基于遥感影像的双台河口保护区景观格局变化分析

发布时间: 周五, 07/21/2017 - 15:13
来源: 
辽宁大学环境学院,沈阳
论文作者: 
周学博, 李云巍, 李晓谦, 李博文, 宋有涛
简介: 
景观格局变化分析是研究保护区生态环境质量的重要参考和依据。分析这种变化造成的生态效应对物种多样性保护具有重要意义。本文通过2003年和2015年两幅盘锦双台河口保护区遥感图像,在GIS平台下,通过人工目视解译得到景观分类图像,根据景观格局指数分析,得出:从2003年到2015年,双台河口区域城建用地面积大幅增加,破碎化程度变大,农业用地也有小幅度的增加;而芦苇湿地景观面积则减小,破碎化呈加剧趋势。要合理规划保护区建设,加大管理力度,使保护区湿地景观得到有效恢复。
论文作者: 
周学博, 李云巍, 李晓谦, 李博文, 宋有涛
发布者: 每日科学
正文: 

Analysis on changes of landscape pattern of Shuangtai estuary protected area based on remote sensing images

ZHOU Xuebo1,2, LI Yunwei2, LI Xiaoqian1, LI Bowen1, SONG Youtao1

(1. School of Environment Science,Liaoning University,Shenyang 110036;

                  2. Liaoning Provincial Development and Reform Commission,Shenyang 110035) Abstract:  Landscape  pattern  change  analysis  is  important  reference  and  basis  for  studying ecological environment quality of protected area. Analysis of ecological effects resulting from this change is important for the conservation of species diversity. In this paper, through two remote sensing images of Shuangtai estuary protected area in 2003 and 2015 in GIS platform, landscape classification image were got by visual interpretation. According to the analysis of landscape pattern index, urban construction land area increased quickly, fragmentation became larger, agricultural land also increased in a slight range; Meanwhile, reed wetland landscape reduced, fragmentation exacerbated. To make wetland landscape change better, protected area need to be planned rationally, and management actions need to be improved.

          Key words: landscape pattern; landscape index; protected area; remote sensing

 

 

0   引言

 

景观格局是指能够反映不同景观要素的分布、变化、各种生态过程的大小不一,形状各异的各种景观要素在不同空间、尺度上交互作用的结果[1]。研究区域景观格局的变化能够有效指导研究全球变化和区域的生态环境变化[2],景观格局可以反映出生态系统变化趋向,分 析出景观的时空动态[3]。近年来,随着人类活动的不断加快,生态环境恶化、生物生境丧失、 物种多样性减少等问题逐渐凸显[4-5]。因此,研究景观格局的变化所带来的生态系统、生物 多样性的影响对于保护区建设管理、物种保护具有十分重要的意义[6]。景观生态学主要研究空间异质性和空间格局的变化,由此产生了相应的景观格局指数[7-8]。景观格局指数可以有效反映区域景观格局的信息,反映出景观的组成、配置等信息的变化情况[9]。通过这些景观指标,研究人员可以定量化研究景观格局变化对保护区物种多样 性的影响,分析影响因素,进而对保护区和物种多样性进行有效管理[10-11]。

1   研究区概况

 

双台河口自然保护区位于辽宁省盘锦市,总面积 12.8 万公顷,主要保护对象为丹顶鹤、

      白鹤等珍稀物种及河口湿地生态系统。地区生物资源丰富,区内野生动物 600 多种,草本植 物 120 度中。地处辽东湾辽河入海口,保护区属温带半湿润季风气候,春季干燥、风大,夏 季多雨,冬季少雪。以芦苇为主要植被,也有香蒲、苔草等湿地植物。双台河口保护区是目 前世界上面积最大、保存最好的湿地生态系统,属于综合性自然保护区,有着红海滩等著名 景区,同时起到了改善自然生态环境的重要作用,如沉淀降解有毒有害滞留营养物调节气候等功能。

2   研究方法

 

