寇財垚，滿衛(wèi)東,2,3,4*，張永彬*，鄭 浩，楊曉蕪，劉明月,2,3,4，李春景

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山 063210；2.唐山市資源與環(huán)境遙感重點實驗室，河北唐山 063210；3.河北省礦區(qū)生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北唐山 063210；4.礦產(chǎn)資源綠色開發(fā)與生態(tài)修復(fù)協(xié)同創(chuàng)新中心，河北唐山 063210；5.延邊大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，吉林延吉 133000)

濱海濕地是在陸地與海洋交互作用下產(chǎn)生的獨特的、脆弱的和敏感的生態(tài)系統(tǒng)[1-3]。濱海濕地既是多種海洋生物的繁殖和育幼棲息地，又是多種遷徙候鳥的中轉(zhuǎn)站[4]。濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)在凈化水質(zhì)、調(diào)蓄洪水、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性等方面都起到了非常重要的作用[5]。

1990 年以來，由于產(chǎn)業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展對土地的需求，在沿海地區(qū)開展了大規(guī)模的圍填?；顒印ｋm然圍填?；顒邮雇恋匦枨髩毫Φ玫骄徑?，但是使濱海濕地景觀格局發(fā)生了改變。研究全球16 個沿海特大城市圍填海活動發(fā)現(xiàn)，中國城市的圍填海活動對景觀格局的改變程度最大[6]。1955年至2002年期間，在尼羅河三角洲東北海岸帶開展的圍填?；顒?，不僅使大面積自然濕地被開發(fā)為養(yǎng)殖塘和農(nóng)田，還導(dǎo)致曼扎拉湖的規(guī)模萎縮了50%以上[7]。1990 年至2010 年期間，浙江省的圍填?？偯娣e為108 760 hm2，寧波市的圍填海面積最大，嘉興市的圍填海面積最小[8]。

可以利用景觀指數(shù)量化空間格局和土地利用特征[9-10]。景觀指數(shù)分析方法[11]被廣泛應(yīng)用于濕地景觀格局及其演變研究[12-17]。1980年至2020年期間，唐山市73%的濱海濕地流失與圍填海活動直接相關(guān)[18]。本研究利用1990 年、2000 年、2010 年和2020 年的Landsat TM/OLI 遙感影像數(shù)據(jù)，采用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ǎ瑥臑I海濕地的動態(tài)度、類型轉(zhuǎn)化、質(zhì)心遷移、景觀格局變化角度，分析圍填?；顒酉? 個時期唐山市濱海濕地的景觀格局及其變化，以期為唐山市濱海濕地的保護(hù)提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)

以唐山市南部的樂亭縣、曹妃甸區(qū)和豐南區(qū)所轄范圍(38°55′N 至39°39′N，117°51′E 至119°18′E)為研究區(qū)(圖1)。

圖1 研究區(qū)和遙感影像的地面驗證點分布示意圖Fig.1 Sketch map of the study area and ground verification points of remote sensing images

該區(qū)域的氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶图撅L(fēng)性氣候，年平均氣溫為12 ℃，年降水量為500～700 mm。研究區(qū)的平均海拔為27.8 m，東南部地勢低平；主要分布著灤河、陡河、大清河、青龍河等河流；陸地海岸線的長度為229.7 km，島嶼海岸線的長度為113.5 km；研究區(qū)內(nèi)多條源于燕山山脈的河流自西北向東南注入渤海，河口三角洲和海岸線一帶頻繁的海陸交互作用，促進(jìn)了濱海濕地的形成。

根據(jù)研究區(qū)的土地利用特點和景觀分布的實際狀況，將研究區(qū)的土地利用類型劃分為人工表面、林地、草地、耕地、水域、沼澤、鹽田、養(yǎng)殖池和灘涂。

1.2 數(shù) 據(jù)

利用了1990 年8 月10 日和11 月23 日、2000年6 月11 日和18 日、2010 年9 月11 日和10 月4日、2020年8月21日和28日的共8景Landsat TM/OLI遙感影像(每時相2景影像)。這些影像下載自美國地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站(http://glovis.usgs.gov/)。

