李春干, 代華兵

廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 南寧 530011

1960—2010年廣西紅樹(shù)林空間分布演變機(jī)制

李春干*, 代華兵

廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 南寧 530011

為全面摸清1960—2010年廣西紅樹(shù)林空間分布及其演變機(jī)制，采用多源遙感數(shù)據(jù)提取不同年度的紅樹(shù)林空間分布信息，分析了廣西紅樹(shù)林空間分布動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，采用基于斑塊的紅樹(shù)林空間演變機(jī)理分析方法，研究了1960/1976—2010年廣西紅樹(shù)林空間演變機(jī)制。結(jié)果表明：1960/1976年、1990s年、2001年、2007年和2010年廣西紅樹(shù)林斑塊數(shù)量分別為1020、829、1094、1718個(gè)和1712個(gè)，面積分別為9062.5、7430.1、7015.4、6743.2、7054.3 hm2，近50年間紅樹(shù)林面積減少了22.16%，年均減少0.53%，斑塊數(shù)量增加了67.8%；斑塊平均面積由1960/1976年的8.9 hm2減小至2010年的4.1 hm2，大斑塊數(shù)量顯著減少，斑塊破碎化嚴(yán)重；不同時(shí)期、不同區(qū)域和海灣，紅樹(shù)林面積和斑塊數(shù)量的變化量、變化速率均不同；1960/1976年的斑塊中，只有24個(gè)斑塊至2010年時(shí)尚保持穩(wěn)定，占2.4%，絕大部分斑塊都發(fā)生了某種程度的變化。進(jìn)一步分析結(jié)果表明：1960/1976—2010年，斑塊消失(46.1%)、碎化(40.4%)、萎縮(13.5%)是面積減少的主要途徑，新增(70.0%)和碎化(29.9%)是斑塊數(shù)量增加的主要途徑，但在不同時(shí)期，斑塊數(shù)量和面積在各個(gè)途徑上發(fā)生的變化量不盡相同；養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)(80.0%)、工程建設(shè)(10.9%)和圍墾(9.1%)是面積凈減少的驅(qū)動(dòng)因子，自然過(guò)程(92.6%)和人工造林(7.4%)是斑塊數(shù)量?jī)粼黾拥尿?qū)動(dòng)因子，不同驅(qū)動(dòng)因子在不同時(shí)期對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的影響程度不同；斑塊數(shù)量變化主要由自然過(guò)程作用下通過(guò)新增(39.6%)、消失(-9.1%)兩個(gè)途徑，以及養(yǎng)殖塘和鹽田作用下通過(guò)消失(-15.3%)、碎化(14.5%)兩個(gè)途徑發(fā)生，斑塊面積變化主要由自然過(guò)程影響下通過(guò)新增(17.5%)、擴(kuò)張(12.6%)、消失(-6.1%)，以及養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)驅(qū)動(dòng)下通過(guò)斑塊消失(-14.8%)、碎化(-13.9%)、萎縮(-6.6%)3個(gè)途徑發(fā)生。

紅樹(shù)林; 空間分布; 演變; 景觀生態(tài)學(xué); 斑塊分析

紅樹(shù)林是重要的海洋生態(tài)系統(tǒng)，具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生態(tài)功能。2005年全球紅樹(shù)林面積為1523.1萬(wàn)hm2，分布于124個(gè)國(guó)家和地區(qū)，其中亞洲面積最大，占全球的38.5%。由于人類活動(dòng)對(duì)海岸生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力及水產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施和旅游對(duì)紅樹(shù)林棲息地的破壞，1980—2005年，全球紅樹(shù)林減少了19%[1]。

很多學(xué)者對(duì)紅樹(shù)林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)做了大量的研究工作。在全球尺度上，很多組織、機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)紅樹(shù)林?jǐn)?shù)量及其分布進(jìn)行了估計(jì)[1-8]，但大多是基于區(qū)域尺度和地方尺度數(shù)據(jù)的匯總，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源多樣、獲取技術(shù)不同、地理空間投影不一致、數(shù)據(jù)不相容，不能提供足夠詳細(xì)的空間信息，因此估計(jì)結(jié)果相差較大[9]。Giri等于2010年通過(guò)解譯近1 000景Landsat遙感圖像，完成了第一次真正意義上的全球紅樹(shù)林空間分布監(jiān)測(cè)[9]。區(qū)域尺度紅樹(shù)林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，大多采用Landsat、SPOT1-4、IRS LISS Ⅲ等中分辨率遙感數(shù)據(jù)[10-14]；地方尺度則主要采用航空像片和高空間分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，包括SPOT、IKONOS、QuickBird等[15-18]。20年來(lái)，很多學(xué)者對(duì)我國(guó)紅樹(shù)林動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了很多研究，初步揭示了我國(guó)主要分布區(qū)紅樹(shù)林變化動(dòng)態(tài)及其驅(qū)動(dòng)因素[19-29]，但監(jiān)測(cè)區(qū)較小，大多局限于一個(gè)港灣或一個(gè)河口，并且大多采用Landsat TM/ETM+等中分辨率遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果精度較低。另一方面，雖然很多學(xué)者對(duì)各個(gè)尺度上紅樹(shù)林空間分布動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究，但這些研究多是從整體的角度研究面積的變化情況，缺乏由斑塊而起的深入研究，未能全面闡明在長(zhǎng)期演變過(guò)程中紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積增加、減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程。此外，有關(guān)紅樹(shù)林面積變化的驅(qū)動(dòng)因子，大多只是定性分析，少見(jiàn)定量分析?？傊?，現(xiàn)有紅樹(shù)林空間分布動(dòng)態(tài)分析并未觸及紅樹(shù)林空間分布的演變機(jī)制。

廣西沿海是中國(guó)大陸重要的紅樹(shù)林分布區(qū)，紅樹(shù)林面積占全國(guó)的38%[30]。歷史以來(lái)，區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、發(fā)展方式以及沿海居民生產(chǎn)生活方式、環(huán)境保護(hù)意識(shí)等，與毗鄰的廣東省雷州半島及粵西海岸、海南省北部和東北海岸等中國(guó)紅樹(shù)林主要分布區(qū)基本相似。為此，采用航空?qǐng)D像、SPOT1-5、ALOS等中高分辨率遙感圖像，對(duì)廣西北部灣1960—2010年紅樹(shù)林空間分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，采用基于斑塊的分析方法[31-32]，深入研究其空間演變機(jī)理，不但有助于探明該區(qū)域紅樹(shù)林空間分布的變化規(guī)律，揭示經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人為干擾對(duì)紅樹(shù)林空間分布的影響，也可由此管窺中國(guó)大陸紅樹(shù)林的歷史變化及其空間演變機(jī)制，為國(guó)家和各級(jí)政府以及社會(huì)公眾的紅樹(shù)林濕地保護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

