基于RS_GIS的大辽河口湿地景观格局时空变化研究

1、第27卷第3期2011年6月中国环境监测EnvironmentalMonitoringinChinaVol27No3Jun2011基于RS/GIS的大辽河口湿地景观格局时空变化研究陈摘爽，马安青，李正炎，李福建，焦俊超（中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛，266100）1995、2001和2007年的四期TM数据，要：基于1988、应用GIS/RS技术与景观格局分析软件FRAGSTATS，定量分析自1988年以来，大辽河口地区的湿地面积逐年增加，湿地景观多样大辽河口地区湿地景观格局的动态变化。结果表明，性指数和均匀度指数呈现先降后升的趋势，景观破碎化程度增强。湿地类型变化主要表现在大量的

2、自然湿地转化为人工湿地或人工景观，具体表现在转化为建筑用地、水稻田、养殖区。19881995年期间，大辽河口地区的环境质量下降，该地区生物生活环境的多样性降低，造成了一些物种种群数量的减少甚至消失；但是自1995年以后，该地区的景观多样性和均匀性升高，抗干扰能力增强，环境质量有所提高。研究区湿地景观格局的动态变化主要是受自然条件和人为活动干扰共同作用的结果。关键词：湿地；景观格局；景观指数；景观变化；大辽河口中图分类号：X87文献标识码：A6002（2011）03-0004-05文章编号：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景观空间格局是指大小和形状不一的景观斑块在空间上的排列，它是景观异质性的重要表现，又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果1态变化研究已成为国内外专家探求的热点问题之一35。辽宁省是中国东北地区唯一的沿海省份，沿海岸线分布有丰富的滨海湿地资源，尤其是辽河因滨海湿地分布集中，类型多样，人三角洲一带，为扰动强烈，近年来已成为滨海湿地景观演变研究的热点地区。国内许多学者如

8、王宪礼、肖笃宁等都曾利用遥感和地理信息系统技术对辽河三角洲湿地的景观格局、景观破碎化程度以19861994年的景观变化进行过研究，揭示了湿地景观格局的变化程度及其与人类活动的关系68景观格局决定景观过程，景观格局的变化影响景导致景观功能发生变观生态过程和景观流，化2。今天的格局是过去的景观流（自然、社会、经济和各种生态过程）形成的，又是今后景观格局形成的基础。因此，通过分析景观格局随时间的变化可以反映景观生态过程，揭示景观演替的机制和规律，进而预测景观的变化趋势，最终实现资源的可持续利用。当前对于滨海湿地景观的动；还04-21；修订日期：2010-07-21收稿日期：2010-基金项目：国家水

9、体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX0752600102）；辽河河口区大型湿地生态修复关键技术与示范研究（2008ZX07208009）作者简介：陈爽（1986），女，山东青岛人，硕士研究生通讯作者：马安青陈爽等：基于RS/GIS的大辽河口湿地景观格局时空变化研究5有学者进一步就辽河三角洲湿地景观格局对养分为以污染治理去除功能的影响进行了空间模拟，为核心的景观规划提供了理论依据9；一些学者还通过对辽东湾滨海湿地资源近年来景观演变的研究，分析了区域经济发展及湿地生境自然演变对生态环境的影响10。徐玲玲等人对盘锦湿地11近20年的动态变化进行了研究，但利用遥感图1研究区示意图和地理信息系统等

10、最新技术揭示大辽河口地区湿地从1980年代到2007年的长期变化过程的研究尚不多见1114。进入二十一世纪以来，由于可持1995年、2001年和2007年四采用1988年、期的LandsatTM影像，根据野外调查与地形图，利用ArcGis和ERDAS对数据经过几何纠正、坐建立解译标志进行目视解标转换和增强处理后，景观类型划分景观空间分析方法利用FRAGSTATS景观格局分析软件对四期的湿地类型进行景观格局指数计算，选用生态意包括景观类型面积义比较明确的景观指数，（CA）、聚集度数（AI）、景观多样性指数（SHDI）、优势度指数（SHEI）、最大缀块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）等来分析

11、研究区域的湿地景观格局的空间变化特征。具体景观指数的计算方法可以1518。参考文献续发展观和科学发展观在当地生态环境管理和社以及大辽河口地区社会会经济发展方面的应用，经济的加速发展，大辽河口地区生态环境质量水平较上世纪九十年代又有了不小变化。本研究利用遥感和GIS技术，通过景观格局分析方法，力图揭示大辽河口地区在1988年到2007年近20年间，湿地生态环境质量的演变轨迹，使得当地政府部门能够清楚地认识到这期间所采取的保护措施从是否取得预期成效以及今后还需解决的问题，而提高大辽河口地区的生态环境质量水平，使湿以达到经济效益、社会效益、地资源可持续利用，生态效益的同步发展。11.1研究区概况与方

12、法研究区概况研究区地处北纬40°40'41°01'，东经122°05'122°26'。1958年以后，将辽河主流全部引向双台子河，由盘山县入海，辽河的支流浑河与太子河汇合后单独在营口市入海。浑河和太子河在海城三岔河汇合后，称为大辽河，河长95km，自营盘山、大石口入渤海辽东湾。大辽河流经海城、大洼、营口等市县，穿行于辽河中下游区的近桥、海地带，沿岸属于滨海与堆积平原，地势平坦，海拔在310m之间，气候属于暖风带季风气候，年平均气温8.0，年均降水量620730mm，冬季盛行东北风，夏季盛行西南风。研究方法数据来源及处理2.

