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闽东滨海湿地景观分类体系与格局特征

2021-12-02 来源:好走旅游网
第32卷第2期 西南林业大学学报 VoI.32 No.2 Apr.2012 2012年4月 JOURNAL OF SOUTHWEST F0REsTRY UNIVERSITY doi:10.3969/j.issn.2095—1914.2012.02.013 闽东滨海湿地景观分类体系与格局特征 林立 何东进 王韧 蔡金标 洪伟 游巍斌 廖小娟 苏少川 张中瑞 陈志文 黄 鹏 (1.福建农林大学林学院,福建福州350002;2.福鼎市林业局,福建福鼎355200;3.霞浦县林业局,福建霞浦355100; 4.福建农林大学生命科学学院,福建福州350002) 摘要:以闽东沿海地区1993、2001、2010年遥感图像为分析对象,用3s技术和景观生态学方法将其湿 地景观分为7类,并用景观格局指数分析该湿地3个不同时期的空间格局特征和变化规律。结果表 明:水域景观在斑块面积和比例上占优势地位,形状稳定且连通性最好,为研究区域的基质景观;养殖 场、建筑用地和农田在斑块面积、数量、密度上均有增长,水域、人工库塘、其他非湿地景观和潮间裸滩 则呈下降趋势;建筑用地景观形状最为复杂,人工库塘的分离度和破碎化程度最大,潮间裸滩次之,且 在相应指数上均高于同时期其他自然湿地景观,受到人为干扰最为强烈。 关键词:滨海湿地;湿地分类;景观格局;景观特征;闽东 中图分类号:Q149;P737.12 文献标志码:A 文章编号:2095—1914(2012)02—0062—06 Research on Landscape Classiicatifon and Pattern Feature of Coastal Wetland in East Fuj ian Province LIN Li ,HE Dong-jin。,WANG Ren ,CAI Jin.biao。,HONG Wei ,YOU Wei.bin ,LIAO Xiao-juan , SU Shao.chuan ,ZHANG Zhong.rui ,CHEN Zhi—wen ,HUANG Peng (1.Forestry College,Fujian Agriculture and Forestyr University,Fuzhou Fujian 350002,China;2.Forestry Bureau of Fuding Municipality, Fuding Fujian 355200,China;3.Forestry Bureau of Xiapu County,Xiapu Fujian 355 100,China; 4.College of Life Science,Fujian Agriculture and Forestyr University,Fuzhou Fujian 350002,China) Abstract:Based on the analyses of the remote sensing images of the coastla area in eastern part of Fuji肌Province taken in the years of 1993.2001 and 2010。the coastla wetland landscape of east Fujian Province was divided into seven categories by means of 3S technology and landscape ecology methods.The characteristics of the spatial distribution pat- terns and the change law of the coastal wetlands at the three diferent periods of time were analyzed with the landscape pattern indices.The results showed that water surface landscape Was the matix lrandscape type in the study area that took the dominant position with stable shape and the best connectivity.The study showed the area,number and density of the aquatic farm.construction land and farmland were all increased along the time。