不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積變化量的計(jì)量方法

李春干, 代華兵

廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 南寧 530011

不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積變化量的計(jì)量方法

李春干*, 代華兵

廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 南寧 530011

為深入闡明區(qū)域紅樹(shù)林空間演變機(jī)理，需對(duì)紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積在不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的變化量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。提出了在GIS平臺(tái)支持下的通過(guò)空間疊置分析方法進(jìn)行斑塊數(shù)量和面積變化量計(jì)量的兩種方法——精確計(jì)量法和整體計(jì)量法。首先將前后兩期通過(guò)遙感圖像提取的紅樹(shù)林斑塊分布圖、遙感圖像進(jìn)行疊合，采用視覺(jué)信息疊合方法，將全部斑塊劃分為眾多具有相同主要驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑的分析單元；若前后期遙感圖像能夠精確配準(zhǔn)，采用精確計(jì)量法計(jì)量：通過(guò)線與多邊形疊置方法，用前期斑塊的線狀圖對(duì)后斑塊的面狀圖、后期斑塊的線狀圖對(duì)前斑塊的面狀圖分別進(jìn)行切割，每個(gè)分析單元得到多個(gè)亞斑塊，逐一確定每個(gè)亞斑塊的驅(qū)動(dòng)因子、變化途徑，據(jù)此統(tǒng)計(jì)每個(gè)分析單元中斑塊數(shù)量和面積在不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的變化量；若前后期遙感圖像難以精確配準(zhǔn)，采用整體計(jì)量法計(jì)量：對(duì)于每個(gè)分析單元，根據(jù)斑塊恢復(fù)的難易程度、面積和斑塊數(shù)量變化量的大小，確定其主要驅(qū)動(dòng)因子和主要變化途徑，該分析單元前、后期斑塊數(shù)量和面積之差即為其在監(jiān)測(cè)期間由該因子驅(qū)動(dòng)通過(guò)該途徑發(fā)生的斑塊數(shù)量和面積變化量。盡管整體計(jì)量法對(duì)紅樹(shù)林空間演變機(jī)制分析的結(jié)果與精確計(jì)量法存在一定差異，但也屬于定量分析范疇，都能深刻闡明紅樹(shù)林空間演變機(jī)制，能夠全面、準(zhǔn)確地反映了區(qū)域紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積在監(jiān)測(cè)期內(nèi)增加、減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

紅樹(shù)林; 空間分布; 斑塊數(shù)量; 面積; 斑塊動(dòng)態(tài); 計(jì)量

紅樹(shù)林是重要的海洋生態(tài)系統(tǒng)，具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生態(tài)功能。1980—2005年，全球紅樹(shù)林減少了19%[1]。很多學(xué)者在紅樹(shù)林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、紅樹(shù)林減少原因等方面做了大量的研究，基本上闡明了紅樹(shù)林減少的主要原因——人口增長(zhǎng)壓力造成的傳統(tǒng)利用者過(guò)度開(kāi)發(fā)、木材采伐等商業(yè)利用、灘涂用途轉(zhuǎn)換(鹽田、水產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、旅游、港口、碼頭等)、污染、自然災(zāi)害和管理失敗等[1-24]。但是，現(xiàn)有分析方法大多是從整體的角度研究各種因素(驅(qū)動(dòng)因子)對(duì)其面積變化(通常為減少)的影響和作用，所得結(jié)論通常是定性的，如“導(dǎo)致紅樹(shù)林面積減少的原因是農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、城市擴(kuò)展…”，很少得到定量的結(jié)論[1]，即使進(jìn)行定量分析，也只考慮人為因素影響造成的紅樹(shù)林面積減少量[3]，并未全面闡明紅樹(shù)林在長(zhǎng)期演替過(guò)程中，面積增加和減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程。已有研究提出了通過(guò)兩期遙感圖像提取紅樹(shù)林空間分布信息，在GIS支持下采用疊置分析方法，根據(jù)前、后兩期各個(gè)斑塊的空間位置、形狀和面積變化情況以及圖像表征，逐一分析確定每個(gè)斑塊變化的主要驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建斑塊數(shù)量和面積變化的驅(qū)動(dòng)因子-變化途徑狀態(tài)矩陣，定義了總驅(qū)動(dòng)量、總驅(qū)動(dòng)率、凈驅(qū)動(dòng)量、凈驅(qū)動(dòng)率、趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率、總流量、總流率、凈流量、凈流率、趨勢(shì)凈流率和作用力等系列指標(biāo)概念及其計(jì)算方法，建立了紅樹(shù)林斑塊空間演變機(jī)理分析體系，初步實(shí)現(xiàn)了紅樹(shù)林空間動(dòng)態(tài)變化分析的定位化、定量化和精確化[25]。但關(guān)于紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積變化量計(jì)量方法的闡述過(guò)于簡(jiǎn)單，且存在著增加量與減少量相互抵消，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確的缺陷，現(xiàn)將修正完善方法闡述如下。

1 紅樹(shù)林斑塊變化情況分析及變化途徑與驅(qū)動(dòng)因子的分析確定

1.1 斑塊的整體變化與局部變化

在一個(gè)不太短的時(shí)段內(nèi)，受自然過(guò)程影響和各種人為活動(dòng)干擾，紅樹(shù)林斑塊的邊界或多或少都會(huì)發(fā)生變化，不可能保持絕對(duì)穩(wěn)定，可以說(shuō)，紅樹(shù)林斑塊邊界的變化是絕對(duì)的，不變是相對(duì)的。如圖1所示斑塊，2001年和2007年的面積分別為93.4 hm2和86.4 hm2，邊界長(zhǎng)度分別為5472 m和6603 m，6年間，該斑塊面積減少了7.5%，邊界長(zhǎng)度增加了20.7%。將兩個(gè)年度的斑塊進(jìn)行疊合，可以發(fā)現(xiàn)除局部地段的邊界沒(méi)有發(fā)生變化(或變化量很小)外，大部分地段的邊界都發(fā)生了變化(圖1)。

由圖1可以看出，與2001年相比，2007年該斑塊大部分地段的邊界在空間上呈收縮狀態(tài)，致使該斑塊邊界在整體上呈萎縮狀態(tài)。進(jìn)一步分析還發(fā)現(xiàn)：一些地段邊界呈收縮狀態(tài)，另一些地段邊界呈擴(kuò)展(范圍擴(kuò)大)狀態(tài)，并有一些地段邊界保持不變，表明該斑塊各地段的邊界變化與整體變化不盡一致。作空間疊置分析后，兩個(gè)年度的邊界各截?cái)酁?段(圖1)，各線段長(zhǎng)度的變化、空間位置變化情況及其引起斑塊面積變化的情況詳見(jiàn)表1。

圖1 通過(guò)疊置分析一個(gè)斑塊的空間變化情況Fig.1 Overlay analyses on changes in the extent of a mangrove patch

表1 斑塊邊界變化及其導(dǎo)致的面積變化情況Table 1 Changes in patch area caused by borderline changes

由表1可以看出，在8段邊界中，只有一段邊界(ha)保持穩(wěn)定，長(zhǎng)度為357 m，占總長(zhǎng)度的6.5%，其余93.5%的邊界都發(fā)生了變化，其中：有4段邊界萎縮，長(zhǎng)度為3423 m，占總長(zhǎng)度的62.6%，由此減少的面積為10.2 hm2；有3段邊界擴(kuò)張，長(zhǎng)度為1692 m，占30.9%，增加的面積為3.2 hm2。

