2002—2013年海南东寨港自然保护区湿地变化分析

李儒， 朱博勤， 童晓伟， 岳跃民， 甘华阳， 万思达

(1.中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100094； 2.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，长沙 410125； 3.广州海洋地质调查局，广州 510075； 4.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，青岛 266580)

2002—2013年海南东寨港自然保护区湿地变化分析

李儒1， 朱博勤1， 童晓伟2， 岳跃民2， 甘华阳3， 万思达4

(1.中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100094； 2.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，长沙 410125； 3.广州海洋地质调查局，广州 510075； 4.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，青岛 266580)

湿地的生态环境退化和可持续发展问题已成为当前湿地研究的焦点问题，有必要及时开展湿地动态变化监测研究。通过3期遥感影像解译，获得了海南东寨港湿地类型空间分布数据，并在此基础上分析了2002年、2008年和2013年东寨港保护区湿地类型及其动态变化。结果表明: 近12 a来海南岛东寨港湿地类型变化不大，滨海海域、红树林和养殖塘是保护区主要湿地类型； 保护区自然湿地面积呈下降趋势，但湿地总面积和斑块数量均呈增加趋势，其中潮沟面积增加比例最大，养殖塘斑块数增加显著； 保护区斑块数量和面积变化较大的地方多发生在陆地边缘，这也是人类活动较为频繁的区域。2002—2013年间，保护区各湿地类型变化动态度不大，其中滨海海域、潮沟和红树林湿地类型变化缓慢，是保护区内稳定少动的湿地类型，而水库、沙质潮间湿地及坑塘类型变化迅速，具有相对较大的动态度，是保护区湿地类型变化的快速变动类型。

湿地； 遥感； 变化分析； 生态环境

0 引言

湿地兼有水陆两类生态系统的某些特征，因而具有多种生态功能和经济与社会价值，已成为人类赖以生存和发展的重要自然资源宝库与生存环境的一部分[1]。湿地科学研究受到越来越多的关注，已成为当今世界所关注的重点学科与领域[2-4]。随着人口的急剧增加，城市化与工业化的迅速发展，湿地的生态环境退化和可持续发展问题已成为当前湿地研究的焦点问题，有必要及时开展湿地时空变化监测研究[5-7]。海南岛东寨港湿地保护区属于海洋和海岸生态系统型的保护区，是中国第一个保护和研究红树林及海岸带生态系统的重要基地。但由于长期的人为干扰和不合理利用，东寨港红树林资源及其生境遭受了不同程度的破坏[8]。国内虽然对东寨港保护区有诸多研究，但仍缺乏对保护区湿地类型高空间分辨率、长时间的动态变化监测，这已成为影响该湿地有效保护的重要制约因素之一。因此，有必要及时开展东寨港湿地类型变化的动态过程研究，深入了解其变化特征，掌握湿地资源的变化过程，从而针对性地采取有效措施，加强对湿地资源的保护和管理，并为实现保护区湿地生态系统的可持续发展，提供理论依据和实践基础。本研究以东寨港湿地保护区为研究区域，采用三时相高空间分辨率遥感影像解译与实地考察相结合的方法，对保护区近12 a来湿地类型的面积变化、转变及其趋势等问题展开研究，以期对保护区湿地的可持续发展提供参考依据。

1 研究区概况

海南东寨港国家级自然保护区(简称“东寨港保护区”)位于琼山区东北部的东寨港(图1)，面积约40 km2，坐标范围S110°32′～110°37′，N19°51′～20°1′。

东寨港保护区地处热带，属于典型的热带季风海洋性气候，为呈漏斗状深入内陆的半封闭港湾式泻湖,北端北港岛两侧有潮汐通道与琼州海峡相连,能给港内带来大量的沉积物； 演州河、演丰东河、西河和三江河分别从东、西、南3面汇入东寨港，这些河流每年有约7亿m3的水量注入保护区[8]，暴雨季节，河水挟带大量泥沙，在东寨港内沉积，形成了广阔的滩涂沼泽，非常适合红树林的生长繁殖。

