趙丹丹 劉吉平

(吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000)

濕地作為生態(tài)景觀和重要的自然資源，具有豐富的生物多樣性和生態(tài)、社會以及經(jīng)濟功能和效益，如涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、蓄洪防旱以及提供較高的自然生產(chǎn)力等[1-4]。近年來受氣候變化和人類活動的影響，濕地面積和生態(tài)功能逐漸出現(xiàn)退化，目前此問題已受到廣泛關(guān)注[5-9]。濕地景觀面積變化早在20世紀80年代國內(nèi)外就已經(jīng)對其進行研究，景觀生態(tài)學被廣泛應(yīng)用在地理學領(lǐng)域，景觀格局主要采用景觀動態(tài)的定量化、定性描述以及生態(tài)圖疊置分析等[10,11]，景觀格局指數(shù)表征景觀的空間格局相關(guān)信息，揭示景觀的結(jié)構(gòu)組成以及空間配置等定量化特征指標[12-14]。濕地景觀格局變化主要采用景觀動態(tài)的定量化方法，對景觀指數(shù)進行計算分析，揭示濕地景觀的空間結(jié)構(gòu)特征及變化趨勢[15,16]。近年來，隨著3S技術(shù)的不斷完善，遙感及地理信息系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合景觀指數(shù)已經(jīng)成為濕地景觀變化研究的重要技術(shù)手段[17-22]。目前濕地生態(tài)系統(tǒng)是世界上受威脅比較嚴重的生態(tài)系統(tǒng)之一[23-25]，因此，研究濕地景觀格局變化及驅(qū)動機制，有利于濕地資源的保護以及可持續(xù)利用，對區(qū)域生態(tài)平衡以及生態(tài)環(huán)境安全具有重要意義[26,27]。長白山地區(qū)蘊含著豐富的濕地資源，對于東北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境平衡、物種的多樣性保護以及社會經(jīng)濟等方面都有非常重要的作用，但近年來長白山地區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境有所變化，了解長白山地區(qū)濕地資源的時空分布以及景觀變化，將有助于濕地資源的可持續(xù)利用[28]。本文以長白山地區(qū)作為研究區(qū)，利用地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)手段，研究長白山地區(qū)1990—2016年的濕地變化狀況，并利用景觀指數(shù)在景觀尺度上對長白山地區(qū)的濕地景觀變化進行研究，并分析其驅(qū)動機制，為該地區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境保護與開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本文選取位于以吉林省長白山自然保護區(qū)輻射的3個行政區(qū)作為研究區(qū)，主要包括敦化市、安圖縣和撫松縣。地理坐標為N41°40′～44°30′，E127°00′～129°10′，總面積約為28024km2，屬溫帶季風氣候，由于緯度比較高，春季多風，夏季溫暖多雨，秋季多霧，冬季寒冷，多降雪天氣。所選區(qū)域為長白山腹地，森林覆蓋率較高，空氣清新，水質(zhì)優(yōu)良，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好[29],見圖1。

圖1 長白山地區(qū)

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)源的時間范圍是1990—2016年，遙感影像數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud. cn/)，主要包括1990年的Landsat 5 TM和2016年的Landsat 8 OLI影像數(shù)據(jù)，作為基本信息源進行解譯，本研究中主要針對所選區(qū)域的自然濕地和水體進行研究，解譯精度均達85%以上，基本滿足本文研究需求。

1.3 研究方法

本文主要利用ArcGIS 10.3軟件對1990—2016年長白山地區(qū)濕地進行空間制圖來反映時空變化狀況，并通過景觀格局指數(shù)法，利用Fragstats 4.3軟件，在景觀尺度上選取能夠反映適當景觀面積、形狀、多樣性以及聚合度的景觀指數(shù)，主要包括LPI(最大斑塊指數(shù))、PAFRAC(周長-面積分形維數(shù))、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、聚合度(AI)[30,31]來揭示1990—2016年研究區(qū)的濕地景觀格局變化特征。

2 結(jié)果分析

2.1 1990—2016年濕地面積時空動態(tài)變化

利用ArcGIS軟件得到長白山地區(qū)自然濕地和水體的面積，見表1。自然濕地面積在1990—2016年間從271.97km2減少到169.07km2，共減少了102.9km2；水體面積則有所增加，從249.95km2增加到280.65km2，共增加了30.7km2；水體和自然濕地總面積從1990年的521.92km2減少到2015年的449.72km2，共減少了72.2km2。

