洪　佳，盧曉寧，3，*，王玲玲1成都信息工程大學(xué)，成都　6102252高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室，成都　6102253成都理工大學(xué)國土資源部地學(xué)空間信息技術(shù)重點實驗室，成都　610059

?

1973
—2013年黃河三角洲濕地景觀演變驅(qū)動力

洪佳1，2，盧曉寧1，2，3，*，王玲玲1，2
1成都信息工程大學(xué)，成都610225
2高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室，成都610225
3成都理工大學(xué)國土資源部地學(xué)空間信息技術(shù)重點實驗室，成都610059

摘要:1973—2013年間，日益加劇的人類活動和愈發(fā)嚴(yán)峻的自然環(huán)境對黃河三角洲濕地景觀形成巨大威脅。人與自然雙重影響下黃河三角洲濕地發(fā)生了怎樣的變化，哪些因素、多大程度上導(dǎo)致了這種變化的發(fā)生，科學(xué)解答這些問題對于加強黃河三角洲濕地保護(hù)具有重要意義。以Landsat衛(wèi)星1973—2013年40a的9期影像為數(shù)據(jù)源，利用人工目視解譯方法構(gòu)建研究區(qū)景觀數(shù)據(jù)庫，在分析研究區(qū)景觀特征的基礎(chǔ)上，通過主客觀相結(jié)合的方法，構(gòu)建了能夠反映黃河三角洲地區(qū)景觀濕地化和人工化狀態(tài)的表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)。結(jié)合黃河入海水沙、區(qū)域降水以及地方生產(chǎn)總值(GDP)、水產(chǎn)品產(chǎn)量和原鹽產(chǎn)量，分別從區(qū)域尺度和像元尺度上，定量分析了過去40年黃河三角洲濕地景觀演變的驅(qū)動力及其空間差異。研究表明:(1)過去40年來，黃河三角洲自然濕地面積不斷萎縮，人工濕地增加，濕地總面積減小，黃河三角洲整體上呈現(xiàn)出人工化或濕地退化趨勢，同時也存在明顯的空間異質(zhì)性:濱海地區(qū)以人工化和濕地退化趨勢為主，黃河入?？诘貐^(qū)以濕地化趨勢為主，中西部和西南部傳統(tǒng)農(nóng)耕區(qū)基本無變化。(2)黃河三角洲濕地景觀的人工化或濕地退化趨勢是過去40年來黃河水沙減少、人類活動加劇共同作用的結(jié)果。區(qū)域尺度上，人類社會經(jīng)濟活動對黃河三角洲濕地景觀演變起主導(dǎo)作用，黃河徑流量和輸沙量的作用明顯弱于社會經(jīng)濟因素。像元尺度上，驅(qū)動因素的空間異質(zhì)性是導(dǎo)致黃河三角洲濕地景觀演變空間異質(zhì)性的原因。濕地的發(fā)展主要歸因于自然因素，以黃河水沙作用最為關(guān)鍵;濕地的人工化或退化過程以人類社會經(jīng)濟活動的強制改造為主導(dǎo)，但是否伴隨黃河水沙變化的潛在影響，對特定區(qū)域而言應(yīng)是確定的，但仍很難從像元尺度進(jìn)行量化。

關(guān)鍵詞:黃河三角洲;濕地;Landsat;遙感;驅(qū)動力

洪佳，盧曉寧，王玲玲.1973—2013年黃河三角洲濕地景觀演變驅(qū)動力.生態(tài)學(xué)報，2016，36(4):924-935.

Hong J，Lu X N，Wang L L.Quantitative analysis of the factors driving evolution in the Yellow River Delta Wetland in the past 40 years.Acta Ecologica Sinica，2016，36(4):924-935.

現(xiàn)代黃河三角洲主要指1934年黃河分流點下移后形成的以墾利縣漁洼為頂點的三角洲，北起挑河灣，南至宋春榮溝口［1］。是中國溫帶最年輕、增長最快、景觀變化最劇烈的土地［2］。黃河三角洲濕地以其原始性、脆弱性和作為珍稀瀕危鳥類重要棲息地的作用在國際上備受重視［3］。近年來，許多學(xué)者借助包括3S技術(shù)、景觀生態(tài)學(xué)方法等各種方法和手段對黃河三角洲濕地景觀的演變進(jìn)行了研究［4-8］，并從自然和社會經(jīng)濟等多方面因素考慮，對其驅(qū)動力進(jìn)行分析和探討［9-12］，對認(rèn)識和把握黃河三角洲濕地景觀演變規(guī)律，開展黃河三角洲濕地生態(tài)保護(hù)提供了一定的幫助。然而，這些研究仍多以定性分析和現(xiàn)象描述為主，對濕地景觀演變的驅(qū)動力的定量區(qū)分尚顯不足。同時，多數(shù)研究時間序列相對較短、空間尺度相對單一。由于黃河三角洲濕地景觀演變是一個長期動態(tài)過程，短期研究往往難以揭示長期規(guī)律;同時，由于人類活動與黃河水沙等的影響在特定空間位置上又是具體，且在不同區(qū)域是有差異的，因此也必然導(dǎo)致濕地景觀演變在空間上的異質(zhì)性。這就要求要從更長的時間序列和不同的空間尺度來開展黃河三角洲濕地景觀驅(qū)動力研究，才能更為系統(tǒng)全面地把握黃河三角洲濕地景觀演變規(guī)律，從而為黃河三角洲濕地保護(hù)提供更加合理的指導(dǎo)。

