郁 林，黨星海，紀(jì) 嬋，李治斌，徐曉龍

（1.蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2.珠海歐比特宇航科技股份有限公司，廣東 珠海 519080）

濕地是一種陸生生態(tài)環(huán)境與水生生態(tài)環(huán)境相結(jié)合的生態(tài)環(huán)境[1]，也是最具生產(chǎn)力的自然環(huán)境之一，為自然生物提供了復(fù)雜的生存環(huán)境[2]，在維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡等方面具有不可替代的作用[3-5]。近年來(lái)，由于城市人口迅猛增加、區(qū)域經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對(duì)土地利用的需求急劇增加[6]，濕地景觀格局遭到嚴(yán)重破壞，甚至威脅到人們的生存環(huán)境[7]。隨著粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃的提出，對(duì)處于粵港澳大灣區(qū)中心的珠海市來(lái)說(shuō)，其未來(lái)經(jīng)濟(jì)將會(huì)飛速發(fā)展，若不能有效保護(hù)其濕地資源，將會(huì)對(duì)珠海市的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅，因此急需開展珠海市濕地景觀格局分析與研究。

衛(wèi)星遙感技術(shù)因其覆蓋度廣、重訪周期短、分辨率高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為地類普查和濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要方式[8]。近年來(lái)，由于我國(guó)濕地景觀不斷遭到破壞，因此濕地景觀的變化監(jiān)測(cè)及其驅(qū)動(dòng)力因素分析已成為濕地遙感監(jiān)測(cè)的熱門方向，如毛德華[9]等通過(guò)分析我國(guó)東北地區(qū)的濕地變化情況，得到氣候和人為因素是濕地變化的重要原因的結(jié)論；Ernoult A[10]等通過(guò)對(duì)塞納河流域漫灘鳥類和維管植物的研究，得到生物多樣性的潛在驅(qū)動(dòng)因素來(lái)自過(guò)去和現(xiàn)在的景觀格局的結(jié)論；Debanshi S[11]等利用衛(wèi)星圖像結(jié)合差分水體指數(shù)對(duì)恒河三角洲印度部分地區(qū)的濕地進(jìn)行了圈定，并采用細(xì)胞自動(dòng)機(jī)對(duì)濕地面積變化進(jìn)行了模擬分析；張瑩瑩[12]等利用構(gòu)建LUCC統(tǒng)計(jì)模型和計(jì)算濕地景觀格局指數(shù)的方法研究了1974－2017年江漢平原洪湖濕地自然保護(hù)區(qū)的變化情況，發(fā)現(xiàn)其濕地生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞；宮寧[13]等利用遙感技術(shù)分析了我國(guó)近30 a濕地的變化情況，結(jié)果表明自然濕地在不斷消失，非自然濕地在逐步增加，其驅(qū)動(dòng)因素因濕地類型的不同而有所差異；馬學(xué)垚[14]等研究了多期長(zhǎng)江三角洲地區(qū)濱海濕地景觀格局的變化情況，并對(duì)其驅(qū)動(dòng)要素進(jìn)行了分析；徐曉然[15]等通過(guò)多期的遙感影像，提取了海南紅樹林地濕地景觀的變化情況，并進(jìn)行了景觀格局分析。

綜上所述，目前濕地景觀格局演變研究已成為濕地生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)研究主要集中在長(zhǎng)江三角洲、江漢平原等較大的區(qū)域，而對(duì)珠海等沿海城市濕地景觀格局的研究相對(duì)較少；且已有研究大多基于30 m分辨率的Landsat衛(wèi)星影像，空間分辨率相對(duì)較低。鑒于此，本文采用10 m空間分辨率的Sentinel-2衛(wèi)星影像對(duì)擁有獨(dú)特地理位置的珠海市濕地系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先通過(guò)4期遙感影像對(duì)珠海市濕地圖斑進(jìn)行精細(xì)分類；然后利用ArcGIS空間分析方法和Fragstats計(jì)算景觀格局指數(shù)，進(jìn)而計(jì)算珠海市濕地系統(tǒng)近年來(lái)的動(dòng)態(tài)變化情況；最后結(jié)合人口、經(jīng)濟(jì)、降雨、氣溫等因素，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了分析，以期為珠海市濕地系統(tǒng)保護(hù)以及粵港澳大灣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)安全提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

