扎龙湿地土地覆盖变化分析*

张玉红，于万辉

(哈尔滨师范大学)

扎龙湿地土地覆盖变化分析*

张玉红，于万辉

(哈尔滨师范大学)

利用遥感与地理信息系统技术分析1979—2006年间的一系列卫星影像，研究了扎龙湿地土地覆盖的数量变化，速度变化，趋势变化及引起这些变化的水的空间分布的变化.

土地覆盖;变化;GIS;RS;扎龙;湿地

0 引言

作为LUCC的主要研究内容之一 (Li Xiubin，1996)，土地覆盖变化在近些年被研究的越来越多.人类活动对土地覆盖产生剧烈的影响并引起景观格局的巨大变化.土地覆盖在时间上的空间格局的变化被认为是理解景观动态及其结果的一个至关重要的因素 (Turner M.G.et.al，1988).湿地是最重要的生态系统之一，有着丰富的生物多样性(Balla S.，1994).为了湿地的重建和生态功能的恢复，就需要更好的理解湿地的这种变化，包括土地覆盖和景观格局的变化和引起这种变化的原因.地理信息系统技术和遥感技术的结合为分析景观变化提供了一种理想的分析工具(O’Neill R V，1999).作为国际知名的重要生态湿地，扎龙湿地近几十年来发生变化显著.通过对湿地多年的土地覆盖和景观变化监测，分析了湿地景观的土地覆盖的动态和趋势，以便为湿地保护提供基本的指导和管理信息.

图1 扎龙湿地位置示意图

1 研究区与方法

1.1 研究区

扎龙湿地位于中国东北部松嫩平原的西部，地理坐标为123°51.5' ～124°37.5'E，46°48'～47°31.5'N(图1).扎龙是松嫩平原上最大的湿地，占地面积约2 100 km2，南北长65 km，东西宽37 km.扎龙曾是嫩江的古河道，现在由乌裕尔河和双阳河的末端，形成的以芦苇沼泽为主的内陆湿地.区域内土地覆盖类型主要包括明水泡沼、河道、以芦苇和苔草为优势的芦苇沼泽、草甸、草甸草原和农田.湿地为丹顶鹤及其他多种水鸟提供了繁殖栖息地，也是东亚迁徙路线中的一个重要停歇地.随着区域发展的需要，人类活动增加对湿地生态系统的影响越来越大.

1.2 方法

1.2.1 数据采集、处理和分类

根据扎龙湿地的植被、水和土地利用、土地覆盖等特征，以及过去对湿地的研究，把扎龙湿地分成了两个等级19个类型(表1).在该研究中，为了能更清晰地区分水的变化和以植被为主地表覆盖物交替作用形成的空间格局情况，又把土地覆盖合并为7种类型(表1).级别一和级别二中的分类通常是用来描述湿地中的植被.本研究使用合并后的分类Ⅰ和合并分类Ⅱ系统用来简化湿地内覆盖物的类别以监测湿地中的景观变化.

表1 扎龙湿地分类系统

利用遥感技术和GIS技术分析扎龙湿地的多时段卫星影像数据.数据来源包括1979年8月MSS影像(分辨率79 m)、1989年6月的TM影像(分辨率30 m)、1999年9月的TM影像(分辨率30 m)、2006年6月的 TM影像(分辨率30 m)和2006年6月的TM影像(分辨率30 m).首先，利用扎龙1990年地形图来纠正影像并进行投影的设置.地理坐标系为1954北京坐标系，高斯投影，6度分带，中央经线为123°E.然后通过ERDAS8.7中的监督和非监督分类对影像进行分类获得矢量数据，并且在2005年10月、2006年2月、2006年5月和2007年5月，2008年3月和5月，开展了广泛的地面调查以纠正分类结果.

1.2.2 土地覆盖变化的分析方法

由于在自然和人为因素的影响下，土地利用和土地覆盖类型的数量在不同时间段变化的幅度和速度是不同，并且存在空间差异.因此，引入土地利用类型动态模型(Liu J Y，1996)、净变化量的计算和质心模型(Wang X L，1999)来度量土地覆盖类型变化的速度、变化趋势以及空间分布上的动态变化.