whereas the area,number and density of the water body.artiiciafl pond and other non wetland landscape area and the area of intertidal emerged beach land de. creased with the time advance.The landscape shape of the construction land type was the most complex.The separation degree and fragmentation degree of he artiticiafl ponds Was the largest,followed by those of the intertidal emerged beach. he index values of the intertidaTl emerged beach were higher than those of the other natural wetland landscape at the same period of time,reflecting that it Was most strongly affected by human disturbance. Key words:coastla wetland;wetlnd classaiifcation;lndsacape pattern;lndsacape features;east Fujian Province 收稿日期:2011—11—29 基金项目:福建省科技厅重点项目(2009N0009)资助;国家大学生创新性实验项目(101038907)资助;福建省自然科学青年基金项目 (2009j05092)资助;国家自然科学基金项目(30870435)资助;教育部博士科学点基金项目(20103515110005)资助。 第1作者:林立(1987一)男,硕士生。研究方向:景观生态学。E-mail:efever@vip.qq.corn。 通信作者:何东进(1969一)男,教授,博士生导师。研究方向:森林生态学和景观生态学。E-mail:fjhdjlO09@126.com。 第2期 林立等:闽东滨海湿地景观分类体系与格局特征 63 湿地、森林和海洋并称为地球三大生态系 统…,湿地因其在地球环境健康发展中的重要作用 以及在生物多样性和食物提供方面的巨大贡献而 2研究方法 2.1闽东沿海湿地分类 2.1.1 闽东沿海湿地分类原则 湿地是一个涉及 面很广的自然生态系统,其在空间和时间上处于一 被誉为“地球之肾”、“生物超市”和“基因库”等 J。 通常,自然湿地可分为内陆湿地和滨海湿地2大类。 其中,滨海湿地处于陆地和海洋的交界处,是一个 脆弱的生态敏感区。国外对滨海湿地的研究较早, 成果较多 “ ,而我国的滨海湿地研究起步较晚,尚 缺乏比较系统全面的研究,与国外发达国家的研究 水平有一定差距。近年来,沿海地区经济迅速发展 个过渡状态。在空间上,湿地是水域和陆地的过渡 地带,兼有水域和陆地的一些性质,可以在两者之 间转换;在时间上,其类型和性质会随时间产生较 大的变化,如受淹没时间的影响,夏天的湖泊冬天 可能就成了沼泽,滨海湿地的浅海水域和滩涂会随 并伴生出日益明显的环境问题,滨海湿地的研究才 逐渐被重视 J,湿地景观生态成了当前研究的热 门领域 。 景观是具有空问异质性的区域,它是由许多大 潮汐的影响相互变化等。另一方面,湿地是一类具 有地带性烙印的非地带性自然类型和生态系统,各 湿地类型之间没有特别的自然联系,如滨海湿地和 人工稻田等。可见,对湿地进行系统分类具有相当 的复杂性,很难在同一层次中以单个特征因子对所 有类型进行分类。为了满足以上分类原则的要求, 采用成因、主要景观特征与用途分类相结合的方法 小形状不一,相互作用的斑块按照一定的规律组成 的。