长白山地区湿地景观格局变化及驱动力分析——以1990—2016年为例

赵丹丹 刘吉平

(吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000)

湿地作为生态景观和重要的自然资源，具有丰富的生物多样性和生态、社会以及经济功能和效益，如涵养水源、调节气候、蓄洪防旱以及提供较高的自然生产力等[1-4]。近年来受气候变化和人类活动的影响，湿地面积和生态功能逐渐出现退化，目前此问题已受到广泛关注[5-9]。湿地景观面积变化早在20世纪80年代国内外就已经对其进行研究，景观生态学被广泛应用在地理学领域，景观格局主要采用景观动态的定量化、定性描述以及生态图叠置分析等[10,11]，景观格局指数表征景观的空间格局相关信息，揭示景观的结构组成以及空间配置等定量化特征指标[12-14]。湿地景观格局变化主要采用景观动态的定量化方法，对景观指数进行计算分析，揭示湿地景观的空间结构特征及变化趋势[15,16]。近年来，随着3S技术的不断完善，遥感及地理信息系统技术结合景观指数已经成为湿地景观变化研究的重要技术手段[17-22]。目前湿地生态系统是世界上受威胁比较严重的生态系统之一[23-25]，因此，研究湿地景观格局变化及驱动机制，有利于湿地资源的保护以及可持续利用，对区域生态平衡以及生态环境安全具有重要意义[26,27]。长白山地区蕴含着丰富的湿地资源，对于东北地区的生态环境平衡、物种的多样性保护以及社会经济等方面都有非常重要的作用，但近年来长白山地区湿地生态环境有所变化，了解长白山地区湿地资源的时空分布以及景观变化，将有助于湿地资源的可持续利用[28]。本文以长白山地区作为研究区，利用地理信息系统和遥感技术手段，研究长白山地区1990—2016年的湿地变化状况，并利用景观指数在景观尺度上对长白山地区的湿地景观变化进行研究，并分析其驱动机制，为该地区湿地生态环境保护与开发提供理论依据。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

本文选取位于以吉林省长白山自然保护区辐射的3个行政区作为研究区，主要包括敦化市、安图县和抚松县。地理坐标为N41°40′～44°30′，E127°00′～129°10′，总面积约为28024km2，属温带季风气候，由于纬度比较高，春季多风，夏季温暖多雨，秋季多雾，冬季寒冷，多降雪天气。所选区域为长白山腹地，森林覆盖率较高，空气清新，水质优良，生态环境质量较好[29],见图1。

图1 长白山地区

1.2 数据来源

本文数据源的时间范围是1990—2016年，遥感影像数据来源于地理空间数据云(http://www.gscloud. cn/)，主要包括1990年的Landsat 5 TM和2016年的Landsat 8 OLI影像数据，作为基本信息源进行解译，本研究中主要针对所选区域的自然湿地和水体进行研究，解译精度均达85%以上，基本满足本文研究需求。

1.3 研究方法

本文主要利用ArcGIS 10.3软件对1990—2016年长白山地区湿地进行空间制图来反映时空变化状况，并通过景观格局指数法，利用Fragstats 4.3软件，在景观尺度上选取能够反映适当景观面积、形状、多样性以及聚合度的景观指数，主要包括LPI(最大斑块指数)、PAFRAC(周长-面积分形维数)、香农多样性指数(SHDI)、聚合度(AI)[30,31]来揭示1990—2016年研究区的湿地景观格局变化特征。

2 结果分析

2.1 1990—2016年湿地面积时空动态变化

利用ArcGIS软件得到长白山地区自然湿地和水体的面积，见表1。自然湿地面积在1990—2016年间从271.97km2减少到169.07km2，共减少了102.9km2；水体面积则有所增加，从249.95km2增加到280.65km2，共增加了30.7km2；水体和自然湿地总面积从1990年的521.92km2减少到2015年的449.72km2，共减少了72.2km2。

