基于遙感的柬埔寨金邊市濕地景觀對城市擴張時空響應

董 麗， 安 娜， 孫根云， 張愛竹， 矯志軍， 丁孫金衍， 葛 潔

(1.中國石油大學(華東) 海洋與空間信息學院，青島 266580； 2.青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術功能實驗室，青島 266237； 3.中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083； 4.四川省科學技術研究院(四川省衛(wèi)星應用技術中心)，成都 610045)

0 引言

濕地是水陸交互作用形成的獨特生態(tài)系統(tǒng)[1]，在涵養(yǎng)水源、保護生物多樣性、維護區(qū)域生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著不可替代的作用[2-3]。尤其是沼澤濕地，因其土壤透水力強，植被蒸騰作用旺盛且生產(chǎn)力高，在調(diào)節(jié)蓄洪、緩解城市熱島、維持生物多樣性等方面具有重要生態(tài)功能[4-5]。20世紀以來，全球城市化發(fā)展迅速[6]。瀾湄流域國家在“一帶一路”倡議、東盟經(jīng)濟共同體等區(qū)域合作下，獲得重大發(fā)展機遇[7-9]。城市擴張引發(fā)了熱島、洪水泛濫、生物多樣性減少等一系列生態(tài)環(huán)境問題[10-12]，嚴重威脅當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)健康。柬埔寨自2000年開始經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市化水平大幅提升[13]，首都金邊市城市加速擴張，對其周邊的濕地侵占破壞活動頻繁。掌握濕地景觀在城市擴張背景下的時空動態(tài)演變，對于當?shù)貪竦乇Ｗo及城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

遙感技術具有觀測范圍廣、觀測時間長、快速高效的特點[14]，眾多學者基于多源遙感數(shù)據(jù)提取濕地變化信息，并從不同空間尺度上分析濕地在城市擴張下的響應[15-18]。Mao等[19]利用中國土地覆蓋數(shù)據(jù)庫分析了整個中國1990—2010年間城市化導致的濕地損失數(shù)量和模式； 婁藝涵等[20]利用高空間分辨率影像數(shù)據(jù)，采用面向對象和人工目視解譯相結合的方法提取杭州主城區(qū)西部濕地信息，并結合景觀指數(shù)分析了濕地景觀格局變化。Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)由于其影像時間跨度長、幅寬較大且波譜信息豐富受到更多學者青睞[21-22]。宮兆寧等[23]利用TM數(shù)據(jù)，基于單波段閾值和譜間關系，結合人工目視解譯提取北京市濕地信息，分析了氣候變化和城市擴張等因素影響下濕地面積和結構組成變化； 李婧賢等[24]利用4期Landsat影像，采用監(jiān)督分類和目視解譯相結合的方法提取了珠江三角洲濱海濕地信息，并結合相關政策分析了濕地變化特征及驅動因素。

近年來，部分學者針對東南亞、“一帶一路”沿線城市擴張及其生態(tài)效應問題開展了相關研究。禹絲思等[9]提取了海上絲綢之路沿線的11個超大城市不透水層，結合景觀格局指數(shù)分析了超大城市的發(fā)展模式； 海凱等[8]結合全球土地覆蓋數(shù)據(jù)集、夜間燈光數(shù)據(jù)和LandScan人口數(shù)據(jù)等分析了“一帶一路”沿線國家的城市擴張形態(tài)及土地覆蓋變化空間格局； 谷雨[25]研究了海上絲綢之路港口城市擴張,并通過土地利用變化分析了城市擴張對農(nóng)田、森林、濕地等的生態(tài)效益； 韓瑞丹等[10]利用Landsat和MODIS NDVI數(shù)據(jù)分析了曼谷1990—2015年城市擴張及其在綠地和城市熱島方面的生態(tài)效益。現(xiàn)有研究多注重“一帶一路”沿線國家的城市擴張形態(tài)及模式等，涉及城市擴張對生態(tài)效益，尤其是濕地的影響研究較少，且僅通過土地覆蓋變化表示，不能準確全面地表現(xiàn)濕地變化特征及影響機制。