鑒于上述，本研究以Landsat衛(wèi)星1973—2013年40a的9期影像為數(shù)據(jù)源，利用人工目視解譯方法建立相對長時間序列的高精度的黃河三角洲濕地景觀數(shù)據(jù)庫，以該數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，依據(jù)其是否為濕地、濕地化程度和人工化程度，通過定性和定量相結(jié)合的方法對區(qū)域各景觀類型進(jìn)行排序賦值，用于構(gòu)建能夠反映黃河三角洲景觀濕地化和人工化傾向的表面濕地/人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)，進(jìn)行濕地景觀演變的定量分析;并進(jìn)一步結(jié)合黃河水沙、區(qū)域降水以及地方生產(chǎn)總值(GDP)、水產(chǎn)品產(chǎn)量和原鹽產(chǎn)量，分別從區(qū)域尺度和像元尺度上，對黃河三角洲濕地景觀演變的驅(qū)動力進(jìn)行定量區(qū)分，并揭示其在空間上的差異。

1　數(shù)據(jù)源

為了研究的方便，本文所選黃河三角洲指的是除廣饒縣以外的東營市所轄各區(qū)縣。使用的數(shù)據(jù)主要包括: (1)黃河三角洲1973—2013年9期Landsat影像。數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站(http://earthexplorer.usgs.gov/)。(2)研究區(qū)2005年和2010年的MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品，來自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)。(3)黃河三角洲實地考察數(shù)據(jù)。2013年9月從東營市區(qū)出發(fā)沿海堤→黃河口鎮(zhèn)→大汶流站→自然保護(hù)區(qū)→仙河鎮(zhèn)→孤東采油區(qū)→黃河港(東營港)區(qū)域→一千二保護(hù)區(qū)→刁口鄉(xiāng)(挑河口)→東營市區(qū)路線采集得到的71個點的地表覆被數(shù)據(jù)。(4)黃河利津水文站徑流量和輸沙量(1973—2012年)、區(qū)域降水量(1973—2012年)、東營市GDP(1978—2012年)、水產(chǎn)品產(chǎn)量(1978—2012年)、原鹽產(chǎn)量(1989—2012年)等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來自東營市情資料庫和統(tǒng)計年鑒。

對獲取的Landsat影像進(jìn)行幾何校正，使誤差控制在一個像元以內(nèi)。對遙感影像進(jìn)行波段組合，并通過直方圖均衡化處理，增強圖像對比度。實地采樣數(shù)據(jù)空間化，以便與遙感影像以及解譯的數(shù)據(jù)結(jié)果疊加，建立解譯標(biāo)識和進(jìn)行精度驗證。

表1　遙感影像相關(guān)信息Table1　Information of the Remote Sensing images

2　研究方法

2.1影像解譯和景觀數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

依據(jù)國內(nèi)外分類標(biāo)準(zhǔn)及黃河三角洲濕地分類的相關(guān)研究成果［13-15］，并結(jié)合野外調(diào)查所掌握的研究區(qū)實際特點，對黃河三角洲濕地景觀進(jìn)行分類。考慮到研究區(qū)的整體性和景觀之間的相互影響，將非濕地景觀也納入研究范圍，因此，總體上共分為自然濕地、人工濕地和非濕地3大類。各類別具體信息如表2—表4。

本文參考文獻(xiàn)［16］的解譯標(biāo)志和研究區(qū)實際采樣點數(shù)據(jù)，運用人工目視解譯的方法進(jìn)行黃河三角洲濕地景觀解譯。對解譯結(jié)果進(jìn)行實地驗證發(fā)現(xiàn)，誤判5個采樣點，分別位于蝦蟹田與鹽田(1處)、翅堿蓬沼澤與翅堿蓬檉柳沼澤(2處)、蘆葦沼澤與人工柳林(1處)、翅堿蓬檉柳沼澤與蘆葦檉柳沼澤(1處)，總體解譯精度在91%以上。修正之后，得到高精度的黃河三角洲1973—2013年40a的9期濕地景觀專題信息數(shù)據(jù)(附圖1)。

2.2表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)構(gòu)建

在對研究區(qū)景觀演變特征研究的基礎(chǔ)上，從景觀的生態(tài)功能角度出發(fā)，構(gòu)建表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)，對黃河三角洲景觀的濕地化和人工化狀態(tài)進(jìn)行定量化，為研究區(qū)濕地保護(hù)和恢復(fù)提供可量化的科學(xué)依據(jù)。借鑒地學(xué)信息圖譜思想［17］，在研究區(qū)景觀類型數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，首先在非濕地、人工濕地和自然濕地內(nèi)部，以定性和定量相結(jié)合的方式對各景觀類型進(jìn)行排序賦值，然后再按照非濕地-人工濕地-自然濕地的總順序進(jìn)行最終的排序賦值，結(jié)果見表2—表4。

其中，非濕地依據(jù)人類活動對自然地表的硬化改造程度，結(jié)合謝高地等［18］在對我國200位生態(tài)學(xué)者進(jìn)行問卷調(diào)查基礎(chǔ)上制定的中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表，依據(jù)生態(tài)服務(wù)價值大小進(jìn)行排序(表2)，硬化程度越高、生態(tài)服務(wù)價值越小，則排序值越小，人工化程度越高;人工濕地依據(jù)其對水源、有機質(zhì)、二氧化碳、氧氣、區(qū)域氣候、土壤等生態(tài)服務(wù)功能角度進(jìn)行定性排序(表3)，濕地的生態(tài)服務(wù)功能越高，則排序值越大，濕地化狀態(tài)越好;自然濕地的排序，考慮到濕地植物作為水陸交錯地帶中生態(tài)系統(tǒng)的一個重要的組成部分，及其在水體修復(fù)、維持生態(tài)平衡和生物多樣性上具有的重要作用［19］，將各濕地類型按歸一化植被指數(shù)(NDVI)大小進(jìn)行定量排序(表4)，NDVI越大，排序值越大，濕地化狀態(tài)越好。與此同時，考慮到實際存在的海陸演變問題，將海域也納入其中，在自然濕地和人工濕地之間，總排序為11。以總排序為value字段，將排序賦值后的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成柵格數(shù)據(jù)，設(shè)置像元大小為100m，之后對其做極差歸一化處理，得到黃河三角洲9a的表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(Surface Wetland and Construction State Index，SWCSI)空間數(shù)據(jù)。該指數(shù)越大說明濕地化程度越高、人工化程度越低。