對(duì)更多斑塊的變化情況進(jìn)行深入分析，結(jié)果表明：斑塊整體變化情況與局部地段變化情況不完全一致的現(xiàn)象普遍存在，尤其是面積較大、邊界較長(zhǎng)的斑塊，情況更是如此。其原因是斑塊的各個(gè)地段遭受外界作用力的種類、影響程度不盡相同。如某些地段受養(yǎng)殖塘建設(shè)的破壞而萎縮，另一些地段因繁殖體擴(kuò)展、生長(zhǎng)成林而擴(kuò)張。

整體由眾多局部組成，局部地段變化之和構(gòu)成了斑塊整體的變化。由于局部變化不盡一致并且存在收縮與擴(kuò)展等互補(bǔ)情況，因此，要全面、準(zhǔn)確地闡明斑塊的空間變化，不但需要分析斑塊整體空間位置、形狀和面積的變化情況，而且需要詳細(xì)分析各個(gè)地段邊界的變化情況及其導(dǎo)致的面積變化情況，在此基礎(chǔ)上，深入分析斑塊整體變化、局部變化發(fā)生的途徑及其產(chǎn)生的原因。

1.2 斑塊變化類型和變化途徑

1.2.1 斑塊整體變化類型與變化途徑

斑塊的整體變化是指在監(jiān)測(cè)期內(nèi)，斑塊整體由前期的狀態(tài)(空間范圍、形狀、面積大小)變成后期的狀態(tài)的類型。根據(jù)監(jiān)測(cè)期間斑塊整體形狀、邊界空間位置和面積的變化情況，斑塊整體空間分布的變化類型分為穩(wěn)定斑塊、擴(kuò)張斑塊、萎縮斑塊、碎化斑塊、消失斑塊和新增斑塊6種[25]，不同變化類型的斑塊狀態(tài)變化特征見(jiàn)表2。

表2 不同變化類型的斑塊空間整體變化特征Table 2 Overall spatial-temporal characteristics of patches with various dynamic procedures

斑塊整體變化類型可在GIS平臺(tái)支持下將兩期紅樹(shù)林空間分布圖疊合后，根據(jù)前、后期斑塊的狀態(tài)特征，按照上述定義通過(guò)目視解譯方法確定。

以上斑塊整體變化類型劃分只是一般的、或某種程度上是典型的情況。在監(jiān)測(cè)期內(nèi)，尤其是當(dāng)監(jiān)測(cè)期較長(zhǎng)時(shí)，受自然和人為因素影響，一個(gè)斑塊可能出現(xiàn)不同類型的變化，即存在兩個(gè)或多個(gè)變化類型的現(xiàn)象。如一些斑塊中可能出現(xiàn)某些地段邊界擴(kuò)張，一些地段邊界萎縮，還有一些地段邊界碎化的情況。為便于統(tǒng)計(jì)分析，將斑塊在監(jiān)測(cè)期內(nèi)變化的主要類型確定該斑塊的整體變化類型，此時(shí)，一個(gè)斑塊在監(jiān)測(cè)期內(nèi)只屬于一個(gè)整體變化類型。主要變化類型根據(jù)如下條件確定：(1)斑塊數(shù)量變化量的大??；(2)斑塊恢復(fù)的難易程度；(3)面積變化量的大小。

如上所述，各個(gè)變化類型斑塊都可能存在著面積變化的情況，即使斑塊類型為穩(wěn)定、擴(kuò)張和萎縮時(shí)，斑塊數(shù)量也可能存在少量變化，因此，可將斑塊整體變化類型視為斑塊整體變化的途徑，即斑塊整體變化途徑等同于斑塊整體變化類型。

1.2.2 斑塊局部變化類型與變化途徑

斑塊局部地段變化是指斑塊局部地段邊界空間位置的變化，其將導(dǎo)致斑塊數(shù)量和面積發(fā)生變化。

局部地段邊界的變化由局部地段紅樹(shù)林群落個(gè)體增加或減少造成。一般情況下，一個(gè)地段紅樹(shù)林個(gè)體增加，必然導(dǎo)致該地段邊界擴(kuò)展；反之，必定出現(xiàn)該地段邊界萎縮或碎化。從這個(gè)角度來(lái)看，對(duì)于局部地段而言，邊界擴(kuò)張與新增同義，邊界萎縮、碎化與消失同義。然而，由于局部地段變化與斑塊原有空間位置密切相關(guān)，擴(kuò)展地段新增的紅樹(shù)林個(gè)體大多由原有紅樹(shù)林的繁殖體發(fā)展而來(lái)，并且與原有紅樹(shù)林群體緊密相連，萎縮或碎化地段的紅樹(shù)林個(gè)體雖然消失，但其緊鄰區(qū)域尚有紅樹(shù)林個(gè)體存在。鑒于此，在文中，將新增的定義限于整體新增，新增的斑塊與原有斑塊在空間上不相連，消失限于整體消失。此時(shí)，斑塊局部地段變化途徑包括也穩(wěn)定、擴(kuò)張、萎縮、碎化、新增和消失6種[25]。

對(duì)兩期斑塊空間分布圖作疊置分析后，只要斑塊邊界不完全重疊，總會(huì)得到很多小的亞斑塊，為減少分析的工作量，規(guī)定只有某一亞斑塊大于一定面積時(shí)(如0.1hm2)，才認(rèn)為其相應(yīng)地段的邊界發(fā)生了變化，否則，認(rèn)為該地段的邊界保持穩(wěn)定。

1.3 斑塊變化驅(qū)動(dòng)因子的圖像表征

斑塊變化的驅(qū)動(dòng)因子包括自然過(guò)程、養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)、圍墾、工程建設(shè)、人工造林[25]，各因子在遙感圖像上具有不同的表征。

(1)自然過(guò)程

由于研究區(qū)內(nèi)未出現(xiàn)過(guò)不以灘涂利用為目的的紅樹(shù)林連片砍伐活動(dòng)，因此，若在后期的遙感圖像上無(wú)人工設(shè)施(如海堤、港口碼頭、城市、道路、工業(yè)園區(qū)、養(yǎng)殖塘和鹽田等)直接覆蓋在前期紅樹(shù)林斑塊上，或與斑塊邊界十分接近，則認(rèn)為此斑塊在監(jiān)測(cè)期內(nèi)的變化屬自然過(guò)程引起的變化，或更準(zhǔn)確地說(shuō)是在無(wú)明顯破壞性人為活動(dòng)干擾下發(fā)生的變化。

(2)養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)

