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Landscape pattern change of Dongzhai Harbour mangrove, South China analyzed with a patch-based method and its driving forces.

基于斑块的东寨港红树林湿地景观格局变化及其驱动力


在解译1988、1998及2009年3期遥感影像基础上,运用叠加分析和基于斑块的红树林空间演变机理分析方法,分析了1988—2009年间东寨港红树林湿地景观格局变化及其驱动力差异.结果表明: 1988、1998及2009年,研究区红树林总面积分别为1809.4、1738.7和1608.2 hm2,整体呈递减趋势,且破碎化程度加剧.景观类型主要表现为红树林、农用地、有林地等向建设用地、养殖塘用地转化.分别利用累计计数、按百分比计数、按主要途径计数3种方法的统计结果显示,导致东寨港红树林斑块数量变化的驱动力主要为自然因素,作用力百分比分别为58.6%、72.2%、72.1%,而导致斑块面积变化的驱动力主要为人为因素,作用力百分比相应为70.4%、70.3%、76.4%.

According to the interpreted results of three satellite images of Dongzhai Harbour obtained in 1988, 1998 and 2009, the changes of landscape pattern and the differences of its driving forces of mangrove forest in Dongzhai Harbour were analyzed with a patchbased method on spatial distribution dynamics. The results showed that the areas of mangrove forest in 1988, 1998 and 2009 were 1809.4, 1738.7 and 1608.2 hm2 respectively, which presented a trend of decrease with enhanced degree of landscape fragmentation. The transformations among different landscape types indicated that the mangrove, agricultural land and forest land were mainly changed into builtup land and aquaculture pond. The statistical results obtained from three different methods, i.e., accumulative counting, percentage counting and main transformation route counting, showed that natural factors were the main reason for the changes of patch number, responsible for 58.6%, 72.2% and 72.1% of patch number change, respectively, while the percentages of patch area change induced by human activities were 70.4%, 70.3% and 76.4%, respectively, indicating that human activities were the primary factors of the change of patch areas.
 


全 文 :基于斑块的东寨港红树林湿地景观格局
变化及其驱动力∗
黄  星1  辛  琨2  李秀珍1∗∗  王薛平3  任璘婧1  李希之1  闫中正1
( 1华东师范大学河口海岸学国家重点实验室, 上海 200062; 2海南师范大学生命科学学院, 海口 571158; 3华东师范大学资源
与环境科学学院, 上海 200062)
摘  要  在解译 1988、1998及 2009年 3期遥感影像基础上,运用叠加分析和基于斑块的红树
林空间演变机理分析方法,分析了 1988—2009 年间东寨港红树林湿地景观格局变化及其驱
动力差异.结果表明: 1988、1998 及 2009 年,研究区红树林总面积分别为 1809.4、1738.7 和
1608.2 hm2,整体呈递减趋势,且破碎化程度加剧.景观类型主要表现为红树林、农用地、有林
地等向建设用地、养殖塘用地转化.分别利用累计计数、按百分比计数、按主要途径计数 3种方
法的统计结果显示,导致东寨港红树林斑块数量变化的驱动力主要为自然因素,作用力百分
比分别为 58.6%、72.2%、72.1%,而导致斑块面积变化的驱动力主要为人为因素,作用力百分
比相应为 70.4%、70.3%、76.4%.
关键词  东寨港; 红树林; 景观变化; 斑块分析
文章编号  1001-9332(2015)05-1510-09  中图分类号  Q149  文献标识码  A
Landscape pattern change of Dongzhai Harbour mangrove, South China analyzed with a
patch⁃based method and its driving forces. HUANG Xing1, XIN Kun2, LI Xiu⁃zhen1, WANG
Xue⁃ping3, REN Lin⁃jing1, LI Xi⁃zhi1, YAN Zhong⁃zheng1 ( 1 State Key Laboratory of Estuarine
and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China; 2College of Life
Science, Hainan Normal University, Haikou 571158, China; 3College of Resources and Environmen⁃
tal Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol.,
2015, 26(5): 1510-1518.
Abstract: According to the interpreted results of three satellite images of Dongzhai Harbour ob⁃
tained in 1988, 1998 and 2009, the changes of landscape pattern and the differences of its driving
forces of mangrove forest in Dongzhai Harbour were analyzed with a patch⁃based method on spatial
distribution dynamics. The results showed that the areas of mangrove forest in 1988, 1998 and 2009
were 1809.4, 1738.7 and 1608.2 hm2 respectively, which presented a trend of decrease with en⁃
hanced degree of landscape fragmentation. The transformations among different landscape types indi⁃
cated that the mangrove, agricultural land and forest land were mainly changed into built⁃up land
and aquaculture pond. The statistical results obtained from three different methods, i.e., accumula⁃
tive counting, percentage counting and main transformation route counting, showed that natural fac⁃
tors were the main reason for the changes of patch number, responsible for 58.6%, 72.2% and
72.1% of patch number change, respectively, while the percentages of patch area change induced
by human activities were 70.4%, 70.3% and 76.4%, respectively, indicating that human activities
were the primary factors of the change of patch areas.
