金曉敏, 李 穎，付波霖, 殷書柏, 楊 高，幸澤峰

1 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長春 130102 2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049 3 唐山師范學(xué)院，唐山 063000 4 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081

?

1954—2015年不同地貌分區(qū)下濕地農(nóng)田化過程的時(shí)空特征
——以完達(dá)山以北三江平原為例

金曉敏1,2, 李 穎1,*，付波霖1,2, 殷書柏3, 楊 高1,2，幸澤峰4

1 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長春 130102 2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049 3 唐山師范學(xué)院，唐山 063000 4 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081

以完達(dá)山以北三江平原(以下簡稱為小三江平原)為研究區(qū)，依據(jù)樣帶選擇原則選取具有濕地農(nóng)田化典型性的區(qū)域(即典型樣帶)。在地質(zhì)地貌分區(qū)的基礎(chǔ)上，基于特定歷史時(shí)期的土地利用/覆被數(shù)據(jù)集構(gòu)建長時(shí)間序列的耕地和沼澤濕地動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)集，利用RS和GIS技術(shù)分析小三江平原典型樣帶內(nèi)濕地農(nóng)田化的時(shí)空變化規(guī)律，探究近60年小三江平原內(nèi)濕地農(nóng)田化的區(qū)位特征，結(jié)果表明：(1)1954—2015年，小三江平原的耕地面積顯著增加，墾殖率達(dá)到了79.47%，耕地結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著的變化；(2)小三江平原濕地農(nóng)田化具有明顯的歷史階段性：在改革開放之前(1954—1976年)濕地農(nóng)田化程度不是很大，改革開放初期(1976—1985年)開始發(fā)生明顯的濕地農(nóng)田化，到全面改革開放期(1985—1995年)濕地農(nóng)田化程度加重，在改革開放轉(zhuǎn)型期(1995—2005年)濕地農(nóng)田化最嚴(yán)重，在深化改革開放期(2005—2015年)濕地農(nóng)田化程度有所減?。?3)區(qū)域大的自然背景決定了小三江平原濕地農(nóng)田化整體趨勢(shì)：1954—2015年間，小三江平原濕地農(nóng)田化最初發(fā)生在中幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)，逐步擴(kuò)展到大幅度沉降第四紀(jì)緩慢沉降區(qū)和小幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)；(4)小三江平原濕地農(nóng)田化具有明顯的地貌區(qū)位特征：濕地農(nóng)田化最初發(fā)生在沖積平原上，然后擴(kuò)展到河流低階地和高河漫灘上，隨著時(shí)間的推移逐步擴(kuò)展到低河漫灘和微高地上，最后蔓延到洼地上。

濕地農(nóng)田化；樣帶；區(qū)位特征；地貌類型；小三江平原

濕地是水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、防止土壤侵蝕和降解污染等生態(tài)功能。濕地對(duì)區(qū)域和全球的氣候變化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人類生存環(huán)境有著相當(dāng)重要的影響，在維持生態(tài)平衡、保護(hù)生物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。三江平原地區(qū)是我國最大的沼澤區(qū)，建國以來，隨著人口和國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，該地區(qū)經(jīng)歷了幾次開荒高潮，沼澤濕地被大規(guī)模開墾為耕地[3-4],曾經(jīng)“棒打狍子瓢舀魚”的廣袤沼澤濕地景觀，如今已成為良田萬頃的國家重要商品糧生產(chǎn)基地[5-6]。農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致了沼澤濕地的嚴(yán)重退化，為此三江平原成為人-地互動(dòng)關(guān)系研究的典型區(qū)。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，許多學(xué)者圍繞土地利用變化過程、景觀格局和濕地農(nóng)田化等方面，對(duì)三江平原耕地?cái)U(kuò)張現(xiàn)象開展了相應(yīng)的研究：劉吉平等從景觀格局的角度探討了1954—2010年三江平原土地利用景觀格局及其驅(qū)動(dòng)力，研究結(jié)果表明1954—2010年三江平原耕地面積的增加主要是由開墾濕地和草地而來，且增加的耕地主要分布在研究區(qū)的北部和東部[7]；宋開山等對(duì)1954年以來三江平原土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力的研究后認(rèn)為耕地面積的快速擴(kuò)展引起濕地面積的急劇減少[8]；黃妮等研究了三江平原蘿北縣濕地農(nóng)田化過程，結(jié)果表明耕地已成為該區(qū)的基質(zhì)景觀，且地勢(shì)低平，坡度較小，土壤條件、地貌條件良好的平原區(qū)是濕地農(nóng)田化的首選區(qū)域[9]。這些研究結(jié)果表明， 60年來三江平原耕地發(fā)生巨大變化，表現(xiàn)為濕地農(nóng)田化導(dǎo)致耕地?cái)U(kuò)張。

