基于RS_GIS的大遼河口濕地景觀格局時空變化研究

1、第27卷第3期2011年6月中國環(huán)境監(jiān)測EnvironmentalMonitoringinChinaVol27No3Jun2011基于RS/GIS的大遼河口濕地景觀格局時空變化研究陳摘爽，馬安青，李正炎，李福建，焦俊超（中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島，266100）1995、2001和2007年的四期TM數(shù)據(jù)，要：基于1988、應(yīng)用GIS/RS技術(shù)與景觀格局分析軟件FRAGSTATS，定量分析自1988年以來，大遼河口地區(qū)的濕地面積逐年增加，濕地景觀多樣大遼河口地區(qū)濕地景觀格局的動態(tài)變化。結(jié)果表明，性指數(shù)和均勻度指數(shù)呈現(xiàn)先降后升的趨勢，景觀破碎化程度增強。濕地類型變化主要表現(xiàn)在大量的

2、自然濕地轉(zhuǎn)化為人工濕地或人工景觀，具體表現(xiàn)在轉(zhuǎn)化為建筑用地、水稻田、養(yǎng)殖區(qū)。19881995年期間，大遼河口地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量下降，該地區(qū)生物生活環(huán)境的多樣性降低，造成了一些物種種群數(shù)量的減少甚至消失；但是自1995年以后，該地區(qū)的景觀多樣性和均勻性升高，抗干擾能力增強，環(huán)境質(zhì)量有所提高。研究區(qū)濕地景觀格局的動態(tài)變化主要是受自然條件和人為活動干擾共同作用的結(jié)果。關(guān)鍵詞：濕地；景觀格局；景觀指數(shù)；景觀變化；大遼河口中圖分類號：X87文獻標識碼：A6002（2011）03-0004-05文章編號：1002-LandscapePatternChangesofWetlandinLiaoheonRSandG

3、ISCHENShuang，etal（InstituteofESE，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China）Abstract：Thehistoricdatasetsarederivedfrom1988，1995，2001and2007LandsatTMimagesaftersupervisedclassificationandvisualinterpretionUsingthetechnologyofGIS/RSandFRAGSTATS，theprocessessofwetlandchangesinLiaohebetweentheyearof1988

4、，1995，2001and2007areanalyzed，thecharacteristicsofwetlandquantitychangeandwetlandlandscapepatternsdynamicsanddrivingforcesarealsodiscussedTheresultsindicatedthat：Sincetheyearof1988，theareaofwetlandinLiaohehasbeingincreasingThelandscapediversityindexandevennessindextendedtodecreasefirstlyandthenincrea

5、seThelandscapefragmentationstrengthenedThechangesofwetlandtypesmainlyreflectedinalargenumberofnaturalwetlandintoartificialwetlandorartificiallandscape，whichspecificallyreflectedinbuildingland，ricefieldsandaqucultureareaBetween1988and1995，thequalityoftheenvironmentdeclinedinLiaoheThebiologicaldiversi

6、tyofthelivingenvironmentinthisareawhichcausedareductionofpopulationsofsomespeciesevendisappearedButsince1995，landscapediversityandreduced，evennessincreased，antijammingcapabilityenhancedandtheenvironmentalqualityimprovedInaword，theimpactsofhumanactivitycombiningwithnaturalconditionsaretheleadingfacto

7、rsthatinducedynamicchangeofthelandscapepatternKeywords：Wetland；Landscapepattern；Landscapeindex；Landscapechange；Liaohe景觀空間格局是指大小和形狀不一的景觀斑塊在空間上的排列，它是景觀異質(zhì)性的重要表現(xiàn)，又是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果1態(tài)變化研究已成為國內(nèi)外專家探求的熱點問題之一35。遼寧省是中國東北地區(qū)唯一的沿海省份，沿海岸線分布有豐富的濱海濕地資源，尤其是遼河因濱海濕地分布集中，類型多樣，人三角洲一帶，為擾動強烈，近年來已成為濱海濕地景觀演變研究的熱點地區(qū)。國內(nèi)許多學(xué)者如