表1 1990—2016年长白山地区湿地面积及变化

根据1990—2016年的湿地空间分布，见图2，自然湿地主要分布在水体边缘且主要沿水系分布，因为水文因子是湿地发育的关键[32]，而水体通过下渗的形式会长时间积水或季节性的积水，会使土壤里面的水分含量长期处于饱和状态，非常有利于沼生植物或者湿生植物的生长，然后进一步形成湿地[28]。水体在敦化市、安图县和抚远县均有较多分布，而自然湿地在敦化市分布略多，从1990—2016年，敦化市自然湿地在西部和东北部地区有明显减少，抚松县的西部地区自然湿地分布也明显减少，而水体面积分布在安图县和抚远县均有所增加。

图2 1990—2016年长白山地区湿地空间分布

2.2 1990—2016年景观格局特征变化

基于Fragstats 4.2软件，在景观尺度上计算了1990—2016年长白山地区湿地景观指数，结果表明，LPI在1990—2016年从10.8850增加到11.3957，说明湿地最大斑块指数呈现增加趋势；PAFRAC在1990—2016年从1.5544增加到1.5644，周长-面积分形维数仅增加了0.01，说明湿地斑块形状变化较小；SHDI在1990—2016年间从0.6931减小到0.6553，香农多样性指数减小了0.0378，说明自然湿地和水体斑块逐渐呈现均衡化趋势分布减弱；AI在1990—2016年间减少了0.5707，斑块聚合度降低，湿地景观出现破碎化。

表2 1990—2016年长白山地区景观指数变化

3 湿地变化的驱动力分析

3.1 自然因素

前人对长白山地区气候进行研究[29]，通过趋势分析和5a滑动平均法对长白山58a的气温和降水量的年际变化和月份变化特点进行分析，在1958—2015年期间，年平均温度呈现一定的上升状态，增温率是0.392℃·10a-1，超过全国的增温速率，且在1990年出现跳跃式的增温，在此期间降水量变现为缓慢的增加趋势，每10a降水量增加2.28mm[29]。此外，相关研究均表明，长白山地区年均温均有增加趋势，长白山地区20世纪90年代以后的各年平均气温普遍高于20世纪80年代[33-35]。长白山地区的降雨量变化不明显，呈现微弱的增加趋势[36]，长白山地区的气温和降水变化显示出该地区气候暖干化严重，将导致湿地水分蒸发增多，进而导致自然湿地面积有所减少，而水体面积的增加，可能与降水量的季节变化密切相关，因为本文的影像获取时间主要是7—8月，而1958—2015年各月降水量不同，7月份的降水量倾向率最大[29]，极大可能导致水体面积有所增加。此外，长白山的山体经过比较强烈的切割，向四周形成很多放射状沟谷，因此在丰水季节会形成很多季节性的河流，导致水体面积有所增加[28]。

3.2 人文因素

部分湿地受人类活动干扰使其不断被开垦和占用，如人类活动已经导致长白山碱水河湿地出现退化，通过建立木耳养殖场等活动导致湿地生态系统的稳定性受到威胁，还有部分地区逐渐被开垦为农田和玉米旱地等，加快了湿地排干的速率[37]。除此以外，还有一些水产养殖池，致使区域浅层地下水不断流失，断开了湿地的自然水文连通性。诸如此类生产性的人类活动干扰，均对长白山地区湿地造成了恶劣影响，加剧了长白山地区湿地的退化。

4 结论与建议

受气候变化和人类生产性活动的影响，导致长白山地区1990—2016年湿地呈现退化趋势，湿地面积共减少了72.2km2，景观尺度上，湿地最大斑块指数不断增加，湿地斑块形状变化略小，湿地斑块聚合度降低了0.5707，湿地景观具有破碎化的趋势。建议长白山地区加强湿地生态系统管理，加大对湿地资源的保护力度，同时建立一定的湿地生态系统监测数据库，以达到科学管理长白山地区湿地资源的目的，为区域湿地生态环境保护提供合理依据。