大连滨海湿地景观格局变化

第38卷　第4期38　No.4吉林大学学报(地球科学版)　　　　Vol.　　　　　　

2008年7月JournalofJilinUniversity(EarthScienceEdition)July2008　

大连滨海湿地景观格局变化及其驱动机制

姜玲玲,熊德琪,张新宇,张　弘

1.大连海事大学环境科学与工程学院,辽宁大连　1160262.大连海事大学航海动态仿真与控制实验室,辽宁大连　116026

1121

摘要:以2000年和2006年TM卫星影像为主要数据源,配合其它非遥感数据,在遥感与地理信息系统技术支持下,运用景观生态学原理,选取反映景观空间结构和景观异质性的指数,对大连地区湿地的整体景观格局和类型景观格局及其动态变化进行定量分析。结果表明:6年间,大连湿地面积减少了97.62km2;整体景观多样性指数和均匀度指数降低,优势度指数增加;各类景观格局时间序列上也存在明显差异性变化。湿地景观格局指数的变化,反映了移山填海工业园区的扩大及养殖业的大力发展等人为活动对景观格局的深刻影响。人为活动已成为大连市湿地景观格局变化的主要驱动因子。

关键词:遥感;地理信息系统;湿地;动态变化;景观格局指数;大连

中图分类号:X171.1　　　文献标识码:A　　　文章编号:1671-5888(2008)04-0670-06

ChangeofLandscapePatternandItsDrivingMechanism

oftheCoastalWetlandinDalianCity

JIANGLing-ling1,XIONGDe-qi1,ZHANGXin-yu2,ZHANGHong1

1.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,DalianMaritimeUniversity,Dalian,Liaoning　116026,China2.MarineDynamicSimulationandControlLab,DalianMaritimeUniversity,Dalian,Liaoning　116026,China

Abstract:TwoLandsatTMimages(obtainedin2000and2006respectively)wereinterpretedasbasicinformationsources.Thebasicdataofcoastalwetlandwereobtainedwiththeapplicationofremote

sensingandGIS-technique.Theindexreflectingthespecialstructureandtheheterogeneityoflandscapepatternwereselectedbytheecologicalprincipleoflandscapepattern.Thoseindexeswereusedtoanaly-sisthedynamicchangeofwetlandsinDalian.Theresultshowedthattheaveragefractaldimensionindex,fragmentindexandpredominanceindexincreased,butlandscapediversityindexdecreased;and

2

theareaofwetlandsinDaliandecreased97.62kminthepastsixyears.Thechangeofwetlandland-scapepatternwasaresultoftheexpandingofindustrialzoneanddevelopmentofthelarge-scalefeeding.Humanactivitywasthemaindrivingforceforthelandscapechange.

Keywords:remotesensing;GIS;wetland;dynamicchange;landscapepatternindex;Dalian

湿地被称作陆地上的天然蓄水库,在蓄洪防旱、稀水禽的繁殖和越冬地。大连湿地处在东北区鸟类调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、降解环境污染等方面起着极其重要的作用[1]。此外,湿地拥有丰富的野生动植物资源,是众多野生动植物,特别是珍