珠海市是粵港澳大灣區(qū)九城之一，地處廣東省的西南部，東側(cè)隔海相望香港與深圳，西側(cè)與江門市新會(huì)區(qū)相鄰，南側(cè)緊挨澳門，北側(cè)與中山市接壤，被大灣區(qū) 5個(gè)地市環(huán)抱[16]。受南亞熱帶季風(fēng)氣候影響，珠海市常年多雷雨天氣，每年4－9月受東南季風(fēng)侵?jǐn)_，降雨量明顯增多，占全年總降雨量的85%，為雨季；10月－次年3月受東北季風(fēng)影響，降雨偏少，為旱季；年平均降雨可達(dá)2 000多mm，全年相對(duì)濕度為80%。珠海市整體地勢(shì)相對(duì)平坦，西北地區(qū)高、東南沿海地區(qū)低，市內(nèi)河流縱橫，分布有6條河流、88個(gè)水庫(kù)以及大量坑塘、沼澤，擁有豐富的濕地資源。近年來(lái)，隨著沿海城市的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了圍海造陸、自然坑塘養(yǎng)殖化、填庫(kù)造陸、資源浪費(fèi)等破壞自然濕地的情況，對(duì)珠海市濕地生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重威脅，因此展開濕地景觀格局的探討，對(duì)珠海市濕地安全保護(hù)具有重要的參考價(jià)值。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

為準(zhǔn)確提取珠海市陸域濕地的分布信息，遙感影像數(shù)據(jù)中的云量需控制在3%以下；為了對(duì)比年份濕地景觀格局，遙感影像選擇不同年份同一月份的數(shù)據(jù)；還需綜合考慮影像的質(zhì)量、獲取度、使用效率等情況。本文最終選取的遙感影像數(shù)據(jù)為2016-07-29、2017-10-11、2018-10-02、2019-10-04的Sentinel-2影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均來(lái)源于歐航局（https://scihub.copernicus.eu/）。

1.2.2 濕地分類方案

以《第三次全國(guó)土地調(diào)查工作分類》和《濕地公約》中濕地分類標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)[17-18]，結(jié)合研究區(qū)目前的狀況，本文將珠海市陸域濕地劃分為水田、紅樹林地、沼澤濕地等10個(gè)類型。由于森林沼澤、灌叢沼澤、沼澤草地光譜信息較相近，為了提高分類精度，準(zhǔn)確分析濕地景觀格局變化情況，統(tǒng)一歸為沼澤濕地。

1.2.3 信息提取與精度驗(yàn)證

高精度樣本有助于提高分類精度[19]，樣本選取時(shí)遵循純凈、典型、代表3個(gè)特性，選取最優(yōu)像元作為樣本。本文選取的樣本數(shù)據(jù)包括實(shí)地?cái)?shù)據(jù)和Google Earth高分辨率目視解譯數(shù)據(jù)，其中實(shí)地?cái)?shù)據(jù)為2019-08-27的現(xiàn)場(chǎng)踏勘數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研點(diǎn)分布如圖1所示，主要包括GPS精確定位、照片、無(wú)人機(jī)全景數(shù)據(jù)等；室內(nèi)通過(guò)計(jì)算機(jī)在Google Earth上進(jìn)行目視解譯選取樣本點(diǎn)。為了提高精度，各類地物樣本應(yīng)不低于100個(gè)，且隨機(jī)均勻分布在研究范圍內(nèi)。

表3 2017－2018年珠海市濕地圖斑面積轉(zhuǎn)移矩陣/ hm2

圖1 珠海市濕地外業(yè)調(diào)研點(diǎn)分布圖 （審圖號(hào)：JS(2012)01-040）

本文利用NDWI結(jié)合目視判讀確定水體提取閾值，進(jìn)而提取研究區(qū)域的水體。研究區(qū)河流面積較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，首先利用面積和長(zhǎng)寬比形狀特征對(duì)研究區(qū)河流進(jìn)行提取，并生成掩膜文件；再對(duì)非河流進(jìn)行分類，坑塘通常呈矩形且面積較小，湖泊的圓度信息強(qiáng)于水庫(kù)和溝渠，溝渠面積和寬度較小，因此采用面積、形狀和寬度指數(shù)區(qū)分三者。由于水庫(kù)位置固定且地理位置明確，因此采用人工目視解譯的方法進(jìn)行解譯。對(duì)于其他濕地類型，本文采用監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類相結(jié)合的方式進(jìn)行提取，并利用廣東省土地利用數(shù)據(jù)和Google Earth數(shù)據(jù)對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行后期精細(xì)處理。結(jié)合人工目視解譯，形成珠海市濕地類型分布圖，如圖2所示。

