梁 文, 胡自寧, 黎廣釗, 宋垠先, 余克服, 農(nóng)華瓊(1. 廣西科學(xué)院廣西紅樹林研究中心, 廣西 北海36000; 2. 廣西海洋環(huán)境與濱海濕地研究中心, 廣西 北海36000; 3. 廣西紅樹林保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 北海36000; . 廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,廣西 南寧30023; . 中國科學(xué)院南海海洋研究所, 廣東 廣州 10301)

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50年來北海市濱海濕地景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制

梁 文1, 2, 3, 胡自寧4, 黎廣釗1, 2, 3, 宋垠先5, 余克服5, 農(nóng)華瓊1, 2, 3
(1. 廣西科學(xué)院廣西紅樹林研究中心, 廣西 北海536000; 2. 廣西海洋環(huán)境與濱海濕地研究中心, 廣西 北海536000; 3. 廣西紅樹林保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 北海536000; 4. 廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,廣西 南寧530023; 5. 中國科學(xué)院南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301)

以1955~2004年遙感影像為數(shù)據(jù)源, 結(jié)合野外調(diào)查, 運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理, 研究50 a間北海市濱海濕地的景觀格局及其動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明, 50 a間北海市濱海濕地呈整體退化趨勢(shì), 潮間砂質(zhì)海灘、潮間淤泥質(zhì)海灘、紅樹林灘、小型島嶼濕地減少; 景觀格局指數(shù)顯示1977年、1998年是北海市濱海濕地較明顯變化的拐點(diǎn)。1977年人類活動(dòng)影響增加, 濱海濕地稍有退化, 濕地景觀多樣性指數(shù)減小, 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)增加, 均勻度指數(shù)減小、景觀總面積指數(shù)降至最低值。1988年濕地保護(hù)力度加大, 濕地略為好轉(zhuǎn), 景觀多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、均勻度指數(shù)則呈相反規(guī)律。1998年濕地受到的極端氣候?yàn)?zāi)害、人類干擾程度加大, 平均斑塊分形維數(shù)下降, 斑塊密度指數(shù)、景觀斑塊數(shù)破碎化指數(shù)呈最高值。濕地景觀格局指數(shù)的變化, 反映了圍墾改造、互花米草的生物入侵、城市污染、極端氣候?yàn)?zāi)害等對(duì)景觀格局的影響, 人類活動(dòng)是北海市濱海濕地景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。

濱海濕地; 遙感; 景觀格局; 景觀指數(shù); 北海市

[Foundation: Major Program of Natural Science Foundation of Guangxi of China, No. 2012GXNSFEA053001; National Natural Science Foundation of China, No. 41203074; Basic Research Project of Basic Research Beihai bureau of science & technology Guangxi of China, No. 200601055; Natural Science Foundation of Guangxi of China, No. 0575025]

濱海濕地是海平面以下6 m至大潮高潮位之上與外流江河流域相連的微咸水和淡淺水湖泊、沼澤以及相應(yīng)河段間的區(qū)域[1], 具有高生產(chǎn)力及作為各種植物、魚類、貝類和其他野生動(dòng)物重要的棲息地,具有維護(hù)生態(tài)平衡、環(huán)境穩(wěn)定的功能。如抵御海洋災(zāi)害為沿岸提供保護(hù)、控制海岸侵蝕、改善水質(zhì)過濾農(nóng)業(yè)和工業(yè)廢物和沿岸含水層補(bǔ)給[2-4]。近年來,氣候變化對(duì)沿海濕地的影響也愈受關(guān)注, 特別是對(duì)于相對(duì)海平面上升、溫度上升、降水變化等影響。濱海濕地已經(jīng)證明易受氣候變化影響[2], 其景觀動(dòng)態(tài)變化已成為濕地研究的熱點(diǎn)課題之一[5-6]。

景觀空間格局是指大小和形狀不一的景觀斑塊在空間上的排列, 它是景觀異質(zhì)性的重要表現(xiàn), 又是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果[4-5]。景觀生態(tài)學(xué)是非常有用的界定指標(biāo), 景觀生態(tài)學(xué)廣泛地被應(yīng)用于城市、河口三角洲、流域及濱海濕地研究。景觀指數(shù)是能夠高度濃縮景觀格局信息, 反映其構(gòu)成和空間配置某些方面信息的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)[5]。大量的景觀指標(biāo)已被用于監(jiān)測(cè)區(qū)域尺度的環(huán)境質(zhì)量、衡量和監(jiān)測(cè)景觀變化和生境破碎化、量化其生態(tài)過程;研究人類活動(dòng)對(duì)景觀的影響及景觀的設(shè)計(jì)等[7]。

