1989—2013年西洞庭湖土地类型及水禽栖息地变动研究

何　锐　赵运林　徐正刚　段酬苍　陶彦妤　彭　姣

（1.湖南农业大学生物科技学院，湖南长沙410128；2.中南林业科技大学生命科学与技术学院，湖南长沙410004；3.湖南城市学院化学与环境工程学院，湖南益阳413000）

1989—2013年西洞庭湖土地类型及水禽栖息地变动研究

何锐1，2赵运林1，2徐正刚2，3段酬苍1，2陶彦妤3彭姣1，2

（1.湖南农业大学生物科技学院，湖南长沙410128；2.中南林业科技大学生命科学与技术学院，湖南长沙410004；3.湖南城市学院化学与环境工程学院，湖南益阳413000）

选取1989年、2002年和2013年的遥感影像对西洞庭湖土地利用类型转移格局及水禽栖息地进行遥感解译与变动分析。结果表明：1989—2013年，保留率最高的仍然是水体（87.34%）和泥滩地（59.61%），保留率最低的是林地（13.79%），草滩地的保留率仅为30.54%，而向芦苇滩地、旱地、林地的转化率则分别达20.26%、20.91%、18.93%，远高于向水体与泥滩地转化的比例。虽然林地向泥滩地转化的比例达到了34.77%，但芦苇滩地、旱地、林地以相互转化为主。西洞庭湖湿地破碎度升高，各种土地利用类型分布均匀度也增高。西洞庭湖的水禽栖息地变动大致可分为2个阶段：1989—2002年水体面积增长近14%，湿地优势度增长；2002—2013年水体面积减少近11%，林地面积增长约4%。在影响西洞庭湖水禽栖息地变动的驱动因素中，退田还湖、围湖养鱼、三峡工程、芦苇种植与杨树栽培等人类活动是最为重要的驱动因子，不适当的人为干预往往导致水禽生境退化。

水禽；土地；湿地；遥感；景观格局；西洞庭湖

物种生存、繁衍、迁徙与栖息地密切相关，栖息地保护是种群保护的基础。洞庭湖是我国第二大淡水湖，其独特的自然环境条件，为多种珍稀动物，尤其是湿地水禽提供了重要的栖息地。对洞庭湖鸟类的统计分析表明洞庭湖鸟类中水禽有120种，占41%。洞庭湖是我国最早被列入重要水禽生境名录的7个湿地保护区之一［1］。在栖息地生活的水禽，其生存繁衍极大依赖于湿地，栖息地格局的改变最终会影响该区域的生物多样性［2-4］。

国内外关于湿地水禽栖息地变化的研究较多。早期学者采用栖息地适宜性指数（HSI）衡量栖息地优劣，推断栖息地变动情况［5］，但这种方法并不能准确的从空间分布特征上分析栖息地变动情况。近年来，多名学者通过遥感监测和地理信息系统技术，结合数学模型判断水禽栖息地适宜性和水禽栖息地的变动［6-7］。吴后建等［8］在研究了江西药湖水禽栖息地退化现象和驱动因素后，提出了因地制宜保护和恢复水禽栖息地对策。对于洞庭湖，也有不少学者针对水禽栖息地开展研究［9-11］，但时间多集中在2000年以前。因此，进一步研究当前洞庭湖水禽栖息地的变动情况对于保护当地珍稀水禽十分迫切。

近20年来，受围湖造田、退田还湖、三峡工程等一系列工程以及气候变化、泥沙淤积等因素的影响，洞庭湖水禽栖息地发生了巨大改变。尽管之前有学者分别对洞庭湖的各湖体水禽栖息地进行研究，但研究主要集中在东洞庭湖。西洞庭湖位于洞庭湖西部，澧水与沅江分别自西北部与西部注入。由于西洞庭湖高程、人类活动等不同于东洞庭湖与南洞庭湖，使其水禽种类及土地利用类型具有自身的特点，且西洞庭湖的人工种植活动强度高于东洞庭湖和南洞庭湖，同时长江三峡工程对洞庭湖东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖三个区域的影响不同，因此有必要进一步对近20年年西洞庭湖土地利用类型转移格局及水禽栖息地进行深入研究。本研究利用遥感技术对获取的不同时间节点的遥感图像进行解译，结合地理信息系统技术对西洞庭湖水禽栖息地进行遥感反演和土地利用类型转移格局及分析，评估退田还湖、三峡工程的生态效应，为洞庭湖水禽保护提供参考依据。

