基于水文地貌分异的盐城射阳河至梁垛河段湿地景观格局变化研究

徐 薇，丁晨根，庄允辅，刘红玉，李玉凤，邱春琦，周 永

(南京师范大学海洋科学与工程学院，江苏 南京 210023)

受海陆的共同作用，滨海湿地生态系统极为脆弱和敏感，其景观格局复杂、易变[1]。多年来，人类活动对滨海湿地的开发利用强度不断增强，导致滨海湿地景观格局和生态环境发生明显变化[2]。盐城湿地是典型淤泥质海岸湿地，其在维护生态平衡和促进区域可持续发展方面发挥重要作用[3]。近年来，受到人口增加和经济增长的双重影响，盐城湿地的景观结构与格局发生了很大变化，其生态系统功能严重退化[4]。

遥感和地理信息系统技术已经被广泛应用于盐城湿地的景观动态研究中[5]。研究表明，盐城湿地中的自然湿地面积在不断减少，景观逐渐破碎化；人工湿地和非湿地面积不断增大，形成聚集性格局[6-10]。围垦与土地开发利用是盐城湿地景观格局变化的主要驱动因素[9,11]。盐城湿地独特的水文和水动力条件塑造了潮滩的基本地貌格局，水文和地貌条件的差异也决定了盐城湿地景观格局的空间异质性特征。大多数研究是在较大空间尺度上揭示滨海湿地的景观演变规律[5]，而从滨海湿地形成特征角度，辨识自然条件和人类活动影响下盐城湿地内部景观演变差异的研究尚不多见。

本研究以江苏省盐城市的射阳河至梁垛河段湿地作为研究对象，利用1987年至2021年期间的7 期Landat 遥感影像作为数据源，根据影响湿地形成和演变的水文地貌因素，将射阳河至梁垛河段湿地划分为河口区和潮间带区，研究河口区和潮间带区景观结构和格局的形成与变化特征，以期为盐城湿地的保护与合理利用和保障盐城湿地的健康发展提供参考依据。

1 数据和方法

1.1 研究区

盐城湿地(32°34′N 至34°28′N，119°27′E 至121°16′E)位于江苏省中部的沿海地区，由盐城市的东台市、大丰区、射阳县、滨海县和响水县的沿海滩涂组成，盐城湿地的总面积为76.97×104hm2，拥有582 km 长的海岸线。盐城湿地是淤泥质海岸湿地。

本研究以盐城湿地中的射阳河至梁垛河段湿地作为研究区(图1)，该湿地是典型的淤长型海岸带湿地。研究区的面积为2 004.05 km2。研究区东起1982 年的黄海水域的5 m 等水深线，南至弶港的梁垛河，西至1982年老海堤，北至射阳河。

图1 研究区及其中的河口区和潮间带区分布示意图Fig.1 The distribution map of the study area and its estuary and intertidal zones

盐城湿地地处北亚热带向暖温带的过渡地带，海洋性季风气候特征明显，年平均气温介于13.7～14.8 ℃之间，年降水量为900～1 060 mm。由于黄河北归，河水携带的泥沙量骤减，因此盐城湿地在空间上呈现出南淤北蚀的格局，并且射阳河以南区域仍以100～200 m/a 的速度，不断向海洋方向淤长，形成新的滩涂[12]。

1.2 数 据

利用了1987 年、1992 年、1998 年、2002 年、2007 年、2011 年和2021 年每年各两期的Landsat 5/Landsat 7/Landat 8 遥感影像数据(表1)，这些影像的分辨率都为30 m，轨道号都为119/037，都下载自地理空间数据云网站(http://www.gscloud.cn/)。