近年來, 廣西濱海濕地的研究也逐漸開展。孟祥江等[8]對(duì)廣西濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià); 吳黎黎等[9]提出了廣西濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與保護(hù)措施; 曾聰?shù)萚10]分析了廣西濱海濕地和濱海植被的狀況; 彭在清等[11]對(duì)北海市濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià), 但仍缺乏對(duì)廣西濱海濕地的景觀變化的研究。本文利用“3S”技術(shù), 利用1955年、1977年、1988年、1998年、2004年5個(gè)時(shí)相的遙感解譯數(shù)據(jù)對(duì)北海市濱海濕地進(jìn)行較為精確的定量描述, 分析其演變特征, 有助于北海市濱海濕地的保護(hù)與重構(gòu)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

北海市位于廣西區(qū)南端, 北部灣東北岸, 介于108°50′~109°47′E, 20°26′~21°55′N之間。濱海濕地陸上界線-海岸線東起與廣東廉江縣交界的英羅灣, 西至與欽州市交界的大風(fēng)江港, 全長(zhǎng)500 km[11-12], 淺海界線為6 m等深線。

市區(qū)三面環(huán)海, 濱海濕地資源十分豐富, 類型較多。由于海草、珊瑚礁(分布于潿洲島、斜陽島)在遙感影像上均未能識(shí)別, 因此本文參考國際濕地公約規(guī)定的濱海濕地范圍, 確定研究區(qū)為北海市大陸沿岸海岸線向海至6 m等深線之間的范圍, 其中的6 m等深線是根據(jù)1985年海圖描繪出其特征點(diǎn),連接成曲線在GIS軟件中通過疊合分析。對(duì)所有時(shí)相的影像都如是處理, 可忽略遙感資料成像時(shí)刻的潮位不統(tǒng)一對(duì)潮間帶范圍判讀的影響[3-5, 13-16], 由此獲得6 m等深線以上的濱海濕地區(qū)域范圍。本文研究區(qū)不包括潿洲島、斜陽島; 圍塘養(yǎng)殖和鹽田沿海岸線兩側(cè)分布, 屬濱海濕地重要研究的類型, 本文也歸納做了統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 研究方法

根據(jù)2008年《全國濕地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程(試行)》的分類標(biāo)準(zhǔn)[17]和2001年廣西壯族自治區(qū)濕地資源調(diào)查大隊(duì)對(duì)北海市濕地資源的調(diào)查結(jié)果[18], 參考《中國濱海濕地的分類》[1], 并結(jié)合北海市濱海濕地實(shí)際情況, 本文濱海濕地類型分為淺海水域、小型離島濕地、鹽田、圍塘養(yǎng)殖、巖石灘、潮間砂質(zhì)海灘、潮間淤泥質(zhì)海灘、紅樹林灘、水草灘9種類型。

遙感信息源選取跨度大且資料收集較完整的時(shí)相, 包括: 1955年航攝的1∶3.75萬~1∶5萬黑白航片、1977年航攝的1∶1萬黑白航片、1985年10月3日航攝的1∶1萬真彩色航片(北海市)、1986~1988年、1998年美國陸地5號(hào)衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)和法國SPOT衛(wèi)星HRV數(shù)據(jù)、2002年的ETM衛(wèi)星數(shù)據(jù)、2004年的TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)和CBERS衛(wèi)星數(shù)據(jù)等。

圖像資料處理: 利用1955年的黑白航片、1977年的1∶1萬航片、1985年的真彩色航片對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行目視解譯, 然后根據(jù)地形地物進(jìn)行轉(zhuǎn)繪到1∶5萬地形圖上, 最后形成解譯圖; 利用ENVI Ver3.0遙感圖像處理軟件對(duì)1988年、1998年的TM數(shù)據(jù)、1998 年SPOT衛(wèi)星HRV數(shù)據(jù)以及2002年ETM數(shù)據(jù)、2004 年CBERS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 制作衛(wèi)星影像圖, 同時(shí)根據(jù)解譯要求對(duì)相關(guān)影像特征信息進(jìn)行增強(qiáng)、提取處理等。

5個(gè)時(shí)相采用目視解譯為主, 結(jié)合相關(guān)圖件以及實(shí)地調(diào)查對(duì)遙感影像進(jìn)行解譯和分類。(1)1988年、1998年1∶5萬TM遙感影像制作—原始數(shù)據(jù)灰度拉伸增強(qiáng)→TM543波段假彩色合成→多景數(shù)據(jù)鑲嵌→鑲嵌圖的精校正, 誤差控制在0.68個(gè)象元內(nèi); (2)1998年1∶2.5萬SPOT的 HRV與TM數(shù)據(jù)復(fù)合影像制作—SPOT衛(wèi)星HRV原始數(shù)據(jù)灰度拉伸增強(qiáng)→兩景數(shù)據(jù)鑲嵌, TM原始數(shù)據(jù)灰度拉伸增強(qiáng)→TM543波段假彩色合成→多景數(shù)據(jù)鑲嵌→與SPOT衛(wèi)星HRV鑲嵌圖配準(zhǔn)→復(fù)合圖, 誤差控制在0.70 個(gè)象元內(nèi); 2004年1∶5萬ETM與TM數(shù)據(jù)復(fù)合影像制作—選擇TM13478等波段數(shù)據(jù)進(jìn)行線性拉伸等預(yù)處理后→TM8經(jīng)過插值處理后與TM73進(jìn)行假彩色合成→形成假彩色影像圖, 誤差控制在0.77個(gè)象元內(nèi)。