收稿日期:2007-12-27

基金项目:国家自然科学基金项目(40476046)作者简介:姜玲玲(1980

),女,吉林白山人,硕士,主要从事3S技术与生态环境遥感研究,E-mail:jll5@163.com。

迁徙的通道上,是东北、东北亚区域鸟类迁徙的中间

停歇繁殖地,在国际上备受关注,成为具有重要价值的地带性湿地。近年来,国内外已有很多关于湿地

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671

景观格局变化的研究,但是,对于滨海湿地的研究相对较少[2-4]。因此,本文借助RS和GIS技术,对大连地区2000

2006年湿地景观格局的变化及其原

因进行了探讨,试图揭示近年来该地区湿地景观格局与自然生态过程和社会经济活动之间的关系,从而为大连湿地资源的保护、利用及可持续发展提供科学依据。

算出湿地景观的各种定量分析指标。根据模型运算分析6年来大连地区湿地景观格局演变情况。2.2

湿地景观分类及解译标志

在充分分析大连地区湿地资源现状的基础上,借鉴《湿地公约》中的湿地分类系统,参照中国目前湿地调查标准《全国湿地资源调查与监测技术规程》,将大连滨海湿地景观分为7种类型,分别为:(1)湖库水体与池塘,主要指池塘、湖泊和水库;(2)河流,永久性河流和季节性或间歇性河流;(3)盐场及养殖场,指近海区域的水产养殖与滩涂养殖及借助海水蒸发来制盐的沿海湿地;(4)沼泽湿地,主要指生长芦苇、柽柳、碱蓬等植物的积水湿地;(5)水田,多指水稻种植地;(6)海岸湿地,指滩涂、河口水域和河口三角洲水域;(7)海洋湿地,低潮时水深不超过6m的永久近岸海域[6]。2.3

景观格局指数的选取

景观多样性指数(H)在景观生态学中,景观的多样性常用景观的多样性指数来衡量[7],其值大小反映景观中斑块类型的多少及其所占比例的变化。根据信息论原理,参考Shannon-Weaner指数,景观多样性指数的计算公式为

m

1研究区概况

大连市处于辽东半岛的南端,陆地属于辽东半

岛低山丘陵的一部分,位于北纬38°43′～40°10′,东经120°58′～123°31′,受其地理位置影响,属温带大陆性季风气候,并具有海洋性气候特征。大连沿海岛坨密布,河口众多,大小河流共计200多条,并由著名的复州湾、葫芦山湾、普兰店湾、金州湾、大连湾等大型海湾和长山海峡形成诸多河口三角洲;由海岸泥质滩涂、浅海滩涂、河口低湿盐碱沼泽地等形成大面积多类型的湿地资源和湿地景观。

2

2.1

研究方法

数据来源及工作流程

本研究采用了遥感信息源和非遥感信息源两种数据源。遥感信息源选取中国遥感卫星地面站接收的美国Landsat卫星TM影像数据。根据滨海湿地的特点、地表景观的季相差异及TM卫星影像质量等因素,选取了两个时段(2000年、2006年)的ETM、TM影像数据,共4景,各景影像的云覆盖率均小于5%。非遥感信息源主要包括1∶5万大连地形图、行政区划图、地貌分区图、海图以及野外考察采集的各种信息和数据等。将上述非遥感信息源的各类专题图件进行扫描,应用Arc/Info软件进行矢量化、编辑、拓扑、编码等处理,生成coverage文件,然后采用圆锥等面积投影方式建立统一的坐标系统,以此作为生态环境特征遥感解译的辅助资料[5]。

利用ERDASIMAGINE8.7软件对TM影像进行几何纠正、信息增强等处理;再利用RGB(5,4,3)合成假彩色图像,对两个时期的遥感影像进行人机交互湿地信息解译,并在ArcGIS9.0平台下,通

H=-∑(Pi)×log2(Pi)。

i=1

(1)

式中:H为多样性指数;Pi为景观类型i所占面积的比例;m为景观类型的数目。

优势度指数(Y)表示景观多样性对最大多样性的偏离程度,或描述景观由少数几个主要的景观

类型所控制的程度。优势度指数计算公式为

m

Y=Hmax+∑(Ai)×log2(Ai)。

i=1

(2)

式中:Y为景观优势度指数;Hmax表示最大多样性指数,其值Hmax=log2(m),m为景观类型总数;Ai为景观类型i所占面积的比例。均匀度指数(E)均匀度指数描述不同景观类型的分配均匀程度。其计算公式为

E=(H/Hmax)×100%。(3)　　破碎度指数(C)破碎度指数即把单位面积上的斑块数量(个/km2)作为景观破碎程度特征的指标。其计算公式为

C=∑Ni/∑Ai。(4)过野外验证对解译数据进行修改和编辑,分别形成

2个时期的湿地分布图(图1,图2);最后利用Arc-式中:i代表某种土地利用类型;N为总斑块数;AGIS9.0的空间分析功能,对不同时期的湿地进行计算和分析,最后导入Fragstats3.0和Excel分别计为斑块的总面积。