Key words: Dongzhai Harbor; mangrove; landscape change; patch⁃based analysis.
∗科技部全球变化研究国家重大科学研究计划项目(2010CB951203)和国家自然科学基金项目(41201525,31260131)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: xzli@ sklec.ecnu.edu.cn
2014⁃05⁃27收稿,2014⁃12⁃25接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 5月  第 26卷  第 5期                                                           
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2015, 26(5): 1510-1518
    红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带上半
部的一种木本植物,具有保岸护堤、防风消浪、促淤
造陆、净化水体、为鸟类和鱼类提供赖以生存的栖息
地环境等重要生态服务功能[1-3] .景观格局分析是研
究红树林湿地景观功能和景观动态变化的基础[4-6] .
通过分析红树林湿地景观斑块的形状、大小、数量和
空间组合及其变化,可明确红树林湿地景观变化过
程,有助于了解红树林湿地生态环境状况,探索自然
因素与人类活动对红树林湿地景观格局及动态过程
的影响,揭示红树林湿地景观变化的原因,也可为红
树林湿地的可持续利用提供依据,并对红树林湿地
保护与恢复提供帮助[6-8] .
遥感技术是国内外红树林监测的主要技术之
一,对实现红树林时空尺度生态系统变化监测具有
重要意义[9-11] .借助卫星遥感影像,可较好地分析红
树林景观格局变化,探究红树林面积变化及其原因.
Kirui等[12]分析了 1985、1992、2000 和 2010 四个时
期的遥感影像,发现期间 Kenyan的红树林面积减少
18%.Selvam等[13]通过对比 1986 年 TM遥感影像和
2002年 LISS Ⅲ数据,发现印度 Pichavaram 红树林
面积增加了 90%.Giri等[14]通过对比受 2004年印度
洋海啸影响的亚洲地区 1975—2005 年不同时期的
遥感影像,发现期间该区域红树林面积减少 12%,
其原因主要是农业扩张、建造养殖塘和城市建设.代
华兵等[15]利用中高分辨率遥感图像,分析了 1960—
2010年广西红树林数量分布及其变化动态,发现养
殖塘和盐田建设、围垦、城市扩张与工程建设、人工
造林是导致研究区红树林变化的主要原因.王树功
等[2]通过比较不同时期的遥感影像并结合实地调
查,分析了造成珠江口内伶仃洋淇澳岛红树林湿地
变化的原因.现有研究大多从整体角度分析红树林
面积变化动态及其影响因素,而未从斑块尺度对其
边界和面积的变化情况及其影响因素进行深入细致
的分析,因此无法定量区分自然因素和人为因素对
红树林景观格局变化的相对贡献[16] .基于此,李春
干等[16]提出了基于斑块的红树林空间演变机理分
析方法,并运用此方法研究了广西北部湾 1960—
2010年红树林空间分布动态变化过程,分析了斑块
数量和面积变化情况及其影响因素(驱动因子),结
果表明该方法体系能实现红树林空间动态分析的定
位化、定量化和精确化.
东寨港红树林国家级自然保护区是我国建立的
第一个以保护红树林生态系统为主的自然保护区,
也是迄今为止我国红树林自然保护区中红树林资源
最多、树种最丰富的自然保护区,是我国首批列入
《国际重要湿地名录》 [17]的 7 个湿地保护区之一.现
有对东寨港红树林的研究包括红树林植被群落、鸟
类及底栖动物、红树林微生物、红树林湿地生态系统
恢复、红树林引种扩种、红树林景观格局变化等诸多
方面[18] .在东寨港红树林景观格局变化研究上,辛
琨等[19]、王胤等[20]研究认为,造成该区域景观格局
变化的主要原因是人为因素,但并未对造成景观变
化的具体原因进行深入分析.为此,本研究采用遥感
影像与实地考察、历史资料调研相结合的方法,从空
间斑块分析的角度对东寨港红树林景观变化过程进
行量化分析,结合东寨港周边的土地利用 /覆盖变
化,揭示 1988—2009年红树林斑块变化的途径和原
因,并尝试定量区分人为因素和自然因素对其造成
的影响,以期为研究区红树林湿地资源的保护、利用
及生态系统恢复提供科学依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
东寨港(19°51′—20°01′ N、110°30′—110°37′ E)
是海口市东北部与文昌市西北部之间的内海,包括
海口市的演丰、三江海岸及文昌市的罗豆和铺前的
部分地区.该地区属于典型的热带季风海洋气候,年
均气温 23.3~23.8 ℃,年均降水量 1676.4 mm[21] .东
寨港的红树植物主要有红海榄(Rhizophora stylosa)、
木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、尖瓣海莲(Bruguiera
sexangula var. rhynchopetala)、角果木 ( Ceriops ta⁃
gal)、秋茄(Kandelia candel)、海漆(Excoecaria agal⁃
locha)、桐花树 ( Aegiceras corniculatum )、老鼠勒
(Acanthus lilcifolius)等.