因此，為探究金邊市濕地景觀對城市擴張的時空響應，利用2000—2020年共5期Landsat影像數(shù)據(jù)，綜合考慮其光譜特征、指數(shù)特征、空間特征提取濕地信息，并從數(shù)量及空間分布、變化強度和景觀格局等多個維度全面分析濕地景觀和城市擴張用地的時空演變特征，建立濕地變化與城市擴張之間的定量關系，最后給出該地區(qū)城市發(fā)展的合理化建議，以期為平衡經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護提供依據(jù)，促進城市可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

瀾湄流域國家包括中國、緬甸、老撾、泰國、柬埔寨、越南6個國家。柬埔寨位于瀾湄流域南部，毗鄰泰國、老撾、越南，發(fā)展較晚，工業(yè)落后，經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)為主，水稻是其主要糧食作物。柬埔寨屬熱帶季風氣候，年平均氣溫為29～30 ℃，雨量豐富。金邊地處湄公河、洞里薩河與巴薩克河交匯處，是典型的柬埔寨洪泛平原區(qū)，濕地資源豐富，沼澤、湖泊分布眾多(圖1)。同時，金邊作為柬埔寨首都，還是政治、經(jīng)濟、文化和交通中心，外資投入大，經(jīng)濟發(fā)展迅速。近15 a來，金邊市人口和面積翻倍增長，截至2020年，金邊市總面積為692.46 km2，人口約228萬人。隨著人口增長以及城市加速擴張，濕地被大量填平、吞噬，依靠湖泊與沼澤濕地種植稻米和捕魚為生的“水邊人家”生計和生活空間受到嚴重威脅。

圖1 研究區(qū)影像Fig.1 Image of the study area

1.2 數(shù)據(jù)源及其預處理

研究表明柬埔寨自2000年開始經(jīng)濟經(jīng)歷了迅速增長[26]，因此本研究時期設定為2000—2020年。所用數(shù)據(jù)為Landsat遙感影像數(shù)據(jù)。Landsat Collection2 L2級產(chǎn)品影像數(shù)據(jù)由美國地質(zhì)勘探局USGS(https: //earthexplorer.usgs.gov/)提供。柬埔寨5—10月為雨季，容易形成洪泛災害，淹沒水田、沼澤等。為保證研究時期間隔均勻，云量較少，影像質(zhì)量較好，物候差異較小，因此選取2005年、2011年、2015年和2020年1月份影像，2001年選取6月份影像作為研究區(qū)初期數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)詳細信息如表1所示。影像預處理通過ENVI 5.3軟件完成，原始影像數(shù)據(jù)即為地表反射率數(shù)據(jù)，因此無需進行大氣校正，為保證空間分辨率一致，所有時期影像均保持原始空間分辨率30 m，最后，利用ArcGIS online 提供的金邊市矢量圖裁剪得到研究區(qū)影像。

表1 Landsat影像數(shù)據(jù)Tab.1 Landsat datasets

根據(jù)1971年在拉姆薩爾制定的《濕地公約》，基于金邊濕地特征與相關研究中的分類體系[27]，通過綜合分析，建立了金邊濕地土地利用分類體系，將研究區(qū)景觀分為自然濕地、人工濕地和非濕地3個一級類。每個一級類又分為若干二級類，如表2所示。非濕地二級類中裸地主要為對濕地進行填埋、平整但尚未進行工程建設的平滑、光亮斑塊，是城市擴張影響濕地的一種典型表現(xiàn)。建設用地和裸地為主要的城市擴張用地類型。城市綠地主要為城市內(nèi)部非濕地植被，包括公園綠地、草坪等。由于實地勘察樣本不易采集，為保證精度，采用分層隨機抽樣算法，借助Google Earth高分辨率影像并結合Landsat影像均勻選取樣本，2020年訓練樣本空間分布如圖1所示。訓練樣本和驗證樣本比例為7∶3。