目前景观生态学的研究热点之一是在较大的 空间尺度上,以数量分析方法评价景观空间格局特 征 I9 J。闽东滨海湿地的开发历史悠久,据《宁德 对其分类,主要依据 卜 为: 1级:按成因的自然属性进行分类。 县志》记载,宋朝时宁德人民就开始围垦围涂造地, 至今已达900年的历史。但在滨海湿地研究方面, 前人已对福建省内的其他地区(如闽江口和闽南等 地)作了大量研究¨ J,而闽东地区的研究还相对 较少_】 驯,相比之下,对闽东滨海湿地进行系统全 面的研究显得十分必要。本文通过建立闽东滨海 湿地分类体系并运用景观生态学的原理与方法对 2级:天然湿地按景观特征和景观要素进行分 类,人工湿地按主要功能用途进行分类。 3级:天然湿地主要以湿地景观特征和景观要素 进行分类,如构成湿地景观的水文特征,比如湖泊、河 流,内陆沼泽根据咸淡程度分类,滨海湿地根据与海 水的水文关系分类。鉴于本研究重点是滨海湿地,水 体仅作为辅助研究对象,且河流水域和浅海水域在 TM图像上分辨度不高(大部分<50%),故将河流水 域和浅海水域合并为一类水域_2 。 2.1.2遥感资料处理将1993、2001、2010年3期 闽东沿海湿地的TM和ETM图像进行几何校正、图 其空间格局进行研究,旨在揭示闽东滨海湿地的景 观结构和人类活动的影响,为今后进一步研究人类 活动对闽东滨海湿地生物资源、生物多样性影响等 提供工作基础和理论依据。 1研究区概况 闽东是福建省宁德市的俗称,位于福建省东北 片配准,再结合研究区1:100 000地形图和实地考察 资料,对遥感图像进行监督分类和人机交互解译。 使用ENVI软件的主要和次要分析功能对解译完成 的图像进行去除椒盐噪声等分类后处理,其标准为 像元个数不足16个且明显少于周围湿地类型的类 别归为周围湿地。处理完得最终分类图像,其分类 精度分别为90.06%(1993年)、90.23%(2001年)、 89.58%(2010年)。 部,南连省会福州,北接浙江温州,西邻武夷山,东 与台湾岛隔海相望。宁德包括宁德、福安、福鼎3市 和霞浦、柘荣、寿宁、古田、屏南、周宁6县。共124 个乡镇、街道办,人口339万人,旅外侨胞和港、澳、台 同胞近30万人,土地面积1.34万km 。闽东地形以 丘陵山地兼沿海小平原相结合为特点,年平均气温 13.4~20.2℃,年平均降雨量1 250~2 350 mm,无霜 2.2景观格局指数 期235—300 d。闽东东临台湾海峡,海岸线长878 用景观指数描述景观格局及其变化,建立格局 km,占全省海岸线总长的28.35%;海域面积4.45万 与景观过程之间的联系,是景观生态学最常用的定 km ,占全省海洋渔场总面积的35.63%,区域内有 岛、礁、沙、滩、岬角、水道、河口共1 215个,闽东水产 量化研究方法。就实际应用而言,要求景观指数不 但有较强的纵向(相同景观,不同时期的比较)比较 能力,还要求有较强的横向(相同时期,不同景观的 资源极为丰富,拥有海洋生物600多种。 西南林业大学学报 第32卷 比较)比较能力 。 3)景观破碎化指数(FN): FNl=(Ⅳ。一1)/N (2) 由于尚未有学者使用景观格局指数的方法对闽 东滨海湿地进行研究,本文在参照前人同类研究成果 的基础上,根据研究区的特点,选用景观类型面积 (CA)、景观斑块数(NP)、景观类型百分比(PLAND)、 斑块密度(PD)、最大斑块所占景观面积的比例 (LPI)、平均斑块面积(MPS)、总边界长度(TE)、斑块 FN2=MPS(Ⅳf一1)/Nc (3) 式中:FN 为整个研究区的景观破碎化指数;N 为 景观斑块总数;肌为研究区的最小斑块面积与总面 积的比值;FN:为某景观斑块类型的景观破碎化指 数;MPS为某景观斑块类型的平均斑块面积;Nf为 形状指数(SI)、斑块分维数(FD)、景观破碎化指数 某景观斑块类型的斑块数目。 (FN)、景观分离度(I)等11个景观格局指数作为}贝0 4)景观分离度(I): 定闽东沿海湿地景观空间格局的定量指标 引,并 TDiO.5 v/I:一 ̄,/A f=——:=———— f4 、 使用Fragstats 3.3和Excel等软件进行计算。 .s A/A 1)景观类型面积、景观斑块数、景观类型百分 式中:I为景观分离度指数;D 为景观类型 的距离 比、斑块密度、最大斑块所占景观面积的比例、平均 指数;Js 为景观类型的面积指数;N 为某类斑块的 斑块面积、总边界长度和斑块形状指数等8个景观 数量;A 为某类斑块的总面积;4为景观的总面积。 