王 浩，任廣波，吳培強(qiáng)，劉愛超，潘良浩，馬云梅,5 ，馬 毅，王錦錦

（1. 山東科技大學(xué)，山東 青島 266590；2. 自然資源部第一海洋研究所，山東 青島 266061；3. 國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東 青島 266061；4. 廣西科學(xué)院廣西紅樹林研究中心，廣西 北海 536000；5. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；6. 上海歐比特航天科技有限公司，上海 200232）

紅樹林自然分布于熱帶和亞熱帶海岸潮間帶，受周期性潮水浸淹，是以紅樹植物為主的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本生物群落，是四大海洋自然生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)[1-3]。紅樹林在防風(fēng)固田、促淤保灘、抵御海嘯和臺(tái)風(fēng)、保護(hù)生物多樣性等方面起著重要的作用，同時(shí)又可以為當(dāng)?shù)鼐用駝?chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，例如食物、工業(yè)、藥用、水產(chǎn)等方面[4-6]。然而，隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，海岸帶區(qū)域成為了人口、經(jīng)濟(jì)、財(cái)富聚集度最高的區(qū)域，有限的自然資源與人類生存空間的矛盾使得大面積的紅樹林生長(zhǎng)區(qū)域被養(yǎng)殖區(qū)、城市、道路和港口取代。了解紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的存續(xù)與否、健康狀況及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)海岸帶可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)及恢復(fù)工作具有重要意義。因此，開展紅樹林的調(diào)查和保護(hù)工作刻不容緩。

紅樹林生長(zhǎng)在地勢(shì)平坦的潮間帶上部，傳統(tǒng)的調(diào)查需要投入大量的人力、物力，且危險(xiǎn)系數(shù)較高。遙感技術(shù)具有大范圍監(jiān)測(cè)、周期短、可持續(xù)、信息量大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，將遙感技術(shù)應(yīng)用到紅樹林的監(jiān)測(cè)中，可以做到全面、快速、動(dòng)態(tài)和精確的紅樹林監(jiān)測(cè)[7]。其中，對(duì)于較大尺度的紅樹林監(jiān)測(cè)，常用Landsat MSS / TM / ETM+、SPOT1-4、GF-1 WFV 等中等空間分辨率影像[8-9]。目前，已有大量學(xué)者做過中國(guó)紅樹林遙感監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究，經(jīng)分析，大致分為3 種情況。第一，對(duì)于單獨(dú)省區(qū)的研究，李春干、王胤、張黨玉、吳培強(qiáng)等[10-13]分別對(duì)廣西、福建、海南、廣東4個(gè)紅樹林分布較多的省區(qū)進(jìn)行空間分布和驅(qū)動(dòng)力因子研究。第二，對(duì)于多個(gè)省份的研究，何玉花等[14]利用重心模型方法針對(duì)1990—2015 年廣東、廣西、海南、福建四省區(qū)紅樹林的重心遷移特征及共性關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)分析；李曉俞等[15]統(tǒng)計(jì)了1990—2015 年廣東、廣西、海南、福建4 省份的紅樹林面積并應(yīng)用景觀格局指數(shù)進(jìn)行了景觀分布特征分析。第三，對(duì)于全國(guó)紅樹林的研究，吳培強(qiáng)、賈明明等[16-17]分別對(duì)我國(guó)紅樹林面積和分布進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析研究。上述研究在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源、時(shí)間、區(qū)域和方法上存在差異（表1），造成紅樹林面積調(diào)查結(jié)果有較大差異。相對(duì)于其他研究，本文以影像資料完整的1990 年為起點(diǎn)，對(duì)浙江、福建、廣東、廣西、海南、臺(tái)灣、香港和澳門的紅樹林進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，精確提取到了2019 年，并從全國(guó)和省區(qū)尺度分別進(jìn)行了分析。以往研究多通過目視解譯或計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯進(jìn)行紅樹林的信息提取。為了提高紅樹林提取的準(zhǔn)確性，本研究在利用鹽沼植物的物候特征區(qū)分紅樹林和鹽沼植物的基礎(chǔ)上，利用對(duì)紅樹林有較好提取精度的SVM分類和高精度的目視解譯進(jìn)行紅樹林信息提取。隨著對(duì)海岸帶利用和保護(hù)的重視，更加需要從全國(guó)和省區(qū)尺度進(jìn)行實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)，同時(shí)基于全國(guó)和省區(qū)角度的質(zhì)心和景觀生態(tài)學(xué)分析更有助于對(duì)紅樹林的時(shí)空變化和健康狀況做出正確評(píng)估。