表1 所利用的遥感影像数据的成像日期Table 1 The imaging date of the remote sensing image data used

为了准确获取研究区地物的解译标志，2021年9月28日至30日，在研究区中，获取了150个野外调查点的数据，用于建立地物的解译标志和分类精度验证。

利用ENVI 5.3 软件，对所利用的遥感影像进行辐射定标和大气校正等预处理。采用近邻相似相元插补法，修补ETM 影像中缺失的条带数据。以2021 年的影像解译结果作为底图，建立统一的分类规则，用于解译其他年份的影像。参考谷歌影像、野外调查点分类结果和文献资料，在遥感影像中随机选取735个验证点，保证每种景观类型都至少选取40 个验证点。利用混淆矩阵，进行分类精度验证。7 个时期影像分类结果的平均精度为85.1%，验证结果良好，可以满足空间分析的要求。

1.3 方 法

1.3.1 研究区的水文地貌区

在研究区中，有6 条入海河流，其分别为射阳河、新洋港、斗龙港、王港、川东港和梁垛河。依据水文地貌分类的方法[13]，以海岸湿地是否受到入海河流的影响为基本原则，利用1980 年盐城淤泥质海岸湿地的数据和资料，将研究区划分为河口区和潮间带区。

根据河岸缓冲带湿地中植物的实际分布情况，确定河口区的范围。由于河口区是入海河流影响区域，通常分布着以芦苇(Phragmites australis)为优势物种的植物群落，因此可以将植物群落的分布范围确定为河口区河岸缓冲带的范围，并且将植物群落区的外边界线向海洋方向延伸；河口区之间的区域则为潮间带区。最终，将研究区划分为6个河口区和6个潮间带区(见图1)。

研究区的河口区包括射阳河河口区、新洋港河口区、斗龙港河口区、王港河口区、川东港河口区和梁垛河河口区。研究区的潮间带区包括射阳河—新洋港潮间带区、新洋港—斗龙港潮间带区、斗龙港—王港潮间带区、王港—川东港潮间带区、川东港—梁垛河潮间带区和梁垛河以南潮间带区。

1.3.2 研究区的地物类型

将研究区的地物类型划分为自然湿地、人工湿地和非湿地3 大类，以及光滩(淤泥质粉砂滩和泥粉砂混合滩)、米草沼泽[包括互花米草(Spartina alterniflora)沼泽和大米草(Spartina anglica)沼泽]、碱蓬(Suaeda glauca)沼泽、芦苇沼泽、草滩[植物以白茅(Imperata cylindrica) 和獐毛(Aeluropus sinensis)等为主]、水域(河流和水深小于5 m 的浅水海域)、养殖塘(用于水产养殖的池塘)、水田和建设用地(城镇用地、工矿用地和港口等)9 小类[14]。其中，光滩、米草沼泽、碱蓬沼泽、芦苇沼泽、草滩和水域为自然湿地，养殖塘和水田为人工湿地，建设用地为非湿地。

1.3.3 地物遥感分类方法

采用监督分类与非监督分类相结合的方法，辅以人工目视解译方法[14]，利用eCongnition 9.0软件，对研究区中的地物进行解译和遥感分类。首先，依据各类地物在标准假彩色遥感影像上的色调、形态和分布等特征，对照谷歌影像和野外实地拍摄的地物照片，建立研究区各类地物的判别标志；然后，提取出各类地物的信息。

1.3.4 景观指数选择

景观指数能够高度浓缩景观格局信息，反映景观结构和空间配置的特征[15]。在景观水平上，选择了斑块密度、最大斑块指数、蔓延度指数和香农多样性指数，这些景观指数能够反映区域景观的结构、组成和破碎化程度[16]。利用Fragstats 4.2软件，计算4种景观指数值。

