胡小龍，李錦榮，薛 博，郭建英

（1.內蒙古林業(yè)科學研究院，呼和浩特010010；2.水利部牧區(qū)水利科學研究所，呼和浩特010020）

濕地作為陸地系統(tǒng)與水域系統(tǒng)相互作用的過渡地帶，與海洋、森林并稱三大生態(tài)系統(tǒng)，是多功能的獨特生態(tài)系統(tǒng)，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一。因濕地具有重要的水文與化學功能及支持著豐富的生物多樣性，從而被形象地喻為“地球之腎”和“生物超市”［1］。目前，中國國際濕地的總數達到了30個，總面積為357.70萬hm2［2］；類型較多，幾乎囊括《濕地公約》所列出的所有濕地類型。然而，由于人類對濕地功能認識的不足，加之來自生存的壓力致使?jié)竦財盗繙p少、質量下降。隨著人類認識的提高，對濕地保護的呼聲日益增強，但濕地仍處于退化和喪失的過程中［3－4］。在我國北方地區(qū)，濕地在維護生態(tài)平衡方面起著不可估量的作用［5－7］。我國北方草原區(qū)處于干旱半干旱地區(qū)，年降水量一般都低于400mm，濕地的意義重大，然而隨著人口增長，人們?yōu)榱松骈_荒造田，大水漫灌，修建水庫，嚴重開采地下水，致使地下水位嚴重下降。水資源短缺問題的突出，使得濕地入水量呈逐年下降的趨勢，加之氣候干旱程度的加劇，濕地周邊生境由于物質、能量流受到影響，從而導致濕地減少甚至消失。近年我國北方的干旱半干旱草地退化、沙化，濕地面積銳減，惡劣天氣增多［8－9］就是最明顯的啟示。有生態(tài)屏障之稱的北方草原區(qū)濕地的消減是關系我國生態(tài)安全的大事，濕地退縮與消失現象已得到社會各界的廣泛關注。我國關于濕地動態(tài)變化及驅動力分析的研究主要集中在各流域［10－13］及北方的濕潤草原地區(qū)［14］，在干旱區(qū)農牧交錯帶的研究較少。鑒于此，本文以遙感為手段，分析研究多倫縣20世紀80年代以來濕地資源的動態(tài)變化，并從自然和人為兩方面對多倫縣濕地變化的驅動力進行探討。

1 研究區(qū)概況

多倫縣地處內蒙古自治區(qū)中部、錫林郭勒盟東南部，陰山北麓的東段，渾善達克沙地的東南端，地理位置北緯41°46′—42°36′，東經115°51′—116°54′，總面積3 871km2，平均海拔1 350m，地勢南高、北次高、中間低。地貌為低山丘陵、丘陵、河谷洼地和溝谷洼地、山前傾斜平原及高平臺、堆積類型沙丘5種類型，分別占總縣域面積的21.92%，4.37%，31.62%，20.47%，21.62%。低山丘陵、丘陵主要分布于多倫縣的西部和西南部，河谷洼地和溝谷洼地分布于多倫縣中南部呈現東北—西南走向；山前傾斜平原及高平臺分布在多倫縣南部，與河北省接壤；堆積類型沙丘有3處集中分布，一處位于多倫縣城南部3km處，一處位于多倫中部地區(qū)一家河鄉(xiāng)南邊，一處位于多倫縣北部蛇皮河邊。濕地主要沿灤河水系分布，北部分布在上都河、蛇皮河以及一家河；中部以灤河主水系為主，分布在大河口水庫和西山灣水庫；南部是從灤河水系多倫縣城以南沿勝利和黑山嘴兩個方向分布。