表2　非濕地景觀排序Table2　Non-wetland landscapes order sorting table

表3　人工濕地景觀排序Table3　Artificial wetland landscapes order sorting table

表4　自然濕地景觀排序Table4　Natural wetland landscapes order sorting table

2.3濕地景觀演變的趨勢分析

為考察研究區(qū)各像元景觀演變情況，借助ArcGIS軟件平臺，通過建模，對表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)的變化趨勢應(yīng)用公式(1)進(jìn)行計算，并通過自然斷點法對結(jié)果進(jìn)行分級(圖2)。公式如下:

式中，slope為變化趨勢(線性回歸的斜率)，slope＞0表明呈濕地化趨勢，反之呈人工化或濕地退化趨勢;n為數(shù)據(jù)總期數(shù)(9期);i為時序號，范圍1—9;SWCSI為表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)。

2.4濕地景觀演變的定量驅(qū)動分析

2.4.1區(qū)域尺度驅(qū)動力定量分析

目前，已有大量研究探討了黃河三角洲濕地景觀演變的驅(qū)動力，但是，由于考慮的角度、選取的因子、分析的方法等的不同，導(dǎo)致不同結(jié)果和結(jié)論的產(chǎn)生。如，有學(xué)者指出，黃河水資源是維持黃河三角洲濕地平衡的主導(dǎo)因素［11，21］。同時，也有學(xué)者指出，人類活動是黃河三角洲濱海濕地景觀格局變化的主要驅(qū)動因子［5，7］。那么，黃河水沙和人類活動因素究竟對黃河三角洲濕地景觀的演變各產(chǎn)生多大影響，還有哪些因素也會產(chǎn)生影響，以及產(chǎn)生多大影響，需要通過因子的合理選擇加以定量分析。

為此，選取徑流量(X1)、輸沙量(X2)、降水量(X3)、GDP(X4)和水產(chǎn)品產(chǎn)量(X5)5個可能引起研究區(qū)濕地景觀演變的驅(qū)動因素，分別同自然濕地面積、人工濕地面積及區(qū)域濕地總面積和表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)構(gòu)建多元回歸模型。依據(jù)回歸模型標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)大小，確定各驅(qū)動力因子在區(qū)域自然濕地、人工濕地和整體景觀演變中的定量作用。為得到較好的回歸模型，多元回歸分析前，通過回歸對各因變量進(jìn)行序列插補，得到完整的1973—2013年各因變量時間序列數(shù)據(jù)。各因變量序列插補的回歸模型見下表5。

表5　數(shù)據(jù)插補Table5　Data interpolation

2.4.2像元尺度驅(qū)動力分異分析

人類活動與黃河水沙等的影響在特定空間位置上應(yīng)是具體的，且在不同區(qū)域是有差異的，從而導(dǎo)致黃河三角洲濕地景觀演變的空間異質(zhì)性。分析濕地景觀演變與驅(qū)動因素的時空配置關(guān)系，有助于明確不同驅(qū)動因素的具體影響范圍和程度。為此，選取徑流量、輸沙量和降水量3個自然因子，GDP、水產(chǎn)品產(chǎn)量和原鹽產(chǎn)量3個社會經(jīng)濟因子分別同9期黃河三角洲表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)進(jìn)行逐像元的相關(guān)分析。相關(guān)分析在ArcGIS中，通過建模完成計算，其計算公式如下:

式中，R為相關(guān)系數(shù)，SWCSI為表面濕地化和人工狀態(tài)指數(shù)，Y為各自然和社會經(jīng)濟因子。相關(guān)系數(shù)R大時表明SWCSI同該因子關(guān)系緊密，反之不緊密。隨后，根據(jù)已知自由度通過查表方式對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗，結(jié)合顯著性水平大小得到相關(guān)分析圖(圖3)。由于樣本量的差異，各因子在顯著性檢驗時在0.05和0.01水平顯著性ρ=0的臨界值r稍有不同:SWCSI同徑流量、輸沙量、降水量分別為0.6664和0.7797;同GDP、水產(chǎn)品產(chǎn)量分別為0.7067和0.8343;同原鹽產(chǎn)量分別為0.8114和0.9172。據(jù)此，可對圖3各位置相關(guān)系數(shù)大小進(jìn)行大致判斷。

3　結(jié)果與分析

3.1黃河三角洲濕地景觀組成結(jié)構(gòu)分析

2013年黃河三角洲濕地總面積2821.54 km2，占研究區(qū)總面積的42.64%，是黃河三角洲生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，對于黃河三角洲生態(tài)安全與發(fā)展具有重要作用。其中，自然濕地1643.40 km2，占濕地總面積的58.24%，表明黃河三角洲濕地生態(tài)環(huán)境總體良好。人工濕地共計1178.14 km2，占濕地總面積的41.76%，體現(xiàn)出人類活動對黃河三角洲濕地的重要影響。

