達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地變化特征分析

梅 榮

(呼倫貝爾學(xué)院 內(nèi)蒙古 海拉爾 021008)

引言

濕地是地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，具有蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候等多重生態(tài)服務(wù)功能[2]。濕地不僅是“地球之腎”，更是草原生態(tài)的“綠肺”。北方草原區(qū)濕地的消減關(guān)系到我國生態(tài)安全[3]。弄清濕地現(xiàn)狀及變化過程，是濕地保護(hù)的前提。因此，濕地動(dòng)態(tài)變化及原因分析成為當(dāng)前備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)[4-5]。目前建立濕地保護(hù)區(qū)仍然是保護(hù)濕地的一種行之有效的方法[6]。

達(dá)賚湖保護(hù)區(qū)同呼倫貝爾草原和大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)一起共同成為了我國北方綠色生態(tài)屏障，環(huán)境敏感且脆弱，對外界的干擾和破壞反應(yīng)敏感。學(xué)者們更多地以達(dá)賚湖為研究對象,運(yùn)用遙感技術(shù)，對濕地變化、驅(qū)動(dòng)方面進(jìn)行了研究[7-12]。對達(dá)賚湖保護(hù)區(qū)研究主要集中在濕地生物生境保護(hù)[13]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評價(jià)[14]、土地利用[15]等方面，但對整體保護(hù)區(qū)濕地長時(shí)間、總體變化規(guī)律的研究仍然缺乏，尤其對不同核心區(qū)和緩沖區(qū)濕地變化研究還較為少見。本文利用達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)1976-2018年間5期Landsat衛(wèi)星遙感影像，在野外考查基礎(chǔ)上，人機(jī)交互獲取各期濕地現(xiàn)狀分類圖，進(jìn)而對濕地時(shí)空變化進(jìn)行定量分析，探討保護(hù)區(qū)濕地變化的主要類型、轉(zhuǎn)化方向及各功能區(qū)濕地的變化情況，研究結(jié)果可為合理利用和保護(hù)達(dá)賚湖保護(hù)區(qū)濕地提供參考依據(jù)，同時(shí)進(jìn)一步豐富了濕地相關(guān)研究成果。

1 研究區(qū)概況

達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)是以濕地為保護(hù)對象的自然保護(hù)區(qū)。達(dá)賚湖國家級自然保護(hù)區(qū)位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市西部，北鄰俄羅斯邦，南與蒙古國相接。地理坐標(biāo)：北緯47°45′50″-49°20′20″；東經(jīng)116°50′10″-118°10′10″。保護(hù)區(qū)總面積約7400Km2。保護(hù)區(qū)是一處從事高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律及生物多樣性研究的理想場所。達(dá)賚湖濕地生態(tài)系統(tǒng)與于2002年1月，被拉姆薩爾公約組織批準(zhǔn)為國際重要濕地。于2002年11月成為世界生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)成員。保護(hù)區(qū)濕地主要由永久性淡水湖河、眾多季節(jié)性湖河、草本沼澤三種濕地類型組成。保護(hù)區(qū)濕地發(fā)生較大變化，湖泊萎縮，濕地消失，草地退化，土地沙化等現(xiàn)象十分突出，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，嚴(yán)重威脅了保護(hù)區(qū)內(nèi)生物的生存和發(fā)展[15]。

圖1 達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)位置示意圖

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

為了充分反映達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)長時(shí)間濕地動(dòng)態(tài)變化特征，以1976年的MSS遙感數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，考慮到影像的可獲取性和后期數(shù)據(jù)能夠以整十年為研究區(qū)間，選擇1989年、2000年、2010年Landsat TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)，最后選取2018年的Landsat OLI衛(wèi)星數(shù)據(jù)為現(xiàn)狀基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行5期現(xiàn)狀分析和4期動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云http://www.gscloud.cn/)，遙感影像時(shí)間主要選擇濕地、耕地植被生長較為茂盛的4-10月份，同時(shí)考慮整年份、云量影響和濕地面積發(fā)生突變的年份。