對8景遙感影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正和幾何校正等預(yù)處理。采用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒?，獲得4期研究區(qū)濱海濕地的空間分布信息。在QGIS平臺上，采用疊加分析方法，利用184個2020年野外調(diào)查點和316 個谷歌地圖高分辨率影像驗證點數(shù)據(jù)，評價4期影像遙感分類結(jié)果的精度，結(jié)果顯示，4 期影像的總體分類精度都大于87%，Kappa系數(shù)都大于0.80，滿足了本研究對數(shù)據(jù)精度的要求。

利用了研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)引自1990年、2000年、2010年和2020年的《唐山統(tǒng)計年鑒》。

1.3 方 法

采用馬爾科夫模型[19]，分析4個時期中兩兩時期之間的濱海濕地類型轉(zhuǎn)化情況。

采用動態(tài)度模型[20]，利用各類型濱海濕地面積數(shù)據(jù)，研究各類型濱海濕地的變化程度和變化速率。

采用質(zhì)心遷移模型[21]，研究4個時期研究區(qū)濱海濕地質(zhì)心的遷移方向和距離。

選擇斑塊類型面積、最大斑塊指數(shù)、平均斑塊面積、斑塊數(shù)量、斑塊密度、總邊緣長度、邊緣密度和聚集度指數(shù)8種景觀指數(shù)，定量描述濱海濕地景觀格局特征。利用Fragstats 4.2軟件，計算各景觀指數(shù)，其計算方法詳見文獻(xiàn)[22]。

2 結(jié)果與討論

2.1 4個時期研究區(qū)各類型土地的分布、面積及其動態(tài)度

圖2顯示，在研究區(qū)，由海洋向陸地方向，依次分布著水域、灘涂、養(yǎng)殖池、鹽田、沼澤、人工表面、耕地、草地和林地。與1990 年和2000 年相比，2010年和2020年，大部分水域、灘涂、鹽田和部分養(yǎng)殖池、耕地都變成了人工表面。

1990年、2000年、2010年和2020年，研究區(qū)的濱海濕地(包括水域、沼澤、鹽田、養(yǎng)殖池和灘涂)面積分別為1 496.25 km2、1 549.50 km2、1 208.97 km2和1 178.12 km2。

由表1 可知，研究區(qū)的水域面積逐漸減小，由1990年的598.63 km2減小至2020年的288.27 km2，大部分水域喪失；灘涂面積由1990年的177.67 km2減小至2020年的95.04 km2；鹽田面積不斷大幅減小，由1990 年 的146.22 km2減 小 至2020 年 的24.91 km2；養(yǎng)殖池面積逐漸增大，由1990 年的568.25 km2增大至2020年的756.25 km2；人工表面面積不斷大幅增大，由1990年的365.17 km2增大至2020年的1 133.33 km2。兩兩時期之間的耕地、水域、鹽田的面積動態(tài)度都為負(fù)值，人工表面、草地、養(yǎng)殖池的面積動態(tài)度都為正值。

表1 1990年、2000年、2010年和2020年研究區(qū)各類型土地的面積及其動態(tài)度Table 1 The areas of various types of land in the study area in 1990,2000,2010 and 2020 and their dynamic degrees

從20世紀(jì)90年代開始，唐山市出臺政策支持養(yǎng)殖業(yè)，養(yǎng)殖池面積出現(xiàn)擴(kuò)張趨勢；2000 年以后，圍填?；顒雍驮诓苠閰^(qū)南部灘涂建設(shè)曹妃甸新城，導(dǎo)致水域和灘涂大規(guī)模喪失；2005 年，唐海濕地和鳥類自然保護(hù)區(qū)建立，對沼澤進(jìn)行了有效保護(hù)，使沼澤面積維持在10 km2以上。

2.2 4個時期研究區(qū)土地利用方式的變化

與1990年相比，2020年，研究區(qū)大部分土地的利用方式發(fā)生了非常明顯改變，尤其是開展了圍填?；顒拥难睾^(qū)域(見圖2)，濱海區(qū)有177.17 km2的水域和66.31 km2的灘涂被圍填而轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻妫谎芯繀^(qū)的水域轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻?、養(yǎng)殖池、灘涂的面積分別為177.17 km2、96.75 km2、69.80 km2，鹽田轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖池的面積為78.38 km2，養(yǎng)殖池轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻娴拿娣e為149.10 km2，灘涂轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻?、養(yǎng)殖池的面積分別為66.31 km2、59.69 km2(表2)。

