成 遣，周林飛

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，沈陽(yáng) 110866)

濕地作為地球上特殊的生態(tài)系統(tǒng)，不但為人類提供賴以生存的原材料，也為自然界的生物提供繁衍生息的家園，在改善自然環(huán)境及維持生物多樣性方面具有重要的貢獻(xiàn)。但近年來(lái)，隨著城市化的不斷推進(jìn)，城市邊界一再擴(kuò)張，部分土地開(kāi)發(fā)者對(duì)自然資源的保護(hù)意識(shí)薄弱，不但對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的干擾，而且加速了濕地生態(tài)功能的退化及濕地面積的萎縮，已對(duì)濕地水禽的生存環(huán)境造成了巨大的壓力[1]。

起初在研究棲息地適宜性問(wèn)題時(shí)，由于受到數(shù)據(jù)采集及空間分析方法的限制，僅能從宏觀上進(jìn)行描述，不能將空間特性引入到評(píng)價(jià)分析中。近年來(lái)，隨著3S數(shù)據(jù)獲取及空間分析手段的日益成熟，使得棲息地適宜性指數(shù)的應(yīng)用越來(lái)越細(xì)化及具備空間特性。2001年，Hansen等人依據(jù)遙感影像上的紋理特征及光譜特性研究鳥(niǎo)類分布特征，研究結(jié)果表明遙感影像可以反映植被的異質(zhì)性，可以預(yù)測(cè)物種的空間分布特征[2]。Oja等人在2005年采用遙感影像上提取的土地覆被信息模擬了愛(ài)沙尼亞鳥(niǎo)類棲息地適宜性，證明鳥(niǎo)類棲息地適宜性空間分布與濕地相關(guān)性顯著[3]。何銳等人利用遙感手段分析了近1989-2013年西洞庭土地類型變化的原因以及對(duì)水禽帶來(lái)的影響，為水禽生境保護(hù)提供依據(jù)[4]。滿衛(wèi)東等人通過(guò)對(duì)1990-2015年間水禽棲息地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲得三江平原生態(tài)功能區(qū)及1995-2015年間水禽棲息地適宜性結(jié)果，并分析其時(shí)空分布和變化特征，結(jié)果表明土地覆被變化是水禽棲息地適宜性等級(jí)變化的最重要影響因素[5]。由此可見(jiàn)，利用遙感和GIS技術(shù)進(jìn)行棲息地適宜性評(píng)價(jià)，不但能獲得大范圍、多尺度的研究數(shù)據(jù)，而且能準(zhǔn)確體現(xiàn)棲息地適宜性變化的時(shí)空變化特征。

目前，濕地水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)的研究很少，而且研究所選用的評(píng)價(jià)因子也比較單一，很少結(jié)合水禽的棲息環(huán)境選取，而評(píng)價(jià)因子的選取恰恰是適宜性分析關(guān)鍵。濕地作為水禽的重要棲息地，應(yīng)根據(jù)濕地本身特征及水禽棲息的特點(diǎn)選取特定的評(píng)價(jià)因子。鑒于此，本文以盤(pán)錦濕地為研究對(duì)象，以遙感和GIS為技術(shù)支撐，結(jié)合水禽棲息地的環(huán)境特征以及地貌狀況，選擇水源狀況、食物豐富度、遮蔽物和干擾條件作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用層次分析法確定各因子權(quán)重，實(shí)現(xiàn)盤(pán)錦濕地水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)研究，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行盤(pán)錦濕地的時(shí)空特性及驅(qū)動(dòng)因素分析，以期為濕地的生物多樣性保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的改善提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究概況

盤(pán)錦濕地地處遼河三角洲的核心地帶，西起大凌河口，東至大遼河河口，地理位置介于東經(jīng)121°30′～122°31′，北緯40°45′～41°27′N之間，總面積39.21 萬(wàn)hm2。盤(pán)錦濕地中有白鸛、黑鸛、白尾海雕、白天鵝和丹頂鶴等國(guó)家一類保護(hù)的珍稀水禽，是我國(guó)重要的水禽棲息地。盤(pán)錦濕地的水禽棲息地適宜性狀態(tài)可為研究區(qū)域環(huán)境變化及生物多樣性持續(xù)發(fā)展提供重要參考。