表1 紅樹林面積監(jiān)測(cè)匯總表

因此，本研究擬使用1990 年、2000 年和2010 年3 個(gè)時(shí)期Landsat TM 以及2019 年Landsat OLI 和GF-1 WFV 衛(wèi)星遙感影像，利用SVM 分類和目視解譯結(jié)合的方法開展中國(guó)紅樹林信息提取，基于動(dòng)態(tài)度模型、質(zhì)心模型、景觀格局指數(shù)分析近30 年紅樹林的時(shí)空分布及景觀特征，以期為我國(guó)開展紅樹林保護(hù)和管理提供數(shù)據(jù)支持。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)域概況

我國(guó)紅樹林分布的最北端為浙江省樂清灣[16]，因 此 本 文 研 究 區(qū) 域 為18°12′ ～28°25′ N，108°03′～122°00′ E（圖1），包括浙江省、福建省、廣東省、廣西壯族自治區(qū)、海南省、臺(tái)灣省、香港特別行政區(qū)和澳門特別行政區(qū)8 個(gè)省區(qū)。研究區(qū)為溫暖濕潤(rùn)的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候和熱帶季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季溫暖潮濕，年平均氣溫21 ～25°C，年均降雨量1 500 ～2 000 mm[24]，溫暖濕潤(rùn)的氣候?yàn)榉植加跒┩?、河口、港灣處的紅樹林創(chuàng)造了良好的生長(zhǎng)條件。目前，中國(guó)共有紅樹林保護(hù)區(qū)36 個(gè)，包括國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)7個(gè)，省級(jí)自然保護(hù)區(qū)6 個(gè)，地方自然保護(hù)區(qū)23個(gè)。紅樹林保護(hù)區(qū)分布位置引自我國(guó)生態(tài)環(huán)境部公布的全國(guó)自然保護(hù)區(qū)名錄（http://www.gov.cn/guoqing/2019-04/09/content_5380702.htm）和文獻(xiàn)中紅樹林保護(hù)區(qū)分布位置[19]。

圖1 研究區(qū)范圍示意圖

1.2 數(shù)據(jù)源

1.2.1 遙感數(shù)據(jù) 本研究使用1990 年Landsat TM、2000 年Landsat TM、2010 年Landsat TM、2019年Landsat OLI 和GF-1 WFV 數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源，共138 景影像，分辨率分別為30 m、30 m 和16 m。其中，2019 年Landsat OLI 作為對(duì)GF-1 WFV 數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。影像具體信息見表2。

表2 遙感影像數(shù)據(jù)

紅樹林分布于潮間帶上部，受周期性潮水浸淹，為保障紅樹林信息提取的準(zhǔn)確性，應(yīng)選擇低潮位、云覆蓋少的衛(wèi)星遙感影像，避免由于潮水淹沒和云層遮擋所造成的漏分現(xiàn)象。由于紅樹林和互花米草等鹽沼植被共生，光譜相近，難以區(qū)分，嚴(yán)重影響了紅樹林提取精度。而以互花米草為代表的鹽沼植被受物候影響，冬季時(shí)植株枯萎，葉片枯黃，葉綠素含量降低，此時(shí)光譜在紅光波段的強(qiáng)吸收作用減弱，波谷特征不明顯且反射率變大，這與作為常綠植物的紅樹林在光譜上差別較大，所以可以利用季節(jié)差異將兩者區(qū)分開[25]。由圖2-a 和圖2-b 可知，紅樹林和互花米草在2 月和9 月影像上色調(diào)差異較大。因此，本文所使用遙感影像獲取時(shí)間多選取冬季（11 月、12 月、1 月、2月最佳）。紅樹林的樹高或胸徑生長(zhǎng)速度較慢[26]，因此部分當(dāng)年未獲得滿足要求的區(qū)域，將影像獲取時(shí)間放寬到前后不超過兩年。

