基于人為干擾度的南流江三角洲濕地資源時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素研究

黎樹(shù)式 虞崇熙 楊夏玲 潘潔 楊玉婷

摘要：濕地資源在維護(hù)濱海生態(tài)系統(tǒng)平衡中發(fā)揮重要作用。文章基于多源遙感影像，利用人為干擾度指數(shù)和“3S”技術(shù)等方法研究南流江三角洲濕地資源時(shí)空分布特征及驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果表明：（1）2005—2019年，濕地總面積整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，濕地總面積由2005年的77.33km2增加到2019年的87.55km2;（2）濕地變化速率最快的類型為濱海濕地，年變化率為36.31%，其次為魚(yú)塘池塘和水稻田，年變化率分別為3.40%和3.31%;（3）濕地的面積受河流水沙變化與管理政策的變化的影響較大;（4）人類對(duì)三角洲地區(qū)沿海濕地的干擾程度逐年增強(qiáng)，并逐漸向沿海地區(qū)發(fā)展。本研究對(duì)南流江濕地資源的保護(hù)與可持續(xù)利用有重要作用。

關(guān)鍵詞：濕地;人為干擾度;驅(qū)動(dòng)力;南流江

中圖分類號(hào)：K903;P76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2023）07-0077-08

0 引言

濕地是分布于陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)之間的具有獨(dú)特水文、土壤、植被與生態(tài)特征的生態(tài)系統(tǒng)[1]。濕地作為水陸過(guò)渡地帶，通行條件極差的特點(diǎn)不利于研究人員對(duì)其開(kāi)展研究。如今隨著3S技術(shù)，即遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS ）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和自然資源衛(wèi)星不斷進(jìn)步，濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)程突飛猛進(jìn)[2]，技術(shù)手段的更新與應(yīng)用能夠更好地為濕地生物多樣性保護(hù)、恢復(fù)、科研和規(guī)劃提供技術(shù)支持[3-4]。濕地生態(tài)系統(tǒng)是世界上受到威脅最大的生態(tài)系統(tǒng)，而紅樹(shù)林濕地是受害最重的一種濕地類型。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)海岸濕地被圍墾的面積達(dá)119萬(wàn)hm2，大面積的紅樹(shù)林遭到破壞，從20世紀(jì)50年代的5萬(wàn)hm2，減少到現(xiàn)在的不足2萬(wàn)hm2[5]，而快速城鎮(zhèn)化和密集人類活動(dòng)是造成自然濕地消失或退化的主要原因[6]。葉翔等[7]研究表明，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人類活動(dòng)的顯著增強(qiáng)，泉州灣濱海濕地面積減小，輸水及輸沙的路徑和方式發(fā)生變化，濕地環(huán)境質(zhì)量顯著下降，生物多樣性及生物量減少;劉恩峰等[8]在濕地日益萎縮的大環(huán)境背景下，發(fā)現(xiàn)山東南四湖自然濕地類型銳減變化主要受大規(guī)模的圍墾圈圩等人類活動(dòng)的影響;范航清等[9]研究表明圍海填海是廣西乃至我國(guó)紅樹(shù)林面積減少的最直接原因。以上文獻(xiàn)從不同角度闡述了我國(guó)及北部灣濕地的變化情況，而針對(duì)南流江三角洲濕地時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因子方面的研究不多見(jiàn)。

南流江三角洲是廣西最大的三角洲，其濕地資源異常豐富。但由于氣候變化、海平面變化等自然作用和海水養(yǎng)殖、港口建設(shè)等人類活動(dòng)的影響，該三角洲濕地面臨侵蝕退化風(fēng)險(xiǎn)。因此，本文以南流江三角洲濕地為研究區(qū)，利用LandsatTM/OLI與高分一號(hào)遙感影像獲取濕地資源分布圖，分析南流江三角洲濕地土地流轉(zhuǎn)以及人為干擾度的時(shí)空演變規(guī)律，探討濕地資源人類活動(dòng)影響強(qiáng)度的變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以期為合理利用與保護(hù)南流江三角洲的濕地資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

南流江是廣西獨(dú)流入海第一大河，發(fā)源于玉林北流市大容山南側(cè)，于合浦縣南匯入北部灣，是廣西流程最長(zhǎng)、流域面積最廣、水量最豐富的河流。本文的研究區(qū)范圍是東至周江，西至西南流江，北至周江與南流江交界處，面積143.94km2。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

