濱海濕地土地覆蓋面向?qū)ο蠓诸惣白兓O(jiān)測

邵亞婷, 盧 霞, 葉 慧, 張 森, 孫 敏, 林雅麗, 趙 倩

(江蘇海洋大學(xué), 江蘇 連云港 222005)

濱海濕地是介于陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)之間復(fù)雜的過渡性區(qū)域[1-2], 具有穩(wěn)定環(huán)境、保護(hù)物種基因等功能, 在全球和區(qū)域生態(tài)過程中發(fā)揮著極為重要的作用[3]。鹽城濱海濕地屬于典型的近海及海岸濕地, 是太平洋西海岸、亞洲大陸邊緣最大的海岸型濕地, 擁有獨(dú)特的淤泥質(zhì)海岸帶及豐富多樣的灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng), 已列入世界重點(diǎn)濕地名錄[4]。江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護(hù)區(qū)(簡稱鹽城保護(hù)區(qū))是鹽城濱海濕地中保護(hù)最完整的部分, 是我國最大的沿海濕地自然保護(hù)區(qū), 是全球重要的濕地之一。保護(hù)區(qū)內(nèi)河流眾多, 沼澤濕地眾多, 蘊(yùn)藏著豐富的生物資源, 為鳥類的棲息和其他動物的生存提供了得天獨(dú)厚的自然條件, 是各種動物的繁殖地與鳥類的重要越冬地[5]。同時(shí), 鹽城保護(hù)區(qū)作為生產(chǎn)力最高的天然生態(tài)系統(tǒng), 還為其周邊居民提供著各種寶貴資源。然而, 在人口和經(jīng)濟(jì)的壓力之下, 保護(hù)區(qū)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)區(qū)已經(jīng)大部分被開墾為魚塘或農(nóng)田, 緩沖區(qū)也很大程度上受到人為干擾, 目前只有核心區(qū)仍然保留著大片原生濕地; 同時(shí), 過熱的經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動也在不斷導(dǎo)致灘涂濕地的資源遭到破壞。

土地覆蓋是指自然營造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體, 包括地表植被、土壤、湖泊、沼澤濕地及各種建筑物(如道路等), 具有特定的時(shí)間和空間屬性, 其形態(tài)和狀態(tài)可在多種時(shí)空尺度上變化[6]。幾十年來, 鹽城保護(hù)區(qū)的土地覆蓋發(fā)生了巨大的變化[7], 土地覆蓋變化能夠體現(xiàn)人與自然的相互作用, 人類對地表景觀的開發(fā)、利用而引起土地覆蓋發(fā)生變化。因此,及時(shí)有效地研究鹽城保護(hù)區(qū)土地覆蓋的變化對保護(hù)江蘇鹽城濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定, 維持人與自然的和諧共存非常重要。利用遙感技術(shù)對鹽城濱海濕地土地覆蓋變化的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[7-18]。左平等[7]基于1976年的地形測繪數(shù)據(jù)和1987、1992、1997、2002、2007年的遙感數(shù)據(jù)提取土地利用和景觀的時(shí)空變化, 并分析了江蘇鹽城濱海濕地的景觀變化和驅(qū)動力。賀秋華[8]以江蘇濱海地區(qū)為研究對象, 以1987年利用現(xiàn)狀圖、1997年和2006年TM遙感影像為數(shù)據(jù)源, 運(yùn)用3S技術(shù), 采用定性與定量相結(jié)合的手段, 系統(tǒng)分析了該區(qū)域土地利用時(shí)空變化特征。張華兵等[9]將鹽城國家級自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)劃分為人工管理區(qū)和自然濕地區(qū), 根據(jù)1987、1997、2007年3個(gè)時(shí)相的景觀資料, 運(yùn)用遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)方法, 分析不同驅(qū)動力下濕地景觀格局的變化差異。王凱等[10]以鹽城國家級珍禽自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)為例, 基于3期(2002、2010、2013年)遙感影像數(shù)據(jù), 通過監(jiān)督分類方法研究了近10年來核心區(qū)濕地土地利用類型的變化情況, 為保護(hù)區(qū)核心區(qū)進(jìn)一步加強(qiáng)管理與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。郝敬鋒等[11]基于RS和GIS技術(shù), 利用1987—2007年期間3個(gè)時(shí)相的遙感圖像提取了江蘇省濱海濕地信息, 定量分析了研究區(qū)濕地資源的演變趨勢和驅(qū)動機(jī)制。杜培軍等[12]基于景觀生態(tài)學(xué)原理、RS和GIS技術(shù), 分析了1992—2009年江蘇濱海濕地景觀格局動態(tài)變化。丁晶晶等[15]選用1992年、2002年和2006年的TM影像, 分析了江蘇省鹽城海岸帶濕地的景觀格局特征及其景觀動態(tài)變化。盡管以上學(xué)者利用RS和GIS相結(jié)合的方法開展了鹽城濱海濕地土地覆蓋變化研究, 但在鹽城保護(hù)區(qū)土地利用及景觀格局變化監(jiān)測方面的研究稍顯集中, 而對鹽城保護(hù)區(qū)土地覆蓋分類算法及其長時(shí)間序列的變化監(jiān)測研究偏少。為深入探討鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)的土地覆蓋分類算法及其變化監(jiān)測, 本文選用1973—2018年期間6期遙感影像, 通過構(gòu)建土地覆蓋分類規(guī)則集, 應(yīng)用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ㄌ崛⊙芯繀^(qū)土地覆蓋分類信息; 基于土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析土地覆蓋變化特征。通過該研究可為人類活動、鹽城保護(hù)區(qū)的保護(hù)和建設(shè)提供有利的依據(jù)和建設(shè)性意見。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護(hù)區(qū)位于江蘇省鹽城市境內(nèi)的沿海地帶(119°53′45″E~121°18′12″E, 32°48′47″N~34°29′28″N), 地跨響水縣、濱?？h、射陽縣、亭湖區(qū)、大豐區(qū)、東臺市的沿海灘涂, 其海岸線長達(dá)約500 km, 區(qū)域面積為247 260 hm2。鹽城保護(hù)區(qū)屬于北亞熱帶向南暖溫帶過渡的氣候類型, 具有季風(fēng)盛行、四季分明、日照充足、無霜期、降水豐富、雨熱同期的特征。主要受海洋性和大陸性氣候影響, 年平均氣溫為13.7~14.6 , ℃ 光照充足, 無霜期210~224 d, 雨水豐沛, 年平均降水量980~1 070 mm。

