1990—2015年扎龙湿地的景观变化图谱.pdf
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1、19902015 年扎龙湿地的景观变化图谱赵丹丹,万代吉,王一男,刘吉平(吉林师范大学 地理科学与旅游学院,吉林 四平 136000)摘要:基于 GIS 和 RS 技术,采用动态度、湿地动态变化图谱和质心转移的方法,对 19902015 年扎龙湿地景观的时空动态变化进行分析.结果表明:淤 扎龙湿地以沼泽湿地为主,占比约为 92%;于 19902015 年研究区沼泽湿地和水体的面积均有所增加,水体面积的变化幅度大于沼泽湿地面积的变化幅度,沼泽湿地的质心向西南方向移动,而水体的质心则先向西北后向东北转移;盂 扎龙湿地面积增加主要受气候变化和人类活动影响.关键词:扎龙湿地;景观图谱;沼泽湿地;水体;
2、动态度中图分类号:K903文献标志码:A文章编号:1671-1114(2023)05-0038-06收稿日期:2022-06-15基金项目:吉林省科技厅项目(YDZJ202201ZYTS474);国家重点研发计划资助项目(2022YFF1300900);吉林师范大学博士科启项目(吉师博2019015 号).第一作者:赵丹丹(1991),女,讲师,主要从事湿地生态学方面的研究.通信作者:刘吉平(1972),男,教授,主要从事湿地生态学方面的研究.E-mail:.Landscape change atlas of Zhalong wetland from 1990 to 2015ZHAO Dand
3、an,WAN Daiji,WANG Yinan,LIU Jiping(College of Geoscience and Tourism,Jilin Normal University,Siping 136000,Jilin Province,China)Abstract:Dynamic degree,wetland atlas,centroid transfer and normalization of ellipses were adopted to analyze the temporaland spatial dynamic changes of Zhalong wetland fro
4、m 1990 to 2015 based on GIS and RS technology.The results showed that:淤 The marsh wetland was considered to be the main distribution in Zhalong wetland,accounting for about 92%.于 The area ofboththemarshwetlandandthewaterbodyincreasedsomewhatinthestudyareafrom1990to2015;thechangerangeofthewaterbodyar
5、eawasgreaterthanthatofthemarshwetland;the centerofthemarshwetlandmovedto the southwest,whilethecenterofthe water body shifted to the northwest and then to the northeast.盂 Climate change and human activities were considered to bethemainfactorsforthe increaseofarea inZhalongwetland.Keywords:Zhalong we
6、tland;landscape atlas;marsh wetlands;water body;dynamicdegree第 43 卷第 5 期2023 年 9 月天 津 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)Journal of Tianjin Normal University(Natural Science Edition)Vol.43 No.5Sep.2023doi:10.19638/j.issn1671-1114.20230506湿地是陆地生态系统与水生生态系统之间的过渡地带,具有保护生物多样性、调节径流和改善水质等功能,土壤浸水的特定环境使其拥有许多具有湿地特色的植物1.全球
7、内陆湿地面积自 1700 年以来已减少 340 万 km2,湿地受损将导致碳汇能力、蓄水、生物多样性及土壤保持等多种服务功能退化2-3,湿地结构-功能受损势必引发寒温带生态环境问题,危及区域生态安全和经济社会的可持续发展4.目前我国不同区域的湿地均产生退化现象,扎龙湿地表现较为明显,已受到广泛关注.研究学者对扎龙湿地进行了一系列相关研究,例如宫兆宁等5利用 NDVI 数据分析扎龙湿地下垫面物候特征,通过研究扎龙湿地蒸散发量及生态蓄水量提出合理补水方案,为湿地保护提供了有效支撑;杨明悦6对光学影像 Landsat8 OLI 和雷达影像 Sentinel-1 进行融合分类,提取扎龙湿地分布图以探究