多倫縣地處中溫型草原帶典型草原亞帶，屬歐亞草原植物區(qū)蒙古高原植物省，是蒙古高原東部州的一部分，主要分布有典型草原植被、草甸草原植被、沙地植被、沼澤植被等。全縣土壤分為7個土類、14個亞類、29個土屬、59個土種，其中栗鈣土是全縣分布最廣泛的一種土壤，面積271 923hm2，占全縣總土地面積的70.26%。年平均氣溫1.6℃，無霜期約95d。年平均降水量386mm左右，多集中在6—8月，占年降水量的67%；年蒸發(fā)量1 925.5mm左右，是降水量的4倍多。年平均風速為4.3～4.7m／s，最大風速可達24m／s；沙塵暴、揚沙及浮塵天氣頻繁發(fā)生；年平均大風日數為30～65d；除夏季出現偏東偏南風外，其他季節(jié)盛行西北風或西風。

2 資料來源及研究方法

2.1 數據來源及處理

TM影像為Landsat全波段遙感數據，共3期（1987年、2000年和2010年），其空間分辨率為30 m，每期影像共三景（p123r31，p124r30，p124r31）。其中1987年和2010年數據為Lansat 5TM（國際科技數據服務平臺http：／／datamirror.csdb.cn／），2000年數據為Lansat 7ETM數據（中國科學院對地觀測與數字地球科學中心）?；A地理信息數據包括1∶25萬多倫縣全要素數字地圖、1∶5萬地形圖，1∶3萬地貌圖和水系圖，這些輔助數據主要用于圖像精校正、輔助分類、綜合制圖和地學分析。地面調查資料用于監(jiān)督分類樣本訓練和精度驗證。文中的氣象數據來源于多倫縣氣象局，經濟數據來源于《內蒙古統(tǒng)計年鑒》中的旗縣篇部分。

2.2 研究方法

遙感影像經過幾何校正、大氣校正、圖像的鑲嵌和裁剪，獲得研究區(qū)遙感影像預處理數據。通過野外調查獲得地面解譯標志，結合多倫縣的土地利用現狀以及河流水系的特點，利用Erdas 2011完成監(jiān)督分類。將多倫縣的土地利用類型劃分為耕地、林地（有林地、灌木林地）、草地（高蓋度草地、中蓋度草地、低蓋度草地）、濕地（河流、水庫濕地及沼澤濕地）、居民建設用地以及未利用地（流動沙地）（表1）?；谕恋乩脭祿?，通過ArcGIS 10.0對多倫縣濕地面積、空間分布以及濕地與非濕地之間的相互轉移進行分析，研究多倫縣在20世紀80年代到21世紀初濕地動態(tài)變化，分析其變化趨勢。利用多倫縣的氣象數據及經濟數據，通過主成分分析法，分析濕地變化的主要原因。

表1 土地利用／覆被分類體系

3 多倫縣濕地空間分布及其變化趨勢

根據多倫縣1987年、2000年和2010年的景觀類型的變化（表2—3）來看，部分景觀類型的面積呈現增高—減少—增高的變化趨勢，如有林地、灌木林地、高蓋度草地、低蓋度草地和河流水庫濕地；部分景觀類型的面積呈現降低—增加—降低的趨勢，如耕地、沙地和中蓋度草地；另有部分景觀呈現逐步降低的趨勢，如沼澤濕地；也有表現出緩慢增加趨勢，如居民城鄉(xiāng)建設用地。

表2 多倫縣1987年與2000年地類面積變化

3.1 多倫縣濕地面積變化

對多倫縣濕地數據進行分析后發(fā)現，1987—2010年這23a間，多倫縣濕地面積共減少了13 504.63 hm2。其中，1987—2000年間，面積變化最大的是沼澤濕地，共減少了5 112.66hm2，變化率為－1.74%；河流水庫濕地共減少了2 800.89hm2，變化率為－0.12%。2000—2010年，多倫縣全縣沼澤濕地共減少了8 396.15hm2，變化率為－4.81%，河流水庫濕地共增加了32.19hm2，變化率為0.18%（表2—3）。從圖1也可以看出，在這23a間，沼澤濕地面積明顯減少，特別是2000年以后，沼澤濕地面積減少得更快更多，河流水庫的面積變化不明顯。

