東太湖湖濱帶近三十年生態(tài)環(huán)境變化遙感分析與評價

姜晟，盧剛，陳成，許志波

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036；2.江蘇省太湖野外水質(zhì)與藍藻綜合觀測站，江蘇 蘇州 215164；3.江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013；4.國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪技術與應用重點實驗室，江蘇 南京 210013)

·環(huán)境預警·

東太湖湖濱帶近三十年生態(tài)環(huán)境變化遙感分析與評價

姜晟1，2，盧剛3，4，陳成3，4，許志波1，2

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036；2.江蘇省太湖野外水質(zhì)與藍藻綜合觀測站，江蘇 蘇州 215164；3.江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013；4.國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪技術與應用重點實驗室，江蘇 南京 210013)

利用Landsat系列衛(wèi)星遙感影像對東太湖湖濱帶1984—2015年生態(tài)環(huán)境變化狀況進行了解譯與分析。結果表明，東太湖湖濱帶生態(tài)環(huán)境變化明顯，人類活動影響顯著；水域濕地面積有一定上升，農(nóng)田持續(xù)減少，建設用地擴張約1倍；濕地類別受水產(chǎn)養(yǎng)殖活動影響較大，20世紀90年代最為明顯。2010年后環(huán)保部門推動落實生態(tài)修復、航道疏浚和清淤工程，有效改善了東太湖湖濱帶的水生態(tài)狀況。

東太湖；湖濱帶；生態(tài)環(huán)境；遙感

湖濱帶是水陸生態(tài)交錯帶的簡稱，是湖泊水生生態(tài)系統(tǒng)與湖泊流域陸地生態(tài)系統(tǒng)間一種非常重要的生態(tài)過渡帶[1]。湖濱帶是地球生物圈中最復雜的生態(tài)系統(tǒng)之一，蘊藏著豐富的自然資源，同時具有明顯的邊緣效應，是湖泊的天然保護屏障，失去湖濱帶的湖泊生態(tài)系統(tǒng)極易受到外界的損害[2]。

太湖是我國第三大淡水湖，西部沿岸藍藻水華頻發(fā)[3-4]，東太湖相對水質(zhì)較好并設有多個飲用水水源地[5-6]，湖濱帶生態(tài)價值突出，在涵養(yǎng)水源、遏制水體富營養(yǎng)化等方面發(fā)揮了重要作用[7]。但是隨著太湖流域經(jīng)濟建設速度不斷加快，湖濱帶的生態(tài)環(huán)境狀況也發(fā)生了復雜的變化[8-9]，改善水環(huán)境的功能被影響和削弱，因此有必要對其現(xiàn)狀和變化過程進行分析，并通過生態(tài)修復等措施加以保護[10]。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

將東太湖湖濱帶作為主要研究區(qū)，具體包括北至廟山、南至太浦河口、西至西山島西沿、東至蘇州灣水域的沿岸3 km緩沖區(qū)范圍及臨近水域，總面積為1 334.04 km2。

所用數(shù)據(jù)源以中分辨率遙感影像為主，共5期Landsat系列衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)(表1)，時相分別為1984年、1990年、2000年、2010年和2015年。為達到規(guī)范化處理要求，將多時相遙感影像數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉換至CGCS 2000橢球下Gauss Kruger投影坐標系，對數(shù)據(jù)進行糾正、鑲嵌與融合。以正射校正后的遙感影像為基礎，參考測繪部門的基礎地理信息和高分航空影像數(shù)據(jù)，對東太湖湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)類型進行解譯判讀，分類體系以全國土地覆蓋分類體系為基礎[11]，在水域濕地類別中增加了灘地、圍網(wǎng)養(yǎng)殖、水生植被3個二級類，見圖1(a)(b)(c)(d)(e)。利用外業(yè)調(diào)查工作底圖，采用數(shù)字調(diào)繪系統(tǒng)及其他有效方式，對內(nèi)業(yè)分類解譯過程中無法確定類別、邊界或屬性的區(qū)域開展實地踏勘和驗證，修正后的數(shù)據(jù)圖層作為東太湖湖濱帶生態(tài)環(huán)境變化分析的依據(jù)。