13、1结果分析湿地景观类型时间变化分析不同湿地景观类型面积时间演变运用FRAGSTATS景观格局分析软件对四期的湿地类型面积进行了计算，并且计算了近20年大辽河口不同湿地类型的面积变化值及其变化速度。为了更加方便直观地分析各种类型面积的变化，绘制了不同湿地类型的面积比例随时间变化图（图2）和面积变化率图（图3）。6中国环境监测第27卷第3期2011年6月湿地景观类型转换时间特征分析利用GIS中GRID模块的空间分析功能分别1995、2001、2007年的大辽河口湿地景观将1988、类型图两两进行叠加计算及统计整理，得到湿地类型之间的转移矩阵表（表1表3）。表11988年建筑用地转移率养殖区转移率库

14、塘转移率水稻田转移率滩涂转移率芦苇田转移率19881995年湿地类型转移矩阵1995年建筑用地养殖区由表1可得到1988到1995年大辽河口地区湿地类型转化的情况：建筑用地的增加部分主要来自水稻田和芦苇田的转化，分别为20.9和图3不同湿地类型的面积变化率比较图42.57km2；建筑用地中有2.16%的面积转化为水稻田，总体转化的比较少。养殖区的增加主要来2自水稻田的转化，转化面积199.07km；同时养殖大辽河口地区的水稻田面积从1988年到2007年间稳步上升，并且在研究区域中占有较大比重，自1988到1995年间面积变化速度非常随后变化率有所减缓。芦苇田面积在1988快，年还占较大比重，

15、但是到1995年其面积急剧骤随后又呈现逐渐增加的趋势。近20年间赤减，碱蓬面积在逐年减少，到2007年只占研究区总面积很微小的一部分。滩涂面积自1988年到1995年变化最明显，以较快的速率迅速增加，2001年以后几乎没有变化。养殖区面积呈现稳步升高的趋势，而且变化速率由18.04%增加到46.27%，增长速度快，随后几年变化率有所减缓。库塘面积自1988到1995年间变化幅度最2001到大，到1995年占据研究区域最大比重，2007年间所占比重有所降低。建筑用地面积自1995到2001年间以较大变化率增加，随后几年19882007年变化不大。通过分析比较看出，库塘面积变化最显著，而且扩大的比

16、例最大，赤碱蓬面积缩小最明显，芦苇田面积变化最不稳定，水稻田、养殖区、建筑用地和滩涂面积则呈区中有19.25%转为水稻田。库塘的增加主要来自芦苇田的转化，而库塘几乎没有向其它类型转化。水稻田的增加主要是养殖区和芦苇田的转水稻田和芦苇田的转化；滩涂中有28.38%的面积转化为芦苇田。芦苇田的增加部分也主要是由滩涂转化来的，芦苇田中有15.68%的面积转化为水稻田。表21995年建筑用地转移率养殖区转移率库塘转移率水稻田转移率滩涂转移率芦苇田转移率19952001年湿地类型转移矩阵建筑用地养殖区1.87陈爽等：基于RS/GIS的大辽河口湿地景观格局时空变化研究7由表2看出，建筑用地的增加主要来自水

17、稻2类型图两两进行叠加，提取出动态变化数据，生成该地区湿地景观类型变化图。通过分析可以得到大辽河口湿地类型变化的特点：该地区的湿地类型变化主要表现在自然湿地大量转化为人工景观或人工湿地，具体表现在转化为建筑用地、水稻养殖区；其中转化为养殖区的部位主要分布在田、邻近河流、海岸一带；转化为水稻田和建筑用地的部位主要在城镇或农村居民地等人口密集地区和靠近养殖的区域分布较为分散；湿地退化为滩涂的部位主要集中在沿海，河流一带。由此可见，人类活动对大辽河口地区的湿地类型演变起着关键的作用。2.3湿地景观格局指标值变化特征分析研究区各类湿地景观要素在面积上消长变化筑用地中有4.35%的面积转为水稻田。养殖区

18、的增加主要来自水稻田的转化，转化面积93.5km2；而同时养殖区中有33.23%转为水稻田。水稻田的增加主要是养殖区的转化，为192.87km2。滩涂增加主要是芦苇田的转化；滩涂中转化为芦苇田、水稻田和建筑用地分别为9.43%、5.07%和7.77%。芦苇田的增加主要来滩涂、养殖区的转化，分别为67.71、自水稻田、45.86、12.27km2；芦苇田中有39.15%转为水稻34.77%转为滩涂，10.90%转为建筑用地。田，表32001年建筑用地转移率养殖区转移率库塘转移率水稻田转移率滩涂转移率芦苇田转移率20012007年湿地类型转移矩阵建筑用地养殖区的同时，其景观的空间结构特征也相应的变