表1 1990—2016年長白山地區(qū)濕地面積及變化

根據(jù)1990—2016年的濕地空間分布，見圖2，自然濕地主要分布在水體邊緣且主要沿水系分布，因為水文因子是濕地發(fā)育的關(guān)鍵[32]，而水體通過下滲的形式會長時間積水或季節(jié)性的積水，會使土壤里面的水分含量長期處于飽和狀態(tài)，非常有利于沼生植物或者濕生植物的生長，然后進一步形成濕地[28]。水體在敦化市、安圖縣和撫遠縣均有較多分布，而自然濕地在敦化市分布略多，從1990—2016年，敦化市自然濕地在西部和東北部地區(qū)有明顯減少，撫松縣的西部地區(qū)自然濕地分布也明顯減少，而水體面積分布在安圖縣和撫遠縣均有所增加。

圖2 1990—2016年長白山地區(qū)濕地空間分布

2.2 1990—2016年景觀格局特征變化

基于Fragstats 4.2軟件，在景觀尺度上計算了1990—2016年長白山地區(qū)濕地景觀指數(shù)，結(jié)果表明，LPI在1990—2016年從10.8850增加到11.3957，說明濕地最大斑塊指數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢；PAFRAC在1990—2016年從1.5544增加到1.5644，周長-面積分形維數(shù)僅增加了0.01，說明濕地斑塊形狀變化較??；SHDI在1990—2016年間從0.6931減小到0.6553，香農(nóng)多樣性指數(shù)減小了0.0378，說明自然濕地和水體斑塊逐漸呈現(xiàn)均衡化趨勢分布減弱；AI在1990—2016年間減少了0.5707，斑塊聚合度降低，濕地景觀出現(xiàn)破碎化。

表2 1990—2016年長白山地區(qū)景觀指數(shù)變化

3 濕地變化的驅(qū)動力分析

3.1 自然因素

前人對長白山地區(qū)氣候進行研究[29]，通過趨勢分析和5a滑動平均法對長白山58a的氣溫和降水量的年際變化和月份變化特點進行分析，在1958—2015年期間，年平均溫度呈現(xiàn)一定的上升狀態(tài)，增溫率是0.392℃·10a-1，超過全國的增溫速率，且在1990年出現(xiàn)跳躍式的增溫，在此期間降水量變現(xiàn)為緩慢的增加趨勢，每10a降水量增加2.28mm[29]。此外，相關(guān)研究均表明，長白山地區(qū)年均溫均有增加趨勢，長白山地區(qū)20世紀90年代以后的各年平均氣溫普遍高于20世紀80年代[33-35]。長白山地區(qū)的降雨量變化不明顯，呈現(xiàn)微弱的增加趨勢[36]，長白山地區(qū)的氣溫和降水變化顯示出該地區(qū)氣候暖干化嚴重，將導致濕地水分蒸發(fā)增多，進而導致自然濕地面積有所減少，而水體面積的增加，可能與降水量的季節(jié)變化密切相關(guān)，因為本文的影像獲取時間主要是7—8月，而1958—2015年各月降水量不同，7月份的降水量傾向率最大[29]，極大可能導致水體面積有所增加。此外，長白山的山體經(jīng)過比較強烈的切割，向四周形成很多放射狀溝谷，因此在豐水季節(jié)會形成很多季節(jié)性的河流，導致水體面積有所增加[28]。

3.2 人文因素

部分濕地受人類活動干擾使其不斷被開墾和占用，如人類活動已經(jīng)導致長白山堿水河濕地出現(xiàn)退化，通過建立木耳養(yǎng)殖場等活動導致濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到威脅，還有部分地區(qū)逐漸被開墾為農(nóng)田和玉米旱地等，加快了濕地排干的速率[37]。除此以外，還有一些水產(chǎn)養(yǎng)殖池，致使區(qū)域淺層地下水不斷流失，斷開了濕地的自然水文連通性。諸如此類生產(chǎn)性的人類活動干擾，均對長白山地區(qū)濕地造成了惡劣影響，加劇了長白山地區(qū)濕地的退化。

4 結(jié)論與建議

受氣候變化和人類生產(chǎn)性活動的影響，導致長白山地區(qū)1990—2016年濕地呈現(xiàn)退化趨勢，濕地面積共減少了72.2km2，景觀尺度上，濕地最大斑塊指數(shù)不斷增加，濕地斑塊形狀變化略小，濕地斑塊聚合度降低了0.5707，濕地景觀具有破碎化的趨勢。建議長白山地區(qū)加強濕地生態(tài)系統(tǒng)管理，加大對濕地資源的保護力度，同時建立一定的濕地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，以達到科學管理長白山地區(qū)濕地資源的目的，為區(qū)域濕地生態(tài)環(huán)境保護提供合理依據(jù)。