侯學會，李新華（山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所，山東 濟南 250100）

黃河三角洲自然保護區(qū)1992～2010年土地覆被變化分析

侯學會，李新華
（山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所，山東 濟南 250100）

基于黃河三角洲自然保護區(qū)1992年、2000年和2010年三期遙感圖像，分析近20年黃河三角洲自然保護區(qū)土地利用/覆被變化（LUCC）情況。結(jié)果表明，在1992～2010年間，黃河三角洲自然保護區(qū)內(nèi)同種土地覆被類型的空間分布較一致，均以海域、灘涂和旱地為主，但同種土地覆蓋類型的比重均發(fā)生不同程度的變化?？傮w上，旱地、河渠、水庫、居民地和其他用地類型的變化程度不明顯，但年際間有波動變化；草地面積雖持續(xù)減少，但總體變化不明顯；灌木面積總體變化也不明顯，但年際間波動較大；蘆葦面積呈減少趨勢，尤其是1992～2000年間，大量蘆葦覆被地轉(zhuǎn)化為旱地類型；養(yǎng)殖塘面積增加明顯，近20年間增加約6.24×103hm2，主要由灘涂、檉柳、堿蓬等開發(fā)形成；海域面積變化劇烈，海域轉(zhuǎn)化為灘涂是造成海域面積減少的主要原因。黃河三角洲自然保護區(qū)LUCC改變了自然保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了自然保護區(qū)的生態(tài)服務功能。造成黃河三角洲LUCC的原因既有自然因素，也有人為因素，但在該區(qū)LUCC的驅(qū)動力主要為人類活動。

黃河三角洲；自然保護區(qū)； 土地覆被變化

service function of the nature reserve. The reasons for the change of LUCC in the Yellow River

estuary were both natural factors and human factors， but the driving forces of LUCC in this area were

mainly human activities.

土地利用/覆被變化（land use/cover change，LUCC）是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一［1］，也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境演化的重要因素，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境有著深刻的影響［2］。隨著全球氣候變暖和人類活動在全球范圍內(nèi)的影響速度加快，LUCC的影響范圍已擴展到生態(tài)環(huán)境較脆弱區(qū)域，導致土地利用的格局、深度和強度都發(fā)生劇烈變化［3］。這種影響在濕地生態(tài)系統(tǒng)中也十分明顯，它改變著濕地的生態(tài)進程，并在濕地的景觀、水文、土壤、生物多樣性等方面表現(xiàn)出一系列的生態(tài)效應［4—6］。研究表明，隨著土地利用強度增加，內(nèi)陸濕地-斧頭湖區(qū)的景觀生態(tài)格局有破碎化的趨勢，地表徑流和流域降水量呈下降趨勢，野生生物種類顯著減少［7］。因此分析濕地土地利用與土地覆蓋的驅(qū)動力機制，理清各種變化的關系，成為濕地LUCC研究的重點［8—9］。

黃河三角洲是我國暖溫帶地區(qū)最年輕、最廣闊、生物多樣性最為豐富的濕地生態(tài)系統(tǒng)，在維護區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展方面具有舉足輕重的作用。由于三角洲為海陸交界、咸淡水交匯地帶，在水陸交互作用以及人為干擾的影響下造就了復雜多樣的濕地類型和生態(tài)環(huán)境［10］。黃河三角洲濕地豐富的自然資源和優(yōu)越的地理位置也使其成為石油、工農(nóng)業(yè)等綜合開發(fā)的集中區(qū)域，LUCC明顯。許多學者利用遙感與GIS技術(shù)對該區(qū)LUCC情況及驅(qū)動機制進行研究與分析［11—15］，但這些研究多以整個現(xiàn)代或近代黃河三角洲為研究對象，尺度較大。針對黃河三角洲自然保護區(qū)LUCC方面的研究還相對較少，且研究時段較短，僅有1995～1999年黃河三角洲東部自然保護區(qū)濕地景觀格局變化［16］和1999～2008年黃河三角洲自然保護區(qū)土地利用/覆被變化狀況［17］的報道。本研究通過遙感影像解譯，研究黃河三角洲自然保護區(qū)1992～2010年間LUCC情況及其驅(qū)動力，以期為黃河三角洲濕地生態(tài)環(huán)境保護及資源的合理利用提供科學依據(jù)。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1研究區(qū)概況

