长江口滨海湿地景观格局变化及其驱动力分析
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( 1. 国家海洋局 第二海洋研究所, 浙江 杭州 310012; 2. 国家海洋局 海底科学重点实验室, 浙江 杭州 310012; 3. 卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 浙江 杭州 310012)
摘 要: 长江口地区是我国经济比较发达的地区之一, 滨海湿地为该区的发展提供了大量的后备土地
资源和生态资源。通过对长江口地区的实地调查, 将该区滨海湿地分为光滩沼泽、潮间沼泽、河口和
长江口地处副热带季风气候区, 年平均温度为 15~ 17 ∀ , 年降水量为 1 000~ 1 800 m m。长江携带 的大量泥沙在长江口处发生沉降, 导致长江口海岸带 不断向东海方向延伸; 另外, 长江河口是咸淡水相互 作用比较强 烈的区域, 有利于 泥沙的絮 凝沉降。近 2000 年来, 上海市陆地面积中有 62% 是由长江泥沙 淤积而成。泥沙的淤积造就了长江口的滨海湿地, 它 作为重要的后备土地资源, 还具有相当的生态价值, 该区域是亚太地区迁徙水禽的重要中途停歇地和越 冬地, 对于迁徙水禽完成其生活过程史有着不可替代 的作用[ 15] 。
0. 000 0
0. 000 0
37. 310 0
水塘
260. 053 5
415. 754 9
564. 070 0
光滩沼泽
231. 690 3
205. 692 1
61. 280 0
河口和浅海水域 6 131. 683 9 6 358. 082 1 6 637. 290 0
居民地
1 763. 990 0 2 045. 799 0 2 641. 990 0
w etland o f the Changjiang River Estuary
景观 年份
斑块数( N P)
景观多样性 指数( H )
优势度 指数( D)
景观形状 指数( L S I)
1986
2 213
1. 730 9
1. 122 7
44
1995
2 448
1. 873 3
1. 126 7
47
2005
速率有所减慢。上述几个景观指数的变化表示长江口滨海湿地的景观破碎化程度在加剧, 景观格局
在时间序列上也存在明显差异, 调查研究表明, 自然驱动力和人为驱动力同时作用于该区景观格局的
变化。近 20 年来, 随着经济的发展、人口数量的增加、围垦等活动的加剧, 人类活动对研究区的改造
导致了自然湿地的面积相对减少, 滨海湿地的生态功能不断下降。
结合长江口的实际情况, 借鉴#湿地公约∃中滨海 湿地分类系统, 参照 2005 年国家海洋局 908 办公室
Fig . 1
图 1 1986 年长江口景观分布图 T he landscape dist ribution o f the Chang jiang
River Estuary in 1986
翟万林 等: 长江口滨海湿地景观格局变化及其驱动力分析
wetlands of the Changjiang R iver Estuar y
一级分类
二级分类
说明
天然湿地 光滩沼泽 潮间沼泽
潮间带植被覆盖率极低的泥滩 或沙滩 等 以互花米草和芦苇为主要植被 类型的 潮间带湿地
河口和浅海水域 河口咸淡水混合区域等
河流湿地
滨海范围内的河流及其周围的 植被形 成的湿地类型
浅海水域、河流湿地、湖泊湿地 5 种自然湿地景观, 水塘、水田、水库 3 种人工湿地景观及居民地、建筑
用地等非湿地景观类型。在景观分类的基础上, 以 1986 年和 1995 年的 T M 影像、2005 年的 SPOT 影
像为主要材料, 结合其他数据资料, 利用相关软件生成了长江口滨海湿地的景观分布图。运用景观生
收稿日期: 2009 10 26 项 目: 908 专项资助项目( 908 01 ZH2、908 ZC ! 05) ; 海洋公益性行业科研专项经费资助项目( 200805063 3) 作者简介: 翟万林( 1985- ) , 男, 山东滨洲市人, 硕士研究生, 主要从事海岸带湿地生态环境与景观生态学研究。