(a) 海南省在Google Earth软件中影像 (b) 2013-06-01 SPOT6 多光谱真彩色影像

图1海南东寨港国家级自然保护区位置示意图

Fig.1LocationofHainanDongzhaiwetlandreserve

2 研究方法

2.1 数据处理

选择覆盖东寨港保护区的3期高分辨率SPOT影像，时相为2002-11-07，2008-02-29和2013-06-01，其间隔约为63个月。3期遥感影像均进行了几何纠正、大气校正及投影校正，平均位置误差在1个像元以内。由于获取图像时的季节和潮位不同，3期遥感影像在色彩和影像的反差、海域大小、滩涂出露上存在一定的差异，通过湿地要素增强手段弱化差异，使各影像满足人机交互解译的要求； 建立湿地解译标志，确定保护区湿地类型为4个一级类型和10个二级类型，最终形成了本研究兼顾自然属性和人为特点的高空间分辨率遥感湿地调查分类体系(表1)。实际遥感解译面积约为保护区面积的4倍以上，达到17 000 hm2。在此基础上采用湿地变化分类解译(即直接解译动态斑块)的方式对湿地变化动态信息进行提取，进一步勾画出不同时段内的湿地变化图斑，并加以定性与归类。

表1 高空间分辨率遥感湿地调查分类体系

2.2 解译成果精度评定

对于解译成果进行了现场考察验证，并校对和丰富已经建立的湿地遥感解译标志。图2(a)给出了野外调查与验证的路线(红色线迹)。考察主要集中在人迹能够到达的保护区核心区域。利用人机交互解译，3时相共解译出图斑17 859个。验证图斑以抽查确定，抽查原则为： ①重点抽查地类包含水塘、稻田、植被覆盖水面、红树林等在内的湿地主要类型； ②抽查数量不少于总解译图斑数的10%； ③位于湿地保护区内部人迹可达处，抽查点按行进路线大体均匀等间距分布。经过抽查发现，解译错误包括2类，即属性错误和漏解译，其中以属性错误为主，表现特征为混淆了目视效果相近的地类。最终解译成果中地类最低解译精度不低于80%，经过野外调查后的修正，分类结果的精度有所提升。

(b) 水稻田(c) 浮水植物水面 (a) 野外调查路线 (d) 养殖塘(e) 红树林

图2野外调查路线与部分解译标志

Fig.2Trackoffieldinvestigationandpartsofwetlandremotesensinginterprettags

2.3 动态度模型

为更好地反映不同湿地类型的变化状况及差异，本研究利用土地利用动态度模型[9]分别计算了保护区2002—2008年，2008—2013年及2002—2013年的湿地类型变化动态度，即

(1)

式中：n为总湿地类型数；Si为监测开始时间时第i类湿地类型总面积； △Si-j为任意2期影像时段内第i类湿地类型转换为第j类湿地类型面积总和；t为湿地类型变化时间段；S为与t时段对应的研究区湿地类型变化速率。

3 湿地分类结果

3.1 湿地类型的空间分布与面积变化

对海南东寨港国家级自然保护区3个时相湿地面积进行统计，结果见表2。

表2 海南东寨港国家级自然保护区3时相湿地面积统计

由表2可知，研究区湿地类型以滨海海域、红树林和养殖塘为主，其他类型镶嵌于其中。3期湿地分类结果中，滨海海域面积占湿地总面积的平均比例最大，约为58.86%； 其次为红树林和养殖塘，分别占湿地总面积平均比例为18.09%和16.75%，坑塘面积占湿地总面积的平均比例为3.40%。在3个不同时段内，保护区内养殖塘的斑块数量最大，其斑块数量占保护区总斑块数的平均比例为88.96%。