鹽城保護(hù)區(qū)內(nèi)的灘涂主要是1128—1855年, 黃河從黃土高原攜帶大量的泥沙以及來自海底的部分泥沙在潮流等海洋動力作用下淤積而成的粉沙淤泥質(zhì)濱海平原。1855年黃河北遷, 泥沙來源驟減, 導(dǎo)致射陽河以北開始侵蝕, 射陽河以南仍然淤積, 鹽城保護(hù)區(qū)海岸線總體上呈現(xiàn)南於北蝕的狀態(tài)。

鹽城保護(hù)區(qū)成立于1983年, 成立時(shí)面積為453 300 hm2, 核心區(qū)面積為17 400 hm2。1992年11月, 江蘇鹽城沿海濕地珍禽省級保護(hù)區(qū)經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)升級為江蘇鹽城國家級珍禽自然保護(hù)區(qū)。2006年國務(wù)院對保護(hù)區(qū)進(jìn)行了調(diào)整, 調(diào)整后保護(hù)區(qū)總面積和核心區(qū)面積分別為284 179 hm2、21 889 hm2, 保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對象為丹頂鶴等珍稀野生動物及其賴以生存的灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)。2012年, 保護(hù)區(qū)范圍再次進(jìn)行了調(diào)整, 調(diào)整后保護(hù)區(qū)總面積247 260 hm2, 其中核心區(qū)面積22 596 hm2, 緩沖區(qū)56 742 hm2, 實(shí)驗(yàn)區(qū)167 922 hm2, 核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)等五塊區(qū)域組成保護(hù)區(qū)。

選 取 1992年 保 護(hù) 區(qū) 的 核 心 區(qū)(120°29′2″E~ 120°42′44″E, 33°28′40″N~33°39′6″N)范圍作為研究區(qū)域, 核心區(qū)位于新洋港和斗龍港之間的灘涂濕地, 以西至陳李線(鹽城市響水縣陳家港鎮(zhèn)至南通市海安縣李堡鎮(zhèn)的省級公路), 以東至黃河水深3 m的區(qū)域。核心區(qū)所在的灘涂不斷向海域淤積延伸, 目前擁有江蘇最大的原生灘涂濕地, 研究區(qū)位置如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理

為開展鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋分類, 利用地理空間數(shù)據(jù)云平臺選取1973年、1985年、2001年、2008年、2013年和2018年等6期美國Landsat衛(wèi)星影像, 數(shù)據(jù)信息如表1所示。對遙感影像, 主要進(jìn)行波段組合、圖像配準(zhǔn)、圖像裁剪等預(yù)處理, 圖像配準(zhǔn)精度控制在0.5個(gè)像素之內(nèi)。圖像裁剪的矢量邊界主要依據(jù)1992年11月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)的鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)的空間范圍。

