全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (增刊 ) : 32～36
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008)增刊 20032205
红树林湿地恢复遥感动态监测技术研究
张怀清 1 , 赵　峰 1 , 崔丽娟 2
(1. 中国林业科学研究院资源信息研究所 ,北京　100091; 2. 中国林业科学研究院林业研究所 ,北京　100091)
摘 　要 :采用多期 TM、ETM +、SPOT5影像对福建省洛阳江河口湿地的红树林分布进行了遥感动态监测 ,以及通过对周边环境的景
观格局综合分析 ,得出 :洛阳江河口红树林在 2001—2006年期间 ,通过各种恢复保护措施 ,面积扩大了 8倍 ,并且种植范围不断向
南延伸。2003—2006年期间人工湿地的景观变化表现为 :红树林平均斑块规模增加 ,最大斑块面积扩大 ,斑块密度和边界密度均减
少 ,形状指数和分维数减少 ,说明红树林趋于集中分布 ,红树林湿地的恢复受沿海地区的经济发展和人为活动影响较大。
关键词 :红树林 ;湿地 ;景观格局 ;遥感监测
中图分类号 : Q146　S771. 8 文献标识码 : A
收稿日期 : 2008203202
基金项目 : 国家“十一五”科技支撑课题“湿地资源监测与评估技术研究”( 2006BAD23B03) ,国家林业局 948项目“红树林湿地恢复与
变化的动态监测技术引进”(200524223) ,科技部社会公益研究专项“湿地资源监测与可持续利用评价技术研究”(2004D IB3J105)
作者简介 : 张怀清 (1973—) ,男 ,湖南宁乡人 ,副研究员 ,硕士生导师 ,主要从事林业可视化模拟技术研究.
A Study on D ynam ic M on itor ing of M angrove W etland
Restora tion Using Rem ote Sen sing Techn iques
ZHANG Huai2qing, ZHAO Feng, CU I L i2juan
(1. Research Institute of Forest Resource Information Techniques, CAF,Beijing　100091, China; 2. Research Institute of Forestry, CAF, Beijing　100091, China)
Abstract: Muiti2phases images such as TM , ETM + and SPOT5 were used to monitor the mangrove distribution in
Luoyangjiang W etland of Fujian Province. And with the comp rehensive analysis of the landscape pattarn, it was
showed that the area of mangrove forest extended by 8 times during the period of 2001—2006 after all kinds
measures of afforestation, as well as the forest continuously extended to the south. The landscape change between
2003 and 2006 showed that NP increased, while PD , AWMSI and AWMPFD decreased, which p roved that the
mangrove forest was tending to concentrative distribution and affected a lot by the economy development and human
activities in coastal area.
Key words: mangrove forest; wetland; landscape; remote sensing monitoring
　　红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带的木
本植物群落。红树林生态系统和珊瑚礁、上升流以
及滨海湿地合称为世界上生产力最高的生态系统 ,
是国家甚至国际上生物多样性保护和滨海湿地生态
保护的重要对象 ,已经成为近年来海岸线变迁和海
平面升高的重要研究载体之一 ,同时又是研究全球
环境以及气候变迁的重要标志之一 [ 1 ]。洛阳江位于
台湾海峡西岸福建省东南部 ,是泉州湾河口湿地的
主要构成部分。洛阳江曾大面积分布过红树林 ,由
于历史原因 ,致使红树林遭受严重破坏 ,面积从几百
公顷锐减至不足 20 hm2 ,濒临消亡。为保护仅存的