由于潮上帶沿岸建造的高位池一般對(duì)紅樹(shù)林不構(gòu)成直接影響，因此，養(yǎng)殖塘主要指低位池。低位池和鹽田均建于潮間帶的灘涂上。在開(kāi)闊灘涂上，低位養(yǎng)殖塘的形狀大多為矩形、近矩形或近梯形，形狀規(guī)則，呈連片分布；在丘陵區(qū)海汊上，養(yǎng)殖塘多呈橢圓形或半圓形。每個(gè)養(yǎng)殖塘面積一般為0.5—5 hm2，池水深度為1.5—1.8 m，養(yǎng)殖塘之間或其邊緣有完善的進(jìn)、排水系統(tǒng)。由于蓄水，養(yǎng)殖塘在圖像的灰度值接近灘涂外側(cè)海水，與其直接相鄰的灘涂存在較為明顯的區(qū)別。鹽田通常建在平坦的灘涂上，由多個(gè)蒸發(fā)池和結(jié)晶池組成，多為矩形、近矩形，形狀十分規(guī)整且面積相等或接近，建有完善的進(jìn)、排水系統(tǒng)。在遙感圖像上，蒸發(fā)池的光譜特征因水位較深而與海水較為接近，灰度值較小；結(jié)晶池因水位較淺，灰度值較大，在圖像上呈淺色；養(yǎng)殖塘與鹽田主要區(qū)別為鹽田內(nèi)分布數(shù)量較多、面積小、形狀十分規(guī)整的結(jié)晶池。

(3)圍墾

圍墾多在淺灘上進(jìn)行，面積較大，向海一側(cè)有較寬的海堤，其內(nèi)分隔成形狀較為規(guī)整、大小接近的水田或旱地。由于圍墾后土地?zé)o水體覆蓋，因此與周?chē)暮Ｃ嫦啾?，圖像的灰度值較大，表現(xiàn)為顏色較淺而與深色的海面形成較大的反差。

(4)工程建設(shè)

公路和鐵路為線狀地物，且路面反射率極高，在圖像上呈淺白色，極易辨識(shí)。港口、碼頭因有高反射率硬化地面(貨場(chǎng))存在，并且圖形較為規(guī)整，在圖像上呈較大面積均質(zhì)的淺色區(qū)域，與深色的海面具有明顯的區(qū)別，在SPOT5、ALOS圖像上甚至可見(jiàn)貨物(如集裝箱)堆積和船舶，工業(yè)園區(qū)的廠房也清晰可見(jiàn)，也見(jiàn)城市和工業(yè)廠區(qū)中規(guī)則分布的街道或道路。

(5)人工造林

人工造林多見(jiàn)于河口、內(nèi)灣平緩的泥質(zhì)灘涂。在空間分辨率極高的低空遙控?zé)o人機(jī)航空?qǐng)D像上，很容易將規(guī)則成行分布的紅樹(shù)林人工林與隨機(jī)分布的天然群落分辨出來(lái)。在空間分辨率為2.5 m的ALOS、SPOT5圖像上，難以通過(guò)圖像分析區(qū)分人工林和天然林，因此，需對(duì)研究區(qū)進(jìn)行全面的考察，深入訪問(wèn)當(dāng)?shù)丶t樹(shù)林主管部門(mén)和沿海居民，詳細(xì)了解造林的地點(diǎn)、范圍、面積和造林年度，并盡可能取得造林設(shè)計(jì)或驗(yàn)收?qǐng)D，然后在此基礎(chǔ)上，結(jié)合圖像分析將人工林分布范圍準(zhǔn)確地標(biāo)繪在紅樹(shù)林空間分布圖上。

與斑塊變化類型相似，斑塊變化的驅(qū)動(dòng)因子也分整體驅(qū)動(dòng)因子和局部驅(qū)動(dòng)因子。一個(gè)斑塊在長(zhǎng)期演變過(guò)程中，通常先后或同時(shí)受到多個(gè)因素影響，產(chǎn)生多種類型的變化。與斑塊變化類型相似，將影響程度最大的因素，造成斑塊整體變化的因素稱為斑塊變化的整體驅(qū)動(dòng)因子，而其他一些因素，只在局部地段對(duì)斑塊變化產(chǎn)生影響，造成局部地段邊界發(fā)生變化，這些因素稱為局部驅(qū)動(dòng)因子。

2 分析單元?jiǎng)澐旨鞍邏K數(shù)量和面積變化量的計(jì)量

2.1 斑塊分析單元的劃分

由于區(qū)域紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積存在著一些地段增加，另一些地段減少，從而相互抵消的現(xiàn)象，因此，為準(zhǔn)確計(jì)量和分析監(jiān)測(cè)期內(nèi)紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積在不同因素驅(qū)動(dòng)下通過(guò)各個(gè)變化途徑發(fā)生的變化量，需將前、后期紅樹(shù)林空間分布圖作疊置分析，逐一計(jì)算斑塊數(shù)量和面積的變化量，分析確定其驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑的種類。由于監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊存在各種類型的空間變化，期初斑塊的空間范圍與期末的空間范圍不完全重疊。在作監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量和面積變化量計(jì)量、分析確定其驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑時(shí)，將前、后兩期紅樹(shù)林空間分布圖疊合后，以期初斑塊為基礎(chǔ)，將研究區(qū)劃分為眾多包含1個(gè)或多個(gè)受相同因子驅(qū)動(dòng)、整體變化類型相同的相鄰斑塊組成小區(qū)域。這些小區(qū)域稱為斑塊分析單元，是計(jì)算斑塊數(shù)量和面積變化量、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑定量分析的基本單元，其劃分方法如下：

(1)對(duì)于整體穩(wěn)定斑塊，期初斑塊和期末斑塊疊合后所占的空間范圍為一個(gè)分析單元(圖2)。若相鄰區(qū)域幾個(gè)斑塊均為穩(wěn)定斑塊，則這幾個(gè)斑塊所占的空間范圍可劃為一個(gè)分析單元。

圖2 通過(guò)疊合劃分分析單元Fig.2 Demarcation of analysis unit by overlay

(2)對(duì)于斑塊數(shù)量不發(fā)生變化的整體擴(kuò)張斑塊，期初斑塊和期末斑塊疊合后所占的空間范圍為一個(gè)分析單元，若期初幾個(gè)斑塊擴(kuò)張后至期末變成了1個(gè)斑塊，則前、后期幾個(gè)斑塊疊合后所占的空間范圍為一個(gè)分析單元(圖2)。若相鄰區(qū)域幾個(gè)斑塊均為擴(kuò)張斑塊，且其驅(qū)動(dòng)因子相同，則這幾個(gè)斑塊所占的空間范圍可劃為一個(gè)分析單元。

(3)對(duì)于整體萎縮斑塊，期初斑塊和期末斑塊疊合后所占的空間范圍為一個(gè)分析單元(圖2)，若相鄰區(qū)域幾個(gè)斑塊均為萎縮斑塊，且其驅(qū)動(dòng)因子相同，則這幾個(gè)斑塊所占的空間范圍可劃為一個(gè)分析單元。

(4)對(duì)于整體碎化斑塊，期初斑塊及由其碎化而得到的期末斑塊疊合后所占的空間范圍為一個(gè)分析單元(圖2)。若相鄰區(qū)域幾個(gè)斑塊均為碎化斑塊，且其驅(qū)動(dòng)因子相同，則這幾個(gè)斑塊所占的空間范圍可劃為一個(gè)分析單元。

(5)對(duì)于消失斑塊，以由相同驅(qū)動(dòng)因素影響而導(dǎo)致消失的前期的1個(gè)或多個(gè)鄰近斑塊的空間范圍為一個(gè)分析單元(圖2)。

(6)對(duì)于新增斑塊，以由相同驅(qū)動(dòng)因素(人工造林或自然過(guò)程)作用而得到的后期1個(gè)或多個(gè)斑塊的空間范圍為一個(gè)分析單元(圖2)。