1　研究区概况

西洞庭湖位于湖南省汉寿县境内，地处东经111°55′～112°17′，北纬28°47′～29°07′，属于中亚热带季风气候区，干湿季分明，湖水的水体和水位受沅江、澧水和长江三口 （松滋、太平、藕池）的共同影响［12］，丰枯水期水位落差可达18 m。洞庭湖旱涝在空间上具有较好的一致性［13］，夏季涨水为湖，冬季落水为洲滩。湖汊、河流交错的湿地景观，为水禽提供了理想的栖息地。

西洞庭湖生物多样性丰富，区内有维管植物416种、鸟类205种、鱼类111种、底栖动物65种、两栖动物13种、爬行动物20种、哺乳动物26种，其中有国家Ⅰ级重点保护动物白鹤 （Grus leucogeranus）、白头鹤 （Grus monacha）、东方白鹳（Ciconia boyciana）、黑鹳 （Ciconia nigra）、大鸨（Otis tarda）、中华秋沙鸭 （Mergus squamatus）6种，国家级Ⅱ重点保护动物有小天鹅 （Cygnus columbianus）、鸿雁（Anser cygnoides）、白琵鹭（Platalea leucorodi）、普通鵟 （Buteo buteo）、凤头（Podiceps cristatu）等 23种。西洞庭湖的黑鹳（Ciconia nigra）、白琵鹭 （Platalea leucorodi）、罗纹鸭 （Anas falcata）达到全球种群数量 1%以上［14-15］，每年为数万只水禽提供重要越冬地。

西洞庭湖是长江中下游通江湖泊的典型代表，在国家生态安全、全球生物多样性保护和江湖复合湿地生态系统保护上具有非常重要的意义；作为国际重要湿地、东亚候鸟重要越冬地和长江生物多样性保护的重要节点，其生态系统的稳定性对整个洞庭湖乃至长江中下游地区的生态安全有重大影响。

2　研究方法

2.1水禽栖息地分类解译标志的建立

各类栖息地都有不同的水禽分布，参照方精云等［10］对洞庭湖湿地的分类方法，根据各种地物的分布规律和遥感影像下各种地物的色调、纹理特征建立西洞庭湖水禽栖息地分类解译标志，将西洞庭湖土地利用类型分为水体、泥滩地、草滩地、芦苇（Phragmites australis）滩地、林地、旱地6类。

2.2遥感数据获取与分类

由于洞庭湖自1998年开始实施退田还湖工程，同时2003年三峡工程开始正式蓄水，为准确评估二者对西洞庭湖水禽栖息地的影响，研究选取1989年、2002年和2013年3个时间点来评估西洞庭湖近20年水禽栖息地变动情况。同时，由于该地区水禽大多为越冬水禽，因此，选取每年冬季水禽栖息地进行评估。1989年遥感数据为TM影像，2002年和2013年的数据为ETM影像。所有遥感影像获取时间均在当年的1—2月。对获取的遥感影像进行大气校正、几何校正等预处理。

研究选择影像合成方式为RGB 4、5、3三波段假彩色合成，结合目视解译和实地踏查，勾画各类地物的兴趣区。使用ENVI 4.8软件下的监督分类方法的最大似然法分别对1989年、2002年及2013年影像进行分类。

2.3景观指数计算

利用景观分析软件FRAGSTATS 4.2对研究区不同年份栖息地景观格局进行分析，计算最大斑块指数 （1argest Patch index，LPI）、散步与并列指数（intersPersion and juxtaPosition index，IJI）、蔓延度（contagion index，CONTAG）、香农多样性指标（Shanmon′s diversity index，SHDI）、香农均度指数（Shanmon′s evenness index，SHEI）［16］。

2.4水禽的栖息地变动分析

西洞庭湖的泥滩地、水体和草滩地水生生物丰富，是鹤类、鹭类、鹳类、鸭类、鹬类和鹈鹕等越冬水禽的主要觅食和栖息场所。西洞庭湖的草滩地珍稀鸟类主要有鸿雁 （Anser cygnoides）。林地为保护区中部分繁殖鸟的栖息地，但是不作为水禽主要栖息地。生长时期的芦苇滩地可以作为水禽适宜栖息地来研究，但西洞庭湖水禽主要是越冬水禽，此时芦苇已经收割，不是适宜的水禽栖息。旱地不太适合水禽觅食且易受人类活动干扰，也不是水禽适宜栖息地。故本研究中适宜栖息地包括：水体、泥滩地、草滩地；不适宜栖息地包括：芦苇滩地、林地、旱地。

