全 文 ：双台河口湿地景观及生态干扰度的动态变化*
陈爱莲1 摇 朱博勤2**摇 陈利顶1 摇 吴艳华2 摇 孙然好1
( 1 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室, 北京 100085; 2 中国科学院院遥感应用研究所, 北京
100101)
摘摇 要摇 建立自然保护区的主要目的是使区内自然资源免受人为干扰,维持其重要的生态服
务功能.本文借助遥感技术,引入生态干扰度(hemeroby)概念,系统地评价了辽宁双台河口湿
地自然保护区及其邻近地区景观格局和生态干扰度的动态变化特征.首先应用专家经验知识
将景观类型按生态干扰程度分为全干扰型、半干扰型和无干扰型等 3 个一级类型,在此基础
上细分为 30 个二级景观类型;再通过问卷调查和专家判别,确定各景观类型的生态干扰度指
数(hemeroby index),制定景观分类系统.并结合 1987 年 4 月 30 日、1995 年 6 月 7 日、2000 年
6 月 12 日、2006 年 10 月 11 日等 4 期 TM(ETM+)遥感影像,获得景观分类图和干扰度指数.结
果表明:从 1987—2006 年,1)保护区及其临近地区景观呈现破碎化趋势,其中以保护区的芦
苇湿地最为明显;2)研究区内无干扰类型的景观进一步被开发成半干扰和全干扰类型景观;
3)干扰度指数空间分布的总特征是河口地区和河道的生态干扰度跳跃性最大,而城市周围的
生态干扰度最高,其原因主要是城市化进程的不断推进和渔业的大规模发展.
关键词摇 自然保护区摇 景观变化摇 生态干扰度摇 湿地摇 双台河口摇 遥感
文章编号摇 1001-9332(2010)05-1120-09摇 中图分类号摇 X1;TP 79摇 文献标识码摇 A
Dynamic changes of landscape pattern and eco鄄disturbance degree in Shuangtai estuary wet鄄
land of Liaoning Province, China. CHEN Ai鄄lian1, ZHU Bo鄄qin2,CHEN Li鄄ding1, WU Yan鄄
hua2, SUN Ran鄄hao1( 1State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for
Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China; 2 Institute of Re鄄
mote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2010,21(5): 1120-1128.
Abstract: The main objective of establishing natural reserve is to protect its natural resources from
human disturbances and maintain its critical ecological service values. This paper introduced the
concept of hemeroby, and by using remote sensing technology, systematically assessed the dynamic
changes of landscape pattern and eco鄄disturbance degree in Shuangtai estuary wetland of Liaoning
Province, China. Firstly, a knowledge鄄based expert system was used to classify the landscape into
three first鄄level types based on eco鄄disturbance degree, i. e. , undisturbed, partially disturbed, or
completely disturbed, which were further classified into 30 second鄄level categories. Secondly, ques鄄
tionnaire and experts knowledge were adopted to determine the hemeroby index for each landscape
type and to formulate a landscape classification system. Finally, the landscape classification maps
and hemeroby indices were derived by using the Landsat Thematic Mapper (TM) / Enhanced The鄄
matic Mapper Plus (ETM+) data acquired on 30 April 1987, 7 June 1995, 12 June 2000, and 11
October 2006. The results indicated that from 1987 to 2006, the landscape patches in the study ar鄄
ea became more fragmented, being most obvious for reed marsh. Undisturbed landscape type de鄄
creased in area, while partially and completely disturbed types were in adverse. The overall charac鄄
teristics of the spatial distribution of hemeroby index were of most variable in the areas along the riv鄄
er and surrounding the estuary and being the highest in the areas surrounding the city, largely due
to the rapid urbanization and the blooming fishery in the study area.
Key words: nature reserve; landscape change; hemeroby index; wetland; Shuangtai estuary; re鄄
mote sensing.
