黄河三角洲自然保护区1992～2010年土地覆被变化分析

侯学会，李新华（山东省农业可持续发展研究所，山东 济南 250100）

黄河三角洲自然保护区1992～2010年土地覆被变化分析

侯学会，李新华
（山东省农业可持续发展研究所，山东 济南 250100）

基于黄河三角洲自然保护区1992年、2000年和2010年三期遥感图像，分析近20年黄河三角洲自然保护区土地利用/覆被变化（LUCC）情况。结果表明，在1992～2010年间，黄河三角洲自然保护区内同种土地覆被类型的空间分布较一致，均以海域、滩涂和旱地为主，但同种土地覆盖类型的比重均发生不同程度的变化。总体上，旱地、河渠、水库、居民地和其他用地类型的变化程度不明显，但年际间有波动变化；草地面积虽持续减少，但总体变化不明显；灌木面积总体变化也不明显，但年际间波动较大；芦苇面积呈减少趋势，尤其是1992～2000年间，大量芦苇覆被地转化为旱地类型；养殖塘面积增加明显，近20年间增加约6.24×103hm2，主要由滩涂、柽柳、碱蓬等开发形成；海域面积变化剧烈，海域转化为滩涂是造成海域面积减少的主要原因。黄河三角洲自然保护区LUCC改变了自然保护区的生态系统结构，降低了自然保护区的生态服务功能。造成黄河三角洲LUCC的原因既有自然因素，也有人为因素，但在该区LUCC的驱动力主要为人类活动。

黄河三角洲；自然保护区； 土地覆被变化

service function of the nature reserve. The reasons for the change of LUCC in the Yellow River

estuary were both natural factors and human factors， but the driving forces of LUCC in this area were

mainly human activities.

土地利用/覆被变化（land use/cover change，LUCC）是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一［1］，也是区域生态环境演化的重要因素，对区域生态环境有着深刻的影响［2］。随着全球气候变暖和人类活动在全球范围内的影响速度加快，LUCC的影响范围已扩展到生态环境较脆弱区域，导致土地利用的格局、深度和强度都发生剧烈变化［3］。这种影响在湿地生态系统中也十分明显，它改变着湿地的生态进程，并在湿地的景观、水文、土壤、生物多样性等方面表现出一系列的生态效应［4—6］。研究表明，随着土地利用强度增加，内陆湿地-斧头湖区的景观生态格局有破碎化的趋势，地表径流和流域降水量呈下降趋势，野生生物种类显著减少［7］。因此分析湿地土地利用与土地覆盖的驱动力机制，理清各种变化的关系，成为湿地LUCC研究的重点［8—9］。

黄河三角洲是我国暖温带地区最年轻、最广阔、生物多样性最为丰富的湿地生态系统，在维护区域生态安全和可持续发展方面具有举足轻重的作用。由于三角洲为海陆交界、咸淡水交汇地带，在水陆交互作用以及人为干扰的影响下造就了复杂多样的湿地类型和生态环境［10］。黄河三角洲湿地丰富的自然资源和优越的地理位置也使其成为石油、工农业等综合开发的集中区域，LUCC明显。许多学者利用遥感与GIS技术对该区LUCC情况及驱动机制进行研究与分析［11—15］，但这些研究多以整个现代或近代黄河三角洲为研究对象，尺度较大。针对黄河三角洲自然保护区LUCC方面的研究还相对较少，且研究时段较短，仅有1995～1999年黄河三角洲东部自然保护区湿地景观格局变化［16］和1999～2008年黄河三角洲自然保护区土地利用/覆被变化状况［17］的报道。本研究通过遥感影像解译，研究黄河三角洲自然保护区1992～2010年间LUCC情况及其驱动力，以期为黄河三角洲湿地生态环境保护及资源的合理利用提供科学依据。