濕地開墾一方面受國家政策及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)使，另一方面也受到自然環(huán)境的約束。然而，上述研究側(cè)重于人類活動(dòng)對(duì)濕地退化影響的研究，沒有考慮國家政策和自然環(huán)境對(duì)濕地開墾的影響，為此，本文利用RS技術(shù)和樣帶法，以改革開放政策為社會(huì)背景，利用1954—2015年時(shí)間序列土地利用/覆被數(shù)據(jù)集，定量分析不同歷史時(shí)期完達(dá)山以北三江平原濕地農(nóng)田化過程，同時(shí)結(jié)合地貌類型探究完達(dá)山以北三江平原地區(qū)耕地?cái)U(kuò)張過程的空間演化特征及發(fā)生規(guī)律，從而為三江平原濕地保護(hù)與耕地開墾沖突的權(quán)衡提供科學(xué)性依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和樣帶的設(shè)定

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省三江平原核心區(qū)域的完達(dá)山以北的黑龍江、松花江和烏蘇里江匯流處，由于長期的構(gòu)造下陷和三江的泥沙堆積，所形成的低洼平坦的平原，簡稱小三江平原(圖1)，總面積16073.7 km2。該區(qū)屬溫帶濕潤大陸性季風(fēng)氣候，夏季溫暖多雨，全年降水量多集中在6—8月份，徑流不暢，洪水泛濫；該區(qū)內(nèi)資源豐富，雨熱同季，適宜小麥、大豆、水稻、玉米等多種農(nóng)作物生長[10]。冬季寒冷漫長，季節(jié)性凍融易形成粘重土質(zhì)，地表長期過濕，積水過多，形成大面積沼澤水體和沼澤化植被、土壤，構(gòu)成了獨(dú)特的沼澤景觀。土壤類型主要有黑土、白漿土、草甸土、沼澤土等，以草甸土和沼澤土分布最廣，土質(zhì)肥沃。目前，三江平原經(jīng)過50多年改造、耕作，已經(jīng)成為我國的重要商品糧基地之一，同時(shí)也成為人地互動(dòng)關(guān)系研究的典型區(qū)。本研究選取小三江平原區(qū)域內(nèi)典型樣帶探究近60年小三江平原濕地農(nóng)田化的區(qū)位特征。

1.2 樣帶設(shè)定

圖2 研究樣帶地貌類型分布概況Fig.2 The distribution of geomorphic types in the transect

樣帶研究方法是研究空間差異的重要方法，在地理學(xué)及生態(tài)學(xué)研究中被廣泛采用[11- 13]。為了準(zhǔn)確反映小三江平原濕地農(nóng)田化過程的時(shí)空特征，本研究沿垂直北東向構(gòu)造帶走向，選取小三江平原內(nèi)寬20 km，縱貫黑龍江、濃江、別拉洪河和烏蘇里江，總面積1905 km2的區(qū)域作為典型樣帶，樣帶的選定主要基于以下幾個(gè)方面：

(1)樣帶占研究區(qū)面積約12%，地貌類型有江心洲、低河漫灘、高河漫灘、河流低階地、洼地、沖積平原和微高地等(圖2)，涵蓋了小三江平原濕地農(nóng)田化的主要地貌類型；

(2)樣帶區(qū)屬于同江坳陷，在地質(zhì)基礎(chǔ)和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)制約下，造成樣帶區(qū)內(nèi)地勢(shì)低平，自然條件優(yōu)越，土壤中富含腐殖質(zhì)、肥力高，有利于農(nóng)作物生長，涵蓋了小三江平原適宜開墾為耕地的主要背景因素；