的相关方法来探讨滨海湿地的景观格局变化越来越 受到我国众多学者的青睐[ 2 13] 。
景观空间格局( landscape pat t ern) 一般指大小和 形状不一的景观斑块在空间上的配置, 景观的异质性 决定了其空间格局研究的重要性[ 12] 。景观格局的成 因分为非生 物的、生物的和人 为的 3 种[ 14] 。根据长 江口滨海湿地的特性, 其景观格局的主要成因为非生 物的和人为的因素两种。本文以 1986 年、1995 年和
比例, m 为景观类型的总数。
优势度指数 ( D) 表示景观 多样性对最大多样
性的偏离程度。优势度指数的计算公式为
m
& D = H max - ( Pi ) lo g2 ( Pi )
( 2)
i= 1
式中: D 为景观优势度指数, H max 表示最大多样性指
数, 其值 H max = log2 ( m) 。
2 数据源与处理方法
#海岛海岸带卫星遥感调查技术规程∃中的土地利用 分类体系, 结合本区地貌、水文、生态及植物优势群落 等要素的组成特征, 将长江口滨海湿地景观分为如表 1 所示的 8 种景观类型( 图 1~ 图 3) 。
表 1 长江口滨海湿地景观分类体系 T ab. 1 T he landscape classification sy stem of coastal
% 18 %
海洋学研究
28 卷 3 期
2005 年 3 个时相的遥感影像为数据源, 获取了 3 个时 段长江口滨海湿地景观分布图, 试图揭示近 20 年来 该地区景观格局变化的驱动因素, 从而为长江口湿地 资源的保护、合理利用和可持续开发提供科学依据。
1 研究区概况
研究区位于长江入海口处, 包含上海市和江苏省 南通市的部分地 区, 这是我 国经济最发 达的地区 之 一, 改革开放以来, 城市化速度不断加快, 使景观格局 的成因加入了大量人为因素。
的 1. 293 4; 景观形状指数( L S I ) 自 1986 年的 44 上升为 2005 年的 48。其中面积的增加主要是长江所
携带的泥沙在长江口不断淤积的结果, 泥沙的淤积同时造成了长江口滨海湿地景观格局的变化, 但是
源自文库
目前由于三峡大坝的截流和长江中上游植被面积的增加, 长江携带的泥沙明显减少, 使得长江口淤积
关键词: 长江口; 遥感; 滨海湿地; 景观格局; 驱动力
中图分类号: Q149
文献标识码: A
0 引言
滨海湿地是重要的物质资源, 更是环境资源, 它 的发展变化直接关系着沿海经济的发展和社会的进 步, 关系着当地乃至世界环境的变化, 滨海湿地在维 持区域和全球生态平衡以及提供野生动植物生境方 面具有重要的意义[ 1] 。我国对滨海湿地的研 究起步 较晚, 但目前利用遥感和 GIS 技术, 结合景观生态学
2. 3 景观格局指数的选取 景观斑块数( NP) 景观斑块数指景观中各种不
同斑块类型的数量。
表 2 长江口滨海景观面积统计
km2
T ab. 2 A rea statist ics o f coastal landscape of
the Changjiang R iver Estuary
湿地类型 潮间沼泽
态学原理, 选择了景观斑块数( N P) 、景观多样性指数( H ) 、优势度指数( D) 、景观形状指数( L SI ) 等几
个生态意义比较明确的景观格局指数来分析研究区景观格局的变化特征, 并分析了该区景观格局变
化的驱动因素。结果表明: 1986~ 2005 年, 长江口滨海湿地的面积增加了 5. 81 个百分点; 景观斑块数
2 667
1. 876 5
1. 293 4
48
由表 3 和图 5 可知, 长江口滨海湿地景观斑块数 ( N P) 在不断增加, 由 1986 年的 2 213 块增加到 2005 年的 2 667 块。其中潮间沼泽、光滩沼泽等自然湿地的 斑 块 数 量 减 少, 且 幅 度 较 大, 分 别 为 22. 53% 和 57 58% ; 而水塘和水田等人工湿地和居民地斑块数量 在增 加, 增 加幅 度 分 别 达 到 了 116. 67% , 13. 66% , 26 86% 。
