呂金霞,蔣衛(wèi)國,*,王文杰,陳 坤,鄧 越,陳 征,荔 琢

1 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部, 環(huán)境遙感與數(shù)字城市北京市重點實驗室, 北京 100875 2 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部, 地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100875 3 中國環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012

濕地是地球上生物多樣性和生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一,與森林、海洋一起被稱為三大生態(tài)系統(tǒng),在物質(zhì)生產(chǎn)、能量轉(zhuǎn)換、維持區(qū)域生態(tài)平衡等方面具有重要功能與價值[1-2]。近年來,由于人口數(shù)量和經(jīng)濟水平的快速增長,人類對濕地自然資源過度地以及不合理地利用,造成了濕地生態(tài)系統(tǒng)逐步惡化,威脅區(qū)域生態(tài)安全[3]。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展已成為國家三大戰(zhàn)略之一,對于京津冀生態(tài)環(huán)境要求提出了更高的要求。因此,退化濕地的研究對于京津冀地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)安全保障具有重要意義,是"京津冀一體化"中擴大環(huán)境容量空間和加強生態(tài)環(huán)境保護合作的重要組成部分。

隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感(RS)技術(shù)發(fā)展,基于GIS和RS技術(shù)的濕地景觀變化得到了快速發(fā)展,濕地生態(tài)系統(tǒng)的宏觀監(jiān)測和驅(qū)動力分析成為目前研究的熱點之一[4-5]。濕地景觀格局演變研究方法主要采用景觀動態(tài)的定量化方法研究[6]。國內(nèi)外學(xué)者對濕地景觀格局進行了相關(guān)研究。Ernoult等[7]研究了法國塞納河洪泛區(qū)的景觀格局變化及其對生物多樣性的影響,并對其驅(qū)動因素進行了分析;Munyati等[8]利用1984—1994年四期Landsat影像借助GIS手段對贊比亞南部Kafue Flats泛濫平原濕地進行動態(tài)監(jiān)測。國內(nèi)對濕地景觀格局變化起步較晚,但發(fā)展迅猛。崔世杰等[9-10]通過分析長江中下游鄱陽湖、洞庭湖和三江平原等地區(qū)濕地的面積和景觀格局,探究了濕地變化的影響因素;宮兆寧等[11]研究了1984—2008年北京濕地面積的變化,得出北京濕地以人工濕地變化為主導(dǎo)的變化趨勢;牛振國等[12]通過對中國濕地變化研究得出,1978—2008年京津冀濕地面積減少了1012 km2;Zhao等[13]人總結(jié)了1992—2014年研究結(jié)果,分析得出青藏高原濕地變化特征,指出濕地面積和景觀多樣性的變化特征;侯鵬,蔣衛(wèi)國等[14- 16]利用基于水文平衡的原理對北京市濕地退化驅(qū)動因子進行了定量研究。

以往的研究多集中在湖泊濕地等天然濕地的變化研究,對京津冀地區(qū)濕地時空分布的研究較少,缺乏精確到整個區(qū)域內(nèi)市級濕地區(qū)域的研究。隨著京津冀協(xié)同一體化進程加快,急需開展?jié)竦貢r空變化監(jiān)測,確保區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全保障。本文通過已更新的土地利用數(shù)據(jù),提取京津冀地區(qū)20世紀(jì)80年代末(1980s末)到2015年7期濕地類型分布圖,綜合運用GIS分析法和景觀格局指數(shù)的方法分析京津冀地區(qū)近30年來濕地面積時空變化特征,并利用主成分分析的方法對其變化的驅(qū)動因素進行了分析。

