基于遥感监测的黄河三角洲湿地演变分析研究

焦瑞峰 ，葛 雷 ，黄 翀

（1．黄河水资源保护科学研究院，河南 郑州 450004； 2．中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101）

0 引言

黄河三角洲因特殊的地理位置、优越的自然资源、独特的历史变迁使其在黄河流域生态安全战略中具有特殊的地位与作用，成为黄河治理开发与保护的关键区域之一。黄河三角洲湿地是我国主要江河河口中最具重大保护价值的生态区域之一，在我国生物多样性维持中具有重要地位。黄河三角洲国家级自然保护区是全国最大的河口类自然保护区，区内湿地在维持河口地区水盐平衡、提供鸟类栖息地、生态平衡等方面具有重要生态功能[1]。

随着经济和社会的高速发展，石油开采、农业开垦和水产养殖等人类活动，以及 20 世纪黄河频繁断流的影响对黄河三角洲湿地造成了严重破坏[2-3]，区域湿地面积萎缩，土壤盐渍化加重，植被面积减少，鱼类减少 40%，鸟类减少 30%，生态系统受到严重破坏[4]。1999 年黄河水利委员会对黄河水量实行统一调度，围绕黄河三角洲生态治理与保护，特别针对黄河三角洲湿地生态系统的良性维持开展了调水调沙、生态水量调度、现行流路保护区湿地修复等一系列的理论与应用实践[5]，对三角洲湿地生态系统保护与修复起到了促进作用，有力遏制了黄河三角洲湿地生态系统的退化趋势[6-11]。湿地作为黄河三角洲生态系统的重要组成部分，掌握其类型、规模、分布格局变化是开展黄河三角洲生态环境保护的基础。本研究通过实地查勘和遥感影像解译，对黄河三角洲湿地多年连续变化进行解译分析，可以及时和整体了解黄河三角洲湿地修复效果，对黄河三角洲生态系统的保护与修复具有重大意义。

1 数据与方法

收集筛选 1986—2018 年间夏季黄河三角洲Landsat 4，5，8 系列卫星遥感影像，以及哨兵-1、哨兵-2 卫星数据[12]；采用 ERDAS 9.0 进行遥感影像大气辐射和地形校正、图像镶嵌、融合等前处理，通过波段组合计算出水体、植被归一化指数，提取植被和遥感信息；辅以现场调查，逐一确定现状年各斑块植被、土地利用和湿地的类型；在现状年调查基础上，对历史遥感影像进行监督分类和目视解译，分类和解译过程中主要参考 2000 年全国土地利用现状、2000 年全国湿地解译、2006 年沿黄湿地解译、2018 年黄河下游湿地遥感解译等数据，以及全国生态环境 10 a 变化遥感调查专项项目相关的文字资料和报告。

依据解译结果，采用 ArcGIS 10.3 软件对土地利用解译结果进行重分类、融合、相交计算，并采用 Excel 数据透视表功能建立土地利用转移矩阵表，计算不同土地利用类型之间的转换强度，分析影响湿地面积变化的主要因素。

2 结果与分析

2.1 湿地资源现状

经解译，2018 年黄河三角洲共有湿地面积1 327 km2，约占三角洲总面积的 55%。依据黄河三角洲湿地现状，参考 2013 年全国第2 次湿地资源调查分类标准，将黄河三角洲湿地划分为自然和人工 2 种湿地，其中：自然湿地面积为 730 km2，主要有淡水、咸水和近海海岸等三大类型，并可进一步细分为河流湿地面积 54 km2、芦苇沼泽湿地面积157 km2、芦苇柽柳灌丛等咸水湿地面积 119 km2、海岸滩涂湿地面积 287 km2；人工湿地面积为 597 km2，可细分为水库面积 24 km2、坑塘水面面积 42 km2、养殖水面面积 383 km2、盐田面积 147 km2。黄河三角洲 2018 年湿地分布示意图如图1 所示。

