基于“3S”技術和景觀破碎化分析的ち韜涌謔地功能區劃分

周林飛 徐浩田 蘆曉峰

摘要：凌河口濕地是遼河三角洲濕地的重要組成部分，是遼寧省自然保護區。以5年TM影像為數據源，對8種土地利用景觀類型的總面積及斑塊數量進行計算，并對選定的4個景觀空間格局指數進行計算，以計算結果為依據定量分析了凌河口濕地的景觀破碎化特征。結果表明：受人為活動影響，1995年到2005年，景觀破碎化程度加大；由于對濕地加強了保護，2005年到2014年景觀破碎度稍有降低。依據人與生物圈計劃（Man and the Biosphere Programme，MAB）提出的保護區功能區劃分原則，結合景觀破碎化分析結果以及濕地內的實際情況首次對凌河口濕地功能區進行劃分，結果表明：核心區總面積320.51 km2，緩沖區總面積270.53 km2，試驗區總面積267.68 km2。研究結果對保護凌河口濕地生態系統完整性和生物多樣性具有重要意義，同時也為凌河口濕地資源的開發及利用提供了參考。

關鍵詞：凌河口濕地；“3S”技術；景觀破碎化；景觀空間格局指數；功能區劃分

中圖分類號： P343文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0519-04

景觀破碎化是指由于自然或人文因素的干擾所導致的景觀由簡單趨向于復雜的過程，即景觀由單一、均質和連續的整體趨向于復雜、異質和不連續的斑塊鑲嵌體的過程[1]。景觀破碎化直接或間接地影響著景觀的結構、功能及動態，并對生物多樣性和生態系統結構產生嚴重影響，其實質是自然與人為因素長期協同作用的結果。為恢復濕地生態自然環境，保護生物種群和生物多樣性，達到生態平衡，應對濕地尤其是已定為自然保護區的濕地進行功能劃分。濕地功能區的劃分應充分體現濕地的特點，按照濕地的資源狀況進行劃分。多年的濕地景觀破碎化分析可以充分體現濕地資源、各生態系統的變化情況，比如其在空間和時間上的連續性，據此進行功能區劃分，以達到優先保護、合理布局的目的。在景觀破碎化分析中，最有效的方法是利用“3S”技術對濕地內的相關信息進行提取和分析。本研究即采用“3S”技術對凌河口濕地5個年份跨越20年的景觀破碎化動態變化進行分析，并在此基礎上首次對其功能區進行劃分，并利用“3S”技術對濕地1995—2014年中的5年進行了功能區的具體劃分，為科學利用濕地資源、協調研究區經濟發展和建設健康的濕地生態系統等提供科學依據[2]。

1研究區域概況

凌河口濕地是遼河三角洲濕地的重要組成部分，屬遼寧省省級自然保護區，是我國河口濕地的典型區域。地理坐標為121°00′ ～ 121°30′E，40°45′ ～ 41°00′N。凌河口濕地保護區地處中國渤海遼東灣北海岸，遼寧省凌海市南部沿海地帶，囊括凌海市68.7 km海岸線，東起大凌河河口，與遼寧雙臺河口國家級自然保護區相鄰；西至小凌河河口西部龍頭，與世界知名的筆架山、天橋景觀相接；北部為遼西中心城市錦州市和遼西明珠凌海市。保護區總面積約為8.36萬hm2，屬濱海濕地復合生態系統。

保護區內物種多樣，資源豐富，主要保護對象是濕地生態系統、候鳥及西太平洋斑海豹。每年有7萬余只鳥經凌河口濕地進行遷徙，是國際上重要的候鳥停歇地，也是世界瀕危鳥類黑嘴鷗和丹頂鶴的主要棲息地和繁殖地，并且該地區位于東北亞鳥類遷徙必經之地，生物物種十分豐富，有動植物共計239科，1 024種。凌河口受遼東灣北部潮汐、海流、波浪等海洋因素的影響，形成大面積的灘涂、沼澤濕地，因此極具濕地生態效益。凌河口濕地生態資源豐富，不僅具有經濟價值，而且具有重要的生態和科研價值[3]，應對其進行功能區的劃分，以達到優先保護、科學利用的目的。

2研究方法

2.1基礎資料

主要數據源為1995、2000、2005、2009、2014年30 m分辨率的TM影像。以GIS為技術平臺，并用ERDAS 8.6對TM影像進行大氣校正、幾何糾正、信息增強等處理。收集的各種輔助資料有：行政界限圖、水系圖和大凌河地區以往的調查資料、研究成果以及各種相關地質、植被、土壤、氣象、水文、區域地理概況、社會經濟因素等。

2.2土地利用景觀分類與遙感分類信息提取

根據遼寧省土地部門制定的土地利用分類系統及實地調查研究，將凌河口濕地土地利用景觀類型劃分為8類，分別是：林地、湖泊-養殖塘、居民地、蘆葦沼澤、旱地、水田、灘涂及河流。