(3)1954—2015年間，研究樣帶區(qū)地表景觀由最初的以沼澤濕地為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿貫橹?，反映了小三江平原土地利?覆被的格局轉(zhuǎn)變過程及濕地農(nóng)田化過程；

(4)研究樣帶分布有2個(gè)主要的保護(hù)區(qū)：黑龍江三江國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和黑龍江八岔島國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(如圖2)，能夠從建立保護(hù)區(qū)之后濕地農(nóng)田化的情況加以分析，更加具有典型性。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)處理

以往的研究表明國家和地方政府在宏觀上制定的改革措施對(duì)土地利用變化起到關(guān)鍵作用[14- 16]，因此本研究以改革開放為社會(huì)背景依據(jù)，以及考慮數(shù)據(jù)的可獲取性和政策實(shí)施的滯后性，典型樣帶土地利用/覆被相關(guān)數(shù)據(jù)集的時(shí)間跨度為1954—2015年，具體數(shù)據(jù)源及其表征的歷史節(jié)點(diǎn)如表1所示。

此外，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所(周成虎)編制的1∶500000地貌數(shù)據(jù)和分辨率為5.8m的資源三號(hào)多光譜影像作為輔助數(shù)據(jù)。其中，地貌數(shù)據(jù)用來分析不同地貌類型下耕地?cái)U(kuò)張的區(qū)域差異，資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)用來驗(yàn)證土地利用/覆被解譯精度。

表1 1954—2015年土地利用數(shù)據(jù)

根據(jù)研究目的及研究區(qū)特點(diǎn)，參照《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標(biāo)準(zhǔn)[17]，將研究區(qū)土地利用/覆被類型分為7種類型：耕地、林地、草地、水域、建筑用地、沼澤濕地和未利用地，并據(jù)此分類體系對(duì)已有成果數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

將1982年、1990年、2010年和2015年的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理后，在ArcGIS軟件下，參照相鄰兩期的成果數(shù)據(jù)，進(jìn)行人機(jī)交互式判讀，得到相應(yīng)的土地利用/覆被數(shù)據(jù)。此外，使用2015年同時(shí)相的分辨率為5.8m的資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)2015年解譯結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，解譯精度達(dá)到90.5%。

2.2 研究方法

2.2.1 特定歷史時(shí)期濕地農(nóng)田化區(qū)域差異

為了研究不同歷史階段內(nèi)濕地農(nóng)田化過程，將研究時(shí)期分為以下5個(gè)階段：改革開放之前(1954—1976年)、改革開放初期(1976—1985年)、全面改革開放期(1985—1995年)、改革開放轉(zhuǎn)型期(1995—2005年)和深化改革開放期(2005—2015年)。

以耕地面積相對(duì)變化率來反映濕地農(nóng)田化區(qū)域差異，耕地面積相對(duì)變化率表達(dá)式為[18]：

(1)

式中，Ka和Kb分別為某一地貌區(qū)域一定研究時(shí)間內(nèi)初期和末期的耕地面積，Ca和Cb分別為典型樣帶一定研究時(shí)間內(nèi)初期和末期的耕地面積，R則表示在一定研究時(shí)間內(nèi)的耕地相對(duì)變化率。如果某一地貌區(qū)域耕地的相對(duì)變化率大于1則表示該地貌區(qū)域耕地變化速度快于全區(qū)，反之則慢于全區(qū)。

2.2.2 基于地質(zhì)構(gòu)造和地貌類型的樣帶分區(qū)方法

三江平原總體地貌格局受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)總的趨勢(shì)是下沉的，但在下沉過程中伴隨有間歇性上升現(xiàn)象，主要受北東向次生斷裂控制，在樣帶區(qū)表現(xiàn)為黑龍江—濃江大幅度沉降第四紀(jì)緩慢沉降區(qū)、濃江—?jiǎng)e拉洪河中幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)、別拉洪河—烏蘇里江小幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)[19]，為了科學(xué)的揭示小三江平原濕地農(nóng)田化的空間區(qū)位特征，依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)將樣帶分為3個(gè)一級(jí)區(qū)，即黑龍江—濃江區(qū)、濃江—?jiǎng)e拉洪河區(qū)和別拉洪河—烏蘇里江區(qū)。