解譯標(biāo)志及結(jié)果進(jìn)行了抽查、野外查證、統(tǒng)計(jì),查證以定點(diǎn)查證為主, 以點(diǎn)延伸到面上的解譯目標(biāo)物。查證點(diǎn)的選擇原則為: (1)解譯的各種目標(biāo)物均有查證; (2)城市新擴(kuò)建的建設(shè)用地、交通用地中的高速公路、港口、碼頭; (3)解譯標(biāo)志較典型的目標(biāo)物; (4)解譯標(biāo)志不明顯、較隱晦的, 有爭(zhēng)議的目標(biāo)物。解譯正確率達(dá)85%以上, 誤解、漏解率在15%以下,解出率達(dá)90%以上。其中紅樹林解譯基本正確, 除了部分稀疏或面積較小的斑塊, 因影像不明顯, 在鐵山港等地有一些漏解, 在實(shí)地查證時(shí)已作了補(bǔ)充。紅樹林解出率在85%以上, 解譯正確率達(dá)80%。

景觀格局是景觀生態(tài)學(xué)的研究對(duì)象, 景觀的格局與過程是景觀生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容[19-20]。本文采用景觀指數(shù)來描述景觀的空間格局, 需要從大量的景觀指數(shù)中選取合適的指標(biāo)來評(píng)價(jià)濱海濕地景觀格局的變化。參考前人的研究結(jié)果[3-6, 15-16, 19-23], 選取了景觀總面積指數(shù)(TA)、平均斑塊分形維數(shù)(D)、多樣性指數(shù)(H)、均勻度指數(shù)(E)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(DO)、景觀斑塊數(shù)破碎化指數(shù)(FN)、斑塊密度指數(shù)(PD)研究景觀空間格局及其景觀類型斑塊級(jí)別上的變化。

其中, A: 總景觀面積(m2)。

其中, B : ln0.25p與lna的回歸系數(shù); P: 斑塊周長(zhǎng); a: 斑塊面積。

其中, Pk: k種景觀類型占總面積的比, m是研究區(qū)中景觀類型的總數(shù)。

其中, Hmax為研究區(qū)內(nèi)各類景觀所占比例相等時(shí)的多樣性指數(shù), 即最大多樣性指數(shù);

其中, Hmax: 研究區(qū)內(nèi)各類景觀所占比例相等時(shí)的多樣性指數(shù), 即最大多樣性指數(shù); Hmax=log2m ; Pk: k種景觀類型占總面積的比, m: 景觀類型總數(shù)。

其中, NP: 景觀里各類斑塊的總數(shù); NC: 10 hm2去除景觀總面積所得的數(shù)據(jù)。

其中, NP: 景觀里各類斑塊的總數(shù); A: 總景觀面積。

2 結(jié)果與討論

2.1 景觀分布與景觀結(jié)構(gòu)

從表1、圖1得到5個(gè)時(shí)相北海市濱海濕地分布狀況: 各類型中淺海水域面積最大, 其次分別為潮間砂質(zhì)海灘、潮間淤泥質(zhì)海灘; 濕地類型總面積在1977年降至最低, 約為1 493.849 9 km2, 2004年最高,約為1 578.020 9 km2, 1977~2004年呈上升趨勢(shì); 1977~2004年濱海濕地面積增長(zhǎng), 受1977年起潮間砂質(zhì)海灘、圍填養(yǎng)殖、淺海水域面積增加影響較大,較大影響因素是圍塘養(yǎng)殖面積持續(xù)連年的增長(zhǎng)。

巖石性海灘面積變化較小, 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證, 北海市巖石灘是基巖出露所致, 無人為損毀, 1988年、1998年時(shí)相出現(xiàn)的英羅港西岸的巖石灘, 在2004年消失, 可能是由于英羅港海灘受到?jīng)_淤變化影響,在不同時(shí)相中呈交替顯現(xiàn)的現(xiàn)象。