近12 a来保护区湿地总面积和斑块数量均呈持续增加趋势，其中人工湿地面积呈持续增加趋势，但自然湿地面积呈持续减少趋势，不同湿地类型面积变化有差异。滨海海域，沙质潮间湿地和养殖塘总面积呈持续增长趋势，潮沟面积呈增加趋势。养殖塘净增加面积最大(约2 773 372 m2)，增长了20.34%； 沙质潮间湿地总面积净增加了32 904 m2，增长了28.06%； 潮沟净增加面积为10 502 m2,增长了32.52%，是增长比例最大的湿地类型； 滨海海域净增加6 924 m2，但增长比例极其微弱。红树林湿地和水库总面积呈持续减少趋势，其中红树林净减少面积最大(431 160 m2)，减少了2.61%； 水库总面积净减少54 655 m2，减少了58.22%，是保护区面积减少比例最大的湿地类型。泥质潮间湿地和河流面积呈先减后增的趋势，泥质潮间湿地面积在近12 a间净增加65 713 m2，增长了12.15%； 河流面积在2008年以后有所增加，但相较于2002年其面积净减少了89 157 m2，减少了5.96%。沟渠和坑塘面积呈先增后减的趋势，沟渠面积在2008年以后有所减少，但与2002年相比其面积仍净增加66 213 m2，增加了12.22%； 坑塘面积在近12 a间净减少了258 781m2，减少了8.51%。2002—2013年间保护区斑块净增加了2 288块，增加了49.96%，除滨海海域，河流，沙质潮间湿地，红树林湿地和水库外，其余湿地类型斑块数均有不同程度的增加，其中养殖塘斑块数净增加2 162块，增加了53.90%，是整个保护区斑块数增加的主要来源，其次为坑塘和沟渠，增长比例分别为43.43%和36.05%。综上可知，东寨港保护区湿地总面积在近12 a间有扩展趋势，但自然湿地面积呈减少趋势，保护区斑块数量不断增多，其整体景观破碎化程度逐步增大，这将对保护区生物多样性维护功能造成不利影响。

3.2 湿地类型转换特征

从不同时段保护区内发生变化的湿地类型的空间分布看，保护区湿地类型间的转变主要发生在养殖塘和红树林湿地上，同时保护区部分陆地转变为除水库外的其他所有湿地类型，对增加保护区斑块数起到了主要作用。研究区不同湿地类型转变的斑块数量及面积统计见表3。

表3 海南东寨港国家级自然保护区3时相间湿地变化方式统计表

(续表)

在不同时段内，由陆地转变为其他湿地类型的面积均为最大，其次为坑塘、养殖塘和红树林湿地； 同时，由陆地转变为其他湿地类型的斑块数量也是最大，其次为由养殖塘转变引起的斑块数增加。各湿地类型面积变化主要由养殖塘，陆地和坑塘之间的相互转变引起，在同一时段内，陆地与养殖塘之间相互转变的面积最大，其次为陆地和坑塘之间的相互转变。

不同时段内由沙质潮间湿地，红树林湿地，养殖塘及陆地转变而成的滨海海域面积均大于滨海海域转出的面积，因而滨海海域面积呈持续增加的趋势，然而不同时间段内，滨海海域面积增加的主要来源略有差异： 2002—2008年间沙质潮间湿地是滨海海域面积增加的主要来源，2008年后红树林湿地是其面积增加的主要来源。保护区内除潮沟、水库和道路类型没有向养殖塘转变外，其余湿地和非湿地类型均有不同程度的转变为养殖塘，其中陆地转变是养殖塘面积及其斑块数急剧增加的主要原因。2008年后陆地上挖塘养殖面积有所减少，但由坑塘和沟渠转变成养殖塘的面积大幅增加，使得保护区养殖塘面积持续增加。沙质潮间湿地面积变化主要与滨海海域及陆地有关： 2002—2008年间，陆地是沙质潮间湿地面积增加的主要来源，2008年以后，沙质潮间湿地转出面积大幅减少，滨海海域是这一时段沙质潮间湿地面积增加的主要来源。

陆地、泥质潮间湿地和养殖塘是红树林湿地转入的主要来源，但不同时段内由红树林转出的面积均大于其他类型转入的面积，导致保护区红树林面积持续减少，不同时间段内，红树林转出的主要类型有所不同： 2002—2008年间红树林主要转变成养殖塘和陆地，2008年以后红树林转出类型增加的同时，其转出面积也急剧增加，陆地和泥质潮间湿地是这一时段红树林湿地转出的主要类型，其次为滨海海域和潮沟。保护区内水库与其他湿地类型间的转变最微弱，水库主要转变成陆地和坑塘，是唯一只有转出没有转入的湿地类型，这也是水库面积减少的原因。