1.2 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是1989、1999、2009和2017年的遙感影像，主要來(lái)自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)，影像類型為L(zhǎng)andsat TM、ETM+和OLI影像，分辨率為30 m，如表1所示。除此之外，數(shù)據(jù)還包括相關(guān)輔助資料包括保護(hù)區(qū)內(nèi)的水系圖(2012年)、行政界限圖(2009年)、植被圖、功能區(qū)圖(2010年)、相關(guān)文字、圖表資料等。相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料及圖件，主要包括:《盤(pán)錦市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2014年)、《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2014年)、盤(pán)錦市土地利用現(xiàn)狀圖(2010年)、水系圖(2012年)、行政界限圖(2010年)、交通規(guī)劃圖(2014年)、植被圖(2012年)、功能區(qū)圖(2014年)、相關(guān)文字、圖表資料等。為了提高影像解譯精度并對(duì)其進(jìn)行精度驗(yàn)證，還包括野外GPS調(diào)查數(shù)據(jù)[6-8]。

表1 遙感影像信息Tab.1 Remote sensing image information

數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，在ErdasImagine2016平臺(tái)下對(duì)遙感影像進(jìn)行了糾正、融合及鑲嵌處理。根據(jù)影像紋理特征及地貌特點(diǎn)，結(jié)合GPS野外調(diào)查結(jié)果對(duì)影像進(jìn)行目視解譯及分類[9-11]。本文在劃分景觀類型時(shí)依據(jù)《遼寧省土地利用分類系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》及參照已有的研究成果，將盤(pán)錦濕地景觀劃分蘆葦、灘涂、河流、水田、旱地、居民地及養(yǎng)殖塘7種。為了提高分類精度，本研究比對(duì)了目視解譯與監(jiān)督分類的結(jié)果，采用總體精度和Kappa系數(shù)進(jìn)行解譯成果評(píng)定，得到四期分類圖的精度(見(jiàn)表2和圖1)，從結(jié)果來(lái)看精度滿足解譯及計(jì)算要求。

表2 遙感影像分類精度Tab.2 Remote sensing image classification accuracy

1.3 研究方法

1.3.1 評(píng)價(jià)因子的選取

本文根據(jù)濕地本身特征及水禽棲息的特點(diǎn)，選取如水源、食物豐富度、遮蔽條件這些直接影響水禽生存環(huán)境的因子。一些由于人為活動(dòng)而造成對(duì)水禽棲息地的間接影響的干擾因子也作為評(píng)價(jià)因子。由于氣候條件的尺寸比較大，本次研究不將其作為研究的評(píng)價(jià)因子。所以，本文選取水源狀況(養(yǎng)殖塘和河流密度)、食物豐富度(NDVI)、遮蔽條件(景觀類型)和干擾因子(居民地和道路密度) 作為評(píng)價(jià)因子。其中水源狀況、食物豐富度、遮蔽條件與適宜性呈正相關(guān)性，而干擾因子則與適宜性呈負(fù)相關(guān)性。以這4個(gè)評(píng)價(jià)因子為基礎(chǔ)建立盤(pán)錦濕地水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12,13]。

1.3.2 權(quán)重的確定

采用層次分析法，根據(jù)評(píng)價(jià)因子對(duì)水禽棲息地的貢獻(xiàn)及影響程度賦予權(quán)重，公式如下：

(1)

圖1 1989、1999、2009、2017年盤(pán)錦濕地景觀類型圖Fig.1 Panjin wetland landscape types in 1989, 1999, 2009 and 2017

式中：n為指標(biāo)因子個(gè)數(shù)；wi為權(quán)重；fi為指標(biāo)因子計(jì)算值。

將1989、1999、2009和2017年的水禽棲息地適宜性分為：適宜性最好(1～0.75)、適宜性良好( 0.75～0.5) 、適宜性一般(0.5～0.25)、適宜性差(0.25～0)4個(gè)等級(jí)。通過(guò)查閱文獻(xiàn)及專家評(píng)判相結(jié)合的方法來(lái)確定各因子的權(quán)重，如表3所示。

表3 盤(pán)錦濕地水禽棲息地影響因子權(quán)重表Tab.3 Factor weights of water bird habitat in Panjin wetland

