近20年来淇澳岛红树林湿地景观格局分析

收稿日期:2004-10-25; 修订日期:2005-01-07

基金项目:广东省自然科学基金(031647);联合国环境规划署(U NEP)/全球环境基金(GEF)湿地专题;国家水利部/珠江河口综合治理

规划0专题(03-32110-4108164);/985工程0中山大学GIS 与遥感的地学应用科技创新平台(Ò类)项目

作者简介:王树功(1971-),男,讲师,从事资源环境与区域可持续发展研究,已发表论文30多篇。E-mail:esswsg@

近20年来淇澳岛红树林湿地景观格局分析

王树功

1,2

,黎 夏3,刘 凯

4,5

,周永章2,陈桂珠

1

(1.中山大学环境科学研究所,广东广州510275;2.中山大学地球环境与地球资源研究中心,广东广州510275;3.中山大学遥感与地理信息工程系,广东广州510275;4.中国科学院广州地球化学研究所,广东广州510064;

5.广州地理研究所,广东广州510070)

摘要:该文分析近20a 来淇澳岛红树林湿地景观格局演变,采用遥感和GIS 相结合的方法,利用遥感图像处理软件ERDAS 对3个时相(1988年、1995年、2002年)的Landsat TM 遥感图像应用专家系统方法分类;结合ARCGIS 811,辅助FRAGSTATS 3101景观软件计算斑块和类型水平上的景观格局指数。淇澳岛红树林面积呈上升趋势,1988年、1995年和2002年分别为20116hm 2、28108hm 2、57196hm 2;斑块数目从1988年的1个增加到2002年的18个,总斑块密度、平均斑块周长面积比呈上升趋势;平均斑块大小、平均斑块分维数、平均斑块形状指数呈下降趋势。近20a 来淇澳岛红树林湿地景观受人为干扰,景观破碎化程度不断扩大,需对湿地多功能景观进行科学调控。关键词:红树林湿地;景观格局分析;遥感;GIS;淇澳岛

中图分类号:Q149 文献标识码:A 文章编号:1672-0504(2005)02-0053-05

湿地景观空间格局是研究湿地景观功能和动态的基础,可以揭示湿地景观变化的动因、规律和机制,为湿地资源的可持续利用和自然保护区管理提供依据,并对湿地恢复有所帮助。20世纪80年代以来,遥感和GIS 的发展为湿地景观的定量研究提供了条件。景观格局指标已成为景观生态学界广泛使用的一种定量研究方法,最近应用到湿地景观研究中。国内外[1-16]已有较多利用遥感与GIS 进行湿地景观格局的研究。针对红树林湿地景观,笔者选择珠江口淇澳岛红树林湿地为研究对象,利用遥感图像处理软件ERDAS 对3个时相(1988年、1995年、2002年)的遥感图像应用专家系统方法分类;结合ARCGIS 811,辅助FRAGSTATS 3101景观软件进行景观指数计算,在斑块和类型水平上进行空间指数分析,揭示导致其变化的驱动力,为淇澳岛红树林湿地保护和利用提供依据。

1 研究区概况

淇澳岛位于珠海市唐家镇东北约2km 处,面积约24km 2,常住人口约2000人。它是珠江口伶仃洋内的一个小岛(图1),位于伶仃洋水道(西槽)西

侧,金星门的东北侧,横门浅滩、进口浅滩、西边滩的南面。该岛分布有大围湾、石井湾、金星湾等海湾。淇澳岛属于南亚热带海洋性气候,常年平均气温为2214e ,最低气温出现在1月,历年极端最低气温为

图1 研究区域略图

Fig.1 The sketch of the study area

215e 。\10e 年积温为804313e ,年平均日照时数为190714h,年平均降水量为196414mm 。潮汐属不正规半日潮,平均高潮位为0117m,平均低潮位为-0114m 。淇澳岛夏季以东南风为主,冬季以东北风为主。海水盐度年平均值为1812j ,土壤属于滨海盐渍草甸沼泽土,其表土(0~13cm)含盐量为20182j 。淇澳岛泥沙主要来源于横门水道来沙以及涨潮时金星门小环流的输沙,其海岸滩涂广阔,历史上曾生长大片红树林。1984年在石井湾、大澳湾、大围湾分布有红树林10912hm 2

,至1998年仅大围湾有3212hm 2

保存下来,且40%为桐花树、老鼠勒和卤蕨群落,高度仅为018~215m [17]。

从1998年开始,珠海市政府每年投入120万元

第21卷 第2期

2005年3月

地理与地理信息科学

Geography and Geo-Infor mation Science

Vol.21 No.2March 2005

引种扩种红树林,2000年批准成立淇澳岛红树林保护区。2004年7月14日在首届泛珠三角区域经贸合作洽谈会上,珠海市签下总投资约415亿元的淇澳红树林湿地公园项目[18]。该项目的投资者准备依托淇澳岛的红树林湿地资源,在红树林保护区外围建设一座占地384hm2的红树林湿地公园,并进行生态旅游开发。