紅樹林灘在1977年面積最大, 約為38.247 5 km2, 1988年降至最低值為23.421 5 km2。在1955~1977年間呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì), 其中自然增長(zhǎng)變化較大的岸段有:西村港和鐵山港西岸的白沙頭港北側(cè)岸段等, 因圍墾致?lián)p失面積較大的岸段有: 竹林鹽場(chǎng)、鐵山港東岸北暮鹽場(chǎng)欖子根分場(chǎng)岸段等, 因圍墾多為鹽田建設(shè),養(yǎng)殖極少, 規(guī)模不大, 紅樹林灘仍呈增長(zhǎng)狀況; 1977~1988年間是急劇減少狀態(tài), 可能是(1)因?yàn)┩块L(zhǎng)年圍墾被破壞, (2)紅樹林被砍伐(作燃料)或自然消亡, (3)遙感影像數(shù)據(jù)成像時(shí)潮位較高, 一些矮小的紅樹林被海水淹沒, 在影像圖上反映不出。據(jù)調(diào)查,破壞較大的岸段是鐵山港西岸白沙頭港北側(cè)圍墾區(qū),損失紅樹林面積達(dá)149.75 hm2; 在20世紀(jì)80年代初期建設(shè)鹽田、養(yǎng)殖塘, 沙城南側(cè)毀林82.57 hm2, 紅岸樓村南側(cè)毀林67.18 hm2, 白沙頭村北側(cè)毀林11.66 hm2,石頭埠南1 km處毀林25.62 hm2[25]。變化較大的岸段有: 鐵山港東岸下底村—丹兜海一帶等; 1988~ 2004年呈逐漸恢復(fù)態(tài)勢(shì), 從最低值23.421 5 km2逐漸恢復(fù)至27.597 2 km2。

據(jù)表1, 1977年、1988年是5個(gè)時(shí)相時(shí)期中紅樹林灘動(dòng)態(tài)變化的拐點(diǎn), 面積由較大損失直至緩慢地恢復(fù)。1988~1998年10年間北海市紅樹林由23.421 5 km2增至到26.251 km2, 可能是20世紀(jì)80年代政府部門開始重視生態(tài)保護(hù), 建設(shè)了紅樹林保護(hù)區(qū), 使其得以穩(wěn)定恢復(fù), 面積有所增加?；謴?fù)變化較大的主要是鐵山港東岸下底村—丹兜海一帶等岸段, 自然增長(zhǎng)的岸段主要有南流江口、鐵山港北部紅石塘—螃蟹田一帶。因圍墾或港口建設(shè), 遭破壞的岸段主要是: 南流江口西岸四股田村南部圍墾養(yǎng)殖區(qū), 破壞紅樹林約90.66 hm2[25]。1998~2004年面積由26.251 km2增至27.597 2 km2, 據(jù)調(diào)查, 是由于政府部門重視開展人工林的生態(tài)修復(fù), 于1998年、2002年對(duì)人工造林進(jìn)行調(diào)整布局, 明確了沙崗、西場(chǎng)、黨江西片一帶紅樹林地及宜紅樹林地為人工造林主要選擇地和保護(hù)帶, 山口、沙田、白沙等東片為核心保護(hù)帶, 其他區(qū)域?yàn)橐话阈员Ｗo(hù)可示范利用區(qū)域[26]。由此, 自1998年以來, 紅樹林人工造林面積逐年增加。

近50 a間北海市圍塘養(yǎng)殖呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì), 鹽田面積增長(zhǎng)至1988年后逐漸減少。變化原因主要是經(jīng)濟(jì)利益分配重整、鹽田與養(yǎng)殖功能互換, 分為4個(gè)階段: (1)1955~1977年間計(jì)劃經(jīng)濟(jì)為主, 鹽場(chǎng)擴(kuò)建規(guī)模較大, 增加10.815 8 km2, 這階段圍塘養(yǎng)殖很少,僅增加 0.515 4 km2; (2)1977~1988年改革開放政策影響開始顯現(xiàn), 鹽場(chǎng)雖然持續(xù)擴(kuò)建, 但規(guī)模減小, 增加量?jī)H為3.709 8 km2, 養(yǎng)殖圍塘增長(zhǎng)規(guī)模逐漸變大,規(guī)模增加了18.058 8 km2; (3)1988~1998年, 改革開放影響下, 市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)占主導(dǎo)地位, 鹽場(chǎng)逐漸被養(yǎng)殖場(chǎng)取代, 養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大, 面積增加了64.6083 km2,鹽場(chǎng)范圍萎縮, 面積減少了8.247 6 km2; (4)1998~ 2004年, 鹽場(chǎng)持續(xù)減少, 但變化量小, 只減少了4.405 2 km2, 圍塘養(yǎng)殖持續(xù)增長(zhǎng), 變化幅度也變小,只增加了41.443 8 km2, 說明圍塘養(yǎng)殖擴(kuò)建漸漸進(jìn)入理性開發(fā)、市場(chǎng)的飽和期。50 a間養(yǎng)殖圍塘增加量遠(yuǎn)大于鹽場(chǎng)減少量(表1)。