廣西北部灣位于北部灣北緣，大陸岸線東起合浦縣與廣東省廉江縣交界的英羅港洗米河口，西至東興市與越南交界的北侖河口，海岸線全長(zhǎng)1 500 km，有大小島嶼697個(gè)，總面積66.90 km2，灘涂面積1 005 km2。岸線曲折，具有眾多天然海灣，主要有鐵山港灣、廉州灣、欽州灣、防城港灣和珍珠港灣。為對(duì)區(qū)域紅樹(shù)林空間分布作深入分析，將研究區(qū)進(jìn)一步細(xì)分為北侖河口、珍珠港、英羅港等14個(gè)海灣(圖1)。

圖1 研究區(qū)及港灣分區(qū)與2010年紅樹(shù)林分布圖Fig.1 Study site and location of sub-gulf and distribution of mangrove in 20101: 北侖河口；2: 珍珠港；31: 防城港西灣；32: 防城港東灣；41: 茅尾海；42: 七十二涇；43: 金鼓江；44: 欽州灣外灣；5: 大風(fēng)江；6: 廉州灣；7: 北海東岸；81: 鐵山港；82: 丹兜海；9:英羅港

1.2 生境條件

位于北回歸線以南，屬邊緣熱帶海洋氣候，主要特點(diǎn)為：①季風(fēng)明顯，全年盛行季風(fēng)；②溫差小，相對(duì)濕度約為80%；③干濕季明顯，年降雨量1 500—2 000 mm，最高年降雨量達(dá)3 512 mm，6—8月雨量約占全年雨量的55%—60%；④無(wú)嚴(yán)寒天氣，年平均氣溫22.0—23.4 ℃，最冷月(1月)平均溫度不低于13.4 ℃，最熱月(7月)平均氣溫28.0 ℃，極端最高氣溫可達(dá)37.5 ℃；⑤災(zāi)害天氣多，主要有臺(tái)風(fēng)、熱帶風(fēng)暴、風(fēng)暴潮、暴雨、低溫陰雨、寒露風(fēng)、干旱等，年均受臺(tái)風(fēng)侵襲2—3次，最大風(fēng)力達(dá)32.7 m/s。

海底地形平坦，其坡向自西北向東南傾斜，一般坡度為2°左右。淺海屬半封閉型大陸架海域，海底沉積物以粉砂為主。

潮汐為非正規(guī)全日潮和正規(guī)全日潮，其中全日潮時(shí)間占60%—70%。沿岸各地潮差較大，最大潮差6.25 m，平均潮差2.42 m。沿岸有中小河流123條，其中獨(dú)流入海的較大河流有南流江、欽江、大風(fēng)江、茅嶺江、防城河等22條，年均涇流量約250億m3。6—8月地表水資源量占全年水資源量的50%—60%，12月至次年2月僅占20%。年平均水溫為23.0 ℃，7月水溫最高，達(dá)30.6 ℃，1月水溫最低，為13.8 ℃。水溫的季節(jié)性變化與氣溫一致。海水平均鹽度為28.81，12月至次年2月鹽度最高，為31.14，9—11月次之，為29.08，3—5月為27.85，6—8月鹽度最低，為27.15。

1.3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)概況

廣西沿海地區(qū)包括北海市、欽州市、防城港市，2010年總?cè)丝?45.73萬(wàn)人。有大小商港、漁港24個(gè)，其中防城港、欽州港、北海港是廣西對(duì)外貿(mào)易的三大港口，2010年貨物吞吐量達(dá)1.19億t。沿岸灘涂開(kāi)發(fā)利用方式包括海水養(yǎng)殖、港口建設(shè)、開(kāi)辟鹽田、圍海造地、海水浴場(chǎng)等。1950年以來(lái)，圍海造地和鹽田及臨海工業(yè)、城鎮(zhèn)用海面積總計(jì)約100 km2，海水養(yǎng)殖面積643 km2，分別約占廣西沿海灘涂總面積的10%和64%。2010年經(jīng)批準(zhǔn)的工程建設(shè)項(xiàng)目用海44宗，涉海面積22 010.42 hm2，其中填海面積1 275.85 hm2。

沿海地區(qū)有2個(gè)國(guó)家級(jí)(北侖河口、山口)、1個(gè)自治區(qū)級(jí)(茅尾海)紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)，并有合浦儒艮國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和北海濱海國(guó)家濕地公園。

2 紅樹(shù)林遙感信息提取及空間分布演變機(jī)制分析方法

2.1 遙感信息提取方法

2.1.1 遙感數(shù)據(jù)

用于紅樹(shù)林信息提取的遙感數(shù)據(jù)有航空?qǐng)D像和衛(wèi)星圖像，各種圖像的拍攝(成像)年度、數(shù)量、覆蓋海灣和比例尺、空間分辨率見(jiàn)表1[31]。局部區(qū)域還采用了由Google Earth下載的2009、2010年Quickbird衛(wèi)星圖像。此外，還采用一定數(shù)量的2004—2007年1∶10000全色正射航空?qǐng)D像，用于遙感圖像幾何精校正。

表1 用于信息提取的遙感數(shù)據(jù)種類及其覆蓋區(qū)域[31]

1989年的SPOT1圖像不覆蓋金鼓江等4個(gè)海灣，用1991年和1995年的SPOT2圖像補(bǔ)充。由于數(shù)據(jù)年度的跨度不長(zhǎng)，并且這4個(gè)海灣的紅樹(shù)林面積只約占研究區(qū)的25%，為便于動(dòng)態(tài)分析，采用各年度紅樹(shù)林面積加權(quán)平均計(jì)算得到的平均年度為1989.6，故1989—1995年的數(shù)據(jù)可視為1990年的數(shù)據(jù)，后述分析中常用“1990s”或“1990s年”表示，意指這個(gè)時(shí)間段的紅樹(shù)林?jǐn)?shù)據(jù)為20世紀(jì)90年代的數(shù)據(jù)，而并非嚴(yán)格意義上的1990年的數(shù)據(jù)。1960年的圖像未覆蓋鐵山港及以東海灣，用1976年的圖像補(bǔ)充，按上述方法得到的數(shù)據(jù)平均年度為1963年。由于年度相差較遠(yuǎn)，因此除在作面積和斑塊數(shù)量變化速率分析時(shí)取其數(shù)據(jù)年度為1963年外，其數(shù)據(jù)年度一律用“1960/1976年”表示。

2.1.2 圖像預(yù)處理

(1)采用正射全色航空?qǐng)D像對(duì)各期衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行幾何精校正，并作分辨率融合。為提高可讀性，對(duì)其進(jìn)行邊緣增強(qiáng)；

(2)以海灣為單元拼接各期航空?qǐng)D像，以經(jīng)精校正后的2010年衛(wèi)星遙感圖像為參考圖像進(jìn)行幾何精校正，然后進(jìn)行整體拼接。

2.1.3 斑塊信息提取與地面驗(yàn)證

(1)航空遙感圖像信息提取采用在GIS支持下通過(guò)目視解譯、屏幕矢量化方法進(jìn)行。在確保地物清晰可辨的前提下，在屏幕矢量化過(guò)程中盡可能將圖像放大，至少放大到1∶5000以上，并嚴(yán)格做到矢量線與圖像上紅樹(shù)林邊界重合。