2 结果与分析

2.1 研究区的景观结构及其变化

1987 年至2021 年期间的7 个时期，随着时间的推移，研究区的景观结构发生了明显变化。1987年、1992年、1998年、2002年、2007年、2011年和2021 年，自然湿地的面积分别为1 997.4 km2、1 952.5 km2、1 789.5 km2、1 491.9 km2、1 294.9 km2、1 208.6 km2和1 113.6 km2，其分别占研究区面积的99.7%、97.4%、89.3%、74.4%、64.6%、60.3%和55.6%；人工湿地的面积分别为11.4 km2、51.7 km2、214.4 km2、511.6 km2、706.6 km2、782.3 km2和846.2 km2，其分别占研究区面积的0.6%、2.6%、10.7%、25.5%、35.3%、39.0%和42.2%。

与1987 年相比，2021 年，研究区自然湿地面积减少了43.8%，人工湿地面积增加了41.7%。

由图2和表2可知，7个时期，光滩始终是研究区的第一景观，但是，随着时间的推移，光滩面积不断减小，养殖塘面积逐渐增大，养殖塘成为研究区中仅次于光滩的第二景观。1987 年至1998 年期间，芦苇沼泽、碱蓬沼泽和草滩是自然湿地中位居第二、第三和第四的景观，其在研究区中广泛分布；1998 年之后，芦苇沼泽面积明显减小，碱蓬沼泽和草滩面积都不断大幅减小，这是因为其被开垦为养殖塘和水田所致，碱蓬沼泽仅集中分布在新洋港河口区至斗龙港河口区之间，而米草种群成为优势种群，米草沼泽沿着光滩呈条带状分布，而且米草沼泽的面积也与芦苇沼泽面积相当；到2021年，草滩几乎全部消失，米草沼泽的分布也开始分散，人工湿地连片分布。

图2 7个时期研究区中各种景观的分布图Fig.2 Distribution map of various landscapes in the study area during 7 periods

2.2 河口区的景观结构、格局及其变化

2.2.1 河口区的景观结构及其变化

与1987年相比，2021年，研究区中的6个河口区自然湿地的面积共减少了269.5 km2，人工湿地面积共增加了243.4 km2，非湿地面积共增加了26.1 km2。

1987 年，研究区中的6 个河口区的景观类型几乎都为自然湿地，其类型分别为光滩、碱蓬沼泽、芦苇沼泽、草滩和水域；1992年，除了川东港和梁垛河河口区以外，其他4个河口区已经有小面积养殖塘分布，整体上，6 个河口区的景观仍以自然湿地为主；随着对自然湿地的不断开垦和利用，1998年、2002年，6个河口区中的人工湿地面积在进一步扩大，河口区中出现了连片的养殖塘；2007年，河口区中的自然湿地继续被开发为水田，水田面积大幅度增加，研究区开始了港口建设，部分自然湿地被占用，直接变为建设用地；2011 年，建设用地面积由8.4 km2增长到26.1 km2；2021年，虽然自然湿地面积大幅萎缩，但是其仍然被不断开发，由北向南，各河口区人工湿地面积所占比例分别为40.3%、36.7%、26.2%、52.4%、45.5%和39.6%，自然湿地仍然略占优势。

2.2.2 河口区的景观格局及其变化

河口区的咸水和淡水强度由河流径流和海洋潮汐作用的强度所决定，因此，各河口区的景观格局各异。在未开展湿地围垦活动之前，研究区北部3个河口区中的3条河流都是天然河流，河水为淡水，芦苇为优势物种，芦苇群落面积占自然植物面积的比例大于57%。研究区南部的3 个港口是通过人工挖掘或者大型潮沟连通沟渠演化而来，因此，其景观格局与潮间带区相似。

由表3 可知，1987 年、1992 年、1998 年、2002年、2007 年、2011 年和2021 年，随着时间的推移，除了射阳河河口区的斑块密度值不断增大以外，其他河口区的斑块密度值都波动增大，说明河口区景观的破碎化程度加大。

随着时间的推移，斗龙港河口区的最大斑块指数值呈单峰型变化，该河口区的最大斑块指数值在1992 年达到峰值；梁垛河河口区的最大斑块指数值呈双峰型变化，而且该河口区的最大斑块指数值都很大，说明其景观优势度保持较好；其他河口区的最大斑块指数值总体上都在波动减小，说明大部分河口区各种景观逐渐趋向均匀分布，景观格局的稳定性下降。