圖2 紅樹、鹽沼植物季節(jié)性差異對(duì)比圖

1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù) 2012 年在福建省九龍江口沿岸；2018 和2019 年分別在廣東省湛江市、珠海市和廣西壯族自治區(qū)沿岸，開展了多次紅樹林現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)站位84 個(gè)，獲取了紅樹林地理位置、種類、光譜和生長(zhǎng)參數(shù)等數(shù)據(jù)，站位點(diǎn)分布如圖3所示。其中，2019 年在廣西紅樹林現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中利用“御”Mavic2 專業(yè)版大疆無(wú)人機(jī)在北海市、防城港市等區(qū)域共拍攝照片4 022 張，根據(jù)無(wú)人機(jī)照片得到了234 個(gè)紅樹林點(diǎn)位和287 個(gè)非紅樹林點(diǎn)位。其中，非紅樹林樣點(diǎn)多為紅樹林邊界處裸灘、鹽沼植物和水體。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查紅樹林站位分布圖

1.3 研究方法

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 本文利用ENVI 5.3 軟件中的輻射定標(biāo)工具和FLAASH 大氣校正模型對(duì)多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正，以2019 年的Landsat OLI 數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)對(duì)其他年份遙感影像進(jìn)行地理配準(zhǔn)，配準(zhǔn)中誤差小于1 個(gè)像元。

1.3.2 紅樹林信息提取方法 為了減少與紅樹林光譜和紋理特征相似的沿岸陸生植物對(duì)紅樹林提取信息的影響，基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，提取了2019 年份紅樹林與陸地植被的邊界并對(duì)陸地植物區(qū)域進(jìn)行了掩膜。對(duì)掩膜處理后的影像使用支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）分類方法進(jìn)行監(jiān)督分類。SVM 方法在小樣本學(xué)習(xí)、抗噪聲性能、學(xué)習(xí)效率方面均優(yōu)于傳統(tǒng)分類方法，同時(shí)能通過核方法解決因高特征維度帶來的線性不可分問題，已廣泛應(yīng)用于紅樹林遙感監(jiān)測(cè)[27]。本研究所用SVM 分類選用徑向基核函數(shù)，懲罰參數(shù)設(shè)置為100。

通過SVM 分類方法提取2019 年紅樹林分布信息。參考現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)和谷歌地球（Google Earth）提供的高分辨率遙感圖像，對(duì)2019 年紅樹林分布結(jié)果進(jìn)行修正?；?019 年紅樹林矢量層，對(duì)比其他年份的衛(wèi)星影像，對(duì)新增、消失、面積增加和衰減的紅樹林斑塊進(jìn)行修編，得到1990 年、2000 年和2010 年三期紅樹林分布信息。

1.3.3 信息提取結(jié)果驗(yàn)證 1990 年、2000 年和2010 年紅樹林的提取信息是在2019 年紅樹林提取信息的基礎(chǔ)上經(jīng)過目視解譯得到，紅樹林解譯的原則和方法相同。本文基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)使用誤差矩陣法對(duì)2019 年紅樹林提取結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，以評(píng)價(jià)本文的紅樹林信息提取精度。