*国家“十一五冶重大科技项目(2008ZX07526鄄002鄄02)和国家自然科学基金项目(40925003)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zhubq@ ceode. ac. cn
2009鄄11鄄20 收稿,2010鄄03鄄09 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 5 月摇 第 21 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2010,21(5): 1120-1128
摇 摇 辽宁双台子河口湿地(以下简称双台河口湿
地)是我国温带地区面积最大、保护最完整的芦苇
沼泽湿地,自 1964 年发现油田以来,这里的景观类
型发生了巨大的变化,土地利用模式由单一芦苇生
产转变成现在的以油田带动、各种工农业活动并举
的经济模式.进入 20 世纪 80 年代,当地政府和辽河
油田集团开始重视生态环境保护,于 1985 年建立了
双台河口湿地市级自然保护区. 1987 年该保护区被
批准为省级自然保护区,1988 年晋升为国家级自然
保护区,至 2005 年被列入《国际重要湿地名录》 [1] .
地表的许多景观,因其特殊的生态、环境价值,
被建成自然保护区,使其免受人为干扰,以保护其自
然特征和特殊的生态服务功能. 但是保护区的生态
质量评价及管理的有效性一直是保护区管理者和社
会各界关注的焦点[2-3] .建立自然保护区之后,保护
区的保护情况如何? 保护区内景观有哪些变化? 人
为干扰程度是否减少? 保护区的景观变化与周围城
镇的社会经济发展是否相关? 这些景观变化监测和
评价的问题仅采用传统的实地调查法很难明确地
回答[4] .
人类活动不断改变着地表的景观,而组成景观
的各种生态系统是人类赖以生存和发展的物质基
础,因此有必要监测和评价人类活动造成的景观变
化,从而阻止生态系统的退化,保证生态系统为人类
提供可持续的自然资源[3] .这是景观生态学研究中
一个重要的景观变化监测与评价的问题. 对于景观
监测和评价,学者们提出了许多景观格局指数,例如
描述景观单元特征的斑块面积、数量、周长;再如描
述景观异质性变化的景观多样性指数、镶嵌度、距离
指数、生境破碎化指数等[5] . 随着遥感技术的发展,
景观监测的数据源更加丰富,连续且大范围的景观
格局监测变得更加容易[6-7] .然而,解释景观格局变
化所伴随的景观过程却并不容易,许多景观格局指
数都因难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困
境[8], 如何在获取景观格局指数的同时评价人类干
扰的程度及其所带来的影响成为景观监测和评价研
究的难点[4],因此,探讨景观格局分析中有效表征
生态过程的理论与方法,对景观生态学的发展具有
积极意义[8] .
许多关于人类活动带来景观变化的研究常常做
这样的假设:一个生态系统(或一个景观斑块)的人
为干扰程度越少,其生态价值越高[9],反之则生态
价值低,即将一个生态系统的自然度(natualness)或
纯度(pureness)作为衡量标准,来评价人类活动对
景观的影响.基于此,Hemeroby,作为与自然度相对
立的概念,被引入到景观监测与评价中来. Hemeroby
最早是为了确定森林受干扰程度从而确定林种而被
Jalas[10]引入植被生态学[4],描述的是人类活动对一
个森林生态系统的影响指数,Jalas[10]通过计算外来
树种与本地树种的比例确定林地的 Hemeroby[4] .李
迈和等[11]将其翻译成“生态干扰度冶,并作为“一种
评价植被天然性程度的方法冶 进行全面介绍.
Hemeroby在植被、森林生态学中应用较深入,常用
于描述不同森林类型(天然林、人工林) [11-12],或作
为森林背景因子进行森林动物生境、多样性等的研
究[13-16] .但是该指数在描述景观或土地利用类型的
人为干扰程度评价方面主要沿用植被分级规则,综
合考虑各种干扰因素再用于与土地利用相关的研
究[9,17-18],在景观人为干扰度定量评价方面应用较
少.