樣帶的地貌類型以流水地貌為主，在一級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上，將典型樣帶進(jìn)行二級(jí)分區(qū)，分為河流區(qū)、江心洲區(qū)、低河漫灘區(qū)、高河漫灘區(qū)、河流低階地區(qū)、洼地區(qū)、沖積平原區(qū)、微高地區(qū)和侵蝕剝蝕低丘陵區(qū)(如圖2)。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)濕地農(nóng)田化過程時(shí)空特征

由典型樣帶內(nèi)沼澤濕地面積與耕地面積變化情況(圖3,圖4)可見：1954—2015年間典型樣帶內(nèi)沼澤濕地面積與耕地面積呈現(xiàn)此消彼長的態(tài)勢(shì)，景觀格局發(fā)生了劇烈的變化。土地利用景觀格局由建國初期的以沼澤濕地為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿貫橹?，耕地墾殖率達(dá)到79.47%，景觀基質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)變(表2)。

圖3 典型樣帶內(nèi)1954—2015年土地利用/覆被的空間格局Fig.3 Land use pattern in the typical transect from 1954—2015

圖4 典型樣帶內(nèi)1954—2015年沼澤濕地與耕地面積變化及耕地內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.4 The variation of marsh and farmland area and the structure of farmland in the typical transect from 1954—2015

從耕地結(jié)構(gòu)變化來看(圖4)，隨著時(shí)間的變化耕地結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著變化：1954—2000年，耕地結(jié)構(gòu)由旱地組成，結(jié)構(gòu)單一；2000—2015年間，水田所占比例顯著增加，水田與旱地的比例分別由2000年的3.80%，96.20%變?yōu)?015年的78.06%，21.94%。此外， 2005—2015年，耕地面積增加以水田為主，水田增加主要由兩部分構(gòu)成，即主要形式為沼澤濕地—水田和旱地—水田。

從濕地農(nóng)田化發(fā)生的歷程上看(圖3和表2)，樣帶內(nèi)1954—2015年伴隨著耕地面積的持續(xù)增加，沼澤濕地面積一直在減小，但濕地農(nóng)田化表現(xiàn)出明顯的歷史階段性。在改革開放之前(1954—1976年)，耕地面積增加了78.5 km2，年均耕地面積增加3.6 km2，濕地農(nóng)田化程度不是很大，主要原因是大量移民的涌入及農(nóng)墾部隊(duì)的進(jìn)入致使農(nóng)田在此期間被開墾，但由于這一時(shí)期農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度低，農(nóng)業(yè)的發(fā)展是以粗放式的經(jīng)營為主[20]；改革開放初期(1976—1985年)，耕地面積增加了98 km2，平均每年增加了10.9 km2，發(fā)生了明顯的濕地農(nóng)田化，這是由于國家政策導(dǎo)向(1976年國家提出了以防洪治澇為重點(diǎn)的“三江平原綜合治理規(guī)劃”，1982年起加大投資力度，對(duì)沼澤地工程進(jìn)行施工， 1983年家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的推行)和自然因素(1976—1979年持續(xù)干旱，地表積水少，大面積季節(jié)性積水的沼澤地干涸，為墾荒提供了土地條件)的影響[21]；到全面改革開放期(1985—1995年)，耕地面積增加了280.9 km2，年均增加了28.1 km2，濕地農(nóng)田化程度加重，是由于日本貸款項(xiàng)目的支持和機(jī)械化程度的提高，排灌系統(tǒng)不斷完善，許多重度沼澤地不斷被開發(fā)為農(nóng)田，再加上“井排井灌”這一改造沼澤水利工程的實(shí)施，低洼易澇耕地得到了有效的治理[22]；在改革開放轉(zhuǎn)型期(1995—2005年)，耕地面積新增了837.1 km2，年均耕地面積達(dá)到83.7 km2，濕地農(nóng)田化最嚴(yán)重，主要原因是這一時(shí)期修建了許多水利設(shè)施[23]，導(dǎo)致濕地農(nóng)田化速度明顯加快；到深化改革開放期(2005—2015年)，耕地面積增加了219.5 km2，年均耕地面積增加22.0 km2，濕地農(nóng)田化程度減緩，一方面是因?yàn)榭砷_墾的后備資源量少，另一方面是因?yàn)楸Ｗo(hù)區(qū)的建立對(duì)沼澤濕地開墾為耕地起到了一定的抑制作用。