1.3.4 質(zhì)心模型 質(zhì)心模型能夠反映紅樹林的空間變化情況，紅樹林質(zhì)心位置的變化可以表征空間上的分布情況，移動(dòng)距離可以反映出增加或減少的紅樹林在空間上與原來分布的接近程度。比較紅樹林質(zhì)心在不同時(shí)期的位置情況，可以得到紅樹林空間變化的規(guī)律和趨勢(shì)，進(jìn)而推斷出紅樹林健康狀況[28]。紅樹林面積的加權(quán)質(zhì)心模型計(jì)算公式為：

式中：Xt和Yt分別表示第t 年紅樹林斑塊質(zhì)心的經(jīng)度和緯度坐標(biāo)；Cti表示第t 年第i 個(gè)紅樹林斑塊的面積；Xi和Yi分別表示第i 個(gè)斑塊的經(jīng)度和緯度坐標(biāo)；n 表示斑塊個(gè)數(shù)。

1.3.5 動(dòng)態(tài)度模型 動(dòng)態(tài)度指標(biāo)可以定量的表征紅樹林變化的速度，可用于比較分析紅樹林變化的差異及預(yù)測(cè)未來紅樹林的變化趨勢(shì)[29]，公式如下：

式中：K 指某一時(shí)間段范圍內(nèi)紅樹林動(dòng)態(tài)度；Ub和Ua分別代表該時(shí)間段初期和末期紅樹林面積；T 為研究時(shí)長(zhǎng)。

1.3.6 景觀格局指數(shù) 景觀格局指數(shù)可高度濃縮景觀格局信息，進(jìn)而用于定量分析景觀結(jié)構(gòu)組成及空間配置特征，是景觀生態(tài)學(xué)中研究景觀格局變化信息、景觀格局與景觀過程變化規(guī)律的常用方法[24]。本文選取斑塊面積（Class Area，CA）、斑塊數(shù)（Number of Patches，NP）、斑塊密度（Patch Density，PD）、 最 大 斑 塊 指 數(shù)（Largest Patch Index，LPI）、平均斑塊面積（Mean Patch Area，MPA）、形狀指數(shù)（Landscape Shape Index，LSI）和聚合度指數(shù)（Aggregation Index，AI）7 個(gè)指數(shù)，定量分析了紅樹林破碎化程度和聚散程度的變化，以便于了解紅樹林健康狀態(tài)以及自然和人為因素對(duì)紅樹林的健康狀況的影響。其中，CA 的變化可以最直觀地判斷紅樹林的增減情況。綜合分析NP,PD, AREAMN3 個(gè)數(shù)值的大小變化，可以推斷出紅樹林的破碎化程度，進(jìn)而對(duì)紅樹林健康狀況做出評(píng)估。LPI 可以反映最大片紅樹林斑塊的擴(kuò)張或碎化現(xiàn)象，反映核心區(qū)紅樹林的健康狀況。LSI 可以判斷斑塊的形狀變化，在一定程度上反映紅樹林抵抗外部干擾的能力。AI 可以反映紅樹林斑塊內(nèi)部的連通性及聚散程度。景觀格局指數(shù)的公式描述和生態(tài)含義見表3。

表3 景觀格局指數(shù)及其生態(tài)含義

2 結(jié)果與分析

2.1 分類精度驗(yàn)證

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)中選取了139 個(gè)紅樹林樣點(diǎn)和287 個(gè)非紅樹林樣點(diǎn)作為驗(yàn)證點(diǎn)，對(duì)2019 年中國(guó)紅樹林分類結(jié)果建立誤差矩陣評(píng)價(jià)紅樹林提取精度，誤差矩陣見表4。分類結(jié)果總體精度達(dá)93%，Kappa系數(shù)0.84，紅樹林提取精度較高。