随着东寨港周边社会经济的发展,红树林生存
环境遭受到了不同程度的破坏.据不完全统计,20
世纪 60年代至今,由于围垦,海南东寨港红树林面
积减少近 50%,至今这类围垦活动仍在继续[21] .尽
管自保护区建立以后,伐木围垦活动得到了一定遏
制,部分在原红树林生长带上建立的鱼塘、虾塘被强
行关闭,然而,在经济利益的驱使下,研究区内毁林
建塘或毁林搞工程等事件仍时有发生,居民围网捕
捞、砍烧卤蕨等现象依然存在.
1􀆰 2  数据来源与处理
本研究以 1988年 Landsat⁃TM (接收时间 1988⁃
06⁃08,2:29,分辨率 30 m,潮汐水位 180 cm)、1998
年 Landsat⁃TM (接收时间 1998⁃08⁃23,2:21,分辨率
30 m,潮汐水位 50 cm)和 2009 年 SPOT (接收时间
11515期                      黄  星等: 基于斑块的东寨港红树林湿地景观格局变化及其驱动力           
2009⁃02⁃12,2:55,分辨率 10 m,潮汐水位 100 cm)3
期遥感影像作为主要数据源.在 ENVI 4.7 中对 3 个
不同时期的遥感影像进行几何校正,选择能较好表
现红树林信息的波段组合进行监督分类,对照 2009
年 2、3、4、8、9、12 月及 2013 年 11 月对东寨港红树
林湿地实地调查结果,再在 ArcGIS 中进行人工修
正,将错分、漏分的进行修改.研究区域的景观类型
划分为红树林、养殖塘、建设用地、农用地、水域(包
括东寨港海域、周边河流、湖泊及水库等)、有林地
(包括经济林、用材林及荒地等)6类.
在 ENVI 4.7 中,通过混淆矩阵分析,用已知的
地物类型建立感兴趣区域,对分类结果进行验证.
ENVI用户精度、总体精度、Kappa 系数等分类精度
指标评价结果表明,3 期影像解译精度均达到 85%
以上.经实地考察验证、数据修正后,分类总体精度
达到 90%以上.
1􀆰 3  红树林及其他景观类型动态度
动态度可分为景观的面积年变化量和增减幅
度两个指数,用以分析单位时间内的景观变化程
度[22] .其中,面积变化量为起始年份面积减去终止
年份的面积,而增减速度为面积变化量除以时间
间隔.
1􀆰 4  红树林空间分布变化途径及其驱动因子确定
1􀆰 4􀆰 1斑块的变化途径和驱动因子划分  将解译的
1988、1998、2009年 3 期遥感影像在 ArcGIS 中进行
叠加处理,利用基于斑块的红树林空间演变分析方
法,分析造成红树林斑块变化的驱动力及其变化途
径.根据东寨港红树林湿地变化情况,确定斑块存在
扩张、萎缩、碎化、消失和新增 5种变化途径,并将导
致东寨港红树林斑块变化的驱动力分为自然因素和
人为因素两大类.
其中,自然因素主要为红树林斑块变化的自然
过程,指未受到直接、明显及具有破坏性的人为干扰
下,红树林斑块在自然状态下或保持稳定,或发生新
增、扩张、碎化、萎缩、消失等变化.自然因素包括温
度、降水、盐度、洪水频率、沉积过程、土壤化学等环
境因素和物种扩散、演替、竞争以及病虫害等生物因
素[16,20] .
人为因素主要包括建造养殖塘、人工造林、工程
建设、围垦和其他人类活动.其中,养殖塘为在监测
初期生长有红树林植被的区域或滩涂上开挖养殖
塘,进行虾、蟹、鱼等水产养殖活动,可能导致斑块碎
化、萎缩、消失;人工造林包括在裸滩上人工种植红
树林,或是在红树林斑块内、斑块之间的祼地、红树
林稀疏地人工补种红树林,可能导致斑块扩张和新
增;工程建设包括建造人工栈桥、试验站或其他人为
建设,可能导致斑块碎化、萎缩及消失;围垦指人工
围海造田,种植红树林以外的植被;其他人类活动指
研究区周边居民自由出入红树林并在红树林片区内
进行的随意采挖、捕捞活动,围垦和其他人类活动都
可能导致斑块碎化、萎缩、消失.