指数主要是反映景观结构组成和空间分布特征的 定量指标,包括各景观类型斑块基本信息(数量、面 3结果与分析 积和周长),可以作为进一步研究景观格局的基础数 3.1 闽东滨海湿地分类体系 据,其各指标的含义及计算方法见文献[29—32]。 在借鉴国内外湿地分类研究成果的基础上,结 2)斑块分维数(FD): 合闽东滨海湿地景观特点以及文中所述的分类原 则,综合考虑水文、地貌、基质性质等因素,建立闽 FD ] (1)( ) 东滨海湿地三级分类体系,包括2个一级分类,4个 式中:FD为某种景观斑块类型的形状指数;P 表示 二级分类和7个三级分类,分类结果见表1与图1 景观斑块类型的周长;A 为斑块面积。 (彩图见封三)。 表1闽东滨海湿地分类 .. k Q:。罂 k Q 哪u k a 1993年 b 2001钷 c 2010年 ll界外■●水域l其他非湿地景观 建筑用地■一农田 ㈣潮间裸滩一X3-库塘 养殖场 图1 1993、2001、2010年闽东滨海湿地分布 第2期 林立等:闽东滨海湿地景观分类体系与格局特征 3.2闽东滨海湿地景观指数 1993、2001、2010年的景观格局指数,结果见表2,以 借助于Fragstats 3.3等软件计算得到研究区 此作为研究区景观格局变化规律分析的依据。 表2 闽东滨海湿地景观类型特征指数 景观类型的面积大小及其在整个景观中的面 升到2010年的18 872.55 hm (6.210%),提高了 43.173%。水域和潮间裸滩的面积比例则由1993 年的57.491%和1.583%分别下降到2010年的 55.182%和1.140%,下降比例和养殖场的上升比 例相当。而产生这种变化的原因是由于1993— 2010年,大量水域和潮间裸滩被开垦用作养殖场。 从斑块数量、密度和平均斑块面积等指数上看, 其他非湿地景观类型的变化幅度最大,斑块数量由 1993年的1 011块下降到2010年的705块。同时,农 田和建筑用地类型则分别由2 093块和2 431块上升 为3 236块和2 785块。其中,农田类型的变化最为明 积比例,反映了该景观类型对整个景观的影响、贡 献率以及在控制景观结构、功能和动态过程中发挥 的作用。从表2可以看出,水域在整个景观中所占 面积最大,1993、2001、2010年分别为174 699.00、 173 637.45、167 711.40 1]m 。其他景观类型的面积 及比例大小顺序为:其他非湿地景观>养殖场>农 田>建筑用地>潮间裸滩>人工库塘。面积比例 最大的为水域类型,其比例均在55%以上,优势度 明显,可作为闽东沿海湿地的基质景观。其次为其 他非湿地类型景观,比例均在30%以上。闽东沿海 地形复杂,岛屿和潮湾众多,故这两类景观在研究 显,不仅斑块数量增加近1 200块,其斑块的密度也由 21.5块/km 上升为33.2 ̄ ̄/km ,面积和分布区域 区内占主导地位。 1993--2010年间,养殖场、建筑用地和农田景观 类型面积呈上升趋势,水域、其他非湿地景观和人工 库塘面积则成下降趋势。其中以养殖场的上升趋势 最为明显,从1993年的13 181.58 hm (4.338%),上 上都有较大增加。建筑用地在平均斑块面积上的 变化更加明显,由1993年的2.114 hm 上升到2001 年的2.212 hm 和2010年的3.125 hm 。其中 2001--2010年间增加了0.913 hm 。近20年间,闽 西南林业大’学学报 第32卷 东地区的人口从1993年的近302万人增长到2010 年的339万人,GDP亦从1993年的7.65亿元增加 到2010年的738.61亿元。人口数量和GDP的大 幅增长,正是农田和建筑用地面积和密度增加的原 因。人口的迅速增加意味着必须开垦更多的农田 以满足供应需求,同时又必须建设更多的房屋来居 住,这就使得农田和建筑用地的面积不断增大,同 时,增长了近100倍的GDP表示有大量的其他景观 被开发用作工业用地和养殖场,这是建筑用地面积 和密度增加的主要原因。此外,近年来在宁德境内 大量建设的各类铁路、高速公路、桥梁等也是建筑 用地面积增加的原因之一。 斑块形状指数和斑块分维数这2个指标分别从 不同角度刻划了各景观类型中斑块形状的平均复 杂程度 圳。