基于遥感数据的黄河口湿地变化研究

李刚+信志红+李峰

摘要：基于1992-2015年12期黄河口地区Landsat TM/ETM数据，解译并分析了黄河口湿地的变化情况，以期为进一步识别湿地变化原因和开展湿地生态恢复等研究提供科学理论依据。研究结果表明：近24年来，黄河口湿地演变存在显著的空间异质性，在黄河口湿地总面积减少的背景下，各类湿地面积有增有减，部分湿地表现出破碎化的趋势特征；黄河口湿地以天然湿地为主，近24年来，天然湿地面积呈萎缩趋势，人工湿地面积呈扩张趋势，黄河口湿地总面积整体呈湿地退化和人工化趋势；天然湿地中，滩涂湿地面积最大，草甸湿地面积减少趋势最为明显，除河流湖泊湿地面积平缓上升外，其它各类天然湿地面积均呈下降趋势；人工湿地中，水库坑塘湿地和盐田及养殖池面积均呈上升趋势，其中盐田及养殖池面积表现出强烈的扩张趋势；黄河口湿地的变化是多年来气候变化、黄河水沙、人类活动等因素共同作用的结果，而驱动因素相对贡献的量化评定还有待于进一步探讨。

关键词：遥感数据；黄河口；湿地；变化

中图分类号：S127 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2016）11-0104-05

Abstract Based on the Landsat TM/ETM data in the Yellow River estuary region from 1992 to 2015， the changes of the Yellow River estuary wetlands were analyzed so as to further identify the reasons of wetland change and provide scientific theories for the wetland restoration. The results indicated that the Yellow River estuary wetland evolution showed significant spatial heterogeneity in recent 24 years. The total wetland area in the Yellow River estuary region decreased. Under this background， some types of wetland area increased and the others decreased， and some wetlands demonstrated a trend of fragmentation. Natural wetland was the main wetland type in the Yellow River estuary region. In recent 24 years， the natural wetland area showed a shrinking trend while the constructed wetland area showed an expanding trend. The total area of the Yellow River estuary wetland showed a trend of wetland degradation and artificialization. In the natural wetlands， the tidal wetland area was the largest； the decreasing trend of meadow wetland area was the most evident； apart from the river and lake wetland area which gently rose， other kinds of natural wetland area showed downward trends. In the constructed wetlands， the areas of reservoir and pond wetlands， salt ponds and culture ponds showed an upward trend， especially the salt ponds and culture ponds showed a strong expanding trend. The Yellow River estuary wetland change was the results of climate change， the Yellow River water and sediment and human activities for years. The assessment of relative contributions of the driving factors still needs further discussion.

Keywords Remote sensing data； The Yellow River estuary； Wetland； Change

湿地又被称为“地球之肾”，是介于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡区域，具有独特的水文、土壤和生态特征，在蓄洪防旱、调节气候、降解污染、保护生物多样性以及维持生态平衡等方面具有不可替代的作用，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一[1-7]。深入分析湿地演变时空特征及其驱动机制是了解湿地生态演变规律和制定湿地保护对策的基础[8]。本研究利用1992-2015年12期黄河口地区Landsat卫星遥感影像数据，通过人工目视解译方法进行解译[9]，并以此为基础进一步对黄河口湿地演变情况进行分析。掌握黄河口湿地时空变化情况，对保护湿地与保障地区经济发展，维持黄河口地区可持续发展等具有重要的指导意义。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于山东省东营市东北部的黄河入海口处，北临渤海，东靠莱州湾，地理坐标介于东经118°33′～119°20′、北纬37°35′～38°12′之间，是中国暖温带保存最完整、最广阔和最年轻的湿地生态系统，黄河口湿地以其原始性、脆弱性和作为珍稀濒危鸟类重要栖息地的作用在国际上备受重视[10]。由于黄河每年携带的大量泥沙有2/3沉积在河口，黄河口每年新增淤地0.2×104 hm2，河口海岸线以每年3 km的速度向渤海湾推进，不断为这里的开发建设提供可靠的后备土地资源，广阔的土地资源使黄河口地区成为我国东部农业发展潜力最大的地区[11]。