表1 Landsat系列衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)源信息①

①1984年、1990年、2000年和2010年數(shù)據(jù)為Landsat 5 TM數(shù)據(jù)；2015年數(shù)據(jù)為Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)。

圖1 1984年、1990年、2000年、2010年和2015年東太湖湖濱帶遙感解譯結果

2 結果分析

2.1 湖濱帶生態(tài)環(huán)境總體變化分析

1984—2015年5期遙感影像解譯結果見表2。

由表2可見，研究區(qū)即東太湖湖濱帶水域濕地面積最大，所占比例從1984年的66.61%上升到2000年的71.78%，之后小幅回落到2015年的70.17%，與30年前相比面積增加了47.58 km2；農(nóng)田面積快速減少，由1984年占比第二的17.63%下降到2015年的4.11%，累計減少180.32km2；與之對應，建設用地面積增幅明顯，自1984年的6.59%上升至2015年的14.42%，累計增加104.51 km2，目前區(qū)域內(nèi)面積比例已僅次于水域濕地，位列第二；林地面積小幅增加，由1984年的9.07%上升到2015年的9.69%；草地面積最小，增幅略有增加，由1984年的0.02%上升到2015年的0.76%，據(jù)實地踏勘得知其多為人工草坪和高爾夫球場；其他用地面積比例和變化幅度均相對較小，1984年為0.08%，2015年為0.84%。1984—2015年東太湖湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)類型變化轉移矩陣見表3。

表2 1984—2015年東太湖湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)類型面積總量及比例

表3 1984—2015年東太湖湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)類型變化轉移矩陣 km2

由表3可見，(1)發(fā)生變化的生態(tài)系統(tǒng)類型面積為248.57 km2，約占區(qū)域總面積的18.6%；(2)農(nóng)田轉出面積，約為190.54 km2，其中80.49 km2轉為水域濕地，主要原因是當?shù)剞r(nóng)民為了獲取更好的經(jīng)濟收入，將農(nóng)田開挖成魚塘或蟹塘從事水產(chǎn)養(yǎng)殖，另有82.06 km2轉為建設用地，體現(xiàn)了蘇南地區(qū)城鎮(zhèn)化建設過程；(3)建設用地轉入面積最多，約115.61 km2，其中大部分由農(nóng)田轉入，另有少量系水域濕地和林地轉入。結合遙感影像及解譯結果圖層分析可知，這一時期內(nèi)東太湖湖濱帶建設活動持續(xù)進行，開發(fā)強度較大，人類活動影響明顯，建設用地尤其是居住地面積持續(xù)擴張，道路、橋梁、碼頭等基礎設施建設工程也給該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來了顯著變化。

2.2 濕地生態(tài)環(huán)境變化分析

考慮到研究區(qū)內(nèi)水域濕地面積比重最大、環(huán)境保護意義最為突出，對東太湖湖濱帶1984—2015年濕地生態(tài)環(huán)境變化進行了進一步統(tǒng)計分析，根據(jù)自然和人工用地類型將其細分為湖泊、水庫/坑塘、河流/運河/水渠、灘地、圍網(wǎng)養(yǎng)殖、水生植被等多個子類(表4)。研究數(shù)據(jù)表明，30年間水域濕地面積先升后降，總體增加，1984—2000年水域濕地面積增幅明顯，占區(qū)域總面積比例由66.61%上升至71.78%，自2000年后略有下降，但在2015年之前均穩(wěn)定保持在70%以上(表2)。