表2 金邊市景觀分類體系Tab.2 Classification system of landscapes in Phnom Penh

2 研究方法

首先，基于Landsat影像，利用光譜信息、歸一化差異植被指數(shù)(normalized difference vegetation index，NDVI)和改進的歸一化差異水體指數(shù)(modified normalized difference water index，MNDWI)、紋理特征和形態(tài)學屬性剖面表征的空間信息提取金邊市景觀類型分布； 在此基礎上，從面積和空間分布變化、變化強度、景觀格局3個方面分析濕地景觀和城市擴張用地時空變化特點； 最后，利用Pearson相關系數(shù)分析金邊市濕地景觀變化與城市擴張用地相關性。具體流程如圖2所示。

圖2 技術流程Fig.2 Flowchart

2.1 金邊市景觀類型信息提取

多種特征變量結合可以有效提高提取精度[28]。光譜特征是遙感影像最基本的特征，其在植被、水體、建設用地、裸地等地物中差異明顯。此外，根據(jù)不同地類在不同波段中的波譜特點，利用比值計算構造的指數(shù)可以增強地類信息，抑制無關背景信息，提高解譯精度[29]。因此本文加入NDVI和MNDWI[30]以提高景觀提取精度。金邊市水體濕地類型包括河流、湖泊、養(yǎng)殖池3類，其在光譜特征上無明顯差異，異物同譜現(xiàn)象突出，但在空間特征上差異較大。灰度共生矩陣(gray level co-occurrence matrix，GLCM)[31]提取的紋理特征和形態(tài)學屬性剖面特征(morphological attribute profiles，MAPs)[32-33]可以提高解譯精度。因此將獲得的NDVI、光譜特征、MNDWI、紋理特征及形態(tài)學屬性剖面特征進行疊加，利用隨機森林分類器對研究區(qū)進行分類，各年份總體精度分別為89.12%，91.27%，89.18%，90.94%，88.96%，滿足后續(xù)研究需要。

面積和空間分布變化是景觀變化最直觀的表現(xiàn)，轉移矩陣可以表現(xiàn)景觀類型間的轉換程度和方向。因此通過濕地景觀面積變化、空間分布變化和轉移矩陣3個方面表征金邊濕地數(shù)量上變化特點。轉移矩陣利用2001年和2020年濕地提取結果進行構造，其數(shù)學表達式為：

(1)

式中：M為景觀類型轉移矩陣；P為研究區(qū)各景觀類型的轉換面積；n為研究區(qū)景觀類型的總數(shù)；Pxy為研究初期第x類景觀類型轉換為研究末期第y類景觀類型的面積。

2.2 景觀變化強度分析

為進一步了解金邊市濕地與城市擴張用地不同時間不同方向的變化差異，引入了變化強度指數(shù)。變化強度是指某一時間段內(nèi)景觀面積相對于基期面積的變化比例，表示單位時間內(nèi)景觀變化的相比強度差異。具體計算公式為：

(2)

式中：E為研究時段內(nèi)的景觀變化強度；As+t和As分別為研究末期和研究初期的景觀類型面積；t為研究初期和研究末期相隔的年份。

為探究城市擴張和濕地景觀在不同方向上的變化強度差異，以金邊市城區(qū)環(huán)路中心為圓心，按照8象限劃分方向，計算各方向的變化強度。方向示意圖如圖3所示。

2.3 景觀格局變化分析

景觀格局是指景觀的空間結構特征，包括景觀組成單元的多樣性和空間配置[34]。景觀指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局信息，計算簡單但能夠反映其結構組成和空間配置。利用 Fragstats軟件從類型水平計算景觀指數(shù)，分析金邊市景觀類型內(nèi)部結構變化特點。為避免冗余且能夠全面表達景觀內(nèi)部結構特點，在類型水平上選取面積加權平均分維數(shù)(area-weighted mean fractal dimension index，AWMFD)、邊緣密度 (edge density，ED)、聚集度指數(shù) (aggregation index，AI)分別表征各景觀類型的形狀、破碎度和聚集度。3個景觀指數(shù)計算公式及生態(tài)含義分別如表3所示。