19、化（见表4）。表419882007湿地景观格局指数值LSI为景观形状指数，LPI为最大缀块注：AI为聚集度指数，SHDI为Shannon多样性指数，SHEI为均匀度指数指数，从表4可以看出，研究区的最大缀块指数LPI呈现出逐渐增加的趋势，SHDI多样性指数和SHEI均匀度指数在此期间呈现逐渐减小的趋势。这些景观格局指数的变化趋势表明，研究区湿地景观异质性增强，单一组分对景观的控制作用增人类对景观的管理程度加强了，这种结果一方强，面增加了地区的经济效益，另一方面也降低了该地区生物生境的多样性，造成一些物种种群数量的减少甚至消失，由此降低了湿地景观抗干扰的能力和维持自我稳定的能力。从1995年以后

20、LPI值呈现出逐渐减小的趋势，而多样性指数SHDI和均匀度指数SHEI呈现出逐渐增大的特征，表明近些年对湿地景观的保护措施效果显著，开发利用湿地资源的合理性在不断提高，使得研究区景观多样性，均匀性逐年升高。从表4还可以看出，该地区的聚集度指数AI逐渐减小，景观表明该地区的景形状指数LSI呈现增加的趋势，观破碎化程度增大。2.4湿地景观格局变化的驱动因素分析大辽河口湿地的景观格局时空变化同时受着注：表1表3中数据单位为km2，转移率单位为%由表3得到，建筑用地的增加主要来自水稻2用地中有14.53%的面积转为养殖区，有1.40%的面积转为水稻田。养殖区的增加主要来自水稻田和建筑用地的转化，转化面

21、积分别为226.43、79.54km2；而同时养殖区中有6.96%转为水稻2.23%转为建筑用地。水稻田的增加主要是田，湿地景观类型空间变化特征分析利用GIS中GRID模块的空间分析功能分别1995、2001、2007年的大辽河口湿地景观将1988、8中国环境监测第27卷第3期2011年6月自然因素和人为活动两种不同性质的驱动力的影其中人类活动的干扰及区域综合开发活动是响，影响大辽河口地区湿地景观格局变化的主要驱动全球变暖大背景下导致因素。就自然因素而言，同时大辽河口地区的降雨量减少，是的气温升高，导致湿地面积出现萎缩和退化的主要自然因素。另一方面，近年来随着人口数量的急剧增长，大量的自然湿地

22、在人类活动的干扰下被逐渐开垦为经主要表现在济效益较大的人工湿地或人工景观，以水田开发、水产养殖为主的农业开发活动，以芦苇造纸、油气开发为主的工业开发活动和交通、城镇居民点等城镇化建设。近现代人类的经济活动及区域开发历史作为一种人类外在的胁迫因子叠加快了湿地环境演变的进程加于自然因子之上，并使之逐渐偏离原来的自然演化轨迹。使资源的开发强度不超过湿地生境更新地资源，重建河岸植被带，以及恢复的速度；适当地退耕，维持湿地的总量平衡。参考文献：1王仰麟格局与过程景观生态学的理论前沿M1995437441.北京：中国科学技术出版社，2傅伯杰，陈利顶，马克明等景观生态学的原理及应20011145.用M北京：

23、科学出版社，3MusacchioLRLandscapeecologicalplanningprocessforwetland，waterfowl，andfarmlandconservationJLandscapeandUrbanPlanning，2001，56：142147.4傅国斌，李克让全球变暖与湿地生态系统的研究2001，20（1）：120128.进展J地理研究，5孙广友中国湿地科学的进展与展望J地球科2000，15（6）：666672.学进展，6王宪礼，布仁仓，胡远满等辽河三角洲湿地的景观1996，7（7）：299破碎化分析J应用生态学报，3结论与建议（1）19881995年期间，大辽

24、河口地区的环304.7王宪礼，胡远满，布仁仓辽河三角洲湿地的景观变1996，16（3）：260265.化分析J地理科学，8王宪礼，肖笃宁，布仁仓等辽河三角洲湿地的景观1997，17（3）：317323.格局分析J生态学报，9李秀珍，肖笃宁，胡远满等辽河三角洲湿地景观格局对养分去除功能影响的模拟J地理学报，2001，56（1）：3243.10肖笃宁，李晓文，王连平辽东湾滨海湿地资源景观演J资源科学，2001，23（2）：3136.变与可持续利用11徐玲玲，张玉书，陈鹏狮等近20年盘锦湿地变化2009，特征及影响因素分析J自然资源学报，3（24）：483490.12李加林，赵寒冰，曹云刚等辽河三角洲湿地景观空2006，间格局变化分析J城市环境与城市生态，4（19）：57.13孙剑，杨德明，李建国辽河