表4 2019 年中國(guó)紅樹林分類結(jié)果評(píng)價(jià)誤差矩陣表

2.2 近30 年中國(guó)紅樹林面積和時(shí)空變化特征

由圖4 可知，紅樹林在海南、廣東和廣西3省區(qū)的分布集中。由圖5-a 紅樹林分布面積變化分析可知，1990 年、2000 年、2010 年和2019年的中國(guó)紅樹林分布面積分別為15 505.2 hm2、16 439.8 hm2、18 718.9 hm2、21 612.9 hm2，從1990年到2019年增加6 107.7 hm2，呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)。由圖5-b紅樹林動(dòng)態(tài)度變化可知，1990—2019年間，中國(guó)紅樹林動(dòng)態(tài)度為1.36%，其中，1990—2000年中國(guó)紅樹林動(dòng)態(tài)度低于1990—2019 年，主要由于澳門、浙江、福建、海南、廣東5 省區(qū)紅樹林面積減少。2000—2010 年和2010—2019 年兩個(gè)時(shí)期中國(guó)紅樹林動(dòng)態(tài)度均高于1990—2019 年?？梢?，自2000 年開始，對(duì)我國(guó)紅樹林的保護(hù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于破壞，其中2010—2019 年中國(guó)紅樹林動(dòng)態(tài)度最高，為1.72%，高于前兩個(gè)時(shí)段的0.6%和1.38%。從圖6 可以看出，全國(guó)紅樹林景觀質(zhì)心始終位于廣東湛江附近，但1990—2019 年，全國(guó)紅樹林質(zhì)心向東北方向有小幅度移動(dòng)。結(jié)合紅樹林分布位置、面積分析可知，導(dǎo)致向北偏移原因是海南省紅樹林增長(zhǎng)緩慢，廣東省雷州半島范圍紅樹林面積減少，以及廣西、福建等地紅樹林面積增加；向東偏移的原因是廣東東部、福建、香港和臺(tái)灣等地紅樹林面積增加。質(zhì)心北移表明，隨著全球氣溫的升高，浙江、福建區(qū)域越來越適宜紅樹林生長(zhǎng)，同時(shí)在浙江、福建的人工引種成果顯著。總體來看，近30 年以來，由于人們保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和政府保護(hù)力度的增大，中國(guó)紅樹林得到了較好的恢復(fù)且紅樹林質(zhì)心向東北方向移動(dòng)。

結(jié)合動(dòng)態(tài)度模型、質(zhì)心模型和面積變化可知，不同省區(qū)紅樹林面積、空間分布變化有較大差異。廣東紅樹林面積呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，由于人類的開發(fā)活動(dòng)和零星分布紅樹林大量死亡導(dǎo)致從1990 年到2000 年共有580.2 hm2紅樹林消失，但從2000 年到2010 年紅樹林顯著增加，共增加1 059.3 hm2，動(dòng)態(tài)度為1.45%，主要增加區(qū)域?yàn)檎拷邩?、水東港、鎮(zhèn)海灣、淇澳島等區(qū)域。從質(zhì)心模型看，其分布范圍在30 年內(nèi)有較大變化，主要原因是雷州半島紅樹林碎化現(xiàn)象嚴(yán)重以及湛江往東范圍紅樹林大面積增加。廣西紅樹林面積增加最為顯著，共增加5 096.7 hm2，其動(dòng)態(tài)度最高，為7.71%，其質(zhì)心位置變化不大，整個(gè)廣西的紅樹林保護(hù)和恢復(fù)工作成果顯著，照此下去，未來幾年可能會(huì)成為我國(guó)紅樹林面積最多的省份。香港、臺(tái)灣兩地紅樹林近30 年由于得到當(dāng)?shù)剌^好保護(hù)，面積穩(wěn)步增加且分布較為穩(wěn)定，從香港紅樹林的質(zhì)心遷移變化可以明顯看出紅樹林有向海擴(kuò)散的趨勢(shì)。1990—2019年海南紅樹林動(dòng)態(tài)度為-0.56%，海南紅樹林面積近30 年呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，從1990 年到2010年共減少紅樹林面積1 176.9 hm2 ,此20 年中前10年減小的面積就達(dá)到了991.2 hm2，主要減小的區(qū)域?yàn)榍鍨懜酆托掠?。?010 年到2019 年，海南紅樹林面積開始緩慢增長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)度為1.5%，但到2019 年尚未恢復(fù)到1990 年紅樹林面積，其質(zhì)心近30 年變化劇烈。雖然海南紅樹林面積自2010 年開始緩慢增長(zhǎng)，但仍需當(dāng)?shù)卣訌?qiáng)紅樹林的管理和保護(hù)工作。福建省紅樹林主要分布于漳州市的漳江口紅樹林保護(hù)區(qū)、龍海九龍江口紅樹林保護(hù)區(qū)和泉州市的泉州灣河口濕地，近30 年呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，1990—2000 年零星分布紅樹林死亡導(dǎo)致紅樹林面積減少，隨著紅樹林保護(hù)區(qū)的建設(shè)，福建紅樹林面積由2000 年的302 hm2增加到2019 年的832.8 hm2，共增加530.8 hm2，增長(zhǎng)位置集中在保護(hù)區(qū)內(nèi)，其近30 年質(zhì)心移動(dòng)與3 個(gè)保護(hù)區(qū)面積的增減程度密切相關(guān)。澳門紅樹林面積較小，且由于填海造陸紅樹林分布變化劇烈，在本研究中未能在2000 年衛(wèi)星影像中監(jiān)測(cè)到紅樹林。浙江省紅樹林多為人工引種，其面積變化和質(zhì)心遷移受引種影響較大，不具有明顯規(guī)律性。