表3 景觀指數(shù)計算公式及生態(tài)含義Tab.3 Formulas and ecological meanings of landscape metrics

2.4 濕地與城市擴張相關性分析

Pearson相關系數(shù)可以用指標定量表示變量之間的相關性，基于SPSS軟件，利用Pearson系數(shù)計算濕地景觀與城市擴張用地在面積、變化強度、景觀指數(shù)3個方面的相關性，探究金邊市濕地變化對城市擴張的響應。

3 結果與分析

3.1 濕地與城市擴張用地面積和空間分布變化分析

2001—2020年內(nèi)不同時期金邊市景觀面積如圖4所示。在20 a間，濕地總面積呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，由2001年的631.59 km2減少為2020年的425.04 km2。水田和沼澤作為金邊市優(yōu)勢濕地景觀，面積在2001—2020年間持續(xù)減少，2015—2020年間下降速度最快。水田在20 a內(nèi)共減少了127.67 km2，2020年的水田面積僅為2001年的49.68%。沼澤面積在2020年僅為211.24 km2，約1/3的沼澤消失。湖泊和養(yǎng)殖池面積呈上升趨勢。湖泊面積在2011年前逐漸增加，由26.85 km2增加到47.41 km2，2011年之后輕微波動，無較大變化。養(yǎng)殖池面積較小，2020年面積僅為3.98 km2，但在過去20 a內(nèi)其面積增幅接近200%。河流在過去20 a內(nèi)無明顯變化。沼澤濕地是最主要的濕地類型之一，隨著沼澤濕地面積的大幅減少，其調(diào)節(jié)蓄洪、降溫增濕、維持生物多樣性等生態(tài)功能也會下降。同期建設用地和裸地等城市擴張用地面積在2001—2020年內(nèi)持續(xù)增加，共增加約200 km2。建設用地面積增加最多，20 a內(nèi)共增加了156.86 km2，裸地次之，增加了45.82 km2。建設用地和裸地在2015—2020年內(nèi)擴張最快。可能是由于2015年之后國外對金邊市的投資加大，城市化進程加快，最直接的表現(xiàn)是不透水面的擴張。

圖4 金邊市景觀2001—2020年面積變化Fig.4 Area change of landscape in thePhnom Penh from 2001 to 2020

金邊市景觀類型的空間分布如圖5所示。從圖5中可知各景觀類型在20 a的城市化進程中空間分布變化劇烈。建設用地聚集于洞里薩河與湄公河的交匯處，位于研究區(qū)的中心地帶。由圖5(a)可知，2001年建設用地面積較小，分布于河流交匯處以西的平原地帶。隨后不斷向外圍擴張，并在外圍伴隨有大量裸地分布。2005—2011年間城市擴張以西南方向的楔形擴展最為明顯(圖5(b)—(c))，2011年之后建設用地由中心以圓形方式向各方擴張，至2020年已成為金邊市最大的優(yōu)勢景觀。隨著城市用地的擴張，濕地逐漸退化到城市邊緣地帶。2001年水田和沼澤分別為研究區(qū)中心以西和以東的優(yōu)勢景觀(圖5(a))，后逐漸被建設用地和裸地侵占，2020年僅存留城市邊緣地帶的水田和沼澤，且原有的大片水田和沼澤被不斷切割，趨于破碎(圖5(e))。金邊市中心的湖泊被填埋，轉變?yōu)榻ㄔO用地或裸地。研究區(qū)北部的湖泊由于工事修筑得以保留并擴大面積。此外，有眾多人工或自然形成的小型湖泊零散分布于研究區(qū)內(nèi)。養(yǎng)殖池在2011年之前分布于大型湖泊的東南方向，并逐漸擴張，2011年之后由于城市擴張用地的侵占，轉移到湖泊東北方向，并大面積擴張。