黃河三角洲是東北亞內(nèi)陸和環(huán)西太平洋鳥類遷徙的重要中轉(zhuǎn)站、越冬棲息地和繁殖地。1992年經(jīng)國務院批準建立黃河三角洲國家級自然保護區(qū)，以保護黃河口新生濕地生態(tài)系統(tǒng)和珍稀瀕危鳥類。該區(qū)地處黃河入?？冢挥谏綎|省東北部的渤海之濱（37°35′～38°12′N，118°33′～119°20′E），包括黃河入?？诤?976年以前引洪的黃河故道兩部分（圖1），是全國最大的河口三角洲自然保護區(qū)，在世界范圍的河口濕地生態(tài)系統(tǒng)中具有較強的代表性。保護區(qū)總面積約15.300萬hm2，其中陸地面積8.270萬hm2，潮間帶面積3.825萬hm2，低潮時-3 m淺海面積3.205萬hm2。氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L氣候，具有明顯的大陸性季風氣候特點，雨熱同期，四季分明，冷熱干濕界限極為明顯。春季干旱多風，常有春旱，夏季炎熱多雨，高溫高濕，時有臺風侵襲。該區(qū)年平均氣溫12.1 ℃，無霜期196 d，≥10 ℃年積溫約4300 ℃，年均蒸發(fā)量1962 mm，年均降水量551.6 mm，70%降水集中于7月和8月。土壤類型主要為隱域性潮土和鹽土，主要植被類型為蘆葦Phragmites austr alis、翅堿蓬Suaeda s alsa、檉柳Tamarix ch inensis、蘆葦-荻Triarrhena sacchariflora、穗狀狐尾藻Myriophyllum spicatum和補血草Limoninum sinense等。

1.2數(shù)據(jù)來源與預處理

由于遙感數(shù)據(jù)得到的是某一時刻的瞬時地物狀況，對于植被景觀動態(tài)變化的信息只能通過多時相的遙感數(shù)據(jù)，并通過比較植被類型的變化來確定植被生態(tài)格局變化狀況。本研究通過遙感影像解譯，分別得到1992年、2000年和2010年三期土地覆蓋數(shù)據(jù)，空間分辨率為260 m。

基本方法：首先，在 ArcGIS軟件中，將兩個相鄰時相的遙感數(shù)據(jù)得到的植被信息疊加；然后，在 Arcinfo軟件中作拓撲分析，得到包含兩期植被信息的圖層；對3期土地利用數(shù)據(jù)，利用 ArcGIS軟件兩兩疊加，并對疊加結(jié)果進行Intersect運算，從而得到黃河三角洲土地覆蓋變化狀況。原始的土地覆蓋數(shù)據(jù)將自然保護區(qū)土地覆蓋分成草地、灌木、居民地、海域、灘涂、檉柳、堿蓬等 12～13種土地利用類型。本文采用監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合的方法進行分類［15］，將原始的土地利用類型進行重新編碼，分為草地、灌木、海域、旱地、河渠、居民地、蘆葦、水庫、灘涂、養(yǎng)殖塘、油田和其他用地等12種土地利用類型（圖2）。

2　結(jié)果與分析

圖1　黃河三角洲自然保護區(qū)的位置Fig. 1　The locations of nature reserves in theYellow River estuary

2.1土地覆蓋空間分布格局

從圖2可以看出，1992年、2000年和2010年，黃河三角洲自然保護區(qū)內(nèi)同種土地覆被類型的空間分布比較一致，且同種土地覆被類型的連接性較好，從海向陸，由海域、灘涂、蘆葦逐漸向草地和旱地過渡，構(gòu)成自然保護區(qū)獨特的覆被景觀。其中，海域、灘涂和旱地的分布面積在自然區(qū)內(nèi)占絕對優(yōu)勢，這與劉慶生等［17］的研究結(jié)果一致。

