摘 要：紅樹林作為重要的生態(tài)系統(tǒng)，監(jiān)測其動(dòng)態(tài)變化對制定保護(hù)政策至關(guān)重要。以漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)為研究對象，基于2005、2011、2015、2017、2019和2021年的Google Earth（GE）影像，采用土地利用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣、景觀指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法及人為干擾度，分析其動(dòng)態(tài)變化，并結(jié)合氣溫、降水等數(shù)據(jù)探討驅(qū)動(dòng)因素。研究結(jié)果表明：（1）2005—2021年漳江口紅樹林和互花米草面積分別增加23.3hm2和143.52hm2。（2）紅樹林空間分布格局呈擴(kuò)張趨勢，方向性增強(qiáng)，重心整體向東南方向遷移，而互花米草則呈現(xiàn)出與之相反的擴(kuò)張模式，重心整體向西北方向遷移。（3）紅樹林斑塊間連接度降低，破碎化程度加劇，而互花米草斑塊連接度增強(qiáng)，景觀趨向集中連片發(fā)展。（4）引起紅樹林變化的主要因素包括互花米草入侵、海平面上升、氣候變化及人類活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：紅樹林；互花米草；時(shí)空演變；景觀格局；驅(qū)動(dòng)因素；漳江口

中圖分類號：S718.5；X87文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-260X（2024）11-0001-07

紅樹林是生長在熱帶和亞熱帶海陸交錯(cuò)區(qū)的潮灘濕地木本生物群落[1]。作為海岸生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，紅樹林在防風(fēng)消浪、凈化水體、維護(hù)豐富的物種多樣性等方面發(fā)揮著不可替代的作用[2]。然而，隨著人類活動(dòng)的加劇、氣候變化的影響和互花米草等外來物種的入侵，紅樹林正面臨著日益嚴(yán)重的退化和喪失問題[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，過去的50年間，全球紅樹林凈損失達(dá)到3.4%[4]。已有多項(xiàng)研究證實(shí)，互花米草在紅樹林的退化中起到不可忽視的作用[5，6]。為了有效保護(hù)和恢復(fù)紅樹林，應(yīng)對外來物種的威脅，有必要對其時(shí)空演變特征進(jìn)行深入研究和分析，探討其驅(qū)動(dòng)因素。

紅樹林的生長環(huán)境特殊，可達(dá)性差，實(shí)地調(diào)查不僅耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，且難以進(jìn)行長時(shí)間跨度的連續(xù)監(jiān)測[7]。因此，遙感技術(shù)憑借其長時(shí)序、高效率和低成本的優(yōu)勢，成為監(jiān)測紅樹林變化的有力工具[8]。目前，利用遙感技術(shù)監(jiān)測紅樹林變化的方法已較為成熟[9，10]。眾多學(xué)者對我國典型紅樹林濕地進(jìn)行了深入研究，揭示其時(shí)空變化和景觀格局，為紅樹林的保護(hù)和管理提供了科學(xué)依據(jù)[11，12]?，F(xiàn)有研究中，Landsat系列衛(wèi)星影像因其時(shí)間覆蓋長、數(shù)據(jù)易獲取等優(yōu)勢被廣泛使用，但由于其分辨率較低，在精確判別紅樹林與互花米草的相互作用方面仍存在一定局限性。為彌補(bǔ)這一不足，本研究選用Google Earth（GE）高分辨率影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，以提高紅樹林與互花米草分布的識別精度和監(jiān)測效果，從而為紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的精細(xì)化研究和保護(hù)提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持。

漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)位于我國東南沿海，地理位置優(yōu)越，氣候溫暖濕潤，適宜紅樹植物生長，形成了獨(dú)特的紅樹林生態(tài)系統(tǒng)。該區(qū)域紅樹林覆蓋范圍廣，生態(tài)系統(tǒng)完整，生物多樣性高，為眾多海洋和陸地生物提供了重要的棲息地[13]。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類活動(dòng)趨于頻繁，加之互花米草的入侵，漳江口紅樹林面臨的生態(tài)壓力日益增大。因此，對其進(jìn)行長期監(jiān)測并探究其影響因素至關(guān)重要。鑒于以上，本研究以漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)為研究對象，通過面向?qū)ο蠓诸惡湍恳暯庾g結(jié)合的方法提取2005—2021年研究區(qū)土地覆蓋空間分布信息，采用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓和景觀指數(shù)法全面揭示其時(shí)空演變規(guī)律，定量評價(jià)紅樹林的景觀破碎化程度，明確其變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，以期為科學(xué)制定紅樹林保護(hù)策略和實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)位于福建省漳州市云霄縣漳江入海口，地處117°23′52″～117°27′33″E，23°53′45″～23°57′30″N，見圖1。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷膩啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，溫暖濕潤，光熱充足，年平均氣溫為21.2℃，年降水量為1 714.5 mm。區(qū)域地勢自東南向西北呈階梯狀逐級升高，地形特征表現(xiàn)為東、北、西三面高聳，中部和南部地勢平坦開闊。區(qū)內(nèi)濕地資源豐富，主要由河口水域、潮間帶泥灘和潮間帶鹽沼組成。區(qū)內(nèi)擁有中國北回歸線以北種類最多，生長最好的天然紅樹林群落，主要樹種包括秋茄、桐花、白骨壤等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

為監(jiān)測漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)的時(shí)空演變特征并分析其驅(qū)動(dòng)因素，收集2005—2021年6個(gè)時(shí)期的GE影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。各時(shí)期均選取冬季退潮時(shí)的無云影像以避免紅樹林與互花米草混淆及潮汐的影響。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況將土地覆蓋劃分為紅樹林，互花米草、灘涂、水體、養(yǎng)殖池、浮筏養(yǎng)殖和其他7類?；趀Cognition軟件利用面對對象和目視解譯結(jié)合的方法對遙感影像進(jìn)行信息提取，得到2005、2011、2015、2017、2019和2021年的土地覆蓋數(shù)據(jù)。氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)來源于英國國家大氣科學(xué)中心。

2 研究方法

2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度是描述土地資源數(shù)量變化程度的常用方法[14]，其表達(dá)式為：

K=××100%（1）

式（1）中：K為某一類型土地利用動(dòng)態(tài)度；Ua與Ub分別為研究期初與期末某一土地利用類型的數(shù)量；T為研究時(shí)長。

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣是定量描述不同土地利用類型間相互轉(zhuǎn)換的數(shù)量與方向的方法[15]。為了明確紅樹林的空間變化特征，利用ArcGIS中的空間疊加分析，創(chuàng)建2005—2011年、2011—2015年、2015—2017年、2017—2019年和2019—2021年期間紅樹林與其他土地覆被類型之間的轉(zhuǎn)移矩陣，并利用?；鶊D展示土地覆蓋類型的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2.3 景觀指數(shù)法

景觀指數(shù)是能夠描述景觀格局信息，反映景觀的結(jié)構(gòu)組成和空間配置的定量指標(biāo)[16]。為分析紅樹林的穩(wěn)定性，選取了斑塊數(shù)量、斑塊密度和平均斑塊面積指數(shù)；在斑塊連通性方面選取凝聚度指數(shù)和最大斑塊指數(shù)；在斑塊形狀復(fù)雜性方面選取形狀指數(shù)。

斑塊數(shù)量（NP）計(jì)算公式如下：

NP=N（2）

式（2）中：N為某一類景觀斑塊的總數(shù)。

斑塊密度（PD）計(jì)算公式如下：

PD=（3）

式（3）中：CA為某一斑塊類型的總面積。

平均斑塊面積（MPS）計(jì)算公式如下：

MPS=（4）

形狀指數(shù)（LSI）計(jì)算公式如下：

LSI=0.25（5）

式（5）中：E為斑塊邊界總長度。

凝聚度指數(shù)（COHESION）計(jì)算公式如下：

COHESION=1-1-

×100（6）

式（6）中：aij為第i類型景觀中第j個(gè)斑塊的面積；Eij為第i類型景觀中第j個(gè)斑塊的周長。

最大斑塊指數(shù)（LPI）計(jì)算公式如下：

LPI=×100（7）

式（7）中：amax為某一斑塊類型中最大斑塊的面積。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法是定量分析地理要素空間分布整體特征的常用方法，能夠從全局和空間角度揭示研究要素的方向性偏離特征，并分析其集聚或分散情況。橢圓重心表示地理要素在空間上的相對位置，長軸用于反映數(shù)據(jù)的主要變化方向，短軸反映數(shù)據(jù)的變異性范圍，橢圓的扁率表現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的方向趨勢。扁率值越大，說明數(shù)據(jù)變化的方向趨勢越強(qiáng)，反之越弱[17]。主要參數(shù)的計(jì)算公式如下[18]：