(1)单一土地利用动态度与综合动态度模型

式中:K为研究时段内某一种土地利用类型动态度;Ua，Ub分别为研究期初与期末某一种土地利用类型的数量;T为研究时段长度;当T的时段设定为年时，则K表示该研究区某种土地利用类型的年变化率.

式中:LC是研究时段内的综合土地利用类型的动态度;LUi为测量开始时第i类土地利用类型的面积;LUi－j是测量时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值;T为测量时段长度.

(2)净变化量

湿地景观中土地覆盖斑块是否向较干类型转化向较湿类型转化的主要区别就在于由干向湿转化的净变化量.当这种净变化量大于零时，即表示有更多的斑块向较湿的土地覆盖类型转化;当这种净变化量小于零时，意味着更多的斑块向较干的土地覆盖类型转化.本文基于这种向湿转化的净变化量计算湿地景观中土地覆盖的变化趋势.

(3)质心模型

式中，Xt、Yt分别表示第t年沼泽湿地分布质心的坐标;Cti表示第t年第i个沼泽湿地斑块的面积;Xi、Yi分别表示第i个沼泽湿地斑块质心的坐标.

2 结果

2.1 土地覆盖的数量变化

扎龙湿地的主要土地覆盖类型就是含有地表水的湿地和无地表水的湿地，它们对景观的动态过程有着重要的影响.从分析结果可以看出在4个研究期内扎龙湿地的含有地表水和不含地表水的湿地的比例42% ～51%(表2).但是它的变化量却不是最大的38.2562 km2—只占了研究初期的5.27% .数量变化最大的土地覆盖类型是草地(67.3729 km2)，比例变化最大的是明水—91.91%.例如，1979年是一个严重干旱的年份，它的明水面积只有63.2360 km2，但是到了1989年突然增加到192.4568 km2，在十年的时间里几乎增长了3倍.盐碱地(裸地)的数量变化不太大，只有28.0909 km2，但是它的格局变化非常明显.另外值得一提的是农田和村镇的数量变化，它总体增加了75.3368 km2，比例变化了34.49%，而这和近几十年人类的活动密切相关.

从总体来看，所有的湿地类型中只有明水的面积由于自然的原因呈现增长的趋势(表2).其他的湿地类型如有地表水的湿地、无地表水的湿地和草甸都呈现了不同程度的下降，尤其是有地表水的湿地.在干旱土地类型中，由于人类干扰导致农田和村镇在面积和比例上都增长的最多(75.2268 km2和34.49%).

表2 扎龙湿地1979年至2006年的土地覆盖变化量

2.2 土地覆盖的速度变化

在3个研究时段内，明水的变化速度是最大的，尤其是从1979年至1989年，在这一时期由于气候等因素导致的明水正向变化速率达到了20.43%(表3);草地的变化速度大于其他的土地覆盖类型，除了第1阶段之外均显示出一个较大的正向变化率.另一方面，湿地类型的变化速度大于干旱的土地覆盖类型，而且有地表水的湿地和无地表水的水的湿地的面积下降的速度都大于其增长的速度.综合动态度表现了一个先下降后增长的过程，这意味着随着人类活动的干扰所有的土地覆盖类型的变化越来越快(表3).

表3 不同的研究期的土地覆盖变化速度

2.3 土地覆盖的趋势变化

为了更清晰地描述扎龙湿地的土地覆盖的变化趋势，利用合并分类Ⅱ (表1)进行分析.在早期的1979～1999年，湿地从干向湿的转化是一种主要的变化趋势，表现在有地表水的湿地比例的增加(表2).然而在近十年，土地覆盖中的3种湿地类型都有减少的趋势(表2).从分类结果中可以看出，在1979年到1989年，明水、有地表水的湿地和无地表水的湿地这3种类型的土地覆盖面积有所增加.而在1999—2006年期间，明水和有地表水的湿地比例开始减少(如图2所示).