1　研究区概况与数据处理

1.1研究区概况

黄河三角洲是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙的重要中转站、越冬栖息地和繁殖地。1992年经国务院批准建立黄河三角洲国家级自然保护区，以保护黄河口新生湿地生态系统和珍稀濒危鸟类。该区地处黄河入海口，位于山东省东北部的渤海之滨（37°35′～38°12′N，118°33′～119°20′E），包括黄河入海口和1976年以前引洪的黄河故道两部分（图1），是全国最大的河口三角洲自然保护区，在世界范围的河口湿地生态系统中具有较强的代表性。保护区总面积约15.300万hm2，其中陆地面积8.270万hm2，潮间带面积3.825万hm2，低潮时-3 m浅海面积3.205万hm2。气候属暖温带季风气候，具有明显的大陆性季风气候特点，雨热同期，四季分明，冷热干湿界限极为明显。春季干旱多风，常有春旱，夏季炎热多雨，高温高湿，时有台风侵袭。该区年平均气温12.1 ℃，无霜期196 d，≥10 ℃年积温约4300 ℃，年均蒸发量1962 mm，年均降水量551.6 mm，70%降水集中于7月和8月。土壤类型主要为隐域性潮土和盐土，主要植被类型为芦苇Phragmites austr alis、翅碱蓬Suaeda s alsa、柽柳Tamarix ch inensis、芦苇-荻Triarrhena sacchariflora、穗状狐尾藻Myriophyllum spicatum和补血草Limoninum sinense等。

1.2数据来源与预处理

由于遥感数据得到的是某一时刻的瞬时地物状况，对于植被景观动态变化的信息只能通过多时相的遥感数据，并通过比较植被类型的变化来确定植被生态格局变化状况。本研究通过遥感影像解译，分别得到1992年、2000年和2010年三期土地覆盖数据，空间分辨率为260 m。

基本方法：首先，在 ArcGIS软件中，将两个相邻时相的遥感数据得到的植被信息叠加；然后，在 Arcinfo软件中作拓扑分析，得到包含两期植被信息的图层；对3期土地利用数据，利用 ArcGIS软件两两叠加，并对叠加结果进行Intersect运算，从而得到黄河三角洲土地覆盖变化状况。原始的土地覆盖数据将自然保护区土地覆盖分成草地、灌木、居民地、海域、滩涂、柽柳、碱蓬等 12～13种土地利用类型。本文采用监督分类和目视解译相结合的方法进行分类［15］，将原始的土地利用类型进行重新编码，分为草地、灌木、海域、旱地、河渠、居民地、芦苇、水库、滩涂、养殖塘、油田和其他用地等12种土地利用类型（图2）。

2　结果与分析

图1　黄河三角洲自然保护区的位置Fig. 1　The locations of nature reserves in theYellow River estuary

2.1土地覆盖空间分布格局

从图2可以看出，1992年、2000年和2010年，黄河三角洲自然保护区内同种土地覆被类型的空间分布比较一致，且同种土地覆被类型的连接性较好，从海向陆，由海域、滩涂、芦苇逐渐向草地和旱地过渡，构成自然保护区独特的覆被景观。其中，海域、滩涂和旱地的分布面积在自然区内占绝对优势，这与刘庆生等［17］的研究结果一致。

图2　黄河三角洲自然保护区1992年、2000年和2010年的土地覆盖类型Fig. 2　The land cover types in the natural reserve of the Yellow River estuary in 1992， 2000 and 2010

2.2土地覆盖动态变化

将自然保护区的三期土地覆盖矢量图进行统计，得到研究区的土地利用面积矩阵（表1）。从表1可以看出，1992～2010年间，黄河三角洲自然保护区内同种土地覆盖类型及在区内的比重都发生了不同程度的变化。与1992年相比，2010年保护区内的草地面积虽然持续减少，但总体变化不明显，减少面积仅为1.19×103hm2，比重由1992年的2.50%下降至1.60%；灌木面积比重的总体变化也不明显，但在年际间的波动较大，1992～2000年间，灌木面积增加明显，增加面积为6.52×103hm2，但到2010年，又减少 5.01×103hm2，因此总体上变化不大；海域的变化比较剧烈，1992～2000年海域面积减少21.79×103hm2，但到2010年，又增加13.21×103hm2，总体上呈现减少的趋势，减少面积为8.58×103hm2。旱地、河渠和居民地的变化程度不明显，近20年间，三者面积比重的变化分别仅为2.45%、0.31%和0.10%；芦苇在1992～2000年间，面积减少趋势比较明显，减少8.62×103hm2，而在2000～2010年，又有一定程度的增加，但增加的面积少于之前减少的面积，故保护区内芦苇的面积总体上呈减少趋势，减少3.35×103hm2；与居民地类似，水库在自然保护区内的面积比例也很小，在1%以下，且近20年间，几乎没有明显变化，减少面积仅为0.04×103hm2；而养殖塘在1992～2010年间的增加趋势比较明显，增加面积为6.24×103hm2，增加面积几乎为原来的6倍，尤其是1992～2000年间，增加4.47×103hm2，面积比重由1992年的0.79%上升至2000年的4.15%；油田的分布没有明显变化；1992年，其他用地类型的占地面积为2.51×103hm2，但到2000年，该类型面积增至18.12×103hm2，而2010年又下降至1.46×103hm2，面积变化波动较大。