圖4 2019 年全國(guó)紅樹林分布位置示意圖

圖5 中國(guó)紅樹林面積及動(dòng)態(tài)度變化圖

圖6 1990—2019 年全國(guó)及各省區(qū)紅樹林景觀質(zhì)心變化圖

2.3 近30 年中國(guó)紅樹林景觀分布特征

由圖7 中1990—2019 年紅樹林景觀格局指數(shù)變化，可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)紅樹林景觀分布特征有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）1990—2019 年，紅樹林斑塊密度逐年增加，平均斑塊面積逐年變小，紅樹林斑塊數(shù)顯著增加，整體來看我國(guó)紅樹林景觀格局趨于破碎化，導(dǎo)致破碎化的原因有物種入侵、填海造地等多種因素，紅樹林的健康受到威脅。其中，香港、海南和廣東三省區(qū)的紅樹林平均斑塊面積高于其他省份、斑塊密度略小于其他省份，紅樹林相對(duì)于其他省區(qū)整體性較好。

（2）近30 年來，我國(guó)紅樹林最大斑塊指數(shù)逐年減小，有較大紅樹林斑塊出現(xiàn)萎縮、碎片化現(xiàn)象，根據(jù)紅樹林提取信息發(fā)現(xiàn)湛江紅樹林保護(hù)區(qū)核心區(qū)碎化最為嚴(yán)重。香港和海南保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林受到當(dāng)?shù)剌^好的保護(hù)，紅樹林斑塊較為穩(wěn)定且存在擴(kuò)張現(xiàn)象并形成較大的紅樹林斑塊。

（3）近30 年來，我國(guó)紅樹林斑塊形狀指數(shù)逐年增大，斑塊形狀呈現(xiàn)極其明顯的不規(guī)則化趨勢(shì)。其中，廣東紅樹林斑塊形狀復(fù)雜程度最高且相對(duì)穩(wěn)定。廣西紅樹林斑塊隨著時(shí)間斑塊形狀越來越復(fù)雜。海南紅樹林斑塊從1990 年到2010 年形狀復(fù)雜程度變低，但從2010 年到2019 年開始趨向于不規(guī)則方向發(fā)展。廣東、廣西、海南3 個(gè)紅樹林主要分布的省份的紅樹林形狀復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他省份，紅樹林抗外部干擾的能力較強(qiáng)。浙江省、澳門特別行政區(qū)的紅樹林斑塊形狀過于簡(jiǎn)單，兩省區(qū)紅樹林極易受外部因素影響而造成破壞。