1􀆰 4􀆰 2主要驱动因子和变化途径的确定方法  在长
期的生态系统演变过程中,导致红树林斑块发生变
化的原因可能不是单一的,这些因素作用于斑块上
导致的结果可能是积极的,也可能是消极的.例如:
1)对同一斑块而言,在监测期内,有一部分是因开
挖养殖塘而发生变化,而另一部分则是因为周边居
民不断进入林内进行布网捕捞或者采挖底栖生物等
导致变化,这些因素对斑块的变化起到了消极作用,
斑块对应发生的变化就是斑块数量增多、总面积减
少,甚至可直接导致斑块消失;2)对同一斑块而言,
不同因素的作用也会起到积极影响,某一斑块可能
通过自身的繁衍,经过一段时间使整体斑块面积增
加;3)对不同斑块而言,除人工种植外,植物再通过
自身的繁衍,可能使原有不相连的斑块最终合为一
个斑块.
由于导致斑块变化的驱动因子可能非单一因
素,因此本文在确定斑块变化的途径时采用 3 种不
同的统计方法:1)按累计计数,即将导致斑块变化
的驱动因子重复计数,主要指多种驱动因子作用于
同一斑块;2)按面积百分比计数,即统计导致斑块
面积发生变化的不同驱动因子所引起的斑块变化面
积占斑块总变化面积的比例;3)按主要变化途径,
即即使作用于斑块的驱动因子是多重的,也只计算
导致斑块发生变化的主导驱动因子,并认为该驱动
因子对斑块造成的影响是不可逆的,且对其面积变
化影响是最大的.3 种统计方法均参照李春干等[16]
的研究,计算监测期内斑块数量和面积变化的驱动
因子———变化途径状态矩阵,在此基础上计算得出
总驱动率、总变化率、净总变化量及毛总变化量等相
关指标.其中,净总变化量为不同驱动因子通过不同
变化途径的影响而引起的斑块数量(面积)增加部
分减去减少部分;毛总变化量为不同驱动因子通过
不同变化途径的影响引起的斑块数量(面积)变化
的总和;总变化率为毛总变化量与监测初期斑块数
量(面积)之比,反映了监测期内斑块数量(面积)的
变化程度;总驱动率指不同驱动因子引起斑块数量
(面积)变化的相对贡献,反映某一驱动因子对监测
2151                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
期间斑块数量(面积)变化的扰动程度.
2  结果与分析
2􀆰 1  红树林及其周边土地利用类型的变化
1988年,东寨港红树林面积最大,为 1809. 4
hm2,斑块数量为 81 个;1998 年,面积居中,1738.7
hm2,斑块数量为 112 个; 2009 年,面积最小,为
1608.2 hm2,斑块数量为 238 个. 1988—1998 年,研
究区红树林减少速度为 7.1 hm2·a-1,年变化率为
-0.4%;1998—2009年,减少速度为 11.9 hm2·a-1,
年变化率为-0.7%.1988—2009 年,东寨港红树林湿
地红树林总面积呈递减趋势,并且破碎化程度加剧.
1988年东寨港红树林连片或者呈条带状分布;1998
年一些红树林斑块边缘的植被零星消失,也有部分
斑块中间植被消失,斑块出现碎化;2009 年原先呈
条带状分布的斑块消失,被零星分布的斑块取代,原
有大面积连片分布的红树林也萎缩变小,甚至由之
前的一个变为几个,一些小斑块消失(图 1).
    研究期间,养殖塘及建设用地面积表现为净增
加,但养殖塘面积增幅呈现减少趋势,而建设用地增
幅不断升高;有林地(包括有林地、荒地及其他)面
积表现为先增加后减少;与有林地面积变化情况相
反,农用地及水域面积表现为先减少后增加(表 1).
结合图 1、图 2 可以看出,1988—2009 年,研究
区红树林、农用地、有林地等土地类型向建设用地、
养殖塘用地转化.由表 2 可以看出:1988—1998 年,
475.4 hm2的农用地和 144.3 hm2的有林地转变为养
殖塘,285.5 hm2的农用地和 208.8 hm2的有林地转变
为建设用地,130.6 hm2的红树林被养殖塘侵占,48.1
hm2的红树林被围垦成农用地,76.9 hm2的红树林转
变为有林地,另有 98.1 hm2的红树林消失;1998—
2009年,仍有 160.1 hm2的红树林演变成建设用地、
养殖塘及农用地等其他类型,127.3 hm2的红树林消
失不见.