就自然保护区保护目的而言,可以认为人为干
扰越少其保护状态越好,将 Hemeroby用于自然保护
区的监测和评价极合适.因此,本文以辽宁双台河口
湿地自然保护区为研究区,引入生态干扰度的概念,
结合《全国土地分类》 (试行) [19],制定了生态干扰
度景观类型分类表,将其应用于该区 1987 年 4 月
30 日、1995 年 6 月 7 日、2000 年 6 月 12 日、2006 年
10 月 11 日等 4 期 TM(ETM+)数据的景观类型分
类,对景观单元特征指数和生态干扰度动态变化进
行统计和制图分析,从而再现了 1987—2006 年该区
景观单元和生态干扰度变化的时空规律,并分析了
其社会经济原因.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究区域
1郾 1郾 1 自然地理概况摇 双台河口湿地位于辽东湾北
部,距辽宁盘锦市区 35 km,属温带半湿润季风气
候,年平均降水量 650 mm,年平均气温 8郾 5 益,是我
国高纬度地区面积最大的滨海芦苇沼泽区. 该湿地
拥有大面积的翅碱蓬(Suaeda heteroptera)滩涂和浅
海海域,是环西太平洋鸟类迁徙的中转站,为湿地生
物提供了重要的栖息环境. 1985 年随着盘锦市的建
立,该湿地被建成市级自然保护区,主要保护对象为
芦苇和丹顶鹤、东方白鹳、大天鹅、黑嘴鸥等珍稀水
禽;1987 年被批准为省级自然保护区,1988 年经国
务院批准晋升为国家级自然保护区,2005 年被列入
《国际重要湿地名录》 [1] .双台河口湿地属滨海湿地
和内陆湿地,主要湿地类型包括盐沼、滩涂、永久性
12115 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 陈爱莲等: 双台河口湿地景观及生态干扰度的动态变化摇 摇 摇 摇 摇
浅海水域、河口水域、永久性河流、时令河和人工湿
地(水稻田).
自然保护区的景观和干扰度变化主要受其周围
城镇人为活动的影响,监测和评价保护区的情况离
不开其周边环境,因此本研究将盘锦市市区和双台
河口湿地保护区绝大部分范围囊括在内,如图 1 所
示,保护区西南部分海域(约占保护区面积的 5% )
由于影像数据限制未包括在内. 盘锦市由兴隆台区
(南)和双台子区(北)组成,两区被双台子河隔开.
从河口东部到大陵河西部,生长着大片芦苇(在图 1
中呈现黄绿色).
1郾 1郾 2 社会经济概况摇 在 20 世纪中叶前,本区人烟
稀少,是辽宁历史上有名的南大荒,大部分土地仅用
于芦苇生产. 1964 年由原地质部石油普查大队在现
在自然保护区外的荣兴屯钻了第一口探井,发现了
良好石油和天然气,1970 年成立了辽河油田公司,
开始了大规模的采油建设活动.从 1970 年 3 月正式
投入开采以来,油气产量逐年上升,目前已形成年产
原油 1500 万 t、天然气 17 亿 m3 的生产能力,每年原
油产量约占全国原油总产量的十分之一,在全国油
气田企业中列第三位.随着石油的开采,道路交通的
发展,人类活动的增加,土地利用形式逐渐复杂,由
单一的苇田生产,发展成为集水稻种植、水产养殖、
渔业、牧业生产等为一体的综合经济形式.
1郾 2摇 研究数据
本研究采用的数据主要是 TM / ETM+遥感数据
(因为 ETM+的性能比 TM 好,有 ETM+时尽量使用
ETM+),同时辅以 1 颐 5 万地形图、保护区区划图、专
家经验知识以及野外考察数据等地理数据.遥感数据
包括 3个时相 Landsat 5的 TM或一个时相 Landsat 7
图 1摇 研究范围 TM影像示意图(时相:2006 年 10 月 11 日)
Fig. 1摇 TM image of study area (Acquired on Oct郾 11, 2006).
