白城市沼泽湿地景观格局变化及驱动力分析

2021-09-15孔令阳刘吉平

农业与技术 2021年17期

孔令阳刘吉平

(吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林四平 136000)

自然界中，湿地是最富生物多样性的生态景观，同时湿地为人类提供了重要的生存环境[1,2]。湿地与气候、水文和土壤等要素的相互作用，每个要素一旦因自然环境的变化而变动，或因人为活动而受到不同程度干扰时，则会产生一系列变化，影响湿地的形态和生态效益，进而对地表环境和人类生产生活产生巨大的影响。目前我国的湿地受人为干扰剧烈，面积急剧下降。面对湿地格局的强烈变化，认清现状、发现原因并找出解决方法有着十分重大的现实意义。目前，国内外对湿地景观格局演变主要通过定性描述、景观生态叠置和景观格局数量分析等方法进行研究[3-5]，对白城市湿地景观格局变化研究较少。白城市位于吉林省西部，是较典型的湿地分布区域，探究白城市沼泽湿地的景观格局变化，有利于进一步了解湿地、保护湿地。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

白城市区域范围介于E121°38′～124°22′，N44°13′～46°18′，总面积为25759km2，见图1。白城市地形为平原、低山和丘陵，地势由西北向东南倾斜[6]，西北部为低山丘陵，海拔300～660m；东部为平原，海拔130～140m；西部偏南地区分布着大小不一的沙丘、沙垄，分布范围较为广泛，海拔160～180m。白城市属于半湿润半干旱季风气候，年均降水量在400mm左右，年均温5.2℃。白城市有8大河流，包括霍林河、蛟流河、那金河、呼尔达河、二龙涛河、额木太河、文牛格尺河、嫩江。土壤类型主要为黑钙土、草甸土、盐碱土和沙壤土。白城市还有2个国家级自然保护区，分别是位于通榆县的向海国家级自然保护区和位于镇赉县的莫莫格国家级自然保护区。

白城市下辖洮北区、通榆县、镇赉县、洮南市、大安市5个市县。地区生产总值708.8亿元，193.46万人，白城市主要以农业发展为主，是国家级大型商品粮基地。

1.2 数据来源与处理

白城市的人口、GDP数据来源于统计年鉴。湿地数据均从1985年、2000年和2015年的Landsat TM、OLI遥感数据获得，3期遥感影像均由美国地质调查局提供，其中所有遥感影像数据的空间分辨率相同，均为30m，且选取时间主要集中在每年的6—8月，天气条件为晴朗无云。分别对3期遥感影像的5、4、3波段进行标准假彩色合成，并对合成的遥感影像分别进行图像增强、融合等前期处理，然后进行几何纠正。前期数据处理完毕后，对3期遥感影像建立图像解译标志，利用遥感软件对其进行目视解译，然后在遥感影像上解译沼泽湿地，沼泽湿地斑块最小面积为0.01km2，最终得到白城市的1985年、2000年以及2015年的沼泽湿地分布图。采用抽样统计精度验证法，在野外设立验证点92个，并结合谷歌地球与高分一号遥感影像对解译结果进行检验，最终1985年、2000年与2015年的解译精度分别达到89.2%、90.3%、90.8%以上，基本可以满足本文的研究需求。

1.3 研究方法

景观指数能够高度而又准确地反映景观格局的相关信息，可以定量的描述和监测景观结构特征随时间的变化过程，反映其空间配置和结构组成特征的定量指标[7-10]，因此本文在类型尺度水平上计算1985—2015年各网格景观格局指数，揭示景观格局动态变化过程及其时空规律。根据不同景观指数表述的意义，主要选取斑块密度(PD)、最大斑块占景观面积比例(LPI)、景观形状指数(LSI)、聚集指数(AI)表示白城市沼泽湿地的破碎化程度、空间分布排列特征等。湿地质心和标准差椭圆方法是研究湿地格局变化的主要方法之一，具体计算公式和方法参照Mitsch W J等研究方法。

2 结果与分析

2.1 白城市沼泽湿地空间格局动态变化特征

从沼泽湿地面积变化来看，白城市1985年、2000年、2015年沼泽湿地面积分别为2151km2、1944km2、1277km2，呈现逐渐减少的趋势，减少了874km2,其中1985—2000年湿地面积减少了207km2，2000—2015年湿地面积减少了667km2，降低速率较大。从湿地动态度来看，1985—2015年白城市沼泽湿地动态度为1.35%,其中以2000—2015年白城市沼泽湿地动态度最大，为2.29%，因此1985—2015年白城市沼泽湿地面积丧失主要集在后期，而前期变化相对较少。