Landsat遙感影像數(shù)據(jù)主要來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http：//www.gscloud.cn/），從Landsat5TM 和Landsat8OLI影像數(shù)據(jù)中選取了2005年、2010年、2015年和2019年共4期Landsat遙感影像數(shù)據(jù);高分一號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家綜合地球觀測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（http：//chinageoss.org/dsp/home/index.jsp）。歷年的年平均輸沙量和流量數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《中華人民共和國(guó)水文年鑒：珠江流域水文資料》，涉及的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展數(shù)據(jù)來(lái)自各個(gè)年份的《廣西統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 濕地景觀分類與人為干擾度系數(shù)

當(dāng)前各國(guó)的學(xué)者主要依據(jù)《關(guān)于特別是作為水禽棲息地的國(guó)際重要濕地公約》（以下簡(jiǎn)稱《濕地公約》）中所規(guī)定的濕地分類對(duì)濕地進(jìn)行研究，但《濕地公約》中的內(nèi)容并不是針對(duì)所有國(guó)家的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行規(guī)定的[10]，所以本文依據(jù)《全國(guó)土地分類》與廣西濕地的實(shí)際情況對(duì)南流江三角洲的濕地建立一個(gè)較為合理的分類系統(tǒng)，將南流江三角洲景觀分為自然濕地（包括濱海濕地與河流湖泊濕地）、人工濕地（包括魚(yú)塘池塘與水稻田）、陸域植被、建設(shè)用地和其他用地，分類系統(tǒng)見(jiàn)表1。

人為干擾度（HDI）即在人類生產(chǎn)活動(dòng)的介入下，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度[11-12]，不同的景觀類型代表著不同的人類開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度[13]。本文參照陳愛(ài)蓮等[14]、劉吉平等[15]的研究成果，將8種斑塊類型分為以下5種干擾類型：未干擾型、輕微干擾型、中等干擾型、強(qiáng)干擾型、強(qiáng)烈干擾型。結(jié)合肖翠等[16]、孫永光等[17]和陳鵬等[18]研究成果，根據(jù)南流江三角洲區(qū)域景觀類型實(shí)際情況對(duì)干擾度系數(shù)賦值，將南流江三角洲區(qū)域景觀類型人為干擾度分為5等級(jí)：0～0.2為未干擾型、0.21～0.4為輕微干擾型、0.41～0.6為中等干擾型、0.61～0.8為強(qiáng)干擾型、0.81～1.0為強(qiáng)烈干擾型。本研究中無(wú)輕微干擾型，因此將輕微干擾型歸為中等干擾型。人類活動(dòng)強(qiáng)度指：人類活動(dòng)造成影響后，該土地恢復(fù)原樣所需的時(shí)間和可能性，如建設(shè)用地恢復(fù)原來(lái)的土質(zhì)土地的可能性很小，則其HDI高;濱海濕地人類活動(dòng)較少，所以HDI很低;農(nóng)田相對(duì)來(lái)說(shuō)棄耕幾年可近似恢復(fù)原樣，因而HDI較低[12]。建設(shè)用地不完全受人類控制，還受到氣候（如，酸雨、氣溫）等因素的影響，因此賦予建設(shè)用地的HDI為0.95;而濱海濕地人類活動(dòng)較少但又受到人類影響，因此賦予濱海濕地的HDI為0.1[14]，其他斑塊按照人類干擾活動(dòng)強(qiáng)度依次賦值，所制定的人為干擾度賦值如表1所示。

2.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)南流江三角洲濕地資源信息進(jìn)行提取時(shí)，本文借助ENVI5.3 對(duì)2005 年、2010 年、2015 年和2019年共4期的Landsat影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)下載的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正、幾何校正、數(shù)據(jù)裁剪等預(yù)處理[19]。通過(guò)運(yùn)用最小二乘法與相關(guān)性分析法對(duì)河流水沙變化、熱帶氣旋和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

結(jié)合實(shí)地考察結(jié)果選取了訓(xùn)練樣本，利用最大似然法對(duì)歷年影像進(jìn)行分類。為提高目視解譯的精度，采用實(shí)地走訪調(diào)查與高清衛(wèi)星圖結(jié)合的方式，對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行人工校正處理。對(duì)于2015年的分類結(jié)果，采用高分辨率的高分一號(hào)影像隨機(jī)均勻選取了175個(gè)點(diǎn)，利用混淆矩陣對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到2015年的影像分類精度為86.57% ，Kappa系數(shù)為0.82，結(jié)果滿足研究需求[20]。