圖2　黃河三角洲自然保護區(qū)1992年、2000年和2010年的土地覆蓋類型Fig. 2　The land cover types in the natural reserve of the Yellow River estuary in 1992， 2000 and 2010

2.2土地覆蓋動態(tài)變化

將自然保護區(qū)的三期土地覆蓋矢量圖進行統(tǒng)計，得到研究區(qū)的土地利用面積矩陣（表1）。從表1可以看出，1992～2010年間，黃河三角洲自然保護區(qū)內(nèi)同種土地覆蓋類型及在區(qū)內(nèi)的比重都發(fā)生了不同程度的變化。與1992年相比，2010年保護區(qū)內(nèi)的草地面積雖然持續(xù)減少，但總體變化不明顯，減少面積僅為1.19×103hm2，比重由1992年的2.50%下降至1.60%；灌木面積比重的總體變化也不明顯，但在年際間的波動較大，1992～2000年間，灌木面積增加明顯，增加面積為6.52×103hm2，但到2010年，又減少 5.01×103hm2，因此總體上變化不大；海域的變化比較劇烈，1992～2000年海域面積減少21.79×103hm2，但到2010年，又增加13.21×103hm2，總體上呈現(xiàn)減少的趨勢，減少面積為8.58×103hm2。旱地、河渠和居民地的變化程度不明顯，近20年間，三者面積比重的變化分別僅為2.45%、0.31%和0.10%；蘆葦在1992～2000年間，面積減少趨勢比較明顯，減少8.62×103hm2，而在2000～2010年，又有一定程度的增加，但增加的面積少于之前減少的面積，故保護區(qū)內(nèi)蘆葦?shù)拿娣e總體上呈減少趨勢，減少3.35×103hm2；與居民地類似，水庫在自然保護區(qū)內(nèi)的面積比例也很小，在1%以下，且近20年間，幾乎沒有明顯變化，減少面積僅為0.04×103hm2；而養(yǎng)殖塘在1992～2010年間的增加趨勢比較明顯，增加面積為6.24×103hm2，增加面積幾乎為原來的6倍，尤其是1992～2000年間，增加4.47×103hm2，面積比重由1992年的0.79%上升至2000年的4.15%；油田的分布沒有明顯變化；1992年，其他用地類型的占地面積為2.51×103hm2，但到2000年，該類型面積增至18.12×103hm2，而2010年又下降至1.46×103hm2，面積變化波動較大。

表1　黃河三角洲自然保護區(qū)1992～2010年土地覆被類型變化（× 103hm2）Table 1　The changes of land cover types in the nature reserve of the Yellow River estuary during 1992—2010（×103hm2）

2.3土地利用轉(zhuǎn)移分析

利用ArcGIS10.2軟件的空間分析功能，對黃河三角洲自然保護區(qū)1992～2010年三期土地利用矢量圖進行兩兩Intersect運算，得到研究區(qū)的土地利用類型變化轉(zhuǎn)移矩陣（表2、表3）。結(jié)合上文的分析和表2、表3可知，1992～2000年，20 008.19 hm2海域轉(zhuǎn)化為灘涂用地是海域面積減少的主要原因，占到海域變化面積的81.3%；而海域、蘆葦和灘涂轉(zhuǎn)化為其他用地類型，造成1992～2000年其他用地類型面積激增，三者轉(zhuǎn)化為其他用地類型的面積分別為2555.72 hm2、6058.86 hm2和8895.29 hm2，占其他用地增加面積的98.98%；但在2000～2010年間，96%以上的其他用地類型又逆向轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｓ?、蘆葦和灘涂用地。因此，近20年黃河三角洲自然保護區(qū)的其他用地類型面積總體上沒有明顯變化。自然保護區(qū)內(nèi)居民地和油田的面積在1992～2010年間沒有明顯變化，但需要注意的是，大量的蘆葦覆被地區(qū)轉(zhuǎn)化為旱地類型，尤其是1992～2000年，有2086.7 hm2蘆葦?shù)乇婚_墾為旱地，保護區(qū)內(nèi)的生態(tài)功能遭到破壞；另外，近20年間，養(yǎng)殖塘的面積也在不斷擴大，1992～2000年，增加的養(yǎng)殖塘面積中74.96%由灘涂轉(zhuǎn)化而來，而2000～2010年，灘涂轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖塘的面積比重也有24.56%；而主要分布著檉柳、堿蓬等的其他用地類型中也有61.70%被轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖塘，改變了自然保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了自然保護區(qū)的生態(tài)服務功能。