tan？茲=

（8）

？滓x=（9）

？滓y=（10）

（w，w）=，（11）

式中：（w，w）為標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的重心，wi為對應(yīng)的權(quán)重，xi和yi分別為第i個(gè)區(qū)域的經(jīng)緯度坐標(biāo)；i和i分別表示從第i個(gè)區(qū)域到標(biāo)準(zhǔn)差橢圓坐標(biāo)重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)偏移量；？滓x和？滓y分別為標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的長軸和短軸；θ為橢圓方位角。

2.5 人為干擾度

人為干擾度反映了人類生產(chǎn)活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的影響程度，干擾值越大，代表受到的人為干擾越強(qiáng)。根據(jù)前人的研究成果，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，對7種土地利用覆蓋類型賦予不同的干擾度系數(shù)[19，20]?；セ撞荨⒓t樹林、水體、灘涂、養(yǎng)殖池、浮筏養(yǎng)殖和其他分別賦予0.16、0.15、0.15、0.17、0.63、0.63、0.72的干擾度權(quán)重。人為干擾度計(jì)算公式為：

HI=∑×Pi（12）

式（12）中，HI為整個(gè)區(qū)域受到的人為干擾強(qiáng)度總值；S為土地的面積總和；Si為第i類土地的面積；Pi為第i類景觀的干擾度指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)空間分布與時(shí)空演變

2005—2021年紅樹林面積總體呈增長趨勢，從2005年的50.88hm2增加到2021年的74.18hm2。其中，2011—2015年紅樹林增加面積和動(dòng)態(tài)度最小，同一時(shí)期的互花米草在空間上向紅樹林方向大量擴(kuò)增并逐步對紅樹林呈現(xiàn)包圍之勢，與紅樹林形成生態(tài)競爭關(guān)系。2017—2019年，紅樹林增加面積最大，動(dòng)態(tài)度達(dá)到9.63%。2005—2011年互花米草增加面積主要分布在研究區(qū)南部灘涂，2011—2021年，中部區(qū)域的互花米草從分散的小斑塊擴(kuò)展到整篇灘涂。養(yǎng)殖池僅在2017—2019年略有減少，其余時(shí)間均呈增長趨勢。浮筏養(yǎng)殖僅在2005—2011減少2.07hm2，2011—2019年增長速度加快，2019—2021年間保持不變。灘涂和水體在研究期間分別減少248.61hm2和36.95hm2，詳見圖2和表1。

桑基圖展示了2005—2021年研究區(qū)各土地覆蓋類型之間的轉(zhuǎn)換情況，見圖3。2011—2015年紅樹林的轉(zhuǎn)出面積最多，向互花米草的轉(zhuǎn)換占轉(zhuǎn)出面積的比重最大，為48.01%，其次是灘涂，占比34.1%。2017—2019年間，紅樹林的轉(zhuǎn)入面積達(dá)到峰值，其中65.88%來自紅樹林在灘涂上的自我繁衍，31.98%來自互花米草的轉(zhuǎn)換。由此可見，紅樹林面積的變化主要由其在灘涂上的擴(kuò)展以及與互花米草之間的競爭所驅(qū)動(dòng)。

3.2 紅樹林與互花米草空間向度特征

如圖4和表2所示，紅樹林和互花米草的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓和重心遷移情況在空間上顯示出明顯的變動(dòng)特征。紅樹林橢圓重心呈現(xiàn)出“東北—西北—東南—西北”的遷移模式，總體上向東南方向移動(dòng)了489m，以東向移動(dòng)為主，南向移動(dòng)較小。2005、2011、2015、2017、2019和2021年橢圓扁率分別0.374、0.421、0.419、0.351、0.35和0.472，表明紅樹林的空間分布方向性呈“增強(qiáng)—減弱—增強(qiáng)”的變化趨勢。2005—2021年橢圓面積增加114.58hm2，顯示出紅樹林空間分布格局呈擴(kuò)張趨勢，并經(jīng)歷了先擴(kuò)張后收縮、再次擴(kuò)張后又收縮的波動(dòng)性增長過程。長軸增加而短軸減少，說明紅樹林在東—西方向擴(kuò)張的強(qiáng)度大于南—北方向收縮強(qiáng)度。