(2)衛(wèi)星遙感圖像信息提取采用以下方法進(jìn)行：①將圖像按海灣范圍切割，并盡可能去除水體和陸地區(qū)域；②進(jìn)行波譜運(yùn)算、監(jiān)督分類和面向?qū)ο蠓诸?；③根?jù)紅樹(shù)林空間分布情況，將圖像進(jìn)一步切割為眾多小區(qū)域(最小區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)較大的斑塊)，然后施行非監(jiān)督分類(一般分為20類以上)，根據(jù)圖像表征和地面調(diào)查數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)分類圖像進(jìn)行賦值；④參考波譜運(yùn)算圖像和各種分類圖像，采用屏幕矢量化方法提取紅樹(shù)林斑塊邊界。邊界提取一般在比例尺≥1∶3000的分類圖像上進(jìn)行。

(3)為確保各期紅樹(shù)林斑塊邊界的變化符合邏輯，在提取斑塊邊界過(guò)程中，需逐一斑塊參考同一位置的前、后期圖像及其相應(yīng)斑塊的邊界信息。

(4)將2010年紅樹(shù)林斑塊邊界提取結(jié)果輸入PDA+GPS和輸出紙質(zhì)圖，進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證、校對(duì)和修正，并根據(jù)2010年修正結(jié)果對(duì)各期數(shù)據(jù)進(jìn)行空間變化邏輯檢查和修正。對(duì)面積較大斑塊或典型斑塊分別遠(yuǎn)景、中景和近景拍攝照片，記錄其群落結(jié)構(gòu)狀況。

采用從Google Earth下載的2010年QuickBird圖像對(duì)由2010年ALOS提取的珍珠港49個(gè)斑塊進(jìn)行精度檢驗(yàn)，結(jié)果為：面積總誤差為-2.5%，表示空間位置精度的平均重疊率[31]為96.5%，說(shuō)明監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠。

2.2 斑塊數(shù)量和面積在不同因素驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的變化量計(jì)量方法

紅樹(shù)林斑塊變化的驅(qū)動(dòng)因素(因子)包括自然過(guò)程、養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)、圍墾、工程建設(shè)和人工造林5種，變化途徑有穩(wěn)定、擴(kuò)張、萎縮、碎化、消失和新增6種[31-32]。由于遙感數(shù)據(jù)種類不一、傳感器不同、空間分辨率相差較大，難以做到各期遙感圖像的精確配準(zhǔn)，故采用整體計(jì)量法對(duì)斑塊數(shù)量和面積在不同因素驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的變化量進(jìn)行計(jì)量，方法要點(diǎn)如下[31]：

(1)在GIS環(huán)境中，將前、后兩期斑塊分布圖、遙感圖像進(jìn)行疊合，采用視覺(jué)信息疊合方法，將研究區(qū)劃分為眾多具有相同主要驅(qū)動(dòng)因子和變化途徑且相鄰斑塊組成的分析單元，并予以逐一編號(hào)。由于在不同的監(jiān)測(cè)期，同一斑塊變化的驅(qū)動(dòng)因素和變化途徑都不盡相同，因此，對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)期，需單獨(dú)劃分分析單元。

(2)對(duì)于每個(gè)分析單元，根據(jù)斑塊恢復(fù)的難易程度、面積和斑塊數(shù)量變化量的大小，確定其主要驅(qū)動(dòng)因子和主要變化途徑。監(jiān)測(cè)期內(nèi)該分析單元前、后期的斑塊數(shù)量和面積之差分別為該分析單元由該因子驅(qū)動(dòng)、通過(guò)該途徑發(fā)生的斑塊數(shù)量和面積的變化量。

2.3 空間分布演變機(jī)制分析方法[31-32]

(1)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，構(gòu)建各個(gè)分析單元斑塊數(shù)量和面積變化量的驅(qū)動(dòng)因子-變化途徑狀態(tài)矩陣。

(2)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序，由驅(qū)動(dòng)因子-變化途徑狀態(tài)矩陣出發(fā)，計(jì)算各個(gè)監(jiān)測(cè)期的總驅(qū)動(dòng)量、總驅(qū)動(dòng)率、凈驅(qū)動(dòng)量、凈驅(qū)動(dòng)率、趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率、總流量、總流率、凈流量、凈流率、趨勢(shì)凈流率和作用力等反映斑塊數(shù)量和面積空間演變的系列指標(biāo)。

3 紅樹(shù)林?jǐn)?shù)量及其變化趨勢(shì)

3.1 斑塊數(shù)量和面積數(shù)量及其變化趨勢(shì)

1960/1976年，研究區(qū)有1 020個(gè)紅樹(shù)林斑塊，總面積為9 062.5 hm2，至2010年，斑塊數(shù)量增加至1 712個(gè)，面積減少為7 054.3 hm2。2010年研究區(qū)紅樹(shù)林分布圖見(jiàn)圖1，各個(gè)海灣、各個(gè)市轄區(qū)不同時(shí)期的紅樹(shù)林面積和斑塊數(shù)量見(jiàn)表2。

1960/1976—2010年，紅樹(shù)林面積減少了22.16%，采用復(fù)利準(zhǔn)則計(jì)算的年均變化率[33]為-0.53%；斑塊數(shù)量增加了67.8%，年均變化率為1.10%。

1960/1976—2007年，廣西紅樹(shù)林面積以年均0.50%—0.75%變化率逐期減少，2010年較2007年小幅度增加。斑塊數(shù)量由1960/1976—1990s年長(zhǎng)時(shí)期小幅度減少，經(jīng)1990s—2007年呈大幅度增加后，2007—2010年保持基本穩(wěn)定。

紅樹(shù)林面積變化速率隨著時(shí)間、空間的不同而不同(表3)。雖然在1960/1976—2007年3個(gè)監(jiān)測(cè)期中，廣西紅樹(shù)林面積的年均變化率較為接近，但各個(gè)海灣、區(qū)域的變化率相差很大。同一監(jiān)測(cè)期，不同區(qū)域和海灣的變化情況差異更大，即使在大多數(shù)海灣紅樹(shù)林面積均減少的情況下，也有一些海灣出現(xiàn)紅樹(shù)林面積增加的現(xiàn)象，并且，雖然同樣是面積減少，但其減少的速率也相差較大。以上反映了研究區(qū)在不同的歷史時(shí)期、不同的海灣和市域，人為活動(dòng)干擾對(duì)紅樹(shù)林的影響程度不同。

表2 1960/1976—2007年廣西紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積變化趨勢(shì)

表中1960/1976年、2010年的斑塊數(shù)量和面積與以往研究[32]有差異，此文修正了原監(jiān)測(cè)結(jié)果; 有關(guān)1960/1976—2010年廣西紅樹(shù)林面積和斑塊數(shù)量，以本文為準(zhǔn)；(2)1960/1976年的數(shù)據(jù)中，*為1976年的數(shù)據(jù)，#為1960/1976年的數(shù)據(jù)，其余為1960年的數(shù)據(jù)