1 研究區(qū)概況

京津冀區(qū)域地理位置介于113°27′—119°50′E,36°03′N—42°40′N,位于華北平原北部,北靠燕山山脈,南面華北平原,西倚太行山,東臨渤海灣[17]?？缭奖本┦小⑻旖蚴泻秃颖笔?除北京、天津兩個直轄市以外,還包括河北省境內(nèi)的唐山、秦皇島、保定、滄州、廊坊、張家口、承德、石家莊、衡水、邢臺、邯鄲等,共計13個城市(圖1)。京津冀地區(qū)是我國最重要的政治、經(jīng)濟、文化與科技中心,是環(huán)渤海經(jīng)濟圈的核心,也是我國第三大增長極。該區(qū)地勢呈現(xiàn)西北高東南低的地形特點。地貌以平原為主,丘陵和臺地零星分布,沿渤海岸多灘涂、濕地。海河流域以扇狀水系的形式鋪展在京津冀地區(qū)。京津冀地區(qū)以溫帶落葉闊葉林為典型植被,屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)。年平均降水量538 mm,冬季寒冷少雪,春季干燥風(fēng)大;夏季較為濕潤,降水較多,氣溫年較差較大[18]。河湖自然濕地,庫塘、水田等人工濕地資源豐富。

圖1 京津冀區(qū)域地理位置及行政區(qū)劃 Fig.1 The location of Beijing-Tianjin-Hebei region and the main cities

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文基于中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所劉紀(jì)遠(yuǎn)團隊生產(chǎn)的土地利用數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)利用Landsat 影像數(shù)據(jù)進行解譯判讀,野外驗證,分類精度達(dá)91.2%,符合制圖要求[19]。利用該產(chǎn)品提取了濕地的7種土地利用類型,得到了京津冀地區(qū)1980s末,1990,1995,2000,2005,2010和2015年7期的濕地空間分布圖。濕地類型的劃分按照濕地公約與陸健健劃分的中國濕地類型,將水田、水庫坑塘、湖泊、河渠、灘涂、灘地、沼澤地7種土地類型納入京津冀地區(qū)濕地范圍[20]?？紤]到本次遙感解譯的最小地物單元為100 m×100 m,扣除細(xì)小地物外,可以將上述7種類型組合再分為人工濕地和天然濕地。人工濕地包括水田和水庫坑塘,天然濕地包括湖泊、河渠、灘涂、灘地、沼澤地。灘涂中人工鹽沼、蝦池、蟹池已經(jīng)解譯為水庫坑塘。由于人工渠道面積較小,主要為河流面積,因此把河渠列為天然濕地范疇。

京津冀地區(qū)經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于京津冀1985—2014年統(tǒng)計年鑒,主要包括總?cè)丝凇DP、人均GDP、糧食產(chǎn)量等,氣象數(shù)據(jù)(降水、溫度、蒸發(fā)量)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)(http://data.cma.cn/)。

2.2 研究方法

2.2.1 濕地類型轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移概率矩陣,又叫躍遷矩陣,是俄國數(shù)學(xué)家馬爾科夫提出的。利用馬爾科夫模型構(gòu)造研究區(qū)土地利用類型的轉(zhuǎn)移概率矩陣可全面而又具體地刻畫區(qū)域土地利用類型變化的結(jié)構(gòu)、特征與各用地類型變化的方向。其意義在于它不僅可以反映研究期初、研究期末的土地利用類型結(jié)構(gòu),同時還可以反映研究時段內(nèi)各土地利用類型的來源與構(gòu)成[21]。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

(1)

為了分析京津冀地區(qū)濕地資源的受損情況,本文中P代表各濕地類型的面積,濕地類型包括水田、河渠、湖泊、水庫坑塘、灘涂、灘地和沼澤地七種濕地類型;n代表濕地類型的總數(shù),i、j分別代表研究期初與研究期末的濕地類型,本文包括4個研究段,分別為1980s末—1995、1995—2005、2005—2015、1980s末—2015年;Pij為第i類濕地類型轉(zhuǎn)化為第j類濕地類型的轉(zhuǎn)移概率。