（4）研究期間，我國(guó)紅樹林整體聚合度雖然穩(wěn)定在70%以上，但是有減小的趨勢(shì)。隨著保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，紅樹林人工種植和自然擴(kuò)散的范圍逐漸擴(kuò)大，紅樹林整體性下降，內(nèi)部連通性降低。福建省和香港特別行政區(qū)紅樹林斑塊隨著時(shí)間變化，聚合度增加；海南和臺(tái)灣兩省區(qū)的紅樹林斑塊從1990 年到2019 年總體相對(duì)穩(wěn)定；廣東省2019 年聚合度指數(shù)相對(duì)于前三期變化較大，從2010 年到2019 年聚合度明顯降低。

圖7 1990—2019 年中國(guó)及各省區(qū)紅樹林景觀格局指數(shù)變化圖

2.4 人類活動(dòng)對(duì)紅樹林分布變化的影響分析

興建養(yǎng)殖池塘、填海造陸等不合理的開發(fā)行為是造成紅樹林大量消亡的主要原因。資料顯示，海南島自20 世紀(jì)90 年代大力發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖以來，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積由1990 年的21.28 km2增加到2018年的289.82 km2，變化區(qū)域主要分布于海南島東北部的文昌市以及東南沿海一帶[22]，對(duì)比1990 年和2019 年衛(wèi)星遙感影像，可以發(fā)現(xiàn)海南清瀾港文教河口處大約有99.87 hm2紅樹林變成養(yǎng)殖池塘，圖8-a 和圖8-b 中橢圓形區(qū)域變化最為顯著。隨著海岸帶經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)沿海地區(qū)人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值已接近高收入國(guó)家水平，沿海地區(qū)國(guó)土開發(fā)強(qiáng)度高于全國(guó)平均水平。為了應(yīng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的土地需求問題，圍墾成為了海岸帶地區(qū)解決此類問題普遍采用的手段和方法，但這不可避免地對(duì)沿岸自然生長(zhǎng)紅樹林造成了破壞[30]。部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密、產(chǎn)業(yè)云集的沿海城市，在城市規(guī)劃過程中把適合紅樹林生長(zhǎng)的灘涂列入填海造陸規(guī)劃中，造成了當(dāng)?shù)丶t樹林死亡，例如圖8-c和圖8-d 黑色方框區(qū)域顯示廣東深圳市大鏟灣由于填海造地有101.1 hm2紅樹林消亡。圖8-e 中澳門凼仔區(qū)25.2 hm2紅樹林在圖8-f 中已全部變?yōu)榻ㄖ?/p>