表3 1960/1976—2010年不同監(jiān)測(cè)期廣西紅樹(shù)林斑塊面積變化量和年均變化率[31]

表中計(jì)算各區(qū)域的年均變化率時(shí)，根據(jù)各海灣的數(shù)據(jù)年度(表1)、2010年紅樹(shù)林面積，采用加權(quán)平均法計(jì)算各區(qū)域的數(shù)據(jù)年度;如全廣西1960/1976年的數(shù)據(jù)年度為1963.0，1990s年的數(shù)據(jù)年度為1989.6；北海市區(qū)域1960/1976年的數(shù)據(jù)年度為1967.4，1990s年的數(shù)據(jù)年度為1989.9

在大尺度區(qū)域尺度上，1960/1976—2010年研究區(qū)紅樹(shù)林面積的年均減少速率，低于1980—2005年全球的0.77%、亞洲的0.98%、越南全國(guó)的1.37%、中國(guó)全國(guó)的1.37%[1]，高于2004年印度洋海嘯影響地區(qū)1975—2005年的0.4%[34]；在海灣尺度的區(qū)域上，研究區(qū)紅樹(shù)林面積年均減少速率低于1977—2008年湛江雷州灣通明海的0.58%[29]，高于1989—2002年海南東寨港的0.49%[26]，低于同屬北部灣的越南主要海灣和地區(qū)的1943年以來(lái)的紅樹(shù)林減少速率[35]。

3.2 斑塊面積特征變化趨勢(shì)

由于面積大幅度減少、斑塊數(shù)量大量增加，1960/1976—2010年廣西紅樹(shù)林斑塊平均面積呈大幅度減少的趨勢(shì)，2010年斑塊平均面積只為1960/1976年的46.1%，斑塊面積變化的另一個(gè)特征是大斑塊的數(shù)量明顯減少(表4)。

表4 不同年度斑塊面積特征斑塊數(shù)量[31]

3.3 斑塊的穩(wěn)定性

1960/1976年1 020個(gè)紅樹(shù)林斑塊中，至2010年時(shí)只有24個(gè)斑塊保持穩(wěn)定(邊界和面積基本不變)，占1960/1976年斑塊數(shù)量的2.4%，而擴(kuò)張、萎縮、碎化和消失斑塊的比重分別為23.8%、12.7%、17.4%和43.7%，期間新增的斑塊數(shù)量占2010年斑塊數(shù)量的49.8%。這種斑塊數(shù)量一方面大量減少，另一方面大量增加的變化，表明區(qū)域紅樹(shù)林斑塊處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)。將穩(wěn)定、擴(kuò)張視為斑塊的良性變化，萎縮、碎化和消失視為非良性變化，則1960/1976—2010年，呈良性、非良性變化的斑塊數(shù)量比重分別為26.2%和73.8%，總體上呈非良性變化。

進(jìn)一步分析結(jié)果表明，1960/1976—2010年斑塊數(shù)量增加了1 230個(gè)，減少了538個(gè)，斑塊數(shù)量總變化量為1 768個(gè)，凈變化量為692個(gè)，總變化率和凈變化率分別為64.7%、25.3%，表明紅樹(shù)林斑塊處于大幅度增加、大幅度減少的極不穩(wěn)定狀態(tài)。不同海灣斑塊數(shù)量和面積的總變化率基本相同，但凈變化率相差較大，說(shuō)明各個(gè)海灣的紅樹(shù)林斑塊都處于增加、減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程之中。

由于消失的斑塊和新增的斑塊在空間位置上基本不重疊，因此，紅樹(shù)林空間分布結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，很多1960/1976年有紅樹(shù)林分布的地段，至2010年時(shí)已經(jīng)變成了光灘，而很多1960/1976年為光灘的地段，至2010年時(shí)出現(xiàn)了紅樹(shù)林。

4 紅樹(shù)林空間分布演變機(jī)制分析

4.1 變化途徑分析

變化途徑分析的目的是闡明紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積通過(guò)各個(gè)途徑發(fā)生變化量(絕對(duì)量和相對(duì)量)的大小，用總流量、總流率、凈流量、凈流率和趨勢(shì)流率5個(gè)流量(率)指標(biāo)定量反映斑塊數(shù)量和面積通過(guò)各個(gè)途徑發(fā)生的變化情況，其中：總流量(率)表示斑塊數(shù)量和面積通過(guò)某個(gè)途徑發(fā)生的總變化量(率)；凈流量(率)表示斑塊數(shù)量和面積通過(guò)某個(gè)途徑發(fā)生的凈變化(增加或減少)量(率)；趨勢(shì)流率表示監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量和面積凈增加/凈減少的情況下，通過(guò)某個(gè)變化途徑發(fā)生的凈變化量的相對(duì)量[31-32]。研究區(qū)斑塊數(shù)量和面積變化的途徑分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 1960/1976—2010年不同途徑的斑塊數(shù)量和面積流量(率)分析[31]

由表5，研究區(qū)1960/1976—2010年斑塊數(shù)量的變化具有如下特點(diǎn)：①雖然在穩(wěn)定、萎縮、擴(kuò)張、碎化、消失和新增6個(gè)途徑上都出現(xiàn)斑塊數(shù)量變化，但后3個(gè)途徑的變化量最大，其總流率之和達(dá)到了77.7%—94.2%，是斑塊數(shù)量變化的主要途徑，斑塊穩(wěn)定、萎縮對(duì)斑塊數(shù)量變化影響不大；②不同監(jiān)測(cè)期，各個(gè)途徑上發(fā)生的斑塊數(shù)量變化量相差較大，當(dāng)斑塊數(shù)量?jī)魷p少時(shí)(1960/1976—1990s年、2007—2010年)，消失途徑的總流率最大，擴(kuò)張途徑也較大，當(dāng)斑塊數(shù)量?jī)粼黾訒r(shí)(1990s—2001年、2001—2007年)，新增途徑的總流率最大，碎化途徑也較大，說(shuō)明在不同的監(jiān)測(cè)期，斑塊受到干擾的行為不同；③各個(gè)監(jiān)測(cè)期中，無(wú)論其斑塊數(shù)量?jī)粼黾舆€是凈減少，新增和消失途徑上的總流率都較大，說(shuō)明同時(shí)出現(xiàn)斑塊數(shù)量一方面增加、另一方面減少兩個(gè)結(jié)果互為相反的現(xiàn)象；④各個(gè)途徑上斑塊數(shù)量變化的總流率和凈流率具有極高相關(guān)性，說(shuō)明各個(gè)途徑上斑塊總變化與凈變化基本上保持一致性；⑤趨勢(shì)流率分析結(jié)果表明，斑塊消失、擴(kuò)張是斑塊數(shù)量減少的主要途徑，而新增、碎化是斑塊數(shù)量增加的主要途徑。

