基于遙感數(shù)據(jù)的黃河口濕地變化研究

李剛+信志紅+李峰

摘要：基于1992-2015年12期黃河口地區(qū)Landsat TM/ETM數(shù)據(jù)，解譯并分析了黃河口濕地的變化情況，以期為進一步識別濕地變化原因和開展?jié)竦厣鷳B(tài)恢復等研究提供科學理論依據(jù)。研究結果表明：近24年來，黃河口濕地演變存在顯著的空間異質(zhì)性，在黃河口濕地總面積減少的背景下，各類濕地面積有增有減，部分濕地表現(xiàn)出破碎化的趨勢特征；黃河口濕地以天然濕地為主，近24年來，天然濕地面積呈萎縮趨勢，人工濕地面積呈擴張趨勢，黃河口濕地總面積整體呈濕地退化和人工化趨勢；天然濕地中，灘涂濕地面積最大，草甸濕地面積減少趨勢最為明顯，除河流湖泊濕地面積平緩上升外，其它各類天然濕地面積均呈下降趨勢；人工濕地中，水庫坑塘濕地和鹽田及養(yǎng)殖池面積均呈上升趨勢，其中鹽田及養(yǎng)殖池面積表現(xiàn)出強烈的擴張趨勢；黃河口濕地的變化是多年來氣候變化、黃河水沙、人類活動等因素共同作用的結果，而驅(qū)動因素相對貢獻的量化評定還有待于進一步探討。

關鍵詞：遙感數(shù)據(jù)；黃河口；濕地；變化

中圖分類號：S127 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2016）11-0104-05

Abstract Based on the Landsat TM/ETM data in the Yellow River estuary region from 1992 to 2015， the changes of the Yellow River estuary wetlands were analyzed so as to further identify the reasons of wetland change and provide scientific theories for the wetland restoration. The results indicated that the Yellow River estuary wetland evolution showed significant spatial heterogeneity in recent 24 years. The total wetland area in the Yellow River estuary region decreased. Under this background， some types of wetland area increased and the others decreased， and some wetlands demonstrated a trend of fragmentation. Natural wetland was the main wetland type in the Yellow River estuary region. In recent 24 years， the natural wetland area showed a shrinking trend while the constructed wetland area showed an expanding trend. The total area of the Yellow River estuary wetland showed a trend of wetland degradation and artificialization. In the natural wetlands， the tidal wetland area was the largest； the decreasing trend of meadow wetland area was the most evident； apart from the river and lake wetland area which gently rose， other kinds of natural wetland area showed downward trends. In the constructed wetlands， the areas of reservoir and pond wetlands， salt ponds and culture ponds showed an upward trend， especially the salt ponds and culture ponds showed a strong expanding trend. The Yellow River estuary wetland change was the results of climate change， the Yellow River water and sediment and human activities for years. The assessment of relative contributions of the driving factors still needs further discussion.

Keywords Remote sensing data； The Yellow River estuary； Wetland； Change

濕地又被稱為“地球之腎”，是介于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)域，具有獨特的水文、土壤和生態(tài)特征，在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、降解污染、保護生物多樣性以及維持生態(tài)平衡等方面具有不可替代的作用，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一[1-7]。深入分析濕地演變時空特征及其驅(qū)動機制是了解濕地生態(tài)演變規(guī)律和制定濕地保護對策的基礎[8]。本研究利用1992-2015年12期黃河口地區(qū)Landsat衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，通過人工目視解譯方法進行解譯[9]，并以此為基礎進一步對黃河口濕地演變情況進行分析。掌握黃河口濕地時空變化情況，對保護濕地與保障地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，維持黃河口地區(qū)可持續(xù)發(fā)展等具有重要的指導意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于山東省東營市東北部的黃河入?？谔?，北臨渤海，東靠萊州灣，地理坐標介于東經(jīng)118°33′～119°20′、北緯37°35′～38°12′之間，是中國暖溫帶保存最完整、最廣闊和最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)，黃河口濕地以其原始性、脆弱性和作為珍稀瀕危鳥類重要棲息地的作用在國際上備受重視[10]。由于黃河每年攜帶的大量泥沙有2/3沉積在河口，黃河口每年新增淤地0.2×104 hm2，河口海岸線以每年3 km的速度向渤海灣推進，不斷為這里的開發(fā)建設提供可靠的后備土地資源，廣闊的土地資源使黃河口地區(qū)成為我國東部農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮牡貐^(qū)[11]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究使用的數(shù)據(jù)主要包括：①黃河口地區(qū)1992、1994、1996、1998、2000、2001、2004、2006、2008、2010、2013、2015年12期Landsat TM/ETM遙感影像資料，數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)調(diào)查局USGS網(wǎng)站，影像拍攝日期多在9月前后；②黃河口實地考查數(shù)據(jù)，2015年4月在研究區(qū)內(nèi)采集得到的多點地表覆被數(shù)據(jù)。

