辉河湿地土地利用变化特征研究

王富武

（哈尔滨师范大学 地理科学学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

土地是人类生产生活和社会发展过程中的重要自然资源和物质保障，土地利用是人类生产生活的基本方式，人类活动深刻地改变着自然地理环境，土地利用变化表现为各土地利用类型面积、空间分布的变化，其变化直接影响着生态系统提供服务和产品的能力。

在自然因素和人类活动的影响下，湿地面积不断地萎缩，湿地保护已成为热点问题。辉河湿地在维护区域生态平衡、保护生物多样性等方面发挥着重要作用。因此，研究辉河湿地的土地利用变化特征，对于揭示辉河湿地的土地利用变化规律，对保护湿地、提高湿地生态功能等具有重要学术价值和实践意义。

文章利用2004～2018年的Landsat影像对辉河湿地的土地利用变化进行研究.通过土地利用转移矩阵和土地利用动态度研究2004～2008年、2008～2011年、2011～2016、2016～2018年，四个时间段土地利用类型变化特征，可为辉河湿地土地利用政策实施、湿地保护提供科学参考。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

辉河湿地（48°4′36″N～48°55′29″N，118°47′30″E～119°41′27″E）位于内蒙古自治区呼伦贝尔市西南部，处于大兴安岭西北坡山地灌丛向呼伦贝尔草原的过渡区，平均海拔为700～800 m，年平均气温为-2.4～2.2 ℃，年平均降水量为300～350 mm，是内蒙古辉河国家级自然保护区的主体。

1.2 数据来源与预处理

文章利用的Landsat系列数据源于地理空间数据云平台。本研究采用的数据包括2004年、2008年、2011年、2016年、2018年的Landsat影像，成像时间均在4～6月，影像云量少，质量较高。应用ENVI软件结合研究区实际情况和影像地物特征，将研究区土地利用类型划分为明水、有水湿地、无水湿地、草甸、林地、沙地、盐碱地和草地八类。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用转移概率矩阵

转移矩阵方法用于定量描述系统状态与状态的转移。转移矩阵可以定量地分析和深入了解各地类转移面积、转移方向及补充来源。土地利用转移概率为该时段内某一土地利用类型转换为其他类型（或保持不变）的似然概率， 计算公式如下：

式中：St、St+1为t、t+1时刻的土地利用状态；Pij为状态转移概率矩阵；n为土地利用类型。

将2004年至2018年划分为4种不同的时间间隔Ti，分别为第一期（2004～2008年，T1=4）、第二期（2008～2011年，T2=3）、第三期（2011～2016年，T3=5）和第四期（2016～2018年，T4=2）。

1.3.2 土地利用动态度

土地利用动态度反映一定时段内各土地类型的变化幅度和速度。计算公式如下：

式中：K为研究时段内某一土地利用类型的动态度；Ua和Ub分别为研究期始、末某一种土地利用类型的面积；T为研究时段。

2 结果与分析

2.1 辉河湿地土地利用数量变化

利用空间分析的方法对辉河流域土地利用变化特征进行研究，发现近15年来，辉河湿地有水湿地和无水湿地的总面积占比呈现减少的趋势，由2004年的5.25%减少到2018年的2.89%。辉河湿地的无水湿地面积减少最多，从2004年到2018年减少了252.94 km2，在所有土地利用类型中减少最为显著。该区域土地利用在各时期呈现出不同的变化特征，主要表现为有水湿地、草甸、林地、沙地、草地的增加趋势和明水、无水湿地及盐碱地的减少趋势。其中，明水从2004年的1.41%增加到2018年的1.92%，有水湿地则从2004年的0.52%增加到2018年的2.01%，无水湿地减少幅度较大，从2004年的4.73%减少到2018年的0.88%，草甸从2004年的3.8%减少到2018年的1.62%，林地从2004年的0.82%增加到2018年的1.08%，沙地从2004年的1.68%增加到2018年的4.65%，盐碱地从2004年的5.26%减少到2018年的1.73%，草地从2004年的81.78%增加到2018年的86.11%，共增加了284.66 km2，是数量变化最大的土地利用类型。