斑塊面積的變化情況與斑塊數(shù)量變化不同，表現(xiàn)為：

①除穩(wěn)定途徑較小外，擴(kuò)張、萎縮、碎化、消失和新增5個(gè)途徑的面積總流率都較大，且除面積凈增加的2007—2010年外，其余面積凈減少的3個(gè)監(jiān)測(cè)期中，各個(gè)途徑間總流率的差異遠(yuǎn)小于斑塊數(shù)量總流率的差異，說(shuō)明紅樹(shù)林面積的變化途徑更具多樣性和均勻性。

②同一監(jiān)測(cè)期，除面積凈增加的2007—2010年外，其余面積凈減少的3個(gè)監(jiān)測(cè)期中，擴(kuò)張、萎縮、碎化、消失、新增5個(gè)途徑的總流率相差不太大，說(shuō)明各個(gè)途徑上面積的變動(dòng)情況較為相近。

③監(jiān)測(cè)期不同，同一途徑上的面積總流率相差較大，如斑塊消失在1960/1976—2010年4個(gè)監(jiān)測(cè)期的總流率分別為34.8%、16.8%、11.6%、4.6%，最大相差近5倍。擴(kuò)張途徑在1960/1976—1990年、2007—2010年的總流率分別為16.4%、57.2%，兩者相差更大，說(shuō)明不同監(jiān)測(cè)期，紅樹(shù)林面積在不同途徑上的變化程度不同，其原因是斑塊受到干擾的方式、程度不同。

④不同監(jiān)測(cè)期，良性變化途徑(擴(kuò)張、新增)、非良性變化途徑(萎縮、碎化、消失)的總流率分別為35.8%—72.9%、27.1%—58.6%，凈流率分別為35.2%—73.5%、-58.4%—-26.4%，均較大，說(shuō)明面積變化處于一方面大量減少、一方面大量減少的劇烈變化之中，此外，1960/1976—1990s年、1990s—2001年、2001—2007年3個(gè)監(jiān)測(cè)期，良性變化的凈變化量分別比非良性變化的凈變化率小29.6、17.2、16.2個(gè)百分點(diǎn)，故紅樹(shù)林面積凈減少，2007—2010年，良性變化的凈變化量分別比非良性變化的凈變化率大47.1個(gè)百分點(diǎn)，故面積凈增加。

⑤由趨勢(shì)流率可以看出，斑塊碎化、消失、萎縮是1960/1976—2007年紅樹(shù)林面積減少的主要途徑，其中1960/1976—1990s年以斑塊消失(-54.6%)為主，其次是碎化(-26.5%)，1990s—2001年以斑塊碎化(-51.1%)為主，其次是消失(-30.1%)，2001—2007年，碎化和萎縮途徑的趨勢(shì)流率分別為-42.8%和-36.1%，斑塊擴(kuò)張(85.3%)和新增(14.6%)是2007—2010年紅樹(shù)林面積增加的主要途徑。

⑥間隔期越短，斑塊擴(kuò)張途徑上的凈流率越大，而消失途徑上的凈流率越小，其他途徑上的凈流率在不同監(jiān)測(cè)期內(nèi)無(wú)明顯的規(guī)律性。

4.2 驅(qū)動(dòng)因子分析

驅(qū)動(dòng)因子分析實(shí)質(zhì)是評(píng)估各個(gè)影響因子(因素)對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的影響程度，為紅樹(shù)林保護(hù)管理中采取相應(yīng)措施削減(或增強(qiáng))這些因素的影響提供科學(xué)依據(jù)。

4.2.1 驅(qū)動(dòng)因子的影響范圍

1960/1976年的1020個(gè)斑塊中，至2010年時(shí)有532個(gè)受到養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)影響，占52.2%，受到圍墾、工程建設(shè)和人工造林影響的斑塊數(shù)量分別為9、69個(gè)和28個(gè)，分別占1960/1976年斑塊數(shù)量的0.9%、6.8%和2.7%，有37.5%的斑塊未受到明顯的人為干擾影響(圖2)。就面積而言，受?chē)鷫?、養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)、工程建設(shè)和人工造林影響的比重分別為2.4%、61.2%、9.0%和2.8%。1960/1976—2010年，研究區(qū)只有37.5%的斑塊、24.6%的面積未受到明顯的人為活動(dòng)干擾，或者說(shuō)是人為活動(dòng)未造成這些斑塊發(fā)生變化。無(wú)論是斑塊數(shù)量和面積，養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)影響涉及的范圍最廣，其次是工程建設(shè)，圍墾和人工造林對(duì)研究區(qū)紅樹(shù)林影響的范圍較小。不同監(jiān)測(cè)間各個(gè)驅(qū)動(dòng)因素影響涉及的斑塊數(shù)量和面積見(jiàn)表6。

表6 不同監(jiān)測(cè)間各個(gè)驅(qū)動(dòng)因素影響涉及的斑塊數(shù)量和面積

圖2 養(yǎng)殖塘建設(shè)、城市擴(kuò)張和自然過(guò)程驅(qū)動(dòng)下斑塊的變化Fig.2 Patch dynamic derived by natural process, shrimp-pond and urban expend

各種人為活動(dòng)在不同監(jiān)測(cè)期對(duì)紅樹(shù)林空間分布影響范圍的不同，反映了研究區(qū)不同歷史時(shí)期政治和政策導(dǎo)向、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式與水平及公眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)對(duì)灘涂開(kāi)發(fā)利用、紅樹(shù)林保護(hù)管理的影響狀況。廣西沿海主要海灣的灘涂開(kāi)發(fā)歷史悠久，漢武帝(公元前110年)就置官管理廣西鹽務(wù)，1087年宋朝皇帝曾令廣西白石、石康兩鹽倉(cāng)每年煮鹽75萬(wàn)kg[36]，至1937年，整個(gè)海岸有10個(gè)鹽廠。1954年后北海市區(qū)域組建了多個(gè)鹽場(chǎng)，總面積近3 000 hm2。由于經(jīng)濟(jì)效益不高，20世紀(jì)80年代后，大部分鹽場(chǎng)逐步改為養(yǎng)殖塘。廣西沿海圍墾也有較長(zhǎng)歷史。20世紀(jì)30年代，修筑了防城港江山鄉(xiāng)譚蓬圍、兩頭龍圍和欽州堅(jiān)心圍等，圍墾面積達(dá)萬(wàn)畝以上。至1949年，防城港市、欽州市區(qū)域?yàn)┩繃鷫娣e達(dá)1.13萬(wàn)hm2，用于種植水稻和建設(shè)鹽田。1964年防城縣江平鎮(zhèn)修筑東西直堤，全長(zhǎng)3.29 km，使京族三島與大陸連接而成為半島，增加圍墾面積330 hm2，開(kāi)辟鹽田和稻田[37]。灘涂養(yǎng)殖始于20世紀(jì)60年代初，但發(fā)展緩慢，至1987年，全海岸灘涂圍塘養(yǎng)殖約200 hm2[36]。90年代后，海水養(yǎng)殖迅速發(fā)展，至2004年超過(guò)6萬(wàn)hm2，其中灘涂養(yǎng)殖3萬(wàn)多hm2[38]。廣西北部灣沿岸大規(guī)模工程建設(shè)始于1968年防城港的動(dòng)工興建，經(jīng)40多年建設(shè)，昔日的小漁村已發(fā)展成為一個(gè)現(xiàn)代化港口(局部見(jiàn)圖2)。1992年，欽州港動(dòng)工興建，現(xiàn)已建成為一個(gè)現(xiàn)代化港口。