互花米草橢圓重心呈現(xiàn)出“西南—西北—東北”的遷移模式，總體上向西北方向移動(dòng)了167m，以北向移動(dòng)為主，西向移動(dòng)較小。研究期間，互花米草各時(shí)段的橢圓扁率分別0.574、0.454、0.212、0.268、0.146和0.159，顯示其空間分布方向性整體呈減弱趨勢。2005—2021年橢圓面積增加29hm2，互花米草空間分布格局呈擴(kuò)張趨勢，擴(kuò)張強(qiáng)度在2017年達(dá)到峰值，此后略有回落。長軸減少而短軸增加，表明互花米草在南—北方向擴(kuò)張的強(qiáng)度大于東—西方向的收縮強(qiáng)度?；セ撞莸目臻g蔓延與其對紅樹林的圍勢在一定程度上促進(jìn)了紅樹林重心的遷移模式及其擴(kuò)張與收縮的波動(dòng)過程。

3.3 紅樹林與互花米草景觀格局演變分析

如圖5所示，2005—2021年間，漳江口紅樹林和互花米草的景觀指數(shù)動(dòng)態(tài)變化不盡相同。紅樹林的NP和PD持續(xù)增加，而MPS不斷減少，表明紅樹林的破碎化程度逐漸加劇。LSI在2011—2017年略有降低，但在其他時(shí)段均呈上升趨勢。較2005年，2021年LSI增加了58.73%，表明紅樹林斑塊邊緣不規(guī)則度增大，這與互花米草對紅樹林邊緣的侵蝕有關(guān)。LPI較為平穩(wěn)，2021年比2005年略有下降，COHESION呈先減后增趨勢，總體來看，景觀連接性程度降低?；セ撞莸腘P和PD呈波動(dòng)式下降，在2015年達(dá)到峰值，而MPS呈上升趨勢，表明互花米草破碎化程度降低，逐漸由零散的小斑塊連接成片。2021年的LSI比2005年上升10.38%，互花米草在擴(kuò)散的同時(shí)形狀趨于復(fù)雜。COHESION和LPI均呈現(xiàn)顯著上升趨勢，表明互花米草斑塊的連通性增強(qiáng)，景觀上更加集中連片。

4 驅(qū)動(dòng)因素分析

（1）互花米草因其顯著的固土護(hù)堤功能被許多國家廣泛引種，于1979年被引入我國，并在1980年試種成功后推廣至福建等地[21]。然而，由于互花米草繁殖能力過強(qiáng)，迅速在灘涂蔓延，對紅樹林的生長造成了負(fù)面影響。已有研究證明，互花米草的大量繁殖可替代紅樹林等本地原生植物、改變鳥類棲息地、降低生物多樣性，對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊[22]。研究結(jié)果顯示，2005年至2021年，漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)中有176.74hm2的灘涂被互花米草占據(jù)，16年間互花米草總面積增長了3.5倍。互花米草的生長區(qū)域逐漸蔓延至紅樹林生長區(qū)域邊界，并形成包圍勢態(tài)，進(jìn)一步阻礙了紅樹林的生長和擴(kuò)展。同時(shí)，研究期間有0.68hm2的紅樹林轉(zhuǎn)化為互花米草，這一現(xiàn)象進(jìn)一步印證了互花米草對紅樹林具有直接性的威脅和破壞。

（2）隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，全球溫室效應(yīng)加劇，導(dǎo)致氣候變暖，進(jìn)而引發(fā)海平面持續(xù)上升。根據(jù)中華人民共和國自然資源部編制的《2021年中國海平面公報(bào)》，1980—2021年間，中國沿海海平面總體呈波動(dòng)上升式變化，年均上升速率為3.4mm·a-1， 2021年中國沿海海平面達(dá)到1980以年來最高值。其中福建沿海的海平面增高趨勢顯著，較常年增高55mm。海平面上升會加劇海岸侵蝕，造成灘涂面積的減少，最終限制紅樹林的擴(kuò)展空間，影響其幼苗生長[23]。