表 1摇 遥感数据
Tab. 1摇 Remote sensing data
时相
Date
传感器
Sensor
轨道号
Path / Row
1987鄄04鄄30 TM 120 / 31
1995鄄06鄄07 TM 120 / 31
2000鄄06鄄12 ETM+ 120 / 31
2006鄄10鄄11 TM 120 / 31
ETM+数据各一景,具体时相和传感器类型见表 1.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 遥感数据处理摇 遥感数据处理包括遥感图像
预处理和解译.预处理又包括辐射校正、几何纠正、
图像增强处理、波段彩色合成等.所获取的遥感影像
数据已经过卫星地面站的系统定标、相对辐射校正
和地理编码等处理,还需进行几何精纠正,用于景观
分类和多时相动态叠加分析.
几何精纠正以研究区 1 颐 5 万地形图为标准,利
用 ENVI 软件选取控制点进行,均方误差控制在 1
个象元内.配准后对影像进行彩色合成、图像增强处
理寻找适用于该专题的最佳波段组合并按研究区范
围进行裁减,作为景观分类基础影像.研究中选用 7
段、4 波段、1 波段合成数据进行后续研究.
1郾 3郾 2 景观类型分类摇 基于生态干扰度(hemeroby)
在土地利用中已有的研究[20],以及国内对它的运
用[21-22],结合《全国土地利用分类》(试行),初步确
定 3 种干扰型的景观:(几乎)无干扰型、半干扰型、
全干扰型,在此基础上细分出 30 个二级景观类型;
再采用问卷调查和专家判别,确定各景观类型的生
态干扰度指数(hemeroby index,简称 HI),制定景观
类型分类系统.
HI的确定依据是人类活动频率和人类活动程
度对生态系统或景观的综合影响程度.其中,人类活
动包括:人工地物数量、道路网规模及等级、离城区
远近距离、地物的更新状况、潜在的动植物类型、当
前动植物类型、生物多样性等[19-20] . 人类活动频率
为:一段时间内一块土地上人类活动的时间和范围
所占比例;人类活动强度指:人类活动造成影响后,
该土地恢复原样所需的时间和可能性,如水泥道路
恢复原来的土质土地的可能性很小,则其 HI 高,农
田相对来说弃耕几年可近似恢复原样,因而 HI 低.
HI取介于 0 ~ 1 的值.从理论上说,HI为 0 的景观表
示几乎没有人为影响的景观类型(或称土地利用类
型), 如某个时刻的深海海域; HI 为 1 的景
观则表示完全受人为控制的景观,如某个时间的城
2211 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 2摇 生态干扰度指数景观类型分类系统
Tab. 2摇 Hierarchy of landscape type with respect to hemeroby index
一级类型
Level 玉
二级类型
Level 域
含义
Definition
编号
ID
生态干扰度指数
Hemeroby index
无干扰(几乎
无人为干扰)
浅海水体
Neritic sea
低潮 6 m以外浅海水域 Sea water which is 6 m away from low鄄
tidal levels
101 0郾 10
Undisturbed (almost
undisturbed by human)
河口水体
Estuary water
河口区高低潮之间水域 Sea waterbodies between high and low鄄
tidal levels
102 0郾 20
永久性河流水体
Permanent river
一、二级永久性河流 1 st or 2nd class permanent rivers 103 0郾 23
沼泽内水体
Swamp
沼泽内水体、池塘 Swamp waters or ponds 104 0郾 15
潮沟
Tidal creek
潮沟
Tidal creeks
105 0郾 13
河漫滩、江心洲
River island
河漫滩、江心洲、沙洲 River floodplain or river islands 106 0郾 17
高潮间淤泥裸滩
Silt on high tidal level
高淤泥裸滩涂(影像上与有低淤裸滩涂明显分异)Higher silt
or mud beach ( clearly different from lower mud beach on ima鄄
ges), lying within higher tidal levels
107 0郾 16
低潮间淤泥裸滩
Silt on low tidal level
低淤泥裸滩涂 Lower silt or mud beach, lying within lower tidal
levels
108 0郾 10
潮间盐水沼泽 1
Intertidal salty marsh 1
翅碱蓬为主滩涂 (红海滩 ) Mainly seepweed beach ( Red
Beach)
109 0郾 16
潮间盐水沼泽 2
Intertidal salty marsh 2
翅碱蓬以外的潮间盐水沼泽滩涂 Salty swamp beach, lying
between seepweed beach and sea
110 0郾 20