圖2 珠海市濕地類型分布圖

1.2.4 動(dòng)態(tài)變化分析方法

結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，本文利用ArcGIS10.6結(jié)合Excel構(gòu)建土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用空間類型轉(zhuǎn)換是基于轉(zhuǎn)移矩陣分析得到式（1）[4]。狀態(tài)轉(zhuǎn)移是指客觀事物由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài)的定量表達(dá)。

式中，Aij為研究區(qū)土地利用類型由初始狀態(tài)到研究末期的轉(zhuǎn)換狀態(tài)，具體到A11為地塊轉(zhuǎn)移面積；n為土地利用類型的數(shù)量。

1.2.5 景觀格局分析方法

結(jié)合實(shí)際情況，本文利用ArcGIS10.6面轉(zhuǎn)柵格工具將矢量面轉(zhuǎn)換成10 m×10 m的對(duì)應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)，并輸入到Fragstats4.1軟件中進(jìn)行計(jì)算。景觀格局指數(shù)分為類型水平和景觀水平，其中類型水平包括斑塊平均面積（MPS）、斑塊面積（CA）、聚集度指數(shù) （COHESION）、最大斑塊面積指數(shù)（LPI）；景觀水平包括斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、斑塊聚合度（AI）、香濃多樣性指數(shù)（SHDI），具體景觀指數(shù)信息、計(jì)算方法和說(shuō)明詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[15]。上述指標(biāo)能詳細(xì)反映景觀斑塊的破碎度、聚合性、離散性、多樣性等信息。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 珠海市濕地面積景觀類型動(dòng)態(tài)變化分析

本文利用ArcGIS10.6軟件計(jì)算得到對(duì)應(yīng)濕地圖斑2016年、2017年、2018年、2019年的濕地面積，再利用Office表格分析統(tǒng)計(jì)珠海市濕地圖斑面積及其占比，結(jié)果如表1所示，可以看出，珠海市濕地總面積在以500 hm2/a的速度減少，4 a共減少了1 656.66 hm2， 其中水田面積減少了236.42 hm2，溝渠面積減少了358.84 hm2，坑塘面積減少了1 089.97 hm2； 相反紅樹林地面積在持續(xù)增加，其中2018－2019年增加較多，達(dá)到20.07 hm2，4 a共增加了38.34 hm2；河流、湖泊、水庫(kù)等自然濕地總體沒(méi)有太大變化，其中河流面積總體增加了30.16 hm2，湖泊面積總體減少了19.19 hm2，水庫(kù)面積總體減少了16.09 hm2；從縱向統(tǒng)計(jì)來(lái)看，珠海市濕地坑塘最多，占比達(dá)到50%以上，其次為河流，占比達(dá)到35%。

表1 珠海市濕地圖斑面積及其占比

珠海市濕地景觀轉(zhuǎn)移矩陣如表2～4所示，可以看出，2016－2019年大量坑塘轉(zhuǎn)移為非濕地，導(dǎo)致非濕地面積大量增加，影像解譯中顯示2017年珠海市斗門區(qū)占用大量養(yǎng)殖坑塘修建了機(jī)場(chǎng)；由于政府2015年成立的飲用水水源地保護(hù)條例，2016－2019年有少量的非濕地轉(zhuǎn)移為水庫(kù)用地；2016－2019年194.26 hm2的沼澤濕地轉(zhuǎn)移為非濕地，大量沼澤濕地被侵占；隨著漁業(yè)資源的興起，2016－2019年50.56 hm2的水田和76.69 hm2的沼澤濕地轉(zhuǎn)移為坑塘；在國(guó)家的重視下，1999年當(dāng)?shù)卣畬?duì)紅樹林地開展了專項(xiàng)整治，紅樹林地面積每年都有少量增加，以淇澳島紅樹林濕地公園為例，2016－2019年淇澳島紅樹林地面積累計(jì)增加了38.34 hm2。