在判定栖息地类型的基础上，进一步进行栖息地变动研究。若某地在1989年间为不适宜栖息地，在2000年转化为适宜栖息地，则视这种变化为适宜地的增加类；在1989年为适宜栖息地，到了2000年转化为不适宜栖息地，则视这种变化为适宜地的减少类；若10年左右，适宜地未发生改变，则是适宜地不变类；不适宜地未发生改变，则归为其他类。

3　结果与分析

3.1西洞庭湖土地利用类型分布

使用ENVI的精度分析功能对遥感解译结果进行精度评价，评价结果均达到了90%以上，分类精度能够满足研究需求。1989年、2002年和2013年西洞庭湖土地利用类型中水体、泥滩地面积波动较大，而其他土地利用类型波动较小。在1989年、2002年及2013年水体所占的面积比例分别为22.0%、36.2%、25.6%；泥滩地所占面积比例分别为29.5%、8.2%、14.8%，泥滩地主要分布在水体周围。草滩地所占面积比例分别为15.1%、15.6%、15.5%；芦苇滩地所占面积比例分别为 16.8%、21.7%、18.8%；旱地所占面积比例分别为8.7%、9.2%、12.4%；林地所占面积比例分别为8.0%、9.1%、12.9%（图1）。

图1　西洞庭湖1989年，2002年及2013年土地利用类型分类Fig.1　Land use tyPes of Western Dongting Lake in 1989，2002 and 2013

3.2西洞庭湖土地利用类型转移格局分析

本研究用转移矩阵来表示各类栖息地在某时间段内的保留率和转移率，以此分析西洞庭湖水禽栖息地的动态变化。1989—2002年、2002—2013年、1989—2013年西洞庭湖土地利用类型转移矩阵见表1。

表1　西洞庭湖1989—2002年、2002—2013年、1989—2013年水禽栖息地的转移概率Tab1e 1　Waterfow1 habitat transition ProPortion of Western Dongting Lake in 1989-2002，2002-2013，1989-2013　%

由表1可知，1989—2000年间水体的保留率最高，达92.15%；泥滩地的保留率最低，仅为9.99%，而草滩地保留率为35.00%。泥滩地主要向水体（37.57%）、草滩地（15.83%）转化，草滩地则主要向芦苇滩地转化（34.41%）。芦苇滩地、旱地、林地的保留率分别为 66.37%、39.88%、21.80%。芦苇滩地向水体、泥滩地、草滩地的转化均较低，分别为0.36%、12.00%、12.97%。旱地向草滩地转化的比例则较大，达到了24.62%。林地主要向水体（49.99%）、草滩地（13.03%）转化。1998年洞庭湖实施退田还湖，在2000年左右主要是采取居民点搬迁等措施，但农业生产活动并未得到明显缓解。因此1989年到2000年草滩地主要向芦苇滩地转化，芦苇滩地、旱地、林地的保留率亦较高，在此期间人类活动对西洞庭湖水禽栖息地产生了极为重要的干扰。

2002—2013年，水体、芦苇滩地的保留率仍然较其他土地利用类型高，泥滩地的保留率仍然最低。20.56%的水体转化为泥滩地，但仅有4.25%泥滩地转化为水体。草滩地保留率为31.44%，而有21.33%草滩地转化为芦苇滩地。芦苇滩地的保留率为43.27%，而主要向旱地与林地转化。旱地保留率为35.93%，主要向芦苇滩地、林地转化。林地保留率为 18.39%，向泥滩地 （23.90%）、草滩地（20.94%）转化的比例较高（表1）。在此期间，由于退田还湖作用进一步显现，以及三峡工程对洞庭湖冬季水位的调控，西洞庭湖水禽栖息地呈现了一些典型的特征。一方面，由于当地政府严禁在湖区种植杨树（Populus sPP.），对已种植杨树进行砍伐，以及三峡工程调控，提升了洞庭湖冬季水位，种植杨树大量死亡，使林地向大量向泥滩地、草滩地转变，增加了水禽栖息地面积。但另一方面，受经济作用的驱动，芦苇种植仍然没有得到有效的遏制，使芦苇滩地保留率较高，且泥滩地等土地利用类型大量转化为芦苇滩地。

综合而言，1989—2013年，保留率最高的仍然是水体（87.34%）和泥滩地（59.61%），保留率最低的是林地 （13.79%）。草滩地的保留率仅为30.54%，而向芦苇滩地、旱地、林地的转化率则分别达20.26%、20.91%、18.93%，远高于向水体与泥滩地转化的比例。虽然林地向泥滩地转化的比例达到了34.77%，但芦苇滩地、旱地、林地以相互转化为主（表1）。