8、湿地的动态变化;李伟琳7从扎龙湿地景观变化的视角评价湿地生态功能区,为湿地生态系统修复及优化提供依据;韦月玲8从形态学角度对扎龙湿地的景观变化及连通性进行分析,为湿地景观格局优化提供思路.除此之外,研究人员还对湿地变化的驱动机制进行了相关研究,杨钦等9研究发现人均 GDP、第一产业值及城镇人口数量是导致扎龙湿地景观格局变化的主导因素;孙砳石等10对 19032017 年扎龙湿地景观破碎化过程的驱动力进行研究,发现降水量周期变化是湿地景观破碎化过程的主导因子;佟守正等11对 19862002 年第 43 卷第 5 期扎龙湿地生态系统变化进行分析,发现高强度的人类活动加剧了湿地破碎化程度.现有研究
9、主要针对扎龙湿地整个区域的湿地景观变化及驱动机制,并未对其进行分区研究.本研究基于 19902015 年扎龙湿地的相关数据,采用动态度、湿地图谱及质心转移的方法,分区研究扎龙湿地景观图谱变化,以期为扎龙湿地可持续发展提供理论基础.1研究区概况研究区为位于黑龙江省西部、齐齐哈尔东南部松嫩平原、乌裕尔河下游湖沼地带的扎龙湿地(46毅48忆N47毅31.5忆N,123毅51.5忆E124毅37.5忆E),地处乌裕尔河和双阳河下游,面积约 2 100 km2,南北长 65 km,东西宽37 km,是全国最大的以鹤类等大型水禽为主的国家级珍稀鸟类自然保护区12.扎龙湿地属温带大陆性季风气候,年平均气温为
10、 24益,多年平均降水量为 426mm,降水主要集中在 79 月份,占总降水量的 70%以上1.2数据来源与研究方法2.1数据来源本研究的湿地数据主要来源于 Landsat TM 遥感影像,影像来源于地理空间数据云(https:/ eCognition9.0 软件分类提取湿地数据(主要是沼泽湿地和水体),结合野外调查及 Google earth 验证,提取精度为 85%以上,可以基本满足本研究需求.基于 GIS 和 RS 技术,采用动态度、湿地动态变化图谱和质心转移模型的方法进行数据处理.2.2研究方法2.2.1动态度以 3 期遥感数据为基础,解译得到 1990 年、2000年和 2015 年
11、扎龙湿地实验区、缓冲区、核心区以及整个保护区的水体和沼泽湿地面积.利用公式计算动态度,分析扎龙湿地面积的动态变化.动态度是研究土地利用变化的重要模型,为分析扎龙湿地面积变化,本研究引入动态度公式,计算扎龙湿地实验区、缓冲区、核心区以及整个保护区沼泽湿地和水体面积的动态度,分析湿地面积随时间变化的特点13-14.计算公式为LC=Ub-UaUat伊 100%(1)式(1)中:Ua和 Ub分别代表研究初期与研究末期的湿地面积,km2;t 为研究时间,a.LC 跃 0 表示研究期间湿地面积增加;LC 约 0 表示研究期间湿地面积减少.LC的绝对值越大表示面积变化幅度越大.2.2.2湿地动态变化图谱利用
12、 ArcMap10.2 软件的空间分析功能,得到1990 年、2000 年和 2015 年 3 期扎龙湿地空间分布图,再运用ArcMap10.2 中的 clip 和 overlay 功能,对3个时期的湿地分布状况进行处理与分析,得到19902015 年扎龙湿地面积的动态变化图谱.2.2.3质心转移和标准化椭圆从空间格局的角度分析地理事物的变化特征是质心转移的重要特点,通过标准化椭圆的分布状况、面积、长轴方向和形状可以判断地理事物分布的中心性、聚集性、主体方向和形态,揭示湿地在空间上的变化轨迹15.利用 ArcMap10.2 软件,得到19902015 年扎龙湿地水体和沼泽湿地的质心转移和标准化
13、椭圆图,分析 19902015 年扎龙湿地的空间格局变化特征.3结果与分析3.1扎龙湿地面积的动态变化运用 ArcGIS10.2 软件导出属性表,借助 Excel 的统计分析功能,分别计算 19902015 年研究区内实验区、缓冲区、核心区以及整个保护区水体和沼泽湿地的面积,依据公式(1)计算出扎龙湿地各区域水体和沼泽湿地的动态度,结果如表 1 所示.由表 1 可以看出,19902015 年扎龙湿地各区水体和沼泽湿地的变化存在差异.研究期间沼泽湿地和水体面积均有所增加,其中水体面积变化幅度比沼泽湿地面积变化幅度大,这与袁力等16的研究结果基本一致.沃晓棠等1的研究结果表明,扎龙湿地不同类型景观
14、的面积在 19792010 年间呈增加趋势,本研究中同样呈现一定的增加趋势,虽研究时间序列存在差异,但其变化趋势基本一致.19902000 年扎龙湿地水体面积的动态度约为-0.86%,19902015 年沼泽湿地和水体面积的动态度表 119902015 年扎龙湿地动态度Tab.1Dynamic degree of Zhalong wetland from1990 to 2015%年份类型实验区缓冲区核心区总体19902000 年水体-7.51-4.717.250-0.86沼泽湿地-2.81-1.720.050-0.2620012015 年水体16.62-8.282.31-11.44沼泽湿地-2
15、.57-6.973.85-04.4019902015 年水体-7.8613.389.73010.58沼泽湿地-5.45-5.133.890-4.66赵丹丹,等:19902015 年扎龙湿地的景观变化图谱39窑窑天 津 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)2023 年 9 月分别为 4.66%和 10.58%.从分区角度来看,20012015 年实验区水体面积增幅最大,动态度为 16.62%;19902000 年实验区的水体面积和缓冲区的沼泽湿地面积均呈减少趋势,动态度分别为-7.51%和-1.72%;19902015 年核心区水体面积的动态度为 9.73%.3.2扎龙湿地时空格局变化图