圖5 2001—2020年景觀類型分布

2001—2020年金邊市各景觀類型之間的轉換面積及方向如表4所示。從表4中可知，景觀類型間轉換劇烈，且主要是濕地類型向城市擴張用地轉換。沼澤向城市擴張用地的轉換面積最大，共有121.213 2 km2，其中向建設用地轉換為98.894 1 km2，向裸地轉換了22.319 1 km2。水田向城市擴張用地的轉換面積緊隨其后，共轉換88.011 1 km2，其中向建設用地轉換63.586 8 km2，向裸地轉換24.424 3 km2。湖泊向城市擴張用地轉換5.966 1 km2，養(yǎng)殖池向城市擴張用地轉換0.658 8 km2。不同濕地類型之間也有轉換，湖泊和養(yǎng)殖池面積的增加主要是由于水田和沼澤的轉入。此外，水田和沼澤之間也有大面積的相互轉換，這是因為金邊市常年受洪水侵擾，洪水淹沒、消失等可能會影響水田、沼澤之間的識別，導致2001—2020年間沼澤和水田之間有較大轉換。城市擴張用地之間的轉換主要體現(xiàn)在裸地向建設用地的轉換。但由于2001年裸地本身面積較小，向建設用地轉換較少。實際上每個時期裸地向建設用地均有轉換，且轉換率分別為0.27 km2/a，1.18 km2/a，2.51 km2/a，2.85 km2/a，轉換逐漸加快。

表4 金邊市2001—2020年景觀類型轉移矩陣Tab.4 Transfer matrix between the different landscape types in Phnom Penh from 2001 to 2020 (km2)

3.2 濕地與城市擴張用地變化強度分析

3.2.1 濕地與城市擴張用地總體變化強度分析

金邊市城市擴張用地(建設用地、裸地)和濕地(湖泊、養(yǎng)殖池、水田和沼澤)在不同時期的變化強度如圖6所示。河流幾乎無變化，因此不再討論。由圖6可知，建設用地和裸地等城市用地擴張強度在2001—2005年間最大，尤其是裸地，明顯高于其他3個時段，說明金邊市在21世紀初經(jīng)歷了快速城市化進程。建設用地的擴張強度呈下降趨勢，裸地的擴張強度先下降后上升。兩者的擴張強度均在2011—2015年間最小，說明2011—2015年間城市擴張放緩。裸地在2015—2020年間擴張強度達新高。金邊市濕地景觀中，水田和沼澤的變化強度為負值，因此將其定義為衰減強度。水田的衰減強度整體呈上升趨勢，2001—2005年間衰減強度較小，隨后升高，2015—2020年間衰減強度最大，但與城市用地擴張強度相對應，水田的衰減強度也在2011—2015年時段最低。沼澤的衰減強度呈先下降后上升的趨勢，在2005—2011年間衰減強度最小，而后增大，在2015—2020年間衰減強度最大。湖泊和養(yǎng)殖池的面積雖小，但擴張強度較大。與城市擴張強度相對應，養(yǎng)殖池和湖泊同樣在2001—2005年間擴張強度最大，在2011—2015年間擴張強度最小，甚至湖泊呈衰減態(tài)勢。

圖6 金邊市景觀變化強度Fig.6 Change intensity of landscape in the Phnom Penh

3.2.2 濕地與城市擴張用地不同方向變化強度分析

金邊市濕地和城市擴張用地在不同方向上的變化強度如圖7所示，圖7(a)—(b)為城市用地擴張強度，圖7(c)—(e)為濕地變化強度，金邊市養(yǎng)殖池主要集中在北偏西方向(圖(5))，因此不再討論養(yǎng)殖池在不同方向上的變化強度。