表2 1990年與2020年之間研究區(qū)各種土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣Table 2 Area transfer matrix of various land use types in study area between 1990 and 2020

與2000年相比，2010年研究區(qū)濱海區(qū)域土地利用方式的改變程度最大(表3)。

表3 2000年與2010年之間研究區(qū)各種土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Area transfer matrix of various land use types in study area between 2000 and 2010

2.3 4個時期研究區(qū)各類型濱海濕地的質(zhì)心變化

圖3顯示，4個時期研究區(qū)的各類型濱海濕地的質(zhì)心位置一直在移動。隨著時間的推移，水域質(zhì)心從1990 年的位置最終移至其東北方向的2020年的位置，表明水域范圍在向東北方向萎縮；2000年與2010年的水域質(zhì)心之間的距離最遠(yuǎn)，即從南向北偏西方向移動了7.3 km，反映了該時期研究區(qū)南部大部分水域被圍填的實際情況。

圖3 4個時期研究區(qū)各類型濕地質(zhì)心的位置示意圖Fig.3 The map of positions of the centroid of each type of wetlands in the study area in 4 periods

2000年，沼澤質(zhì)心由1990年的位置向西略偏南方向移動了29.9 km，主要是曹妃甸區(qū)部分水域轉(zhuǎn)變?yōu)檎訚伤拢蝗缓?，沼澤質(zhì)心由2000年的位置向東南方向移動10.3 km 至2010 年質(zhì)心的位置，再向東南略偏西方向移動4.6 km 至2020 年質(zhì)心的位置，這主要是研究區(qū)沼澤面積南增北減所致。

2010 年，研究區(qū)南部的鹽田轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖池和人工表面，導(dǎo)致鹽田質(zhì)心由1990 年的位置向東北方向移動；2020 年，鹽田質(zhì)心由2010 年的位置向西南方向移動3.9 km，這主要是樂亭縣沿海鹽田面積減少所致。

2020年，研究區(qū)中的養(yǎng)殖池向西北部擴(kuò)張，故養(yǎng)殖池質(zhì)心由1990年的位置向西北方向移動。

2000年，研究區(qū)中的灘涂北擴(kuò)南縮，其質(zhì)心由1990年的位置向東北方向移動；2000年至2020年期間，由于濱海新城的建設(shè)，導(dǎo)致曹妃甸區(qū)灘涂不斷被圍填，灘涂質(zhì)心向西南偏西方向移動，逐漸靠近灤南縣沿海區(qū)域。

2.4 4個時期濱海濕地的景觀格局及其變化

4 個時期，隨著時間的推移，研究區(qū)中水域的斑塊類型面積和最大斑塊指數(shù)值在逐漸減小，尤其是2000 年以后，水域的斑塊類型面積和最大斑塊指數(shù)值大幅減小(表4)，這是因為大面積水域被圍填。2000 年、2010 年、2020 年，隨著時間的推移，研究區(qū)中水域的斑塊數(shù)量、斑塊密度、總邊緣長度和邊緣密度都在逐漸減小，而聚集度指數(shù)變化很小，說明2000年水域的破碎化程度最大。

表4 4個時期研究區(qū)各類型濕地的8種景觀指數(shù)值Table 4 The values of 8 landscape indices for various types of wetlands in the study area in 4 periods

因為4 個時期研究區(qū)的沼澤面積都未超過20 km2，所以其斑塊類型面積、最大斑塊指數(shù)和平均斑塊面積值都較小。2000 年以來，沼澤的斑塊數(shù)量和斑塊密度值都在不斷減小，說明2000 年沼澤的破碎化程度最嚴(yán)重，之后，唐海濕地和鳥類自然保護(hù)區(qū)的建立使沼澤的破碎化程度減輕。

4 個時期研究區(qū)中鹽田的斑塊類型面積和最大斑塊指數(shù)值都在逐漸減小。2000 年以來，鹽田的斑塊數(shù)量和斑塊密度值逐漸減??；4個時期研究區(qū)中鹽田的總邊緣長度和邊緣密度值一直在不斷減小，而聚集度指數(shù)值變化很小，說明鹽田破碎化程度低。