3 結(jié)果分析

3.1 濕地動(dòng)態(tài)變化特征

2005—2019年，南流江三角洲的濱海濕地面積增長(zhǎng)顯著，其面積變化主要是向海延伸，到2019年濱海濕地幾乎遍布整個(gè)南流江三角洲邊緣的外圍海域（圖1）。但水稻田面積大幅度減少，隨時(shí)間變化逐漸縮向內(nèi)陸地區(qū)并趨于穩(wěn)定，到2019年主要集中于南流江三角洲上方的內(nèi)陸地區(qū)。同時(shí)，內(nèi)陸地區(qū)的河流湖泊濕地面積也在逐漸減小。南流江三角洲地區(qū)的魚(yú)塘池塘面積與水稻田的面積變化趨勢(shì)成反比，即隨著水稻田面積減少，而魚(yú)塘池塘面積增加。

由表2可得，2005—2019年，濱海濕地面積占比由2005年的2.29%變?yōu)?019年的13.90%，面積增加了16.72km2，是所有景觀類型中面積增加最多的一類;魚(yú)塘池塘面積占比由2005年的21.25%變?yōu)?019年的31.36%，面積增加了14.56km2;水稻田面積占比由2005年的28.32%變?yōu)?019年的15.21%，面積減少了18.88km2，是所有類型中面積減少最多的一類;河流湖泊面積減少了2.17km2。

由表3可得，近14年來(lái)，南流江三角洲濕地總面積發(fā)生了較大的變化。2005 年，濕地總面積77.33km2，濕地總面積占比為53.73%;2019年濕地總面積87.56km2，濕地總面積占比也上升到60.83%。就整體情況而言，濕地總面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。較2005 年，2019年的濕地總面積增加了10.23km2，占比增加7.1%。自然濕地面積由2005年的5.98km2，上升到了2019年的20.53km2，翻了3.43倍。而人工濕地面積從2005 年的71.35km2 減少到2019 年的67.03 km2。其中，相對(duì)于2010年，2015年濕地總面積呈下降趨勢(shì)，主要是由于自然濕地的減少引起的。

3.2 濕地轉(zhuǎn)移矩陣分析

轉(zhuǎn)移矩陣可以定量化地識(shí)別出各濕地植被類型在不同監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的未變化部分、轉(zhuǎn)移部分及其去向、新增部分及其來(lái)源，是一種常用的地物類型變化分析方法[21]。分別對(duì)2005—2010年、2010—2015年和2015—2019年南流江三角洲濕地利用類型構(gòu)建濕地面積轉(zhuǎn)移矩陣，對(duì)主要類型進(jìn)行轉(zhuǎn)移面積分析，得出濕地資源多年的時(shí)空變化情況。轉(zhuǎn)移矩陣如表4所示。

從轉(zhuǎn)移結(jié)果來(lái)看，在2005—2019年，濱海濕地和魚(yú)塘池塘呈大幅度增加，而水稻田和河流湖泊濕地呈大幅度減少，呈現(xiàn)兩極化。河流湖泊濕地呈大幅度減少的原因主要是河流湖泊濕地基本都在向魚(yú)塘池塘轉(zhuǎn)變;而濱海濕地呈大幅度增加的原因主要是水體向?yàn)I海濕地的轉(zhuǎn)變。魚(yú)塘池塘與水稻田兩者之間相互轉(zhuǎn)換，兩者之間呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。2005—2019年自然濕地與人工濕地的保有率逐年上升。

4 討論

濕地變化的影響因素是多元的，本文重點(diǎn)探討河流水沙變化對(duì)濕地的影響，并嘗試通過(guò)濕地人為干擾度的計(jì)算闡述人類活動(dòng)對(duì)濕地變化的影響。

4.1 河流水沙變化對(duì)濕地的影響

河流水沙變化關(guān)乎陸海物質(zhì)和能量交換及河口演變[22]，水沙變化作為維持濕地結(jié)構(gòu)和功能完整性的主要因素，即使發(fā)生微小的變化，有可能會(huì)對(duì)濕地動(dòng)植物產(chǎn)生較大的影響[23-24]。自然濕地的面積受河流水沙變化的影響較大，與河流水沙成正比關(guān)系。由圖2和圖3可得，入海含沙量一定時(shí)，河流流量的減少一定程度上會(huì)使入海的泥沙量也隨之減少，年平均流量與年輸沙量呈正相關(guān)（表5）。河流流量與流速在大規(guī)模強(qiáng)降雨天氣條件下大幅度提升，流水的動(dòng)能增強(qiáng)，挾帶的泥沙也隨之升高。年平均流量與輸沙量的峰值具有明顯的同步性，如2012—2014年年平均流量的持續(xù)升高，使得年平均輸沙量在2013年出現(xiàn)高峰值，流量與濕地面積也呈正相關(guān)（表6）。