圖7 金邊市景觀不同方向變化強度

如圖7(a)所示，建設用地的擴張強度存在空間差異性。2001—2005年間，建設用地在SW—NW方向明顯擴張，但各方向擴張強度存在差異。WN方向擴張強度最大，為27.65，SW方向次之，為17.42。2005—2011年間建設用地在SW—WN方向擴張強度仍較大。此外，在ES方向也有明顯擴張，擴張強度為15.73，超過SW—WN方向。2011—2015年間擴張強度較小，但在NE和ES方向有明顯擴張，擴張強度分別為10.62和11.92。2015—2020年間在NE和WN方向擴張明顯，擴張強度分別為12.36和13.03。由圖7(b)可知，裸地的擴張主要發(fā)生在NE和SW方向，各年份均有擴張。裸地在2001—2005年間各方向擴張強度范圍在50.163 7～484.375 0之間，明顯高于其他時段，為突出其他時段擴張強度的空間差異性，圖中顯示的擴張強范圍僅為-10～60。裸地在2001—2005年間在SE方向擴張強度最大，WN方向擴張強度最小。這可能是由于SE方向在2001年幾乎沒有裸地，基數(shù)極小。2005—2011年間裸地在ES方向擴張最為強烈，其次是NE方向，SW，SE和NW方向也有明顯擴張。2011—2015年間在SE方向擴張最為強烈，其次是NE方向。2015—2020年間裸地在WN方向擴張最為強烈，其次是SW方向，NE方向也有明顯擴張。

金邊市濕地景觀中湖泊在ES方向擴張強烈(圖7(c))，除2005—2011年外其余時段擴張強度均較大，此外，湖泊在SW，WS和WN方向在2005—2011年間和2015—2020年間也有明顯擴張，2001—2005年間在NE方向擴張極為強烈。由于水田主要分布在研究區(qū)西側SW，WS和WN方向(圖5)，因此本節(jié)只討論水田在這3個方向上的衰減強度差異。由圖7(d)可知，水田衰減強度在SW方向最大，尤其在2015—2020年間，衰減強度為6.8，WS方向次之。這與建設用地和裸地在2005—2011年間和2015—2020年間在SW方向和WS方向的擴張相對應。水田在WN方向總體衰減強度較小，但在2001—2005年間衰減強度高于其他2個方向。由圖7(e)可知，沼澤在各方向均有衰減，尤其是在2015—2020年間，除SW方向外，各方向衰減強度均較高。其他時段內(nèi)，沼澤在各方向的衰減強度存在空間差異性。2001—2005年間，沼澤在WS方向衰減強度最大，為7.51。2005—2011年間沼澤在NW方向衰減強度最大，為3.40。此外，2005—2011年間沼澤在EN—SW和EN—WN方向也有較強衰減。沼澤在2011—2015年間在NE，ES，SE，SW和NW方向衰減強烈。2011年之后沼澤在NE方向上的強烈衰減與建設用地和裸地在該時段內(nèi)在NE方向上的擴張相對應。2015—2020年間沼澤在WN方向上的衰減也與該時期建設用地和裸地在WN方向上的擴張相對應。綜上所述，水田受城市擴張的影響范圍基本分布在研究區(qū)西部，沼澤各方向均受城市擴張的影響。自2011年開始，金邊市東部，即洞里薩河以東的沼澤濕地受城市擴張侵占明顯。

3.3 濕地與城市擴張用地景觀格局變化分析

3.3.1 城市擴張用地景觀格局變化分析

各時期景觀類型的格局指數(shù)如圖8所示。由圖8(a)可知，城市擴張用地的ED均呈現(xiàn)上升趨勢，且建設用地上升幅度最大，其次是裸地。結合前面的分析，城市用地ED增大可能是由于城市用地面積急劇增加導致。圖8(b)中表示了城市擴張用地的AI特征，建設用地和裸地的AI值較高，說明兩者斑塊間連通度較高，分布較為集聚。且兩者的AI指數(shù)在過去20 a間呈緩慢上升趨勢，說明隨著城市擴張，建設用地和裸地更加集聚。城市綠地的AI指數(shù)先上升后下降，可能是由于前期城市綠地面積增加導致AI上升，后期新增加的城市綠地相對分散，導致AI下降。建設用地的形狀復雜度明顯高于裸土和城市綠地(圖8(c))，2001—2020年間建設用地和裸地的AWMFD呈上升趨勢，建設用地上升幅度較大，說明建設用地和裸地的斑塊形狀越來越復雜。城市擴張用地更加集聚、斑塊形狀更加復雜，可能會加速城市斑塊間的熱量傳輸，加劇熱島效應。