3.2黃河三角洲濕地景觀演變總體特征

1973—2013年40年間，黃河三角洲自然濕地面積下降趨勢顯著(線性傾向率－36.39083，R2=0.8805，圖1)，面積縮小了42.67%，年均減少量高達(dá)30.58 km2。其中，1985年面積達(dá)到最大，為3143.21km2，2010年面積最小，為1609.48km2。與之相反，人工濕地面積則呈線性上升趨勢(線性傾向率26.75974，R2=0.9524，圖1)，年均增加24.47 km2，增幅達(dá)490.52%。1973年時人工濕地面積最小，僅為199.51 km2，2010年面積達(dá)到最大，達(dá)1183.51 km2。在黃河造陸運動持續(xù)進(jìn)行的情況下，自然濕地和人工濕地向非濕地類型的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致了研究區(qū)濕地總面積的大幅縮小。40年間，黃河三角洲濕地總面積共計縮小了7.99%，年均減少6.13 km2。這種轉(zhuǎn)出趨勢又以自然濕地的輸出為主。如表6所示，整個研究時期內(nèi)，共有835.76 km2的自然濕地轉(zhuǎn)換為非濕地，占非濕地類型總轉(zhuǎn)入面積的84.27%。人工濕地面積的增長亦主要來自自然濕地的轉(zhuǎn)入，40年間，有881.40 km2的自然濕地轉(zhuǎn)化為人工濕地，占總轉(zhuǎn)入面積的80.21%。而自然濕地的增加則主要來自造陸運動，40年間，造陸形成的自然濕地達(dá)472.96 km2，占自然濕地總轉(zhuǎn)入面積的68.60%。在區(qū)域濕地面積減少的背景下，造陸成為黃河三角洲濕地景觀面積增加的源動力?？傮w上看，黃河三角洲濕地面積在1973—1985年是增加的，在1985年時濕地面積達(dá)到最大(3512.41 km2)，隨后持續(xù)下降，2013年時面積最小(2334.77 km2)。

表6　濕地景觀面積轉(zhuǎn)移矩陣Table6　The area transfer matrix of wetland landscapes

就具體類別而言，自然濕地面積的減少主要由于翅堿蓬檉柳沼澤、蘆葦檉柳沼澤和蘆葦沼澤的轉(zhuǎn)出。1973—2013年，翅堿蓬檉柳沼澤凈轉(zhuǎn)出403.55 km2，轉(zhuǎn)出方向主要是蝦蟹田(160.42 km2)、水庫坑塘(143.35 km2)和海域(81.62 km2);蘆葦檉柳沼澤凈轉(zhuǎn)出363.68 km2，轉(zhuǎn)出方向主要是旱地(126.40 km2)、蘆葦沼澤(76.54 km2)、蝦蟹田(75.31 km2)和水庫坑塘(73.99 km2);蘆葦濕地凈轉(zhuǎn)出854.55 km2，轉(zhuǎn)出方向主要是旱地(371.56 km2)、蝦蟹田(108.97 km2)、水庫坑塘(81.93 km2)和鹽田(63.06 km2)(表7)。由于上述轉(zhuǎn)換過程，人工濕地的增長尤其體現(xiàn)為水庫坑塘和蝦蟹田面積的增長。40年間，水庫坑塘面積由55.35 km2增加到431.43 km2，增長了779.46%;而蝦蟹田面積則由1973年的幾乎為零，增長到2013年的405.90 km2，且二者線性增長趨勢顯著(圖1)。

由此可見，黃河三角洲近40年濕地景觀面積變化以自然濕地向人工濕地和非濕地的轉(zhuǎn)換為主要特征。種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和水資源安全政策的實施是推動黃河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)演變的重要驅(qū)動因素。

表7　1973—2013年黃河三角洲主要景觀類型面積轉(zhuǎn)移矩陣(km2)Table7　The area transfer matrix of some typical landscapes in the Yellow River delta during 1973 and 2013(km2)

圖1　1973—2013年黃河三角洲濕地景觀面積變化Fig.1Area change of wetland landscape in the Yellow River delta during 1973—2013

實際上，黃河三角洲濕地景觀演變在具有上文所述的總體特征的同時，也具有一定的階段性(圖1)。這種階段性變化是黃河三角洲自然與社會經(jīng)濟因素階段特征的具體反映，深入分析這些階段變化有助于深化對其驅(qū)動因素的認(rèn)識和把握。

3.3黃河三角洲濕地景觀演變趨勢的空間異質(zhì)性

40年間，SWCSI指數(shù)總體呈顯著下降趨勢(y=－8×10－5x2+0.3315x－327.01，R2=0.9755)，表明黃河三角洲景觀整體向著人工化和濕地退化方向演變。但是，這種演變存在顯著的時空差異，概括而言，黃河三角洲濱海地區(qū)以人工化和濕地退化趨勢為主，黃河入?？诘貐^(qū)以濕地化趨勢為主，中西部和西南部傳統(tǒng)農(nóng)耕區(qū)則基本無變化。

