大连市海水养殖遥感调查与分析

李翔宇

（大连市生态环境事务服务中心，辽宁大连 116023）

1 引言

海水养殖规模的不断扩大给近岸海域带来了不可忽视的水污染问题，比如营养盐污染、有机质污染、重金属污染、抗生素污染等［1］。由于海上养殖区分布广泛、交通不便，对其进行全面的地面调查并进行有效监管相对困难，而遥感技术以其广覆盖、短周期、多信息的数据获取优势，为海水养殖区调查提供了有效、快捷的手段。近年来，海水养殖区遥感调查研究中，低、中、高分辨率遥感数据均有应用［2］，主要是与卫星及航空遥感技术的发展相适应。目前高分辨率遥感影像的应用越来越普遍，常用的遥感数据类型主要有全色影像、多光谱影像和微波雷达影像等，全色影像与多光谱影像的融合可大大提高影像的空间表现能力［3］。养殖区识别的方法主要分为目视解译法［4-5］、自动提取法［2，6-7］。通过查阅文献发现，一种自动识别方法往往只针对某一种或两种养殖方式或某一种数据源进行，比如围网养殖［6］、网箱养殖或浮筏养殖［2，7］，更换研究区、养殖方式或者数据源会引起方法的不适应或者提取精度的波动。本文利用高分辨率“全色+多光谱”融合影像，采用人机交互目视解译方法，对大连市近岸海域养殖区进行分类信息提取，掌握了其现状面积及空间分布情况，并结合海水水质情况进行了分析。其成果可作为环境影响评估、近海养殖区科学规划与管理的重要依据，以促进海洋资源的合理利用及海洋环境的改善。

2 研究区概况

大连市地处辽东半岛南端，东濒黄海，西临渤海，南与山东半岛隔海相望，海域辽阔，海岸线绵长，得天独厚的区位和自然条件使大连地区的海水增养殖业迅猛发展，已成为区域支柱产业之一，主要增养殖生物为海参、扇贝、牡蛎、蛤仔、鱼、裙带菜等［8］。

3 海水养殖区遥感调查

3.1 数据源

采用2019 年资源三号（ZY-3）、高分一号（GF-1）、高分二号（GF-2）、高分六号（GF-6）卫星影像数据进行海水养殖区调查，影像原始数据经波段合成、正射校正、全色与多光谱数据融合、调色、镶嵌等操作获得空间分辨率为2 m 的自然真彩色多光谱遥感影像，范围覆盖大连市大陆、岛屿，向海一侧覆盖围海、填海、构筑物等用海及滩涂区域。采用CGCS2000坐标系，高斯—克吕格投影（3 度带，中央经线123度）。

3.2 影像时相选择

不同养殖物种有着不同的生长周期，有些养殖方式，比如筏式养殖和网箱养殖，在不同的生长阶段，养殖区在遥感影像上呈现的光谱特征是有较大差别的。以裙带菜为例，每年6—10 月育苗，然后在海上浮筏养殖至第二年3—4 月份采收，采收前养殖区纹理特征明显，边界清楚，采收后养殖区与周边海水颜色没有明显差异。因此遥感影像的采集时间应依据养殖物种的养殖周期选择，推荐挂（投）苗后—采收（捕）前，工厂化养殖和池塘养殖不受此限，但也应避开冬季结冰期的影响。

当对研究区养殖物种了解较少时，可基于中分辨率遥感影像（Landsat 8）［9］通过逐季度/逐月对比的方式选择水产生长茂盛期。大连市筏式养殖主要分布在黄海海域，以4 月份影像为主；网箱养殖主要分布在瓦房店、长兴岛海域，以6 月份影像为主；其余地区选用6—9 月份影像。影像无云、雾覆盖。

3.3 影像解译

大连市主要增养殖模式为浅海筏式养殖、网箱养殖、海水底播增殖、池塘养殖、工厂化养殖等［8］。其中，海水底播增殖方式无法通过遥感方式进行识别，其余养殖方式可通过实地调查建立遥感解译标志，见表1，根据解译标志对各类养殖区进行判读勾绘，完善属性信息。

表1 海水养殖区遥感解译标志

4 结果与分析

根据大连市海水养殖区遥感调查结果，2019 年大连市海水养殖面积约1 234.45 km2，未计入底播养殖区域。

大连市海水养殖区沿大陆岸线及岛屿绵延分布，十分广泛；池塘养殖主要分布在大连北部县区，黄、渤海域分布相当；筏式养殖主要分布在大连市区东部及长海县，黄海开放海域；工厂化养殖和网箱养殖主要分布在大连北部县区、渤海海域；中心城区周边的养殖区基本已经退出。

大连市海水养殖区遥感调查结果见表2。从表2可以看出，按照养殖方式比较，池塘养殖面积最大，筏式养殖次之，工厂化养殖和网箱养殖面积较小；按照所在海域比较，黄海海域养殖面积远大于渤海海域。

表2 大连海水养殖区遥感调查结果

各海湾中，养殖区分布较多的有普兰店湾、青堆子湾、复州湾、董家口湾，均以池塘养殖为主，大连湾、大窑湾海水养殖区已基本退出。其中，普兰店湾养殖区面积最大，约为206.39 km2，占大连渤海养殖区面积的52.6%，占全市海水养殖区面积的16.7%。近年来，池塘养殖区不断向海上扩张，目前东西延伸可超30 km，南北延伸可超10 km，2005—2019 年，普兰店湾湾口处由24 km 缩小为17 km 左右；青堆子湾养殖区面积约为83.00 km2，占大连市黄海养殖区面积的9.9%，占大连全市海水养殖区6.7%，青堆子湾一半以上面积被养殖区侵占。

根据《大连市生态环境状况公报》（2018 年度）［10］，普兰店湾及青堆子湾等局部海域污染较重，主要污染因子是无机氮和活性磷酸盐，并在8 月份出现重度富营养化状态，而海水增养殖区域主要超标因子为无机氮和活性磷酸盐［11］，这与养殖区遥感调查结果是相匹配的。养殖区残余饵料及养殖物种粪便带来大量有机质污染，有机质降解过程中又持续释放氮、磷等化合物［1］，造成污染。同时，养殖区的扩张使得半封闭海湾越来越小，湾口越来越狭窄，海水交换速率缓慢，污染物不易转移和扩散，海水净化纳污能力被削弱，进一步加剧了海水污染的风险。

5 结论

（1）基于高分辨率多光谱遥感影像可以较为清晰地判别池塘养殖、筏式养殖、工厂化养殖和网箱养殖区域，海水底播养殖区域无法识别。遥感影像时相的选取要考虑研究区养殖物种的养殖周期，推荐挂（投）苗后—采收（捕）前，否则筏式养殖与网箱养殖面积容易被低估。

（2）不考虑海水底播养殖区域，大连市海水养殖以池塘养殖和筏式养殖为主，黄海养殖面积远大于渤海，渤海以池塘养殖为主，黄海以筏式养殖为主。各海湾中，普兰店湾、青堆子湾、复州湾、董家口湾养殖区面积较大。中心城区周边、大连湾、大窑湾海水养殖已基本退出。

（3）普兰店湾和青堆子湾的氮、磷污染与海水养殖密切相关。一方面是养殖残饵与粪便排放带来了海水污染，另一方面是养殖区扩张侵占海湾面积，尤其是湾口变窄使得湾内外海水交换速率放缓，海水自净能力的下降也是重要原因。