芦苇湿地
Reed marsh
芦苇沼泽
March with reed growing on it
111 0郾 15
半干扰(人为、自然作用
参半,主要为农业、养殖
业等生态系统) Partially
disturbed ( where human
and nature impacts played
equal roles, such as crop
or fishery ecosystems)
人工水库
Reservoir
人工水库
Man鄄made Reservoir
201 0郾 30
湖泊
Lake
以牛轭湖为主的天然有界水体 Natural lakes such an oxbow
lake
202 0郾 30
人工水渠
Manmade Penstock
人工水渠,兼具道路的功能 Water channels or penstock, ser鄄
ving sometimes as roads
203 0郾 50
养殖水体
Aquacultural water
鱼、虾、蟹养殖水面 Fishery water or farming pond for fish,
shrimps, crabs or similar
204 0郾 63
水稻田
Paddy land
水稻田
Paddy field for rice
205 0郾 65
农用旱地
Dry land
农用旱地
Non鄄irrigated farmland
206 0郾 70
菜地
Vegetable land
菜地(包括大棚)Vegetable land (including green house) 207 0郾 75
林地
Forest
林地、幼林、苗圃
Forest and its nursery
208 0郾 55
防护堤
Protection embankment
水库、河流等防护堤 Embankment of reservoir or river 209 0郾 50
盐田
Brine pan
晒盐田
Brine pan for salt
210 0郾 75
全干扰(人造地物
如公路等)
Completely disturbed
( man鄄made entities like
paved roads, etc. )
城市建筑用地
Urban settlement
市、县、区等大型工、商、住混合区 Urban settlement in county,
city for industry, commerce, residence
301 0郾 99
农村居民地
Suburban settlement
农村居民地
Suburban areas for residence
302 0郾 95
铁路
Railway
铁路(包括苇场专用铁路)Railway (including those in the reed
marsh)
303 0郾 75
主干公路
Main highway
高速公路与主干等级公路 Main highway and trunk roads 304 0郾 98
一般公路
Highway
一般道路 Highways less important than main highway 305 0郾 95
田埂
Field ridge
地物间用于分隔的埂、坎,具有道路的功能 Ridges separating
paddy field, etc. serving as roads
306 0郾 70
油田
Oil field
油田井场,油田相关处理、管理设施 Land taken up by oil well,
oil pipes, etc.
307 0郾 98
垛场
Hay mow
垛场(农用堆放场地和芦苇堆放地)Land for hay or reed, etc. 308 0郾 60
裸地
Bare land
裸土、裸石地 Bare land taken up by sand or rock 309 0郾 72
32115 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 陈爱莲等: 双台河口湿地景观及生态干扰度的动态变化摇 摇 摇 摇 摇
市居民地.但就时间和空间上连续而又相互作用的生
态系统而言,完全没有人为干扰或完全受人为控制的
土地并不存在,人为地表景观仍与大气这个重要的自
然环境因子相互作用,而远离人类活动范围的地表景
观也会受到间接的人类干扰,如人类对大气的影响会
影响到气候,再通过降雨或别的大气运动影响到遥远
的景观,如酸雨. 因此赋予城市的 HI 为 0郾 99,而非
1郾 00.赋予海域的 HI值为 0郾 01,而非 0.
确定 HI 的具体流程为:先对 3 组共 15 人进行
调查,每组 5 人;第一组为去过该区域并参与研究的
研究人员,第 2 组为去过该区但没有参与研究的工
作人员,第 3 组为未去过该区域的人员.综合 3 组的
观点和专家判别,去除及其不合理的指数,确定 HI.
所制定的基于生态干扰度的景观分类系统如表 2.
摇 摇 依据此分类系统,基于 ArcGIS 软件,先对最新
时相(2006 年)的数据进行人机交互解译,将解译结
果叠加于临近时相(2000 年)进行临近时相的景观
类型解译,即修改景观发生变化的区域,从而保证边
界的一致性和可对比性;以此递推,完成其他两个时
相的景观类型现状调查.
