盘锦湿地景观格局演化及生境适宜性评价研究

成 遣，周林飞

(沈阳农业大学水利学院，沈阳 110866)

湿地作为地球上特殊的生态系统，不但为人类提供赖以生存的原材料，也为自然界的生物提供繁衍生息的家园，在改善自然环境及维持生物多样性方面具有重要的贡献。但近年来，随着城市化的不断推进，城市边界一再扩张，部分土地开发者对自然资源的保护意识薄弱，不但对湿地生态系统造成了严重的干扰，而且加速了湿地生态功能的退化及湿地面积的萎缩，已对湿地水禽的生存环境造成了巨大的压力[1]。

起初在研究栖息地适宜性问题时，由于受到数据采集及空间分析方法的限制，仅能从宏观上进行描述，不能将空间特性引入到评价分析中。近年来，随着3S数据获取及空间分析手段的日益成熟，使得栖息地适宜性指数的应用越来越细化及具备空间特性。2001年，Hansen等人依据遥感影像上的纹理特征及光谱特性研究鸟类分布特征，研究结果表明遥感影像可以反映植被的异质性，可以预测物种的空间分布特征[2]。Oja等人在2005年采用遥感影像上提取的土地覆被信息模拟了爱沙尼亚鸟类栖息地适宜性，证明鸟类栖息地适宜性空间分布与湿地相关性显著[3]。何锐等人利用遥感手段分析了近1989-2013年西洞庭土地类型变化的原因以及对水禽带来的影响，为水禽生境保护提供依据[4]。满卫东等人通过对1990-2015年间水禽栖息地适宜性进行评价，获得三江平原生态功能区及1995-2015年间水禽栖息地适宜性结果，并分析其时空分布和变化特征，结果表明土地覆被变化是水禽栖息地适宜性等级变化的最重要影响因素[5]。由此可见，利用遥感和GIS技术进行栖息地适宜性评价，不但能获得大范围、多尺度的研究数据，而且能准确体现栖息地适宜性变化的时空变化特征。

目前，湿地水禽栖息地适宜性评价的研究很少，而且研究所选用的评价因子也比较单一，很少结合水禽的栖息环境选取，而评价因子的选取恰恰是适宜性分析关键。湿地作为水禽的重要栖息地，应根据湿地本身特征及水禽栖息的特点选取特定的评价因子。鉴于此，本文以盘锦湿地为研究对象，以遥感和GIS为技术支撑，结合水禽栖息地的环境特征以及地貌状况，选择水源状况、食物丰富度、遮蔽物和干扰条件作为评价指标，采用层次分析法确定各因子权重，实现盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价研究，以此为基础进行盘锦湿地的时空特性及驱动因素分析，以期为湿地的生物多样性保护和生态环境的改善提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究概况

盘锦湿地地处辽河三角洲的核心地带，西起大凌河口，东至大辽河河口，地理位置介于东经121°30′～122°31′，北纬40°45′～41°27′N之间，总面积39.21 万hm2。盘锦湿地中有白鹳、黑鹳、白尾海雕、白天鹅和丹顶鹤等国家一类保护的珍稀水禽，是我国重要的水禽栖息地。盘锦湿地的水禽栖息地适宜性状态可为研究区域环境变化及生物多样性持续发展提供重要参考。

1.2 数据源及预处理

研究的基础数据是1989、1999、2009和2017年的遥感影像，主要来自美国地质调查局(USGS)，影像类型为Landsat TM、ETM+和OLI影像，分辨率为30 m，如表1所示。除此之外，数据还包括相关辅助资料包括保护区内的水系图(2012年)、行政界限图(2009年)、植被图、功能区图(2010年)、相关文字、图表资料等。相关统计资料及图件，主要包括:《盘锦市统计年鉴》(2014年)、《辽宁省统计年鉴》(2014年)、盘锦市土地利用现状图(2010年)、水系图(2012年)、行政界限图(2010年)、交通规划图(2014年)、植被图(2012年)、功能区图(2014年)、相关文字、图表资料等。为了提高影像解译精度并对其进行精度验证，还包括野外GPS调查数据[6-8]。

表1 遥感影像信息Tab.1 Remote sensing image information

数据处理的过程中，在ErdasImagine2016平台下对遥感影像进行了纠正、融合及镶嵌处理。根据影像纹理特征及地貌特点，结合GPS野外调查结果对影像进行目视解译及分类[9-11]。本文在划分景观类型时依据《辽宁省土地利用分类系统标准》及参照已有的研究成果，将盘锦湿地景观划分芦苇、滩涂、河流、水田、旱地、居民地及养殖塘7种。为了提高分类精度，本研究比对了目视解译与监督分类的结果，采用总体精度和Kappa系数进行解译成果评定，得到四期分类图的精度(见表2和图1)，从结果来看精度满足解译及计算要求。

