大，由1985年的40.9km增加到2015年的48.3km，沼澤濕地標準差橢圓面積也由1985年的11692.0km2增加到2015年的13848.4km2，說明白城市沼澤濕地的空間分布更加分散，由集中連片分布變為分散分布，具體見表1。

表1 1985—2015年白城市沼澤濕地標準化橢圓參數

圖3 1985—2015年白城市沼澤濕地標準化橢圓分布圖

2.2 白城市沼澤濕地景觀格局動態變化特征

利用Fragstats 4.2軟件計算不同時期白城市整體以及各網格的景觀格局指數，在此基礎上利用ArcGIS 10.3軟件分別對各網格景觀格局指數進行克里格值，用以分析沼澤濕地景觀格局指數的空間變化，具體見表2。

表2 1985—2015年白城市沼澤濕地景觀指數變化情況

1985—2015年，白城市沼澤濕地斑塊密度變化趨勢呈現為先下降后上升，最大景觀占景觀面積比例變化趨勢呈現為先上升后下降，尤其在2000—2015年下降幅度巨大，說明景觀破碎化程度加強，與濕地面積不斷喪失有關。而景觀形狀指數變化趨勢則是呈先下降后上升，這說明景觀形狀逐漸呈現出不規則化的趨勢。景觀聚集指數從1985年開始呈緩慢上升趨勢，而在2000—2015年迅速下降，說明21世紀后，斑塊結構趨于分散。

從空間分布上看，白城市沼澤濕地斑塊密度較高的區域主要集中在研究區北部和西南部的保護區附近，而城市及周邊區域的值普遍較低。斑塊密度與景觀破碎化程度呈正比，說明濕地結構趨于破碎。白城市最大斑塊占景觀面積比例在1985年呈較均勻分布狀態，隨著時間推移，2015年趨于不規則分布。景觀形狀指數越高，說明景觀越趨于不規則化，通常來說，受人類干擾越大的區域,景觀形狀指數越小，二者呈反比關系。1985年莫莫格國家級自然保護區景觀形狀指數較大,2015年莫莫格國家級自然保護區和霍林河沿岸地區景觀形狀指數較大。1985年，白城市沼澤濕地聚集指數在多個區域呈較高值，在研究區內呈不規則點狀分布。2015年，隨著景觀聚集指數的下降，白城市沼澤濕地僅在保護區附近呈現聚集分布，具體見圖4～6。

圖4 1985年和2015年白城市沼澤濕地景觀斑塊密度空間分布圖

圖5 1985年和2015年白城市沼澤濕地最大斑塊占景觀面積比例空間分布圖

圖6 1985年和2015年白城市沼澤濕地景觀形狀指數空間分布圖

圖7 1985和2015年白城市沼澤濕地聚集指數空間分布圖

2.3 白城市沼澤濕地景觀格局變化驅動力分析

2.3.1 自然因素

濕地與氣候變化較密切相關，濕地的組成、結構、分布和功能等都與氣候因子互相影響，氣候的變化必然會對濕地生態系統產生較為強烈的影響[11]。根據已有氣候資料顯示，20世紀80年代降水量大，氣溫低，20世紀90年代以后降水量下降，氣溫波動上升[11]。進入21世紀，降水量有所增加，氣溫明顯降低，但是近年來降水量又開始呈現下降趨勢，氣溫上升明顯。氣候總體上從“暖干”向“冷濕”再到“暖干”的方向發展。氣溫上升，蒸發旺盛，降水量減少，使許多河流的徑流量減少，其中部分濕地性河流開始萎縮甚至干涸，沼澤濕地面積顯著減少。

2.3.2 人為因素

人類主要通過開墾濕地為農田而造成沼澤濕地的喪失，導致白城市沼澤濕地面積減少的最主要原因是受人為因素的影響。近年來，吉林省西部實施百億斤糧食工程，將沼澤濕地開墾為農田。同時人類的經濟活動和人口的變化也對沼澤濕地變化造成一定的影響，由表3可知，白城市人口呈先增加后減少趨勢，且變化幅度不大，但國內生產總值、第三產業總值、社會固定資產投資額在21世紀后呈迅速增長趨勢。說明隨著經濟的發展，為了獲得更高的利潤，人類對沼澤濕地的干擾不斷加強，導致沼澤濕地面積不斷減少。

表3 白城市主要社會經濟數據

3 結論

白城市沼澤濕地主要集中在自然保護區、河流沿岸區域。近年來，白城市沼澤濕地面積呈不斷減少趨勢，且21世紀后濕地面積喪失速率較快。結合質心的變化軌跡和標準差橢圓面積，白城市沼澤濕地面積喪失量較大的區域位于白城市西部，且整體上沼澤濕地面積從連片分布轉變為分散分布。

1985—2015年，白城市景觀形狀指數不斷上升，斑塊密度、最大斑塊占景觀面積比例、聚集指數不斷下降。反映出白城市沼澤濕地破碎化程度加強、形狀逐漸不規則化、斑塊結構趨于分散。

造成白城市沼澤濕地生態系統變化的主要自然因素為年降水量和年平均氣溫，主要人為因素為國內生產總值、第三產業總值、社會固定資產投資額。

針對白城市沼澤濕地景觀現狀，建議進一步貫徹退耕還濕政策，降低人類對沼澤濕地的干擾。運用自然恢復、人為保護等手段增加濕地面積，維持濕地功能。