8、王憲禮、肖篤寧等都曾利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)對遼河三角洲濕地的景觀格局、景觀破碎化程度以19861994年的景觀變化進行過研究，揭示了濕地景觀格局的變化程度及其與人類活動的關(guān)系68景觀格局決定景觀過程，景觀格局的變化影響景導(dǎo)致景觀功能發(fā)生變觀生態(tài)過程和景觀流，化2。今天的格局是過去的景觀流（自然、社會、經(jīng)濟和各種生態(tài)過程）形成的，又是今后景觀格局形成的基礎(chǔ)。因此，通過分析景觀格局隨時間的變化可以反映景觀生態(tài)過程，揭示景觀演替的機制和規(guī)律，進而預(yù)測景觀的變化趨勢，最終實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。當(dāng)前對于濱海濕地景觀的動；還04-21；修訂日期：2010-07-21收稿日期：2010-基金項目：國家水

9、體污染控制與治理科技重大專項（2008ZX0752600102）；遼河河口區(qū)大型濕地生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)與示范研究（2008ZX07208009）作者簡介：陳爽（1986），女，山東青島人，碩士研究生通訊作者：馬安青陳爽等：基于RS/GIS的大遼河口濕地景觀格局時空變化研究5有學(xué)者進一步就遼河三角洲濕地景觀格局對養(yǎng)分為以污染治理去除功能的影響進行了空間模擬，為核心的景觀規(guī)劃提供了理論依據(jù)9；一些學(xué)者還通過對遼東灣濱海濕地資源近年來景觀演變的研究，分析了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展及濕地生境自然演變對生態(tài)環(huán)境的影響10。徐玲玲等人對盤錦濕地11近20年的動態(tài)變化進行了研究，但利用遙感圖1研究區(qū)示意圖和地理信息系統(tǒng)等

10、最新技術(shù)揭示大遼河口地區(qū)濕地從1980年代到2007年的長期變化過程的研究尚不多見1114。進入二十一世紀以來，由于可持1995年、2001年和2007年四采用1988年、期的LandsatTM影像，根據(jù)野外調(diào)查與地形圖，利用ArcGis和ERDAS對數(shù)據(jù)經(jīng)過幾何糾正、坐建立解譯標志進行目視解標轉(zhuǎn)換和增強處理后，景觀類型劃分景觀空間分析方法利用FRAGSTATS景觀格局分析軟件對四期的濕地類型進行景觀格局指數(shù)計算，選用生態(tài)意包括景觀類型面積義比較明確的景觀指數(shù)，（CA）、聚集度數(shù)（AI）、景觀多樣性指數(shù)（SHDI）、優(yōu)勢度指數(shù)（SHEI）、最大綴塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）等來分析

11、研究區(qū)域的濕地景觀格局的空間變化特征。具體景觀指數(shù)的計算方法可以1518。參考文獻續(xù)發(fā)展觀和科學(xué)發(fā)展觀在當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境管理和社以及大遼河口地區(qū)社會會經(jīng)濟發(fā)展方面的應(yīng)用，經(jīng)濟的加速發(fā)展，大遼河口地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平較上世紀九十年代又有了不小變化。本研究利用遙感和GIS技術(shù)，通過景觀格局分析方法，力圖揭示大遼河口地區(qū)在1988年到2007年近20年間，濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的演變軌跡，使得當(dāng)?shù)卣块T能夠清楚地認識到這期間所采取的保護措施從是否取得預(yù)期成效以及今后還需解決的問題，而提高大遼河口地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平，使?jié)褚赃_到經(jīng)濟效益、社會效益、地資源可持續(xù)利用，生態(tài)效益的同步發(fā)展。11.1研究區(qū)概況與方

12、法研究區(qū)概況研究區(qū)地處北緯40°40'41°01'，東經(jīng)122°05'122°26'。1958年以后，將遼河主流全部引向雙臺子河，由盤山縣入海，遼河的支流渾河與太子河匯合后單獨在營口市入海。渾河和太子河在海城三岔河匯合后，稱為大遼河，河長95km，自營盤山、大石口入渤海遼東灣。大遼河流經(jīng)海城、大洼、營口等市縣，穿行于遼河中下游區(qū)的近橋、海地帶，沿岸屬于濱海與堆積平原，地勢平坦，海拔在310m之間，氣候?qū)儆谂L(fēng)帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫8.0，年均降水量620730mm，冬季盛行東北風(fēng)，夏季盛行西南風(fēng)。研究方法數(shù)據(jù)來源及處理2.