表2 2016－2017年珠海市濕地圖斑面積轉(zhuǎn)移矩陣/ hm2

2.2 珠海市濕地景觀格局指數(shù)變化分析

不同景觀類型景觀格局指數(shù)年際變化如圖3所示，能反映類型水平上景觀格局的變化特征。在各斑塊不同時(shí)期的景觀格局變化趨勢(shì)中，LPI有助于確定景觀類型中的優(yōu)勢(shì)地類。 2016－2019年LPI的最大值為河流，其次為坑塘，表明河流和坑塘是珠海市濕地景觀中的優(yōu)勢(shì)景觀地類。MPS反映了一種平均狀況，在景觀分析中體現(xiàn)了景觀破碎程度和景觀異質(zhì)性。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，紅樹林地的MPS最大，其次為河流、坑塘、水田，且分布相對(duì)集中；而沼澤濕地、溝渠、灘涂的MPS相對(duì)較小，說(shuō)明景觀斑塊分布較零星。AI反映了不同景觀類型中斑塊的聚集程度，其與相應(yīng)指數(shù)的大小成正相關(guān)，近年來(lái)紅樹林地的AI達(dá)到97，結(jié)合解譯的影像結(jié)果可知，珠海市紅樹林地多數(shù)分布在香洲區(qū)淇澳島和橫琴新區(qū)；AI較低的為湖泊，斑塊相對(duì)破碎，相互連通性低。NP反映了景觀格局中的斑塊總數(shù)，一般NP越大，破碎程度越高。結(jié)合AI分析發(fā)現(xiàn)，紅樹林地的聚集程度最高，坑塘的破碎程度較高、連通性較低。2016－2019年珠海市濕地NP和PD年際變化如圖4所示，可以看出，珠海市濕地NP逐年增加，同時(shí)PD也在逐年增加，而濕地總面積在減少，因此獨(dú)立斑塊面積相對(duì)較小，景觀破碎化程度較高；AI在逐年減少，表明破碎化程度一直沒(méi)有降低；SHDI在逐年減少，說(shuō)明珠海市濕地斑塊類型趨于單一化。

圖3 不同景觀類型景觀格局指數(shù)年際變化曲線

圖4 2016－2019年珠海市濕地NP和PD年際變化曲線

表4 2018－2019年珠海市濕地圖斑面積轉(zhuǎn)移矩陣/ hm2

3 濕地景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力分析

獨(dú)特的地理位置、資源環(huán)境為珠海市濕地的形成提供了特有的空間，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展為濕地建設(shè)提供了經(jīng)濟(jì)支持，政府的正確引導(dǎo)為濕地的未來(lái)發(fā)展指明了道路。結(jié)合珠海市獨(dú)特的地理環(huán)境，本文從自然因素和人為因素兩個(gè)方面分析了珠海市濕地景觀分布格局變化的驅(qū)動(dòng)力，如圖5所示。

圖5 2016－2019年珠海市濕地變化的驅(qū)動(dòng)因素

3.1 自然因素

結(jié)合2019年廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒可知，2016年、2017年、 2018年、2019年珠海市的年降雨量分別為2 939.7 mm、 2 067 mm、1 795.1 mm和1 790 mm；年均氣溫分別 為22.0℃、22.1℃、22.4℃和22.5℃；濕地面積分別 為60 459.9 hm2、59 619.27 hm2、59 169.38 hm2和 58 803.24 hm2。降雨量、氣溫將對(duì)沼澤濕地的變化產(chǎn)生一定的影響[20]，劉吉平[21]等研究三江源沼澤濕地發(fā)現(xiàn)，溫度和降雨量會(huì)對(duì)沼澤濕地的變化產(chǎn)生較大影響，因此氣候的變化將對(duì)珠海市濕地景觀格局產(chǎn)生較大影響。年均氣溫的升高、降雨量的減少將使沼澤濕地和坑塘大面積轉(zhuǎn)移為非濕地，水庫(kù)面積也將受到一定影響。通過(guò)SPSS25軟件計(jì)算可知，以降雨和氣溫為自變量建立的線性回歸模型，擬合得到修正后的R2分別為0.884和0.835，表明降水量和氣溫對(duì)濕地的退化具有較強(qiáng)的影響力。

3.2 人為因素

與自然因素相比，人為因素對(duì)人工濕地的影響較為顯著[20]，且經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口數(shù)量、政府政策的改變均對(duì)濕地景觀格局的變化具有較大影響。通過(guò)回歸分析計(jì)算得到GDP和人口對(duì)濕地面積變化影響的R2分別為0.93和0.67，表明GDP是影響濕地面積變化最重要的因素。

3.2.1 人口經(jīng)濟(jì)變化

由2019年廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒可知，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，珠海市人口數(shù)量和GDP都在飛速增加，三大產(chǎn)業(yè)同步發(fā)展，增長(zhǎng)速率不斷提升。結(jié)合珠海市人口總數(shù)和GDP總量對(duì)濕地面積的影響分析可知，隨著人口數(shù)量的劇增以及當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，住房面積需求量巨大，城市交通、公共設(shè)施等服務(wù)型用地規(guī)模不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致大量濕地轉(zhuǎn)移為城市建設(shè)用地。與此同時(shí)，漁業(yè)資源的迅猛發(fā)展導(dǎo)致大量水田轉(zhuǎn)移為坑塘，大量沼澤濕地被侵占，表面上未改變濕地總面積，但對(duì)濕地資源造成了嚴(yán)重?fù)p害。截至2019年1月珠海市全市養(yǎng)殖坑塘的總面積達(dá)到22 932.87 hm2，占2019年濕地坑塘水面的75%，如圖6所示。