表3 多倫縣2000年與2010年地類面積變化

圖1 1987－2010年多倫縣濕地面積變化百分比

3.2 濕地面積變化轉移

3.2.1 濕地向非濕地轉移 1987—2000年的13a間，濕地向非濕地的轉移主要是濕地轉變?yōu)楦?、林地（有林地、灌木林地）、草地（高蓋度草地、中蓋度草地和底蓋度草地）和其他用地。濕地向非濕地轉移的總面積為16 744.10hm2，平均每年轉移1 288.00 hm2。其中，濕地向耕地、林地、草地和其他景觀類型分別轉移了2 939.14，5 579.18，8 067.26，15 851.98 hm2，分 別 占 總 轉 移 面 積 的 17.55%，33.32%，48.18%，0.95%（表4）。濕地的轉出以沼澤濕地為主，占到濕地向非濕地轉移面積的96.53%，河流水庫濕地向非濕地的轉移面積只占總轉移面積的3.57%。同時，濕地主要轉向林地、草地和耕地3個景觀類型，向其他類型轉移的不足1%。

2000—2010年，濕地向非濕地轉移的面積為16 909.92hm2，平均每年轉移1 690.99hm2，平均轉移速度是2000年之前的1.31倍。其中，濕地向耕地、林地、草地和其他景觀類型面積轉移的面積分別為2 469.44，106 66.52，3 678.82，95.14hm2，分別占轉移面積的14.60%，63.08%，21.76%和0.56%（表5）。與1987—2000年類似，濕地的轉出以沼澤濕地為主，占到濕地向非濕地轉移面積的93.74%，河流水庫濕地向非濕地的轉移面積只占總轉移面積的6.36%。與1987—2000年不同的是，此次濕地主要轉出為林地，占到總轉移面積的63.08%，其中有林地占27.16%，灌木林地占35.92%。

表4 1978－2000年濕地向非濕地轉移結果 hm2

表5 2000－2010年濕地向非濕地轉移結果 hm2

3.2.2 濕地內部轉移 1987—2000年，沼澤濕地向河流水庫濕地轉移了359.76hm2，河流水庫向沼澤濕地轉移了495.17hm2，沼澤濕地凈增加了135.41 hm2，表現出河流水庫面積減少、沼澤濕地面積增加的趨勢（表6）。

表6 1987－2000年濕地類型間轉移結果 hm2

2000—2010年，沼澤濕地轉向水庫河流的面積為355.87hm2，水庫河流向沼澤濕地轉移172.59 hm2，沼澤濕地減少183.27hm2，河流水庫濕地呈增加趨勢（表7）。

表7 2000－2010年濕地類型間轉移結果 hm2

3.3.3 驅動力分析 驅動力是指導致濕地變化的各種動力因素，從自然因素和人為因素兩個方面分析可能引起多倫縣濕地變化的主要因素［15］。本研究的時間尺度是10～20a，地質、地貌以及土壤等自然因素不可能發(fā)生很大變化，因此在自然因素中氣候和水文變化表現最為活躍，對濕地變化影響較大［16］。自然因素中選擇氣溫、降水和蒸發(fā)量；人為因素選擇人口數量、耕地面積、牲畜頭數以及政策因素。

（1）自然因素分析。溫度的變化影響水面蒸發(fā)的過程和強度，是引起濕地景觀改變的因素之一。多倫縣1981—2010年的平均氣溫呈波動遞增趨勢。1981—1990年平均氣溫為2.1℃，1991—2000年平均氣溫2.9℃，2000—2010年這10a間平均氣溫達到3.2℃，平均增幅為0.37℃／10a，明顯高于全球的平均變化（0.03～0.06℃／10a）［17］。當溫度升高時，蒸發(fā)面的飽和水汽壓比較大，飽和差大，就易于蒸發(fā)，在其它因素變化不大的條件下，勢必會加速蒸發(fā)過程，引起沼澤濕地水量減少，使其面積萎縮［18－19］。特別是1981—2000年，氣溫升高趨勢明顯，1998年達到30a最高值4.3℃。從轉移類型來看，1987—2000年，河流水域向沼澤濕地轉移，而原本的沼澤濕潤地區(qū)向林草地轉化，表現出干旱的趨勢（圖2a）。