2.3景觀空間格局指標

景觀空間格局通常是指景觀的空間結構特征，具體是指由自然或人為形成的一系列大小、形狀各異，排列不同的景觀鑲嵌體在景觀空間的排列，即是景觀異質性的具體表現。目前有上百種用來分析和解釋景觀格局的指數，但是景觀結構要素之間具有高度的相關性。根據相關分析，本研究選定了4個既相互獨立，又能全面描述凌河口濕地景觀格局的景觀指數，分別是：多樣性指數、景觀優勢度指數、景觀斑塊密度和景觀香農多樣性指數。通過對它們的分析，能反映出凌河口濕地的景觀破碎化狀況。

3計算結果與分析

3.1計算結果

通過ArcGIS等軟件，根據數據庫中各景觀類型的面積、斑塊數等信息，按照式（1）～（4），代入相關參數，計算得出1995、2000、2005、2009、2014年5年的凌河口濕地的景觀多樣性指數（H）、景觀優勢度指數（D）、景觀斑塊密度（PD）和景觀香農多樣性指數（SHDI），將計算結果繪制成凌河口濕地景觀格局指數變化趨勢圖（圖1）。

3.2濕地內部破碎化分析

從圖1可以看出，1995年到2014年，凌河口濕地的各個景觀指數趨勢都呈拋物線形式變化，其中景觀多樣性指數先從2.498升到2.720，再降到2.544；景觀斑塊密度先從0.342升到0.473，再降到0.354；香農多樣性指數先從1.732升到1.885，再降到1.763；景觀優勢度指數則是先從0.502降到 0.280，再升到0.456。由此不難看出2005年是一個轉折點，各個指標出現了高峰或低谷。從各個指數的含義來分析，可以說明在1995年到2005年期間，濕地的景觀多樣性增加幅度明顯，整體斑塊密度增大，土地利用豐富，景觀的破碎化程度加重，各類型所占的比例差異逐漸減小，表明在這期間人類對濕地景觀的干預越來越頻繁，造成了濕地景觀的急劇變化。從優勢度指數的定義來看，優勢度D越大，表明景觀只受一個或少數幾個斑塊類型的支配；D值越小，表示景觀由多個面積相近的斑塊類型所構成。由此表明，濕地中占優勢地位的幾種景觀類型的面積在逐步減小，各景觀類型所占面積比例趨于平等。4種景觀指數變化趨勢表明：1995—2005年，濕地內景觀破碎化加劇。這主要受人為活動的影響，使湖泊-養殖塘、居民地等的面積不斷增大，旱地雖然面積沒有上升，但斑塊數量增加明顯，這些對大斑塊蘆葦沼澤、灘涂等的不斷蠶食、分割、隔離，使濕地質量下降，導致環境變差，進一步加劇濕地內部的破碎化進程。

從圖1可以看出，在2005年到2014年期間，多樣性指數、景觀斑塊密度和香農多樣性指數都開始有所下降，景觀優勢度指數有所升高，由此可以得出結論：在這個時期，景觀多樣性在逐步減少，景觀破碎化程度趨于緩和，其中一些占優勢的景觀類型得到了有效的鞏固，景觀的連續性和整體性較2005年有所好轉[8]。這主要是因為相關部門加強了濕地的生態環境管理，限制了對濕地的開發與占用。

4凌河口濕地功能區劃分

4.1濕地功能區劃分的依據

“人與生物圈計劃”簡稱MAB，是聯合國教科文組織科學部門于1971年發起的一項政府間跨學科的大型綜合性研究計劃。生物圈保護區是MAB的核心部分，是一種新型的自然保護區，是根據“世界生物圈保護區網絡章程框架”設立的。它將傳統的絕對保護過渡到開放式、多功能的積極保護。建立自然保護區不但要保護自然資源，還要實現區域經濟發展，因此，需要對保護區進行全方位規劃，實現保護區的多功能作用，即除了把保護看作主要任務外，還應將教育、科研、生態旅游和資源開發等結合起來，促進區域經濟發展。

為達到保護區的多功能要求，一般將其劃分為3個區域：（1）核心區：是保護區的核心部分，此區域要盡量保證不受人為破壞或干擾。核心區要嚴禁采伐和狩獵等活動，嚴格保護動植物和生態環境，以維持物種多樣性的完整，并使其維持穩定。具體劃分時需注意：核心區必須是需要保護的野生動植物最集中分布的區域，或者是各原生性生態系統類型保存最完好的區域。（2）緩沖區：一般處于核心區外圍，可防止核心區受到外界的干擾，起到緩沖的作用。在緩沖區可適當地進行以資源保護為目的的科研活動、旅游活動、景觀恢復工程等，但前提是不破壞濕地內景觀。具體劃分時需注意：緩沖區一般包括一部分原生性生態系統類型和由演替類型所占據的半開發地段，使生物、景觀與核心區保持一致。（3）過渡區（又稱試驗區）：主要用于發展本地特有的生物資源，保存與核心區和緩沖區的一致性。在此區域允許進行一些科研和人類經濟活動以協調當地居民、保護區及研究人員的關系[9]。