2.2.2 景觀指數(shù)分析法

景觀格局指數(shù)的分析方法在景觀指數(shù)的應(yīng)用中最為廣泛。景觀指數(shù)能夠高度濃縮景觀空間格局信息,反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面的特征[22]。因此本文利用景觀格局指數(shù)來表征京津冀地區(qū)濕地的景觀格局特征。使用Fragstats 4.2計算研究區(qū)景觀格局指數(shù),在類型水平上選擇最大斑塊指數(shù)(Largest Patch Index, LPI)、平均斑塊面積(Mean Patch Size, MPS)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)(Area-weighted Mean Patch Fractal Dimension, FRAC_AM)和聚集度指數(shù)(Patch Cohesion Index, COHESION)4個指數(shù),在景觀水平上選擇斑塊個數(shù)(Number of Patch, NP)、斑塊密度(Patch Density, PD)、最大斑塊指數(shù)(Largest Patch Index, LPI)、周長面積分維數(shù)(Perimeter-Area Fractal Dimension, PAFRAC)、聚集度(Aggregation Index, AI)和香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon′s Diversity Index, SHDI)5個指數(shù)。各指數(shù)的具體說明、計算方法參見文獻(xiàn)[23]。

2.2.3 主成分分析法

本研究采用主成分分析方法對京津冀濕地演變的驅(qū)動力進行分析。主成分分析(PCA) 是一種通過降維來簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),將原來錯綜復(fù)雜的多變量通過線性變換選出主要變量的一種多元統(tǒng)計分析方法[24]。

主成分分析是設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性,重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)。最經(jīng)典的做法就是選取的第一個線性組合,即第一個綜合指標(biāo)的方差來表達(dá),即方差越大,表示第一主成分包含的信息越多。如果第一主成分不足以表達(dá)原來指標(biāo)信息,在考慮選取第二個主成分。根據(jù)方差貢獻(xiàn)率大于85%確定主成分個數(shù)。依據(jù)SPSS軟件對選取的指標(biāo)做主成分分析,來探究近30年來京津冀濕地演變的驅(qū)動力。

3 結(jié)果與分析

3.1 京津冀濕地分布現(xiàn)狀

截止2015年,京津冀地區(qū)濕地面積為10723 km2,占京津冀地區(qū)土地面積的4.96%,與第二次濕地調(diào)查結(jié)果相比,準(zhǔn)確度為83.41%。其中天然濕地面積為3929 km2,占36.64%,占人工濕地面積為6794 km2,占63.36%。水庫坑塘集中分布在天津東南部地區(qū)以及北京的東北部地區(qū),河渠呈扇狀分布,灘涂、灘地和沼澤地分布在河北承德和張家口壩上地區(qū)、白洋淀周圍以及湖泊等周圍零星分布。從地理分布看,濕地分布較多的市為天津、秦皇島、唐山和張家口市,占京津冀濕地面積的65.71%,而具有華北明珠之稱的白洋淀所在的保定市濕地面積僅占7.64%。

3.2 京津冀濕地景觀時間變化分析

1980s末—2015年,京津冀地區(qū)濕地面積時空分布如圖2、圖3所示,近30年來京津冀地區(qū)濕地面積呈現(xiàn)減少趨勢,濕地面積減少了2695.05 km2,較1980s末年減少了20.08%(圖3)。人工濕地中,水田的面積在減少,共減少了2037.55 km2,水庫坑塘的面積在增加,共增加了834.86 km2。天然濕地五種類型中,湖泊和河渠面積在增加,灘涂、灘地和沼澤地的面積都在減少,其中湖泊和河渠分別增加了26.22 km2和317.39 km2,灘涂減少15.77 km2,灘地減少1334.94 km2,沼澤地減少485.26 km2。人工濕地的減少占濕地變化的主導(dǎo)地位。

圖2 1980s末—2015年京津冀濕地類型分布圖Fig.2 The spatial distribution of wetland in Beijing-Tianjin-Hebei region (1980s—2015)

圖3 京津冀濕地面積變化圖(1980s末—2015年)Fig.3 The area change of various wetland type in Beijing-Tianjin-Hebei region (1980s—2015)