表1　黄河三角洲自然保护区1992～2010年土地覆被类型变化（× 103hm2）Table 1　The changes of land cover types in the nature reserve of the Yellow River estuary during 1992—2010（×103hm2）

2.3土地利用转移分析

利用ArcGIS10.2软件的空间分析功能，对黄河三角洲自然保护区1992～2010年三期土地利用矢量图进行两两Intersect运算，得到研究区的土地利用类型变化转移矩阵（表2、表3）。结合上文的分析和表2、表3可知，1992～2000年，20 008.19 hm2海域转化为滩涂用地是海域面积减少的主要原因，占到海域变化面积的81.3%；而海域、芦苇和滩涂转化为其他用地类型，造成1992～2000年其他用地类型面积激增，三者转化为其他用地类型的面积分别为2555.72 hm2、6058.86 hm2和8895.29 hm2，占其他用地增加面积的98.98%；但在2000～2010年间，96%以上的其他用地类型又逆向转变为海域、芦苇和滩涂用地。因此，近20年黄河三角洲自然保护区的其他用地类型面积总体上没有明显变化。自然保护区内居民地和油田的面积在1992～2010年间没有明显变化，但需要注意的是，大量的芦苇覆被地区转化为旱地类型，尤其是1992～2000年，有2086.7 hm2芦苇地被开垦为旱地，保护区内的生态功能遭到破坏；另外，近20年间，养殖塘的面积也在不断扩大，1992～2000年，增加的养殖塘面积中74.96%由滩涂转化而来，而2000～2010年，滩涂转化为养殖塘的面积比重也有24.56%；而主要分布着柽柳、碱蓬等的其他用地类型中也有61.70%被转化为养殖塘，改变了自然保护区的生态系统结构，降低了自然保护区的生态服务功能。

表2　黄河三角洲自然保护区1992～2000年土地利用转移矩阵分析（hm2）Table 2　Analysis of land use transfer matrix in the nature reserve of the Yellow River estuary during 1992—2000（hm2）

表3　黄河三角洲自然保护区2000～2010年土地利用转移矩阵分析（hm2）Table 3　Analysis of land use transfer matrix in the natural reserve of the Yellow River estuary during 2000—2010（hm2）

3　讨论

3.1土地覆盖变化

1992～2010年间，黄河三角洲自然保护区内同种土地覆被类型的空间分布比较一致，且同种土地覆被类型的连接性比较好，从海向陆，由海域、滩涂、芦苇逐渐向草地和旱地过渡，构成自然保护区独特的覆被景观。其中海域、滩涂和旱地的分布面积占绝对优势。

1992～2010年黄河三角洲自然保护区内同种土地覆盖类型在自然保护区的比重都发生了不同程度的变化。总体上，旱地、河渠、水库、居民地和其他用地类型的变化不明显，但年际间有波动变化；草地面积虽持续减少，但总体变化不明显；灌木面积总体变化也不明显，但年际间波动较大；芦苇面积呈减少趋势，尤其是1992～2000年间，大量的芦苇覆被地区转化为旱地类型；养殖塘面积增加明显，近20年间增加面积约6.24×103hm2，主要由滩涂、柽柳、碱蓬等开发形成。