對獲取的Landsat影像進行幾何校正，使誤差控制在一個像元以內(nèi)，并進行波段組合和直方圖均衡化處理以突出相關信息、增強圖像對比度，方便目視解譯；將實地采樣數(shù)據(jù)空間化，以便與遙感影像疊加建立解譯標志，并同解譯結果對照，進行解譯精度檢驗。

1.3 研究方法

在前期預處理的基礎上，依據(jù)《國際濕地公約》的濕地分類標準，結合黃河口地區(qū)的特點，綜合考慮濕地的水文、生態(tài)及植物優(yōu)勢群落等要素，對黃河口濕地進行二級分類：根據(jù)濕地資源受人類干擾程度分為天然濕地和人工濕地，其中天然濕地包括灘涂濕地、沼澤濕地、草甸濕地、河流湖泊濕地，人工濕地包括水庫坑塘濕地和鹽田及養(yǎng)殖池[12]。根據(jù)相關解譯標志、Google Earth當前和歷史影像資料及實地考察數(shù)據(jù)，采用人工目視解譯法進行各類濕地的解譯，得到逐期黃河口濕地分布情況。

在遙感圖像軟件ENVI支持下，對各類濕地面積數(shù)據(jù)進行提取匯總，利用線性傾向估計進行黃河口濕地變化趨勢分析。隨著時間的變化，各類濕地面積常表現(xiàn)為序列整體的上升或下降趨勢、空間分布格局變化以及在某時刻出現(xiàn)轉(zhuǎn)折或突變。這些變量可以看作是時間的一元線性回歸，線性傾向值用最小二乘法估計[13]：

B=∑ni=1xiti-1n∑ni=1xi∑ni=1ti

∑ni=1t2i-1n∑ni=1ti2

式中B為線性傾向值，x為濕地面積，t為年份，n為樣本數(shù)。當B>0時，隨時間t的增加，x呈上升趨勢，當B<0時，隨時間t的增加，x呈下降趨勢。

2 結果與分析

2.1 濕地空間變化分析

1992-2015年12期黃河口濕地遙感監(jiān)測結果如圖1?？梢钥闯觯?4年來，灘涂濕地主要分布區(qū)域集中在北部（一千二自然保護區(qū)）和東部（黃河口自然保護區(qū)），且逐年發(fā)生不同程度變化；1996年前，北部灘涂濕地區(qū)域面積較大，東部黃河入海口處灘涂濕地區(qū)域主要向東南方向延伸；自1996年起，研究區(qū)域內(nèi)的草甸濕地區(qū)域范圍減小，北部灘涂濕地區(qū)域面積減小，東部黃河入?？谔帪┩繚竦貐^(qū)域開始向東北方向延伸且逐漸擴張；1996年，沼澤濕地區(qū)域面積最大最集中，主要集中在北部區(qū)域；河流湖泊濕地區(qū)域面積變化相對穩(wěn)定，位于北部的一處水庫坑塘濕地于2010年后逐漸消失；鹽田及養(yǎng)殖池區(qū)域面積變化明顯，1998年前呈零星分布，2000-2006年呈西、東、南三方位分布，2008年后呈南、北較大面積分布。

2.2 濕地面積變化分析

2.2.1 濕地一級分類面積變化情況 受自然及人為因素的綜合影響，各類濕地分布區(qū)域和面積呈現(xiàn)不同的特點，黃河口濕地一級分類面積及比例情況如表1。1992-2015年，黃河口濕地面積總體呈下降趨勢，24年間濕地總面積減少14 702.65 hm2，減少12.9%；天然濕地面積占比從1992年的97.9%減至2015年的70.1%，人工濕地面積從1992年的2.1%增至2015年的29.9%，增加了27.8個百分點；對黃河口濕地一級分類面積計算多年平均值，可知黃河口地區(qū)天然濕地和人工濕地面積占比分別為87.0%和13.0%，天然濕地面積占比是人工濕地面積占比的6.7倍。

利用線性傾向估計進行黃河口濕地變化趨勢分析，結果表明，1992-2015年，黃河口地區(qū)天然濕地面積呈減少趨勢，減少速度為18 983.0 hm2/10a；人工濕地面積呈增加趨勢，增加速度為10 883.5 hm2/10a；濕地總面積呈減少趨勢，減少速度為8 099.5 hm2/10a。由上可知，近24年來，黃河口濕地總面積與天然濕地面積變化趨勢一致，即總體呈下降趨勢，而人工濕地面積則呈明顯遞增的態(tài)勢（表2、圖2）。