1郾 3郾 3 景观及其生态干扰度动态变化评价摇 景观动
态变化评价一般用各种景观格局指数来评价,包括描
述景观单元特征的斑块面积、数量、周长和描述景观
异质性变化的景观多样性指数、镶嵌度、距离指数、生
境破碎化指数等[2],本研究以景观斑块数量和面积这
两个能体现景观单元特征的格局指数来表示.
生态干扰度动态变化评价包括三大干扰型景观
之间的动态变化和生态干扰度指数(HI)的动态变
化.本研究采用统计法分析三大干扰型景观的面积
和斑块在时间上的动态变化,对 HI在空间上的动态
变化则采用四则运算法进行制图分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 景观单元的动态变化特征
2郾 1郾 1 景观单元特征摇 4 个时相的景观类型解译结
果见图2 . 由图2可见,最明显的是,1987年河口的
图 2摇 不同时相景观类型图
Fig. 2摇 Image of landscape types in different periods.
a) 1987; b) 1995; c) 2000; d) 2006郾 编号含义见表 2 Definition of ID hereinafter was showed in Tab郾 2郾 下同 The same below郾
4211 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 3摇 四时相景观斑块数量统计特征表
Tab. 3摇 Patch number statistics of four periods
时 相
Period
总斑块数量
Total number
of patches
相对前鄄
时相的增长率
Growing rate
compared to the
previous adjacent
period (% )
两个时相之间的
平均年增长率
Average growing
rate per year
between two
adjacent periods
(% )
1987 7734
1995 8394 8 1
2000 10280 33 6郾 6
2006 11434 48 8郾 0
淤泥滩地较多,河道较宽,至 1995 年,河口地区养殖
水体和水田明显扩张,不仅占用了高潮间淤泥裸滩
地(编号 107),还占用了低潮间淤泥裸滩(108),部
分滩地甚至转换成旱地和水库(1995 年仍在修建、
2000 年已经完工的三角洲水库).
2郾 1郾 3 景观单元变化特征摇 对 4 个时相遥感数据解
译所得的景观斑块数量和面积进行统计,得到 4 时
相景观单元的总斑块数量和变化规律(表 3).
摇 摇 1987—2006 年,该区总的景观斑块数量不断增
加,且其增加速率逐年加大,可见景观破碎化趋势极
其明显.
4 时相各景观类型的斑块数量动态变化见图 3.
由图 3 可见, 1987—2006 年,斑块数量呈明显下降
趋势的景观类型为:潮沟(105)、河漫滩和江心洲
(106)、农用旱地(207)、城市居民地(301)、裸地
(309),其余均呈现上升趋势,其中养殖水体(204)
和水稻田 ( 205 ) 的斑块增加最多,养殖水体在
1995—2006 年几乎成倍增长. 总体而言,20 年来该
区各种景观类型的图斑数量呈现明显上升趋势,说
明土地利用的细化.
摇 摇 由图 3 可知,1987—2006 年面积明显减少的景
观类型有:永久性河流(103)、沼泽内水体(104)、高
潮裸滩 ( 107 ),而面积明显增加的有养殖水体
(204)、农村居民地(302)、城市居民用地(301).
摇 摇 综合图 3 可知,20 年来养殖水体(204)不仅斑
块数量增加,其面积也明显增加.永久性河流(103)
的斑块数量增加,但面积则逐年减少,主要是因为这
些土地逐渐被开发成养殖区.而城市居民地(301),
虽然斑块数量减少,但面积却在不断增加,这体现了
城市用地渐渐连片,人口的增长和城市化的推进;此
外,极为典型的是芦苇湿地,其斑块数量逐年增加,
且增加幅度非常明显,但其面积除了 1995 年显著增
加之外,其他年份变化不大,可见景观破碎化趋势非
常显著,这在以芦苇为保护对象的自然保护区内是
非常异常的现象.它表明芦苇湿地仍受到严重的人
为干扰.