分析單元?jiǎng)澐衷贕IS環(huán)境中進(jìn)行，首先是建立一個(gè)面圖層——分析單元圖層，其次是疊合前、后兩的斑塊分布圖層、遙感圖像，根據(jù)圖像、圖形表征分析確定各個(gè)斑塊變化的驅(qū)動(dòng)因子和變化類型，然后通過(guò)屏幕矢量化方法繪畫(huà)出互不重疊的多邊形區(qū)域，即分析單元，并對(duì)其統(tǒng)一編號(hào)(圖3)。

圖3 分析單元?jiǎng)澐謭DFig.3 Distribution of analysis unites in a bay

一個(gè)分析單元內(nèi)所有斑塊的整體的變化類型(途徑)和驅(qū)動(dòng)因子必須相同，并且相鄰分布。由于不同監(jiān)測(cè)期的斑塊空間分布不同，斑塊變化的驅(qū)動(dòng)因子和整體變化類型也不同，因此，需要逐一監(jiān)測(cè)期劃分分析單元，如2001—2007年的分析單元范圍與2007—2010年的分析單元范圍一般不完全重疊。

2.2 斑塊數(shù)量和面積的變化量的計(jì)量

由于斑塊的變化存在整體變化和局部變化兩種情況，因此，要準(zhǔn)確地掌握斑塊的變化情況，需要深入細(xì)致地分析斑塊各個(gè)局部地段的變化情況，對(duì)每個(gè)斑塊各個(gè)地段的變化量作精確的計(jì)量，在此基礎(chǔ)上綜合得到區(qū)域紅樹(shù)林空間分布變化的準(zhǔn)確結(jié)果，這種變化量的計(jì)量方法稱為精確計(jì)量法。后續(xù)討論中將會(huì)看到，這種方法需要滿足極為嚴(yán)格的空間配準(zhǔn)條件，在空間配準(zhǔn)不準(zhǔn)確情況下，采用這種方法將會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)論，此時(shí)，可以從整體變化途徑和整體驅(qū)動(dòng)因子的角度，采用另一種量化方法對(duì)斑塊數(shù)量和面積的變化量進(jìn)行計(jì)量，這種方法稱為整體計(jì)量法。

2.2.1 精確計(jì)量法

(1)將前、后兩期斑塊空間分布圖疊合，將研究區(qū)劃分為眾多相互獨(dú)立的分析單元。

(2)采用面轉(zhuǎn)換線的方法，將監(jiān)測(cè)期間前、后兩期的斑塊空間分布面圖層分別轉(zhuǎn)換為線圖層。

(3)以后期的線圖層對(duì)前期的面圖層進(jìn)行切割(疊置)，若后期斑塊的空間范圍位于前期斑塊的空間范圍以內(nèi)，則將前期斑塊切割為若干個(gè)小斑塊(亞斑塊)，由此可計(jì)算前期斑塊萎縮的面積，或碎化后斑塊的個(gè)數(shù)和各個(gè)亞斑塊的面積。

(4)以前期的線圖層與后期的面圖層進(jìn)行切割(疊置)，若后期斑塊的空間范圍超出前期斑塊的空間范圍，可將后期斑塊切割為若干個(gè)亞斑塊，并可計(jì)算得到后期斑塊擴(kuò)張的范圍和面積。

(5)若前期斑塊存在而后期不存在，則斑塊消失，面積變化(消失)量等于期初斑塊面積，斑塊個(gè)數(shù)變化量等于該分析單元期初的斑塊數(shù)量；若某一局部區(qū)域前期無(wú)紅樹(shù)林斑塊而后期出現(xiàn)斑塊，則這個(gè)(些)斑塊為新增斑塊，面積新增量等于期末斑塊面積之和，斑塊數(shù)量新增量等于該區(qū)域后期斑塊的數(shù)量。

(6)若分割后得到的某個(gè)亞斑塊面積小于0.1 hm2，則將其與相鄰且驅(qū)動(dòng)因子、變化途徑相同的亞斑塊合并。

(7)對(duì)全部亞斑塊重新計(jì)算面積，根據(jù)圖像表征逐一分析確定其驅(qū)動(dòng)因子、變化途徑，記錄在面圖層的屬性表中，并記錄其所處的分析單元編號(hào)。

如圖4所示，2001年1個(gè)面積為24.4 hm2的斑塊，至2007年時(shí)變成了5個(gè)斑塊，總面積為18.1 hm2。作空間疊置分析，輔以人工分割(因考慮變化途徑和驅(qū)動(dòng)因子的不同，亞斑塊13、15、17、18由原同一亞斑塊經(jīng)人工分割而得)并對(duì)面積小于0.1 hm2的小斑塊刪除后，該分析單元分割為18個(gè)亞斑塊。對(duì)斑塊數(shù)量和面積通過(guò)各個(gè)變化途徑發(fā)生的變化量進(jìn)行分析，結(jié)果表明：海堤建設(shè)導(dǎo)致2001年的一個(gè)斑塊碎化為3個(gè)部分，由此減少的面積為5.6 hm2，其中，1號(hào)亞斑塊和2號(hào)亞斑塊各構(gòu)成一個(gè)部分，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)亞斑塊構(gòu)成另一個(gè)部分，故認(rèn)為海堤建設(shè)引起的斑塊數(shù)量變化量為2個(gè)；3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)4個(gè)亞斑塊所在的區(qū)域，從圖像上未見(jiàn)工程或養(yǎng)殖塘建設(shè)等直接的人為活動(dòng)影響，故認(rèn)為該區(qū)域的斑塊碎化為自然狀態(tài)下發(fā)生的，即自然過(guò)程導(dǎo)致斑塊的變化量為2個(gè)。4個(gè)地段的邊界擴(kuò)張；7個(gè)地段的邊界出現(xiàn)萎縮；2個(gè)地段的邊界碎化。將疊置結(jié)果與后期遙感圖像疊合，通過(guò)目視解譯方法，逐一判斷每個(gè)亞斑塊變化產(chǎn)生的原因，即得到該分析單元由各個(gè)驅(qū)動(dòng)因素引起的斑塊數(shù)量和面積變化量(圖4)。對(duì)該分析單元中18個(gè)亞斑塊的變化原因和變化途徑進(jìn)行逐一分析，得到表3的結(jié)果。

對(duì)表3進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)，得到該分析單元紅樹(shù)林斑塊個(gè)數(shù)和面積在各個(gè)因素驅(qū)動(dòng)下通過(guò)各個(gè)途徑發(fā)生的變化量，見(jiàn)表4。

表4也說(shuō)明了紅樹(shù)林斑塊變化的復(fù)雜性：一是在同一因素驅(qū)動(dòng)下，紅樹(shù)林斑塊面積的變化可通過(guò)多個(gè)途徑發(fā)生；二是在監(jiān)測(cè)期內(nèi)，斑塊面積一方面通過(guò)擴(kuò)張而增加，另一方面通過(guò)萎縮、碎化而減少，呈增加-減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程，如本例的斑塊面積由2001年的26.0 hm2減少至2007年的17.0 hm2，凈減少了9.0 hm2，但期間通過(guò)斑塊擴(kuò)張而使面積毛增加了0.4 hm2。