图1 黄河三角洲 2018 年湿地分布示意图

2.2 湿地分布格局

黄河三角洲湿地在地域上的空间分布有以下几个特征：

1）整体上呈带状围绕在三角洲边缘，介于内陆和海域之间，是典型的陆海两相生态系统交汇带、缓冲带。

2）自然和人工湿地分别呈团簇状聚类、间或分布，具有典型的地域分布特点。其中自然湿地在三角洲北部、东部集中分布，人工湿地则广泛占据沿海近岸区域，呈围合自然湿地状。

3）淡水湿地以河流为中心，主要分布在黄河现行流路、神仙沟及刁口河尾闾两侧共 3 块区域，其中保护区现行流路芦苇沼泽湿地面积和规模最大。滩涂湿地主要分布在现行流路和刁口河近海外侧，属陆海交接带，由周期性潮汐冲刷形成，以现行流路两侧规模和面积最大。咸水湿地以芦苇柽柳为主，主要分布在刁口河近海两侧和孤东油田中上北部，以孤东油田分布最为集中。人工湿地则以盐田和养殖坑塘为主，其中养殖坑塘在挑河口、神仙沟口、三角洲南部沿海均大面积分布，而盐田则主要分布在三角洲东北部的神仙沟流路附近。此外，水库由于肩负供水职能，大致均匀分布在三角洲内陆。

4）现行流路两侧自然湿地是三角洲面积最大的自然湿地分布区，呈双叉楔状突入渤海，是三角洲湿地变化最显著的特征，显示出三角洲湿地演替主要受黄河淤积造陆影响的基本规律。

2.3 湿地面积变化分析

黄河三角洲 1986—2018 年间湿地资源变化趋势如图2 所示。

图2 黄河三角洲湿地面积变化示意图

从解译结果看：黄河三角洲湿地总面积呈现先增加后减小的趋势，1986—1996 年间缓慢增长，1996 年后迅速减少，并于 2010 年后趋于平稳；1996 年湿地面积最大，为 1 671.43 km2，占三角洲总面积的 65.20%；2013 年面积最小，为 1 338.83 km2，占三角洲总面积的 54.85%；此后基本保持稳定。

整体上，黄河三角洲湿地总面积从 1986 年的1 581 km2降低至 2018 年的 1 316 km2，约降低16.8%，其中：自然湿地面积从 1 532 km2降低至 723 km2，约减少 52.8%；人工湿地从 49 km2增加至593 km2，约剧增 1 110.2%。各类型自然和人工湿地面积变化如图3 和 4 所示。

图3 黄河三角洲各类型人工湿地面积变化示意

图4 黄河三角洲各类型自然湿地面积变化示意

黄河三角洲自然湿地面积变化分为以下 2 类：

1）芦苇草甸、柽柳灌丛和裸滩湿地面积逐年减少。其中：芦苇草甸湿地面积从 1986 年的595 km2减少至 2018 年的 129 km2，约减少 78.3%，是自然湿地中面积减少最多的类型；芦苇柽柳灌丛面积先升高后降低，从 1986 年的 238 km2减少至 119 km2，约减少 50.1%；滩涂湿地面积由 1986 年的 417 km2降低至 2013 年的 227 km2，之后略有增加，总体上基本保持稳定。

2）芦苇沼泽、翅碱蓬和河流等湿地面积先减后增。其中：芦苇沼泽湿地面积由 1986 年的 166 km2降低至 2008 年的 115 km2，之后逐渐恢复至 2018 年的 152 km2，超过 1992 年自然保护区建区时的143 km2；芦苇翅碱蓬和河流湿地面积与 20 世纪80 年代相比略有降低，但与 20 世纪 90 年代相比略有增加。

与自然湿地相反，黄河三角洲人工湿地总面积约增加 10 倍，其中水库面积增加 18 倍，养殖水面面积增加 11 倍，盐田面积约增加 8 倍，坑塘水面面积约增加 2 倍。

2.4 湿地类型转换分析

以黄河三角洲土地利用数据为基础，开展土地利用类型转换分析，1996—2015 年湿地与非湿地类型之间的相互转换分析如表1 所示。湿地向其他土地利用类型均有转出，以耕地为最多，面积为 206.34 km2，其次为湿地向海域的转出，面积为 189.37 km2；同时又有新的湿地产生，即由海域转入湿地的部分，与沿海滩涂的分析部分类似，这也是湿地的主要转入类型，耕地和林地向湿地的转换则主要通过人为开发作用。

表1 1996—2015 年各土地类型与湿地面积转换结果 km2

1996—2015 年，人工湿地与自然湿地间的相互转换结果如下：自然湿地向人工湿地转出面积为 437.97 km2；人工湿地向自然湿地转出面积为132.75 km2，明显小于前者，主要是由于经济目的，自然湿地人为开发为养殖、盐田等人工湿地。