4.2功能區劃分

凌河口濕地是遼寧省自然保護區，目前還沒有對其進行功能區的劃分。為實現凌河口濕地的多功能性，在保護的同時對其進行利用，本研究首次對其進行功能區的劃分。以MAB提出的保護區功能區劃分原則為依據，結合景觀破碎化分析結果以及濕地內的實際情況進行劃分。從景觀破碎化分析結果看，1995—2005年，由于人類對濕地景觀的干預越來越頻繁，濕地的景觀多樣性增加幅度明顯，整體斑塊密度增大，土地利用豐富，景觀的破碎化程度加重，各類型所占的比例差異逐漸減小，使濕地景觀急劇變化，改變了濕地固有的水文情勢，使濕地內生物多樣性面臨最大威脅。雖然2005—2014年，濕地內景觀破碎化程度有所改善，但是濕地內景觀破碎化程度仍較大，需要加強對其的保護?；谝陨显?，結合凌河口濕地景觀破碎化現狀及物種生境特征，建議性地提出了該濕地功能區的劃分。從凌河口5年的濕地遙感影像以及濕地調查來看，凌河口濕地的東南角主要分布的是沼澤地和珍稀動物，相對完好地保存了原始生態系統的類型，因此將凌河口濕地的南部沿海地帶及周邊沼澤地區劃分為核心區；過渡區為研究區的中部地區，這里主要是林地、旱田、水田等，其功能與核心區的功能相似；破碎化程度比較嚴重的北部地區，劃分為試驗區[10]。具體分區如下：

4.2.1核心區

核心區的劃分有著資源分布及地理形態上的考慮。核心區總面積305.88 km2，占濕地總面積的 36.6%。核心區中包含了蘆葦沼澤、河流、湖泊-養殖塘、灘涂等生態系統，為候鳥的主要棲息地和覓食地。核心區主要以保護濕地珍稀野生動植物為主，同時要保護生態環境，是重點保護區域。目前區內人為活動較小，核心區內居民地面積從1995年的37.54 km2降至2014年的2.09 km2，但從長期來看核心區內需避免外界和人為干擾，應將核心區內的居民全部遷出。

4.2.2緩沖區

緩沖區位于核心區的外圍，對核心區有隔離、緩沖和保護的作用，總面積268.28 km2，占濕地總面積的32.1%，目前看破碎化程度高于核心區，主要包括水田、旱地、林地、灘涂、蘆葦沼澤、湖泊-養殖塘等生態系統。在此區域可進行以保護為目的的科研、教學、生態修復工程以及生態旅游等。

4.2.3過渡區（試驗區）

過渡區為緩沖區以外的地區，總面積261.59 km2，占濕地總面積的31.3%，目前看破碎化程度高于另外2區，包括旱田、林地、水田、蘆葦沼澤、灘涂、河流、居民地等生態系統。在此區域可從事參觀考察、科研試驗和相應的經濟活動等。

5結論

通過遙感和地理信息系統空間分析技術，運用相關計算軟件，對濕地資源進行了數據處理和分析。研究結果表明，1995年到2005年該區域的斑塊密度在逐漸增大，濕地各個景觀類型的連續性和整體性在降低，破碎化程度越來越嚴重，主要是受人為活動的影響；2005年到2014年，多樣性指數、斑塊密度及香農多樣性指數在逐步降低，景觀優勢度指數在逐步升高，這表明濕地的整體性和連續性正在逐漸恢復，生態環境較2005年之前有所改善。

為保護凌河口濕地生態系統的完整性，本研究以MAB提出的保護區功能區劃分原則為依據，結合其景觀破碎化分析結果以及凌河口濕地的實際情況，首次對其進行功能區的劃分，分為核心區（占濕地總面積的36.6%）、緩沖區（占濕地總面積的32.1%）和試驗區（占濕地總面積的31.3%）。

參考文獻：

[1]由暢，周永斌，于麗芬，等. 景觀破碎化數量分析方法概述[J]. 中國農學通報，2006，22（5）：146-151.

[2]周再知，蔡滿堂，肖篤寧，等. 鄉村土地利用與景觀格局動態變化研究[J]. 林業科學研究，1999，12（6）：599-605.

[3]李新香. 凌河口濕地科學考察[J]. 遼寧林業科技，2004（1）：34-35.

[4]王勝. 景觀結構特征數量化方法概述[J]. 河北林果研究，1999，14（2）：126-132.

[5]李詳，王心源，胡瑋，等. 基于GIS的安慶武昌湖濕地景觀格局演變研究[J]. 中國水土保持，2006，28（5）：44-46.

[6]周再知，蔡滿堂，許勇太. 鄉村土地利用與景觀格局動態變化研究[J]. 林業科學研究，1999，12（6）：599-605.

[7]周連義，江南，呂恒，等. 長江南京段濕地景觀格局變化特征[J]. 資源科學，2006（5）：24-29.

[8]鐘春棋，鄭彩紅. 基于TM影像的閩江口濕地信息提取及其動態變化研究[J]. 國土資源遙感，2008（1）：38-41.

[9]余新曉，牛建植，關文彬，等. 景觀生態學[M]. 北京：高等教育出版社，2006：211-288.[ZK）]

[10]王獻溥，于順利，陳宏偉. 論保護區基本含義的發展和深化[J]. 北京林業大學學報，2006，28（4）：165-168.