天然红树林 ,惠安县林业局于 2001年 5月组织专业
人员对红树林恢复工程进行规划 ,于 2002—2005年
开展潮间带红树林恢复工程 ,连续种植红树林达
300 hm2。但是 ,红树林恢复面临着成活率低、受周
边人为活动影响以及外来物种竞争等挑战 ,因此 ,随
时了解红树林的恢复面积、分布及动态变化显得尤
为重要。由于红树林分布于地势开阔平坦的潮间带
增刊 张怀清等 :红树林湿地恢复遥感动态监测技术研究
浅滩 ,采用常规的野外调查十分困难 ,工作量大、费
用高、历史资料缺乏等缺点严重影响了红树林湿地
的监测工作。遥感技术具有观测范围广、信息量大、
获取信息快、更新周期短、可比性强等优点 ,可以解
决红树林动态变化信息的快速获取问题 ,而成为国
内外红树林生态研究的主要技术之一 [ 2～8 ]。
1　研究试验区
研究区为福建省东南部泉州湾河口湿地 ,介于
24°50′～25°03′N, 118°31′～118°53′E之间 ,行政区
划包括晋江 (包含石狮 )、惠安 (包括泉港区 )部分地
区。研究区以洛阳江红树林湿地为中心 ,东西、南北
长约 30 km 的范围。
2　数据源
遥感影像 : (1) TM影像 :时间 : 2001年 3月 4日
及 2006年 2月 22日 ,分辨率 : 30 m。 (2) ETM +影像 :
时间 : 2003年 3月 26日 ,分辨率 : 15 m。 (3) SPOT5影
像 :时间 : 2006年 2月 11日 ,分辨率 : 2. 5 m。
专题图 :惠安市林业局提供的森林分布图。
其他数据 :红树林造林规划设计、统计等背景材
料、晋江市土地利用状况的数据等。
3　研究方法
采用分类后对比法进行遥感图像信息提取 ,具
体的技术路线如下 :
图 1　研究技术路线图
3. 1　遥感分类系统
根据中国土地利用分类系统 (全国农业区划
委员会 , 1984 ) ,将研究区域的土地利用 /覆盖类
型基本按一级类型分为耕地、林地、园地、水域、
居民和交通用地、未利用地。其中 ,个别按二级
类型分类 ,如耕地分为水田和旱地 ,林地分为有
林地和灌木林地 ,未利用地以草地为主 ,因此研
究直接将其划分为草地。将红树林湿地单独划
分为一类 ,由于红树林湿地分布的地域特征 ,使
其面积受海水周期性影响 ,因此考虑潮汐对红树
林湿地的影响。
3. 2　遥感信息提取
3. 2. 1　红树林信息提取 　采用 2001 年的 TM、
2003年 ETM 和 2006 年 TM 影像进行红树林信
息提取。由于研究区内农田和植被的光谱值在
一定范围内与红树林的光谱值重叠 ,因此通过屏
蔽红树林分布范围外信息的方法 ,进行分布区内
红树林信息的提取。研究采用基于象素的分类
方法 ,用监督分类法只提取红树林信息 ,而忽略
水域、滩涂以及水草等信息。通过外业调查获取
的 GPS数据转换成矢量的点图层 ,然后将其和遥
感影像进行叠加 ,根据像元的属性确定其是否为
红树林 ,用以作为监督分类的训练样本。红树林
在 ( E) TM影像中的光谱色调呈红或暗红色 ,纹理
特征表现为均匀无规则边界。
3. 2. 2　景观类型信息提取 　采用 2003年的 ETM
影像和 2006年的 SPOT5影像进行其他景观类型的
分类。研究用监督分类法对各景观类型进行分层提
取 ,最后将分别提取的各图层叠加到一起。用实地
调查获取的 GPS样点数据作为监督分类的训练样
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
本 ,结合辅助数据 ,如森林分布图、土地利用分析数
据等 ,对预分类结果中存在疑问的分类进行修改和
调整。
3. 3　景观格局分析
景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息 ,
反映其结构组成和空间分布特征的定量指标。
本研究利用 FRA GSTA TS软件的栅格版本进行景
观指数的计算 , 包括 :斑块数 ( N P ) 、平均斑块面
积 (AR EA 2M N ) 、最大斑块指数 ( L P I) 、斑块密度
( PD ) 、边界密度 ( ED ) 、面积加权平均斑块形状
指数 (AWM S I) 。
4　结果与分析
4. 1　红树林时空动态变化
根据上述方法 ,对 2001、2003和 2006年 3个时
相的 ( E) TM图像进行监督分类 ,生成 3个时相的红
树林时空动态分布图 ,如图 3～5所示 ,通过对遥感
影像信息提取得到红树林的面积统计 ,如表 1和图 2
所示。
表 1　洛阳江红树林面积变化
年份 红树林面积 / hm2 红树林面积变化 /%
2001 16. 326 2 100
2003 98. 865 0 605. 56
2006 142. 200 0 870. 99
图 2　红树林面积变化图
　　从 3个时相的红树林面积变化图可以看出 , 2001—
2006年间 ,红树林的面积成倍增长 ,尤其是 2001—2003
年期间 ,面积增长了 6倍之多。说明该地区从 2002年 3
月开始进行红树林恢复造林的成果显著 ,仅 2003年 1 a