在 Arc GIS 9. 3 和 Excel 软件环境的支持下, 通 过对 1986 年、1995 年和 2005 年 3 个时相的长江口滨 海湿地景观类型的编辑、计算, 得到该区各湿地类型 的斑块特征及景观指数, 见表 3 和图 4、图 5。
表 3 长江口 3 个时相滨海湿地景观指数统计 T ab. 3 L andscape statistics of t hr ee phase index of coastal
景观形状指数( LSI) 景观形状指数说明了景观
斑块形状不规则程度或偏离正方形的幅度, 其计算公
式为
L SI = 0. 25E
( 3)
A
式中: L S I 表示景观形状指数, E 为景观斑块周长, A
为景观斑块的面积。
3 景观格局分析
3. 1 不同湿地类型的面积变化
由于研究区处于长江入海口, 泥沙淤积严重, 使 得该区滨海湿地面积从 1986 年的 15 133. 889 5 km2 增加到了 2005 年的 16 013. 820 0 km2, 增加了 5. 81 个百分点( 表 2) 。
总计
15 133. 889 5 15 722. 786 2 16 013. 820 0
% 20 %
海洋学研究
28 卷 3 期
自然湿地面积虽然在增加( 增加幅度为 5. 31% ) , 但这是由于滨海湿地不断淤涨的结果; 相对而言, 人 工湿地面积增加幅度更大( 6. 23% ) , 由于近 20 年来 长江口地区经济的飞速发展, 居民地和建筑用地等人 工建筑的面积增加速度相当快。 3. 2 景观格局变化分析
( N P) 由 1986 年的 2 213 块增加到 2005 年的 2 667 块, 增加了 20. 51 个百分点; 景观多样性指数( H )
由 1986 年的 1. 730 9 上升为 2005 年的 1. 876 5; 优势度指数( D) 自 1986 年的 1. 122 7 上升为 2005 年
% 19 %
景观多样性指数( H) 景观多样性指数表示景观
要素的多少和各景观要素所占比例的变化。参考 Sha
noon Weaner 指数, 景观多样性指数的计算公式为
m
& H = - ( P i ) log 2 ( P i )
( 1)
i= 1
式中: H 为多样性指数, P i 为景观类型 i 所占面积的
第 28 卷 第 3 期 2 010年9月
海洋 学研 究
JOURNAL OF MARINE SCIENCES
文章编号: 1001 909X( 2010) 03 0017 06
V o l. 28 No . 3 Sept . , 2 0 1 0
长江口滨海湿地景观格局变化及其驱动力分析
翟万林1, 2 , 龙江平1, 2 , 乔吉果1, 2 , 沈银萍1 , 陈建裕1, 3 , 许 冬1, 2
1986 年 332. 879 1
1995 年 387. 091 5
2005 年 346. 660 0
湖泊
12. 220 2
15. 073 9
22. 190 0
河流
75. 298 6
92. 741 6
76. 360 0
水田
6 326. 073 9 6 202. 550 9 5 626. 670 0
水库
湖泊湿地
湖泊
人工湿地 水塘
鱼、虾等养殖池塘, 人工开垦种植 的芦 苇田
水田
稻田等农田
水库
水库等
其他
居民地和建筑用地等
2. 1 数据来源与分析 本文选用 1995 年 5 月和 1986 年 8 月 T M 数据
各 2 景, 以及 3 景 2005 年 5 月 SP OT 数据作为基本 信息源, 利用国家海洋局第二海洋研究所信息中心提 供的地理底图( 比例尺为 1: 50 000) 进行几何精校正。 根据相关土地分布图、地理底图、行政区划图等, 结合 实地考察的经验, 在遥感图像处理软件 ENVI 4. 5 的 支持下, 先对 3 景 SPOT 图像进行校正和几何配准, 校正精度保持在 1 个象元以内; 然后采用人机交互式 解译, 利用主成分分析方法和 SP OT 432 合成影像, 利用最大似然法进行分类; 再利用 A rc GIS 9. 3 软件 制作滨海湿地景观分布图。利用 SPOT 影像对 T M 影像进行校准, 误差在 1 个象元以内, 并对 T M 进行 743 三个波段的 RGB 融合, 在 Arc GIS 9. 3 的支 持 下, 对 1995 年和 1986 年 2 个时段进行景观分布图的 勾绘。计算 3 个年份的土地面积、周长、斑块数量等 信息。 2. 2 滨海湿地景观分类