3.3西洞庭湖景观格局分析

1989年、2002年、2013年西洞庭湖湿地景观指数见表2。

表2　1989年、2002年和2013年西洞庭湖湿地景观指数Tab1e 2　Wet1and 1andscaPe indices of the Western Dongting Lake in 1989，2002 and 2013

从表2可以看出，LPI指数在 1989年最低（10.809），表明这个时段西洞庭湖景观破碎度相对较高，到 2002年、2013年 LPI指数分别为25.711、16.037。3个时间段最大斑块均为水体。西洞庭湖湿地的IJI指数随着LPI的波动而增长或是减少，说明在自然条件和人为干预共同作用下，西洞庭湖湿地斑块分布趋于稳定。西洞庭湖湿地的蔓延度降低，斑块的连接度变差。综合香农多样性指标、香农均度指数表明，1989—2013年西洞庭湖湿地破碎度升高，各种土地利用类型分布均匀度亦增高。

3.4水禽适宜栖息地的转移情况

1989—2002年、2002—2013年、1989—2013年西洞庭湖水禽适宜栖息地转移情况见图2。

图2　1989—2002年、2002—2013年、1989—2013年西洞庭湖水禽适宜栖息地转移情况Fig.2　Change of waterfow1 habitat of Western Dongting Lake in 1989-2002，2002-2013，1989-2013

由图2可知，1989—2002年有近13%的不适宜栖息地转化为适宜栖息地，这类转化多发生在西洞庭湖的西北方，主要是芦苇滩地转化为其他适宜栖息地类型，发生的原因可能是在1998年推行退田还湖政策后，人类活动强度减弱，减少了芦苇的种植，原来的芦苇滩地演变为其他适宜栖息地的土地类型。2002—2013年适宜栖息地的转化比率为11%，转化率稍有下降，此次栖息地类型转移分布离散，芦苇滩地、林地、旱地均一定程度上转化为了草滩地。1989—2002年适宜栖息地转化为不适宜栖息地的比率为20%，在此10年间，最显著的转移即是沿河的泥滩地转化为芦苇滩地，以及西洞庭湖西南方的部分草滩地转化为芦苇滩地。2002—2013年，只有15%适宜栖息地转化为不适宜栖息地，转化的土地类型与前10年基本一致，只是减少了泥滩地转化为芦苇滩地的比例，转移方位由西洞庭湖中部向两端分散。总体看来，在1989—2013年发生栖息地向不适宜栖息地转化的情况离散分布于西洞庭湖的各个区域，多发生在草滩地；而适宜栖息地向不适宜栖息地转化的现象多分布在芦苇滩地和草滩地2类土地利用类型混杂的区域，由于芦苇易生长且具有经济价值，所以容易发生其他类型土地转化为芦苇滩地的现象。

4　结论与讨论

西洞庭湖水体面积以及水体与泥滩地的转化主要取决于降雨、三峡工程的调控，西洞庭湖存在的围湖养鱼活动也在很大程度上影响二者之间的转化。经过20年的变迁，泥滩地由原来最大的土地利用类型逐步分散成其他类型，草滩地无明显变化。在2002年和2013年均存在一定面积各类栖息地转化为林地的现象。芦苇滩地经过20多年变成西洞庭湖区面积最大的滩地类型，芦苇滩地的增长已经成为西洞庭湖区面临的重要问题。西洞庭湖区的水禽栖息地由原来的特征性分布（泥滩地居多）转为各种滩地均匀分布。这样的变化使得越冬水禽的适宜栖息地面积减少，而像芦苇滩地和旱地、林地这类不适宜栖息地面积增加，不利于水禽在冬季的捕食和繁殖。

西洞庭湖1989—2013年的水禽栖息地变化可以分为2个阶段。第1个阶段是1989—2002年，水体和芦苇滩地面积增长、泥滩地面积减少，其原因除了自然界泥滩地到芦苇滩地的顺向演替外，更重要的是实行退田还湖政策后水面的增长以及大面积的人工芦苇种植。第2个阶段是2002—2013年，由于三峡工程的建成，减少了西洞庭湖在冬季的蓄水量，造成水体面积缩减，使得泥滩地面积增长，芦苇滩地面积减少，变成了有利于水禽取食的景观格局。李景刚等［17］在研究了1999—2008年洞庭湖的水面面积变化之后，认为三峡工程建成后，洞庭湖冬季水面面积减少，与本研究研究结果一致。但是值得引起注意的是，这一阶段另1个景观格局变化，即人工杨树林的种植情况。大片的杨树林使林地在西洞庭湖土地利用类型中所占的比例上升至约4%。这样的变化让整个湿地植被向旱生植被靠近，栖息地的景观格局变得破碎，且连接性变差。破碎的景观格局不利于水禽的繁衍交流。杨树林等旱生植被导致湿地水鸟数量减少，森林鸟类比例增加［18］。刘云珠等［12］学者对洞庭湖人工杨树林将造成的影响作出了同样的结论。经济效益固然重要，但为了经济效益去推广杨树种植从而造成西洞庭湖水禽生境恶化，减少了珍稀越冬水禽的数量，这显然得不偿失。