16、谱利用 GIS 软件提取扎龙湿地的沼泽湿地和水体,得到 1990 年、2000 年和 2015 年研究区图谱,如图 1 所示.图 1扎龙湿地核心区、缓冲区及实验区景观图谱Fig.1Landscape atlas in the core area,buffer area and experimental area of Zhalong wetland(c)1990 年实验区(b)1990 年缓冲区(a)1990 年核心区km20100核心区水体沼泽湿地NNNkm20100缓冲区水体沼泽湿地km20100水体沼泽湿地(f)2000 年实验区(e)2000 年缓冲区(d)2000 年核心区NNNkm
17、20100核心区水体沼泽湿地km20100缓冲区水体沼泽湿地km20100实验区水体沼泽湿地(i)2015 年实验区(h)2015 年缓冲区(g)2015 年核心区NNNkm20100核心区水体沼泽湿地km20100缓冲区水体沼泽湿地km20100实验区水体沼泽湿地由图 1 可以看出,扎龙湿地主要由沼泽湿地和水体构成,其中沼泽湿地占比最大,约为 92%.19902015 年扎龙湿地总面积呈增大趋势.19902000 年水体在实验区南部大面积减少,20012015 年在实验区南部和北部零星减少;20012015 年沼泽湿地在缓冲区显著增加,19902015 在核心区北部显著增加.扎实验区40窑窑
18、第 43 卷第 5 期(f)20012015 年减少(e)20012015 年不变(d)20012015 年增加(i)19902015 年减少(h)19902015 年不变图 2扎龙湿地核心区、缓冲区及实验区景观图谱相对变化Fig.2Relative changes of landscape atlas in the core area,buffer area and experimental area of Zhalong wetland(g)19902015 年增加km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼
19、泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地km20100实验区缓冲区核心区水体沼泽湿地NNNNNNNNN龙湿地退化和减少不仅受气候变化的影响,还受人类活动的干扰11.19902015 年核心区北部沼泽湿地明显扩张,水体也在整个核心区零星增加,说明退耕还湿等保护政策的实施颇有成效;19902015 年缓冲区的水体面积不断增加,沼泽湿地则先减少后增加;19902015 年实验区的水体先减少后剧烈增加,而沼泽湿地则主要
20、在北部呈增加趋势.有研究表明,人均GDP、第一产业值及城镇人口数量对扎龙湿地的减少贡献较大9.根据 19902015 年扎龙湿地核心区、缓冲区和实验区的湿地分布,绘制不同分区内扎龙湿地水体和沼泽湿地的相对变化图谱,如图 2 所示.(c)19902000 年减少(b)19902000 年不变(a)19902000 年增加赵丹丹,等:19902015 年扎龙湿地的景观变化图谱41窑窑天 津 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)2023 年 9 月由图 2 可知,19902000 年和 20012015 年沼泽湿地相对增加的区域分别在北部和中北部的核心区和缓冲区;而 19902000 年沼泽
21、湿地相对减少的区域则主要在实验区.19902015 年沼泽湿地相对减少区域主要集中在缓冲区和实验区的北部;水体相对增加和相对减少的区域则零星分布于整个研究区.19902015 年期间,研究区气温的升高导致沼泽湿地和水体面积出现一定程度的减少,但大型水利设施和补水工程的修建有效缓解了湿地缺水状况.此外,湿地相关法律法规及政策的制定也有效减缓了沼泽湿地和水体的退化.3.3扎龙湿地质心转移利用 ArcGIS10.2 软件,根据 19902015 年扎龙湿地矢量分布数据,绘制沼泽湿地和水体的质心及标准化椭圆图,如图 3 所示.由图 3 可知,19902000 年沼泽湿地的质心向西南方向移动,20012
22、015 年向南微弱移动,整体来看,19902015 年扎龙沼泽湿地的质心向西南方向移动.19902000 年扎龙湿地水体的质心向西北移动,20012015 年向东北移动.19902015 年沼泽湿地和水体的标准化椭圆形状变化均较小,扎龙湿地在2015 年聚集性相对较强,这与韩敏等17的研究结果存在差异,可能是研究时间序列存在差异造成的.4结论本研究基于 GIS 和 RS,采用动态度、湿地动态变化图谱和质心转移等方法,研究 19902015 年扎龙湿地景观格局变化图谱和质心转移情况,结论如下:扎龙湿地主要由沼泽湿地和水体构成,19902015 年扎龙湿地各区水体和沼泽湿地的变化存在差异,研究区内
23、沼泽湿地和水体面积均有所增加,其中水体面积的变化幅度比沼泽湿地的数值大;研究期间沼泽湿地的质心向西南方向移动,而水体的质心则先向西北而后向东北转移,2015年扎龙湿地的聚集性相对较强.本研究仅采用了 19902015 年时间序列遥感数据,未能揭示较长时间序列的湿地变化,未来应进一步采用多时间序列的数据对扎龙湿地变化图谱进行深入研究.参考文献:1沃晓棠,孙彦坤,田松岩.扎龙湿地景观格局与气候变化J.东北林业大学学报,2014,42(3):55-59.WO X T,SUN Y K,TIAN S Y.Landscape and climate change in Zha-long wetlandJ.
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