从沼泽湿地空间分布来看，白城市沼泽湿地主要分布在研究区北部、西南部，以及洮儿河和霍林河沿岸。1985—2015年沼泽湿地面积从较集中转变为较分散，沼泽湿地面积丧失较多的地区主要集中在研究区的东部和西南部，以及霍林河沿岸，见图2。

图2 1985—2015年白城市沼泽湿地空间分布图

由图3可知，自1985—2015年30a间白城市沼泽湿地质心总体呈现由西南向东北移动的趋势，具体为先向北移动后向东移动的变化格局，说明研究区的西南地区沼泽湿地丧失较多，其中1985—2000年的重心转移距离为6.42km；2000—2015年的重心转移距离为9.06km，其重心转移距离较1985—2000年长。1985—2015年沼泽湿地标准差椭圆长轴无明显变化，标准差椭圆短轴变化较大，由1985年的40.9km增加到2015年的48.3km，沼泽湿地标准差椭圆面积也由1985年的11692.0km2增加到2015年的13848.4km2，说明白城市沼泽湿地的空间分布更加分散，由集中连片分布变为分散分布，具体见表1。

表1 1985—2015年白城市沼泽湿地标准化椭圆参数

图3 1985—2015年白城市沼泽湿地标准化椭圆分布图

2.2 白城市沼泽湿地景观格局动态变化特征

利用Fragstats 4.2软件计算不同时期白城市整体以及各网格的景观格局指数，在此基础上利用ArcGIS 10.3软件分别对各网格景观格局指数进行克里格值，用以分析沼泽湿地景观格局指数的空间变化，具体见表2。

表2 1985—2015年白城市沼泽湿地景观指数变化情况

1985—2015年，白城市沼泽湿地斑块密度变化趋势呈现为先下降后上升，最大景观占景观面积比例变化趋势呈现为先上升后下降，尤其在2000—2015年下降幅度巨大，说明景观破碎化程度加强，与湿地面积不断丧失有关。而景观形状指数变化趋势则是呈先下降后上升，这说明景观形状逐渐呈现出不规则化的趋势。景观聚集指数从1985年开始呈缓慢上升趋势，而在2000—2015年迅速下降，说明21世纪后，斑块结构趋于分散。

从空间分布上看，白城市沼泽湿地斑块密度较高的区域主要集中在研究区北部和西南部的保护区附近，而城市及周边区域的值普遍较低。斑块密度与景观破碎化程度呈正比，说明湿地结构趋于破碎。白城市最大斑块占景观面积比例在1985年呈较均匀分布状态，随着时间推移，2015年趋于不规则分布。景观形状指数越高，说明景观越趋于不规则化，通常来说，受人类干扰越大的区域,景观形状指数越小，二者呈反比关系。1985年莫莫格国家级自然保护区景观形状指数较大,2015年莫莫格国家级自然保护区和霍林河沿岸地区景观形状指数较大。1985年，白城市沼泽湿地聚集指数在多个区域呈较高值，在研究区内呈不规则点状分布。2015年，随着景观聚集指数的下降，白城市沼泽湿地仅在保护区附近呈现聚集分布，具体见图4～6。

图4 1985年和2015年白城市沼泽湿地景观斑块密度空间分布图

图5 1985年和2015年白城市沼泽湿地最大斑块占景观面积比例空间分布图

图6 1985年和2015年白城市沼泽湿地景观形状指数空间分布图

图7 1985和2015年白城市沼泽湿地聚集指数空间分布图

2.3 白城市沼泽湿地景观格局变化驱动力分析

2.3.1 自然因素

湿地与气候变化较密切相关，湿地的组成、结构、分布和功能等都与气候因子互相影响，气候的变化必然会对湿地生态系统产生较为强烈的影响[11]。根据已有气候资料显示，20世纪80年代降水量大，气温低，20世纪90年代以后降水量下降，气温波动上升[11]。进入21世纪，降水量有所增加，气温明显降低，但是近年来降水量又开始呈现下降趋势，气温上升明显。气候总体上从“暖干”向“冷湿”再到“暖干”的方向发展。气温上升，蒸发旺盛，降水量减少，使许多河流的径流量减少，其中部分湿地性河流开始萎缩甚至干涸，沼泽湿地面积显著减少。

2.3.2 人为因素

人类主要通过开垦湿地为农田而造成沼泽湿地的丧失，导致白城市沼泽湿地面积减少的最主要原因是受人为因素的影响。近年来，吉林省西部实施百亿斤粮食工程，将沼泽湿地开垦为农田。同时人类的经济活动和人口的变化也对沼泽湿地变化造成一定的影响，由表3可知，白城市人口呈先增加后减少趋势，且变化幅度不大，但国内生产总值、第三产业总值、社会固定资产投资额在21世纪后呈迅速增长趋势。说明随着经济的发展，为了获得更高的利润，人类对沼泽湿地的干扰不断加强，导致沼泽湿地面积不断减少。