表2　黃河三角洲自然保護區(qū)1992～2000年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析（hm2）Table 2　Analysis of land use transfer matrix in the nature reserve of the Yellow River estuary during 1992—2000（hm2）

表3　黃河三角洲自然保護區(qū)2000～2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析（hm2）Table 3　Analysis of land use transfer matrix in the natural reserve of the Yellow River estuary during 2000—2010（hm2）

3　討論

3.1土地覆蓋變化

1992～2010年間，黃河三角洲自然保護區(qū)內(nèi)同種土地覆被類型的空間分布比較一致，且同種土地覆被類型的連接性比較好，從海向陸，由海域、灘涂、蘆葦逐漸向草地和旱地過渡，構(gòu)成自然保護區(qū)獨特的覆被景觀。其中海域、灘涂和旱地的分布面積占絕對優(yōu)勢。

1992～2010年黃河三角洲自然保護區(qū)內(nèi)同種土地覆蓋類型在自然保護區(qū)的比重都發(fā)生了不同程度的變化?？傮w上，旱地、河渠、水庫、居民地和其他用地類型的變化不明顯，但年際間有波動變化；草地面積雖持續(xù)減少，但總體變化不明顯；灌木面積總體變化也不明顯，但年際間波動較大；蘆葦面積呈減少趨勢，尤其是1992～2000年間，大量的蘆葦覆被地區(qū)轉(zhuǎn)化為旱地類型；養(yǎng)殖塘面積增加明顯，近20年間增加面積約6.24×103hm2，主要由灘涂、檉柳、堿蓬等開發(fā)形成。

3.2土地覆蓋變化的驅(qū)動力分析

近20年黃河三角洲自然保護區(qū)的土地覆蓋狀況發(fā)生了較大變化，其影響因素復雜，涉及自然和人為等諸多方面。

3.2.1自然因素黃河三角洲特殊的地理位置和成土條件，使得自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱，極易受到自然變化帶來的影響。黃河泥沙淤積作用與海洋的侵蝕作用是黃河三角洲自然保護區(qū)內(nèi)土地覆蓋變化的兩大自然驅(qū)動力。本研究表明，該區(qū)海域面積變化劇烈，海域轉(zhuǎn)化為灘涂是造成海域面積減少的主要原因，這種變化可能與河流、海洋兩種動力的強烈作用有關［11］。如1984～1986年間，由于黃河水沙來量急劇減少，河口海岸普遍蝕退，河口位置出現(xiàn)暫時的后退。但1986年以后，由于來水來沙量增加，新河口普遍淤進，且面積大于老河口的蝕退，使得陸地總體面積不斷增加［11］。水資源的變化也是造成保護區(qū)內(nèi)土地類型發(fā)生變化的又一動因［18］。黃河三角洲年均降水量537 mm，全年由降水產(chǎn)生的地表徑流約4.4855×108m3，能飲用和灌溉的地下水僅占總面積的7.9%，且主要分布在小清河以南地區(qū)［19］。因此，該地區(qū)淡水資源較稀缺，尤其是近年來，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展的需求增加，淡水資源供需日趨不平衡，造成地下水枯竭，大量濕地生態(tài)系統(tǒng)退化為旱地，保護區(qū)的生態(tài)服務功能降低。此外，風暴潮的侵襲破壞、洪澇干旱等自然災害也給濱海濕地生態(tài)變化帶來影響。