2.2 濕地分類體系的建立

本文以達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)作為研究對象，為了研究需要，根據(jù)達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)影像特點(diǎn)和研究區(qū)具體特點(diǎn)，借鑒濕地分類研究成果[16,17]，將研究區(qū)分為濕地和非濕地。濕地包括河流濕地、湖泊濕地、坑塘水面、內(nèi)陸灘涂、沼澤濕地。

2.3 研究方法

2.3.1 數(shù)據(jù)獲取過程

大量研究表明4、3、2波段組合能夠較好地反映濕地和非濕地信息[18]。因此，本研究用4、3、2波段進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成，建立濕地解譯標(biāo)志，結(jié)合野外調(diào)查結(jié)果，運(yùn)用Arc GIS的Intersect空間分析功能，對人機(jī)交互解譯的各時(shí)間段矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，制作地類(濕地)變化轉(zhuǎn)移矩陣和濕地動(dòng)態(tài)變化空間分布圖。野外調(diào)查選取124驗(yàn)證點(diǎn)對2018年濕地提取精度進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證精度為87%，總體分類精度可以滿足濕地變化研究的要求。各類濕地的解譯標(biāo)志如表1所示。

表1 達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地分類體系及解譯標(biāo)志

續(xù)表1

一級地類二級地類(4波段、3波段、2波段合成)影像特征典型影像照片濕地內(nèi)陸灘涂分布于湖泊河流旁;灰白色、白色;影像結(jié)構(gòu)較均一沼澤濕地紅色、紫黑色、藍(lán)紫色、灰色;邊界較清晰,形狀不規(guī)則;內(nèi)部結(jié)構(gòu)較粗糙

2.3.2 研究方法

運(yùn)用動(dòng)態(tài)度指數(shù)[19]和馬爾科夫(MarKov)轉(zhuǎn)移模型[20]提取達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地類型的動(dòng)態(tài)變化及濕地類型間轉(zhuǎn)移的數(shù)量、比重、來源、去向等信息。

3 結(jié)果分析

3.1濕地演化特征分析

達(dá)賚湖保護(hù)區(qū)濕地類型湖泊所占比重最大，其次是沼澤濕地，河流、坑塘水面和內(nèi)陸灘涂所占比重較小。1976-2018年的42年間，達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地退化比較嚴(yán)重，濕地總面積減少25026hm2。濕地退化突出表現(xiàn)在湖泊和沼澤濕地的減少，分別減少了20159hm2和6870hm2，如表2。

表2 達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)1976—2018年濕地面積統(tǒng)計(jì)表(hm2/%)

3.2 濕地面積變化的時(shí)序特征

1976-1989年的13年間，達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地總面積略有增加(3497hm2)，以內(nèi)陸灘涂的變化為主，動(dòng)態(tài)度達(dá)22.2%，其它濕地各類型總體變化不大。1989-2000年，達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地面積略有增加(1701hm2)，以內(nèi)陸灘涂的增加為主，其它濕地各類型總體面積變化不大。2000-2010年，達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地減少較明顯(36502hm2)，內(nèi)陸灘涂變化幅度最大，動(dòng)態(tài)度51.3%，除了內(nèi)陸灘涂外其它濕地類型均減少。2010-2018年，達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地面積略有增加(6278hm2)，坑塘水面濕地的增加幅度較大，內(nèi)陸灘涂濕地減少，其它類型濕地有所增加。整體變化趨勢為增加—增加—減少—增加趨勢，見表3。

表3 達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)各時(shí)段濕地動(dòng)態(tài)度變化(hm2/%)

3.3 濕地空間格局分析

不同類型的濕地變化可用“增加、穩(wěn)定、減少”3種類型來描述[21]。非水體濕地主要分布在達(dá)賚湖東北、西南和沿烏爾遜河到烏蘭諾爾至貝爾湖的狹長區(qū)域，河流濕地主要分布于烏爾遜河流經(jīng)區(qū)域，主體呈現(xiàn)較穩(wěn)定的態(tài)勢，盡管面積有所波動(dòng)，但變化幅度較小。湖泊濕地主要分布于達(dá)賚湖、烏蘭諾爾和貝爾湖，呈現(xiàn)出減少—增加—減少—增加變化趨勢。內(nèi)陸灘涂主要分布于湖泊濕地附近，呈現(xiàn)增加—減少—增加—減少的變化趨勢，是變化幅度最大的濕地類型。沼澤濕地的分布較集中，主要分布于達(dá)賚湖西南和烏爾遜河兩岸，在研究區(qū)間呈現(xiàn)波動(dòng)減少的趨勢?？犹了鎰t零星分布于各類濕地的周邊，面積占總濕地的比重不大，但容易受氣候等外界因素的影響，屬于比較容易發(fā)生變化的濕地類型，詳見圖2。