图2 扎龙湿地土地覆盖变化

表4 扎龙湿地土地覆盖类型转移矩阵 km2

湿地景观中土地覆盖斑块向较干类型转化向较湿类型转化的主要区别就在于由干向湿转化的净变化量.当这种净变化量大于零时，即表示有更多的斑块向较湿的土地覆盖类型转化;当这种净变化量小于零时，意味着更多的斑块向较干的土地覆盖类型转化.在研究时段内，最活跃的变化就是有地表水的湿地和无地表水的湿地之间的交替变化(表4).然而比较这3个时期的变化，发现在第1阶段 (1979—1989年)有更多的斑块从干旱类型转向较湿的类型，如无地表水的湿地转化成有地表水的湿地(表4).在第2个阶段(1989—1999年)和第 3个阶段(1999—2006年)，则有更多的斑块从较湿的类型转化为干旱类型.这些趋势表明在近几十年湿地变得越来越干.

2.4 水空间分布的变化

扎龙湿地的景观变化是一个动态的过程，不仅仅涉及到土地覆盖类型比例上的变化，也包括空间格局的改变.由于水空间的分布，导致景观中的斑块随着这种分布不时的在不同的土地覆盖类型之间来回转换.通过质心模型计算湿地在不同时期的重心，发现扎龙湿地的重心已经移动了大约2～3 km的范围，意味着湿地的水的空间分布已经发生了变化(图3).在不同的时期每种湿地类型的重心都发生了移动，而且这些重心之间的距离越来越短(图4).有地表水的湿地重心位于湿地整体重心附近400～1200 m左右.然而明水的重心和无地表水的湿地重心总是远离湿地整体重心，二者反向分布.每种湿地重心和整体重心之间的距离在1989年后逐渐缩小，在2006年变化尤其明显.这种趋势表明湿地在空间大小上逐渐萎缩.

图3 扎龙湿地整体重心的变化

3 讨论与结论

水是影响整个湿地景观过程的一个主要的因素.在扎龙看到的景观变化就是主要由于水文格局的变化所引起的.这种关系在1990年之前尤其明显.扎龙在1979年经历了50年来有记录的最严重的干旱，湿地明显萎缩.直到 1989年——平水年，湿地才慢慢恢复和涨水.人类活动在湿地景观变化中起到了非常重要的作用.1999年和2006年是58年有记录以来水量相对丰沛的年份，然而结果表明在这个时期内湿地呈现干旱的趋势.在1990年之后人工建筑数量不断增加，使得湿地中的水被大量拦截和排出.土地覆盖中的湿地类型的比例下降，湿地整体萎缩，干旱化程度加剧.土地覆盖和景观格局的这种变化会引起湿地生态系统中各个方面的明显变化，对生物多样性有非常负面的影响.因此，需要科学的方法和行动来减缓这种干旱化的趋势以恢复和重建湿地.

图4 不同类型湿地的重心变化

［1］Li Xiubin.A review of the international researches on land use/land cover change.Acta Geographica Sinica，1996，51(5):553－557.

［2］Turner M G，Ruscher C L，“Changes in landscape patterns in Georgia，USA.”Landscape Ecology，1988，1(4):241 －251.

［3］Balla，S.，Wetlands of the Swan Coastal Plain，Vol.1，“Their mature and management.”Water Authority of Western Australia and the Department of Environmental Protection，Australia，1994.

［4］O’Neill R V.Theory in landscape ecology.In:Wiens J A，Moss M R，ed.Issues in Landscape Ecology，Snowmass Village:International Association for Landscape Ecology.1999“1～5，.

［5］Liu Jiyuan.The Macro Investigation and Dynamic Research of the Resource and Environment.Beijing:China Science and Technology Press，1996.

［6］Wang Xiulan，Bao Yuhai.Study on The Methods of Land Use Dynamic Change Research.Progress In Geography.1999，18(1):81－87.

Analysis of Land Cover Change in Zhalong Wetland

Zhang Yuhong，Yu Wanhui
(Harbin Normal University)

Land cover changes including changes of quantity，velocity，trend and water distribution at Zhalong Wetland are studied by using remote sensing，GIS techniques and analysis of a series of satellite images from 1979 to 2006.The results show that the land cover at Zhalong changed significantly and the wetland is getting drier，especially from 1999 to 2006.

Landscape Pattern;Changes;GIS;RS;Zhalong;Wetland

2010－10－10

*国家自然科学基金(40871082);哈尔滨师范大学青年学术骨干资助计划项目(KGB201016)

(责任编辑:李佳云)