北海市水草灘分布于南流江三角洲, 與紅樹林伴生, 其生長(zhǎng)主要受紅樹林、圍塘、泥沙淤積等影響。1955~2004年水草灘面積逐時(shí)相減少, 由11.377 9 km2減至1.976 5 km2。1955~1988年水草灘變化量較小, 至1998年水草灘減少量增加至4.906 8 km2。這是由于1955年、1977年南流江三角洲尚無圍塘, 從1988年起出現(xiàn)并逐漸增多, 圍填占用了部分水草灘, 同時(shí), 養(yǎng)殖排出廢水也造成其水質(zhì)環(huán)境受到較大影響,圍塘養(yǎng)殖是影響水草灘面積減少的主要原因。

潮間砂質(zhì)海灘、淤泥質(zhì)海灘的形成與沖淤平衡要依靠外海來沙、河流輸沙、陸域侵蝕來沙、波浪潮流作用等因素。5個(gè)時(shí)相中1955年砂質(zhì)海灘面積最大, 約為389.679 5 km2, 1977年達(dá)到最低值, 約為330.639 8 km2, 1988年起增加, 1998年逐漸增至357.115 4 km2, 2004年減至354.812 5 km2; 1955年、1977年潮間淤泥質(zhì)海灘面積變化較小, 1988年略有增加, 隨后1998年起減少, 2004年減至129.359 7 km2?？傮w上北海市潮間砂質(zhì)、淤泥質(zhì)海灘呈現(xiàn)退化態(tài)勢(shì)。據(jù)許國輝等研究[27], 對(duì)海洋動(dòng)力敏感的砂質(zhì)及淤泥質(zhì)海灘的退損主要因素是受到海平面上升變化及沿岸沙量變化的影響。從河流輸沙量分析, 據(jù)廣西水文水資源局徐國瓊等[28]研究, 1956～1979年多年平均年輸沙量為115萬t, 1980～2000年多年平均為91.2萬t,在徑流減少7.15%的情況下泥沙輸送量減少20.7%,原有數(shù)條支流如今干枯斷流; 北海市海平面變化據(jù)周雄[29]論文數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì), 1977年平均潮位約為256.15 cm, 1988年約為254.69 cm, 1998年約為258.55 cm, 2004年約為261.20 cm, 除了1988年下降, 總體呈上升趨勢(shì)。莫永杰[30]根據(jù)1965～1990年北海潮位站資料統(tǒng)計(jì)分析, 北海站也是總體呈上升趨勢(shì), 年平均上升速率為1.78 mm/a。在這兩種因素影響下, 加上1988~ 2004年規(guī)模增大的圍塘養(yǎng)殖和鹽場(chǎng)占用部分海灘, 北海市砂質(zhì)海灘、淤泥質(zhì)海灘整體呈退損態(tài)勢(shì)。

1955年小型島嶼面積最大, 為70.362 6 km2, 1988年面積最小, 僅42.883 4 km2; 1955年小型離島127個(gè), 數(shù)量最多, 1977~1998年島嶼數(shù)量增長(zhǎng), 為83個(gè)、85個(gè)、98個(gè), 2004年減少至81個(gè)。小島數(shù)量減少的主要是由于1977年起人工圍塘養(yǎng)殖、鹽田增加, 鄰近小島間人為圍堤合并所至; 1998年、2004年島嶼面積、數(shù)量增加的主要原因, 或是沿岸淤積成島、入海河口淤積成島、或原有近岸數(shù)島連圍的塘圍堤荒廢失修受海浪沖刷崩塌, 還原出原有數(shù)個(gè)海島[25](圖1)。

1955~1988年北海市淺海水域面積持續(xù)上升, 由886.130 7 km2增至894.486 5 km2, 1998年起減少, 至2004年減為881.458 9 km2。淺海水域面積變化主要受潮間砂質(zhì)海灘、小型島嶼、圍塘用海及海平面變化等影響(圖1)。

表1 1955年~2004年研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)Tab. 1 Landscape patterns of study area from 1955 to 2004

2.2 濕地景觀指數(shù)變化

圖1 1955年、1977年、1988年、1998年、2004年北海市濱海濕地景觀分布圖Fig. 1 Wetland landscape distribution in 1955、1977、1988、1998 and 2004 in Beihai City