摘 要: 长江口地区是我国经济比较发达的地区之一, 滨海湿地为该区的发展提供了大量的后备土地
资源和生态资源。通过对长江口地区的实地调查, 将该区滨海湿地分为光滩沼泽、潮间沼泽、河口和
长江口地处副热带季风气候区, 年平均温度为 15~ 17 ∀ , 年降水量为 1 000~ 1 800 m m。长江携带 的大量泥沙在长江口处发生沉降, 导致长江口海岸带 不断向东海方向延伸; 另外, 长江河口是咸淡水相互 作用比较强 烈的区域, 有利于 泥沙的絮 凝沉降。近 2000 年来, 上海市陆地面积中有 62% 是由长江泥沙 淤积而成。泥沙的淤积造就了长江口的滨海湿地, 它 作为重要的后备土地资源, 还具有相当的生态价值, 该区域是亚太地区迁徙水禽的重要中途停歇地和越 冬地, 对于迁徙水禽完成其生活过程史有着不可替代 的作用[ 15] 。
0. 000 0
0. 000 0
37. 310 0
水塘
260. 053 5
415. 754 9
564. 070 0
光滩沼泽
231. 690 3
205. 692 1
61. 280 0
河口和浅海水域 6 131. 683 9 6 358. 082 1 6 637. 290 0
居民地
1 763. 990 0 2 045. 799 0 2 641. 990 0
w etland o f the Changjiang River Estuary
景观 年份
斑块数( N P)
景观多样性 指数( H )
优势度 指数( D)
景观形状 指数( L S I)
1986
2 213
1. 730 9
1. 122 7
44
1995
2 448
1. 873 3
1. 126 7
47
2005
速率有所减慢。上述几个景观指数的变化表示长江口滨海湿地的景观破碎化程度在加剧, 景观格局
在时间序列上也存在明显差异, 调查研究表明, 自然驱动力和人为驱动力同时作用于该区景观格局的
变化。近 20 年来, 随着经济的发展、人口数量的增加、围垦等活动的加剧, 人类活动对研究区的改造
导致了自然湿地的面积相对减少, 滨海湿地的生态功能不断下降。
结合长江口的实际情况, 借鉴#湿地公约∃中滨海 湿地分类系统, 参照 2005 年国家海洋局 908 办公室
Fig . 1
图 1 1986 年长江口景观分布图 T he landscape dist ribution o f the Chang jiang
River Estuary in 1986
翟万林 等: 长江口滨海湿地景观格局变化及其驱动力分析
wetlands of the Changjiang R iver Estuar y
一级分类
二级分类
说明
天然湿地 光滩沼泽 潮间沼泽
潮间带植被覆盖率极低的泥滩 或沙滩 等 以互花米草和芦苇为主要植被 类型的 潮间带湿地
河口和浅海水域 河口咸淡水混合区域等
河流湿地
滨海范围内的河流及其周围的 植被形 成的湿地类型
浅海水域、河流湿地、湖泊湿地 5 种自然湿地景观, 水塘、水田、水库 3 种人工湿地景观及居民地、建筑
用地等非湿地景观类型。在景观分类的基础上, 以 1986 年和 1995 年的 T M 影像、2005 年的 SPOT 影
像为主要材料, 结合其他数据资料, 利用相关软件生成了长江口滨海湿地的景观分布图。运用景观生
收稿日期: 2009 10 26 项 目: 908 专项资助项目( 908 01 ZH2、908 ZC ! 05) ; 海洋公益性行业科研专项经费资助项目( 200805063 3) 作者简介: 翟万林( 1985- ) , 男, 山东滨洲市人, 硕士研究生, 主要从事海岸带湿地生态环境与景观生态学研究。
的相关方法来探讨滨海湿地的景观格局变化越来越 受到我国众多学者的青睐[ 2 13] 。