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀格局演變

從表4可知，在1989-2017年間，自然濕地景觀面積呈萎縮趨勢(shì)，由1989年的14.098 41 萬(wàn)hm2下降為2017年的1.015 793 萬(wàn)hm2，這其中減少最多的是灘涂，減少了1.525 23 萬(wàn)hm2；人工濕地景觀面積呈上升趨勢(shì)，由1989年的18.140 544 萬(wàn)hm2上升為2017年的21.463 128 萬(wàn)hm2，其中增加最多的是水田，增加了2.908 845 萬(wàn)hm2；非濕地景觀面積呈略有增加的趨勢(shì)，增加了0.624 033 萬(wàn)hm2，雖然旱地面積有所下降，但居民地面積增長(zhǎng)迅速，增加了1.839 339 萬(wàn)hm2?？傮w來(lái)看，水田、養(yǎng)殖塘及居民地面積的大幅增加反映出在研究時(shí)段內(nèi)盤(pán)錦濕地內(nèi)人類活動(dòng)日趨頻繁和強(qiáng)烈，其是導(dǎo)致整個(gè)濕地景觀格局變化及影響棲息地適宜性的最主要因素[14,15]。

表4 1989-2017年盤(pán)錦濕地景觀類型變化 萬(wàn)hm2

2.2 水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)

2.2.1 適宜性因子的獲取

在ArcGIS10.3平臺(tái)下，通過(guò)空間分析中的密度分析功能得到河流、養(yǎng)殖塘、居民地、道路景觀的密度。道路密度則是參考2014年的道路規(guī)劃圖，主要以主干道路為主提取的[16]。

食物豐富度則是通過(guò)植被指數(shù)NDVI來(lái)體現(xiàn)，其值越大，表示作物越豐富，水禽食物來(lái)源越充足，具體的計(jì)算公式為:

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

(2)

式中：NIR為近紅外波；R為紅波段。

采用2017年的OLI影像4、5波段提取NDVI。由于遮蔽物是避免水禽遭受侵害的躲避場(chǎng)所，所以其遮蔽效果越好，適宜性越佳。在景觀類型中，蘆葦遮蔽效果最好，其次水田和旱地，最后是居民地、道路等人工建筑[17]。

通過(guò)空間分析得到適宜性評(píng)價(jià)因子分布圖(見(jiàn)圖2)，由圖2可知，河流密度和養(yǎng)殖塘密度表示濕地水禽的水源狀況，密度越大，水源越充足。而道路密度和居民地密度則表示人類活動(dòng)的干擾情況，密度越大，棲息地適宜性越差。NDVI表征了水禽的食物來(lái)源，值越大，適宜程度越佳。結(jié)合濕地水禽棲息地的特征及查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)適宜性評(píng)價(jià)因子進(jìn)行等級(jí)劃分，主要?jiǎng)澐譃?個(gè)等級(jí)(見(jiàn)表5)。在ArcGIS10.3平臺(tái)下根據(jù)這4個(gè)等級(jí)對(duì)原有的適宜性評(píng)價(jià)因子分布圖進(jìn)行了重分類。

圖2 盤(pán)錦濕地水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)因子分布圖Fig.2 Distribution of suitability assessment factors of waterfowl habitat in Panjin wetland

評(píng)價(jià)因子適宜性最好適宜性良好適宜性一般適宜性差河流密度1.2～1.60.8～1.20.4～0.80～0.4養(yǎng)殖塘密度1.8～2.41.2～1.80.6～1.20～0.6道路密度0～0.30.3～0.60.6～0.80.8～1.0居民地密度0～0.90.9～1.81.8～2.72.7～3.7NDVI190～255130～19070～1300～70

2.2.2 水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)

結(jié)合ArcGIS10.3平臺(tái)下的疊加分析及柵格計(jì)算功能，以重分類的結(jié)果為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)盤(pán)錦濕地水禽棲息地適宜性空間分布評(píng)價(jià)。通過(guò)將指標(biāo)因子以柵格像元為計(jì)算單位，根據(jù)因子的權(quán)重，進(jìn)行加權(quán)疊加得到水禽棲息地適宜性的空間分布情況，結(jié)果值越大，則代表適宜性越好，結(jié)果值越小代表適宜性越差[18-20]。最后，將計(jì)算結(jié)果劃分為4個(gè)等級(jí)，即適宜性最好(100～75)、適宜性良好(75～50)、適宜性一般(50～25)、適宜性差(25～0)4個(gè)等級(jí)，得到水禽棲息地適宜性分級(jí)圖(見(jiàn)圖3)。通過(guò)計(jì)算，適宜性最好的面積為7.37 萬(wàn)hm2、適宜性良好的面積為17.92 萬(wàn)hm2，適宜性一般的面積為8.43 萬(wàn)hm2，適宜性差的面積為5.49 萬(wàn)hm2。水禽棲息地適宜性良好以上的面積占比將近為64.5%，這與盤(pán)錦市政府近年來(lái)為保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境實(shí)施生態(tài)功能區(qū)建設(shè)、布設(shè)綠道等保護(hù)措施有關(guān)。