具體來說，濕地化進(jìn)程主要發(fā)生在1992年建立的黃河三角洲國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，以現(xiàn)行黃河入?？诟浇鸵磺Ф茏o(hù)區(qū)南部地區(qū)最為集中(圖2)，其他區(qū)域偶有零星分布，總面積1178.95 km2，占研究區(qū)總面積的16.64%。發(fā)生濕地化的這些區(qū)域，以向蘆葦沼澤的轉(zhuǎn)入最為顯著，40年間，向蘆葦沼澤的累計轉(zhuǎn)入面積達(dá)705.95 km2。其次是向翅堿蓬檉柳沼澤(461.84 km2)和翅堿蓬沼澤(456.67 km2)的轉(zhuǎn)入。泥沙質(zhì)灘涂和蘆葦檉柳沼澤也有較大面積的轉(zhuǎn)入，分別累計轉(zhuǎn)入440.13 km2和397.26 km2。這些類型的轉(zhuǎn)入面積占全部濕地類型總累計轉(zhuǎn)入面積的90.83%。而就其來源來看，造陸產(chǎn)生的濕地面積最大，累計達(dá)449.27 km2，其次是泥沙質(zhì)灘涂向其他濕地類型的轉(zhuǎn)換，累積轉(zhuǎn)出250.96 km2。再次是翅堿蓬沼澤向翅堿蓬檉柳沼澤等類型的轉(zhuǎn)換，累計轉(zhuǎn)出229.91 km2。與此同時，也存在非濕地向自然濕地的轉(zhuǎn)換，以旱地向蘆葦沼澤的轉(zhuǎn)換為主，累計轉(zhuǎn)換面積為196.38 km2。濕地化的這種位置特征及發(fā)生濕地化區(qū)域的景觀類型轉(zhuǎn)換特征再次表明，黃河水沙及其造陸運動為黃河三角洲濕地發(fā)展提供了源動力。

圖2　黃河三角洲1973—2013景觀演變趨勢Fig.2The Yellow River delta landscapes evolution trends during 1973 and 2013

發(fā)生人工化趨勢演變的區(qū)域則連片分布，面積2488.77 km2，占研究區(qū)總面積的35.13%。東營市區(qū)附近、永安鎮(zhèn)東北方向、仙河鎮(zhèn)附近、河口區(qū)等地人工化趨勢嚴(yán)重。新戶鄉(xiāng)以北地區(qū)、黃河口管護(hù)區(qū)西部實驗區(qū)、孤東油田等地也有中度人工化趨勢。發(fā)生人工化趨勢的這些區(qū)域，以向旱地的轉(zhuǎn)入最為顯著，累計轉(zhuǎn)入面積達(dá)777.80 km2。其次是向水庫坑塘的轉(zhuǎn)入，累計面積431.70 km2。同時，也存在向蝦蟹田、鹽田和居民地的較大面積的轉(zhuǎn)換，分別累計轉(zhuǎn)入面積341.83、148.46 km2和161.29 km2。向上述主要類型的轉(zhuǎn)換占向人工濕地和非濕地總累計轉(zhuǎn)入面積的88.39%。而就其來源來看，近一半來自蘆葦沼澤和蘆葦檉柳沼澤向旱地、水庫坑塘和蝦蟹田的轉(zhuǎn)換，累計轉(zhuǎn)換面積902.91 km2。其次是翅堿蓬檉柳沼澤向上述三者的轉(zhuǎn)換，累計轉(zhuǎn)換面積209.31 km2。不難看出，研究區(qū)發(fā)生人工化區(qū)域的景觀演變主要是由于種植業(yè)、水資源安全政策和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的驅(qū)動，其位置特征顯示出人類活動影響在空間上的廣泛性。

4　濕地景觀演變的驅(qū)動力分析

4.1區(qū)域尺度驅(qū)動力定量分析

在SPSS軟件平臺支持下，以研究區(qū)自然濕地面積、人工濕地面積及區(qū)域濕地總面積和表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)為因變量，選取徑流量(X1)，輸沙量(X2)，降水量(X3)，GDP(X4)和水產(chǎn)品產(chǎn)量(X5)為自變量，建立多元回歸模型，結(jié)果見下表8。對模型結(jié)果進(jìn)行檢驗，判定系數(shù)均大于0.950，且F＞F0.001(5，29)= 5.59，伴隨概率P＜0.001，各回歸模型均非常顯著。

依據(jù)各回歸模型標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)不難看出，研究區(qū)GDP增長和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展是推動自然濕地減少、人工濕地增加、濕地總面積減少和研究區(qū)整體狀態(tài)呈人工化或濕地退化趨勢的重要因素。GDP除在濕地景觀總面積演變中的貢獻(xiàn)稍遜于水產(chǎn)品產(chǎn)量外，在自然濕地面積變化、人工濕地面積變化，以及SWCSI變化中的貢獻(xiàn)均居首要地位，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)絕對值大小均在0.400以上，平均達(dá)0.477?？梢姡珿DP對黃河三角洲濕地景觀演變起主導(dǎo)作用。黃河徑流量和輸沙量是推動自然濕地增加、人工濕地減少和研究區(qū)整體狀態(tài)向濕地化趨勢發(fā)展的重要因素，對黃河三角洲濕地景觀的正向演變亦起到重要作用，表現(xiàn)為通過造陸運動產(chǎn)生新濕地，并且通過源源不斷的淡水補充，維持濕地水鹽平衡，進(jìn)而促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。然而，從研究區(qū)整體來看，黃河水沙的這種作用明顯弱于社會經(jīng)濟因素。一些學(xué)者也有類似結(jié)果，認(rèn)為自然驅(qū)動力雖然對濕地格局有所影響，但是影響微弱，而人為驅(qū)動力對濕地格局卻具有顛覆性的影響［20］。區(qū)域降水對研究區(qū)濕地景觀演變所起到的影響極其有限，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)絕對值均在0.01以下，且在一些結(jié)果中顯示出與通常認(rèn)識不相符的驅(qū)動方向的問題。一些學(xué)者也發(fā)現(xiàn)，黃河三角洲主要濕地景觀面積變化與降水量之間不存在明顯的相關(guān)關(guān)系［21］。同其他自變量與各驅(qū)動力因子的回歸分析結(jié)果相比，表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)與各驅(qū)動力因子的回歸分析結(jié)果，突出顯示了GDP在黃河三角洲景觀演變中的主導(dǎo)作用，并且各驅(qū)動力因子的驅(qū)動方向符合常規(guī)認(rèn)識，且標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)排序合理，反映出SWCSI對研究區(qū)景觀狀態(tài)的濕地化和人工化特點及其演變規(guī)律具有良好的指示作用。