對(duì)表6進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，1960/1976—2007年的3個(gè)監(jiān)測(cè)期內(nèi)，各種人為干擾的影響范圍具有3個(gè)特點(diǎn)：①養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)涉及的斑塊數(shù)量比重呈逐期增大趨勢(shì)，這與研究區(qū)海水養(yǎng)殖的發(fā)展態(tài)勢(shì)十分吻合；②工程建設(shè)涉及的范圍呈逐期減少，這是由于工程建設(shè)主要為防城港(影響范圍為防城港東灣)和欽州港(影響范圍為七十二涇、欽州灣外灣)建設(shè)，及北海市城市發(fā)展(影響范圍為北海東海岸)，這些地區(qū)的紅樹(shù)林由于工程建設(shè)面積不斷減少；③人工造林涉及范圍逐期增大，這與1990s年以后特別是2000年以后地方政府和主管部門(mén)有組織的人工造林力度不斷加大表現(xiàn)一致，人工造林地多見(jiàn)于珍珠港、茅尾海、廉州灣和鐵山港。

4.2.2 驅(qū)動(dòng)因子的驅(qū)動(dòng)量(率)分析

總驅(qū)動(dòng)量(率)表示監(jiān)測(cè)期內(nèi)在某一因子驅(qū)動(dòng)下斑塊數(shù)量和面積的總變化量(率)[31-32]，反映了各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化(擾動(dòng))的影響程度，總驅(qū)動(dòng)率越大，表明了在該因子驅(qū)動(dòng)下斑塊數(shù)量和面積的變化量越大。1960/1976—2010年，自然過(guò)程對(duì)紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積變化的總驅(qū)動(dòng)率分別為55.0%、36.2%，說(shuō)明即使無(wú)明顯的破壞性人為活動(dòng)干擾，紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積也會(huì)發(fā)生較大變化(圖2)。在人為干擾因素中，養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的影響最大，其斑塊數(shù)量和面積的總驅(qū)動(dòng)率分別達(dá)到了35.8%和44.7%，遠(yuǎn)大于其他3種人為干擾的影響(表7)。

表7 1960/1976—2010年不同驅(qū)動(dòng)因素的斑塊數(shù)量和面積驅(qū)動(dòng)量(率)分析[31]

各個(gè)監(jiān)測(cè)期的總驅(qū)動(dòng)率分析結(jié)果表明，各種驅(qū)動(dòng)因素對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的影響具有較為明顯的規(guī)律性：①自然過(guò)程是斑塊數(shù)量和面積變化最主要的影響因素，斑塊數(shù)量變化總驅(qū)動(dòng)率達(dá)到44.7%—69.9%，面積變化總驅(qū)動(dòng)率為42.9%—55.1%，其次養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)，斑塊數(shù)量和面積變化的總驅(qū)動(dòng)率分別為18.1%—32.5%、15.1%—37.5%，人工造林在2007—2010年對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化影響也達(dá)到一定程度，圍墾、工程建設(shè)對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的影響程度有限；②自然過(guò)程和圍墾對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的影響程度逐期減小，養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)的影響程度逐期增大；③監(jiān)測(cè)期不同，各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積變化的影響程度不同。1960/1976—1990s年，圍墾對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的總驅(qū)動(dòng)率分別達(dá)到了5.5%和15.3%，說(shuō)明了在該時(shí)期，圍墾造成較大的斑塊數(shù)量和面積變化，2001—2007年和2007—2010年，人工造林對(duì)面積變化的影響迅速增大，反映了研究區(qū)紅樹(shù)林人工造林努力的成效。

凈驅(qū)動(dòng)量(率)表示監(jiān)測(cè)期內(nèi)在某一因子驅(qū)動(dòng)下斑塊數(shù)量和面積的凈變化量(率)[31-32]，反映了各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)斑塊數(shù)量?jī)糇兓?增加或減少)的影響程度，凈驅(qū)動(dòng)率的絕對(duì)值越大、表明了在該因子驅(qū)動(dòng)下斑塊數(shù)量和面積的凈變化量越大。由表7可以看出：①各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)斑塊數(shù)量?jī)糇兓挠绊戄^為復(fù)雜，同一因子在一些時(shí)期導(dǎo)致斑塊數(shù)量?jī)魷p少，在另一些時(shí)期導(dǎo)致斑塊數(shù)量?jī)粼黾樱缱匀贿^(guò)程在1960/1976—1990s年、2007—2010年引起斑塊數(shù)量?jī)魷p少，在1990s—2001年、2001—207年引起斑塊數(shù)量?jī)粼黾?，養(yǎng)殖塘和鹽田、工程建設(shè)也存在相以情況，而對(duì)面積凈變化的影響則不存在這種情況；②在不同的監(jiān)測(cè)期，各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)斑塊數(shù)量和面積凈變化的影響程度差異較大，如養(yǎng)殖塘和鹽田在1960/1976—1990s年、2001—2007年對(duì)斑塊數(shù)量變化的凈驅(qū)動(dòng)率分別為-31.2%、23.1%，自然過(guò)程在1990s—2001年、2001—2007年對(duì)面積變化的凈驅(qū)動(dòng)率分別為31.8%、15.3%，均相差較大；③各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)面積凈變化的影響具有良好的一致性，自然過(guò)程和人工造林引起面積凈增加，養(yǎng)殖塘和鹽田、工程建設(shè)、圍墾引起面積凈減少；④在1960/1976—1990s年、1990s—2001年、2001—2007年3個(gè)紅樹(shù)林面積凈減少時(shí)期，養(yǎng)殖塘和鹽田對(duì)面積變化的凈驅(qū)動(dòng)率都很大，并呈逐期加大的趨勢(shì)，是這些時(shí)期面積凈減少的最主要驅(qū)動(dòng)因素，人工造林在2007—2010年對(duì)面積變化的凈驅(qū)動(dòng)率達(dá)到50.5%，是該時(shí)期面積凈增加最主要的驅(qū)動(dòng)因素；⑤工程建設(shè)對(duì)面積變化的凈驅(qū)動(dòng)率為-3.6%—-9.5%，影響程度有限，與其影響范圍不大相一致，圍墾只在1960/1976—1990s年對(duì)面積凈變化的影響較大，其余監(jiān)測(cè)期均較小。

趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率表示監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量和面積在監(jiān)測(cè)期內(nèi)凈增加/凈減少的情況下，某個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)凈增加/凈減少量的貢獻(xiàn)率，趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率越大，則該驅(qū)動(dòng)因子對(duì)斑塊數(shù)量和面積的增加/減少所起的作用越大[31-32]。分析結(jié)果表明：①不論斑塊數(shù)量?jī)魷p少還是凈增加，自然過(guò)程都是最重要的影響因素之一(1960/1976—2010年4個(gè)監(jiān)測(cè)期的趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率分別為-33.3%、89.2%、67.8%、-57.7%)，養(yǎng)殖塘和鹽田(1960/1976—1990s年、2001—2007年的趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率分別為-35.2%、23.2%)、工程建設(shè)(2007—2010年的趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率為-30.8%)只在一些監(jiān)測(cè)期對(duì)斑塊數(shù)量的凈變化造成重要影響；②養(yǎng)殖塘和鹽田是面積凈減少最主要的影響因素(1960/1976—2007年3個(gè)監(jiān)測(cè)期的趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率分別為-55.7%、-82.9%、-88.9%)，人工造林是面積凈增加的最主要因素(2007—2010年的趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率為65.3%)；③一些因素只在個(gè)別監(jiān)測(cè)期對(duì)面積凈變化具有重要影響，如圍墾在1960/1976—1990s年是面積減少的重要驅(qū)動(dòng)因素(趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率為-36.6%)，自然過(guò)程在2007—2010年是面積增加的生要驅(qū)動(dòng)因素(趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率為34.7%)；④工程建設(shè)在1960/1976—2007年3個(gè)監(jiān)測(cè)期中都是面積減少的驅(qū)動(dòng)因素之一。

不同的區(qū)域，各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)斑塊數(shù)量的面積變化的影響程度不同，表現(xiàn)為毛驅(qū)動(dòng)量(率)、凈驅(qū)動(dòng)量(率)和趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)率均有差異。1960—1989年，養(yǎng)殖塘和鹽田、自然因素是防城港市區(qū)域面積變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，而在相應(yīng)監(jiān)測(cè)期的欽州市、北海市區(qū)域，圍墾、養(yǎng)殖塘和鹽田則為主要因素。1989—2001年，自然因素、養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)、人工造林和工程建設(shè)都是防城港區(qū)域紅樹(shù)林斑塊數(shù)量變化的重要驅(qū)動(dòng)因子，而面積凈變化主要受養(yǎng)殖塘和鹽田、自然因素和工程建設(shè)驅(qū)動(dòng)，而在欽州市和北海市區(qū)域，自然因素是斑塊數(shù)量變化的絕對(duì)驅(qū)動(dòng)因素，自然因素、養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)是面積凈變化的兩個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因子。

4.3 作用力分析

作用力表示在某個(gè)因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)某個(gè)變化途徑發(fā)生的斑塊數(shù)量/面積的相對(duì)變化量[31-32]，作用力的絕對(duì)值越大，表明在該驅(qū)動(dòng)因子-變化途徑組合發(fā)生的斑塊數(shù)量/面積的變化量越大。對(duì)研究區(qū)各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的作用力的分析結(jié)果(表8)表明：①1960/1976—2010年各個(gè)監(jiān)測(cè)期間，不同驅(qū)動(dòng)動(dòng)因子和變化途徑組合的作用力十分接近，如養(yǎng)殖塘和鹽田-消失在4個(gè)監(jiān)測(cè)期的斑塊數(shù)量作用力分別為-15.5%、-15.3%、-15.4%和-14.8%，表明了在不同監(jiān)測(cè)期，某一驅(qū)動(dòng)因子通過(guò)某一變化途徑對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的影響程度基本相同；②自然因素主要通過(guò)新增、消失、擴(kuò)張3個(gè)變化途徑影響斑塊數(shù)量的變化，通過(guò)新增和擴(kuò)張兩個(gè)途徑影響面積變化；③圍墾對(duì)斑塊數(shù)量和面積變化的途徑較為單一，主要是斑塊消失；④養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)主要通過(guò)斑塊消失、碎化兩個(gè)途徑影響斑塊數(shù)量變化，通過(guò)碎化、消失和萎縮3個(gè)途徑影響面積變化；⑤工程建設(shè)造成斑塊數(shù)量和面積變化的途徑基本相同；⑥人工造林主要通過(guò)新增斑塊一個(gè)途徑影響斑塊數(shù)量變化，通過(guò)新增斑塊和斑塊擴(kuò)張兩個(gè)途徑影響面積變化。

表8 1960/1976—2010年斑塊數(shù)量和面積變化的作用力/%分析[31]

5 結(jié)論與討論

(1)1960/1976—2010年近50間，廣西紅樹(shù)林面積由9062.5 hm2減少至7 054.3 hm2，減少了22.16%，年均減少率達(dá)0.53%，斑塊數(shù)量由1 020個(gè)增加至1 712個(gè)，增加了67.8%。在1960/1976—2010年4個(gè)監(jiān)測(cè)期中，紅樹(shù)林面積先呈長(zhǎng)期大幅度減少后小幅度回升的趨勢(shì)；斑塊數(shù)量經(jīng)長(zhǎng)期小幅度減少后，呈大幅度增加的趨勢(shì)。斑塊破碎化程度明顯，表現(xiàn)為斑塊平均面積大幅度變小，大斑塊數(shù)量減少。1960/1976—2010年研究區(qū)紅樹(shù)林空間分布變化的另一個(gè)特點(diǎn)是隨著時(shí)間、空間的不同，面積變化情況(增加或減少)、變化速率均有所不同，與研究區(qū)內(nèi)不同的歷史時(shí)期、不同的區(qū)域和海灣，人為活動(dòng)干擾對(duì)紅樹(shù)林的影響程度不同密切相關(guān)。

(2)1960/1976—2010年紅樹(shù)林面積減少主要通過(guò)斑塊消失(46.1%)、碎化(40.4%)和萎縮(13.5%)3個(gè)途徑發(fā)生，斑塊數(shù)量增加主要通過(guò)新增(70.0%)、碎化(29.9%)兩個(gè)途徑發(fā)生。碎化、消失、新增是斑塊數(shù)量變化的主要途徑；擴(kuò)張、萎縮、碎化、消失和新增5個(gè)途徑上面積變化量都較大，且各個(gè)途徑間變化量的差異較小，說(shuō)明紅樹(shù)林面積的變化途徑具有多樣性和均勻性。不同監(jiān)測(cè)期，同一途徑上發(fā)生的斑塊數(shù)量和面積變化量相差較大；同一監(jiān)測(cè)期，不同途徑上發(fā)生的斑塊數(shù)量變化量相差較大，而面積變化量相差較小。若監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量減少，斑塊消失、擴(kuò)張是主要變化途徑，反之，新增和碎化是監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量增加的主要途徑。