泥质潮间湿地的面积变化主要与养殖塘、红树林湿地及陆地之间的转变有关： 2002—2008年间，泥质潮间湿地转出面积大于转入面积，导致其面积缩减，这一时段内泥质潮间湿地主要转变成了养殖塘和陆地； 2008年以后，泥质潮间湿地转出面积大幅减少，同时红树林湿地大幅转入，使得泥质潮间湿地面积快速增加。保护区内河流与其他类型之间的转变比较微弱，其面积变化主要与坑塘和陆地有关： 2002—2008年间，河流转出成坑塘的面积显著大于陆地转入成河流的面积，因而这一时段内河流面积缩减明显； 2008年以后，河流没有转变成其他类型，而坑塘、陆地和红树林湿地不同程度的转变为河流，使得河流面积有所增加，近12 a来河流面积经历了先减少后增加的过程，但其总面积较2002年仍有一定减少。

沟渠的面积变化主要与坑塘、养殖塘和陆地相关： 2002—2008年间大量陆地和坑塘转变为沟渠，使得沟渠面积增加； 2008年以后沟渠转入面积大幅减少，而转出成养殖塘的面积急剧增加，使得沟渠总面积缩减。坑塘的面积变化主要与陆地和河流有关，新增的坑塘斑块基本由陆地转变而成： 2002—2008年间大量陆地和河流转变为坑塘，使得坑塘面积增加； 2008年以后，坑塘转入面积急剧减少，同时大量坑塘转变成河流和养殖塘，导致其面积缩减。

综上可知，保护区3个时间段中斑块及面积变化的类型相近，大多与陆地相关，主要为红树林→陆地、陆地→沟渠、坑塘→陆地、陆地→坑塘、养殖塘→陆地的转变，说明保护区斑块数量和面积变化较大的地方多发生在陆地边缘。

3.3 湿地类型转换的动态度差异

不同时间段内保护区湿地类型变化动态度(表4)显示, 2002—2008年间保护区滨海海域、潮沟、红树林湿地和养殖塘类型变化缓慢, 其变化动态度均小于0.73%，而河流、坑塘及沙质潮间湿地类型变化相对较迅速，其变化动态度均大于6.92%。2008年以后，滨海海域、潮沟、沟渠、红树林湿地及水库类型的动态度较前期有所增加，其余湿地类型的动态度则有所下降，其中水库和沟渠动态度增加明显，河流和沙质潮间湿地动态度下降十分明显。近12 a以来，保护区内水库，沙质潮间湿地及坑塘类型变化迅速，具有相对较大的动态度，是保护区湿地类型变化的快速变动类型,其次为泥质潮间湿地和陆地类型； 滨海海域和潮沟湿地类型变化非常微弱, 动态度分别为0.012%和0.161%，是保护区湿地类型变化的稳定少动类型。

表4 保护区湿地类型变化动态度

从整体上看保护区大部分湿地类型变化缓慢,由于人类活动对湿地类型的直接和间接影响, 导致水库和坑塘湿地类型变动较大。水库动态度较大，主要与水库被填充转变成陆地和坑塘有关； 沙质潮间湿地从早期的快速变化到后期的稳定少动，主要与沙质潮间湿地与滨海海域及陆地间的转变有关，沙质潮间湿地与滨海海域间的转变是主要是潮汐海水位变动的结果，而与陆地的转变则是人类活动干扰的结果。

4 结论

本研究选用了3期高空间分辨率遥感影像，通过湿地要素增强手段弱化差异，结合当地湿地特点，修正建立了高空间分辨率遥感湿地解译分类系统，经过人机交互方式解译了海南东寨港国家级自然保护区湿地类型，并通过实地验证分析了解译精度。在此基础上开展了采用湿地变化分类解译的方式对湿地变化动态信息进行提取，进一步勾画出不同时段内湿地变化的图斑，动态分析该湿地保护区内近12 a地表类型的动态变化情况及其趋势。

1)近12 a来保护区湿地类型变化不大，滨海海域、红树林和养殖塘是占湿地面积较大的主要类型； 保护区湿地总面积呈增加趋势，自然湿地面积呈减少趋势，不同湿地类型面积波动变化，其中潮沟增加面积比例最大，水库缩减面积比例最大； 人类活动干扰导致养殖塘数量急剧增加，使得保护区斑块数量呈增加趋势，景观破碎化程度逐步增大。