1955~2004年, 北海市濱海濕地景觀多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、景觀總面積指數(shù)呈現(xiàn)一致的規(guī)律: 1977年下降后, 1988~2004年緩慢上升; 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則呈相反趨勢(shì); 平均斑塊分形維數(shù)在1977年出現(xiàn)高值, 然后逐時(shí)相下降至1998年出現(xiàn)低值, 到2004年又出現(xiàn)上升; 斑塊密度指數(shù)、景觀斑塊數(shù)破碎化指數(shù)規(guī)律一致: 1977年呈最低值, 之后上升至1998年為最高值, 到2004年略為下降(表2)。結(jié)合歷史資料分析, 1955年后至1977年潮間砂質(zhì)海灘、潮間淤泥質(zhì)海灘、紅樹林灘、水草灘、小型島嶼面積減少, 圍塘養(yǎng)殖、鹽田面積增加, 主要是人為占用灘涂圍墾造地,發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和鹽田等[25]。濱海濕地景觀多樣性指數(shù)減小, 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)增加, 均勻度指數(shù)減小, 表明濱海濕地稍有退化, 1977~2004年, 多樣性指數(shù)持續(xù)上升, 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)持續(xù)下降, 均勻度指數(shù)持續(xù)上升, 顯示出這些時(shí)期濱海濕地狀況好轉(zhuǎn), 其中1988~1998年好轉(zhuǎn)趨勢(shì)較大, 這與1982年起政府重視實(shí)施海洋生態(tài)保護(hù)[31]有關(guān)聯(lián)。1998~2004年時(shí)相的景觀多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)上升變緩, 優(yōu)勢(shì)度下降減緩, 顯示濱海濕地好轉(zhuǎn)趨勢(shì)變緩, 影響因素較多, 包括圍塘養(yǎng)殖持續(xù)增加、紅樹林灘增長(zhǎng)幅度變緩, 紅樹林灘除了圍海占用損失外, 還有2004年5月北海市山口紅樹林保護(hù)區(qū)病蟲害造成大面積枯萎的損失[32]?？梢? 1977年、1998年是5個(gè)時(shí)相中北海市濱海濕地變化規(guī)律明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn), 1977年人工圍塘養(yǎng)殖的出現(xiàn)使?jié)竦爻拭黠@的退化跡象, 景觀總面積指數(shù)降至最低值。1998年全球極端氣候影響、海平面上升加劇, 濱海濕地顯示出滯后的響應(yīng), 濱海濕地好轉(zhuǎn)趨勢(shì)變緩。1998年平均斑塊分形維數(shù)急劇下降, 表明斑塊的幾何形狀愈趨向簡(jiǎn)單, 顯示受人為干擾程度加大。斑塊密度指數(shù)、景觀斑塊數(shù)破碎化指數(shù)1998年為最高值, 表明景觀破碎化程度較高, 顯示人工建設(shè)程度較高[24]。

表2 1955~2004年北海市濱海濕地景觀指數(shù)變化比較Tab. 2 Comparison of changes in the coastal wetland landscape from 1955 to 2004

2.3 驅(qū)動(dòng)力分析

北海市濱海濕地50 a以來的變化主要受人為因素影響, 其驅(qū)動(dòng)機(jī)制主要包括以下內(nèi)容。

2.3.1 濱海濕地圍墾改造

北海市近50 a來房地產(chǎn)、養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)開發(fā)的力度逐年加大, 從分析數(shù)據(jù)可知, 圍填用海面積逐年增長(zhǎng)。沿海工程的建設(shè)對(duì)濱海濕地造成破壞性影響—占用沿岸紅樹林、砂質(zhì)、淤泥質(zhì)等灘涂; 改變了潮流和波浪活動(dòng)模式; 天然岸線截彎取直造成岸線資源缺失; 小型島嶼遭到圍墾開發(fā), 相近小島間堤壩相連, 致數(shù)量減少, 島嶼局部岸段的沖刷倒塌;人工開挖取石等。據(jù)統(tǒng)計(jì), 北海沿海50 a間圍墾灘涂濕地124.626 3 km2, 平均每年開發(fā)6.91 km2, 紅樹林灘以每年0.127 6 km2的速度減少, 小型島嶼以每年0.55 km2的速度減少, 砂質(zhì)海灘、淤泥質(zhì)和海灘以1.17 km2/a的速度減少[25, 33]。

2.3.2 生物資源的過度利用

北海市一直以來存在過度捕撈及電、炸、毒等違法現(xiàn)象, 資源開發(fā)強(qiáng)度已極大超過了漁業(yè)資源更新和恢復(fù)速度, 濕地生態(tài)系統(tǒng)中天然經(jīng)濟(jì)漁業(yè)資源的匱乏, 嚴(yán)重影響著沿岸濕地生物多樣性平衡, 相應(yīng)造成紅樹林、珊瑚礁和海草床等重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化。潿洲島北岸珊瑚礁碎枝遭到偷挖破壞,用于建筑材料、燒制石灰等。為挖掘可口革囊星蟲(Phascolosoma esculenta)、裸體方格星蟲(Sipunculusnudus)、曲畸心蛤(Anomalocordia flexuosa)和文蛤(Meretrix meretrix)等經(jīng)濟(jì)海產(chǎn), 紅樹林區(qū)幾乎30%的區(qū)域遭到20次/a以上的挖掘[9, 34-35]。