京津冀地區(qū)近30年濕地變化較大,各省市的變化也各不相同(圖4)。濕地總面積的變化呈現(xiàn)從略微增長到快速減少趨勢,近些年減少趨勢略有減緩。1980s末—1995年間濕地面積增加,由于人工濕地增加造成了區(qū)域內(nèi)濕地總面積的增加,1995年后,濕地面積呈減少趨勢,近10年略有減緩。其中,河北省濕地面積減少最多,且天然濕地減少占據(jù)主導(dǎo)地位,其次是天津市和北京市,天津市濕地面積的減少以人工濕地減少為主要原因。河北省11個地級市中,濕地面積普遍存在減少趨勢,濕地減少最多的是唐山市,其次是張家口市,秦皇島市和滄州市濕地面積增加。唐山市和張家口市人工濕地和天然濕地均減少,人工濕地減少量占主導(dǎo)地位,秦皇島市濕地面積的增加主要是人工濕地增加造成的,其余地級市均存在天然濕地面積減少的狀況,此外,石家莊市、保定市和衡水市天然濕地面積減少占濕地減少的主要原因。

圖4 1980s末—2015年京津冀各省市濕地?fù)p失量圖Fig.4 Wetland loss in Beijing-Tianjin-Hebei region (1980s—2015) 正值代表增加量,負(fù)值代表減少量

3.3 京津冀濕地景觀空間變化分析

1980s末—2015年,各濕地類型變化較大,濕地面積均出現(xiàn)不同程度的減少(圖5)。1980s末—1995年,灘涂面積顯著減少,主要轉(zhuǎn)化為其他用地類型;河渠略有減少。1995—2005年穩(wěn)定時期,主要為水田和灘涂的變化,湖泊存在一定程度的退化,沼澤地有13.53%的比例轉(zhuǎn)化為水庫坑塘,被用于人工養(yǎng)殖。2005—2015年快速減少時期,水田和灘涂面積顯著下降,河渠水庫坑塘面積下降。近30年來,水田、灘涂的變化最為顯著,主要轉(zhuǎn)化為其他用地類型;河渠和水庫坑塘相互轉(zhuǎn)化;灘地和沼澤地變化程度差異不大,主要表現(xiàn)為濕地類型內(nèi)部的轉(zhuǎn)換,湖泊主要轉(zhuǎn)化為灘地和沼澤,表現(xiàn)出一定的退化現(xiàn)象。

圖5 4個時段京津冀濕地類型轉(zhuǎn)移概率矩陣Fig.5 Wetland type transition probability in Beijing-Tianjin-Hebei region

從京津冀濕地?fù)p失空間分布圖可以得出(圖6),1980s末—2015年近30年來,濕地?fù)p失較為嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在環(huán)渤海區(qū)域、北京市和河北省張家口市和唐山市區(qū)域,其余省市均存在不同程度的濕地面積減少。同時各地區(qū)濕地受損的空間格局也存在時間尺度上的差異,1980s末—1995年十余年間,京津冀地區(qū)濕地?fù)p失較小,主要分布在環(huán)渤海區(qū)域,以及河北省石家莊市和保定市;1995—2005年間,濕地?fù)p失較前10年增強,主要是天津市大部分區(qū)域以及保定市的白洋淀濕地區(qū);2005—2015年,濕地?fù)p失分布不均,其中河北省的唐山市、秦皇島市和張家口市3個區(qū)域損失程度明顯加強,而北京市、天津市和河北省滄州市、保定市損失程度略有減緩,說明近十年京津冀地區(qū)對濕地生態(tài)環(huán)境的治理和保護力度逐漸加強。

圖6 1980s末—2015年京津冀濕地?fù)p失空間分布圖Fig.6 The spatial distribution maps of wetland loss (1980s—2015)

3.4 京津冀濕地景觀格局變化特征分析

3.4.1 類型水平上景觀格局變化特征

圖7顯示了在斑塊類型水平上各時期景觀格局指數(shù)的變化趨勢。最大斑塊指數(shù)反映了各景觀類型最大面積斑塊占景觀總面積的比例,是優(yōu)勢度的一種度量方式。1980—2015年,水田的LPI最大,其次是水庫坑塘。在一定程度上說明了京津冀地區(qū)水田和水庫坑塘構(gòu)成的人工濕地是優(yōu)勢景觀類型,而天然濕地類型不占據(jù)優(yōu)勢類型。平均斑塊面積水田最大,其次為沼澤地。湖泊、河渠、灘地的MPS較小,分布零散。分維度指數(shù)反映了斑塊的形狀復(fù)雜性,河渠的分維數(shù)指數(shù)最高,接近1.3,說明景觀斑塊的形狀最復(fù)雜。其次是水田、灘地。聚集度指數(shù)度量景觀中不同斑塊類型的聚集程度,值越大反映同一景觀類型斑塊的高度聚集。近30年來水田、沼澤的聚集度指數(shù)較大,且走勢平緩,變化不大;2005—2015年,河渠、灘涂的聚集度指數(shù)呈下降趨勢,說明空間破碎化程度提高;湖泊的聚集度指數(shù)最低,說明空間分布離散,破碎化程度高,連通性低。