圖8 2000—2020年金邊市類型水平上景觀格局指數(shù)變化

3.3.2 濕地景觀格局變化分析

由圖8(a)可以看出，沼澤的ED最大，其次是水田，養(yǎng)殖池的ED最小。濕地的ED均呈現(xiàn)上升趨勢，其中沼澤的ED上升最大，水田的ED在2001—2005年間大幅下降，但在2005—2020年間ED大幅上升。與水田相比，沼澤破碎化程度更大，在城市擴張中破碎化趨勢更為明顯。濕地景觀具有蓄洪防澇、降溫增濕的作用，研究表明大斑塊的綠地和水體降溫增濕效果更明顯，濕地景觀破碎化將會導致其降溫效應、保水蓄水功能被削弱[35-36]。圖8(b)表示了景觀類型AI，水田、沼澤、湖泊的斑塊AI較高，養(yǎng)殖池AI較低。就變化趨勢而言，沼澤和水田的AI呈下降趨勢，湖泊和養(yǎng)殖池AI呈上升趨勢，說明過去20 a間水田和沼澤斑塊間的連通度降低，空間分布更為分散。景觀組分之間的連接，是維護和增強區(qū)域生態(tài)功能的主要途徑[37]，沼澤、水田等源地景觀分散不利于濕地生態(tài)功能的發(fā)揮和生物多樣性維持。AWMFD表現(xiàn)了濕地類型的形狀特征，圖8(c)中，水田的AWMFD最高，其次是沼澤，湖泊和養(yǎng)殖池的AWMFD最低。說明湖泊和養(yǎng)殖池斑塊更加規(guī)則，沼澤較水田斑塊規(guī)則程度更高。水田的AWMFD在2001—2020年間逐漸下降，沼澤AWMFD雖在2001—2005年間上升，但2005—2020年間下降，這說明在過去20 a間沼澤和水田的斑塊形狀趨于規(guī)則化，受人為干擾更為明顯。研究表明斑塊邊界的復雜程度影響了能量向周邊地區(qū)的擴散能力，邊界復雜的斑塊對周圍的降溫效果更高[38-39]。沼澤濕地斑塊形狀趨于規(guī)則化影響了其對周邊地物的降溫增濕效果，加劇城市熱島效應。

3.4 濕地與城市擴張用地相關性分析

為探究濕地變化與城市擴張之間的關系，基于SPSS軟件計算了各年份濕地景觀與城市擴張用地之間在面積、變化強度、ED、AI和AWMFD方面的Pearson相關系數(shù)，結果如表5所示。

表5 濕地與城市擴張用地相關性Tab.5 Correlation between wetland and urban expansion land

①**表示在0.01水平上顯著相關，*表示在0.05水平上顯著相關。

由表5可知，濕地景觀面積與城市擴張用地面積之間強相關性，沼澤、養(yǎng)殖池和水田與建設用地和裸地的各時期面積在0.01水平上顯著相關, 其中沼澤和水田與城市擴張用地面積變化呈負相關，沼澤較水田相關性更高。

在變化方面，養(yǎng)殖池的變化強度與建設用地和裸地的變化強度相關性較高，在0.05水平上顯著相關，湖泊的變化強度與建設用地的變化強度在0.05水平上顯著相關。沼澤和水田的變化強度與城市擴張用地的變化強度相關性較低，可能是由于沼澤和水田面積衰減，建設用地和裸地面積擴張，面積基數(shù)差異較大。