圖4 精確計(jì)量法用于斑塊數(shù)量和面積變化量計(jì)量Fig.4 Computing changes in ptatch count and area with the accurate measurement method

表3 各個(gè)亞斑塊面積變化量詳細(xì)表Table 3 Dynamic procedures and drivers of sub-patches

表4 用精確計(jì)量法計(jì)量的各個(gè)因素驅(qū)動(dòng)下通過(guò)各個(gè)途徑發(fā)生的斑塊個(gè)數(shù)和面積變化量

Table 4 Changesin patch count and area through various dynamic procedures caused by various driversdetermined with the accurate measurement method

項(xiàng)目Item驅(qū)動(dòng)因素Driver穩(wěn)定Stable擴(kuò)張Expand萎縮Shrink碎化Fragmentation消失Disappear新增New毛增加量Grossincrease毛減少量Grossdecrease總變化量Totalchange凈變化量Netchange斑塊數(shù)量/個(gè)自然過(guò)程0002002022Patchcount圍墾0000000000養(yǎng)殖塘和鹽田0000000000工程建設(shè)0002002022人工造林0000.0000000合計(jì)0004004044面積自然過(guò)程0.00.4-3.0-0.80.00.00.43.84.2-3.4Area/hm2圍墾0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0養(yǎng)殖塘和鹽田0.00.0-0.40.00.00.00.00.40.4-0.4工程建設(shè)0.00.00.0-2.50.00.00.02.52.5-2.5人工造林0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0合計(jì)0.00.4-3.4-3.30.00.00.46.77.1-6.3

2.2.2 整體計(jì)量法

精確計(jì)量法適用于前、后期遙感數(shù)據(jù)能夠精確配準(zhǔn)的研究案例。在通常的研究中，特別是時(shí)間跨度較大的研究，由于遙感數(shù)據(jù)種類多樣、傳感器多樣，空間分辨率不同甚至相差很大，因此，難以保證每個(gè)監(jiān)測(cè)期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都能精確配準(zhǔn)。在這種情況下，若對(duì)面積變化量采用上述方法進(jìn)行精確計(jì)量，將會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。如一個(gè)本來(lái)邊界無(wú)任何變化，面積變化量為0.0 hm2的絕對(duì)穩(wěn)定斑塊，由于圖像配準(zhǔn)誤差而出現(xiàn)了中心位置平移偏差了20.6 m。作疊置分析后，得到幾個(gè)途徑的變化量為：穩(wěn)定10.9 hm2、萎縮1.0 hm2、擴(kuò)張1.0 hm2。顯然，這個(gè)結(jié)果是錯(cuò)誤的。

中、高空間分辨率圖像之間，雖然幾何精校正都能夠?qū)⒄`差控制在一個(gè)像元之內(nèi)，但由于中分辨率圖像提取的斑塊邊界精度低于高空間分辨率圖像，因此，當(dāng)采用精確計(jì)量法分析其斑塊變化時(shí)，也將會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。對(duì)于歷史的紙質(zhì)紅樹(shù)林分布圖，由于調(diào)查時(shí)都采用1∶10000—1∶50000地形圖目測(cè)勾繪方法確定斑塊邊界，準(zhǔn)確性較差，另一方面，由于制圖技術(shù)和手段限制，圖面幾何精度不高，加以年代久遠(yuǎn)，紙張變形，要做到與遙感圖像精確配準(zhǔn)，十分困難。因此，在時(shí)間跨度大的多期紅樹(shù)林空間分布動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，對(duì)于其中一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不能精確配準(zhǔn)(如掃描航空?qǐng)D像)，或前后期圖像空間分辨率相差較大的監(jiān)測(cè)期，即使采用精確計(jì)量法對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化進(jìn)行計(jì)量，也難以取得正確的分析結(jié)果。

為解決上述問(wèn)題并做到紅樹(shù)林空間分布動(dòng)態(tài)分析的定量化，采用下述整體計(jì)量法對(duì)斑塊面積和斑塊數(shù)量變化量進(jìn)行計(jì)量。

整體計(jì)量法的基本思想：對(duì)于每個(gè)分析單元，無(wú)論其在監(jiān)測(cè)期內(nèi)受到多少個(gè)驅(qū)動(dòng)因素影響，通過(guò)多少個(gè)途徑發(fā)生變化，一律只考慮一個(gè)影響程度最大的主要驅(qū)動(dòng)因子和一個(gè)變化量最大的主要變化途徑，監(jiān)測(cè)期間該分析單元發(fā)生的斑塊數(shù)量和面積變化量都記為該因子驅(qū)動(dòng)、通過(guò)該途徑發(fā)生的變化量。當(dāng)一個(gè)斑塊同時(shí)受多個(gè)因子驅(qū)動(dòng)、存在多種變化途徑時(shí)，從因果關(guān)系的角度出發(fā)，首先分析確定其主要驅(qū)動(dòng)因子，然后在該主要驅(qū)動(dòng)因子造成的多個(gè)變化途徑中確定主要變化途徑。主要驅(qū)動(dòng)因子和主要變化途徑的確定，綜合考慮3個(gè)因素：①斑塊恢復(fù)的難易程度；②面積變化量的大??；③斑塊數(shù)量變化量的大小。

如圖4，雖然工程(海堤)建設(shè)、養(yǎng)殖塘建設(shè)和自然過(guò)程都是導(dǎo)致斑塊變化的原因，但由于海堤是永久性構(gòu)筑物，一旦建成，不會(huì)輕易毀壞，因此，海堤建設(shè)是導(dǎo)致斑塊發(fā)生變化的主要原因。在海堤建設(shè)影響下，斑塊通過(guò)碎化、萎縮兩個(gè)途徑發(fā)生變化，但碎化造成的面積變化量最大，因此，該斑塊主要變化途徑為碎化。也就是說(shuō)，在海堤建設(shè)的影響下，通過(guò)碎化途徑，斑塊數(shù)量增加了4個(gè)，面積減少了6.3 hm2。據(jù)此，得到斑塊數(shù)量和面積變化量的計(jì)量結(jié)果如表5。

比較表4和表5，除每個(gè)分析單元只考慮1個(gè)驅(qū)動(dòng)因子、1個(gè)變化途徑外，整體計(jì)量法只考慮、計(jì)算斑塊數(shù)量和面積的凈變化量，而在精確計(jì)量法中能夠同時(shí)考慮多個(gè)驅(qū)動(dòng)因子、多個(gè)變化途徑，并且能夠計(jì)算監(jiān)測(cè)期間斑塊數(shù)量和面積的增加量和減少量。故整體計(jì)量法不能真正全面、準(zhǔn)確地反映監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量和面積增加-減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程。盡管如此，該方法也逐一分析單元分析了斑塊數(shù)量和面積變化的主要驅(qū)動(dòng)因子和變化發(fā)生的主要途徑，并計(jì)算了斑塊數(shù)量和面積變化量，在一定程度上能夠較為準(zhǔn)確地反映了斑塊數(shù)量和面積增加-減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程，與傳統(tǒng)只考慮區(qū)域紅樹(shù)林面積凈變化量的分析方法相比，其結(jié)果的科學(xué)性更強(qiáng)，也更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