4 個時期研究區(qū)中養(yǎng)殖池的斑塊類型面積在不斷增大，其平均斑塊面積值波動減小，說明養(yǎng)殖池的景觀異質(zhì)性增大；養(yǎng)殖池的斑塊數(shù)量、斑塊密度、總邊緣長度和邊緣密度值總體上都在逐漸增大，而聚集度指數(shù)值變化很小。

2000年至2010年期間，研究區(qū)的部分灘涂被圍填，得到的土地被用于建設(shè)濱海新城，致使2010年灘涂的斑塊類型面積、最大斑塊指數(shù)和平均斑塊面積值都遠(yuǎn)小于2000年。4個時期研究區(qū)灘涂的斑塊數(shù)量和斑塊密度值逐漸減小，其聚集度指數(shù)值大于其他類型濕地，說明灘涂的連通性最好；2000年以后，大部分灘涂被圍填為人工表面。

2.5 人類活動對濱海濕地景觀格局變化的影響

各級政府和管理機(jī)構(gòu)執(zhí)行的政策和制度對景觀格局變化具有強(qiáng)制性的作用[23]。為了加快曹妃甸區(qū)的總體開發(fā)速度，2003年，實施了曹妃甸填海工程，使水域面積大幅減小，導(dǎo)致唐山市濱海濕地的景觀格局發(fā)生顯著變化。根據(jù)國家“十一五”發(fā)展規(guī)劃，2006 年，在唐山市南部濱海灘涂，開發(fā)建設(shè)曹妃甸濱海新城。2009年，在《關(guān)于曹妃甸循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)中期工程及曹妃甸國際生態(tài)城起步區(qū)區(qū)域建設(shè)用?？傮w規(guī)劃的批復(fù)》中，曹妃甸區(qū)的建設(shè)用海面積為162.33 km2。從2010 年開始，唐山市濱海區(qū)域西南部的部分水域變?yōu)闉┩俊?/p>

在唐山市的水域被圍填的同時，政府部門實施了一系列保護(hù)濕地的措施[24-25]。2005年，在曹妃甸區(qū)，建立了唐海濕地和鳥類自然保護(hù)區(qū)，以保護(hù)濱海濕地。2015年，《河北省濕地保護(hù)規(guī)劃(2015-2030年)》提出，到規(guī)劃期末，增加濕地面積9.06萬公頃。2016 年，國家海洋局頒布《圍填海管控辦法》。2018 年，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)濱海濕地保護(hù)嚴(yán)格管控圍填海的通知》，加強(qiáng)了對圍填?；顒拥墓芾?。

1990 年，唐山市濱海區(qū)域的生產(chǎn)總值達(dá)40.8億元，2020 年的生產(chǎn)總值比1990 年增加了237.55%。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和居住環(huán)境等用地規(guī)模不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致大量濱海濕地轉(zhuǎn)為人工表面，自然景觀遭到破壞。特別是從2000 年開始，唐山市濱海區(qū)域的工業(yè)生產(chǎn)總值迅速增長，濱海濕地喪失的速度加快。同時，圍海養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致大量水域和灘涂被改變?yōu)轲B(yǎng)殖池，大量天然濕地喪失。

3 結(jié) 論

唐山市的濱海濕地面積從1990 年的1 496.25 km2( 占33.68% ) 減 少 到2020 年 的1 178.12 km2(占26.52%)，天然濱海濕地(水域和灘涂)大量喪失，養(yǎng)殖池大規(guī)模擴(kuò)張。至2020 年，唐山市有77.12%的濱海濕地主要因為被圍填而轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻妗?/p>

受圍填?；顒雍痛罅Πl(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的影響，濱海濕地的水域、鹽田和養(yǎng)殖池的質(zhì)心都從1990 年的位置向東北或者西北方向移動至2020年的位置，而沼澤和灘涂質(zhì)心則向西南方向移動。

養(yǎng)殖池在唐山市濱海濕地景觀格局中占有絕對優(yōu)勢。圍填海等人類活動是導(dǎo)致唐山市濱海濕地景觀格局變化的主要驅(qū)動因素。