圖7 1980—2015年京津冀濕地在類型尺度上的景觀指數(shù)變化Fig.7 The landscape index change of wetland in class scale (1980s—2015)

3.4.2 景觀水平上景觀格局變化特征

一般來講,通過多期景觀斑塊數(shù)量和斑塊密度,可以看出景觀破碎化程度的變化情況。斑塊的密度越大,斑塊越小,景觀破碎度越高。通過景觀指數(shù)的運算,得出京津冀地區(qū)1980s末—2015年的景觀水平結(jié)構(gòu)特征的變化。

圖8為不同時期京津冀地區(qū)景觀水平上的景觀指數(shù)。1980s末—2015年期間,斑塊個數(shù)整體呈先增加后減少的波動變化趨勢,其中2005年NP達(dá)到最大值(9843個)。斑塊密度整體呈現(xiàn)增加趨勢,2015年相對于1980s末年P(guān)D增加了0.19。斑塊密度越大,斑塊越小,景觀破碎度越高。在2000—2010年急劇增加,主要是人類活動強度增加,城市化速度加劇;而2010年之后,由于生態(tài)環(huán)境保護政策的實施和保護力度的增加,景觀破碎度降低。最大斑塊指數(shù)呈先減少后增加的趨勢,2000年后呈增加趨勢,說明最大斑塊類型的優(yōu)勢度在整個景觀中的地位在上升;PAFRAC基本處于1.5附近,說明京津冀地區(qū)景觀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,易受人類活動的影響。聚集度指數(shù)呈先減少后增加的趨勢,最大值出現(xiàn)在2010年為88.95,空間分布最均勻。香農(nóng)多樣性指數(shù)呈增加趨勢,說明各景觀類型所占比例趨于均衡化,景觀異質(zhì)性增加,其波動過程與聚集度相反。1980s末—1990年香農(nóng)多樣性指數(shù)較小,說明京津冀地區(qū)斑塊類型單一,景觀豐富度低,1995年之后多樣性指數(shù)逐漸在升高,景觀豐富度增加。

圖8 1980—2015年京津冀濕地在景觀尺度上的景觀指數(shù)變化Fig.8 The landscape index change of wetland in landscape scale (1980s—2015)

3.5 京津冀濕地景觀變化驅(qū)動因素分析

3.5.1 主成分分析結(jié)果

濕地景觀變化的驅(qū)動因素包括自然和人為驅(qū)動因子,考慮京津冀地區(qū)區(qū)域發(fā)展迅速,城市化進程較快,故選取了包括氣候、人口、農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟在內(nèi)的9個指標(biāo),分別為年降雨量(mm)、年氣溫值(℃)、年蒸散發(fā)量(mm)、總?cè)丝跀?shù)(萬人)、糧食產(chǎn)量(t)、GDP(億元)、人均GDP(元)、第一產(chǎn)業(yè)值(億元)、第三產(chǎn)業(yè)值(億元),分析結(jié)果表明第1主成分解釋了總變量的71.44%,第2主成分解釋了總變量的12.13%。

人均GDP、總?cè)丝跀?shù)、第一產(chǎn)業(yè)值、糧食產(chǎn)量和第三產(chǎn)業(yè)值在第1主成分上的載荷較大,這些因子反映了經(jīng)濟社會和農(nóng)業(yè)發(fā)展水平,因此第1主成分可以認(rèn)為是人口和社會經(jīng)濟的代表;降雨量和溫度在第2主成分上的載荷較大,因此第2主成分被認(rèn)為是氣候因素的代表。