2.3.3 生物入侵

1979年, 廣西合浦縣引種互花米草(Spartina alterniflora), 之后當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)嚴(yán)重受到影響, 特別是對(duì)紅樹林的危害日趨嚴(yán)重。互花米草生長(zhǎng)速度快, 較之生長(zhǎng)較慢的紅樹林更易于遍布灘涂。目前,山口紅樹林保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)一些宜林灘涂已被互花米草侵占, 其面積超過100 hm2多, 部分互花米草還迅速侵占了紅樹林邊緣地域或林間空隙地, 與紅樹林爭(zhēng)奪生存空間。紅樹林是保護(hù)生物多樣性的重要物種, 其損失使得沿海養(yǎng)殖的貝類、蟹類、藻類、魚類等多種生物資源量也相應(yīng)地下降。所以, 生物侵染也是濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)退化的主要原因[9]。

2.3.4 濕地污染加劇

城市生活污水的排放, 農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)藥的使用,城市廢棄物的不合理處理, 已經(jīng)影響到了北海濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán), 并通過食物鏈的富集作用影響到濱海濕地的生物資源。沿海排污量增加, 但是污染防治設(shè)施建設(shè)卻跟不上, 從而導(dǎo)致污染物直接對(duì)沿岸濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)造成影響。如北海市紅坎污水處理廠排污區(qū)、僑港港口區(qū)等[36], 都會(huì)導(dǎo)致部分生態(tài)區(qū)域的健康每況愈下, 對(duì)北海山口的紅樹林、潿洲島的珊瑚礁、合浦的海草床等構(gòu)成威脅。據(jù)2008年廣西海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)報(bào)道, 北海沿岸海洋污染區(qū)域主要分布在廉州灣近岸局部海域, 其近岸無機(jī)氮、無機(jī)磷含量分別比2007年升高5.8%、4.5%, 近海無機(jī)氮和無機(jī)磷含量升高18.5%和15.2%[37]。這些污染均可改變?cè)猩鷳B(tài)環(huán)境, 改變海水的化學(xué)性質(zhì), 減少溶解氧, 污染水體, 導(dǎo)致魚類死亡, 甚至物種滅絕。

海水養(yǎng)殖存在養(yǎng)殖營養(yǎng)物和化學(xué)藥物的污染問題, 加劇了海水有機(jī)污染和富營養(yǎng)化, 誘發(fā)有害藻類和病原微生物的大量繁殖[38]。2002年~2004年間,北海市附近海域就出現(xiàn)過4次赤潮; 2008年4月在潿洲島海域發(fā)生夜光藻引起的小規(guī)模赤潮[9]。還有養(yǎng)殖附帶柴油漏油污染、花蛤螺的養(yǎng)殖戶濫用劇毒藥物,造成養(yǎng)殖海域及其附近海區(qū)污染等, 致使濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。

2.3.5 極端氣候?yàn)?zāi)害影響

1998~2004年受到全球極端氣候的影響, 主要是極端高溫事件的影響。1997~1998年20世紀(jì)最強(qiáng)烈的厄爾尼諾事件之后, 出現(xiàn)了有氣象記錄以來最熱的1998年。這以后, 發(fā)生了連續(xù)兩年的強(qiáng)拉尼娜事件, 導(dǎo)致1999~2001年的低溫年。直到2002年的厄爾尼諾事件, 才有出現(xiàn)了第二最熱年2002年, 第三最熱年2003年和第四最熱年2004年[39]。1998年在全球極端高溫的破壞加上北海市近年來沿岸工程、海洋過度捕撈、污染等累積影響, 北海市潿洲島珊瑚礁大面積白化死亡, 鹿角珊瑚大片死亡, 枝狀珊瑚退出優(yōu)勢(shì)群落[40-41]; 2004年5月的異常高溫下,國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)廣西山口紅樹林保護(hù)區(qū)發(fā)生了40 a來最嚴(yán)重的病蟲害, 一周之內(nèi)40 hm2白骨壤迅速變黃枯萎并擴(kuò)大至106 hm2[32], 有專家提出降水少、氣溫高適宜蟲子的生長(zhǎng)是暴發(fā)蟲災(zāi)的主要原因。可見, 50 a間北海市濱海濕地呈現(xiàn)退化趨勢(shì)。

3 結(jié)論

1) 利用RS、GIS技術(shù), 結(jié)合北海市濱海濕地現(xiàn)狀、景觀生態(tài)學(xué)原理, 將北海市濱海濕地景觀分為9種類型。通過遙感影像分析結(jié)合野外考察, 發(fā)現(xiàn)1955~ 2004年50 a間北海市濱海濕地呈總體退化趨勢(shì), 潮間砂質(zhì)海灘、潮間淤泥質(zhì)海灘、紅樹林灘、小型島嶼濕地減少。