表5 用整體計(jì)量方法計(jì)量的各個(gè)因素驅(qū)動(dòng)下通過(guò)各個(gè)途徑發(fā)生的斑塊個(gè)數(shù)和面積變化量

Table 5 Changesin patch count and area through various dynamic procedures caused by various drivers determined with the holistic measurement method

項(xiàng)目Item驅(qū)動(dòng)因素Driver穩(wěn)定Stable擴(kuò)張Expand萎縮Atrophy碎化Fragmentation消失Disappear新增New毛增加量Grossincrease毛減少量Grossdecrease總變化量Totalchange凈變化量Netchange斑塊數(shù)量/個(gè)自然過(guò)程0000000000Patchcount圍墾0000000000養(yǎng)殖塘和鹽田0000000000工程建設(shè)0004004044人工造林000000000合計(jì)0004004044面積自然過(guò)程0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0Area/hm2圍墾0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0養(yǎng)殖塘和鹽田0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0工程建設(shè)0.00.00.0-6.30.00.00.06.36.3-6.3人工造林0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0合計(jì)0.00.00.0-6.30.00.00.06.36.3-6.3

3 兩種計(jì)量方法對(duì)紅樹(shù)林空間演變機(jī)理分析結(jié)果的比較分析

為比較分析上述兩種計(jì)量方法對(duì)區(qū)域紅樹(shù)林空間演變機(jī)理分析結(jié)果的差異，以防城港灣(包含東灣和西灣)為試驗(yàn)區(qū)采用文獻(xiàn)[25]中提出的方法進(jìn)行紅樹(shù)林空間演變機(jī)理分析。

3.1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)源

防城港灣位于廣西北部灣的西部，包含沙田墩以西、江山半島白龍以東的海域，防城港城市和港口將該海灣分為東、西兩個(gè)部分。2010年有紅樹(shù)林面積672.3 hm2，占廣西紅樹(shù)林面積的9.7%，其中有我國(guó)面積最大的城市紅樹(shù)林(防城港漁洲坪一帶)。

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為2007年10月28日成像的SPOT5 HRG和2010年9月19日成像的ALOS PRISM/AVNIR-2圖像，空間分辨率均為：全色波段2.5 m，多光譜波段10 m。用于幾何精校正的參考數(shù)據(jù)為2004年真彩色正射航空?qǐng)D像(1∶10 000)。

3.2 信息提取與比較方法

3.2.1 圖像預(yù)處理及紅樹(shù)林空間分布信息提取

為確保前、后期遙感圖像精確配準(zhǔn)，衛(wèi)星圖像幾何精校正的總體均方根誤差(RMS)都控制在1個(gè)像元以內(nèi)。紅樹(shù)林斑塊信息提取采用多方法聯(lián)合應(yīng)用的方法進(jìn)行：①將研究區(qū)裁剪為眾多僅含紅樹(shù)林和少量灘涂的小區(qū)域，個(gè)別情況下，一個(gè)小區(qū)域僅包含一個(gè)紅樹(shù)林斑塊；②聯(lián)合應(yīng)用波譜運(yùn)算、監(jiān)督分類、無(wú)監(jiān)督分類和面向?qū)ο蠓诸愐约皥D像分析方法提取斑塊空間分布信息；③在GIS平臺(tái)上對(duì)分類結(jié)果圖采用屏幕矢量化方法提取紅樹(shù)林斑塊邊界，并確保前后期斑塊邊界變化符合空間邏輯。

3.2.2 斑塊數(shù)量和面積變化量計(jì)量

研究區(qū)內(nèi)2007年和2010年紅樹(shù)林斑塊數(shù)量分別為154個(gè)和157個(gè)。根據(jù)斑塊變化的驅(qū)動(dòng)因素和變化途徑，將研究區(qū)劃分為157個(gè)分析單元。斑塊數(shù)量和面積變化量的計(jì)量分別采用精確計(jì)量法和整體計(jì)量法兩種方法進(jìn)行。

3.3 結(jié)果分析

2007年研究區(qū)紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積分別為154個(gè)、705.6 hm2，至2010年斑塊數(shù)量增加至157個(gè)，面積減少為672.3 hm2，3年間面積減少了33.3 hm2，年均減少11.1 hm2，年均變化率為1.6%。

3.3.1 變化途徑比較分析

對(duì)研究區(qū)2007—2010年斑塊數(shù)量變化情況作流量分析，結(jié)果表明：兩種方法的得到結(jié)果相同(表6)。

表6 斑塊數(shù)量和面積通過(guò)各個(gè)變化途徑發(fā)生的流量(率)比較Table 6 Comparison of the amount (rate) of changes in patch count and area through various dynamic procedures

ST：穩(wěn)定 Stable；EX：擴(kuò)張Expand；AT：萎縮Atrophy；FR：碎化Fragmentation；DI：消失Disappear；NE：新增New；TC：總變化量Total change

由于監(jiān)測(cè)期較短，斑塊數(shù)量都只通過(guò)一個(gè)途徑發(fā)生變化，故兩種計(jì)量方法對(duì)斑塊數(shù)量變化途徑分析的結(jié)果相同。然而，對(duì)于面積變化，兩種方法得到的結(jié)果相差較大：①面積變化的總流量相差較大，精確計(jì)量法的總流量幾乎大于整體計(jì)量法總流量的一倍；②面積變化在各個(gè)途徑上的流量(率)也存在較大差別，在精確計(jì)量法中，通過(guò)斑塊萎縮和擴(kuò)張途徑發(fā)生的面積變化總流率分別為61.2%和30.8%，而在整體計(jì)量法中，兩者的總流率分別為54.7%和11.6%，在斑塊穩(wěn)定的情況下，整體計(jì)量法的面積變化總流率達(dá)到了17.5%，而在精確計(jì)量法中，總流率為0；③在各個(gè)途徑上發(fā)生的面積凈變化流量(率)也不相同，在精確計(jì)量法中，斑塊萎縮是面積減少的最主要途徑(趨勢(shì)流率為-90.0%)，其余是消失(-5.7%)和碎化(-4.3%)，而在整體計(jì)量法中，雖然斑塊萎縮(趨勢(shì)流率為-70.9%)也是面積變化的最主要途徑，但其凈流率明顯減小，穩(wěn)定變成了面積減少的一個(gè)重要途徑(-12.8%)。

3.3.2 驅(qū)動(dòng)力比較分析

與變化途徑分析結(jié)果一樣，對(duì)于斑塊數(shù)量變化的驅(qū)動(dòng)量(率)，兩種方法的結(jié)果相同(表7)。但對(duì)于面積變化，兩種方法得到的結(jié)果不甚相同，各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的驅(qū)動(dòng)量(率)也存在較大差別。在精確計(jì)量法中，在自然過(guò)程驅(qū)動(dòng)下面積的總變化量最大(總驅(qū)動(dòng)率為53.8%)，其次是養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)(36.0%)，而在整體計(jì)量法中，自然過(guò)程的總驅(qū)動(dòng)率只有38.5%，養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)的總驅(qū)動(dòng)率達(dá)到了50.9%，幾乎是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)因子相互調(diào)換了次序。

表7 斑塊數(shù)量和面積變化的驅(qū)動(dòng)力(率)比較Table 7 Comparison of the amount (rate) of changes in patch count and area caused by various drivers