2郾 2摇 生态干扰度的动态变化
2郾 2郾 1 生态干扰型景观的变化特征摇 将景观类型解
译结果按照三大干扰类型进行统计,得到 4 时相三
大干扰型景观之间的转化情况(图 4).
摇 摇 从图 4 可知,研究区 20 年来无干扰的景观面积
逐年减少,不断转化为全干扰和半干扰型景观块.全
干扰型景观的总面积和斑块数量在各时相间变化均
呈增长趋势,但增长速率极低,而无干扰型景观面积
虽有减少,但其斑块数量却呈逐年显著增加趋势.半
干扰型景观是变化较频繁的类型,其斑块数量增加
图 3摇 1987—2006 年各景观类型斑块数量和面积变化
Fig. 3摇 Patch number and area change of different landscape types from 1987 to 2006.
52115 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 陈爱莲等: 双台河口湿地景观及生态干扰度的动态变化摇 摇 摇 摇 摇
图 4摇 1987—2006 年不同干扰型景观总面积和斑块总数量
的变化
Fig. 4摇 Changes of total patch area (a) and total patch number
(b) of different disturbance landscape types from 1987 to 2006.
A:全干扰 Whole hemeroby; B:无干扰 No hemeroby; C:半干扰 Half
hemeroby.
显著,但其总面积(尤其是在 2000—2006 年间)几
乎没发生变化,说明该区农用地、耕地不断细化,也
反映了路网的增加.
2郾 2郾 2 生态干扰度指数变化的空间特征摇 对 4 个时
相干扰度指数进行四则运算并分级制图,用于评价
1987—2006 年人为干扰的总程度和人为干扰平稳
程度在空间上的变化特征. 当一个景观在所有时相
所受的人为干扰都较多时,其平均的 HI 高,人为干
扰的总程度就高,反之则人为干扰的总程度低.当一
个景观相邻时相的干扰度指数变化较大时,如:从无
干扰型变成全干扰型,则干扰度指数之差大,说明该
区人为干扰强烈,景观类型发生过大幅转变,人为干
扰不平稳,存在跳跃性干扰,反之,人为干扰平稳,以
此评价人类干扰的平稳程度. 干扰的总程度用 4 个
时相的干扰度总和的平均值(使其值仍介于 0 ~ 1)
来表示,结果见图 5 a.干扰平稳程度则是将相邻两
个时相的干扰度相减,取绝对值求和平均,再分级制
图,结果见图 5 b.
依图 5 a所示,干扰的总程度从黑色到白色由
轻到重逐级加深,黑色区域主要为双台河口自然保
护区和河流、水库等地区,受人为干扰程度总体较
轻;农田、耕地等半干扰型景观则属于灰色区域,人
为干扰的总程度一直不低,但也不会太高.在保护区
内的河口附近亦出现了人为干扰偏高的灰色区域.
而白色则多为人类住宅区,生态环境完全受人为控
制,生态功能脆弱.
摇 摇 如图 5 b 所示,从黑色到白色干扰平稳程度由
轻到重逐级加深,黑色区域为干扰度平稳区,无异常
干扰情况出现,盘锦市主要城区、大部分耕地以及保
护区的核心区和缓冲区大部分区域都属于该类型.
白色区域则是景观类型跳跃性变化的区域,双台河
口两岸和保护区核心区的西边地区属于该类型. 这
些区域由于发生过重大土地利用变化,如水库的修
建、鱼塘的兴起、围海造田或“退耕还苇冶政策的实
施,人为干扰呈跳跃性,体现了特定时段的特殊土地
利用情况或者特殊的政策. 综合干扰的总程度和平
稳程度,可见保护区河口东边、西边以及双台子河的
河道上出现了干扰的总程度不高但干扰极为不平稳
的现象.其原因是由于早期普通的监测方法很难对
保护区内部做全面监测,而人口的增长又对粮食和
渔业有很大需求,因此在河口保护区的苇地和滩涂
被大规模地改造成养殖水面,另外一些苇田被水田、
图 5摇 4 时相干扰总程度(a)和干扰平稳程度(b)分级图
Fig. 5摇 Classified images of average total HI (a) and absolute value (b) of differentiated HI from 1987 to 2006.