大氣降水是濕地的主要補給水源，降水量變化直接影響濕地面積大?。?0］。多倫縣地表水主要是靠大氣降水補給，降水除蒸發(fā)外，大部分形成地表徑流補給河流，或潛入地下補給地下水。從多倫縣近30a的降水量變化趨勢來看，降水量減少影響河流徑流量進而影響濕地的變化（圖2b）。

由于水面的蒸發(fā)量可反映大氣控制各種下墊面蒸發(fā)過程的能力，亦即大氣向植物（或下墊面）奪取水分的能力，可見水面蒸發(fā)量可直接度量大氣的干旱程度。根據觀測資料，除個別年份外，年均蒸發(fā)量曲線呈現較規(guī)律的變化。蒸發(fā)量在2000年之前表現出較高水平，年均蒸發(fā)量介于1 590.1～1 869.2mm；2001—2010年均蒸發(fā)量陡然下降，平均蒸發(fā)量1 197.5mm。造成這一現象的原因主要可能是2000年以后地表覆被增，加蒸發(fā)量減?。▓D2c）。蒸發(fā)量是與溫度相對應的氣象因子，蒸發(fā)量的大小通常與溫度成正比，而研究區(qū)由于地表植被的增加，致使蒸發(fā)量減少，與氣溫增加趨勢出現不一致。2000年之后，蒸發(fā)量呈現減少趨勢，而濕地面積繼續(xù)在減少或消失，這一現象說明2000年之后蒸發(fā)量的減少與平均氣溫的降低有關。

圖2 多倫縣30a間氣象因子變化

（2）人為因素分析。1987—2000年多倫縣人口從9.53萬人增加到10.22萬人，人口數量呈逐年增長的趨勢。2000年以后略有減少，2005年減少至9.45萬人，此后又繼續(xù)增加（圖3a）。人口的逐年增長勢必使得人們對糧食的需求增加，為滿足這一需求，獲取更多的收益，農民不斷開墾沼澤濕地，擴大耕地面積（圖3b）。

同時，人口的增長加大了人們對肉食品的需求 ，促進了養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，使得年末牲畜存欄頭數從1987年的30.84萬頭只增加到了2000年的46.35萬頭（圖3c），從而進一步加大了對糧食和牧草的需求，最終致使大量濕地變?yōu)楦睾筒莸亍?/p>

圖3 1970－2010年多倫縣社會經濟因子變化

隨之而來的是草地沙化、沙塵天氣頻發(fā)等一系列惡劣的生態(tài)后果。在此背景下，多倫縣于2000年開始實施京津風沙源治理工程，經過10a的努力，多倫縣的生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。在建設生態(tài)多倫的同時，國家政策因素對濕地的保護也起到了積極作用。

4 結論

選擇多倫縣1987年（起始年）、2000年（轉折年）和2010年（成果年）三期關鍵遙感數據，分析其濕地動態(tài)變化，并利用主成分法對造成多倫縣濕地減少的因子進行了分析，結果表明：

（1）1987—2000年的13a間，濕地主要轉出為耕地、林地和草地。濕地向非濕地平均每年轉移1 288.01hm2，主要以沼澤濕地的轉出為主，占到轉移面積的96.53%。2000年之后，濕地向非濕地轉移的平均轉移速度是2000年之前的1.31倍。與1987—2000年類似，濕地向非濕地的轉移仍然以沼澤濕地的轉出為主，且2000年之后濕地主要向林地轉移，占到總轉移面積的63.08%。

（2）對其驅動力主成分分析結果顯示，氣溫升高、降水減少是濕地面積減少的主要自然因素。因此，國家及時地在多倫縣實施了風沙源治理和退耕還林還草等生態(tài)建設工程，使多倫縣的生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善。這說明有效的政策引導對多倫縣濕地面積的變化起到了積極的作用。

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