13、1結(jié)果分析濕地景觀類型時間變化分析不同濕地景觀類型面積時間演變運用FRAGSTATS景觀格局分析軟件對四期的濕地類型面積進行了計算，并且計算了近20年大遼河口不同濕地類型的面積變化值及其變化速度。為了更加方便直觀地分析各種類型面積的變化，繪制了不同濕地類型的面積比例隨時間變化圖（圖2）和面積變化率圖（圖3）。6中國環(huán)境監(jiān)測第27卷第3期2011年6月濕地景觀類型轉(zhuǎn)換時間特征分析利用GIS中GRID模塊的空間分析功能分別1995、2001、2007年的大遼河口濕地景觀將1988、類型圖兩兩進行疊加計算及統(tǒng)計整理，得到濕地類型之間的轉(zhuǎn)移矩陣表（表1表3）。表11988年建筑用地轉(zhuǎn)移率養(yǎng)殖區(qū)轉(zhuǎn)移率庫

14、塘轉(zhuǎn)移率水稻田轉(zhuǎn)移率灘涂轉(zhuǎn)移率蘆葦田轉(zhuǎn)移率19881995年濕地類型轉(zhuǎn)移矩陣1995年建筑用地養(yǎng)殖區(qū)由表1可得到1988到1995年大遼河口地區(qū)濕地類型轉(zhuǎn)化的情況：建筑用地的增加部分主要來自水稻田和蘆葦田的轉(zhuǎn)化，分別為20.9和圖3不同濕地類型的面積變化率比較圖42.57km2；建筑用地中有2.16%的面積轉(zhuǎn)化為水稻田，總體轉(zhuǎn)化的比較少。養(yǎng)殖區(qū)的增加主要來2自水稻田的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化面積199.07km；同時養(yǎng)殖大遼河口地區(qū)的水稻田面積從1988年到2007年間穩(wěn)步上升，并且在研究區(qū)域中占有較大比重，自1988到1995年間面積變化速度非常隨后變化率有所減緩。蘆葦田面積在1988快，年還占較大比重，

15、但是到1995年其面積急劇驟隨后又呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。近20年間赤減，堿蓬面積在逐年減少，到2007年只占研究區(qū)總面積很微小的一部分。灘涂面積自1988年到1995年變化最明顯，以較快的速率迅速增加，2001年以后幾乎沒有變化。養(yǎng)殖區(qū)面積呈現(xiàn)穩(wěn)步升高的趨勢，而且變化速率由18.04%增加到46.27%，增長速度快，隨后幾年變化率有所減緩。庫塘面積自1988到1995年間變化幅度最2001到大，到1995年占據(jù)研究區(qū)域最大比重，2007年間所占比重有所降低。建筑用地面積自1995到2001年間以較大變化率增加，隨后幾年19882007年變化不大。通過分析比較看出，庫塘面積變化最顯著，而且擴大的比

16、例最大，赤堿蓬面積縮小最明顯，蘆葦田面積變化最不穩(wěn)定，水稻田、養(yǎng)殖區(qū)、建筑用地和灘涂面積則呈區(qū)中有19.25%轉(zhuǎn)為水稻田。庫塘的增加主要來自蘆葦田的轉(zhuǎn)化，而庫塘幾乎沒有向其它類型轉(zhuǎn)化。水稻田的增加主要是養(yǎng)殖區(qū)和蘆葦田的轉(zhuǎn)水稻田和蘆葦田的轉(zhuǎn)化；灘涂中有28.38%的面積轉(zhuǎn)化為蘆葦田。蘆葦田的增加部分也主要是由灘涂轉(zhuǎn)化來的，蘆葦田中有15.68%的面積轉(zhuǎn)化為水稻田。表21995年建筑用地轉(zhuǎn)移率養(yǎng)殖區(qū)轉(zhuǎn)移率庫塘轉(zhuǎn)移率水稻田轉(zhuǎn)移率灘涂轉(zhuǎn)移率蘆葦田轉(zhuǎn)移率19952001年濕地類型轉(zhuǎn)移矩陣建筑用地養(yǎng)殖區(qū)1.87陳爽等：基于RS/GIS的大遼河口濕地景觀格局時空變化研究7由表2看出，建筑用地的增加主要來自水