    有研究表明,造成中国红树林减少的原因主要
有人为砍伐、填海造陆或围海造田、开挖养殖塘和盐
田、海岸工程及环境污染等[23-26] .从研究区各景观
类型面积变化及其转化可以看出,东寨港红树林湿
图 1  研究区 1988、1998和 2009年景观类型图
Fig.1  Maps of landscape features of the study area in 1988, 1998 and 2009.
Ⅰ: 红树林 Mangrove;Ⅱ: 养殖塘 Aquaculture pond; Ⅲ: 水域 Water; Ⅳ: 农用地 Cropland; Ⅴ: 建设用地 Construction land; Ⅵ: 有林地 Forest
land.
表 1  研究区 6种景观类型的动态度
Table 1  Dynamic degrees of 6 kinds of landscapes in the study area
景观类型
Landscape type
1988—1998
面积变化
Area change (hm2)
增减速度
Rate of change (hm2·a-1)
1998—2009
面积变化
Area change (hm2)
增减速度
Rate of change (hm2·a-1)
红树林 Mangrove -70.7 -7.1 -130.5 -11.9
养殖塘 Aquaculture pond 878.9 87.9 374.7 34.1
水域 Water -106.4 -10.6 214.7 19.5
农用地 Cropland -2122.2 -212.2 2449.7 222.7
建设用地 Construction land 101.7 10.2 256.3 23.3
有林地 Forest land 1318.6 131.9 -3165.1 -287.7
31515期                      黄  星等: 基于斑块的东寨港红树林湿地景观格局变化及其驱动力           
图 2  研究区红树林变化动态
Fig.2  Dynamics of mangrove in the study area.
Ⅰ: 1998年红树林边界 Boundary of mangrove in 1998; Ⅱ: 未变化红树林 No change of mangrove occurred; Ⅲ: 红树林转变为养殖塘 Mangrove
changed into aquaculture pond; Ⅳ:红树林转变为水域Mangrove changed into water; Ⅴ:红树林转变为农用地Mangrove changed into cropland; Ⅵ:
红树林转变为建设用地 Mangrove changed into construction land; Ⅶ:红树林转变为有林地Mangrove changed into forest land; Ⅷ:新增红树林 New
adding mangrove.
地变化的主因是人为影响,主要为大量扩增建设用
地、毁林建塘及围垦等活动.自 20 世纪 60 年代以
来,在经济利益的驱动下,毁林养殖、围海造田、城市
建设等人类活动使红树林面积减少.特别是 1959—
1989年三江地区大面积围垦红树林种植水稻和椰
树,导致红树林大面积减少.1997年塔市曾出现过大
规模毁林建造养殖塘的行为,后经相关部门制止,情
况有所好转,但 2002 年又再次出现此种行为.近年
来,红树林旅游大肆兴起,游船常年在河道内行驶,
使得河道两侧的红树林向后退了近 1 m[20] .
    除人类活动外,极端气候对红树林也造成了不
容忽视的影响.2008年,我国南方数省经历了历史上
罕见的持续低温冰冻雨雪天气,此次极端气候给华
南沿海各省红树林带来不同程度的伤害,一些红树
林仅表现为枯黄、落叶,部分则因冻害死亡[27] .
2􀆰 2  红树林变化驱动力分析
2􀆰 2􀆰 1基于累计计数法的红树林变化驱动因素分析
  经累计计数法计算,1988—2009 年,红树林斑块
数量净总变化量为 132个,毛总变化量为 152 个;斑
块面积净总变化量为 182. 7 hm2,毛总变化量为
243.1 hm2;斑块数量和面积的总变化率分别为
77􀆰 6%和 38.8%(表 3).
    从图 3可以看出,导致斑块数量变化的最主要
原因为自然过程,其次为围垦和其他人类活动,再次
表 2  研究区 6种景观类型间的面积转化
Table 2  Area transformation among 6 kinds of landscapes in the study area (hm2)
年份
Year
景观类型
Landscape type
红树林
Mangrove
养殖塘
Aquaculture pond
水域
Water
农用地
Cropland
建设用地
Construction land
有林地
Forest land
1988—1998 红树林 Mangrove 1453.9 130.6 98.1 48.1 1.7 76.9
养殖塘 Aquaculture pond 3.7 55.4 0.7 1.1 0.0 3.0
水域 Water 184.0 88.9 4908.8 98.3 5.9 68.3
农用地 Cropland 65.6 475.4 151.0 5656.1 285.5 3835.1
建设用地 Construction land 2.3 48.3 10.3 185.3 140.5 153.9
有林地 Forest land 29.1 144.3 78.8 2357.7 208.8 989.6
1998—2009 红树林 Mangrove 1451.3 67.3 127.3 44.2 6.2 42.4
养殖塘 Aquaculture pond 25.8 634.3 72.1 141.6 14.6 54.4
水域 Water 70.3 43.7 4957.8 134.9 7.1 33.9
农用地 Cropland 20.9 137.8 103.1 6798.7 430.9 855.1
建设用地 Construction land 0.2 6.1 10.2 386.4 198.6 40.9
有林地 Forest land 39.7 428.4 191.9 3290.5 241.3 935.1
表中景观类型变化为横列景观类型转化为竖列景观类型,数值为变化面积 Landscape change was from row to column, and the numerical value was
changing area.