3.2.2人為活動本研究表明，在黃河三角洲自然保護區(qū)，人類活動的影響主要體現(xiàn)在養(yǎng)殖塘面積的不斷擴大，在1992～2010年間，增加面積為6.24×103hm2，幾乎為原來的6倍，而增加的面積主要是由灘涂、檉柳、堿蓬等類型轉(zhuǎn)化而來。這說明灘涂資源的開發(fā)與利用是導致濱海濕地損失退化的主要原因之一。灘涂經(jīng)人工改造后，表面形態(tài)結(jié)構(gòu)、基底物質(zhì)組成、生物群落結(jié)構(gòu)、濕地水體交換等性質(zhì)和特征都將發(fā)生改變，導致濱海濕地損害嚴重并可能徹底喪失。2000～2010年間，蘆葦?shù)葷竦孛娣e的增加可能與調(diào)水調(diào)沙生態(tài)修復工程有關。自 2002年起，針對黃河三角洲濕地退化現(xiàn)象而實施的調(diào)水調(diào)沙生態(tài)修復工程，為黃河三角洲濕地生態(tài)保護輸送了充沛的淡水資源，使黃河入?？诘貐^(qū)的濕地得到有效恢復，大大增加了濕地面積，部分恢復了黃河三角洲濕地的生態(tài)功能，促進了整個黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和穩(wěn)定［6，21］?？梢娫诙虝r間尺度上，人類活動對土地利用的影響比自然因素更強烈［12］?？傊S著黃河三角洲地區(qū)人口的迅速增加及經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，人們對自然資源的需求日益增加，導致對濕地系統(tǒng)進行盲目開發(fā)，使脆弱的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)功能退化。

黃河三角洲自然保護區(qū)土地利用/覆被的變化改變了自然保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了自然保護區(qū)的生態(tài)服務功能。造成黃河三角洲土地利用/覆被變化的原因既有自然的，也有人為的。黃河三角洲自然保護區(qū)土地覆被變化是在自然因素影響下，同時受農(nóng)業(yè)活動、政策導向、人口與經(jīng)濟構(gòu)成、社會經(jīng)濟規(guī)模與結(jié)構(gòu)等多種人類因素的制約，人為因素主要有灘涂資源的開發(fā)利用和生態(tài)修復工程等。

［1］ 劉新衛(wèi)，陳百明，史學正. 國內(nèi)LUCC研究進展綜述［J］. 土壤， 2004，36（2）: 132—135.

［2］ 王紅，宮鵬，劉高煥. 黃河三角洲土地利用土地覆蓋變化研究現(xiàn)狀與展望［J］. 自然資源學報， 2004，19（1）: 110—118.

［3］ 馬倩. 新疆甘家湖濕地土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境效應［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 2012，26（1）: 189—193.

［4］ 尹占娥，許世遠. 上海浦東新區(qū)土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境效應［J］. 長江流域資源與環(huán)境， 2007，16（4）: 430—434.

［5］ 王丹桂，胡克，馬鵬飛，王銘晗，劉霞. 雙臺河口自然保護區(qū) 30 a間土地利用/覆被變化及其驅(qū)動力分析［J］. 海洋學研究，2015，33（1）: 51—61.

［6］ Cui B S， Yang Q C， Yang Z F， Zhang K J. Evaluating the ecological performance of wetland restoration in the Yellow River Delta， China［J］. Ecological Engineering， 2009，35: 1090—1103.

［7］ 袁莉蓉，齊婷，喻光明. 內(nèi)陸濕地土地利用變化的生態(tài)效應——以斧頭湖為例［J］. 海洋湖沼通報， 2014（1）: 129—136.

［8］ Matthias B K， Emily W B. Integrative methods to study landscape changes［J］. Land Use Policy， 2001，18: 9—16.

［9］ Kelly N M. Changes to the landscape pattern of coastal North Carolina wetlands under the Clean Water Act， 1984—1992［J］. Landscape Ecology， 2001，16: 3—16.

［10］ 田家怡，王秀鳳，蔡學軍，曹桂榮，張紅進，萬秀敏. 黃河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)保護與恢復技術(shù)［M］. 青島: 中國海洋大學出版社， 2005: 1—26.