表2 近60年來典型樣帶內(nèi)耕地及沼澤濕地分布

3.2 地貌一級(jí)分區(qū)下濕地農(nóng)田化過程的區(qū)位特征

圖5 典型樣帶內(nèi)1954—2015不同分區(qū)耕地面積變化 Fig.5 The change of farmland area in the three divisions during 1954—2015

圖6 典型樣帶內(nèi)1954—2015年耕地變化 Fig.6 The change of farmland the typical belt from 1954 to 2015

從地貌一級(jí)區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看(圖5，圖6)，盡管3個(gè)一級(jí)區(qū)濕地農(nóng)田化過程與整個(gè)典型樣帶具有一定的相似性，但在各歷史階段濕地農(nóng)田化呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異性。

改革開放之前(1954—1976年)，濕地農(nóng)田化主要發(fā)生在濃江-別拉洪河區(qū)，在黑龍江-濃江區(qū)和別拉洪河-烏蘇里江區(qū)僅是零星的開墾。到改革開放初期(1976—1985年)和全面改革開放期(1985—1995年)，3個(gè)一級(jí)區(qū)濕地農(nóng)田化速度均持續(xù)增加，且濃江-別拉洪河區(qū)濕地農(nóng)田化速度明顯高于黑龍江-濃江區(qū)和別拉洪河-烏蘇里江區(qū)。進(jìn)入改革開放轉(zhuǎn)型期(1995—2005年)，3個(gè)一級(jí)區(qū)濕地農(nóng)田化速度均達(dá)到最高峰，但各個(gè)區(qū)濕地農(nóng)田化速度排序發(fā)生改變，從大到小為黑龍江-濃江區(qū)、濃江-別拉洪河區(qū)、別拉洪河-烏蘇里江區(qū)；到深化改革開放期(2005—2015年)，黑龍江-濃江區(qū)和濃江-別拉洪河區(qū)濕地農(nóng)田化速度急劇減小，而別拉洪河-烏蘇里江區(qū)濕地農(nóng)田化速度雖然較改革開放轉(zhuǎn)型期有所降低，但減小幅度有限，仍保持較強(qiáng)擴(kuò)張的趨勢(shì)，主要原因：黑龍江-濃江區(qū)全部在國家級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)，相關(guān)的保護(hù)措施對(duì)濕地農(nóng)田化起到了抑制作用；濃江-別拉洪河區(qū)可開墾的后備資源已盡匱乏，導(dǎo)致了濕地農(nóng)田化速度減小，而別拉洪河-烏蘇里江區(qū)雖有保護(hù)區(qū)的建立對(duì)沼澤濕地開墾有一定的抑制作用，但保護(hù)區(qū)以外尚存大量的沼澤濕地，仍保持較大規(guī)模的開墾。

總體上看，小三江平原濕地農(nóng)田化最先發(fā)生在中幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)，始于改革開放之前(1954—1976年)，在大幅度沉降第四紀(jì)緩慢沉降區(qū)和小幅度沉降第四紀(jì)上升區(qū)發(fā)生濕地農(nóng)田化時(shí)間滯后于中幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)，其中，小幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)仍有繼續(xù)擴(kuò)張的趨勢(shì)。

3.3 地貌二級(jí)分區(qū)下濕地農(nóng)田化過程的區(qū)域差異

樣帶內(nèi)各地貌類型區(qū)域耕地變化存在著顯著的差異，從整個(gè)研究時(shí)期1976—2015年來說，耕地的變化幅度從小到大依次為沖積平原、高河漫灘、河流低階地、低河漫灘、洼地。其中洼地、低河漫灘、河流低階地這3種地貌類型的R值均大于1，表明其耕地變化幅度均超過整個(gè)典型樣帶區(qū)的平均耕地變化率。沖積平原R值僅為0.54，其耕地增幅遠(yuǎn)低于研究區(qū)平均水平，但沖積平原上新增耕地面積最大，1976—2015年新增耕地面積總計(jì)達(dá)到446.8 km2，平均每年增加11.5 km2，為整個(gè)典型樣帶區(qū)濕地農(nóng)田化程度最為劇烈的地貌類型(表3和表4)。