在2005—2019年期間，南流江的年平均流量和年平均輸沙量呈上升的趨勢(shì)，這一結(jié)果印證了2005—2019年濕地總面積整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在2010—2015年期間，河流的輸沙量相對(duì)于其他時(shí)期而言是比較小的，這就可能導(dǎo)致了這一時(shí)期的濕地面積減少（圖3）。2010 年全年輸沙量是相對(duì)較低的，而在2013年的時(shí)候其全年運(yùn)沙量高達(dá)149.6萬(wàn)t，是14年來(lái)的最高值，且2015年的全年輸沙量也相對(duì)較高。

4.2 HDI時(shí)空動(dòng)態(tài)變化

2005—2019年，除了強(qiáng)干擾型（0.6～0.8）這一等級(jí)減少外，南流江三角洲濕地的HDI不斷加強(qiáng)（圖4）。尤其是強(qiáng)烈干擾型（0.8～1）這一等級(jí)增加明顯，2019年較2005年增加了3.26km2，年均增長(zhǎng)率為2.27%，2005—2010年增加了1.43km2，年均增長(zhǎng)率最大，達(dá)到5.92%。這主要是因?yàn)楹ＫB(yǎng)殖、海涂種植業(yè)、海洋運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，人口逐漸向河口地區(qū)聚集，使得部分自然濕地，如淺海水域、灘涂和河流湖泊等自然濕地被侵占、開(kāi)發(fā)圍墾變成養(yǎng)殖區(qū)或建設(shè)用地。2005—2019年，中等干擾型和強(qiáng)干擾型分別減少了1.10km2和4.49km2，年均減少率分別達(dá)到3.25%和1.28%。4個(gè)歷史階段中，2010—2015年HDI變化幅度和范圍最小。通過(guò)對(duì)比不同時(shí)期HDI變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間變化，HDI呈先上升后下降趨勢(shì)，其在不同時(shí)期變化強(qiáng)度存在差異，在不同時(shí)期HDI的變化呈非均質(zhì)化特征。

2005—2019年南流江三角洲HDI空間分異特征顯著（圖5）?？傮w來(lái)說(shuō)，南流江三角洲流域的HDI不斷加強(qiáng)，輕微干擾型和強(qiáng)烈干擾型兩等級(jí)均有明顯增加，而其他兩個(gè)等級(jí)呈現(xiàn)不同程度的減少。2005年南流江三角洲濱海濕地HDI中高值區(qū)（HDI>0.6）零星分布在南流江三角洲上部地區(qū)，且數(shù)量面積不大。隨著海洋經(jīng)濟(jì)的不斷興起，人類活動(dòng)逐漸向沿海地區(qū)聚集，河口地區(qū)受人類活動(dòng)影響的程度不斷增強(qiáng)，南流江三角洲地區(qū)許多自然濕地逐漸被侵占、開(kāi)發(fā)圍墾轉(zhuǎn)化成養(yǎng)殖塘和建設(shè)用地，部分人工濕地也轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，南流江三角洲地區(qū)濱海濕地的HDI不斷加強(qiáng)，并逐漸向沿海區(qū)域發(fā)展。到2019年，南流江三角洲濕地HDI明顯加強(qiáng)，強(qiáng)干擾型等級(jí)擴(kuò)散到整個(gè)南流江三角洲區(qū)域。HDI方向在空間上隨時(shí)間變化由陸地逐漸向沿海發(fā)展。

由南流江三角洲濕地HDI變化的空間分布結(jié)果（圖6）可知，雖然人類活動(dòng)對(duì)南流江三角洲資源的影響在不斷增加，但總體來(lái)說(shuō)，南流江三角洲HDI呈逐級(jí)遞減的趨勢(shì)。33.76%的區(qū)域是呈現(xiàn)HDI減輕的趨勢(shì)，主要是水稻田轉(zhuǎn)為魚(yú)塘池塘和水體轉(zhuǎn)為濱海濕地兩種類型;僅有不到1/10呈現(xiàn)HDI增強(qiáng)的趨勢(shì)，主要為建設(shè)用地的興建與水稻田的轉(zhuǎn)入。

5 結(jié)論

本文對(duì)南流江三角洲濕地資源的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素做了分析，研究發(fā)現(xiàn)：2005—2019年，濕地總面積整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，濕地總面積由2005年的77.33km2（其中自然濕地5.98km2、人工濕地71.35km2）增加到2019年的87.56km2（其中自然濕地20.53km2、67.03km2）。南流江三角洲流域HDI空間分布中，主要表現(xiàn)為強(qiáng)干擾型，以魚(yú)塘池塘和水稻田等濕地景觀類型為主。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，南流江三角洲HDI明顯加強(qiáng)，強(qiáng)干擾型等級(jí)擴(kuò)散到整個(gè)南流江三角洲區(qū)域，濕地生態(tài)系統(tǒng)將受到越來(lái)越大的影響。

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