就增 加 193. 43 hm2 , 2002—2006 年 期 间 共 增 加
300. 15 hm2。但从遥感影像中得到的红树林面积低于
实际造林统计面积 ,主要是因为部分红树林苗较小 ,且
郁闭度低 ,因此很难完全从影像中提取出来。因此 ,从
遥感影像中得到的红树林面积低于实际面积。
从 3个时相的红树林面积和空间分布图中看出 :
2001年人工造林之前 ,红树林的面积很小 ,而且斑块分
布比较零散 ; 2003年红树林的面积明显扩大 ,开始向南
延伸 ,斑块分布趋于集中 ;至 2006年 ,红树林的空间分
布范围还在扩大 ,北端零散分布的红树林开始趋于集
中 ,但是出现了新的斑块破碎地区。经实地调查发现 ,
这些地区的人工养殖较多 ,对红树林的破坏较严重。
图 3　2001年红树林分布 图 4　2003年红树林分布 图 5　2006年红树林分布
4. 2　景观面积变化分析
对 2003年 ETM +影像和 2006年的 SPOT5影像
进行监督分类 ,得到洛阳江河口红树林湿地周边地
区的景观特征变化图。根据景观特征变化图计算洛
阳江河口红树林湿地周边地区景观类型的面积变
化 ,如表 2所示。
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表 2　红树林湿地周边地区景观类型面积变化
景观类型 2003年面积 / hm2 2006年面积 / hm2 变化面积 / hm2 面积变化百分比 /%
水田 2 829. 38 2 341. 68 - 487. 68 - 0. 57
旱地 15 989. 81 13 315. 77 - 2 674. 03 - 3. 14
有林地 7 201. 44 11 315. 07 4 113. 63 4. 83
灌木林地 1 229. 17 1 041. 88 - 187. 29 - 0. 22
园地 6 338. 81 4 494. 96 - 1 843. 85 - 2. 16
草地 7 453. 10 8 307. 45 854. 34 1. 00
水域 25 276. 97 25 434. 60 157. 63 0. 18
红树林 98. 86 142. 20 43. 33 0. 05
建设及交通用地 18 600. 39 17 746. 44 - 853. 94 - 1. 00
图 6　2003—2006年各类型的面积变化 图 7　2003—2006年各类型的面积百分比变化
　　研究表明 , 2003—2006年期间研究区面积变化
最明显的景观类型是有林地 ,其次是旱地和园地。
有林地面积呈增加趋势 ,而旱地和园地均为减少趋
势。有林地面积比原来增加 4 113. 63 hm2 ,占 2003
年总面积的 4. 83% ,说明该地区绿地面积增多 ,从
遥感影像上明显看出一些低山丘陵地区植被增加。
旱地和园地的面积分别减少了 2 674. 03 hm2、
1 843. 85 hm2。水 田 的 面 积 也 比 原 来 减 少 了
0. 57% ,减少幅度并不大。耕地包括水田和旱地 ,因
此 ,研究区内耕地的面积呈减少趋势。这主要是由
于城区不断扩大建设造成的 ,从影像图中明显看出 ,
距离海较近的水田很大一部分变成了建设及交通用
地。2003—2006年该地区湿地和其他景观类型的
面积转化计算结果如表 3所示。
表 3　红树林湿地周边地区景观类型面积转化 hm2
景观类型
其他类型转化为湿地 (水田、水域 )
2003—2006年
水田 水域
湿地 (水田、水域 )转化为其他类型
2003—2006年
水田 水域
旱地 154. 23 452. 02 94. 79 164. 18
有林地 94. 88 815. 06 158. 19 852. 79
灌木林地 0. 00 1. 89 0. 00 1. 75
园地 53. 19 230. 73 67. 79 1 052. 73
草地 242. 55 2 870. 82 174. 73 2 918. 05
建设及交通用地 267. 79 1 392. 19 176. 42 1 896. 70
(合计 ) 812. 65 5 762. 72 671. 93 6 886. 21
　　2003—2006年研究区湿地的转化类型有 :草
地、建设及交通用地、有林地、旱地和园地。湿地的
总面积呈减少趋势 ,其中 ,水田面积减少 ,而水域有
所增加。水田减少主要转化为建设及交通用地、草
地、有林地和旱地 ,主要是因为海边的水田受人类城
市建设活动影响较大。水域面积增加的来源主要是
草地和建设用地 (盐田 ) ,水域的增加主要位于洛阳
江入海口 ,受海水涨潮的影响比较大。
4. 3　景观格局变化分析
利用景观格局分析软件 Fragstats进行景观指数
计算 ,得到各景观类型的景观指数 (见表 4) ,并对研
究区 2003—2006年间景观格局的变化进行分析。
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