NP：自然過(guò)程N(yùn)atural process；IN：圍墾Inning；MS：養(yǎng)殖塘建設(shè)Marineculture and saltern；CO：工程建設(shè)Construction；PL：人工造林Plantation

3.3.3 作用力比較分析

對(duì)于斑塊數(shù)量的變化，兩種方法得到的凈作用力分析結(jié)果完全一致，但面積變化的凈作用力分析結(jié)果差異較大(表8)。在對(duì)面積變化作精確計(jì)量時(shí)，斑塊面積的凈變化主要由養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)影響下通過(guò)斑塊萎縮、自然過(guò)程影響下通過(guò)斑塊擴(kuò)張和萎縮產(chǎn)生，工程建設(shè)影響下通過(guò)斑塊萎縮也在一定程度上造成面積變化。在采用整體計(jì)量法分析時(shí)，養(yǎng)殖塘和鹽田影響下的斑塊萎縮仍然是面積變化的最重要的驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑組合，并且其凈作用力更大，自然過(guò)程下的斑塊萎縮對(duì)面積凈變化影響也較大，自然過(guò)程影響下的斑塊穩(wěn)定、自然過(guò)程影響下的斑塊擴(kuò)張對(duì)面積凈變化的影響程度也有所減弱。

3.4 兩種方法分析結(jié)果存在差異的原因分析

以上分析結(jié)果可知，兩種變化量計(jì)量方法對(duì)面積變化的分析結(jié)果存在較大差異，其根本原因是兩種方法對(duì)面積變化量的計(jì)量方法存在根本的差別。在采用整體計(jì)量法對(duì)監(jiān)測(cè)期內(nèi)的面積變化量進(jìn)行計(jì)量時(shí)，一個(gè)分析單元只考慮一個(gè)驅(qū)動(dòng)因子、一個(gè)變化途徑，并且只考慮一個(gè)凈變化量(后期面積與前期面積之差)，該變化量為在某個(gè)因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)某個(gè)途徑發(fā)生的面積變化量。而在采用精確計(jì)量法時(shí)，同時(shí)考慮多個(gè)變化量、多個(gè)驅(qū)動(dòng)因子和多個(gè)變化途徑。因此，即使研究區(qū)只有一個(gè)分析單元，其結(jié)果是存在較大的差別。

表8 凈作用力比較Table 8 Comparison of acting forces with regard to changes in patch count and area

4 討論和結(jié)論

(1)以往研究[25]，考慮監(jiān)測(cè)期內(nèi)每個(gè)斑塊都受到某個(gè)因子驅(qū)動(dòng)、通過(guò)某種途徑發(fā)生了變化，并由此分別得到了全部斑塊個(gè)數(shù)和面積在期初、期末的驅(qū)動(dòng)因子-變化途徑狀態(tài)矩陣，將期末狀態(tài)矩陣減期初狀態(tài)矩陣得到了監(jiān)測(cè)期間斑塊數(shù)量和面積的變化矩陣，并由該矩陣計(jì)算總驅(qū)動(dòng)量、總驅(qū)動(dòng)率、凈驅(qū)動(dòng)量、凈驅(qū)動(dòng)率、趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率、總流量、總流率、凈流量、凈流率、趨勢(shì)凈流率和作用力系列指標(biāo)，用以闡明區(qū)域紅樹(shù)林空間分布的演變機(jī)制。該文在斑塊數(shù)量和面積變化量計(jì)量中存在著如下缺陷：只從區(qū)域的角度計(jì)算斑塊數(shù)量和面積在不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)每個(gè)途徑發(fā)生的凈變化量，由于斑塊數(shù)量和面積在某一因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)某個(gè)途徑存在著增加和減少兩種變化情況，必須同時(shí)考慮增加量、減少量、總變化量和凈變化量，因此，僅通過(guò)凈變化量不能全面、準(zhǔn)確反映在該因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)該途徑發(fā)生的斑塊數(shù)量和面積的變化情況。本文通過(guò)將研究區(qū)劃分為眾多具有相同驅(qū)動(dòng)因子、相同變化途徑的分析單元，逐一分析單元計(jì)算斑塊數(shù)量和面積的毛增加量、毛減少量和總變化量、凈變化量，避免了上述問(wèn)題，能更全面、準(zhǔn)確地反映了區(qū)域紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積在監(jiān)測(cè)期內(nèi)增加、減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

(2)精確計(jì)量法準(zhǔn)確地計(jì)量了不同驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑組合下斑塊數(shù)量和面積的變化量，結(jié)果最為可靠。雖然整體計(jì)量法對(duì)每一個(gè)分析單元只考慮一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因子、一個(gè)主要變化途徑，并且只計(jì)量斑塊數(shù)量和面積的凈變化量，但是，由于區(qū)域由眾多分析單元構(gòu)成，不同分析單元的斑塊數(shù)量和面積凈變化量有增有減，在作區(qū)域統(tǒng)計(jì)匯總后，可得到某一驅(qū)動(dòng)因子某個(gè)變化途徑組合的斑塊數(shù)量和面積的毛增加量、毛減少量、總變化量、凈變化量，在一定程度上也能較為準(zhǔn)確地反映了區(qū)域斑塊數(shù)量和面積增加-減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程，以往研究只考慮某個(gè)變化途徑組合的斑塊數(shù)量和面積的凈變化量[25]相比，其結(jié)果的科學(xué)性更強(qiáng)，也更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

(3)在區(qū)域紅樹(shù)林空間動(dòng)態(tài)演變分析中，采用文中提出的方法對(duì)斑塊數(shù)量和面積在不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的變化量進(jìn)行計(jì)量，通過(guò)紅樹(shù)林空間動(dòng)態(tài)定量分析體系[25]，可以厘清如下問(wèn)題：①監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量和面積的變化量(毛增加量、毛減少量、總變化量、凈變化量)是多少？②何種因素的影響導(dǎo)致紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積發(fā)生變化？在任一既定因素驅(qū)動(dòng)下，斑塊數(shù)量和面積的變化量是多少？何種因素是斑塊數(shù)量和面積增加(或減少)的主要驅(qū)動(dòng)因子？③斑塊數(shù)量和面積是通過(guò)何種途徑發(fā)生變化的？通過(guò)每個(gè)途徑發(fā)生的變化量是多少？何種途徑是斑塊數(shù)量和面積增加(或減少)的主要途徑？④在任一既定的因素驅(qū)動(dòng)下，斑塊數(shù)量和面積通過(guò)任一既定變化途徑發(fā)生的變化量是多少？何種驅(qū)動(dòng)因素-變化途徑組合對(duì)斑塊數(shù)量和面積增加(或減少)的影響程度最大？

[1] FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations). The world′s mangroves 1980—2005//FAO Forestry Paper 153. Rome: FAO, 2007.

[2] Macintosh D J, Ashton EC. A review of mangrove biodiversity conservation and management. 2002. [2010-10-20]. http://mit.biology.au.dk/cenTER/MCB_Files/2002_Review_WB_MCB_Final.pdf

[3] Giri C, Ochieng E, Tieszen L L, Zhu Z, Singh A, Loveland T, Masek J, Duke N. Status and distribution of mangrove forests of the world using earth observation satellite data. Global Ecology and Biogeography,2011, 20(1):154-159.