以2004年分类数据来看，辉河湿地的盐碱地和草地的面积和占总面积的百分比超过87%，为辉河研究区的优势地类。其明水、有水湿地、无水湿地、草甸四者合计占总面积的10.46%。因为辉河湿地位于内蒙古草原上，因此草地面积远远大于其他土地利用类型的面积，并且草地面积变化相较自身面积来说变化比例非常小。

到2008年，尽管不同的土地利用类型之间的面积发生了较大变化，草地的比例依然最高。除无水湿地和盐碱地的面积减少较大之外，其余土地利用类型面积数量变化并不剧烈，发生土地利用面积增加的有明水、有水湿地、草甸、林地、沙地和草地。有水湿地和无水湿地的面积比例由2004年的5.25%减少到2008年的1.79%。

2008年至2011年期间，研究区有水湿地面积呈增大趋势，增速较快，2008年有水湿地面积为45.84 km2，2011年有水湿地面积为306.23 km2，年平均增速为1.32%。无水湿地、林地、沙地、盐碱地也在此期间呈现增大趋势。明水和草甸呈现下降趋势，草甸从2008年的360.7 km2下降到2011年的60.65 km2，年均降速1.52%。有水湿地和无水湿地的面积比例由2008年的1.79%增加到2011年的6.06%，年平均增速为1.42%。

2011年至2016年期间，明水和草甸面积呈增大趋势，面积分别增加183.26 km2和398.09 km2，年均增速分别为0.558%和1.212%，其他土地利用类型均面积减少，但变化幅度较小。有水湿地和无水湿地的面积比例由2011年的6.06%减少到2016年的2.91%，年平均降速0.63%。

2016年至2018年期间，有水湿地、草地和沙地的面积呈增大趋势，草甸的面积呈现大幅度减少，从2016年的458.74 km2迅速减少到2018年的106.11 km2，年均降速达2.68%。土地利用类型面积减少的还有明水、无水湿地、林地和盐碱地，但减少幅度不大。有水湿地和无水湿地的面积比例由2016年的2.91%减少到2018年的2.89%，变化幅度不大。

2.2 辉河湿地土地利用变化转移矩阵

文章应用ArcGIS和IDRISI的Markov模块，得 到 2004～2008年、2008～2011年、2011～2016年和2016～2018年，四期的土地利用转移矩阵。

整个时期草地的净增面积比例最大，主要由无水湿地转入，是区域主要的土地转移类型。无水湿地呈递减态势，从2004年的310.72 km2下降至2018年的 57.78 km2。2004～2008年、2008～2011年、2011～2016年和2016～2018年无水湿地减少面积分别为 238.68 km2、20.08 km2、30.34 km2、4 km2。减少的无水湿地主要转移为草地，反映了湿地保护措施不理想，且各时段的转移概率分别为45.92%、4.11%、31.78%、55.79%。盐碱地面积呈下降趋势，转出面积主要流入草地，15年间的转移概率在18%～54%。有水湿地的面积先增加再减少，在2008～2011年和2011～2016年，有水湿地面积变化幅度较大，在2008～2011年，123.23 km2草甸转移为有水湿地，土地利用转移概率为34.78%；在2011～2016年，100.31 km2有水湿地转移为草甸，土地利用转移概率为33.39%。

2004～2008年期间，草地、草甸、林地、明水、沙地、无水湿地、盐碱地、有水湿地的保有率分别为 82.17%、30.30%、76.08%、33.95%、55.70%、57.39%、45.65%、0.77%。研究区所有的土地利用类型都有不同程度向其他类型的转移，主要转移类型为盐碱地192.31 km2转移为草地，无水湿地141.24 km2转移为草地，草地有29.70 km2转移为盐碱地，草甸有74.20 km2转移为草地。可以看出再次期间，盐碱地、草甸和草地相互转换频繁。