1.2 数据来源与处理

本研究使用的数据主要包括：①黄河口地区1992、1994、1996、1998、2000、2001、2004、2006、2008、2010、2013、2015年12期Landsat TM/ETM遥感影像资料，数据来自美国地质调查局USGS网站，影像拍摄日期多在9月前后；②黄河口实地考查数据，2015年4月在研究区内采集得到的多点地表覆被数据。

对获取的Landsat影像进行几何校正，使误差控制在一个像元以内，并进行波段组合和直方图均衡化处理以突出相关信息、增强图像对比度，方便目视解译；将实地采样数据空间化，以便与遥感影像叠加建立解译标志，并同解译结果对照，进行解译精度检验。

1.3 研究方法

在前期预处理的基础上，依据《国际湿地公约》的湿地分类标准，结合黄河口地区的特点，综合考虑湿地的水文、生态及植物优势群落等要素，对黄河口湿地进行二级分类：根据湿地资源受人类干扰程度分为天然湿地和人工湿地，其中天然湿地包括滩涂湿地、沼泽湿地、草甸湿地、河流湖泊湿地，人工湿地包括水库坑塘湿地和盐田及养殖池[12]。根据相关解译标志、Google Earth当前和历史影像资料及实地考察数据，采用人工目视解译法进行各类湿地的解译，得到逐期黄河口湿地分布情况。

在遥感图像软件ENVI支持下，对各类湿地面积数据进行提取汇总，利用线性倾向估计进行黄河口湿地变化趋势分析。随着时间的变化，各类湿地面积常表现为序列整体的上升或下降趋势、空间分布格局变化以及在某时刻出现转折或突变。这些变量可以看作是时间的一元线性回归，线性倾向值用最小二乘法估计[13]：

B=∑ni=1xiti-1n∑ni=1xi∑ni=1ti

∑ni=1t2i-1n∑ni=1ti2

式中B为线性倾向值，x为湿地面积，t为年份，n为样本数。当B>0时，随时间t的增加，x呈上升趋势，当B<0时，随时间t的增加，x呈下降趋势。

2 结果与分析

2.1 湿地空间变化分析

1992-2015年12期黄河口湿地遥感监测结果如图1。可以看出，近24年来，滩涂湿地主要分布区域集中在北部（一千二自然保护区）和东部（黄河口自然保护区），且逐年发生不同程度变化；1996年前，北部滩涂湿地区域面积较大，东部黄河入海口处滩涂湿地区域主要向东南方向延伸；自1996年起，研究区域内的草甸湿地区域范围减小，北部滩涂湿地区域面积减小，东部黄河入海口处滩涂湿地区域开始向东北方向延伸且逐渐扩张；1996年，沼泽湿地区域面积最大最集中，主要集中在北部区域；河流湖泊湿地区域面积变化相对稳定，位于北部的一处水库坑塘湿地于2010年后逐渐消失；盐田及养殖池区域面积变化明显，1998年前呈零星分布，2000-2006年呈西、东、南三方位分布，2008年后呈南、北较大面积分布。

2.2 湿地面积变化分析

2.2.1 湿地一级分类面积变化情况 受自然及人为因素的综合影响，各类湿地分布区域和面积呈现不同的特点，黄河口湿地一级分类面积及比例情况如表1。1992-2015年，黄河口湿地面积总体呈下降趋势，24年间湿地总面积减少14 702.65 hm2，减少12.9%；天然湿地面积占比从1992年的97.9%减至2015年的70.1%，人工湿地面积从1992年的2.1%增至2015年的29.9%，增加了27.8个百分点；对黄河口湿地一级分类面积计算多年平均值，可知黄河口地区天然湿地和人工湿地面积占比分别为87.0%和13.0%，天然湿地面积占比是人工湿地面积占比的6.7倍。

利用线性倾向估计进行黄河口湿地变化趋势分析，结果表明，1992-2015年，黄河口地区天然湿地面积呈减少趋势，减少速度为18 983.0 hm2/10a；人工湿地面积呈增加趋势，增加速度为10 883.5 hm2/10a；湿地总面积呈减少趋势，减少速度为8 099.5 hm2/10a。由上可知，近24年来，黄河口湿地总面积与天然湿地面积变化趋势一致，即总体呈下降趋势，而人工湿地面积则呈明显递增的态势（表2、图2）。