［11］ 汪小欽，王欽敏，勵惠國，劉高煥. 黃河三角洲土地利用/覆蓋變化驅(qū)動力分析［J］. 資源科學， 2007，29（5）: 175—180.

［12］ 許學工，陳曉玲，郭洪海，林輝平. 黃河三角洲土地利用與土地覆被的質(zhì)量變化［J］. 地理學報， 2001，56（6）: 640—648.

［13］ 王薇，陳為峰，王燃藜，甘運賢. 黃河三角洲新生濕地景觀格局特征及其動態(tài)變化——以墾利縣為例［J］. 水土保持研究，2010，17（1）: 33—38.

［14］ 王薇，王昕，黃乾，孫力. 黃河三角洲土地利用時空變化及驅(qū)動力研究［J］. 中國農(nóng)學通報， 2014，30（32）: 172—177.

［15］ 張成揚，趙智杰. 近10年黃河三角洲土地利用/覆蓋時空變化特征與驅(qū)動因素定量分析［J］. 北京大學學報（自然科學版）， 2015，51（1）: 151—158.

［16］劉艷芬，張杰，馬毅，單凱，靳曉華，王進河. 1995-1999年黃河三角洲東部自然保護區(qū)濕地景觀格局變化［J］. 應用生態(tài)學報，2010，21（11）: 2904—2911.

［17］ 劉慶生，劉高煥，黃翀，宗秀影. 黃河三角洲自然保護區(qū)動態(tài)變化遙感監(jiān)測研究［J］. 中國農(nóng)學通報， 2010，26（16）: 376—381.

［18］ 何宏謀，陳紅莉，劉爭勝，張永. 黃河三角洲地區(qū)水資源利用研究［J］. 海岸工程， 2000，19（4）: 52—58.

［19］ 曹建榮，于洪軍，徐興勇，劉衍軍，陳華. 黃河三角洲水資源變化特征及其優(yōu)化配置［J］. 人民黃河， 2010，32（6）: 71—72.

［20］ 唐娜，崔保山，趙欣勝. 黃河三角洲蘆葦濕地的恢復［J］. 生態(tài)學報， 2006，26（8）: 2616 —2624.

Characteristics of Land Cover Change in the Yellow River Estuary Nature Reserve from 1992 to 2010

HOU Xue-hui， LI Xin-hua
（Shandong Institute of Agriculture Sustainable Development， Jinan 250100， Shandong China）

The characteristics of land cover and land cover change（LUCC） in nature reserve of Yellow River estuary were analyzed by using three phases landsat remote sensing images of 1992，2000 and 2010. The results showed that the spatial distribution of land cover types in the natural reserve was sympathetic and the main land covers were the sea， tidal flats and dry land during the periods of 1992—2010. The proportion of the same land cover types in the nature reserve all had changed in different degrees. On the whole， the changes of dry land， reservoir， residential land and other land types were not obvious but there are interannual fluctuations. Although the grassland area decreased continuously， the overall change was not obvious. The changes of the shrub area were also not obvious which varied greatly in the interannual. The reed area was reduced especially in the 1992—2000 years， in which a large number of reeds were transformed into dry land types. The aquaculture area increased widely of 6.24×103hm2， the increased area mainly formed by development of the beach， Tamarix wetlands and Salsa wetlands in 20 years. The changes of sea area were violent， and the main reason for the reduce of the sea area was the conversion of the sea area to the tidal flat. The LUCC in the natural reserve had changed the structure and reduced the ecological

Yellow River estuary； nature reserve； land cover change

10.3969/j.issn.1009-7791.2015.04.009

Q948

A

1009-7791（2015）04-0309-06

2015-08-11

國家自然科學基金項目（41103036）；山東省博士基金（No.BS2009HZ013）

侯學會，助理研究員， 從事農(nóng)業(yè)遙感研究。E-mail: 1304435497@qq.com

注：李新華為通訊作者。E-mail: xinhuali_2008@163.com