表3 典型樣帶內(nèi)1954—2015年間各地貌類型耕地面積/km2

1954年的0值是代表該年沒有耕地分布，耕地面積為0

表4 典型樣帶內(nèi)1976—2015年間各時(shí)期耕地相對(duì)變化率

各個(gè)時(shí)期內(nèi)不同地貌類型的濕地農(nóng)田化表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。1954年典型樣帶區(qū)處于原始狀態(tài)，沒有耕地分布。改革開放之前(1954—1976年)，耕地增加主要發(fā)生在沖積平原、河流低階地以及高河漫灘上，且在沖積平原上耕地面積分布最大；改革開放初期(1976—1985年)，洼地、河流低階地、高河漫灘的R值均大于1，但由于洼地增加面積很小，可以忽略不計(jì)，該時(shí)期濕地農(nóng)田化幅度較大的區(qū)域?yàn)楹恿鞯碗A地和高河漫灘；全面改革開放期(1985—1995年)，微高地和低河漫灘上的耕地相對(duì)變化率均大于1，成為該時(shí)期濕地農(nóng)田化明顯的地貌類型；改革開放轉(zhuǎn)型期(1995—2005年)，耕地面積增加最大，這一時(shí)期洼地的R值最大，為14.49，洼地上耕地的增加幅度最大，其次是河流低階地、高河漫灘、低河漫灘、沖積平原和微高地，其R值均大于1，說明這些地貌類型上的濕地農(nóng)田化幅度均超過整個(gè)典型樣帶區(qū)，這一時(shí)期的區(qū)域差異變化最為明顯；深化改革開放期(2005—2015年)，由于耕地基數(shù)已經(jīng)很大，因此各地貌類型的耕地變化更趨于一致，其中低河漫灘和洼地的R值分別為1.19和1.13，為整個(gè)典型樣區(qū)變化幅度最大的兩個(gè)區(qū)域，之后為沖積平原、河流低階地、微高地及高河漫灘，其中微高地和高河漫灘的耕地面積處于減少趨勢(shì)，減少原因有待探究。

從發(fā)生地貌區(qū)位看，濕地農(nóng)田化首先發(fā)生在沖積平原上，逐步擴(kuò)展到河流低階地和高河漫灘上，隨之蔓延到微高地和低河漫灘上，最后擴(kuò)展到洼地上。

4 結(jié)論

1954—2015年小三江平原景觀格局發(fā)生了根本性地變化，景觀格局由建國初期以沼澤濕地為主體的土地利用景觀格局轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃褚愿貫橹黧w的土地利用景觀格局。在這個(gè)變化過程中，濕地農(nóng)田化過程和發(fā)生規(guī)模表現(xiàn)出明顯的歷史階段性和空間區(qū)位特征。通過對(duì)典型樣帶分析，可以得到近60年小三江平原濕地農(nóng)田化過程的時(shí)空特征：

(1)1954—2015年，小三江平原土地利用變化主要形式為由沼澤濕地向耕地轉(zhuǎn)化，墾殖率由0增加到79.47%。此外，耕地結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，1954—1990年研究區(qū)幾乎沒有水田分布，1990—2015年水田面積占耕地面積比例增到77.96%；

(2)近60年來，小三江平原濕地農(nóng)田化具有明顯的歷史階段性：在改革開放之前(1954—1976年)、改革開放初期(1976—1985年)、全面改革開放期(1985—1995年)和改革開放轉(zhuǎn)型期(1995—2005年)濕地農(nóng)田化程度逐漸加重，在深化改革開放期(2005—2015年)濕地農(nóng)田化程度趨于和緩；