2研究方法

2.1遥感图像的处理

2.1.1数据来源、数据处理及研究方法本研究选用3个时相的Landsat TM卫星遥感数据,分辨率为30m@30m。成像时间分别为1988年12月10日、1995年12月30日和2002年11月7日。辅助数据有珠江口1B25万DEM数据、珠江口附近1B5万的矢量水系分布图、潮位信息数据、珠江口附近行政界线图以及相关文献资料等。数据预处理主要是对原始数据进行辐射校正、几何纠正,并对不同时相遥感图像之间进行辐射度匹配与归一化处理。预处理以2002年TM图像的直方图为基础,将其它图像的直方图与之匹配,以便不同时相图像上的像元亮度值具有可对比性。研究方法为选择分类后比较的方法,同时采取结合地学信息的专家分类方法,以减少人为干预对分类精度带来的影响。

2.1.2基于专家系统红树林信息提取方法红树林信息提取是根据所制定的专家分类器(Expert Cla ssifi2 er)对多时相TM图像分类获得。专家分类器提供了一种基于规则的方法[19],用于对多波段图像进行分类。TM2波段对植物的绿反射敏感,一般可应用在识别植物类别;TM图像的两个红外波段(TM5、TM7)对水体和水陆界线的反应特别敏锐,因为水体在红外波段的反射率低,而陆地上的土壤、植被、建筑物等亮度值较高;归一化植被指数(ND VI)被定义为近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值。众多研究表明,ND VI是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子。综合TM图像的以上特点,本研究选用TM2、TM5、TM7和NDVI作为专家分类器的基本条件参数。

对经过几何纠正和直方图匹配后的3个时相的T M图像,求其归一化植被指数图,因为一直使用2002年的TM图像作为其它2个时相几何纠正和直方图匹配的基础,所以结合野外红树林调查的GPS 控制点,在2002年的植被指数图像上训练红树林样地的光谱值。经过反复训练、检查,最后确定在植被指数图像上的[01664,01852]为红树林的光谱值区间。在3个时相的遥感图像中,水体在TM5、TM7波段的DN值(遥感图像的灰度值)基本都是0,以0作为判别水体和陆地的依据;不同植被在TM2的DN值不同,根据野外采样的红树林样地,训练红树林位于T M2的DN值区间为[41,47]。

由于研究区域淇澳岛上植被覆盖率高,山体上植被的光谱信息难区分。为此,依据红树林一般位于潮间带地区、海拔低的生长特性,利用珠江口地区1B25万的DEM数据,屏蔽掉海拔超过10m的地区,以去除山体的混合信息。

2.2景观指数计算方法

景观指数是指能够浓缩景观格局信息[20],反映其结构组成和空间配置某些方面特征的定量指标,一般分为缀块水平指数(patch-level index)、缀块类型水平指数(class-level index)以及景观水平指数(landscape-level index)。具体包括:面积指数,如总栖息地面积;边缘指数,如栖息地周长;斑块指数,如斑块形状指数;连通性指数,如破碎化;斑块多样性,如斑块类型平均和优势。随着GIS技术的应用以及FRAGSTATS、APACK等免费软件包的不断升级,结合GIS软件进行湿地景观指数计算,并依据计算数据对湿地景观变化进行定量分析,已成为湿地景观变化过程和影响机制研究趋势之一。

本研究主要借助FRAGSTATS的栅格矢量版本进行计算。由于这里主要针对红树林这一单一湿地景观进行研究,因此选用斑块和类型水平上的一些指数(如面积、周长、平均斑块大小、分维数、平均形状指数(MSI)、平均斑块周长面积比等)进行景观空间格局分析,其科学性更强。具体计算方法[14,15,20,21]如下(更详细的计算公式及其说明参见景观软件说明手册/ products/fragstatsarc/手册):

(1)总斑块数目:景观或类型水平上的斑块数目。

(2)平均斑块大小(mean patch size,average area per patch)

MPSi=

2

n

j=1

area-of-patch-j

total-patches-of-class-i

式中:MPSi为类型i的平均斑块大小,n为类型i的斑块个数。或MPS=A/N@106,表示景观中所有缀块的总面积(m2)除以缀块总数,再乘以106(转换成km2)。取值范围:MPS>0,无上限。

(3)分维数(mean fractal dimension index)实际上是一个回归系数的2倍,即:D=2k。这里D是分

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第地理与地理信息科学第21卷