本文数据选取从辽宁省测绘局获取的 2003 年和 2015 年俩年的盘锦双台河口区域经过图 像配准、几何校正后的遥感影像。根据遥感图像中土地类型的不同色泽、纹理、形状等要素, 构建了双台河口区域不同用地类型的解译标识。采用目视解译的方法,利用 ARCGIS 平台 对 2003 和 2015 年两幅遥感图像进行矢量化,然后进行栅格化重分类,将研究区域划分为 6类景观:芦苇湿地、农田、城建用地、水体、滩涂和碱蓬(图 1)。

image001.jpg

图 1    双台河口区域土地利用分类图

Fig. 1    Land use map of Shuangtai estuary area

             景观指数法是景观格局分析中的一种有效的方法,能够高度浓缩区域景观格局的信息 [12]。景观指数可以从类型层面和景观层面两个角度对景观格局进行全面的分析。本文中, 我们选取一些具有代表性的,能全面反映区域变化的景观指标,见表 1。景观格局指数通过 FRAGSTATS 软件计算得出[13]。

表 1    景观格局指数

Tab. 1  Landscape pattern index
景观指数 缩写 生态学意义
类型面积 CA 反映出某一类型景观所有斑块面积之和PD 越大,景观异质性越高,破碎度越大 决定景观优势度,反映人为活动程度 反映景观斑块破碎程度,反映多样性 反映景观成分关联程度SHDI 越大,斑块类型分布越均衡化
斑块密度 PD
最大斑块指数 LPI
边界密度   ED
聚合度 COHESION
Shannon多样性指数  SHDI

                                                                     

                                                             

3.结果与分析

3.1    各景观类型面积情况

 

盘锦双台河口区域不同土地类型的景观面积变化情况如图 2 所示。2003 年,城建用地

      面积为 12.08hm2,2015 年城建用地面积为 21.96hm2,增加了 9.88 hm2。农田景观面积也有 所增加,增加了 4.9 hm2。而芦苇湿地的面积则从 2003 年的 48.23 减小到 2015 年的 33.7 hm2, 下降幅度较大,这是由于近 10 年来双台河口区域人为活动比较剧烈,对湿地景观的利用程 度较大,造成了芦苇景观面积的减小。滩涂、水体、碱蓬景观的面积变化幅度较小。image003.jpg

                                                                图 2    双台河口景观类型面积

Fig. 2    Areas of landscape types in Shuangtai estuary

3.2    类型水平景观指数变化

 

双台河口区域景观格局类型水平景观指数变化情况如图 4 所示。斑块密度能够有效反映 出景观类型的破碎化和异质性程度,边界密度可以反映出景观多样性的变化情况。最大斑块

80      指数决定了区域景观优势程度。从图中可以看出,从 2003 年到 2015 年,随着人为活动的加 剧,景观异质性的增长,双台河口区域城建用地的斑块密度从 1.98 增长到 5.24,呈现出明 显的破碎化。农田用地由于面积增大,大斑块的景观用地增多,因此斑块密度有所降低。而 芦苇湿地则由于城建用地和农田用地的共同影响,破碎化程度增大。城建用地的边界密度降 低,芦苇和农田用地的边界密度升高,城建用地的最大斑块指数显著上升,芦苇的 LPI 指数

      则下降,都说明了城建用地的显著增加,芦苇景观的破碎化加剧。

 

 

image005.jpg

图 3    双台河口类型水平景观指数比较

Fig. 3    Type-level landscape index comparison in Shuangtai estuary

3.3    景观水平景观指数变化

 

              双台河口景观格局景观水平指数变化情况如表 2 所示。聚合度指数反映了景观斑块的关

联程度,而 SHDI 指数反映了景观类型的均衡化和多样化水平。从表中可以看出,从 2003 年到 2015 年,双台河口景观斑块密度从 5.05 增大到 7.64,说明整体景观的破碎化加剧,异 质性增高,最大斑块指数也从 34.05 增大到 41,说明某些景观呈现聚合的趋势,聚合度和 SHDI 指数同样反映出区域景观逐渐破碎化。

                                                            表 2    双台河口景观水平景观指数

Tab. 2    Landscape-level index in Shuangtai estuary

 