表8　多元回歸分析結(jié)果Table8　Results of multiple regression analysis

4.2像元尺度驅(qū)動力分異分析

(1)SWCSI同自然因子的相關(guān)性。同入海水沙量顯著正相關(guān)的區(qū)域離散分布于整個研究區(qū)，又以北部海岸帶和東南部等地較為集中(圖3)，相關(guān)系數(shù)r＞0.6664，部分區(qū)域r＞0.7797。北部海岸由于1976年黃河改道清水溝后不再經(jīng)由該處入海，因此海岸侵蝕嚴(yán)重(附圖1)，濕地退化(圖2)。這種侵蝕退化同改道后的黃河徑流量和輸沙量的減少形成遙相關(guān)，且相關(guān)性顯著。但這種遙相關(guān)是否表明黃河徑流的減少影響到北部海岸濕地的侵蝕退化，需待探討。對于已經(jīng)人工化改造的東南部區(qū)域，盡管其同水沙變化有顯著的正相關(guān)關(guān)系，但是否黃河水沙減少為該區(qū)域自然景觀的人工改造創(chuàng)造了條件，以及人類意志和黃河水沙各發(fā)揮了多大作用，實際上很難量化。

值得注意的是，同黃河徑流量呈顯著負(fù)相關(guān)，即隨著黃河水沙的減少而呈顯著濕地化趨勢的區(qū)域，反而集中地出現(xiàn)在黃河入?？谔?圖3)。出現(xiàn)這種情況的原因大致有兩點，其一，1976年黃河改道清水溝后，清水溝流路入?？诮?jīng)歷了由海到陸，再到陸上生態(tài)系統(tǒng)逐漸建立和完善的濕地化過程;其二，入海水沙減少形勢下，造陸運動趨緩、停滯、甚至海岸有蝕退，部分區(qū)域鹽漬化加劇，但這種影響僅限于外圍新造陸地，內(nèi)部核心區(qū)濕地系統(tǒng)仍能正常維持和發(fā)展。因此，近40年來黃河水沙的總體減少趨勢，同現(xiàn)行黃河入?？谔帩竦鼐坝^的持續(xù)發(fā)展形成顯著負(fù)相關(guān)。

同樣值得一提的是，黃河1995年改道清八汊入海形成的新的河口濕地的景觀演變同徑流量和輸沙量的相關(guān)性存在差異，表現(xiàn)為同輸沙量的相關(guān)性顯著，而同徑流量的相關(guān)性則不顯著。這表明，對于河口濕地的發(fā)展而言，輸沙量起到比徑流量更為關(guān)鍵的作用。

圖3　黃河三角洲表面人工化和濕地狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)同各因子相關(guān)性Fig.3Relationships between SWCSI with the landscape evolution driving forces in the Yellow River delta

研究區(qū)景觀演變同區(qū)域降水的相關(guān)性并不顯著(圖3)，原因在于，一方面，研究區(qū)經(jīng)緯度跨度較小，且區(qū)域內(nèi)無較大起伏地形，區(qū)域降水可認(rèn)為是均勻的，不存在降水的嚴(yán)重差異分布;另一方面，研究區(qū)濕地供水更多地依賴于河流和潮溝，而對區(qū)域降水的依賴相對較弱。因此，研究區(qū)景觀演變同降水的相關(guān)性總體上不高。

(2)SWCSI同社會經(jīng)濟因子的相關(guān)性。研究區(qū)SWCSI同社會經(jīng)濟因子顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域明顯多于顯著正相關(guān)的區(qū)域，即隨著社會經(jīng)濟因子的增長，研究區(qū)大部分區(qū)域朝著人工化方向演變。同水產(chǎn)品產(chǎn)量和原鹽產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域往往發(fā)生從自然濕地向蝦蟹田、鹽田等人工濕地的演變(圖3，附圖1);而同GDP顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域更為廣泛(圖3)，不僅涵蓋上述區(qū)域，也同時涵蓋其他由自然濕地向人工濕地或非濕地演變的區(qū)域，且整體顯著性更高。黃河入?？谔幉糠謪^(qū)域景觀演變同社會經(jīng)濟因子呈顯著正相關(guān)，即隨著社會經(jīng)濟因子增長，區(qū)域景觀向濕地化方向演變，但是，這之間似乎并不存在直接的因果聯(lián)系。

上述情況表明，自然因素和人類社會經(jīng)濟活動對黃河三角洲景觀演變的影響存在明顯的空間異質(zhì)性。相比之下，黃河水沙的影響主要集中在入?？诘貐^(qū)，而人類活動的影響范圍更廣泛。這種影響的空間異質(zhì)性主要是由于驅(qū)動力因素本身的空間異質(zhì)性造成的。濕地的發(fā)展主要歸因于自然因素，以黃河水沙作用最為關(guān)鍵;濕地的人工化或退化過程較為復(fù)雜，以人類社會經(jīng)濟活動的強制改造為主導(dǎo)，但是否伴隨黃河水沙變化的潛在影響，對特定區(qū)域而言應(yīng)是確定的，但仍然很難從像元尺度進(jìn)行量化。

5　結(jié)論與討論

5.1結(jié)論

(1)過去40年，黃河三角洲自然濕地面積不斷萎縮，人工濕地增加，濕地總面積減小，黃河三角洲整體上呈現(xiàn)出人工化或濕地退化趨勢。40年間，濕地總面積共計縮小了7.99%，年均減少6.13 km2。自然濕地面積縮小了42.67%，年均減少30.58 km2。與之相反，人工濕地面積年增加24.47 km2，增幅達(dá)490.52%。與此同時，黃河三角洲濕地景觀在過去40年的演變也存在明顯的空間異質(zhì)性:濱海地區(qū)以人工化和濕地退化趨勢為主，黃河入?？诘貐^(qū)以濕地化趨勢為主，中西部和西南部傳統(tǒng)農(nóng)耕區(qū)基本無變化。