(3)小三江平原濕地農(nóng)田化具有明顯的區(qū)位特征：1954—2015年間，從地質(zhì)構(gòu)造角度，小三江平原濕地農(nóng)田化先從中幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)開始，然后逐步擴(kuò)展到大幅度沉降第四紀(jì)緩慢沉降區(qū)和小幅度沉降第四紀(jì)緩慢上升區(qū)；從地貌類型角度，小三江平原濕地農(nóng)田化最初發(fā)生在沖積平原上，然后擴(kuò)展到河流低階地和高河漫灘上，隨著時(shí)間的推移逐步擴(kuò)展到低河漫灘和微高地，最后蔓延到洼地上。

耕地的擴(kuò)張必然會(huì)導(dǎo)致沼澤濕地的減少，進(jìn)而影響了濕地的生態(tài)系統(tǒng)功能。弄清濕地農(nóng)田化過程的時(shí)空規(guī)律及空間特征對(duì)濕地保護(hù)、恢復(fù)的重建都有重要指導(dǎo)意義。

[1] Zedler J B, Kercher S. Wetland resources: status, trends, ecosystem services, and restorability. Annual Review of Environment and Resources, 2005, 30: 39- 74.

[2] 張樹文, 顏鳳芹, 于靈雪, 卜坤, 楊久春, 常麗萍. 濕地遙感研究進(jìn)展. 地理科學(xué), 2013, 33(11): 1406- 1412.

[3] 劉興土, 馬學(xué)慧. 人類大面積開荒對(duì)自然環(huán)境影響及區(qū)域性生態(tài)環(huán)境保護(hù). 地理科學(xué), 2000, 20(1): 14- 19.

[4] Xu Y M, Li Y, Ouyang W, Hao F H, Ding Z L, Wang D L. The impact of long-term agricultural development on the wetlands landscape pattern in Sanjiang Plain. Procedia Environmental Sciences, 2012, 13: 1922- 1932.

[5] 張有智, 吳黎. 三江平原濕地動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)力分析. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, (12): 151- 154.

[6] 王宗明, 宋開山, 劉殿偉, 張柏, 張樹清, 李方, 任春穎, 金翠, 楊婷, 張春華. 1954—2005年三江平原沼澤濕地農(nóng)田化過程研究. 濕地科學(xué), 2009, 7(3): 208- 217.

[7] 劉吉平, 趙丹丹, 田學(xué)智, 趙亮, 劉家福. 1954- 2010年三江平原土地利用景觀格局動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)力. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(12): 3234- 3244.

[8] 宋開山, 劉殿偉, 王宗明, 張柏, 金翠, 李方, 劉煥軍. 三江平原過去50年耕地動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力分析. 水土保持學(xué)報(bào), 2008, 22(4): 75- 81.

[9] 黃妮, 劉殿偉, 王宗明, 宋開山, 張柏, 李方, 任春穎. 三江平原蘿北縣濕地農(nóng)田化過程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 11(3): 382- 389.

[10] 張樹文, 王文娟, 李穎, 卜坤, 閆業(yè)超. 近50年來三江平原土壤侵蝕動(dòng)態(tài)分析. 資源科學(xué), 2008, 30(6): 843- 849.

[11] 張新時(shí), 楊奠安. 中國全球變化樣帶的設(shè)置與研究. 第四紀(jì)研究, 1995, (1): 43- 52.

[12] 龍花樓, 李秀彬. 長江沿線樣帶農(nóng)村宅基地轉(zhuǎn)型. 地理學(xué)報(bào), 2005, 60(2): 179- 188.

[13] 傅麗華, 謝炳庚, 何燕子, 仇應(yīng)山, 朱康. 基于小波分析長株潭核心區(qū)土地利用變化尺度特征研究. 地理科學(xué), 2012, 32(1): 60- 65.

[14] 滿衛(wèi)東, 王宗明, 劉明月, 路春燕, 賈明明, 毛德華, 任春穎. 1990—2013年東北地區(qū)耕地時(shí)空變化遙感分析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016, 32(7): 1- 10.

[15] 宋開山, 劉殿偉, 王宗明, 張柏, 金翠, 李方, 劉煥軍. 1954年以來三江平原土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力. 地理學(xué)報(bào), 2008, 63(1): 93- 104.

[16] 黃妮, 劉殿偉, 王宗明, 張柏, 宋開山, 李方, 任春穎. 1954—2005年三江平原自然濕地分布特征研究. 濕地科學(xué), 2009, 7(1): 33- 39.