圖8 人類活動(dòng)對(duì)紅樹林的影響

為了更好地保護(hù)紅樹林，目前應(yīng)多通過宣傳提高民眾紅樹林保護(hù)意識(shí)、頒布紅樹林保護(hù)規(guī)定和條例、并建立紅樹林保護(hù)區(qū)。習(xí)主席在廣西調(diào)研期間提出“尊重科學(xué)，落實(shí)責(zé)任，把紅樹林濕地保護(hù)好”。2020 年6 月8 日為“世界海洋日”，其主題為“保護(hù)紅樹林，保護(hù)海洋生態(tài)”，這均起到了宣傳保護(hù)紅樹林的作用。目前已有部分省份頒布了保護(hù)紅樹林的相關(guān)規(guī)定，例如《海南省紅樹林保護(hù)規(guī)定》、《廣西壯族自治區(qū)紅樹林資源保護(hù)條例》以及各紅樹林保護(hù)區(qū)制定的保護(hù)區(qū)管理辦法，但仍然需要國(guó)家相關(guān)部門盡快落實(shí)關(guān)于紅樹林保護(hù)工作的法律條文，以形成一套完整的保護(hù)紅樹林的法律法規(guī)體系。我國(guó)自20 世紀(jì)90年代開始集中大量設(shè)立紅樹林保護(hù)區(qū)。目前，我國(guó)共有紅樹林保護(hù)區(qū)36 個(gè)，其中有11 個(gè)是90 年代以前建立，1990—2000 年間共建立保護(hù)區(qū)13 個(gè)，除茅尾海保護(hù)區(qū)外，其他國(guó)家級(jí)和省級(jí)保護(hù)區(qū)均成立于2000 年以前。由圖9 可知，2019 年紅樹林保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林面積為13 968.4 hm2，約占全國(guó)總面積的64.63%，可見紅樹林保護(hù)區(qū)的建立對(duì)紅樹林保護(hù)起主導(dǎo)作用。其中，1990—2000 年間，我國(guó)紅樹林保護(hù)區(qū)建立最多，保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林面積大量增加，占比也隨之增加。從2000 年開始，省級(jí)占比逐年增加，國(guó)家級(jí)、兩者之和占比均有下降趨勢(shì)，可見國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)保護(hù)力度逐漸滿載，省級(jí)保護(hù)區(qū)成為紅樹林面積增加新的活力點(diǎn)。圖10 中廣西茅尾海和廣東省琪澳島兩個(gè)省級(jí)保護(hù)區(qū)分別在1989 年和2005 年成立，在設(shè)立后紅樹林面積顯著增加。圖10 中香港米埔紅樹林自然保護(hù)區(qū)在1990 年已經(jīng)初具規(guī)模，紅樹林雖逐年增長(zhǎng)，但受生長(zhǎng)空間范圍限制增長(zhǎng)速度較慢。

圖9 紅樹林保護(hù)區(qū)面積占比變化圖

圖10 設(shè)立保護(hù)區(qū)對(duì)紅樹林的影響

3 結(jié) 論

利用1990 年、2000 年、2010 年和2019 年4期冬春季的遙感圖像分類提取了至2019 年的紅樹林分布，并開展了基于動(dòng)態(tài)度、質(zhì)心和景觀格局指數(shù)的時(shí)空分析，得到結(jié)論如下：

（1）1990 年中國(guó)紅樹林面積為15 505.18 hm2，到2019 年共增加紅樹林面積6 107.68 hm2，近30年中國(guó)紅樹林分布面積總體呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)，全國(guó)紅樹林的質(zhì)心位置向東北方向偏移。其中，2010—2019 年中國(guó)紅樹林動(dòng)態(tài)度最高，為1.72%，紅樹林面積增長(zhǎng)速度最快。分析不同省份發(fā)現(xiàn)，廣西紅樹林面積增加最為顯著，未來幾年可能會(huì)成為我國(guó)紅樹林面積最多的省份。從香港紅樹林的質(zhì)心遷移規(guī)律發(fā)現(xiàn)紅樹林有向海擴(kuò)張的趨勢(shì)。

（2）近30 年以來，我國(guó)紅樹林受自然和人為因素影響趨于破碎化，紅樹林斑塊形狀越來越復(fù)雜且內(nèi)部連通性降低。分析不同省區(qū)發(fā)現(xiàn)不同省區(qū)紅樹林景觀特征有較大差異。

（3）填海造地、興建養(yǎng)殖池塘等不合理的開發(fā)活動(dòng)導(dǎo)致我國(guó)紅樹林遭受破壞，而興建保護(hù)區(qū)則起到了保護(hù)紅樹林的作用。近30 年來，保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林面積逐年增加，但國(guó)家級(jí)和省級(jí)保護(hù)區(qū)對(duì)紅樹林的保護(hù)力度隨時(shí)間出現(xiàn)差異。1990—2000 年我國(guó)大量建立紅樹林保護(hù)區(qū)，國(guó)家級(jí)和省級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林面積均增加顯著，但從2000 年開始保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林面積雖仍然穩(wěn)步增加，但省級(jí)保護(hù)區(qū)對(duì)紅樹林增長(zhǎng)的促進(jìn)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)。