(2)黃河三角洲濕地景觀的人工化或濕地退化趨勢是過去40年來黃河水沙減少、人類活動加劇共同作用的結(jié)果。區(qū)域尺度上看，GDP增長和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展等人類社會經(jīng)濟活動對黃河三角洲濕地景觀演變起主導(dǎo)作用。黃河徑流量和輸沙量的作用明顯弱于社會經(jīng)濟因素。像元尺度上看，驅(qū)動因素的空間異質(zhì)性是導(dǎo)致黃河三角洲濕地景觀演變存在空間異質(zhì)性的原因。濕地的發(fā)展主要歸因于自然因素，以黃河水沙作用最為關(guān)鍵;濕地的人工化或退化過程以人類社會經(jīng)濟活動的強制改造為主導(dǎo)，但是否伴隨黃河水沙變化的潛在影響，對特定區(qū)域而言應(yīng)是確定的，但仍然很難從像元尺度進(jìn)行量化。

5.2討論

對黃河三角洲濕地破壞性的開發(fā)利用無疑能夠帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但與此同時也應(yīng)對其帶來的巨大生態(tài)損失有所考量，尤其是需要認(rèn)識到社會經(jīng)濟來源具有廣泛性，而濕地生態(tài)系統(tǒng)則具有特定的環(huán)境依賴性和區(qū)域局限性，因此，要特別注意加強對當(dāng)?shù)貪竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，嚴(yán)格限制人類活動的范圍和程度。同時，也需認(rèn)識到黃河三角洲又具有一定特殊性，即造陸運動持續(xù)進(jìn)行，大片新陸地不斷產(chǎn)生，任其長期撂荒也是一種資源的浪費，并不符合社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，因此，適當(dāng)?shù)亻_發(fā)也是無可厚非的。權(quán)衡之下，最好是能夠“量入為出”，即在保證一定面積的濕地生態(tài)保護(hù)區(qū)的前提下，視造陸情況合理規(guī)劃開發(fā)進(jìn)度和區(qū)域，在動態(tài)變化中求得平衡，最終實現(xiàn)區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏。

文章在充分考慮研究區(qū)景觀演變規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過主客觀相結(jié)合的方法對研究區(qū)景觀進(jìn)行排序賦值，構(gòu)建了表面濕地-人工狀態(tài)指數(shù)(SWCSI)。利用該指數(shù)對研究區(qū)景觀演變趨勢和驅(qū)動力進(jìn)行的研究表明，該指數(shù)對研究區(qū)景觀的濕地化和人工化特點及其演變規(guī)律具有很好的指示作用，這對相關(guān)地區(qū)和相關(guān)領(lǐng)域的研究具有一定的借鑒意義。與此同時，該指數(shù)的構(gòu)建也存在主觀性較強，排序只能反映各景觀類型生態(tài)服務(wù)功能的相對大小，而難以具體反映不用景觀類型生態(tài)服務(wù)功能的定量差異等問題，未來可嘗試使用景觀生態(tài)服務(wù)功能大小來賦值，并在其基礎(chǔ)上開展?jié)竦鼐坝^演變及驅(qū)動力研究。

參考文獻(xiàn)(References):

［1］陳建，王世巖，毛戰(zhàn)坡.1976—2008年黃河三角洲濕地變化的遙感監(jiān)測.地理科學(xué)進(jìn)展，2011，30(5):585-592.

［2］張曉龍，李培英.現(xiàn)代黃河三角洲的海岸侵蝕及其環(huán)境影響.海洋環(huán)境科學(xué)，2008，27(5):475-479.

［3］孫志高，牟曉杰，陳小兵，王玲玲，宋紅麗，姜歡歡.黃河三角洲濕地保護(hù)與恢復(fù)的現(xiàn)狀、問題與建議.濕地科學(xué)，2011，9(2):107-115.

［4］Marco Ottinger，Claudia Kuenzer，Liu G H，Wang S Q，Stefan Dech.Monitoring land cover dynamics in the Yellow River Delta from 1995 to 2010 based on Landsat 5 TM.Applied Geography，2013，44:53-68.

［5］王永麗，于君寶，董洪芳，栗云召，周迪，付玉芹，韓廣軒，毛培利.黃河三角洲濱海濕地的景觀格局空間演變分析.地理科學(xué)，2012，32 (6):717-724.

［6］Wang S Y，Ding C B，Liu J S.Landscape evolution in the Yellow River Basin using satellite remote sensing and GIS during the past decade.International Journal of Remote Sensing，2009，30(21):5573-5591.

［7］Liu G L，Zhang L C，Zhang Q，Zipporah Musyimi，Jiang Q H.Spatio-Temporal Dynamics of Wetland Landscape Patterns Based on Remote Sensing in Yellow River Delta，China.Wetlands，2014，34(4):787-801.

［8］趙銳鋒，姜朋輝，趙海莉，樊潔平.黑河中游濕地景觀破碎化過程及其驅(qū)動力分析.生態(tài)學(xué)報，2013，33(14):4436-4449.

［9］Fan H，Huang H J，Thomas Zeng.Impacts of anthropogenic activity on the recent evolution of the Huanghe(Yellow)River Delta.Journal of Coastal Research，2006，22(4):919-929.