本研究认为近20年西洞庭湖湿地生境有所退化，但近年不断得到改善。石军南等［16］针对洞庭湖的湿地景观格局变化进行研究，认为近年洞庭湖景观优势度降低，与本研究结果一致。但是石军南等［16］认为洞庭湖的破碎度逐年上升，生境一直处于退化状态。造成研究结果不同的原因可能是石军南等研究的时间跨度为1989—2013年，空间跨度为整个洞庭湖，就整个洞庭湖而言，三峡大坝的建成，东洞庭湖所受的的影响最大，南洞庭次之，西洞庭所受的影响最小。

在近20年西洞庭湖水禽栖息地变动过程中，降雨、植被演替等因素具有重要作用，但是退田还湖、围湖养鱼、三峡工程、芦苇种植与杨树栽培等人类活动对其影响更为剧烈，不适当的人为干预往往导致水禽生境退化。在处理西洞庭湖的经济和生态协调发展时，政府和相关部门需要更详尽地考虑其中的利害关系，以达到一个良性循环。

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（责任编辑曹龙）

Changes of Land Use and Waterfow1 Habitats in Western Dongting Lake from 1989 to 2013

He Rui1，2，Zhao Yun1in1，2，Xu Zhenggang2，3，Duan Choucang1，2，Tao Yanyu3，Peng Jiao1，2

（1.Co11ege of Bioscience and Biotechno1ogy，Hunan Agricu1tura1 University，Changsha Hunan 410128，China；2.Co11ege of Life Science and Techno1ogy，Centra1 South University of Forestry and Techno1ogy，Changsha Hunan 410004，China；3.Co11ege of Chemistry and Environment Engineering，Hunan City University，Yiyang Hunan 413000，China）

In order to exP1ore the transfer Pattern of 1and use tyPe and remote sensing interPretation and changes of waterfow1 habitat in western Dongting 1ake，remote sensing images of winter in 1989，2000 and 2013 were chosen and interPreted resPective1y in the study.The study showed that retention ProPortion of water and mudf1ats 1and was higher than other 1and use during 1989 to 2013.87.34%of water and 59.61%of mudf1ats 1and were kePt during the Period.On1y 30.54%of marsh 1and was keeP during the above Period.The tota1 transformation ProPortion of marsh 1and to reed 1and，dry 1and and forest was 20.26%，20.91%and 18.93%resPective1y and was higher than the transformation ProPortion of marsh 1and to water and mudf1at 1and.In the meanwhi1e，34.77%of forest transformed to mudf1at，whi1e reed 1and，dry 1and and forest transformed each other during the Period.Both of fragmentation index and evenness index of 1and use increased during the Period.Changes of waterfow1 habitat cou1d be divided into two Phase for the Period.The water ProPortion increased 14%and wet1and increased from 1989 to 2002，whi1e water ProPortion decreased 11%and for-est ProPortion increased 4%from 2002 to 2013.Human activities，such as returning farm1and to 1ake，Piscining in 1ake，the three gorges Project，reed P1anting and PoP1ar cu1tivation，are an imPortant driving factor to the change of waterfow1 habitat.InaPProPriate human disturbance can be a1ways 1eading to degeneration of waterfow1 habitat.

waterfow1，1and，wet1and，remote sensing，1andscaPe Pattern，Western Dongting Lake

S718.52

A

2095-1914（2016）04-0115-06

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.019

2015-11-08

国家林业公益性行业科研基金资助项目（201304310）资助；湖南省科技计划项目（2015SK20032）资助；湖南省大学生研究性创新性项目资助（基于“3S”技术的洞庭湖主要鸟类栖息地评价研究）资助。
第1作者：何锐（1989—），硕士生。研究方向：湿地生态学。Emai1：229879865@qq.com。

徐正刚（1986—），博士生，助教。研究方向：生态学与环境修复。Emai1：rssq198677@163.com。