表2 遥感影像分类精度Tab.2 Remote sensing image classification accuracy

1.3 研究方法

1.3.1 评价因子的选取

本文根据湿地本身特征及水禽栖息的特点，选取如水源、食物丰富度、遮蔽条件这些直接影响水禽生存环境的因子。一些由于人为活动而造成对水禽栖息地的间接影响的干扰因子也作为评价因子。由于气候条件的尺寸比较大，本次研究不将其作为研究的评价因子。所以，本文选取水源状况(养殖塘和河流密度)、食物丰富度(NDVI)、遮蔽条件(景观类型)和干扰因子(居民地和道路密度) 作为评价因子。其中水源状况、食物丰富度、遮蔽条件与适宜性呈正相关性，而干扰因子则与适宜性呈负相关性。以这4个评价因子为基础建立盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价指标体系[12,13]。

1.3.2 权重的确定

采用层次分析法，根据评价因子对水禽栖息地的贡献及影响程度赋予权重，公式如下：

(1)

图1 1989、1999、2009、2017年盘锦湿地景观类型图Fig.1 Panjin wetland landscape types in 1989, 1999, 2009 and 2017

式中：n为指标因子个数；wi为权重；fi为指标因子计算值。

将1989、1999、2009和2017年的水禽栖息地适宜性分为：适宜性最好(1～0.75)、适宜性良好( 0.75～0.5) 、适宜性一般(0.5～0.25)、适宜性差(0.25～0)4个等级。通过查阅文献及专家评判相结合的方法来确定各因子的权重，如表3所示。

表3 盘锦湿地水禽栖息地影响因子权重表Tab.3 Factor weights of water bird habitat in Panjin wetland

2 结果与分析

2.1 景观格局演变

从表4可知，在1989-2017年间，自然湿地景观面积呈萎缩趋势，由1989年的14.098 41 万hm2下降为2017年的1.015 793 万hm2，这其中减少最多的是滩涂，减少了1.525 23 万hm2；人工湿地景观面积呈上升趋势，由1989年的18.140 544 万hm2上升为2017年的21.463 128 万hm2，其中增加最多的是水田，增加了2.908 845 万hm2；非湿地景观面积呈略有增加的趋势，增加了0.624 033 万hm2，虽然旱地面积有所下降，但居民地面积增长迅速，增加了1.839 339 万hm2。总体来看，水田、养殖塘及居民地面积的大幅增加反映出在研究时段内盘锦湿地内人类活动日趋频繁和强烈，其是导致整个湿地景观格局变化及影响栖息地适宜性的最主要因素[14,15]。

表4 1989-2017年盘锦湿地景观类型变化 万hm2

2.2 水禽栖息地适宜性评价

2.2.1 适宜性因子的获取

在ArcGIS10.3平台下，通过空间分析中的密度分析功能得到河流、养殖塘、居民地、道路景观的密度。道路密度则是参考2014年的道路规划图，主要以主干道路为主提取的[16]。

食物丰富度则是通过植被指数NDVI来体现，其值越大，表示作物越丰富，水禽食物来源越充足，具体的计算公式为:

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

(2)

式中：NIR为近红外波；R为红波段。

采用2017年的OLI影像4、5波段提取NDVI。由于遮蔽物是避免水禽遭受侵害的躲避场所，所以其遮蔽效果越好，适宜性越佳。在景观类型中，芦苇遮蔽效果最好，其次水田和旱地，最后是居民地、道路等人工建筑[17]。

通过空间分析得到适宜性评价因子分布图(见图2)，由图2可知，河流密度和养殖塘密度表示湿地水禽的水源状况，密度越大，水源越充足。而道路密度和居民地密度则表示人类活动的干扰情况，密度越大，栖息地适宜性越差。NDVI表征了水禽的食物来源，值越大，适宜程度越佳。结合湿地水禽栖息地的特征及查阅相关文献，对适宜性评价因子进行等级划分，主要划分为4个等级(见表5)。在ArcGIS10.3平台下根据这4个等级对原有的适宜性评价因子分布图进行了重分类。

图2 盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价因子分布图Fig.2 Distribution of suitability assessment factors of waterfowl habitat in Panjin wetland