17、稻2類型圖兩兩進行疊加，提取出動態(tài)變化數(shù)據(jù)，生成該地區(qū)濕地景觀類型變化圖。通過分析可以得到大遼河口濕地類型變化的特點：該地區(qū)的濕地類型變化主要表現(xiàn)在自然濕地大量轉(zhuǎn)化為人工景觀或人工濕地，具體表現(xiàn)在轉(zhuǎn)化為建筑用地、水稻養(yǎng)殖區(qū)；其中轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖區(qū)的部位主要分布在田、鄰近河流、海岸一帶；轉(zhuǎn)化為水稻田和建筑用地的部位主要在城鎮(zhèn)或農(nóng)村居民地等人口密集地區(qū)和靠近養(yǎng)殖的區(qū)域分布較為分散；濕地退化為灘涂的部位主要集中在沿海，河流一帶。由此可見，人類活動對大遼河口地區(qū)的濕地類型演變起著關(guān)鍵的作用。2.3濕地景觀格局指標值變化特征分析研究區(qū)各類濕地景觀要素在面積上消長變化筑用地中有4.35%的面積轉(zhuǎn)為水稻田。養(yǎng)殖區(qū)

18、的增加主要來自水稻田的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化面積93.5km2；而同時養(yǎng)殖區(qū)中有33.23%轉(zhuǎn)為水稻田。水稻田的增加主要是養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)化，為192.87km2。灘涂增加主要是蘆葦田的轉(zhuǎn)化；灘涂中轉(zhuǎn)化為蘆葦田、水稻田和建筑用地分別為9.43%、5.07%和7.77%。蘆葦田的增加主要來灘涂、養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)化，分別為67.71、自水稻田、45.86、12.27km2；蘆葦田中有39.15%轉(zhuǎn)為水稻34.77%轉(zhuǎn)為灘涂，10.90%轉(zhuǎn)為建筑用地。田，表32001年建筑用地轉(zhuǎn)移率養(yǎng)殖區(qū)轉(zhuǎn)移率庫塘轉(zhuǎn)移率水稻田轉(zhuǎn)移率灘涂轉(zhuǎn)移率蘆葦田轉(zhuǎn)移率20012007年濕地類型轉(zhuǎn)移矩陣建筑用地養(yǎng)殖區(qū)的同時，其景觀的空間結(jié)構(gòu)特征也相應(yīng)的變

19、化（見表4）。表419882007濕地景觀格局指數(shù)值LSI為景觀形狀指數(shù)，LPI為最大綴塊注：AI為聚集度指數(shù)，SHDI為Shannon多樣性指數(shù)，SHEI為均勻度指數(shù)指數(shù)，從表4可以看出，研究區(qū)的最大綴塊指數(shù)LPI呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，SHDI多樣性指數(shù)和SHEI均勻度指數(shù)在此期間呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。這些景觀格局指數(shù)的變化趨勢表明，研究區(qū)濕地景觀異質(zhì)性增強，單一組分對景觀的控制作用增人類對景觀的管理程度加強了，這種結(jié)果一方強，面增加了地區(qū)的經(jīng)濟效益，另一方面也降低了該地區(qū)生物生境的多樣性，造成一些物種種群數(shù)量的減少甚至消失，由此降低了濕地景觀抗干擾的能力和維持自我穩(wěn)定的能力。從1995年以后

20、LPI值呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，而多樣性指數(shù)SHDI和均勻度指數(shù)SHEI呈現(xiàn)出逐漸增大的特征，表明近些年對濕地景觀的保護措施效果顯著，開發(fā)利用濕地資源的合理性在不斷提高，使得研究區(qū)景觀多樣性，均勻性逐年升高。從表4還可以看出，該地區(qū)的聚集度指數(shù)AI逐漸減小，景觀表明該地區(qū)的景形狀指數(shù)LSI呈現(xiàn)增加的趨勢，觀破碎化程度增大。2.4濕地景觀格局變化的驅(qū)動因素分析大遼河口濕地的景觀格局時空變化同時受著注：表1表3中數(shù)據(jù)單位為km2，轉(zhuǎn)移率單位為%由表3得到，建筑用地的增加主要來自水稻2用地中有14.53%的面積轉(zhuǎn)為養(yǎng)殖區(qū)，有1.40%的面積轉(zhuǎn)為水稻田。養(yǎng)殖區(qū)的增加主要來自水稻田和建筑用地的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化面