随着时间的推移，除了川东港河口区的蔓延度指数值在波动变化以外，其他各河口区的蔓延度指数值总体上都在波动减小，说明各河口区的景观连接性较差，尤其是射阳河河口区，不同类型斑块的聚集程度减小，斑块趋向分散分布。

随着时间的推移，6个河口区的香农多样性指数值都波动增大，其值变化在0.8～1.8 之间，表明河口区景观结构和格局趋于稳定和均衡化发展。

2.3 潮间带区的景观结构、格局及其变化

2.3.1 潮间带区的景观结构及其变化

与1987年相比，2021年，研究区中的6个潮间带区自然湿地的面积共减少了614.9 km2，人工湿地面积共增加了591.3 km2，非湿地面积共增加了18.2 km2。

1987 年，研究区中的6 个潮间带区的景观类型几乎都为自然湿地，包括光滩、米草沼泽、碱蓬沼泽、芦苇沼泽和草滩。在北部的潮间带区，碱蓬沼泽面积所占比例较大；在南部的潮间带区，草滩面积所占比例较大。1992 年，部分潮间带区已围垦出小面积养殖塘和水田。1998 年，各潮间带区都分布着人工湿地，其中，斗龙港—王港潮间带区和王港—川东港潮间带区中的人工湿地面积分别为96.7 km2和24.9 km2，其所占比例分别为25.0%和24.4%。2002年，各潮间带区中的碱蓬沼泽大面积消失，人工湿地面积迅速增大，除了新洋港—斗龙港潮间带区和梁垛河以南潮间带区的景观类型仍然以自然湿地为主以外，其他潮间带区的景观类型都以人工湿地为主。2007 年，除了新洋港—斗龙港潮间带区尚存部分碱蓬沼泽以外，其余潮间带区中的碱蓬沼泽几乎全部丧失，米草沼泽面积也明显减小。2011 年，南部潮间带区开始出现建设用地，对自然湿地的围垦持续向海洋方向推进。2021年，由于湿地保护的需要，在新洋港—斗龙港潮间带区实施了退渔还湿政策，养殖塘向自然湿地转变，开展了芦苇群落的人工恢复工作；由北向南，其他各潮间带区的人工湿地面积所占比例分别为56.6%、68.1%、54.3%、62.8%和22.3%，多数潮间带区的人工湿地面积所占比例大于河口区，说明潮间带区围垦湿地的人类活动强度更大、范围更广。

2.3.2 潮间带区的景观格局及其变化

1987年，在各潮间带区，各种景观类型呈现有规律的带状分布，由海洋向陆地方向，依次分布着光滩、碱蓬沼泽、草滩或者芦苇沼泽(见图2)。随着对自然湿地围垦强度的不断加大。2002年及以后，除了新洋港—斗龙港潮间带区和梁垛河以南潮间带区以外，由海洋向陆地方向，各潮间带区呈现光滩、米草沼泽、养殖塘或者水田依次分布的景观格局。

由表4 可知，1987 年、1992 年、1998 年、2002年、2007 年、2011 年和2021 年，随着时间的推移，除了射阳河—新洋港潮间带区和新洋港—斗龙港潮间带区的斑块密度值波动幅度较大以外，其他各潮间带区的斑块密度值总体上小幅度波动增大；2021年，新洋港—斗龙港潮间带区的斑块密度值大幅度增大，这是因为该潮间带区位于保护区的核心区内，碱蓬沼泽大面积丧失，连贯的景观高度破碎所致。

表4 7个时期6个潮间带区的4种景观指数值Table 4 The values of 4 kinds of landscape indexes in 6 intertidal areas during 7 periods