2008～2011年间，草地、草甸、林地、明水、沙地、无水湿地、盐碱地、有水湿地的保有率分别为97.85%、50.86%、28.51%、70.75%、70.39%、2.51%、36.72%、10.98%。草地47.87 km2转移为无水湿地，草甸77.33 km2转移为盐碱地，草甸123.33 km2转移为有水湿地。

2011～2016年间，草地、草甸、林地、明水、沙地、无水湿地、盐碱地、有水湿地的保有率分别为87.26%、7.21%、25.83%、15.71%、87.33%、3.90%、41.77%、65.01%。无水湿地28.81 km2转移为草地，有水湿地100.31 km2转移为草甸，有水湿地42.46 km2转移为无水湿地。

2016～2018年间，草地、草甸、林地、明水、沙地、无水湿地、盐碱地、有水湿地的保有率分别为91.79%、39.90%、92.44%、71.53%、14.79%、9.61%、58.05%、26.81%。草甸334.49 km2转移为草地，草甸24.44 km2转移为无水湿地，有水湿地29.02 km2转移为草甸，明水49.91 km2转移为有水湿地。

2.3 辉河湿地土地利用动态变化特征

辉河湿地不同时期内的各类土地利用动态度存在明显的差异。明水动态度变化在整个时期内呈现“先增加后减少、再增加再减少”的特征，2004～2008年最低，2011～2016年为最高；有水湿地的动态度处于先增加后减少的过程，其2008～2011年的动态度最高；无水湿地的动态度在2004～2008年变化最大，2016～2018年最小；草甸的动态度呈现“先增加后减少、再增加再减少”的特征，变化幅度在2011～2016年最大；林地动态度变化在研究时期内整体变化不大；沙地动态度的幅度为先增加后减少的过程，且2016～2018年变化幅度最大；盐碱地的动态度呈现“先减少后增加最后再减少”的特征。在整个研究时段，有水湿地、草甸和沙地的土地利用变化较剧烈，草地变化幅度最小，如图1所示。

图1 辉河湿地土地利用变化动态度

2.4 辉河湿地类型转化特征

在2004～2018年间，辉河湿地变化主要发生在辉河分叉后的河漫滩和河漫滩与草原的交汇处。辉河湿地的转化过程中以明水、有水湿地、无水湿地和草甸这四种土地覆盖类型为主。2004年到2008年未变化的湿地面积逐渐减少，非湿地土地覆盖类型转变为湿地的面积也在减少，而由湿地转出的面积却在增加，见表1。

表1 辉河湿地面积变化表（km2）

3 结论与讨论

文章采用5期遥感影像数据，分析辉河湿地2004-2018年土地利用变化特征，主要结论如下：

（1）2004～2018年的15年间，辉河湿地土地利用类型变化最为显著的是无水湿地，草甸面积逐年减少；盐碱地面积累计减少231.71 km2，减少了67.11%；沙地面积累计增加195.37 km2。

（2）2004～2018年间，明水动态度变化在整个时期内呈现“先增加后减少、再增加再减少”的特征，有水湿地的动态度处于先增加后减少的过程，其2008～2011年的动态度最高。

（3）辉河湿地面积萎缩较大。自然因素主要是气温升高、降水量减少、蒸发量增加。人为因素主要是辉河上游拦河坝的建立。所以，可以从以下几个方面提高辉河湿地的生态状况：一是制定辉河湿地生态恢复治理方案，因地制宜地进行生态保护；二是促进湿地保护过程中的责、权、利的统一，防止边保护、边破坏；三是紧密结合辉河国家级自然保护区建设的实际情况，实现湿地的可持续发展。

文章对辉河湿地土地利用变化的研究时序更长，对辉河湿地土地利用过程论述更为详细。由于影像分辨率为30 m，分类结果不够精细。因此在以后的研究中，应当采取分辨率更高的影像。