研究景观的破碎度对景观中(尤其是湿地景观)672

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图1

Fig.1

大连市2000年湿地分布图

ThedistributionofwetlandsofDalianin2000

图2

Fig.2

大连市2006年湿地分布图

ThedistributionofwetlandsofDalianin2006

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673

生物和资源的保护具有重要意义。

斑块的分形维数(S)本项研究的对象是斑块,通过斑块的特征来反映景观的空间格局,所以分

景观占优势的地位在明显增加。该研究区内盐场及

养殖场的不断加大是使得优势度指数增大的重要原因。均匀度指数从2000年的60.3%下降到2006

维数是采用面积-周长法来测定。即:年59.0%,下降率为2.11%,说明景观类型的分布

2ln(Pi/4)不均匀程度随人工干扰的加大而增加,这与优势度S=。(5)[8]

ln(Ai)分析所得的结论一致。

式中:Ai代表斑块的面积;Pi代表斑块的周长。表2景观类型多样性指数

3

3.1

结果分析

湿地景观类型面积变化分析

根据2000年和2006年影像的解译数据,利用

Table2Statisticsoflandscapediversityindices

H

Y0.680.702.94

E/%60.359.0-2.11

2000年2006年增减率/%

2.132.10-1.41

ARCMAP软件统计分析得出两个时间段湿地面积变化情况,见表1。

表1

Table1

湿地类型

2000年

水田湖库水体与池塘

河流盐场及养殖场沼泽湿地海岸湿地海洋湿地总计

351.75125.8298.99636.82156.92645.141994.174009.61

2006年246.57175.18106.22691.54138.62574.331979.533911.99

大连地区湿地面积统计

StatisticsofwetlandsareasofDalian

面积/km2

变化量/km2-105.1849.367.2354.72-18.3-70.81-14.64-97.62

变化率/%-42.6639.237.308.60-11.66-10.98-0.73-2.43

3.2.2景观类型破碎度变化分析

从破碎度指数的结果来看(图3),2000年和2006年两个时段的湖库水体与池塘、河流、沼泽湿地的值较大,表明其空间分布较分散;而在各湿地类型中破碎度指数增加较大的有水田、沼泽湿地和海岸湿地,它们的增加百分率分别为42.66%、11.29%和13.64%,表明6年来它们受人类活动影响强烈,景观异质性增加,整体上斑块的连通性降低,湿地资源由集中到分散分布的变化,其退化程度加大。与此同时,水体、盐场及养殖场的破碎度指数值降低,表明它们由原来的分散状态演变成成片相连。

3.2.3景观类型平均分形维数变化分析

分维数是一种比较好的反映斑块复杂程度的形

6年间,大连地区湿地结构发生了很大变化,主

要呈现三增四减的现象,即湖库水体与池塘、河流、状指数,其数值的大小反映了人类对斑块的干扰程盐场及养殖场增加,其中增加最多的是盐场及养殖度。2000～2006年,大连地区湿地景观斑块分形维场,6年间增加了54.72km;水田、沼泽、海岸湿地和海洋湿地减少,其中面积减少最多是水田,减少了105.18km;其次为海岸湿地,其面积减少了70.81km。海岸湿地具有净化入海污染物、抗御风暴潮等海洋灾害和生物多样性保护等作用,它的大量减少削弱了海洋的生态功能。3.2

湿地景观变化分析

3.2.1景观格局指数分析

从表2的景观类型多样性指数可以看出,研究区的景观多样性在6年间呈递减趋势,递减率为1.41%,这表明该区的景观多样性随开发活动的不断加强差异性变大;而优势度在这6年间呈递增趋势,增长率为2.94%,表明组成该区各景观类型所占的比例差异在不断的加大,即一种或者少数几种2

2

2

数由1.302增至1.312,景观斑块总体分维数略有提高,说明人类干扰活动使得景观形态趋向复杂化,

景观的自相似性减小(图3)。其中水田、湖库水体与池塘、河流、沼泽湿地和海岸湿地的平均分形维数都有一定程度的增加,而盐场及养殖场的平均分形维数则有所减少。水田斑块分维数的增加与大量水田被用作交通、基础设施等各种城乡建设用地,从而增加其边界长度和曲折程度;湖库水体与池塘的分形维数增加与近年来河渠、坑塘和水库建设与拓展有关;沼泽湿地及海岸湿地分形维数增加,这与6年间养殖业和工业的发展,对其干扰程度的增加是分不开的,导致斑块变的越来越复杂;同时可以看出,由于大量发展养殖业,发挥沿海地区的地域优势,盐场及养殖场由部分集中向成片发展,形状趋于规则674