水域在斑块形状指数和斑块分维数 2个指数上,数值最小,变化幅度也最小,表明该类 型景观最为稳定,不易受到外界干扰。同时,水域 的分离度指数在数值和变化幅度上也在各类景观 类型中最小,说明水域景观连通性最好。结合水域 的面积和比例大小,可以判定闽东滨海湿地景观的 基质景观是水域。此外,建筑用地类型景观,在sI 指数上数值最大,说明该类景观形状最为不规则, 作为人工景观,其产生、变化的主要驱动因素是人 类活动,研究发现,闽东沿海海岸散布着多个村落 和乡镇,相比于城市规划整齐的建筑群落,村落和 乡镇的建筑格局带有很强的随意性,这是造成该类 景观形状复杂的主要原因。 人工库塘的破碎化指数最小,其次是潮间裸 滩,同时,人工库塘的分离度也最高,潮间裸滩次 之。人工库塘作为人工景观,其分布受制于当地的 地形(主要是河流)和人类需求,所以其分布具有很 大的随机性,连通性较差,加上该类景观面积最小, 仅占全部景观面积的0.15%左右,故其分离度和破 碎化程度最高。而做为自然湿地的潮间裸滩,破碎 化指数明显低于除人工库塘外的其他景观类型,分 离度和破碎化程度偏高,而造成这种现象的原因 是,潮间裸滩作为自然湿地中最容易受到人为因素 干扰的类型,加上闽东地区沿海养殖业发达,开发 历史悠久,受到人为干扰影响剧烈,同时潮间裸滩 的形状指数和分维度也高于同类自然湿地景观,易 受外界干扰的影响,故其分离度和破碎化程度仅次 于人工库塘。 近2O年间,养殖场、建筑用地和农田3类景观, 在斑块面积、数量、密度上均有增长,而其他4类景 观则呈下降趋势,人工干扰是造成这一变化的主要 原因。从变化趋势上看,养殖场、建筑用地和农田 的增长呈上升趋势,在未来的一段时期内,由于人 口数量和GDP将会继续增长,故这3类景观将会继 续增加。从斑块形状指数、斑块分维数、景观破碎 化指数和景观分离度的分析看,潮间裸滩是受人类 活动干扰最明显的自然湿地类型景观,退化程度也 最高,同时该湿地类型又是重要的自然湿地,在其 间生长的红树林生态群落在加速海滩自然沉积,促 进土壤形成,防风防潮,保护堤岸,过滤陆地径流和 内陆带出的有机物质和污染物,为许多海洋动物提 供栖息觅食的理想生境等方面具有不可替代的作 用 ,急需受到有效的保护。 4结论与讨论 对1993、2001、2010年的遥感图像处理、分析和 景观指数分析发现,水域类型景观在斑块面积和比 例上占优势地位,形状稳定,连通性最好,为研究区 域的基质景观。在近20年间,养殖场、建筑用地和 农田3类景观,在斑块面积、数量、密度上均有增长, 而水域、其他非湿地景观和潮间裸滩则呈下降趋 势,其下降幅度与前3者的增长幅度相当,这种变化 的主要原因是在人工干扰下,大量水域、林地和潮 间裸滩被开发用作养殖场和农田。在形状指数、斑 块分维数、分离度和破碎化指数水平上,水域的形 状稳定、分离度最低、连通性最好,不易受到外界干 扰;人工库塘的分离度和破碎化程度最大,其次是 潮间裸滩。需要特别指出的是,潮间裸滩,虽然分 离度和破碎化程度低于人工库塘,但其作为自然湿 地,高于同时期除人工库塘外的其他景观类型的分 离度和破碎化程度,并且其面积和分布区域在20年 间不断缩小。 湿地分类是湿地研究、保护和开发利用的基 础,但由于自然情况和实际湿地的构成不尽相同, 在参考国内外众多湿地分类体系的基础上,结合 闽东滨海的具体情况建立一个三级分类体系,包 括2个一级分类,4个二级分类和7个三级分类, 该分类体系能较好的反映闽东沿海湿地的具体情 况,突出闽东沿海湿地人为干扰明显的特点。但 受TM遥感影像精度不足、研究区域面积大以及地 形复杂等因素的影响,未能建立更为精细的分类 系统。此外有关景观的动态变化,驱动力研究和 风险评估等方面未作深入探讨,有待今后作进一 步研究和补充。 第2期 林立等:闽东滨海湿地景观分类体系与格局特征 67 [参考文献] 『1] 吕彩霞.中国海岸带湿地保护行动计划[M].北京:海 洋出版社,2003. 『2] William J,James G G.Wetlands[M].New York:John Wiley,2000. f 31 Prince H H,D hri F M.Coastal Wetlands[M].Chelsea: Lewis Publishers,1985. 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