年份

斑块密度

最大斑块指数

聚合度

Shannon多样性指数

2003

5.05

34.05

99.79

1.429

2015

7.64

41

99.65

1.435

4   结论

近 10 年来,盘锦双台河口保护区由于人为因素的干扰,区域景观格局发生了较大的变化。从 2003 年到 2015 年,双台河口区域城建用地面积明显增大,斑块破碎度同样显著增加, 农田用地也有所增加,而作为保护区内的重要景观,芦苇湿地面积则大幅减小,同时呈现出 逐渐破碎化的趋势,滩涂、水体、碱蓬等景观也有着小幅度的变化。

双台河口保护区自 1985 年成立以来,得到了有关保护部门的高度重视和认真管理,其 芦苇景观作为天然的湿地景观,即可以美化环境、净化水质空气,又可以作为盘锦珍稀鸟类 的适宜栖息地,因此具有重要的生态服务功能和生态学保护意义。但近些年来,城市化进程 的不断推进,城建用地的不断增加,农业、渔业的不断发展,人为活动的不断加剧,对双台 河口生态景观产生了严重干扰,芦苇湿地景观呈现面积逐渐减少,景观破碎化程度逐渐加大的趋势为保障双台河口保护区内生物多样性,保护自然湿地,协调好人类活动同自然环境间的 密切关系,应扩大管理范围,加强对保护区的管理力度,在城镇化进程不断加快的同时,正 确处理自然保护区保护与城镇化间的关系,对保护区内的人为活动进行合理管控,对物种栖 息地实行严格管理,防止芦苇湿地面积的进一步缩小,同时可有目的的进行人工种植栽培, 提高景观连接度,减小破碎化,逐步提高物种遗传多样性水平。

参考文献: 

[1] 许浩.  国外城市绿地系统规划[M].  中国建筑工业出版社, 2003.

[2] Patarasuk R, Binford M W. Longitudinal analysis of the road network development and land-cover change in

Lop Buri province, Thailand, 1989-2006[J]. Applied Geography, 2012, 32(2):228-239.

[3] Gautam A P, Webb E L, Shivakoti G P, et al. Land use dynamics and landscape change pattern in a mountain watershed in Nepal[J]. Agriculture Ecosystems & Environment, 2003, 99(1-3):83-96.

[4]  杨会彩,  姜明媛,  阿噟兰,等.  呼伦湖自然保护区土地利用及景观格局变化研究[J].  北京师范大学学报:

自然科学版, 2013, 49(Z1):318-325.

[5] Liu J , Linderman M , Ouyang Z, et al. Ecological degradation in protected areas: the case of Wolong Nature

Reserve for giant pandas.[J]. Science, 2001, 292(5514):98-101.

[6] Sala O E, Chapin F S, Armesto J J, et al. Global biodiversity scenarios for the year 2100.[J]. Science, 2000,

287(5459):1770-1774.

[7] Jr S D, Snyder R E. Invasibility in a spatiotemporally fluctuating environment is determined by the periodicity of fluctuations and resident turnover rates.[J]. Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences, 2007,

274(1616):1429-1435.

[8] 陈利顶,  傅伯杰.  黄河三角洲地区人类活动对景观结构的影响分析[J].  生态学报, 1996(4):337-344.

[9] 张秋菊,  傅伯杰,  陈利顶. 关于景观格局演变研究的几个问题[J].  地理科学, 2003(3).

[10] Jinliang Huang, Zhenshun Tu, Jie Lin. Land-use dynamics and landscape pattern change in a coastal gulf region, southeast China[J]. International Journal of Sustainable Development & World Ecology, 2009, 16(1):61-66. [11] Iii C A, Hindman N, Strauss D. Do Parks Work? Impact of Protected Areas on Land Cover Clearing[J]. Ambio A Journal of the Human Environment, 2009, 37(5):330-337.

[12] 张利权,  吴健平,  甄彧,等.  基于 GIS 的上海市景观格局梯度分析[J].  植物生态学报, 2004, 28(1):78-85.

[13] 张雅梅,  毕会涛,  田国行,等.  城市化过程中洛阳市区景观生态格局特征分析[J].  西北林学院学报, 2008,

23(2):189-192.

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