沼澤和湖泊的ED與城市擴張用地的ED在0.05水平上顯著相關，就AI而言，湖泊與裸地的AI在0.05水平上呈顯著負相關，沼澤與建設用地的AI在0.05水平上呈顯著負相關，養(yǎng)殖池和水田的AI與建設用地AI的相關系數(shù)也高于0.8。濕地景觀與城市擴張用地之間的AWMFD相關性較ED和AI較低，建設用地與養(yǎng)殖池和湖泊的AWMFD顯著相關，沼澤和水田的AWMFD與建設用地相關性較低，與裸地有較高相關性，相關系數(shù)高于0.7。由此可見濕地景觀格局的變化受城市擴張用地影響，且沼澤與城市擴張用地景觀格局相關性較水田更高，說明沼澤濕地景觀格局受城市擴張的影響更為明顯。

4 結論

本研究針對金邊市城市擴張對濕地景觀產(chǎn)生威脅的問題，基于2000—2020年共5期Landsat系列衛(wèi)星遙感影像，從數(shù)量、變化強度和景觀格局3個方面分析了金邊市濕地景觀和城市擴張用地時空變化特征，并利用Pearson相關系數(shù)探討了濕地景觀變化與城市擴張之間的關系。主要結論如下：

1)2000—2020年間金邊市濕地面積持續(xù)減少，水田和沼澤作為優(yōu)勢景觀面積下降最大，兩者面積分別減少了128.197 0 km2和104.133 9 km2，湖泊和養(yǎng)殖池面積增加，河流幾乎無變化。建設用地和裸地等城市擴張用地面積持續(xù)增加，2011年前城市擴張以西南方向的楔形擴張為主，2011年之后以城市中心為圓心向各方擴張。濕地向城市擴張用地轉換強烈，沼澤向建設用地轉化最多，水田次之。隨著城市用地擴張，濕地退化到城市邊緣。

2)金邊市城市擴張用地在2001—2005年間擴張強度最大，2011—2015年間擴張強度最小。養(yǎng)殖池和湖泊的擴張強度同樣在2001—2005年間最大，2011—2015年間最小。水田的衰減強度呈上升趨勢，沼澤的衰減強度先下降后上升。景觀類型的變化強度存在空間差異，建設用地和裸地在NE和ES方向擴張強烈，沼澤在這2個方向上強烈衰減，尤其是在2011年之后。建設用地和裸地在SW方向和WS方向上的擴張與水田在該方向上的衰減相一致。

3)金邊市城市擴張用地ED，AI和AWMFD均呈上升趨勢，其空間結構更加集聚，形狀更加復雜。濕地景觀破碎化程度加重，空間分布更為分散，斑塊形狀趨于規(guī)則化。沼澤較水田破碎化程度更大，破碎化趨勢更為明顯，斑塊更加規(guī)則。沼澤濕地景觀格局變化可能會導致其增濕降溫、保水蓄洪等生態(tài)功能下降。

4)金邊市濕地變化與城市擴張顯著相關，尤其是在面積方面，沼澤、水田和養(yǎng)殖池與城市擴張用地的相關系數(shù)均高于0.97 (p<0.01)，其中沼澤與城市擴張用地面積相關性最高。湖泊和養(yǎng)殖池的擴張強度與城市用地的擴展強度顯著相關，與建設用地相關系數(shù)高于0.96 (p<0.05)。沼澤與建設用地的ED和AI指數(shù)在0.05水平上顯著相關。沼澤受城市擴張用地影響更為明顯。

5)城市擴張應尋求集約化發(fā)展，盡量減少對濕地的侵占和破壞，必要時優(yōu)先利用水田，保持沼澤濕地面積不變和景觀完整性，維持濕地生態(tài)功能。可通過建立保護區(qū)開發(fā)濕地旅游資源平衡經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護。

此外，金邊市景觀格局變化在瀾湄流域具有一定的典型性，本研究結論具有一定的推廣性。例如，胡志明、曼谷、萬象和仰光等城市周邊都圍繞著大面積沼澤和水田，與金邊市景觀格局類似，城市擴張必然以沼澤和水田的破壞為代價。但瀾湄流域范圍廣闊，不同城市間濕地變化空間差異性仍需進一步探討。未來將在此工作的基礎上將研究內(nèi)容拓展到整個瀾湄流域，深入探討不同城市濕地景觀對城市擴張響應的一致性和空間差異性。