1985—2010年吉林省西部地区湿地空间格局变化及热点地区1)

刘 雁 盛连喜 刘吉平

(吉林师范大学，四平，136000) (国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室(东北师范大学)) (吉林师范大学)

随着全球气候和生态环境进一步恶化以及人类过度开发，导致湿地的面积、结构和功能发生了明显变化，湿地空间格局变化研究已成为当今国内外专家探求的热点问题之一［1－3］。空间格局演变及其驱动机制分析，也是地理学和景观生态学领域长期关注的热点问题［4］。自20 世纪80年代以来，景观生态学关于格局、过程、尺度及驱动机制分析等原理与方法逐渐应用于湿地科学领域中［5］，推动了湿地格局演变特征及其驱动机制的研究［6］。当前，湿地格局演变特征的研究方法，主要包括定性描述法、生态图叠置法和数量分析法［7］，而由陈述彭院士首次提出的地学信息图谱用于湿地格局研究的相对较少［8］。本文利用GIS 和RS 技术，结合马尔可夫分析方法和地学信息图谱方法，研究1985—2010年，吉林省西部地区湿地空间格局的动态变化，并寻找湿地动态变化的热点地区，为吉林省西部湿地的保护与管理提供参考。

1 研究区域概况

吉林省西部地区地理位置44°57'～45°46'N，123°09'～124°22'E;总面积4.69×104km2。该区属大陆性季风气候区，年日照时间2 800 ～3 000 h，年总辐射5 100 ～5 200 MJ·m－2;年均降水量400 mm 左右，年均蒸发量1 600～2 000 mm，平均相对湿度60%～65%;无霜期140 ～160 d。区域内水系发育，主要为松花江水系;过境的河流有嫩江、松花江、洮儿河。区域内从东到西，呈地带性分布着黑土、淡黑钙土、暗栗钙土3 种草原土壤。

研究区地处中国湿润的东部季风和内陆干旱、半干旱的过渡带，属于中国北方农牧交错带的东段;生态环境脆弱，对人类活动的影响比较敏感，湿地的生态功能比其它区域更为突出［9］。2008年，该区域被确定为吉林省增加粮食生产的主要区域;土地利用格局的变化，必将对湿地生态系统产生更多的人为干扰，进而引起区域生态环境的变化。

2 资料来源与研究方法

采用吉林省西部地区的1985、2000、2010年3期土地利用数据，主要通过解译遥感影像而获得;选取的遥感数据为1985、2000、2010年的3 期TM 影像。对遥感影像进行几何校正和图像增强处理，建立图像解译标志。参照国际IGBP 的LUCC 分类系统，结合研究目的，将研究区的LUCC 分类确定为:水田、旱田、林地、草地、水域(河流和湖泊)、沼泽、居民用地、沙地、盐碱地9 种类型。经野外验证，3期遥感影像的分类准确度分别为91.5%、93.2%、94.6%，可以满足本研究要求。

利用GIS 和RS 技术，制作吉林省西部不同时期的湿地分布图和土地利用图，分析吉林省西部湿地面积和空间格局变化。在此基础上，利用马尔可夫分析方法计算出不同时期湿地的状态转移矩阵，并在空间上分析丧失的湿地和新增湿地。

利用ArcGIS 软件，生成吉林省西部0.5°×0.5°的网格图，共生成32 个网格。将正方形网格图与各个时期湿地空间分布图相叠加，统计每个网格的湿地面积，计算得到每个网格的湿地面积百分比(网格内的湿地面积除以网格的面积，再乘以100%)。然后，将计算结果赋给对应的网格，便可得到每个网格的湿地率。本文研究的湿地，主要包括自然湿地(沼泽湿地、河流湖泊湿地)和人工湿地(水田)。

分级热点探测是全局聚集性检验方法之一，是根据某种规则(如邻近距离)获取“金字塔”型多层次空间热点区域的。在分级热点探测中，首先通过定义一个“聚集单元”的“极限距离或阈值”，然后将其与每一个空间点对的距离进行比较;当某一点与其他点(至少一个)的距离小于该极限距离时，该点被计入聚集单元。也可以指定聚集单元的点数目来强化聚集规则。依此类推，可以得到不同层次的热点区域。

3 吉林省西部湿地变化

3.1 吉林省西部湿地面积和空间格局变化

利用GIS 技术，制作出吉林省西部不同时期湿地空间分布图(见图1)，并统计不同时期各湿地类型的面积(见表1)。由表1可见，1985—2010年，吉林省西部湿地总面积呈现增加的趋势，增加了1 674 km2，增幅为24.41%。各湿地类型的变化趋势不同，其中:自然湿地(河流湖泊湿地和沼泽湿地)的面积逐渐减少，沼泽湿地面积和河流湖泊湿地分别减少了1 013、836 km2，减少了36.46%、26.54%;水田面积增加幅度较大，增加了3 524 km2，增加4.8 倍。

从湿地变化的空间看，研究区的东中部和北部湿地变化较大，且面积呈增加的趋势;而西部和南部变化相对较小，且面积呈逐渐减少的趋势。各种类型湿地的空间格局变化不一样:由图1可见，镇赉县、大安市和通榆县自然湿地面积减少较多;而前郭尔罗斯、洮南市和镇赉县的水田面积增加较多。

图1 吉林省西部不同时期湿地空间分布

表1 吉林省西部不同时期湿地面积及变化率

3.2 吉林省西部湿地转移特征

利用ArcGIS 9.3 的Intersect 空间分析手段，得到吉林省西部湿地与其它土地利用方式之间的空间转换(见图2)，并用马尔可夫分析方法计算出状态转移矩阵(表2～表4)。