4151                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 3  基于累计计数法的不同驱动因子影响下红树林斑块数量和面积状态矩阵
Table 3  Matrix of mangrove patch number and area change induced by different driving forces based on accumulative
statistics
年度
Year
驱动因子
Driving force
斑块数量 Patch number
扩张
Expansion
萎缩
Shrink
碎化
Fragmen⁃
tation
消失
Disappea⁃
rance
新增
Increment
合计
Total
面积 Area (hm2)
扩张
Expansion
萎缩
Shrink
碎化
Fragmen⁃
tation
消失
Disappea⁃
rance
新增
Increment
合计
Total
1988—1998 自然过程 Natural process 30 79 109 101.5 87.0 188.5
围垦和其他人类活动 Inning
and other human activities
14 20 9 43 67.8 144.0 9.6 221.4
养殖塘 Aquaculture pond 9 14 4 27 28.0 100.7 2.7 131.4
工程建设 Construction 1 3 2 6 0.1 1.3 0.3 1.7
人工林 Plantation 5 6 11 60.3 23.1 83.4
合计 Total 35 24 37 15 85 196 161.8 95.9 246.0 12.6 110.2 626.4
1998—2008 自然过程 Natural process 39 1 10 148 198 45.4 5.2 8.2 84.7 143.5
围垦和其他人类活动 Inning
and other human activities
13 38 6 57 26.2 154.7 6.7 187.6
养殖塘 Aquaculture pond 5 26 6 37 5.7 72.8 1.1 79.7
工程建设 Construction 2 17 1 20 0.3 5.7 0.2 6.2
人工造林 Plantation 4 12 16 2.2 24.6 26.8
合计 Total 43 20 82 23 160 328 47.6 32.2 238.5 16.2 109.2 443.7
表 4  基于百分比计数法的不同驱动因子影响下红树林斑块数量和面积状态矩阵
Table 4   Matrix of mangrove patch number and area change induced by different driving forces based on percentage
statistics
年度
Year
驱动因子
Driving force
斑块数量 Pacth number
扩张
Expansion
萎缩
Shrink
碎化
Fragmen⁃
tation
消失
Disappea⁃
rance
新增
Increment
合计
Total
面积 Area (hm2)
扩张
Expansion
萎缩
Shrink
碎化
Fragmen⁃
tation
消失
Disappea⁃
rance
新增
Increment
合计
Total
1988—1998 自然过程 Natural process 30 79 109 101.5 87.0 188.5
围垦和其他人类活动 Inning
and other human activities
10.6 15.1 6.6 32.3 68.1 144.0 9.7 221.7
养殖塘 Aquaculture pond 3.4 4.9 3.3 11.6 27.8 101.3 2.7 131.8
工程建设 Construction 0.1 0.1 0.2 0.2
人工造林 Plantation 5 6 11 60.3 23.1 83.4
合计 Total 35 14 20 10 85 164 161.8 95.9 245.3 12.6 110.2 625.6
1998—2008 自然过程 Natural process 39 0.1 10 148 197.1 45.4 5.2 8.2 84.7 143.5
围垦和其他人类活动 Inning
and other human activities
12.5 28.8 4.5 45.8 26.2 155.3 6.7 188.2
养殖塘 Aquaculture pond 1.5 10.6 4.4 16.5 6.0 74.0 1.1 81.2
工程建设 Construction 0.5 0.1 0.6 3.8 0.2 4.0
人工造林 Plantation 4 12 16 2.2 24.6 26.8
合计 Total 43 14 40 19 160 276 47.6 32.2 238.5 16.2 109.2 443.7
为建造养殖塘,工程建设和人工造林的影响最小,具
体到各途径则表现为自然状态下的斑块新增
(45.4%)、扩张(5.9%)和消失(6.6%),围垦造成的
斑块碎化(11.8%)以及建造养殖塘造成的斑块碎化
(7.9%)和萎缩(2.6%).造成面积变化的原因与导致
斑块数量变化的原因相反,主要为人为因素,其中人
工造林影响最大(24.5%),其次为围垦和其他人类
活动,建造养殖塘居第三位.红树林面积变化主要原
因在于自然状态下的斑块扩张(23.1%)、围垦造成
的斑块萎缩(17.1%)和碎化(4.4%)、建造养殖塘造
成的斑块碎化(11.5%)和萎缩(9.2%)以及人工造
林导致的斑块扩张(23.9%).