3.2土地覆盖变化的驱动力分析

近20年黄河三角洲自然保护区的土地覆盖状况发生了较大变化，其影响因素复杂，涉及自然和人为等诸多方面。

3.2.1自然因素黄河三角洲特殊的地理位置和成土条件，使得自然保护区生态系统比较脆弱，极易受到自然变化带来的影响。黄河泥沙淤积作用与海洋的侵蚀作用是黄河三角洲自然保护区内土地覆盖变化的两大自然驱动力。本研究表明，该区海域面积变化剧烈，海域转化为滩涂是造成海域面积减少的主要原因，这种变化可能与河流、海洋两种动力的强烈作用有关［11］。如1984～1986年间，由于黄河水沙来量急剧减少，河口海岸普遍蚀退，河口位置出现暂时的后退。但1986年以后，由于来水来沙量增加，新河口普遍淤进，且面积大于老河口的蚀退，使得陆地总体面积不断增加［11］。水资源的变化也是造成保护区内土地类型发生变化的又一动因［18］。黄河三角洲年均降水量537 mm，全年由降水产生的地表径流约4.4855×108m3，能饮用和灌溉的地下水仅占总面积的7.9%，且主要分布在小清河以南地区［19］。因此，该地区淡水资源较稀缺，尤其是近年来，随着社会经济发展的需求增加，淡水资源供需日趋不平衡，造成地下水枯竭，大量湿地生态系统退化为旱地，保护区的生态服务功能降低。此外，风暴潮的侵袭破坏、洪涝干旱等自然灾害也给滨海湿地生态变化带来影响。

3.2.2人为活动本研究表明，在黄河三角洲自然保护区，人类活动的影响主要体现在养殖塘面积的不断扩大，在1992～2010年间，增加面积为6.24×103hm2，几乎为原来的6倍，而增加的面积主要是由滩涂、柽柳、碱蓬等类型转化而来。这说明滩涂资源的开发与利用是导致滨海湿地损失退化的主要原因之一。滩涂经人工改造后，表面形态结构、基底物质组成、生物群落结构、湿地水体交换等性质和特征都将发生改变，导致滨海湿地损害严重并可能彻底丧失。2000～2010年间，芦苇等湿地面积的增加可能与调水调沙生态修复工程有关。自 2002年起，针对黄河三角洲湿地退化现象而实施的调水调沙生态修复工程，为黄河三角洲湿地生态保护输送了充沛的淡水资源，使黄河入海口地区的湿地得到有效恢复，大大增加了湿地面积，部分恢复了黄河三角洲湿地的生态功能，促进了整个黄河三角洲生态系统的良性循环和稳定［6，21］。可见在短时间尺度上，人类活动对土地利用的影响比自然因素更强烈［12］。总之，随着黄河三角洲地区人口的迅速增加及经济和社会的快速发展，人们对自然资源的需求日益增加，导致对湿地系统进行盲目开发，使脆弱的滨海湿地生态系统功能退化。

黄河三角洲自然保护区土地利用/覆被的变化改变了自然保护区的生态系统结构，降低了自然保护区的生态服务功能。造成黄河三角洲土地利用/覆被变化的原因既有自然的，也有人为的。黄河三角洲自然保护区土地覆被变化是在自然因素影响下，同时受农业活动、政策导向、人口与经济构成、社会经济规模与结构等多种人类因素的制约，人为因素主要有滩涂资源的开发利用和生态修复工程等。

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Characteristics of Land Cover Change in the Yellow River Estuary Nature Reserve from 1992 to 2010

HOU Xue-hui， LI Xin-hua
（Shandong Institute of Agriculture Sustainable Development， Jinan 250100， Shandong China）

The characteristics of land cover and land cover change（LUCC） in nature reserve of Yellow River estuary were analyzed by using three phases landsat remote sensing images of 1992，2000 and 2010. The results showed that the spatial distribution of land cover types in the natural reserve was sympathetic and the main land covers were the sea， tidal flats and dry land during the periods of 1992—2010. The proportion of the same land cover types in the nature reserve all had changed in different degrees. On the whole， the changes of dry land， reservoir， residential land and other land types were not obvious but there are interannual fluctuations. Although the grassland area decreased continuously， the overall change was not obvious. The changes of the shrub area were also not obvious which varied greatly in the interannual. The reed area was reduced especially in the 1992—2000 years， in which a large number of reeds were transformed into dry land types. The aquaculture area increased widely of 6.24×103hm2， the increased area mainly formed by development of the beach， Tamarix wetlands and Salsa wetlands in 20 years. The changes of sea area were violent， and the main reason for the reduce of the sea area was the conversion of the sea area to the tidal flat. The LUCC in the natural reserve had changed the structure and reduced the ecological

Yellow River estuary； nature reserve； land cover change

10.3969/j.issn.1009-7791.2015.04.009

Q948

A

1009-7791（2015）04-0309-06

2015-08-11

国家自然科学基金项目（41103036）；山东省博士基金（No.BS2009HZ013）

侯学会，助理研究员， 从事农业遥感研究。E-mail: 1304435497@qq.com

注：李新华为通讯作者。E-mail: xinhuali_2008@163.com