景观空间格局( landscape pat t ern) 一般指大小和 形状不一的景观斑块在空间上的配置, 景观的异质性 决定了其空间格局研究的重要性[ 12] 。景观格局的成 因分为非生 物的、生物的和人 为的 3 种[ 14] 。根据长 江口滨海湿地的特性, 其景观格局的主要成因为非生 物的和人为的因素两种。本文以 1986 年、1995 年和
比例, m 为景观类型的总数。
优势度指数 ( D) 表示景观 多样性对最大多样
性的偏离程度。优势度指数的计算公式为
m
& D = H max - ( Pi ) lo g2 ( Pi )
( 2)
i= 1
式中: D 为景观优势度指数, H max 表示最大多样性指
数, 其值 H max = log2 ( m) 。
2 数据源与处理方法
#海岛海岸带卫星遥感调查技术规程∃中的土地利用 分类体系, 结合本区地貌、水文、生态及植物优势群落 等要素的组成特征, 将长江口滨海湿地景观分为如表 1 所示的 8 种景观类型( 图 1~ 图 3) 。
表 1 长江口滨海湿地景观分类体系 T ab. 1 T he landscape classification sy stem of coastal
% 18 %
海洋学研究
28 卷 3 期
2005 年 3 个时相的遥感影像为数据源, 获取了 3 个时 段长江口滨海湿地景观分布图, 试图揭示近 20 年来 该地区景观格局变化的驱动因素, 从而为长江口湿地 资源的保护、合理利用和可持续开发提供科学依据。
1 研究区概况
研究区位于长江入海口处, 包含上海市和江苏省 南通市的部分地 区, 这是我 国经济最发 达的地区 之 一, 改革开放以来, 城市化速度不断加快, 使景观格局 的成因加入了大量人为因素。
的 1. 293 4; 景观形状指数( L S I ) 自 1986 年的 44 上升为 2005 年的 48。其中面积的增加主要是长江所
携带的泥沙在长江口不断淤积的结果, 泥沙的淤积同时造成了长江口滨海湿地景观格局的变化, 但是
源自文库
目前由于三峡大坝的截流和长江中上游植被面积的增加, 长江携带的泥沙明显减少, 使得长江口淤积
关键词: 长江口; 遥感; 滨海湿地; 景观格局; 驱动力
中图分类号: Q149
文献标识码: A
0 引言
滨海湿地是重要的物质资源, 更是环境资源, 它 的发展变化直接关系着沿海经济的发展和社会的进 步, 关系着当地乃至世界环境的变化, 滨海湿地在维 持区域和全球生态平衡以及提供野生动植物生境方 面具有重要的意义[ 1] 。我国对滨海湿地的研 究起步 较晚, 但目前利用遥感和 GIS 技术, 结合景观生态学
2. 3 景观格局指数的选取 景观斑块数( NP) 景观斑块数指景观中各种不
同斑块类型的数量。
表 2 长江口滨海景观面积统计
km2
T ab. 2 A rea statist ics o f coastal landscape of
the Changjiang R iver Estuary
湿地类型 潮间沼泽
态学原理, 选择了景观斑块数( N P) 、景观多样性指数( H ) 、优势度指数( D) 、景观形状指数( L SI ) 等几
个生态意义比较明确的景观格局指数来分析研究区景观格局的变化特征, 并分析了该区景观格局变
化的驱动因素。结果表明: 1986~ 2005 年, 长江口滨海湿地的面积增加了 5. 81 个百分点; 景观斑块数
2 667
1. 876 5
1. 293 4
48
由表 3 和图 5 可知, 长江口滨海湿地景观斑块数 ( N P) 在不断增加, 由 1986 年的 2 213 块增加到 2005 年的 2 667 块。其中潮间沼泽、光滩沼泽等自然湿地的 斑 块 数 量 减 少, 且 幅 度 较 大, 分 别 为 22. 53% 和 57 58% ; 而水塘和水田等人工湿地和居民地斑块数量 在增 加, 增 加幅 度 分 别 达 到 了 116. 67% , 13. 66% , 26 86% 。
在 Arc GIS 9. 3 和 Excel 软件环境的支持下, 通 过对 1986 年、1995 年和 2005 年 3 个时相的长江口滨 海湿地景观类型的编辑、计算, 得到该区各湿地类型 的斑块特征及景观指数, 见表 3 和图 4、图 5。