［10］Yu J，F(xiàn)u Y，Li Y，Han G，Wang Y，Zhou D，Sun W，Gao Y，Meixner F X.Effects of water discharge and sediment load on evolution of modern Yellow River Delta，China，over the period from 1976 to 2009.Biogeosciences，2011，8(9):2427-2435.

［11］黃昌碩，陳敏建，豐華麗.來水量變化對黃河三角洲濕地生態(tài)類型的影響.人民黃河，2012，34(11):60-62.

［12］姚長新，袁紅明，孟祥君，李紹全.黃河三角洲濱海濕地?fù)p失和退化的自然因素.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2011，31(1):43-50.

［13］鄧偉，白軍紅，胡金明，李愛農(nóng).黃淮海濕地系統(tǒng)分類體系構(gòu)建.地球科學(xué)進(jìn)展，2010，25(10):1023-1030.

［14］肖篤寧，胡遠(yuǎn)滿，李秀珍.環(huán)渤海三角洲濕地的景觀生態(tài)學(xué)研究.北京:科學(xué)出版社，2001.

［15］栗云召，于君寶，韓廣軒，王雪宏，王永麗，管博.黃河三角洲自然濕地動態(tài)演變及其驅(qū)動因子.生態(tài)學(xué)雜志，2011，30(7):1535-1541.

［16］鄧偉，白軍紅.典型濕地系統(tǒng)格局演變與水生態(tài)過程——以黃淮海地區(qū)為例.北京:科學(xué)出版社，2012:43-44.

［17］陳述彭.地學(xué)信息圖譜探索研究.北京:商務(wù)印書館，2001.

［18］謝高地，魯春霞，冷允法，鄭度，李雙成.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估.自然資源學(xué)報，2003，18(2):189-195.

［19］張洪剛，洪劍明.人工濕地中植物的作用.濕地科學(xué)，2006，4(2):146-54.

［20］孫曉宇，蘇奮振，呂婷婷，仉天宇，吳迪，付敏.黃河三角洲濕地資源時空變化分析.資源科學(xué)，2011，33(12):2277-2284.

［21］李勝男，王根緒，鄧偉，胡遠(yuǎn)滿.水沙變化對黃河三角洲濕地景觀格局演變的影響.水科學(xué)進(jìn)展，2009，20(3):325-331.

Quantitative analysis of the factors driving evolution in the Yellow River Delta Wetland in the past 40 years

HONG Jia1，2，LU Xiaoning1，2，3，*，WANG Lingling1，2
1 Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225，China
2 Open Research Fund Program of Plateau Atmosphere and Environment Key Laboratory of Sichuan Province，Chengdu 610225，China
3 Key Laboratory of Geo-special Information Technology，Ministry of Land and Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China

Abstract:The Yellow River delta is one of the most active regions in the world，where wetlands play a significant role in balancing the regional eco-environment.However，in past decades，it has been subjected to severe disturbance by nature and by humans.Thus，it is critical to figure out what changes have occurred during this period and what could be done in this region now to protect the local wetland system.Therefore，in this study，we took Landsat satellite imagery from 9 years (1973，1979，1985，1992，1995，2000，2005，2010，and 2013)as data sources to build wetland thematic databasesbook=925,ebook=37using the method of visual interpretation.Based on these databases，a Surface Wetland and Construction State Index (SWCSI)was constructed to indicate the state of the land cover.These were combined with Yellow River runoff and sediment data，regional precipitation，local GDP，aquatic product output，and crude salt output.Then，the driving forces and corresponding spatial heterogeneity of wetland variations in the past 40 years in regions of the Yellow River delta were quantitatively analyzed at regional and pixel scales.From this research，we concluded that the area of wetland in the Yellow River Delta declined during the years 1973—2013，accompanied by large-scale conversion of natural wetlands to artificial wetlands and non-wetland.In the past 40 years，the area of natural wetlands decreased by 42.67%(annual reduction of 30.58 km2).In contrast，the area of artificial wetlands increased by 490.52%(annual increase of 24.47 km2).As a result，the total wetland area was reduced by 7.99%(annual reduction of 6.13 km2).The variations of wetland in the Yellow River delta showed high spatial heterogeneities.Wetlands in coastal regions experienced artificial enhancement or wetland degradation，while those in estuarine regions experienced wetland construction and development;however，there were no changes in the western and southwestern traditional farming districts.On the regional scale，GDP was the dominant driving force for wetland variation in the Yellow River Delta.In the past 40 years，intensifying human activities and decreasing Yellow River runoff and sediment made a number of important changes(decreases in natural wetlands，increase in artificial wetlands，and degradation of regional wetlands)more serious.In contrast，a large area of natural wetland was constructed and developed in the estuary of the Yellow River because of the continuous runoff and sediment supply，although there has been an overall decline in these factors during the past 40 years.Therefore，the Yellow River runoff and sediment still played an important role in the evolution of wetlands in the Yellow River Delta，but this role was not very significant because these influences were regionally limited.The influence of regional precipitation on wetland evolution was extremely limited.This was perhaps due to the severe dependence of the regional wetlands on runoff.At the pixel scale，the driving factors of evolution of the Yellow River delta wetlands showed obvious spatial heterogeneity.This was mainly due to the spatial heterogeneity of driving force factors themselves.

Key Words:the Yellow River delta;Wetland;landsat;remote sensing;driving force

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:lxn@cuit.edu.cn

收稿日期:2014-06-04;網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015-07-09

基金項目:高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室開放課題(PAEKL-2014-Y1);國土資源部地學(xué)空間信息技術(shù)重點實驗室開放基金(KLGST2014-8);四川省科技計劃應(yīng)用基礎(chǔ)研究(2014JY0084);國家自然科學(xué)基金項目(41401103)

DOI:10.5846/stxb201406041153