2) 景觀格局指數(shù)顯示1977年、1998年是北海市濱海濕地出現(xiàn)較明顯變化的拐點(diǎn), 1988年后至1998年、1998年后至2004年好轉(zhuǎn)趨勢(shì)較大。1955年后至1977年潮間砂質(zhì)海灘、潮間淤泥質(zhì)海灘、紅樹林灘、水草灘、小型島嶼濕地面積減少, 圍塘養(yǎng)殖、鹽田面積增加, 主要是人為占用灘涂圍墾造地。人類活動(dòng)逐漸增多, 濱海濕地景觀多樣性指數(shù)減小, 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)增加, 均勻度指數(shù)減小, 濱海濕地稍有退化; 1977年后至1988年政府重視實(shí)施海洋生態(tài)保護(hù),多樣性指數(shù)持續(xù)上升, 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)持續(xù)下降, 均勻度指數(shù)持續(xù)上升, 濱海濕地狀況呈現(xiàn)好轉(zhuǎn); 1998年在全球極端高溫氣候?yàn)?zāi)害影響下, 濱海濕地好轉(zhuǎn)趨勢(shì)變緩; 1998年平均斑塊分形維數(shù)急劇下降, 斑塊密度指數(shù)、景觀斑塊數(shù)破碎化指數(shù)1998年呈最高值,均表明斑塊受到的人類干擾程度加大。

3) 影響北海市濱海濕地的驅(qū)動(dòng)力包括濱海濕地圍墾改造, 灘涂減少、島嶼消失; 生物資源的過度利用, 天然經(jīng)濟(jì)漁業(yè)資源的匱乏, 濕地生物多樣性平衡受損, 濕地生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)退化; 互花米草的生物入侵與紅樹林爭(zhēng)奪生存空間; 濕地受到城市污水、農(nóng)藥、化肥、油污污染影響, 加劇了海水有機(jī)污染和富營養(yǎng)化, 誘發(fā)赤潮災(zāi)害; 全球極端氣候、地區(qū)性突發(fā)極端氣候事件影響造成珊瑚礁死亡退化、紅樹林的病蟲害?？傊? 50 a間北海市濱海濕地出現(xiàn)了一定程度的退化, 1998年后濕地狀況好轉(zhuǎn)趨勢(shì)減緩, 濱海濕地的自然修復(fù)耗時(shí)漫長(zhǎng)、難度極大, 更需要加大保護(hù)與重建的力度。

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(本文編輯: 劉珊珊)

Change and driving mechanism of landscape patterns in the coastal wetland of Beihai City in the last 50 years

LIANG Wen1, 2, 3, HU Zi-ning4, LI Guang-zhao1, 2, 3, SONG Yin-xian5, YU Ke-fu5, NONG Hua-qiong1, 2, 3
(1. Guangxi Mangrove Research Center, Guangxi Academy of Sciences, Beihai 536000, China; 2. Guangxi Marine Environment & Coastal Wetland Research Center, Beihai 536000, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Mangrove Protection and Utilization, Beihai 536000, China; 4. Guangxi Bureau of Geology and Mineral Exploration and Exploitation, Nanning 530023, China; 5. South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China)

Dec., 18, 2013

coastal wetlands; remote sensing; landscape pattern; landscape pattern index; Beihai City

With landscape ecology theory as a basis, we studied the landscape pattern of Beihai’s costal wetland and its dynamic changes over the past 50 years (1955—2004) using remote sensing images as the data source in addition to a field survey. The results show that over the past 50 years, Beihai’s coastal wetland has experienced a degradation trend, with decreases in the inter-tidal sandy beaches, inter-tidal silt beach, mangrove beach, and small-sized island wetland. The landscape pattern indexes indicate that 1977 and 1998 witnessed obvious changes to Beihai’s coastal wetland. In 1977, the impact of human activities increased, which caused a slight degradation in the coastal wetland, as indicated by the increased dominance index of the wetland landscape, decreases in the diversity and evenness indices, and a reduction in the total landscape area index to its minimum. In 1988, wetland protection efforts were enhanced, and the wetland recovered somewhat. For instance, the landscape diversity index, dominance index, and evenness index showed opposite patterns. Due to the increased levels of extreme weather and human disturbance to the wetlands in 1998, its mean patch fractal dimension decreased, while the patch density and landscape fragmentation indices reached their maxima. Changes in the wetland landscape pattern index reflected the influence of the following factors on the landscape pattern: reclamation transformation, biological invasion of spartina alterniflora, urban pollution, and extreme weather disasters. Of these factors, human activities were the major driving force behind the changes in the landscape pattern of the coastal wetland in Beihai.

P737; Q149

A

1000-3096(2016)02-0084-10

10.11759/hykx20131218001

2013-12-18;

2015-10-27

廣西自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(2012GXNSFEA053001); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41203074); 北海市科技局基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(北科合200601055); 廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(桂科基0575025)

梁文(1967-), 男, 廣西北海人, 大學(xué), 副研究員, 主要從事海洋地質(zhì)、珊瑚礁地貌與生態(tài)研究, 電話: 0779-2055234, E-mail: gx.lw@163.com; 黎廣釗(1956-), 通信作者, 男, 廣西玉林人, 大學(xué),研究員, 主要從事海洋地質(zhì)、珊瑚礁地貌與生態(tài)研究, E-mail: gxlgv@163.com