3.5.2 影響濕地受損的主導(dǎo)因素

人口和社會經(jīng)濟發(fā)展是影響京津冀濕地變化的主要因素。1980—2015年,京津冀地區(qū)人口呈現(xiàn)直線上升趨勢,經(jīng)濟迅猛發(fā)展,人均GDP持續(xù)增長,同時三大產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展,持續(xù)攀升,尤其是在2000年之后,增長速度呈現(xiàn)顯著增加趨勢(圖9)。根據(jù)人口和社會經(jīng)濟對濕地面積的影響分析可知(圖10),人口總數(shù)與人均GDP對濕地面積變化的解釋率R2分別為0.79和0.53。隨著人口數(shù)量與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,城市建設(shè)用地面積、道路等用地規(guī)模增大,城市擴張侵占京津冀地區(qū)原有的濕地,侵占面積為1584.17 km2,占據(jù)濕地退化面積的22.50%,僅次于旱地侵占的退化類型,表現(xiàn)最明顯的區(qū)域為北京市中心城區(qū)和天津濱海新區(qū)等城市化發(fā)展快速區(qū)域(圖11)。

隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展,水域周圍的灘地和沼澤地等濕地資源退化,濕地退化為旱地的面積為4874.55 km2,占濕地退化面積的69.24%,占據(jù)濕地退化的主要地位,主要是因為水田向旱地的退化,主要體現(xiàn)在張家口市萬全區(qū)、宣化區(qū)周圍區(qū)域和唐山市(圖11),占據(jù)濕地區(qū)域進行農(nóng)業(yè)開發(fā),造成濕地資源破壞。根據(jù)線性相關(guān)關(guān)系,糧食產(chǎn)量對濕地面積變化的解釋率為0.52,糧食產(chǎn)量的增加對水資源需求量增加,影響濕地面積的變化,同時對水資源的需求量也會增大,破壞濕地生態(tài)環(huán)境,增加生境壓力,對區(qū)域生態(tài)安全造成影響。濕地生態(tài)環(huán)境受到城市擴張和農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響下,還受到氣候因素的影響。

從圖12可以看出,從20世紀(jì)80年代到1995年左右,年均降水量呈現(xiàn)顯著增長趨勢,而1995—2002年均降水量呈減少趨勢,2002—2015年降水量有所增加,1980—2015年年均降水量總體變化不大。同時在2000年濕地面積達(dá)到最大值,而此階段降水量較少,但由于前兩年降水量較多,此時濕地的蓄水量可以使?jié)竦乇３制胶鉅顟B(tài),減弱了濕地減少。而地面溫度的升高,也促進濕地水面蒸散發(fā),對濕地景觀格局有一定的影響。在降水量變化較小,蒸散發(fā)量減少的趨勢下,濕地面積退化更多的是人類活動的破壞和城市化的快速發(fā)展等因素。

綜上所述,人口與社會經(jīng)濟發(fā)展和氣候等因素都會對濕地景觀變化造成影響,同時也容易受到政府政策的影響,需要結(jié)合多種因素進行綜合分析。

圖9 1980s末—2014年京津冀地區(qū)人口和人均GDP變化圖 Fig.9 The population and per-capita GDP in Beijing-Tianjin-Hebei region in 1980s—2014

圖10 1980s末—2014年京津冀地區(qū)糧食產(chǎn)量、總?cè)丝诤腿司鵊DP與濕地面積變化圖 Fig.10 The relation between the grain yield, population and per-capita GDP and wetland area in Beijing-Tianjin-Hebei region in 1980s—2014

圖11 濕地受損區(qū)域的兩種主要方式Fig.11 The two main ways of Wetlands damaged area圖a和b表示建設(shè)用地侵占,圖c和d表示濕地退化為旱地

圖12 京津冀地區(qū)年降水量和溫度距平值Fig.12 The anomaly value of annual precipitation and temperature in Beijing-Tianjin-Hebei region