2.2.2 天然湿地面积变化分析 对黄河口地区天然湿地面积变化情况进行分析，结果（图3）表明，近24年来，黄河口地区滩涂湿地面积变化总体呈“升-降”的波动下降趋势，少数年份会有不同程度“降-升-降”的波动变化，期内最大面积出现在1994年（64 664.82 hm2），最小面积出现在2006年（43 866.90 hm2）；沼泽湿地面积变化比较平稳，呈“降-升-降”趋势在小区间内波动，期内最大面积出现在1996年（10 127.52 hm2），最小面积出现在2015年（54.90 hm2）；草甸湿地面积变化总体也呈波动下降趋势，期内最大面积同样出现在1996年（53 782.11 hm2），最小面积出现在2015年（18 735.84 hm2）；河流湖泊湿地面积变化平缓，期内最大面积也出现在1996年（6 010.29 hm2），最小面积出现在2000年 （1 551.15 hm2）。

利用线性倾向估计进行黄河口天然湿地变化趋势分析，结果（表3）表明，1992-2015年，黄河口地区滩涂湿地、沼泽湿地、草甸湿地面积均呈减少趋势，减少速度分别为4 438.2、2 332.0、12 324.0 hm2/10a，河流湖泊湿地呈平缓增加趋势，增加速度为110.91 hm2/10a。由上可知，近24年来，黄河口地区天然湿地面积总体呈下降趋势，其中草甸湿地面积下降最明显，滩涂和沼泽湿地次之，河流湖泊湿地面积呈平缓上升趋势。

2.2.3 人工湿地面积变化分析 对黄河口地区人工湿地面积变化情况进行分析，结果（图4）表明，近24年来，黄河口地区水库坑塘湿地面积在20世纪90年代均不足4 000 hm2，2001-2010年期间最大面积为4 880.70 hm2，近五年来迅速下降至2 499.57 hm2；盐田及养殖池面积变化总体呈波动上升态势，期内最大面积出现在2015年（27 200.97 hm2），最小面积出现在1992年（1 011.60 hm2）。

利用线性倾向估计进行黄河口人工湿地变化趋势分析，结果（表4）表明，1992-2015年，黄河口地区水库坑塘湿地、盐田及养殖池面积均呈增加趋势，增加速度分别为105.2 hm2/10a、10 778.5 hm2/10a，其中盐田及养殖池变化趋势方程拟合优度达0.8940。可知，近24年来，黄河口地区人工湿地面积总体呈上升趋势，其中盐田及养殖池面积上升趋势明显，水库坑塘湿地面积呈平缓上升趋势。

3 讨论与结论

本文基于1992-2015年12期黄河口地区Landsat TM/ETM数据，解译并分析了黄河口湿地的演变规律，从而为区域湿地生态保护和恢复、进一步识别湿地变化原因等研究提供科学理论支撑。研究结果表明：

（1）近24年来，黄河口湿地演变过程存在显著的空间差异。在黄河口湿地总面积减少的背景下，各类湿地面积有增有减，部分区域湿地表现出破碎化趋势特征。滩涂湿地主要分布在北部和东部，黄河入海口区域滩涂湿地面积扩张趋势明显；草甸湿地分布区域减小；河流湖泊湿地面积变化缓中有增；人类活动影响明显，北部一处水库坑塘逐渐消失，盐田及养殖池区域面积由零星点状分布增至南、北较大面积分布。

（2）黄河口湿地以天然湿地为主，近24年来，天然湿地面积减少明显，呈萎缩趋势，人工湿地面积增加迅速，呈扩张趋势，黄河口湿地总面积萎缩，整体呈湿地退化和人工化趋势。

（3）天然湿地中，滩涂湿地面积最大，草甸湿地面积减少最为明显，除河流湖泊湿地面积平缓上升外，其它天然湿地面积均呈下降趋势；人工湿地中，水库坑塘湿地和盐田及养殖池面积均呈上升趋势，其中盐田及养殖池面积增加明显，表现出强烈的扩张趋势。

（4）黄河口湿地的变化受到自然、人文等多因素的影响和驱动，是多年来气候变化、黄河水沙、人类活动等因素共同作用的结果，而驱动因素相对贡献的量化评定还有待于进一步探讨。

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