[4] Groombridge B. Global biodiversity: status of the earth′s living resources//UNEPWCMC/The National History Museum/IUCN/Worldwide Fund for Nature/World Resources Institute. London: Chapman and Hall, 1992.

[5] Spalding M D, Blasco F, Field C D. World mangrove atlas.Okinawa: The International Society for Mangrove Ecosystems, 1997.

[6] Aizpuru M, Achard F, Blasco F. Global assessment of cover change of the mangrove forests using satellite imagery at medium to high resolution. EEC Research Project No. 15017-1999-05 FIED ISP FR. Ispra: Joint Research Centre, 2000.

[7] Giri C, Zhu Z, Tieszen L L, Singh A, Gillette S, Kelmelis J A. Mangrove forest distributions and dynamics (1975-2005) of the tsunami-affected region of Asia. Journal of Biogeography, 2008, 35(3): 519-528

[8] Ramsey E W Ⅲ, Jansen J R. Remote sensing of mangrove wetlands: relating canopy spectra to site-specific data. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 1996, 62(8): 939-948.

[9] Selvam V, Ravichandran K K, Gnanappazham L, Navamuniyammal M. Assessment of community-based restoration of Pichavaram mangrove wetland using remote sensing data. Current Science, 2003, 85(6):794-798.

[10] Ramasubramanian R, Gnanappazham L, Ravishankar T, Navamuniyammal M. Mangroves of Godavari-analysis through remote sensing approach. Wetlands Ecology and Management, 2006, 14(1): 29-37.

[11] Vadlapudi S. Identification and quantification of changes in mangrove forest using remote sensing-a case study near Kakinada Bay, Andhra Pradesh, Noida, India.GIS Development Pvt. Ltd. 2003. [2011-5-20]. http://www.GISdevelopment.net/application/environment/wetland/mi03075.htm.

[12] Krause G, Bock M, Weiers S, Braun G. Mapping land-cover and mangrove structures with remote sensing techniques: A contribution to a synoptic GIS in support of coastal management in North Brazil. Environmental Management, 2004, 34(3): 429-440.

[13] Aksornkoae S. Ecology and Management of Mangroves. Switzerland: IUCN, Wetlands and Water Resources Programme, 1993.

[14] Giri C, Delsol J P. Mangrove forest cover mapping using remote sensing data in conjunction with GIS. Asian and Pacific Remote Sensing Journal, 1995, 8: 13-26.

[15] Blasco F, Aizpuru M, Gers C. Depletion of the mangroves of Continental Asia. Wetlands Ecology and Management, 2001, 9(3): 255-266.

[16] Verheyden A, Dahdouh-Guebas F, Thomaes K, de Genst W, Hettiarachchi S, Koedam N. High-resolution vegetation data for mangrove research as obtained from aerial photography. Environment, Development and Sustainability, 2002, 4(2): 113-133.

[17] Fromard F, Vega C, Proisy C. Half a century of dynamic coastal change affecting mangrove shorelines of French Guiana. A case study based on remote sensing data analyses and field surveys. Marine Geology, 2004, 208(2/4): 265-280.

[18] 范航清, 黎廣釗. 海堤對(duì)廣西沿海紅樹(shù)林的數(shù)量、群落特征和恢復(fù)的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1997, 8(3): 240-244.

[19] 陳樹(shù)培, 梁志賢, 鄧義. 中國(guó)南海海岸的紅樹(shù)林. 廣西植物, 1988, 8(3): 215-224.

[20] 陳遠(yuǎn)生, 甘先華, 吳中享, 鐘德群. 廣東省沿海紅樹(shù)林現(xiàn)狀和發(fā)展. 廣東林業(yè)科技, 2001, 17(1): 20-26.

[21] 張喬民, 隋淑珍. 中國(guó)紅樹(shù)林濕地資源及其保護(hù). 自然資源學(xué)報(bào), 2001, 16(1): 28-36.

[22] 黎夏, 劉凱, 王樹(shù)功. 珠江口紅樹(shù)林濕地演變的遙感分析. 地理學(xué)報(bào), 2006, 61(1): 26-34.

[23] 曹林, 韓維棟, 李鳳鳳, 張?jiān)? 雷州灣紅樹(shù)濕地景觀格局演變及驅(qū)動(dòng)力分析. 林業(yè)科技開(kāi)發(fā), 2010, 24(4): 18-23.

[24] 王胤, 左平, 黃仲琪, 鄒欣慶. 海南東寨港紅樹(shù)林濕地面積變化及其驅(qū)動(dòng)力分析. 四川環(huán)境, 2006, 25(3): 44-49.

[25] 李春干, 劉素青, 范航清, 代華兵. 基于斑塊的紅樹(shù)林空間演變機(jī)理分析方法. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(14): 4329-4342.

Two methods for measuring the changes in patch-number and area of mangrove driven by various factors through different ways

LI Chungan*, DAI Huabing

GuangxiForestInventoryandPlanningInstitute,Nanning530011,China

In order to investigate the mechanisms of mangrove′s spatial dynamics, changes in landscape patch count and area caused by various drivers through different dynamic procedures need to be accurately quantified. Based on previous work, two calculation methods, namely accurate measurement method and holistic measurement method, are introduced in this paper. Firstly, two time-period distribution maps of mangrove and remote sensing images were overlaid with geographic information systems (GIS) and all mangrove patches were divided into analysis units, in which each patch was caused by the same driver and changed through the same procedure. Secondly, if the time-1 image could be registered accurately with time-2 image, we used the accurate measurement method. With the overlay methods of lines and polygons, the time-1 polygon layer of mangrove patches was subset by the time-2 line layer of mangrove patches, and the time-2 polygons were subset by the time-1 lines, resulting in several sub-patches in an analysis unit. Each sub-patch was visually interpreted to identify the driver and the dynamic procedure. Subsequently, the amount of changes with regard to the patch count and area of each analysis unit caused by various driving factors through different change ways were calculated. Thirdly, if the earlier image cannot be registered accurately with later image, we used the holistic measurement method. Each analysis unit was visually interpreted to identify the key driver and the major dynamic procedure according to both the level of difficulty in patch recovery and the amount of changes in patch count and area. Accordingly, the differences in patch count and area between the two periods in the analysis unit were regarded as the amount of changes in patch count and area caused by this driver and through this procedure. Both methods could be used to conduct quantitative analysis for the changes in patch count and area. The accurate measurement method is more reliable because it computes changes in patch count and area under various combinations of different drivers and dynamic procedures. Although the holistic measurement method only considers the major driver and dynamic procedure within an analysis unit, its statistics include the gross gain, gross loss, the total changes and net changes in patch count and area within an analysis unit, which also have scientific values and practical significance.

mangrove; distribution; patch count; area; patch dynamics; measurement

國(guó)家自然科學(xué)基金(41166001); 中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金(GXTG200904); UNEP-GEF-SCS-防城港紅樹(shù)林國(guó)際示范區(qū)資助項(xiàng)目

2013-05-30;

日期:2014-07-18

10.5846/stxb201305301247

*通訊作者Corresponding author.E-mail: gxali@126.com

李春干, 代華兵.不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積變化量的計(jì)量方法.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(6):1713-1726.

Li C G, D B.Two methods for measuring the changes in patch-number and area of mangrove driven by various factors through different ways.Acta Ecologica Sinica,2015,35(6):1713-1726.