图2 吉林省西部湿地与其它土地利用方式之间的空间转换

表2 1985—2000年土地利用类型面积转移矩阵 km2

表3 2000—2010年土地利用类型面积转移矩阵 km2

由图2和表4可以看出，1985—2010年间，自然湿地丧失较大，主要向耕地、草地和盐碱地转移。由于吉林省西部人口增加速度较快，实行家庭联产承包责任制使农村的生产力实现了迸发性释放，农牧业快速扩张，出现了严重的过牧、过垦现象，使自然湿地主要被开垦为耕地，34.9%的沼泽湿地和19.5%的河流湖泊开垦为耕地。近30a，吉林省西部生态环境逐渐恶化，气温明显上升，降水量和径流量明显减少，旱涝灾害频繁发生，土地退化日益严重，这些因素都造成自然湿地的退化和丧失。自然湿地主要转移为草地和盐碱地，有19.2%的沼泽湿地转化为草地，7.5%的沼泽湿地和6.2%的河流湖泊转化为盐碱地。从空间看，自然湿地丧失较大的区域，主要集中分布在嫩江、第二松花江沿岸，以及查干泡、月亮泡等湖泊附近。

表4 1985—2010年土地利用类型面积转移矩阵 km2

1985—2010年，湿地的增加主要是水田面积增加造成的。吉林省2008年开始实施《吉林省增产百亿斤商品粮能力建设总体规划》，计划从2008年开始，力争用5 a 或稍长一点时间，基本完成引水、灌区建设和改造、中部黑土地保护和西部土地整理等十大工程，实现粮食生产能力由目前的250 亿kg 提高到300 亿kg 的目标［10］。实施的4 项重点水利工程(引嫩入白工程、哈达山水利枢纽工程、大安灌区工程、中部引松供水工程)中，有3 项位于吉林省西部，使吉林省西部水田面积增加17.39 万hm2(260.8万亩)，这一工程的实施使吉林省西部水田面积大幅度增加。水田面积增加方式，有旱田改水田和荒地改水田2 种方式，其中:以第一种方式为主，1985—2010年旱田改水田的面积占51.1%，沼泽湿地改水田的面积占12.4%，草地改水田的面积占11.5%，盐碱地改水田的面积占4.2%。从空间看，水田面积增加的区域，主要位于引嫩入白工程、哈达山水利枢纽工程、大安灌区工程三大工程区，以及河流湖泊沿岸。

3.3 吉林省西部湿地变化的热点地区

计算出每个年代各网格的湿地率，然后用后一个年代的湿地率减去前一个年代的湿地率，并对湿地率的差值进行克立格(Kriging)插值，得到吉林省西部各时期湿地率变化图(见图3)。

图3 近30 a 吉林省西部各时期湿地率变化

1985—2000年间，研究区的东部和北部湿地率增加明显，而西部和中南部湿地率有明显的降低。2000—2010年间，湿地率增加较明显的地区是前郭尔罗斯和松原的西部地区，研究区北部边缘的镇赉县和白城市湿地率也有一定的增加，而研究区的西部和南部湿地率明显下降。整体看，位于研究区北部的前郭尔罗斯、松原、镇赉和白城湿地率增加明显，而其它地区湿地率明显下降。

利用Crime stat 软件，分别对2 个时期32 个网格湿地变化率进行热点探测，得到吉林省西部地区湿地变化的热点分布图(见图4)。

图4 吉林省西部地区湿地变化的热点分布

由图4可以看出，1985—2000年，吉林省西部地区湿地变化的热点地区有4 个，主要位于研究区的西北部、东北部、西南部和东南部，以位于研究区西北部的热点地区面积最大。2000—2010年，西部地区湿地变化的热点地区有3 个，主要位于前郭尔罗斯蒙古族自治县和松原的西部、研究区的西南部和东部边缘，其中以位于前郭尔罗斯蒙古族自治县的热点地区面积最大。1985—2010年间，研究区的西南部、前郭尔罗斯蒙古族自治县和松原的西部，一直存在着湿地变化的热点地区，研究区的西南部是自然湿地减少的热点地区，而前郭尔罗斯蒙古族自治县和松原的西部是人工湿地(水田)增加的热点地区。

4 结论

1985—2010年，吉林省西部湿地总面积呈逐渐增加的趋势，增加了24.41%。各湿地类型面积的变化趋势不同，其中:自然湿地(河流湖泊湿地和沼泽湿地)的面积逐渐减少，水田面积增加幅度较大。从空间分布看，研究区的东中部和北部湿地呈增加的趋势，而西部和南部呈逐渐减少的趋势。

吉林省西部湿地转移特征是，自然湿地丧失较大，主要向耕地、草地和盐碱地转移。水田面积逐渐增加，水田面积增加方式:有旱田改水田、荒地改水田2 种方式。从空间看，湿地丧失较大的区域，主要集中分布在嫩江、第二松花江沿岸，以及查干泡、月亮泡等湖泊附近;水田面积增加的区域，主要位于引嫩入白工程、哈达山水利枢纽工程、大安灌区工程的三大工程区。

吉林省西部地区湿地变化的热点地区，由1985—2000年的4 个，减少为2000—2010年的3个，其中:研究区的西南部、前郭尔罗斯蒙古族自治县和松原的西部，一直存在着湿地变化的热点地区;研究区的西北部，在1985—2000年间，存在着湿地变化的热点地区;研究区的东部边缘，在2000—2010年间，存在着湿地变化的热点地区。

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