2.2.2 天然濕地面積變化分析 對黃河口地區(qū)天然濕地面積變化情況進行分析，結果（圖3）表明，近24年來，黃河口地區(qū)灘涂濕地面積變化總體呈“升-降”的波動下降趨勢，少數(shù)年份會有不同程度“降-升-降”的波動變化，期內(nèi)最大面積出現(xiàn)在1994年（64 664.82 hm2），最小面積出現(xiàn)在2006年（43 866.90 hm2）；沼澤濕地面積變化比較平穩(wěn)，呈“降-升-降”趨勢在小區(qū)間內(nèi)波動，期內(nèi)最大面積出現(xiàn)在1996年（10 127.52 hm2），最小面積出現(xiàn)在2015年（54.90 hm2）；草甸濕地面積變化總體也呈波動下降趨勢，期內(nèi)最大面積同樣出現(xiàn)在1996年（53 782.11 hm2），最小面積出現(xiàn)在2015年（18 735.84 hm2）；河流湖泊濕地面積變化平緩，期內(nèi)最大面積也出現(xiàn)在1996年（6 010.29 hm2），最小面積出現(xiàn)在2000年 （1 551.15 hm2）。

利用線性傾向估計進行黃河口天然濕地變化趨勢分析，結果（表3）表明，1992-2015年，黃河口地區(qū)灘涂濕地、沼澤濕地、草甸濕地面積均呈減少趨勢，減少速度分別為4 438.2、2 332.0、12 324.0 hm2/10a，河流湖泊濕地呈平緩增加趨勢，增加速度為110.91 hm2/10a。由上可知，近24年來，黃河口地區(qū)天然濕地面積總體呈下降趨勢，其中草甸濕地面積下降最明顯，灘涂和沼澤濕地次之，河流湖泊濕地面積呈平緩上升趨勢。

2.2.3 人工濕地面積變化分析 對黃河口地區(qū)人工濕地面積變化情況進行分析，結果（圖4）表明，近24年來，黃河口地區(qū)水庫坑塘濕地面積在20世紀90年代均不足4 000 hm2，2001-2010年期間最大面積為4 880.70 hm2，近五年來迅速下降至2 499.57 hm2；鹽田及養(yǎng)殖池面積變化總體呈波動上升態(tài)勢，期內(nèi)最大面積出現(xiàn)在2015年（27 200.97 hm2），最小面積出現(xiàn)在1992年（1 011.60 hm2）。

利用線性傾向估計進行黃河口人工濕地變化趨勢分析，結果（表4）表明，1992-2015年，黃河口地區(qū)水庫坑塘濕地、鹽田及養(yǎng)殖池面積均呈增加趨勢，增加速度分別為105.2 hm2/10a、10 778.5 hm2/10a，其中鹽田及養(yǎng)殖池變化趨勢方程擬合優(yōu)度達0.8940?？芍?4年來，黃河口地區(qū)人工濕地面積總體呈上升趨勢，其中鹽田及養(yǎng)殖池面積上升趨勢明顯，水庫坑塘濕地面積呈平緩上升趨勢。

3 討論與結論

本文基于1992-2015年12期黃河口地區(qū)Landsat TM/ETM數(shù)據(jù)，解譯并分析了黃河口濕地的演變規(guī)律，從而為區(qū)域濕地生態(tài)保護和恢復、進一步識別濕地變化原因等研究提供科學理論支撐。研究結果表明：

（1）近24年來，黃河口濕地演變過程存在顯著的空間差異。在黃河口濕地總面積減少的背景下，各類濕地面積有增有減，部分區(qū)域濕地表現(xiàn)出破碎化趨勢特征。灘涂濕地主要分布在北部和東部，黃河入?？趨^(qū)域灘涂濕地面積擴張趨勢明顯；草甸濕地分布區(qū)域減??；河流湖泊濕地面積變化緩中有增；人類活動影響明顯，北部一處水庫坑塘逐漸消失，鹽田及養(yǎng)殖池區(qū)域面積由零星點狀分布增至南、北較大面積分布。

（2）黃河口濕地以天然濕地為主，近24年來，天然濕地面積減少明顯，呈萎縮趨勢，人工濕地面積增加迅速，呈擴張趨勢，黃河口濕地總面積萎縮，整體呈濕地退化和人工化趨勢。

（3）天然濕地中，灘涂濕地面積最大，草甸濕地面積減少最為明顯，除河流湖泊濕地面積平緩上升外，其它天然濕地面積均呈下降趨勢；人工濕地中，水庫坑塘濕地和鹽田及養(yǎng)殖池面積均呈上升趨勢，其中鹽田及養(yǎng)殖池面積增加明顯，表現(xiàn)出強烈的擴張趨勢。

（4）黃河口濕地的變化受到自然、人文等多因素的影響和驅(qū)動，是多年來氣候變化、黃河水沙、人類活動等因素共同作用的結果，而驅(qū)動因素相對貢獻的量化評定還有待于進一步探討。

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