（3）氣候變化對紅樹林的影響主要體現(xiàn)在降水量和氣溫兩方面，因此，對研究區(qū)2005—2021年的年降水量和年平均氣溫進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并揭示其變化趨勢，見圖6。2005—2021年研究區(qū)年降水量除個(gè)別年份波動(dòng)較大外，總體保持穩(wěn)定，降水量的最大值與最小值分別出現(xiàn)在2006年和2011年；2005—2021年年平均氣溫總體呈上升趨勢，多年氣溫均值為22.16℃，氣溫的最高值與最低值分別出現(xiàn)在2020年與2011年。其中，2005—2011年年均氣溫和年降水量均呈下降趨勢，且2011年均達(dá)到研究時(shí)段的最低值。由于紅樹林主要生長于熱帶與亞熱帶地區(qū)，氣溫的下降可能對其生長與擴(kuò)張產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。2011年至2021年，研究區(qū)的年降水量相對穩(wěn)定，但總體上呈現(xiàn)減少趨勢，而氣溫顯著上升。溫度的升高促進(jìn)濕地表面水分蒸發(fā)，而來自降雨的水源補(bǔ)給減少。因此，2011—2021年間的氣候變化對紅樹林的擴(kuò)增具有不利影響[24]。

（4）2005—2021年漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)人為干擾度維持在0.32—0.36之間，雖然干擾程度較低，但呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，16年間增長了0.03個(gè)單位，主要?dú)w因于養(yǎng)殖池和浮筏養(yǎng)殖的增加，見圖7。具體而言，2005年至2011年間，干擾度的年均增長率較為緩慢；然而，2011年至2015年，增長率較前期加快了4.5倍；自2015年起，年均增長率較2011—2015年期間再次顯著放緩，僅為原來的1/5。自2014年以來，漳州市人民政府陸續(xù)發(fā)布多項(xiàng)通知，嚴(yán)格控制灘涂養(yǎng)殖，統(tǒng)籌考慮紅樹林保護(hù)區(qū)和傳統(tǒng)養(yǎng)殖區(qū)的發(fā)展關(guān)系，防治海洋及灘涂污染。這些措施有效減緩了干擾度的增長。

5 結(jié)論

本研究選取GE影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，結(jié)合轉(zhuǎn)移矩陣、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓、景觀指數(shù)和人為干擾度計(jì)算，探討了2005—2021年漳江口紅樹林—互花米草鹽沼交錯(cuò)區(qū)的動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素。主要結(jié)論如下：

（1）2005—2021年紅樹林面積呈持續(xù)增長趨勢，總體增加23.3hm2，動(dòng)態(tài)度為2.86%，互花米草面積增加143.52hm2，動(dòng)態(tài)度為15.91%。紅樹林的變化面積中，增加面積主要?dú)w因于在灘涂上的擴(kuò)張，而減少面積主要源于互花米草的入侵。

（2）在空間分布格局上，紅樹林和互花米草均呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢，紅樹林的擴(kuò)張方向性增強(qiáng)，以東—西方向?yàn)橹?，橢圓重心整體向東南方向遷移?；セ撞莸臄U(kuò)張則相反，其方向性減弱，以南—北方向的擴(kuò)張為主，橢圓重心整體向西北方向遷移。

（3）景觀指數(shù)分析顯示，紅樹林和互花米草的邊緣不規(guī)則度均有所增加，不同在于，紅樹林的斑塊連接度減弱，破碎化程度加劇，而互花米草斑塊的連通性增強(qiáng)，景觀上逐漸趨向集中連片。

（4）漳江口紅樹林受多種因素影響?；セ撞莸臄U(kuò)張侵占紅樹林生態(tài)位，并造成紅樹林景觀破碎化；海平面上升導(dǎo)致灘涂面積減少，限制紅樹林?jǐn)U增；氣候變化帶來的降水量減少和氣溫上升可能對紅樹林產(chǎn)生負(fù)面影響；盡管人類活動(dòng)的干擾程度總體較低，但呈現(xiàn)上升趨勢，對紅樹林構(gòu)成了一定的威脅。

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收稿日期：2024-11-5

通信作者：趙國帥（1987-），男，山東青州人，碩士，高級工程師，研究方向：林業(yè)遙感及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究。郵箱：zhgshuai@163.com.

基金項(xiàng)目：福建省省級財(cái)政林業(yè)科技項(xiàng)目（No.2022FKJ18）；福建省省級財(cái)政林業(yè)科技“揭榜掛帥”項(xiàng)目（No.2023FKJ03）