随着时间的推移，除了射阳河—新洋港潮间带区的最大斑块指数值波动变化且幅度较大以外，其他潮间带区的最大斑块指数值总体上都在波动减小；梁垛河以南潮间带区的最大斑块指数值变化在70%～90%之间，明显大于其他潮间带区的最大斑块指数值，这是由于在自然湿地的围垦过程中，该潮间带区保留的光滩面积较大所致。

随着时间的推移，除了射阳河—新洋港潮间带区和川东港—梁垛河潮间带区的蔓延度指数值在波动增大以外，其他潮间带区的蔓延度指数值都在波动变化或者波动减小；梁垛河以南潮间带区的蔓延度指数值明显大于其他潮间带区，这是由于该潮间带区景观类型之间的连通性是所有潮间带区中最好的所致。

随着时间的推移，新洋港—斗龙港潮间带区的香农多样性指数值相对较大，这是由于其自然景观保留较好所致；射阳河—新洋港潮间带区和斗龙港—王港潮间带区的香农多样性指数值波动变化；其他潮间带区的香农多样性指数值都在波动增大，这是由于对自然湿地的围垦使斑块类型增多和各类型斑块的面积趋于均衡所致；梁垛河以南潮间带区的香农多样性指数值明显小于其他潮间带区，这是因为其景观类型多样性水平偏低所致。

2.4 研究区景观格局变化的影响因素

2.4.1 河口区景观格局变化的影响因素

图3 显示，与1987 相比，1992 年，虽然盐城市的人口增加和地方经济发展速度加快，但是河口区的景观格局主要受自然因素的影响，碱蓬沼泽退化，逐渐转变为光滩和草滩，米草沼泽扩张范围较小，有14.4 km2的自然湿地被开发为养殖塘；1995 年，盐城市开始实施以发展江苏省海洋经济为主的跨世纪区域发展战略“海洋苏东”战略；1997年，“开发沿海滩涂，建设海上盐城”战略进入了全面实施阶段；与1992年相比，1998年，河口区有39.5 km2的自然湿地被开发为养殖塘和水田，米草沼泽向光滩大幅度扩张；与1998 年相比，2002年，河口区的景观格局主要受人类活动影响，在研究区南部的3个河口区，碱蓬沼泽被开发为养殖塘的面积最大，其次为米草沼泽、草滩，米草沼泽继续向光滩扩张，同时部分米草沼泽也被开发为养殖塘；与2002年相比，2007年，出于经济发展的需求，研究区扩大了养殖业的生产规模，养殖塘面积继续增大，米草沼泽继续向海洋方向扩张，水田面积增加了58.8 km2；与2007 年相比，2011 年，射阳河河口区和新洋港河口区的部分水田和养殖塘被转变为自然湿地，在王港河口区，因港口开发占用自然湿地，使建设用地面积增加了7.6 km2，米草沼泽扩张速度减缓；与2011年相比，2021年，随着人类围垦自然湿地的活动强度加大，米草沼泽的扩张势头受到抑制，射阳河河口区、王港河口区和梁垛河河口区的人工湿地和建设用地面积分别增加了32.0 km2和19.3 km2。

图3 各时期之间研究区景观类型转变示意图Fig.3 Schematic map of landscape type transformation in the study area between different periods