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图3

Fig.3

大连湿地景观破碎度(左)和分形维数值(右)的变化(2000-2006)

Thechangeoflandscapefractaldimensionindex(left)andfragmentindex(right)ofwetlandinDalian(2000-2006)

1.水田;2.湖库水体与池塘;3.河流;4.盐场及养殖场;5.沼泽湿地;6.海岸湿地;7.海洋湿地

化,其分形维数由1.27减少到1.24。由于大量使用化肥、农药、除草剂等化学产品,影响到河流和沿海的水体质量,给湿地资源带来了严重的污染

[11]

4驱动力分析

。湖泊普遍受到氮、磷等营养物质的

经分析,大连湿地退化主要受人为因素的影响,

其驱动机制主要包括以下几个方面:

(1)围海造地。围海造地是湿地面积减少的主要原因之一[9]。本次湿地资源调查的结果显示,湿地已经遭到或正面临着盲目开垦和改造的威胁,大连市城市建设的土地资源非常有限,城市发展需求过大,围海造地、移山填海减缓了大连市用地矛盾,促进了工业、盐业、养殖业的多种经营,但是也致使湿地尤其是海岸湿地大面积减少[10]。据统计,围海造地工程使得沿海湿地面积以每年约14km2的速度减少。仅21世纪以来的6年内大连市沿海地区累计已丧失海岸湿地面积约70.81km。

(2)湿地资源不合理利用。湿地资源开发应该遵循湿地生境演替规律,资源的开发强度不应超过生物更新和恢复的速度。近海由于捕捞过度及环境变化的缘故,捕捞资源处于衰竭状态。目前大连滩涂、浅海养殖和晒盐场密度过高,其面积由2000年的636.82km2发展到2006年的691.54km2。此外,沼泽湿地中的泥炭资源、贝壳砂以及沙岸也都因为过度或不合理开采而受到破坏。

(3)湿地污染加剧。大连湿地也正面临着环境污染问题。湿地环境污染不仅对生物多样性造成严重危害,致使水质变坏,而且环境污染对湿地的威胁正随着经济的发展而迅速增大。污染湿地的因子包括大量工业废水、生活污水的排放,旅游业的发展以及农药、化肥的面源污染等。2

污染,水体已出现不同程度的富营养化。河流水质污染主要为有机污染。近年来,近海海域主要受营

养盐污染和有机污染,污染损害事件频繁发生,海洋环境质量总体呈恶化趋势。

5结论

(1)利用RS和GIS技术,并利用景观生态学原理将大连滨海湿地景观分为湖库水体与池塘、河流、盐场及养殖场、沼泽湿地、水田、海岸湿地和海洋湿地等7种类型。通过对该地区的遥感影像解译,发现2000

2006年,大连湿地面积总体呈下降趋势,

2

共减少约97.62km。其中主要呈现三增四减的现象,即湖库水体与池塘、河流、盐场及养殖场增加;水田、沼泽、海岸湿地和海洋湿地减少。

(2)随着人类活动干扰强度的加大,景观多样性指数和均匀度指数降低,而优势度指数增加、分维数增加。

(3)从景观破碎度分析结果看,水田、沼泽湿地和海岸湿地的破碎度增加,表明6年来湿地资源由集中到分散分布的变化,其退化程度加大。与此同时,水体、盐场及养殖场的破碎度指数值降低;从斑块形状来看,除盐场及养殖场的斑块形状趋于规则化外,其余地类的斑块形状全部趋于复杂化。

(4)区域综合开发活动是影响大连地区湿地景观格局动态变化的主要驱动因素,表现在水产养殖业为主的农业开发活动、移山填海建设工业园区以　第4期　　　　　　　　　　　姜玲玲,等:大连滨海湿地景观格局变化及其驱动机制

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及公共交通的发展等。随着大连经济的蓬勃发展,人类活动对湿地景观格局变化的影响将更为深入和广泛。

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