2)保护区湿地类型间的转变主要发生在养殖塘和红树林湿地上，红树林湿地类型转入量在一定程度上增加了红树林斑块面积，有利于增强红树林生态功能，而红树林湿地类型转出量导致红树林湿地斑块面积减小，不利于系统生态功能的发挥。研究区斑块数量和面积变化较大的地方多发生在陆地边缘，这也是人类活动较为频繁的区域。

3)保护区湿地类型变化动态度不大，尤其是滨海海域、潮沟和红树林湿地。水库和坑塘具有相对较大的动态度，不同时段内湿地类型动态度的差异是人类活动及自然因素综合的结果。

本研究中针对当地情况建立的高空间分辨率遥感湿地调查分类体系，对热带遥感湿地地类解译具有借鉴价值，高空间分辨率遥感解译成果和动态分析成果对当地进一步湿地保护的方式、强度以及保护政策制定具有一定的现实参考意义。但由于篇幅限制，本文只对近12 a该地区湿地变化情况进行了分析，而未能更多地结合当地经济人口发展等社科数据开展动态变化的联动分析，也缺乏对不同湿地类型动态度隐含的湿地环境变化意义展开讨论。在未来的工作中，将人文经济发展数据与海面变化和气候变化结合，实现联动分析，是重要的工作方向之一，有助于得到更加全面的成果。

志谢： 感谢广州海洋地质调查局对本项目研究的支持。

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(责任编辑：邢宇)

ChangeanalysisinHainanDongzhaiWetlandReservebasedonremotesensingdataobtainedduring2002-2013

LI Ru1, ZHU Boqin1, TONG Xiaowei2, YUE Yuemin2, GAN Huayang3, WAN Sida4

(1.InstituteofRemoteSensingandDigitalEarth,CAS,Beijing100094,China; 2.KeyLaboratoryofAgro-ecologicalProcessesinSubtropicalRegion,InstituteofSubtropicalAgriculture,CAS,Changsha410125,China; 3.GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510075,China; 4.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofGeosciences,Qingdao266580,China)

Ecological environment degradation and sustainable development of wetland has become the focus of the current wetland research, it is necessary to study on wetlands monitoring dynamic changes.The study investigated wetland type and dynamic changes in Hainan Dongzhai Reserve based on three high resolution remote sensing images recorded in 2002, 2008 and 2013, respectively. The results indicated that there was little change in wetland types during 2002 to 2013. Coastal water, mangrove and culture pond were the main types of wetland in this area. The area of natural wetland trended to decline, while the total area and the numbers of individual wetland to increase. The most increased wetland types were the area of tidal creek in proportion and the culture pond in individual numbers. The changes were discovered frequently in edges of landward edge in which human activities were extensive.In aspect of the area of wetland, the dynamic degrees of the wetland changes during 2002 to 2013 in this area were small. The types of coastal water mangrove and tidal creek mainly trended to be stable. While concentrated in the types of reservoir, sandy tidal wetlands and culture pond, the dynamic degrees were big, and they were the type of wetland with swift changes.

wetland; remote sensing; change analysis; ecological environment

10.6046/gtzyyg.2017.03.22

李儒,朱博勤，童晓伟，等.2002—2013年海南东寨港自然保护区湿地变化分析[J].国土资源遥感,2017,29(3):149-155.(Li R,Zhu B Q,Tong X W,et al.Change analysis in Hainan Dongzhai Wetland Reserve based on remote sensing data obtained during 2002—2013[J].Remote Sensing for Land and Resources,2017,29(3):149-155.)

2015-02-25；

2015-03-16

部委项目“海南东北部滨海湿地典型区域高分辨率遥感解译分析与大区环境参数反演”(编号： 2013GMGS-DK-145)资助。

李儒(1981-)，男，副研究员，主要从事遥感应用技术研究，侧重生态与环境领域。Email： liru@radi.ac.cn。

朱博勤(1962-)，男，研究员，主要从事地质遥感、海洋遥感研究。Email： zhubq@irsa.ac.cn。

TP 751.1

： A

： 1001-070X(2017)03-0149-07