基于ArcGIS與Fragstats的?？谑袧竦鼐坝^格局演變分析

袁之煜

摘 要：利用1973年、1988年、1993年、1998年、2008年、2013年、2018年共7年的遙感影像作為基本信息源，采用GIS及景觀生態(tài)學方法，利用Fragstats軟件對?？谑袧竦仡愋偷木坝^格局和整體景觀格局及其濕地的動態(tài)變化進行定量分析。結(jié)果顯示：各類景觀格局在時間序列和空間序列上存在明顯差異，且人類活動對濕地景觀格局的變化影響越來越大。

關(guān)鍵詞：濕地;景觀格局;演變;ArcGIS;?？谑?/p>

中圖分類號 S718.54+9文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）06-0129-05

Analysis of Wetland Landscape Pattern Evolution in Haikou City Based on ArcGIS and Fragstats

XUAN Zhiyu

（School of Urban and Environmental Sciences， Yunnan University of Finance and Economics， Kunming 650221， China）

Abstract： Using the remote sensing images of 1973， 1988， 1993， 1998， 2008， 2013 and 2018 as basic information sources， using the methods of GIS and landscape ecology， and using Fragstats software， type landscape pattern and overall landscape pattern of wetlands in Haikou City were quantitatively analyzed. The results showed that there are obvious differences in the time series and spatial sequence of various landscape patterns， and human activities have more and more influence on the change of wetland landscape pattern.

Key words：? Wetland; Landscape pattern; Evolution; ArcGIS; Haikou city

近年來，全球經(jīng)濟進入飛速發(fā)展時期，經(jīng)濟全球化使得許多國家都因此受益。但不可忽視的是，各個國家和地區(qū)隨之產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題也愈加突出[1]。尤其是近幾十年來，全球性和區(qū)域性的環(huán)境問題更是頻繁發(fā)生。生態(tài)環(huán)境問題給我國造成的災害損失較大，調(diào)查顯示最高可接近GDP的14%[2]。因此，保護生態(tài)環(huán)境刻不容緩，其中對于濕地生態(tài)環(huán)境問題的研究與發(fā)展更是重中之重。如何合理開發(fā)利用濕地，緩解并阻止生態(tài)環(huán)境退化，已經(jīng)受到國際社會各方面的普遍關(guān)注與重視。濕地、海洋和森林一起被稱為全球三大生態(tài)系統(tǒng)，另外還被稱作“地球之腎”，由此可見濕地的重要地位。

然而由于人類活動造成的破壞和不利影響，目前全球濕地面積減少的趨勢令不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計，自20世紀初葉以來，地球上濕地面積已縮減了近50%。美國在沒有頒布實施控制濕地開發(fā)的法律以前，濕地面積減少速度驚人，達到平均1年減少1%[3-4]。目前，由于受農(nóng)業(yè)的需求（圍湖造田等）、城市的擴張、礦產(chǎn)資源的開發(fā)等人類活動影響，濕地遭到嚴重破壞，尤其是自然濕地的減少需要引起高度關(guān)注，因此對于濕地的研究已成為21世紀學者們的研究熱點。濕地是地球生態(tài)環(huán)境中不可或缺的組分，也是居民享受高品質(zhì)生活、保障城市生態(tài)安全的重要天然基礎(chǔ)設(shè)施，具有諸多重要的生態(tài)功能，同時也能為人類社會服務[5-8]。為此，筆者選擇2018年被評為首批“國際濕地城市”的?？谧鳛檠芯繉ο?，研究歷年來?？诋?shù)貪竦孛娣e的變化情況，了解其深層次的變化，為今后?？跐竦氐谋Ｗo和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 ?？谑呛Ｄ鲜〉氖?10°07′～110°42′E、19°31′～20°04′N），地處海南省北部，東臨文昌，西接澄邁，南毗定安，北瀕瓊州海峽，總面積約為3145km2，是海南政治、經(jīng)濟及文化中心，同時也是最重要的交通樞紐。海口是我國第一個世界健康城市的試點地，2018年10月份被評為全球首批濕地城市。

1.2 數(shù)據(jù)來源 從美國地質(zhì)勘探局全球可視化查看器（GloVis）中下載各年的遙感影像，將覆蓋全市的Landsat TM 和OLI影像作為基本數(shù)據(jù)源[9]，包括1973年、1988年、1993年、1998年、2008年的Landsat4-5的TM影像和2013年、2018年的Landsat8的OLI影像。為方便影像的解譯提取，選擇了每年云層最少、最為清晰的遙感影像作為數(shù)據(jù)源，時間基本為每年6—8月。