2􀆰 2􀆰 2基于面积百分比计数法的红树林变化驱动因
素分析   按面积百分比统计计算,1988—2009 年,
红树林斑块数量净总变化量为 112 个,毛总变化量
为 122个;斑块面积净总变化量为 182 hm2,毛总变
化量为 242.1 hm2;斑块数量和面积的总变化率分别
为 74.4%和 38.7%(表 4).
从图 3 可以看出,导致研究区红树林斑块数量
变化的原因依次为自然过程、围垦和其他人为活动、
建造养殖塘、人工造林.其中,自然过程对斑块数量
变化的影响最大,具体表现为自然状态下的斑块
51515期                      黄  星等: 基于斑块的东寨港红树林湿地景观格局变化及其驱动力           
表 5  基于主要途径计数法的不同驱动因子影响下红树林斑块数量和面积状态矩阵
Table 5  Matrix of mangrove patch number and area change induced by different driving forces based on major influencing
factors
年度
Year
驱动因子         
Driving force         
斑块数量 Pacth number
扩张
Expansion
萎缩
Shrink
碎化
Fragmen⁃
tation
消失
Disappea⁃
rance
新增
Increment
合计
Total
面积 Area (hm2)
扩张
Expansion
萎缩
Shrink
碎化
Fragmen⁃
tation
消失
Disappea⁃
rance
新增
Increment
合计
Total
1988—1998 自然过程 Natural process 30 79 109 101.5 87.0 188.5
围垦和其他人类活动 Inning
and other human activities
10 16 6 32 70.5 141.5 9.2 221.2
养殖塘 Aquaculture pond 4 4 4 12 25.4 104.5 3.4 133.3
工程建设 Construction 0 0
人工造林 Plantation 5 6 11 60.3 23.1 83.4
合计 Total 35 14 20 10 85 164 161.8 95.9 246.0 12.6 110.2 626.4
1998—2008 自然过程 Natural process 39 10 148 197 45.4 8.2 84.7 138.2
围垦和其他人类活动 Inning
and other human activities
13 32 5 50 27.2 179.3 7.5 214.0
养殖塘 Aquaculture pond 1 8 4 13 4.9 54.0 0.5 59.4
工程建设 Construction 0 0
人工造林 Plantation 4 12 16 2.2 24.6 26.8
合计 Total 43 14 40 19 160 276 47.6 32.2 233.2 16.2 109.2 438.4
图 3  1988—2009年斑块数量(A)和面积(B)变化因子作用
力统计
Fig.3  Statistics for the percentages of mangrove patch number
(A) and area (B) induced by different driving forces from 1988
to 2009.
AC: 按累计计数 Accumulative counting; PC: 按面积百分比 Percent⁃
age counting; MTRC:按主要变化途径Main transformation route count⁃
ing. Ⅰ: 自然过程 Natural process; Ⅱ: 围垦 Inning and other human
activities; Ⅲ: 养殖塘 Aquaculture pond; Ⅳ: 工程建设 Construction;
Ⅴ: 人工造林 Plantation. a) 扩张 Expand; b) 萎缩 Shrink; c) 碎化
Fragmentation; d) 消失 Disappearance; e) 新增 Increment.
新增(56.6%)、扩张(7.4%)和消失(8.2%);围垦和
其他人类活动导致的斑块碎化(11.2%);建造养殖
塘造成的斑块碎化(4.7%);人工造林出现的斑块新
增(4.9%).造成面积变化的主要原因为人为因素,
其中围垦和其他人类活动影响对红树林面积的影响
达到 23. 2%,由此导致斑块萎缩 (17. 3%)和碎化
(4􀆰 7%);在人工造林的影响下斑块得以扩张
(24􀆰 0%);植被自身繁殖使得斑块扩张(23.1%),受
自然环境的影响,斑块在扩张的同时也有部分消失
(3􀆰 4%);建造养殖塘则直接导致斑块萎缩(9.0%)
和碎化(11.3%).