以 2015—2017 年 3 a 土地利用数据为基础，湿地与非湿地类型之间的相互转换状况如表2 所示。

表2 2015—2017 年各土地类型与湿地面积转换结果 km2

从表2 可以看出：

1）除码头用地外，湿地向其他各类型用地均有转出，向耕地的转出最多，面积为 19.96 km2，主要是自然湿地的滩涂被开垦为耕地，其次为建设用地，转出面积为 1.49 km2。

2）同时又有新的湿地产生，即把耕地转换为养殖类人工湿地，这是湿地的主要转入类型，耕地和林地向湿地的转换主要通过人为开发作用。

2015—2017 年，人工湿地与自然湿地间的相互转换情况如下：自然湿地向人工湿地转出面积为7.89 km2；人工湿地向自然湿地转出面积为 10.86 km2，差别较小，说明政府开始注重自然生态环境的保护，加强了自然湿地的维持，减少了人为开发。

在此基础上，进一步以 2017—2018 年土地利用数据为基础，分析湿地与非湿地类型之间的相互转换状况，具体如表3 所示。

表3 2017—2018 年各土地类型与湿地面积转换结果 km2

从表3 可以看出：

1）湿地向其他各类型土地均有转出，其中向耕地的转出最多，面积为 42.58 km2，主要是自然湿地的芦苇草甸转化为耕地，其余转出的面积较少。

2）同时耕地向湿地的转入也较多，面积为 54.72 km2，主要是大片耕地被人为开发为养殖或盐田等人工湿地，其余土地类型转入到湿地的面积较少。

人工湿地与自然湿地间的相互转换情况如下：2017—2018 年，自然湿地向人工湿地转出面积为 46.81 km2，人工湿地向自然湿地转出面积为 18.88 km2；相比 2015 年之前，自然湿地向人工湿地转入明显减少，但这 2 a 自然湿地向人工湿地转入明显多于人工湿地转化自然湿地，说明需要进一步加强自然生态环境的保护，加强自然湿地的保护。

3 结语

基于 1986—2018 年多年黄河三角洲遥感影像，对黄河三角洲湿地现状进行了调查，分析黄河三角洲湿地规模及分布格局等变化趋势。主要研究结论如下：

1）现状条件下黄河三角洲湿地面积约占三角洲总面积的 55%，是三角洲主要生态系统类型之一，主要在三角洲地区沿海向岸分布，其中自然湿地主要分布在刁口河及黄河现行流路两侧。与 20 世纪 80 年代相比，黄河三角洲湿地总面积整体减少，但目前已基本趋于稳定。

2）自然湿地萎缩严重，人工湿地增加迅速。自然湿地是黄河三角洲生物多样性最为丰富的区域，是重要的繁殖栖息地。20 世纪 80 年代以来，黄河三角洲自然湿地约萎缩了 52.80%，由占总面积的 96.87% 降低至 54.96%；人工湿地约增加了 1 110.20%，由占总面积的 3.13% 上升至 45.04%。黄河三角洲湿地面积、结构发生较显著变化。

3）区域土地资源开发是自然湿地萎缩的重要因素。黄河三角洲经济社会发展快速，土地利用开发强度显著增加，大量自然湿地资源被开发为人工湿地和农牧地，与湿地争地现象明显。

研究成果表明：基于遥感解译，采用 ERDAS 9.0 和 ArcGIS10.3 等软件，可快速生成可比较的、标准化的分类结果，是获取研究区较高精度土地利用信息的一种行之有效的方法，可为大范围的土地利用分类研究提供方法参考。

湿地作为黄河三角洲生态系统的重要组成部分，需要长期进行监测和分析评估，只有通过长期的对比分析，研究黄河三角洲生态系统长期变化规律，才能揭示生态系统的变化及其产生的影响和效益。今后应进一步加强湿地等水生态调查监测分析评估研究，不断检验和完善生态系统的指标，为黄河三角洲生态系统的有效管理，完善黄河三角洲湿地生态监测和评估体系的建设，制定保护对策提供科学依据，为黄河水资源优化配置，充分发挥生态效益提出科学合理的意见与措施建议。