1.3 數(shù)據(jù)處理 選擇覆蓋?？谑蟹秶倪b感影像作為基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)，利用ArcGIS10.2軟件對Landsat TM/OLI影像進行前期處理。為提高影像解譯精度，運用人機交互解譯，即監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類相結(jié)合的方法，提取?？诘貐^(qū)稻田、河流濕地、湖泊濕地、近海與海岸濕地、水庫、養(yǎng)殖場等6種濕地利用類型，得到1973—2018年海口濕地分布圖（圖1）。利用景觀格局分析指數(shù)軟件Fragstats4.2分別進行類型（Class）和景觀（Landscape）水平上的分析，選擇并計算相關(guān)指數(shù)進行后期景觀格局的分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀尺度上的空間格局變化特征 景觀格局指數(shù)是景觀指數(shù)應用中最為常見的方法，不僅能夠反映景觀結(jié)構(gòu)組成，而且能分析其空間配置等方面的特征[10]。因此，在景觀水平上選擇景觀面積（Total Area， TA）、最大斑塊指數(shù)（largest patch index，LPI）、香農(nóng)多樣性指數(shù) （Shannon′s Diversity Index， SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（Shannon′s Evenness Index，SHEI）、聚集度 （Aggregation Index， AI）、分維數(shù)（Fractal Dimension Index，F(xiàn)RAC） 6個指數(shù)[11]，運用FRAGSTATS4.2軟件進行分析，結(jié)果見表1。由表1可知，1973—2018年?？谑袧竦鼐坝^整體異質(zhì)性主要表現(xiàn)在：（1）1973—2008年?？跐竦乜偯娣e一直處于不斷增加的狀態(tài)，由7828hm2增加到10312hm2，但從2008—2018年這10年期間又有一定程度的減少，由10312hm2減少到9435hm2。（2）最大斑塊指數(shù)（LPI）[12]表示某一類型的最大斑塊在整個景觀中所占比例的大小。海口濕地1998年的最大斑塊指數(shù)最大，1973年的最大斑塊指數(shù)最小;（3）香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）能反映景觀的異質(zhì)性。SHDI越高說明其破碎化程度越高，土地利用更加豐富，同時其不定性的信息含量也越大[13]。1973—2018年期間，?？跐竦囟鄻有灾笖?shù)在1998年最低，但總體呈現(xiàn)小幅上升趨勢，說明隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對于濕地的利用越來越多樣。（4）香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）=0時，表明景觀僅由1種類型組成，這種情況下景觀沒有多樣性可言;SHEI=1時，表明景觀各類型均勻分布，多樣性最大。1973—2018年均勻度指數(shù)變化不大，總體看略微減少，但基本保持在0.8左右，接近于1，表明1973—2018年?？跐竦鼐坝^中沒有明顯的優(yōu)勢類型且各類型的斑塊分布一直較為均勻，多樣性較高。（5）聚集度（AI）反映了景觀整體的聚集程度[14]。1973—1998年聚集度先下降后上升，1998—2018年聚集度由69.6438下降到66.1733，但總體上1973—2018年海口市聚集度變化幅度不大，由65.179增加到66.1733。（6）分維數(shù)（FRAC）取值范圍一般在1～2，越接近于1，表明斑塊的形狀越有規(guī)律，受人為活動的影響越大;越接近于2，表明斑塊的形狀越復雜，受人為活動影響越小。?？跐竦?973—2018年分維數(shù)變化不大，均接近于1，表明人類活動給?？诘貐^(qū)濕地造成了很大影響。1973—1998年分維數(shù)有小幅增加，但1998—2018年又有所下降，2018年分維數(shù)最低（1.0516），說明人類活動的影響程度在逐年加劇，也符合目前?？谑猩鐣?jīng)濟的發(fā)展現(xiàn)狀，表明人類活動在濕地景觀格局中發(fā)揮著越來越大的影響力[15-16]。

2.2 類型尺度上的景觀格局 利用Fragstats4.2對1973—2018年6種濕地類型（稻田、河流濕地、湖泊濕地、近海與海岸濕地、水庫、養(yǎng)殖場）的景觀格局進行分析，類型上選擇了斑塊數(shù)（NP）、最大斑塊指數(shù)（Largest Patch Index，LPI）、聚集度（Largest Patch Index，AI）3種景觀指數(shù)，結(jié)果見表2。

2.2.1 斑塊數(shù)（NP） 由表2可知，湖泊濕地的斑塊數(shù)量遠大于其他濕地類型，研究區(qū)域中有許多細小的湖泊，破碎度較大，但1973—2018年湖泊濕地的斑塊數(shù)總體呈下降趨勢。由于?？趦?yōu)越的地理位置，近年來水產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。1973—2018年?？陴B(yǎng)殖場的斑塊數(shù)呈持續(xù)增加趨勢，并于2018年達到最多。6種濕地類型中，斑塊數(shù)變動最小的為水庫，基本保持在60塊左右。而近海與海岸濕地的斑塊數(shù)較少，主要分布在?？诘貐^(qū)北部的沿海區(qū)域。稻田斑塊數(shù)在1973—1998年呈下降趨勢，1998—2018年又不斷上升，人為活動在其中發(fā)揮了重要作用。