2􀆰 2􀆰 3基于主要途径计数法的红树林变化驱动因素
分析  按主要途径统计计算,1988—2009 年,红树
林斑块数量净总变化量为 112 个,毛总变化量为
122个;斑块面积净总变化量为 187.9 hm2,毛总变
化量为 282.7 hm2;斑块数量和面积的总变化率分别
为 74.4%和 45.1%(表 5).
由图 3 可以看出,导致研究区红树林斑块数量
变化的最主要原因为自然过程导致的斑块新增
(56􀆰 6%)、扩张(7.4%)和消失(8.2%);其次为围垦
和其他人类活动导致的斑块碎化(13.1%)和萎缩
(2􀆰 5%);建造养殖塘引起的斑块萎缩(2.5%)和碎
化(3. 3%);人工造林主要表现在引起斑块新增
(4􀆰 9%).导致面积变化的原因与前两种统计方法获
得的结果大致相同,主要原因为人为因素.围垦和其
他人类活动的比重最大,为 29.3%,其最主要的表现
是造成斑块的萎缩(15.3%)和碎化(13.4%);建造
养殖塘对面积的变化影响居第二位,影响结果同围
垦和其他人类活动,造成斑块的萎缩(7.2%)和碎化
(17.9%);人工造林(21.1%)和自然过程(23.6%)主
要造成斑块的扩张.
综合三种不同方法统计结果可以看出,导致东
寨港红树林斑块数量变化的自然作用力(58􀆰 6%、
6151                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
72.2%、72.1%)均大于人为作用力(41.4%、27.8%、
27.9%),主要变化途径为自然过程引起的斑块新
增、扩张和消失.这与李春干等[16]对广西红树林的
研究结论相似.自然状态下,红树林可通过自身繁殖
对红树林斑块数量造成一定影响.与人工造林不同,
红树林自身繁殖受到海水的影响,自身繁殖不会成
片大面积增长,当繁殖体扎根成长到一定高度和冠
幅时可在影像上显示出来.这可从研究区不同时期
影像解译结果中得到印证———1988—2009 年间,东
寨港红树林通过自身扩散形成了许多小的、不连片
的、不规则的斑块.
在红树林面积变化的作用力上,李春干等[16]认
为,造成广西红树林面积变化的主要原因是自然状
态下的斑块新增、萎缩、扩张及养殖塘和盐田建设导
致的斑块碎化、消失和萎缩,自然过程(47.3%)对红
树林面积变化作用力相对于人为干扰(52.7%)作用
相差不大.本研究认为,导致东寨港红树林面积变化
的主要原因为人为作用力,3 种不同方法统计下人
为作用力分别为 70.4%、70.3%和 76.4%,远大于自
然过程.广西北部湾人工造林面积少,且没有大面积
砍伐红树林的现象[16],而海南东寨港既有如 1985
年引种孟加拉国速生种无瓣海桑(Sonneratia apeta⁃
la)后的人工造林活动,也有在经济利益驱动下难以
禁绝的人为破坏行为[28] .
3  结    论
1988—2009 年间,东寨港红树林总面积由
1809.4 hm2下降到 1608.2 hm2,呈现递减趋势,且破
碎化程度加剧.1988—1998年,研究区红树林平均以
7.1 hm2·a-1的速度减少,年变化率为-0.4%.1998—
2009年,研究区内红树林平均以 11.9 hm2·a-1的速
度减少,年变化率为-0.7%.研究区红树林及其周边
景观类型主要表现为红树林、农用地、有林地等类型
向建设用地、养殖塘用地转化.
按照累计计数统计、面积百分比统计和主要变
化途径统计 3种方法的统计结果显示,导致东寨港
红树林斑块数量变化的主要原因是自然因素
(58􀆰 6%、72.2%、72.1%),导致斑块面积变化的主要
原因为人为因素(70.4%、70.3%、76.4%).
累计计数统计在统计过程中会将由不同原因产
生变化的某一斑块重复统计,进而导致统计的斑块
数量多于实际斑块数量.按主要变化途径统计会忽
略对某一斑块造成影响的其他原因,进而在面积变
化分析时弱化这些造成斑块变化原因的贡献率.按
面积百分比统计的方法则不存在前两种统计方法的
不足.在计算时若每种影响因素对斑块造成的影响
都不容忽视,在统计时最好选用按面积百分比统计
计算,但是,由于斑块数量多则要耗费大量时间将每
个斑块变化前后进行对比统计,所以此方法仅适用
于面积小、斑块数量少的区域.因此,在研究大范围
红树林变化且需要剥离导致其变化的人为因素和自
然因素时,研究者还需寻找更简便的方法.
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作者简介  黄  星,女,1986 年生,博士研究生,主要从事湿
地生态学和景观生态学研究. E⁃mail: hx_wxp@ 163.com
责任编辑  杨  弘
8151                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