从斑块数目 (N P)来看 ,除了园地、红树林和建设
及交通用地外 ,其他类型的斑块数量都明显增加 ,从
而其平均斑块面积 (AREA 2MN )均呈减少趋势。说明
研究区内园地、红树林和建设及交通用地的平均斑块
规模扩大 ,而其他类型的斑块平均规模均在缩减。从
最大斑块指数 (LPI)的变化来看 ,水田、旱地和草地的
变化为负值 ,其他类型为正值。研究表明 ,虽然有林
地、灌木林地、草地和水域的平均斑块规模减少了 ,但
仍有少数斑块的规模在扩大。斑块密度 ( PD )的变化
和斑块数目、平均斑块规模的变化趋势一致 ,反映了
该地区多数景观斑块破碎化现象比较明显。斑块边
界密度 ( ED )增加的类型有 :水田、旱地、有林地、灌木
林地、草地、水域以及建设和交通用地 ,占该区景观类
型的绝大多数。研究区平均斑块形状指数 (WM S I)呈
下降趋势 ,说明斑块形状均趋于简单 ,这主要由人类
活动造成 ,即人工形成的斑块较为规则。平均斑块分
维数 (WM PFD )的变化不是很明显 ,其中 ,水田、旱地、
草地和红树林的分维数略有下降 ,其他类型均保持基
本不变 ,说明水田、旱地、草地和红树林的形状复杂程
度降低 ,人类活动对其干扰较大。
表 4　红树林湿地周边地区景观格局变化
景观类型 年份 N P /个 AREA 2MN / hm2 LP I PD ED AWM S I AWM PFD
水田 2003 29. 00 97. 56 1. 02 0. 03 7. 71 4. 46 1. 18
2006 74. 00 31. 64 0. 68 0. 09 7. 32 2. 94 1. 14
旱地 2003 9 798. 00 1. 63 4. 36 11. 52 84. 89 1. 45 1. 09
2006 12 593. 00 1. 06 1. 92 14. 97 93. 00 1. 40 1. 08
有林地 2003 5 409. 00 1. 33 0. 88 6. 36 38. 48 1. 40 1. 08
2006 10 095. 00 1. 12 1. 31 12. 00 69. 39 1. 37 1. 08
灌木林地 2003 1 116. 00 1. 10 0. 36 1. 31 7. 87 1. 40 1. 08
2006 1 441. 00 0. 72 0. 43 1. 71 8. 21 1. 33 1. 08
园地 2003 6 503. 00 0. 97 0. 59 7. 65 44. 15 1. 40 1. 08
2006 4 623. 00 0. 97 0. 80 5. 49 30. 98 1. 37 1. 08
草地 2003 13 774. 00 0. 54 0. 26 16. 20 70. 71 1. 42 1. 09
2006 20 713. 00 0. 40 0. 14 24. 62 88. 89 1. 35 1. 08
水域 2003 2 129. 00 11. 87 27. 15 2. 50 17. 84 1. 31 1. 07
2006 4 276. 00 5. 95 27. 45 5. 08 21. 83 1. 24 1. 07
红树林 2003 198. 00 0. 50 0. 03 0. 23 1. 16 1. 44 1. 06
2006 123. 00 1. 16 0. 08 0. 15 0. 82 1. 29 1. 04
建设及交通用地 2003 9 285. 00 2. 00 6. 77 10. 92 88. 30 1. 43 1. 08
2006 7 062. 00 2. 51 10. 09 8. 39 91. 07 1. 39 1. 08
5　结论与讨论
(1)洛阳江河口红树林在 2001、2003和 2006年
三个不同时相的影像上表现出明显的变化。2001年
的红树林基本处于天然状态 ,从 2002年 3月开始进
行大面积的红树林恢复造林 , 造林成果显著。
2001—2006年期间红树林的面积扩大了 8倍之多 ,
红树林的种植范围也在不断向南延伸。
(2)从 2003年至 2006年的红树林遥感动态变
化分析得出 ,部分地区的红树林具有稀疏的趋势 ,结
合地面调查得出 ,这主要是人工养殖对红树林的破
坏 ,并且这些地区主要处于离村庄较近的地方。因
此 ,加大红树林重要性的宣传 ,并尽力采取一些补救
措施 ,是当前面临的问题。同时 ,外来物种大米草的
竞争也是造成部分地区红树林稀疏趋势的原因。
(3) 2003—2006年期间景观变化表现为 :红树林平
均斑块规模增加 ,最大斑块面积扩大 ,斑块密度和边界
密度均减少 ,形状指数和分维数减少 ,说明红树林趋于
集中分布 ,受人类活动影响较大 ;水田的景观变化基本
与红树林湿地相反 ,其景观破碎化比较明显 ,但其形状
也趋于简单。其他非湿地类型的景观格局主要表现为
景观破碎化现象比较严重 ,这表明红树林湿地的恢复
受沿海地区的经济发展和人为活动影响较大。
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