2.4.2 潮间带区景观格局变化的影响因素

与1987 年相比，1992 年，研究区中潮间带区的景观格局主要受自然因素的影响，人类活动干扰较少，在斗龙港—王港潮间带区，有16.1 km2的芦苇沼泽被开垦为水田；与1992年相比，1998年，研究区中潮间带区的景观格局主要受人类活动的影响，有58.6 km2的自然湿地被开垦为水田和养殖塘，有43.5 km2的自然湿地被米草沼泽侵占；与1998相比，2002年，养殖塘面积扩大了197.4 km2，其中的56.1%是开发碱蓬沼泽而来，米草沼泽侵占了49.1 km2的光滩继续向海洋扩张；与2002 年相比，2007 年，养殖塘和水田面积进一步扩大，养殖塘与水田之间也相互转变，米草沼泽扩张速度减缓；与2007年相比，2011年，围垦自然湿地的重心和米草沼泽扩张方向南移，有63.3 km2的自然湿地被开发为养殖塘，在位于盐城湿地珍禽国家级自然保护区内的新洋港—斗龙港潮间带区，有28.1%的碱蓬沼泽转变为芦苇沼泽，碱蓬沼泽不断丧失；2009 年，国务院通过了《江苏省沿海地区发展规划》，对于滨海湿地，从以开发为主转变为以保护为主；与2011年相比，2021年，潮间带区的退耕还湿和退渔还湿面积分别为1.9 km2和29.9 km2，新洋港—斗龙港潮间带区中的大面积碱蓬沼泽转变为芦苇沼泽，由于“江苏沿海滩涂围垦开发利用规划纲要”的实施，使大面积泥质海滩被开发[17]，在川东港—梁垛河潮间带区和梁垛河以南潮间带区，开发区边界向泥质海滩扩张，此外，由于开发区阻隔了潮水，米草沼泽的扩张得到了抑制。

3 讨 论

20世纪80年代末以来，盐城的自然湿地不断被开发利用，使得自然湿地不断丧失[18]。不同时期，人类活动对盐城湿地景观的影响程度存在差异，这主要受区域政策和经济发展需求的引导[19]，1998年至2002年期间，由于经济产业发展转向海洋渔业，人工养殖业成为盐城市沿海地区的重点发展产业，研究区中的自然湿地被大规模开发为养殖塘；2002 年至2011 年期间，研究区中的养殖塘、水田和建设用地面积不断增大，自然湿地的开发强度也不断增大[20]；2011年至2021年期间，退耕还湿、退养还湿等湿地保护政策和湿地修复工程的实施，使得人类开发自然湿地的强度有所减弱。

盐城射阳河至梁垛河段湿地的河口区和潮间带区景观格局变化明显不同。河口区和潮间带区景观变化的转折时期分别为1998年和1992年，其影响因素从以自然影响因素为主转变为以人类干扰因素为主。河口区中的自然湿地景观优势度持续降低，景观破碎化程度加大，斑块分布不规则；潮间带区中的自然湿地被高强度开发利用，人工湿地面积迅速增大，人工湿地成为景观主体。在政策导向影响下，河口区和潮间带区自然湿地景观呈离散分布趋势，其逐渐被以养殖塘、农田为主的景观所取代。此外，2007年，建设用地与其他景观类型之间的转化开始增加，建设用地不断侵占河口区的自然湿地，导致自然湿地景观破碎度增加。

4 结 论

1987 年至2021 年期间的7 个时期，随着时间的推移，在射阳河至梁垛河段湿地，各河口区的景观一直以自然湿地为主，各潮间带区的景观从以自然湿地为主逐渐转变为以人工湿地为主，河口区和潮间带区的自然湿地分别丧失了269.5 km2和614.9 km2。

20世纪80年代末和90年代初，在射阳河至梁垛河段湿地的潮间带区，由海洋向陆地方向，光滩、碱蓬沼泽、草滩或者芦苇沼泽依次呈带状分布；北部的3 个河口区的自然湿地呈现非带状分布，芦苇群落是优势植物群落，南部的3个河口区的景观格局与潮间带区相似。进入21 世纪，在河口区，自然湿地斑块的形状趋于复杂，自然湿地破碎化程度较大；在潮间带区，连片分布的大面积人工湿地使其整体景观格局趋于简单，斑块形状比较规则。

射阳河至梁垛河段湿地的河口区和潮间带区的景观结构和格局变化受自然因素和人类活动的共同影响，其中，政策导向型的滨海湿地开发等人类活动是主要影响因素。