6211 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
旱地占据,这些现象在 1987—1995 年尤为明显(图
2).但在 2000 年之后,随着对保护区的重视增加,加
之,该区力争建设国际级自然保护区,于 2003 年开
始全面实施“退耕还苇冶和河道育苇政策,并对渔业
进行了整顿和限制,使保护区内的养殖水面和部分
耕地得以还原成苇田或滩涂.
可以说,人类对景观的影响可以在干扰的总程
度和平稳程度相结合下一一体现出来,从而反映出
当地自然保护区的保护情况及其影响因素.
3摇 结摇 摇 语
本研究结合生态干扰度和《全国土地分类》(试
行) [19],将适宜的遥感图像处理技术应用于双台河
口湿地景观和生态干扰度的动态变化评价,能够较
好地、定量化地监测和评价景观格局的变化.其中景
观类型面积和斑块数量等景观特征单元指数能够定
量地反映景观类型之间的变化,而干扰度指数分析
则可以记录人类活动痕迹. 研究结果表明,从
1987—2006 年近 20 年来,该区虽然建立了自然保
护区,但景观的斑块破碎化趋势明显;从干扰角度
看,20 年来无干扰类型斑块面积逐年减少,不断转
化为全干扰和半干扰型斑块. 生态干扰度指数的空
间分布总规律则是:河口和河道的生态干扰度跳跃
性最大,而城市周围干扰的总程度最高.这反映了城
市化进程的推进、农业尤其是渔业的不断发展以及
人为政策的实施.
景观格局变化可以用景观格局指数表示,但景
观格局指数所反映的景观过程并不容易解释,针对
此问题,本文引入生态干扰度的概念,在获取景观格
局指数变化的同时,还获得了能够反映景观过程的
生态干扰度指数,进行了人类干扰程度的探讨.假设
当一个生态系统受人类干扰的程度越大,则其对人
类活动的依赖性就越大,它离“健康的生态系统冶就
越远,这种生态系统往往比较脆弱. 因此,若生态干
扰度从低向高转化,则说明该区生态健康状况下降,
反之亦然.因此有了生态干扰度指数,可以结合社会
经济数据,进一步多角度地研究景观过程中伴随的
人类活动,从而能够更好地分析和评价区域内的人
类活动的强度、人类活动的趋势,以及景观变化的驱
动力.研究也表明自然保护区的保护情况受人类政
策的影响相当大,本文介绍了一种监测和评价人为
活动影响保护区的手段,可以进行进一步的数据挖
掘,如短期———两个时相内干扰的总程度及干扰平
稳程度的评价等,为自然保护区的管理者和其他土
地利用的决策者提供一些经验性参考知识.
研究中也发现了一些不妥之处,还存几点不足.
不妥之处是概念和专有名词问题,景观生态学中的
干扰一般认为是 disturbance,这个 disturbance 按不
同标准可分成:自然干扰、人为干扰、内部干扰、外部
干扰、破坏性干扰和增益性干扰等[23-25] . 但其实前
述研究使用 hemeroby 概念的研究中,所要表达的意
思皆指人为干扰活动,因此作者建议将 hemeroby 翻
译成“人为干扰度冶,或者直接用英文 hemeroby 表
示.而此类问题在很多领域里都有,即专有名词的规
范问题.最不足之处是,研究过程中,从遥感影像上
进行景观类型解译的工作量较大,但目前此类分辨
率影像的自动分类方法,其精度远远不能满足应用
需求,因此有待于遥感图像自动化分类方法的进一
步改善.
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作者简介摇 陈爱莲,女,1984 年生,博士研究生.主要从事遥
感与地表热量关系研究. E鄄mail: cal鄄0601@ 163. com
责任编辑摇 肖摇 红
8211 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