圖2 達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地空間分布

3.4 濕地轉(zhuǎn)移分析

分析結(jié)果顯示，濕地類型內(nèi)部轉(zhuǎn)換、濕地與非濕地類型轉(zhuǎn)變是達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地變化的主要形式，如表4顯示，與1976年相比，2018年各類濕地類型間均發(fā)生了不同程度的轉(zhuǎn)換，有5602 hm2的湖泊濕地轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸灘涂和沼澤濕地。其次為坑塘水面轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸灘涂和沼澤濕地。濕地與非濕地類型轉(zhuǎn)變以濕地轉(zhuǎn)化為非濕地為主，各類型濕地均不同程度地轉(zhuǎn)化為非濕地，主要發(fā)生于湖泊濕地和沼澤濕地轉(zhuǎn)化為非濕地，面積達(dá)到26405hm2。而只有2725hm2的非濕地轉(zhuǎn)化為濕地。

表4 1976-2018年達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)各類型濕地和非濕地間的面積轉(zhuǎn)移矩陣(hm2)

3.5 各功能區(qū)濕地的變化

由表5可以看出，達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)濕地變化不明顯，趨于穩(wěn)定，而實(shí)驗(yàn)區(qū)總體減少。

核心區(qū)：核心區(qū)濕地總體呈現(xiàn)減少趨勢，2000年至2010年這段是變化最為顯著的時(shí)段，濕地面積減少了8.5%，從整體變化幅度來看，是變化最為和緩的功能區(qū)。

緩沖區(qū)：緩沖區(qū)在整個(gè)保護(hù)區(qū)中面積最小，但其濕地變化較顯著，在2010年至2018年這個(gè)時(shí)間段動(dòng)態(tài)度最高，動(dòng)態(tài)度-11.5%。

實(shí)驗(yàn)區(qū)：是達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)變化最為顯著的功能區(qū)，同樣在2010年至2018年這個(gè)時(shí)間段動(dòng)態(tài)度最高，動(dòng)態(tài)度-13.1%。

表5 不同功能區(qū)各時(shí)段濕地動(dòng)態(tài)度變化

4 結(jié)論

4.1 達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地類型以湖泊所占比重最大，其次是沼澤濕地。達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地退化比較嚴(yán)重，濕地退化主要表現(xiàn)為湖泊濕地和沼澤濕地的減少。

4.2 在1976-2018年期間，達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)濕地整體變化趨勢為增加—增加—減少—增加趨勢。整體上看，研究期間濕地的變化幅度不大，動(dòng)態(tài)度較低，但各個(gè)時(shí)間段變化差異較大，2000-2010年期間是濕地變化最為顯著的時(shí)期。

4.3 非水體濕地主要分布在達(dá)賚湖東北、西南和沿烏爾遜河到烏蘭諾爾至貝爾湖的狹長區(qū)域，河流濕地主要分布于烏爾遜河流經(jīng)區(qū)域。湖泊濕地主要分布于達(dá)賚湖、烏蘭諾爾和貝爾湖。內(nèi)陸灘涂是變化幅度最大的濕地類型。

4.4 在1976-2018年期間，各類濕地類型間均發(fā)生了不同程度的轉(zhuǎn)換，主要發(fā)生在湖泊濕地轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸灘涂和沼澤濕地，其次為坑塘水面轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸灘涂和沼澤濕地，其他濕地間的轉(zhuǎn)化量較少。濕地與非濕地類型轉(zhuǎn)變以濕地轉(zhuǎn)化為非濕地為主，其中湖泊濕地和沼澤轉(zhuǎn)化為非濕地的比重最大。

4.5 達(dá)賚湖自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)濕地變化不明顯，較為穩(wěn)定，而實(shí)驗(yàn)區(qū)濕地總體減少。