[17] 陳百明, 周小萍. 《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標(biāo)準(zhǔn)的解讀. 自然資源學(xué)報(bào), 2007, 22(6): 994- 1003.

[18] 王秀蘭, 包玉海. 土地利用動(dòng)態(tài)變化研究方法探討. 地理科學(xué)進(jìn)展, 1999, 18(1): 81- 87.

[19] 牛煥光, 宋海遠(yuǎn), 孟憲民. 三江平原地區(qū)沼澤成因與泥炭分布規(guī)律. 地理科學(xué), 1990, 10(3): 246- 256.

[20] 侯偉, 張樹文, 卜坤, 張養(yǎng)貞, 李穎, 常麗萍. 三江平原濃江、別拉洪河地區(qū)濕地退縮過程及其成因. 地理研究, 2005, 24(4): 507- 512.

[21] 劉興土, 馬學(xué)慧. 三江平原自然環(huán)境變化與生態(tài)保育. 北京: 科學(xué)出版社, 2002: 60- 61.

[22] Song K S, Wang Z M, Du J, Liu L, Zeng L H, Ren C Y. Wetland degradation: its driving forces and environmental impacts in the Sanjiang Plain, China. Environmental management, 2014, 54(2): 255- 271.

[23] 李相莉, 韓金超, 王士蘭, 劉茂祥. 建三江分局水利工程現(xiàn)狀及主要問題分析. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè), 2008, (1): 17- 18.

Spatiotemporal characteristics of wetland to farmland conversion processes in different geomorphological divisions during 1954—2015: a case study in the Sanjiang Plain north of the Wanda Mountains

JIN Xiaomin1, 2, LI Ying1,*, FU Bolin1, 2, YIN Shubai3, YANG Gao1, 2, XING Zefeng4

1NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130102,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3TangshanNormalUniversity,Tangshan063000,China4InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgrioulturalSciences,Beijing100081,China

The Sanjiang Plain north of the Wanda Mountains, or the sub-Sanjiang Plain for short, was selected as the study area and sampled with a typical transect using the principle of transect selection. The spatiotemporal characteristics of wetland to farmland conversion processes were explored using time series of land use/land cover datasets for the different geomorphological divisions. The specific conclusions of this study include the following: 1) The area of farmland in the sub-Sanjiang Plain increased significantly, with the reclamation rate reaching 79.47%. The farmland structure also changed significantly, from being dominated by croplands to being dominated by paddy fields, between 1954 and 2015. 2) The process of wetland to farmland conversion in the sub-Sanjiang Plain occurred in clear historical stages, with wetland conversion progressing slowly from 1954 to 1976, and increasing more rapidly during the periods of 1976—1985 and 1985—1995. Conversion of wetlands was most severe from 1995 to 2005, but has slowed in the most recent decade. 3) The process of wetland to farmland conversion was influenced by the regional geomorphic types. Wetland reclamation first appeared in theMeco-scaleQuaternarySlowAscentregion, and then extended to theSubstantiallyQuaternarySlowSubsidenceandSmall-amplitudeQuaternarySlowAscentregions. 4) The process of wetland reclamation showed clear features related to the geomorphological divisions, beginning in thealluvialplainandlowterrace, extending to thehighfloodplain, and then continuing into thelowfloodplainanddepression.

wetland to farmland conversion; transect; location characteristics; geomorphic types; Sanjiang Plain

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271113)

2016- 10- 18;

2017- 01- 07

10.5846/stxb201610182121

*通訊作者Corresponding author.E-mail: liying@neigae.ac.cn

金曉敏, 李穎，付波霖, 殷書柏, 楊高，幸澤峰.1954—2015年不同地貌分區(qū)下濕地農(nóng)田化過程的時(shí)空特征——以完達(dá)山以北三江平原為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(10):3286- 3294.

Jin X M, Li Y, Fu B L, Yin S B, Yang G, Xing Z F.Spatiotemporal characteristics of wetland to farmland conversion processes in different geomorphological divisions during 1954—2015: a case study in the Sanjiang Plain north of the Wanda Mountains.Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3286- 3294.