评价因子适宜性最好适宜性良好适宜性一般适宜性差河流密度1.2～1.60.8～1.20.4～0.80～0.4养殖塘密度1.8～2.41.2～1.80.6～1.20～0.6道路密度0～0.30.3～0.60.6～0.80.8～1.0居民地密度0～0.90.9～1.81.8～2.72.7～3.7NDVI190～255130～19070～1300～70

2.2.2 水禽栖息地适宜性评价

结合ArcGIS10.3平台下的叠加分析及栅格计算功能，以重分类的结果为基础实现盘锦湿地水禽栖息地适宜性空间分布评价。通过将指标因子以栅格像元为计算单位，根据因子的权重，进行加权叠加得到水禽栖息地适宜性的空间分布情况，结果值越大，则代表适宜性越好，结果值越小代表适宜性越差[18-20]。最后，将计算结果划分为4个等级，即适宜性最好(100～75)、适宜性良好(75～50)、适宜性一般(50～25)、适宜性差(25～0)4个等级，得到水禽栖息地适宜性分级图(见图3)。通过计算，适宜性最好的面积为7.37 万hm2、适宜性良好的面积为17.92 万hm2，适宜性一般的面积为8.43 万hm2，适宜性差的面积为5.49 万hm2。水禽栖息地适宜性良好以上的面积占比将近为64.5%，这与盘锦市政府近年来为保护湿地生态环境实施生态功能区建设、布设绿道等保护措施有关。

图3 盘锦湿地水禽栖息地适宜性分级图Fig.3 Classification of habitat suitability of water birds in Panjin wetland

3 讨 论

(1)景观类型变化的影响。景观类型变化是影响水禽栖息地适宜性改变的重要因素，不同的景观为水禽提供的生存环境差异较大。在1989-2017年间，自然湿地景观面积逐渐呈萎缩趋势，而人工湿地景观面积则呈上升趋势，两者具有较强的一致性。在水禽栖息地适宜性评价中，自然湿地的适宜性要好于人工湿地的适宜性。如果自然湿地按目前发展趋势继续萎缩的话，未来将会导致水禽栖息地的适宜性逐渐变差。鉴于此，为了维持区域生态系统的稳定，需要合理的规划及协调地方发展与生态保护之间的矛盾，制定相关的退耕还湿政策，尽可能地减少和消除人为活动给湿地生态环境带来的压力。

(2)评价因子选取的影响。评价因子的选取是水禽栖息地适宜性评价的关键，直接影响着水禽栖息地适宜性评价结果。但由于详细描述水禽栖息地的相关生态指标往往难以获取，只能将可操作性好的重要指标作为评价水禽栖息地适宜性的评价因子来减少对评价结果的偏差。本文仅将水源状况、食物丰富度、遮蔽物和干扰条件作为评价因子，但随着生态指标获取手段的完善，评价因子更为全面，所获得的评价结果也会更加符合栖息地现状，这也是以后进一步深入研究的重点。

(3)数据源的影响。本文的数据源主要来自美国地质调查局，虽然遥感技术应用于大尺度、多时相的研究效率高，但由于四期影像的分辨率均为30 m，一些细小图斑在影像图上无法反应，野外GPS采集解译标志点也不会覆盖那么全面，间接会导致解译成果与保护区实际状况会产生偏差，对统计各类景观面积及生境适宜性分级面积会有影响。随着更深层次研究的需要，应选取分辨率更高些的影像数据。

4 结 语

适宜性最好的区域主要分布于大片芦苇湿地内部以及河流周围，因为水源与食物比较充足，而且该区域内人口稀少，非常适合水禽生存。从景观类型图来看，该地区的大面积斑块多而且比较集中，景观破碎化不严重，说明受到人为破坏小；适宜性良好的区域主要分布于大片水田及部分芦苇湿地内部。由于接近适宜性最好的区域，处于栖息地适宜性最好的缓冲地带。该区域内只有零星的居民地镶嵌分布在水田中，其他的居民地成聚集分布，这说明在此区域生态系统相对稳定，为水禽存留大量的适宜栖息地；适宜性一般和适宜性差的区域主要分布在居民地密集区及道路附近，由于受人为干扰力较强，生态敏感性很弱，生态系统稳定性差，所以不适宜水禽栖息。

本文以盘锦湿地为研究区，以遥感为数据获取手段，应用层次分析法和GIS空间分析技术进行对水禽栖息地做适宜性评价，不但揭示了盘锦湿地水禽栖息地适宜性的空间分布特征，而且为盘锦湿地保护和恢复提供了重要参考，也为生物多样性的可持续发展提供借鉴。