(3)養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)(80.0%)、工程建設(shè)(10.9%)和圍墾(9.15%)是1960/1976—2010年紅樹(shù)林面積凈減少的驅(qū)動(dòng)因素；自然過(guò)程(92.6%)、人工造林(7.4%)是該期間斑塊數(shù)量?jī)粼黾拥尿?qū)動(dòng)因子。不同的監(jiān)測(cè)期，養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)、工程建設(shè)及圍墾都是紅樹(shù)林面積減少的主要驅(qū)動(dòng)因子，但各個(gè)因子在不同監(jiān)測(cè)期的影響程度有較大差別，反映了研究區(qū)在不同的歷史時(shí)期各種人為活動(dòng)對(duì)紅樹(shù)林干擾的程度不同。各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子在不同監(jiān)測(cè)期對(duì)斑塊數(shù)量變化的影響較為復(fù)雜，主要表現(xiàn)為其影響程度相差較大。

(4)自然過(guò)程主要通過(guò)新增斑塊和斑塊消失兩個(gè)變化途徑影響斑塊數(shù)量的變化，通過(guò)新增和擴(kuò)張兩個(gè)途徑影響面積變化；圍墾通過(guò)斑塊消失影響斑塊數(shù)量和面積的變化；養(yǎng)殖塘和鹽田建設(shè)主要通過(guò)斑塊消失、碎化兩個(gè)途徑影響斑塊數(shù)量變化，通過(guò)碎化、消失和萎縮3個(gè)途徑影響面積變化；工程建設(shè)主要通過(guò)斑塊消失、萎縮和碎化造成斑塊數(shù)量和面積變化；人工造林主要通過(guò)新增斑塊一個(gè)途徑影響斑塊數(shù)量變化，通過(guò)新增斑塊和斑塊擴(kuò)張兩個(gè)途徑影響面積變化。

(5)1960/1976年1020個(gè)斑塊中，至2010年時(shí)仍保持穩(wěn)定的只有24個(gè)，僅占2.4%，期間消失的斑塊多達(dá)452個(gè)，新增了852個(gè)，說(shuō)明在長(zhǎng)期的演變過(guò)程中，紅樹(shù)林斑塊處于大量增加、大量減少的劇烈變動(dòng)過(guò)程。另一方面，僅研究紅樹(shù)林面積的凈變化不足以全面闡述監(jiān)測(cè)期內(nèi)紅樹(shù)林變化的真正過(guò)程，必須對(duì)監(jiān)測(cè)期內(nèi)斑塊數(shù)量和面積在不同因子驅(qū)動(dòng)下通過(guò)不同途徑發(fā)生的變化情況(包括增加、減少)進(jìn)行全面深入的研究。

(6)在自然狀態(tài)下(無(wú)明顯的人為活動(dòng)干擾下)，紅樹(shù)林斑塊數(shù)量和面積也會(huì)發(fā)生變化，并且還發(fā)生斑塊碎化的變化—這種變化難以解釋，因此，不但需研究人為活動(dòng)干擾對(duì)紅樹(shù)林變化的影響，也應(yīng)研究紅樹(shù)林在自然過(guò)程作用下的變化，只有這樣，才能全面、深入闡明紅樹(shù)林空間分布變化的機(jī)制。自然過(guò)程包括溫度、降雨量、鹽度、洪水的頻率、沉積過(guò)程、土壤化學(xué)等環(huán)境物理化學(xué)因素和繁殖體的散布、演替階段、繁殖體種類的競(jìng)爭(zhēng)等生物因素[26]，及病蟲(chóng)害、雷擊等，對(duì)紅樹(shù)林空間分布演變的影響更為復(fù)雜，有待深入研究。

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Mechanism analysis of temporal dynamics in mangrove spatial distribution in Guangxi, China: 1960—2010

LI Chungan*, DAI Huabing

GuangxiForestInventoryandPlanningInstitute,Nanning530011,China

Mangrove ecosystems are important for socioeconomic development and environmental protection but are experiencing sharp declines around the world. Asia has the most mangroves in area around the world but also has the largest human populations that threaten the ecosystem. Where mangrove is distributed and how its range changes are important topics for research throughout the world. Although many efforts have been made to study mangrove, more detailed information is still needed for better managing and protecting mangrove ecosystems. To analyze the mechanism of spatial dynamics of mangrove in Guangxi Beibu Gulf, China, from 1960 to 2010, multi-source remote sensing data were used to extract spatial information on mangroves in various years. The spatial distribution characteristics were analyzed and the spatial dynamic mechanisms of mangroves from 1960/1976 to 2010 were analyzed with a patch-based method. The results indicated that there were 1020, 829, 1094, 1718, and 1712 patches of mangrove in 1960/1976, 1990s, 2001, 2007, and 2010, respectively, and the areas were 9062.5, 7430.1, 7015.4, 6743.2, and 7054.3 hm2in these 5 years, respectively. The region lost 22.16% of its mangrove area from 1960/1976 to 2010, with an annual loss rate of 0.53%. In the meantime, the patch-number increased 67.8%; the average patch-area decreased from 8.9 hm2in 1960/1976 to 4.1 hm2in 2010, and the number of big patches became smaller over time. Only 24 of 1020 patches (2.4%) in 1960/1976 remained unchanged till 2010, almost all the patches had changed to a certain degree. The results also indicated that lost (46.1%), fragmented (40.4%), and shrunken (13.5%) mangroves were the major components of the loss in mangrove area, whereas new (70.0%) and fragmented (29.9%) patches of mangrove were the main reasons for patch-number increases from 1960/1976 to 2010. The dynamics of patch-number and area changes varied both spatially and temporally. Shrimp and salt pond construction (80.0%), infrastructure construction (10.9%), and agriculture (9.1%) were the major causes of mangrove loss, and incensement of patch-number was due to natural processes (92.6%) such as extreme weather, flooding, sediment deposition, and growth/succession and plantations (7.4%) The causes of lost area varied both spatially and temporally. Changes in patch-number were mainly due to the natural processes and procedures of new patch (39.6%) and disappeared (-9.1%), and shrimp and salt pond construction and procedures of disappeared (-15.3%) and fragmented (14.5%); changes in mangrove areas were caused mainly by natural processes acted on the new (17.5%), expanded (12.6%), and disappeared (-6.1%) patches; shrimp and salt pond construction contributed to the disappeared (-14.8%), fragmented (-13.9%), and shrunken (-6.6%) mangrove patches. This study demonstrates the effectiveness of methodology that integrates natural processes and human activities into analysis of mangrove spatial distribution and its changes over time, and such a method can be used for in-depth mangrove research in other regions of the world.

mangrove; spatial distribution; mangrove dynamic; landscape ecology; patch analysis.

國(guó)家自然科學(xué)基金(41166001); 中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金(GXTG200904); UNEP-GEF-SCS-防城港紅樹(shù)林國(guó)際示范區(qū)

2014-01-16;

日期:2014-11-19

10.5846/stxb201401160119

*通訊作者Corresponding author.E-mail: gxali@126.com

李春干, 代華兵.1960—2010年廣西紅樹(shù)林空間分布演變機(jī)制.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(18):5992-6006.

Li C G, Dai H B.Mechanism analysis of temporal dynamics in mangrove spatial distribution in Guangxi, China: 1960—2010.Acta Ecologica Sinica,2015,35(18):5992-6006.