表 3 长江口 3 个时相滨海湿地景观指数统计 T ab. 3 L andscape statistics of t hr ee phase index of coastal
景观形状指数( LSI) 景观形状指数说明了景观
斑块形状不规则程度或偏离正方形的幅度, 其计算公
式为
L SI = 0. 25E
( 3)
A
式中: L S I 表示景观形状指数, E 为景观斑块周长, A
为景观斑块的面积。
3 景观格局分析
3. 1 不同湿地类型的面积变化
由于研究区处于长江入海口, 泥沙淤积严重, 使 得该区滨海湿地面积从 1986 年的 15 133. 889 5 km2 增加到了 2005 年的 16 013. 820 0 km2, 增加了 5. 81 个百分点( 表 2) 。
总计
15 133. 889 5 15 722. 786 2 16 013. 820 0
% 20 %
海洋学研究
28 卷 3 期
自然湿地面积虽然在增加( 增加幅度为 5. 31% ) , 但这是由于滨海湿地不断淤涨的结果; 相对而言, 人 工湿地面积增加幅度更大( 6. 23% ) , 由于近 20 年来 长江口地区经济的飞速发展, 居民地和建筑用地等人 工建筑的面积增加速度相当快。 3. 2 景观格局变化分析
( N P) 由 1986 年的 2 213 块增加到 2005 年的 2 667 块, 增加了 20. 51 个百分点; 景观多样性指数( H )
由 1986 年的 1. 730 9 上升为 2005 年的 1. 876 5; 优势度指数( D) 自 1986 年的 1. 122 7 上升为 2005 年
% 19 %
景观多样性指数( H) 景观多样性指数表示景观
要素的多少和各景观要素所占比例的变化。参考 Sha
noon Weaner 指数, 景观多样性指数的计算公式为
m
& H = - ( P i ) log 2 ( P i )
( 1)
i= 1
式中: H 为多样性指数, P i 为景观类型 i 所占面积的
第 28 卷 第 3 期 2 010年9月
海洋 学研 究
JOURNAL OF MARINE SCIENCES
文章编号: 1001 909X( 2010) 03 0017 06
V o l. 28 No . 3 Sept . , 2 0 1 0
长江口滨海湿地景观格局变化及其驱动力分析
翟万林1, 2 , 龙江平1, 2 , 乔吉果1, 2 , 沈银萍1 , 陈建裕1, 3 , 许 冬1, 2
1986 年 332. 879 1
1995 年 387. 091 5
2005 年 346. 660 0
湖泊
12. 220 2
15. 073 9
22. 190 0
河流
75. 298 6
92. 741 6
76. 360 0
水田
6 326. 073 9 6 202. 550 9 5 626. 670 0
水库
湖泊湿地
湖泊
人工湿地 水塘
鱼、虾等养殖池塘, 人工开垦种植 的芦 苇田
水田
稻田等农田
水库
水库等
其他
居民地和建筑用地等
2. 1 数据来源与分析 本文选用 1995 年 5 月和 1986 年 8 月 T M 数据
各 2 景, 以及 3 景 2005 年 5 月 SP OT 数据作为基本 信息源, 利用国家海洋局第二海洋研究所信息中心提 供的地理底图( 比例尺为 1: 50 000) 进行几何精校正。 根据相关土地分布图、地理底图、行政区划图等, 结合 实地考察的经验, 在遥感图像处理软件 ENVI 4. 5 的 支持下, 先对 3 景 SPOT 图像进行校正和几何配准, 校正精度保持在 1 个象元以内; 然后采用人机交互式 解译, 利用主成分分析方法和 SP OT 432 合成影像, 利用最大似然法进行分类; 再利用 A rc GIS 9. 3 软件 制作滨海湿地景观分布图。利用 SPOT 影像对 T M 影像进行校准, 误差在 1 个象元以内, 并对 T M 进行 743 三个波段的 RGB 融合, 在 Arc GIS 9. 3 的支 持 下, 对 1995 年和 1986 年 2 个时段进行景观分布图的 勾绘。计算 3 个年份的土地面积、周长、斑块数量等 信息。 2. 2 滨海湿地景观分类