圖3 盤(pán)錦濕地水禽棲息地適宜性分級(jí)圖Fig.3 Classification of habitat suitability of water birds in Panjin wetland

3 討 論

(1)景觀類型變化的影響。景觀類型變化是影響水禽棲息地適宜性改變的重要因素，不同的景觀為水禽提供的生存環(huán)境差異較大。在1989-2017年間，自然濕地景觀面積逐漸呈萎縮趨勢(shì)，而人工濕地景觀面積則呈上升趨勢(shì)，兩者具有較強(qiáng)的一致性。在水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)中，自然濕地的適宜性要好于人工濕地的適宜性。如果自然濕地按目前發(fā)展趨勢(shì)繼續(xù)萎縮的話，未來(lái)將會(huì)導(dǎo)致水禽棲息地的適宜性逐漸變差。鑒于此，為了維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，需要合理的規(guī)劃及協(xié)調(diào)地方發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾，制定相關(guān)的退耕還濕政策，盡可能地減少和消除人為活動(dòng)給濕地生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的壓力。

(2)評(píng)價(jià)因子選取的影響。評(píng)價(jià)因子的選取是水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，直接影響著水禽棲息地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果。但由于詳細(xì)描述水禽棲息地的相關(guān)生態(tài)指標(biāo)往往難以獲取，只能將可操作性好的重要指標(biāo)作為評(píng)價(jià)水禽棲息地適宜性的評(píng)價(jià)因子來(lái)減少對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的偏差。本文僅將水源狀況、食物豐富度、遮蔽物和干擾條件作為評(píng)價(jià)因子，但隨著生態(tài)指標(biāo)獲取手段的完善，評(píng)價(jià)因子更為全面，所獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果也會(huì)更加符合棲息地現(xiàn)狀，這也是以后進(jìn)一步深入研究的重點(diǎn)。

(3)數(shù)據(jù)源的影響。本文的數(shù)據(jù)源主要來(lái)自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局，雖然遙感技術(shù)應(yīng)用于大尺度、多時(shí)相的研究效率高，但由于四期影像的分辨率均為30 m，一些細(xì)小圖斑在影像圖上無(wú)法反應(yīng)，野外GPS采集解譯標(biāo)志點(diǎn)也不會(huì)覆蓋那么全面，間接會(huì)導(dǎo)致解譯成果與保護(hù)區(qū)實(shí)際狀況會(huì)產(chǎn)生偏差，對(duì)統(tǒng)計(jì)各類景觀面積及生境適宜性分級(jí)面積會(huì)有影響。隨著更深層次研究的需要，應(yīng)選取分辨率更高些的影像數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

適宜性最好的區(qū)域主要分布于大片蘆葦濕地內(nèi)部以及河流周圍，因?yàn)樗磁c食物比較充足，而且該區(qū)域內(nèi)人口稀少，非常適合水禽生存。從景觀類型圖來(lái)看，該地區(qū)的大面積斑塊多而且比較集中，景觀破碎化不嚴(yán)重，說(shuō)明受到人為破壞小；適宜性良好的區(qū)域主要分布于大片水田及部分蘆葦濕地內(nèi)部。由于接近適宜性最好的區(qū)域，處于棲息地適宜性最好的緩沖地帶。該區(qū)域內(nèi)只有零星的居民地鑲嵌分布在水田中，其他的居民地成聚集分布，這說(shuō)明在此區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，為水禽存留大量的適宜棲息地；適宜性一般和適宜性差的區(qū)域主要分布在居民地密集區(qū)及道路附近，由于受人為干擾力較強(qiáng)，生態(tài)敏感性很弱，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，所以不適宜水禽棲息。

本文以盤(pán)錦濕地為研究區(qū)，以遙感為數(shù)據(jù)獲取手段，應(yīng)用層次分析法和GIS空間分析技術(shù)進(jìn)行對(duì)水禽棲息地做適宜性評(píng)價(jià)，不但揭示了盤(pán)錦濕地水禽棲息地適宜性的空間分布特征，而且為盤(pán)錦濕地保護(hù)和恢復(fù)提供了重要參考，也為生物多樣性的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。