2.2.2 最大斑塊指數(shù)（LPI） 最大斑塊指數(shù)表示某一濕地類型中最大面積的斑塊在整個景觀總面積中所占的比例，是優(yōu)勢度的一種度量方式[17]。由表2可知，1973—2018年各年份最大斑塊指數(shù)最大的均為河流濕地，根據(jù)?？谑袑嵉厍闆r，最大的斑塊為南渡江濕地，這在一定程度上說明了?？诘貐^(qū)河流濕地是優(yōu)勢景觀類型。稻田的最大斑塊指數(shù)均小于1，說明稻田大多呈小塊狀分布，沒有大面積的稻田濕地。湖泊濕地的最大斑塊指數(shù)總體呈下降趨勢，這是由于圍湖造田等人為行為所致，自然湖泊面積總體縮小。近年來，水庫的最大斑塊指數(shù)保持穩(wěn)定，最大的水庫是鳳潭水庫，位于?？谑兄袞|部。

2.2.3 聚集度（AI） 一般情況下，聚集度值越大，則同一景觀類型斑塊表現(xiàn)出高度聚集。由表2可知，1973—2018年河流濕地、水庫的聚集指數(shù)較大且走勢較為平緩，河流濕地的聚集度總體呈緩慢上升趨勢。1973—2018年稻田、湖泊濕地的聚集度呈緩慢下降趨勢，說明空間破碎化程度提高。截至2018年，湖泊濕地和稻田的聚集度指數(shù)與其他濕地類型相比較低，說明湖泊濕地和稻田在2018年空間分布離散，破碎化程度高，連通性較低。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論 1973—2018年?？跐竦鼐坝^類型空間格局發(fā)生了深刻變化?？傮w上看，2018年?？谑袧竦乜偯娣e為9435hm2，較1973年的7828hm2增加了1607hm2。這很大程度上得益于近年來人們對于?？诘貐^(qū)濕地資源的重視與保護，其中比較明顯的變化在于人工濕地面積的增加和湖泊濕地的減少。人工濕地中，水庫面積的增加很大程度上源于?？诘貐^(qū)水利工程建設(shè)所取得的長足進展，而養(yǎng)殖場面積近年來增長較快，也是得益于?？讵毺氐牡乩韮?yōu)勢，有利于漁業(yè)等的發(fā)展。1973—2018年稻田面積的變化幅度較小，而養(yǎng)殖場的面積大幅增加，這也反映了?？诘貐^(qū)在第一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)內(nèi)的調(diào)整，轉(zhuǎn)變了經(jīng)濟發(fā)展方式，即增加高附加值的農(nóng)產(chǎn)品比例，從而不斷提高海口市居民的收入和促進整個區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展。

縱觀?？谑姓麄€濕地的變化，不難看出?？诟鱾€時間段的濕地類型沒有發(fā)生大的變化，濕地香農(nóng)均勻度指標一直較高，說明?？跐竦鼐坝^中沒有明顯的優(yōu)勢類型且各類型的斑塊分布較為均勻，多樣性較高。沒有占據(jù)明顯優(yōu)勢的濕地類型，其中河流濕地、湖泊濕地、水庫合計所占比例超過?？跐竦乜偯娣e的70%。1973—2018年?？诘貐^(qū)濕地分維數(shù)一直接近于1，說明?？跐竦厥苋藶橐蛩氐挠绊戄^大。因此，如何使人類活動能持續(xù)對濕地產(chǎn)生正面積極的影響，消除各種不利后果，是人類亟需面對和解決的問題。

3.2 建議

3.2.1 加強濕地保護和修復 把濕地保護和修復工作放在濕地管理工作的首要位置，把濕地保護納入城市生態(tài)文明建設(shè)進程中。對于目前存在的受污染嚴重、生態(tài)環(huán)境退化、破碎化嚴重的濕地進行修復和綜合整治，逐步恢復這些濕地的生態(tài)功能，維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，促進濕地的可持續(xù)發(fā)展。

3.2.2 加強全市濕地的統(tǒng)籌保護 海口在2018年年底被評為“國際濕地城市”，濕地保護也越來越被人們所關(guān)注和重視。對全市濕地面積劃定濕地保護紅線，嚴格控制濕地紅線范圍內(nèi)的區(qū)域，對于非法占用濕地等情況出臺相應的法律處罰措施，實施對于濕地最嚴格的全面保護，保障濕地能夠永久發(fā)揮其生態(tài)價值和功效。

3.2.3 加強濕地保護的宣傳和教育 利用媒體、公眾參與等多種形式，不斷提升社會大眾的濕地保護意識，推進濕地保護全民化、主流化。同時，結(jié)合濕地保護與恢復工程，以濕地公園、自然保護區(qū)等為載體，建設(shè)布局合理、功能完備的科普宣教設(shè)施。對于社會大群體而言，濕地保護導向至關(guān)重要。因此要加強濕地保護的宣傳教育，提高全民濕地保護意識，營造良好的社會風氣，從而在無形中形成濕地保護的最大合力。

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（責編：徐世紅）