21、積分別為226.43、79.54km2；而同時養(yǎng)殖區(qū)中有6.96%轉(zhuǎn)為水稻2.23%轉(zhuǎn)為建筑用地。水稻田的增加主要是田，濕地景觀類型空間變化特征分析利用GIS中GRID模塊的空間分析功能分別1995、2001、2007年的大遼河口濕地景觀將1988、8中國環(huán)境監(jiān)測第27卷第3期2011年6月自然因素和人為活動兩種不同性質(zhì)的驅(qū)動力的影其中人類活動的干擾及區(qū)域綜合開發(fā)活動是響，影響大遼河口地區(qū)濕地景觀格局變化的主要驅(qū)動全球變暖大背景下導(dǎo)致因素。就自然因素而言，同時大遼河口地區(qū)的降雨量減少，是的氣溫升高，導(dǎo)致濕地面積出現(xiàn)萎縮和退化的主要自然因素。另一方面，近年來隨著人口數(shù)量的急劇增長，大量的自然濕地

22、在人類活動的干擾下被逐漸開墾為經(jīng)主要表現(xiàn)在濟效益較大的人工濕地或人工景觀，以水田開發(fā)、水產(chǎn)養(yǎng)殖為主的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動，以蘆葦造紙、油氣開發(fā)為主的工業(yè)開發(fā)活動和交通、城鎮(zhèn)居民點等城鎮(zhèn)化建設(shè)。近現(xiàn)代人類的經(jīng)濟活動及區(qū)域開發(fā)歷史作為一種人類外在的脅迫因子疊加快了濕地環(huán)境演變的進程加于自然因子之上，并使之逐漸偏離原來的自然演化軌跡。使資源的開發(fā)強度不超過濕地生境更新地資源，重建河岸植被帶，以及恢復(fù)的速度；適當(dāng)?shù)赝烁S持濕地的總量平衡。參考文獻：1王仰麟格局與過程景觀生態(tài)學(xué)的理論前沿M1995437441.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2傅伯杰，陳利頂，馬克明等景觀生態(tài)學(xué)的原理及應(yīng)20011145.用M北京：

23、科學(xué)出版社，3MusacchioLRLandscapeecologicalplanningprocessforwetland，waterfowl，andfarmlandconservationJLandscapeandUrbanPlanning，2001，56：142147.4傅國斌，李克讓全球變暖與濕地生態(tài)系統(tǒng)的研究2001，20（1）：120128.進展J地理研究，5孫廣友中國濕地科學(xué)的進展與展望J地球科2000，15（6）：666672.學(xué)進展，6王憲禮，布仁倉，胡遠滿等遼河三角洲濕地的景觀1996，7（7）：299破碎化分析J應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，3結(jié)論與建議（1）19881995年期間，大遼

24、河口地區(qū)的環(huán)304.7王憲禮，胡遠滿，布仁倉遼河三角洲濕地的景觀變1996，16（3）：260265.化分析J地理科學(xué)，8王憲禮，肖篤寧，布仁倉等遼河三角洲濕地的景觀1997，17（3）：317323.格局分析J生態(tài)學(xué)報，9李秀珍，肖篤寧，胡遠滿等遼河三角洲濕地景觀格局對養(yǎng)分去除功能影響的模擬J地理學(xué)報，2001，56（1）：3243.10肖篤寧，李曉文，王連平遼東灣濱海濕地資源景觀演J資源科學(xué)，2001，23（2）：3136.變與可持續(xù)利用11徐玲玲，張玉書，陳鵬獅等近20年盤錦濕地變化2009，特征及影響因素分析J自然資源學(xué)報，3（24）：483490.12李加林，趙寒冰，曹云剛等遼河三角洲濕地景觀空2006，間格局變化分析J城市環(huán)境與城市生態(tài)，4（19）：57.13孫劍，楊德明，李建國遼河