4 結(jié)論

本文利用1980s末—2015年7期遙感影像,提取了近30年來京津冀地區(qū)濕地景觀類型分布圖,分析京津冀地區(qū)濕地景觀變化和驅(qū)動因素。研究結(jié)果表明:

(1)近30年來京津冀地區(qū)濕地面積呈現(xiàn)減少趨勢,濕地面積的變化呈現(xiàn)從略微增長到快速減少趨勢,近些年減少趨勢略有減緩,濕地面積減少了2695.05 km2,較1980s末年減少了20.08%。人工濕地中,水田的面積在減少,共減少了2037.55 km2,水庫坑塘的面積在增加,共增加了834.86 km2。天然濕地5種類型中,湖泊和河渠面積在增加,灘涂、灘地和沼澤地的面積都在減少。其中,河北省濕地面積減少最多,且天然濕地減少占據(jù)主導(dǎo)地位,其次是天津市和北京市。濕地?fù)p失較為嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在環(huán)渤海區(qū)域、北京市和河北省張家口市和唐山市等區(qū)域,這些區(qū)域是京津冀地區(qū)人口與經(jīng)濟快速增長的地區(qū),同時受到多種因素的影響,濕地受損嚴(yán)重的區(qū)域也呈現(xiàn)時間尺度上的差異。造成濕地受損的主要原因是水田和灘涂向非濕地轉(zhuǎn)換,湖泊也呈現(xiàn)向灘地和沼澤地的轉(zhuǎn)變趨勢。

(2)景觀指數(shù)分析結(jié)果表明,京津冀地區(qū)水田和水庫坑塘構(gòu)成的人工濕地是優(yōu)勢景觀類型。湖泊、河渠、灘地破碎化嚴(yán)重,且聚集度指數(shù)低,空間分布離散,連通性差。1980s末—2015年,斑塊個數(shù)、聚集度指數(shù)呈現(xiàn)先增加后減少,香農(nóng)多樣性指數(shù)呈增加趨勢,而最大斑塊指數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加趨勢,說明京津冀地區(qū)景觀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

(3)濕地景觀受損驅(qū)動因素分析結(jié)果表明,京津冀濕地景觀變化受到人為與氣候因素共同影響,其中人口與社會經(jīng)濟發(fā)展是影響濕地景觀格局變化的主要原因。人口總數(shù)、人均GDP和糧食產(chǎn)量對濕地面積變化的解釋率R2分別為0.79、0.53和0.52。近30年是京津冀地區(qū)人口與經(jīng)濟快速發(fā)展時期,人口增加導(dǎo)致城市擴張嚴(yán)重,需水量增加,建設(shè)用地和旱地侵占原有的濕地,造成濕地面積減少,濕地生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

同時政府政策對濕地景觀變化具有強制性影響。為防止?jié)竦馗蟮赝嘶?自2000年以來,國家成立了多處濕地自然保護區(qū),加大濕地保護和宣傳工作,同時對重要濕地區(qū)多次實行補水工作。僅在白洋淀濕地區(qū)域就實行了多次引水工作,2004年3月實施了引岳救淀[12];2006年12月又實施了引黃救淀;2008年1月再次實施引黃入淀[25];這一措施的實行使白洋淀濕地在2005年后呈現(xiàn)濕地受損減弱趨勢,造成濕地受損在時空變化上的差異。京津冀地區(qū)有多處濕地多依賴外界補水,因此在今后的研究中,需要將補水量納入濕地變化驅(qū)動因子分析中,選擇典型濕地變化區(qū),對影響濕地生態(tài)安全重點保障區(qū)域進行評估。

京津冀地區(qū)健康與可持續(xù)發(fā)展是保障我國國家安全的重要基礎(chǔ),通過研究濕地景觀變化及其驅(qū)動因素,定量評價近30年濕地資源的動態(tài)變化,是濕地生態(tài)環(huán)境保護與修復(fù)的基礎(chǔ),是區(qū)域生態(tài)安全保障的重要部分。在新時期城市化發(fā)展中,實現(xiàn)綠水青山的綠色發(fā)展,提高濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控能力,構(gòu)建京津冀協(xié)同發(fā)展的生態(tài)安全格局。