圖6 珠海市2019年養(yǎng)殖坑塘分布

3.2.2 政府政策

濕地作為一種社會(huì)共享資源，對(duì)社會(huì)具有重大貢獻(xiàn)。在政府管理調(diào)控作用下，濕地資源的利用將逐漸趨于有利化。2014年廣東省發(fā)布了《廣東省林業(yè)生態(tài)紅線劃定工作方案》，其目的是保持現(xiàn)有濕地不減少，使各地區(qū)濕地自然保護(hù)區(qū)得到有效保護(hù)；2017年廣東省發(fā)布了《廣東省濕地公園建設(shè)指引》，其目的是引導(dǎo)和規(guī)范城市濕地公園的建設(shè)規(guī)劃；對(duì)應(yīng)政策的出臺(tái)得到了較小的回應(yīng)。珠海市濕地建設(shè)以珠海淇澳島濕地公園為首積極響應(yīng)，紅樹林地得到了有效保護(hù)，面積少量增加。未來(lái)政府應(yīng)利用自身推動(dòng)力和對(duì)應(yīng)政策的實(shí)施，推動(dòng)濕地資源最大化保護(hù)與發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于2016－2019年10 m分辨率的Sentinel-2遙感影像數(shù)據(jù)，本文通過(guò)面向?qū)ο蠼庾g得到珠海市濕地景觀格局的分布情況，再利用ArcGIS空間分析方法和Fragstats計(jì)算得到景觀格局指數(shù)，從而分析了珠海市濕地景觀格局的空間分布情況及其驅(qū)動(dòng)力。

1）河流和坑塘是珠海市濕地景觀的優(yōu)勢(shì)景觀地類。大量的坑塘、沼澤濕地轉(zhuǎn)移為非濕地，漁業(yè)資源的飛速發(fā)展使得部分水田和沼澤濕地轉(zhuǎn)移為坑塘，少量非濕地轉(zhuǎn)移為紅樹林地和水庫(kù)。通過(guò)MPS分析發(fā)現(xiàn)，紅樹林地、河流、坑塘、水田的分布相對(duì)集中，其中紅樹林地主要分布在淇澳島，河流、坑塘、水田主要分布在斗門區(qū)和金灣區(qū)。通過(guò)AI分析發(fā)現(xiàn)，濕地景觀格局的AI逐年降低，且根據(jù)SHDI數(shù)據(jù)顯示，珠海濕地類型有趨于單一化的趨勢(shì)。

2）2016－2019年珠海市濕地總面積呈減少趨勢(shì)，年均減少量約為500 hm2，總減少量為1 656.66 hm2，減少率達(dá)2.74%?？犹撩娣e減少最多，達(dá)到1 089.97 hm2； 湖泊、水庫(kù)面積總體變化不大，分別減少19.9 hm2和16.09 hm2；紅樹林地在政府調(diào)控下面積有所增加，增加量為38.34 hm2，增加了7.4%。由于香洲區(qū)近年來(lái)發(fā)展速度較快，隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口增多，大量濕地被侵占，因此珠海市濕地發(fā)生變化的主要區(qū)域在香洲區(qū)。

3）通過(guò)分析驅(qū)動(dòng)力發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增加是導(dǎo)致珠海市濕地減少的主要原因，其次是降雨量和 氣溫變化，降雨量的減少和年均氣溫的升高導(dǎo)致濕地面積逐年減少。從紅樹林地的變化情況來(lái)看，政府的有效管控使得近年來(lái)紅樹林地面積逐年增加，因此在政府相關(guān)政策的支持下，濕地資源能得到有效保護(hù)。

受影像精度的限制，本文只獲取了Sentinel-2發(fā)射（2015-06-23）至今的4 a數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量不夠充足，只能分析近年來(lái)珠海市濕地景觀格局的變化情況。4 a時(shí)間濕地的變化不夠明顯，以a為間隔，對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)不及長(zhǎng)時(shí)間的變化分析，但本文基于10 m分辨率的Sentinel-2影像，結(jié)合珠海市水系數(shù)據(jù)，有效地將河流、水庫(kù)、湖泊、坑塘、水田、紅樹林地區(qū)分出來(lái)，能為珠海市地物分類提供有效數(shù)據(jù)。