表4 東太湖地區(qū)水域濕地面積比例

從東太湖湖濱帶水域濕地內(nèi)部構成來看，各子類之間存在較為明顯的變化過程，1984年湖泊比例為80.76%，水庫/坑塘為9.75%，水生植被為6.09%，是最主要的3種生態(tài)類型。2000年時，湖泊在水域濕地中所占面積比例下降至52.77%，水庫/坑塘和圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積比例分別增加到17.58%和14.55%，水生植被面積比例也增至13.53%。由影像分析可知，在當?shù)厝藶榛顒拥挠绊懴拢R湖水域被普遍改造成水庫/坑塘從事水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，或直接在湖中進行圍網(wǎng)養(yǎng)殖，使得濕地生態(tài)類型發(fā)生了明顯變化，生態(tài)景觀格局趨于破碎化。同時，水草迅速增多，水生植被分布范圍顯著增長，為研究期內(nèi)歷史最大值，沼澤化風險加劇。2010年后，在太湖水污染治理行動的影響下，蘇州市政府實施生態(tài)修復工程，開展東太湖綜合整治，通過生態(tài)修復、退耕還湖、堤線調(diào)整、行洪供水、通道疏浚、底泥清淤等措施，加強了對東太湖湖濱帶的保護力度，使得水庫/坑塘、圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積有所降低，湖泊面積比例逐步恢復。至2015年，湖泊在水域濕地中所占面積比例重新達到71.93%，水庫/坑塘和水生植被面積比例與20世紀80年代相比變化不大。總體看來，過去30年間，東太湖濕地環(huán)境呈現(xiàn)先惡化后治理的過程，開發(fā)強度大、生態(tài)破碎化、湖泊沼澤化等環(huán)境問題一度十分突出。2010年以后，地方政府環(huán)境保護意識加強，生態(tài)修復成效較為明顯，湖泊環(huán)境有所好轉，但從面積構成與空間分布來看，湖泊水域、水生植被面積仍未完全恢復，圍網(wǎng)養(yǎng)殖規(guī)模依然較大。

3 結語

以東太湖湖濱帶為主要研究區(qū)，利用Landsat系列衛(wèi)星遙感影像對該區(qū)域過去30年生態(tài)環(huán)境變化狀況進行了解譯與分析。結果表明，1984—2015年，東太湖湖濱帶生態(tài)環(huán)境變化明顯，人類活動影響顯著；水域濕地面積有一定上升，農(nóng)田持續(xù)減少，建設用地擴張約1倍；濕地類別受水產(chǎn)養(yǎng)殖活動影響較大，20世紀90年代最為明顯，2010年后環(huán)保部門推動落實生態(tài)修復、航道疏浚和清淤工程，有效改善了東太湖湖濱帶的水生態(tài)狀況。

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Analysis and Evaluation the Environmental Changes of East Taihu Lakeside Zone by Remote Sensing Data in the Past Three Decades

JIANG Sheng1,2, LU Gang3, 4, CHEN Cheng3 ,4, XU Zhi-bo1,2

(1.JiangsuEnvironmentalMonitoringCenter,Nanjing,Jiangsu210036,China; 2.TaihuWaterQualityandCyanobacteriaComprehensiveObservationStationinJiangsu,Suzhou,Jiangsu215164,China; 3.JiangsuMapping&SurveyingEngineeringInstitute,Nanjing,Jiangsu210013,China; 4.KeyLaboratoryofSatelliteMappingTechnologyandApplication,NASG,Nanjing,Jiangsu210013,China)

This article analyzed the ecological environment changes of East Taihu lakeside zone from 1984 to 2015 based on five remote sensing images from Landsat series of satellites, and then discussed the change process and reasons of wet wetland, farmland and construction land. After that, it also got the data of area transformation between natural and artificial wetland. The results showed that the ecological environment of East Taihu lakeside zone changed significantly during the past three decades, which was affected deeply by human activities. After 2010, ecological dredging and other restoration projects improved the natural wetland environment effectively.

East Taihu; Lakeside zone; Ecological environment; Remote sensing

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.03.002

2016-09-26；

2016-12-06

江蘇省環(huán)境監(jiān)測科研基金資助項目(1621)

姜晟(1983—)，男，工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測工作。

X87

A

1674-6732(2017)03-0011-04