圖1 江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護(hù)區(qū)及保護(hù)區(qū)核心區(qū)位置 Fig. 1 Map of the core area of the Rare Bird National Nature Reserve in Yancheng Wetland, Jiangsu Province

1.3 構(gòu)建研究區(qū)土地覆蓋分類體系

根據(jù)第三次全國土地調(diào)查土地分類體系和中國濱海濕地分類系統(tǒng)[19], 結(jié)合鹽城保護(hù)區(qū)土地利用覆蓋現(xiàn)狀和開發(fā)利用特點(diǎn), 同時(shí)依據(jù)前人的研究成果[20-21], 通過分析鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)遙感影像, 對核心區(qū)土地覆蓋的空間分布進(jìn)行了研究, 確立了鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋分類系統(tǒng)(表2)。從表中可以看出: 研究區(qū)土地覆蓋方式分為自然濕地和人工濕地兩個(gè)一級類, 其中每個(gè)一級類又包含不同的二級類別, 最終將研究區(qū)劃分為8個(gè)類型, 分別是海水、光灘、河流、米草群落、堿蓬群落、蘆葦群落、茅草群落、養(yǎng)殖區(qū)。

1.4 研究方法

面向?qū)ο蠓诸惙椒?object-oriented classification method), 是指將分割得到的同質(zhì)影像對象作為最小單元, 以實(shí)現(xiàn)較高層次的遙感圖像分類和目標(biāo)地物提取[22]?；谙裨姆诸惙椒o法充分利用影像中存在的形狀和紋理等特征, 可能會造成分類精度不高。而面向?qū)ο蠓诸惙椒梢猿浞掷媚繕?biāo)地物的光譜、形狀和紋理信息, 提高了分類精度和分類效率。面向?qū)ο笥跋穹诸惙椒òㄓ跋竦姆指詈头诸悺?/p>

表1 研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)信息 Tab. 1 Data of remote sensing images in research areas

表2 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋分類體系 Tab. 2 Land cover classification system in the core area of Yancheng Reserve

1.4.1 影像分割

影像分割是面向?qū)ο蠓诸惙椒ǖ暮诵? 影像分割首先將單個(gè)像素合并為較小的影像對象, 再將較小的影像對象合并成較大的多邊形對象, 是從下到上、逐級合并的過程[22]。多尺度分割后, 影像的最小單元不再是單個(gè)的像素, 而是具有相同光譜特征和共同屬性的一個(gè)個(gè)對象, 后續(xù)的影像分析和處理也都是根據(jù)這些對象進(jìn)行的[23-25]。分割參數(shù)的選擇直接影響分割效果, 多尺度分割參數(shù)包含各波段權(quán)重、分割尺度、光譜因子和形狀因子(緊密度和光滑度)。

1.4.2 影像分類

影像分割后進(jìn)行分類, 分類方法包括基于樣本的影像分類和基于規(guī)則集的影像分類。其中基于樣本的分類與常規(guī)的光譜監(jiān)督分類有顯著不同, 其樣本的對比參數(shù)更多, 不僅僅是光譜信息, 還包括空間、紋理等信息; 基于規(guī)則集的分類也是根據(jù)影像對象的不同特征建立規(guī)則集進(jìn)行分類[26]。選取合適的影像對象分類特征是分類最重要的一部分, 分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算分割后影像對象的光譜特征、紋理特征以及形狀幾何特征, 并通過建立規(guī)則集對分割后的影像進(jìn)行分類。表3列出了本文選取的影像對象的分類特征。其中, 比值植被指數(shù)(RVI)強(qiáng)化了植被在近紅外和紅光波段反射率的差異, 在植被覆蓋濃密的情況下對植被十分敏感, 非常適合高覆蓋度的植被監(jiān)測。

表3 影像對象的分類特征描述 Tab. 3 Description of classification features of image objects

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)土地覆蓋分類信息提取

利用 eCognition 軟件對Landsat衛(wèi)星影像進(jìn)行基于規(guī)則集的面向?qū)ο蠓诸? 首先對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度分割, 其次構(gòu)建規(guī)則集進(jìn)行分類。

2.1.1 確定最優(yōu)多尺度分割參數(shù)

根據(jù)各時(shí)相遙感影像鄰近像素亮度、紋理、顏色等對影像進(jìn)行分割。通過反復(fù)試驗(yàn)和對比, 對每一時(shí)期的遙感影像進(jìn)行多尺度分割, 最終得到各時(shí)相遙感影像的最優(yōu)多尺度分割參數(shù)如表4所示。

表4 多尺度分割參數(shù) Tab. 4 Multiscale segmentation parameters

2.1.2 基于規(guī)則集的分類

規(guī)則集構(gòu)建和分類的主要步驟是:

1) 區(qū)分水體與非水體

根據(jù)鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋分類體系先將初始層定義為水體(海水、河流)與非水體(光灘、米草、堿蓬、蘆葦、茅草、養(yǎng)殖區(qū)), 水體在可見光波段處的光譜特征比較明顯, 不斷試驗(yàn)確定水體的特征閾值, 構(gòu)建水體的分類規(guī)則, 通過TS將海水提取出來, 河流的形狀是細(xì)長的, 因此利用IShape將河流提取出來。

2) 區(qū)分植被與非植被

根據(jù)分類體系將未分類的非水體分為植被(米 草、堿蓬、蘆葦、茅草)和非植被(光灘、養(yǎng)殖區(qū)), 根據(jù)光灘和養(yǎng)殖區(qū)的光譜特征和影像信息構(gòu)建分類規(guī)則。利用NDVI和Brightness提取光灘, 養(yǎng)殖區(qū)中含水量大, 形狀比較規(guī)則, 利用NIR、Blue和長/寬將養(yǎng)殖區(qū)提取出來。

3) 區(qū)分植被類型

研究區(qū)中植被主要包括米草、堿蓬、蘆葦和茅草。在eCognition中創(chuàng)建NDVI、NDMI、RVI等可以區(qū)分植被的光譜特征, 根據(jù)不同植被在不同波段的光譜特征差異, 經(jīng)過反復(fù)比較并通過多次試驗(yàn)確定了米草、堿蓬、蘆葦、茅草的分類閾值。1973、1985、2001、2008、2013和2018年鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)的土地覆蓋分類規(guī)則集如圖2—圖7所示。

圖2 1973年遙感影像分類規(guī)則集 Fig. 2 Classification rules set of remote sensing images in 1973

圖3 1985年遙感影像分類規(guī)則集 Fig. 3 Classification rules set of remote sensing images in 1985

4) 分類及后處理

基于規(guī)則集進(jìn)行土地覆蓋分類, 并進(jìn)行合并地類、去除小圖斑、平滑等一系列后處理, 利用 eCognition軟件隨機(jī)產(chǎn)生500個(gè)分布隨機(jī)且均勻的樣本點(diǎn), 并根據(jù)Google Earth地圖對樣本進(jìn)行分類, 建立混淆矩陣, 得到最終分類精度評價(jià)結(jié)果如表5所示, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋分類結(jié)果(圖8)。

圖4 2001年遙感影像分類規(guī)則集 Fig. 4 Classification rules set of remote sensing images in 2001

圖5 2008年遙感影像分類規(guī)則集 Fig. 5 Classification rules set of remote sensing images in 2008

圖6 2013年遙感影像分類規(guī)則集 Fig. 6 Classification rules set of remote sensing images in 2013

圖7 2018年遙感影像分類規(guī)則集 Fig. 7 Classification rules set of remote sensing images in 2013

由圖8和表6可知: 核心區(qū)在2001年之前基本為自然濕地, 基本未受人為干擾。1973年, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋由海到陸依次是海水、光灘、河流、堿蓬、茅草、蘆葦; 其中光灘覆蓋面積最大, 占總面積的47.90%。1985年, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋由海到陸依次是海水、光灘、河流、米草、堿蓬、茅草、蘆葦; 其中堿蓬覆蓋面積最大, 占總面積的26.97%, 新出現(xiàn)的米草群落面積為455.99 hm2, 占總面積的2.04%。2001年, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋由海到陸依次是海水、光灘、河流、米草、堿蓬、蘆葦、茅草、養(yǎng)殖區(qū); 其中堿蓬覆蓋面積最大, 占總面積的23.26%。2008年, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋由海到陸依次是海水、光灘、河流、米草、堿蓬、蘆葦、養(yǎng)殖區(qū); 其中蘆葦?shù)母采w面積最大, 占總面積的19.65%。2013年, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋由海到陸依次是海水、光灘、河流、米草、堿蓬、蘆葦、養(yǎng)殖區(qū); 其中米草群落的覆蓋面積最大, 占總面積的17.84%。2018年, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋由海到陸依次是海水、光灘、河流、米草、堿蓬、蘆葦、養(yǎng)殖區(qū); 其中米草群落覆蓋面積最大, 占總面積的20.00%; 養(yǎng)殖區(qū)面積為4 425.32 hm2, 占總面積的19.84%。

1973—2018年期間, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋變化趨勢: 海水呈現(xiàn)先增長、后下降、再增長、再下降的趨勢; 光灘呈現(xiàn)先下降后增長的趨勢; 河流呈現(xiàn)平緩的趨勢; 米草于20世紀(jì)60年代引入中國[4], 從遙感影像上看出, 1973年以后開始出現(xiàn)米草, 呈現(xiàn)從無到有, 持續(xù)增長的趨勢; 堿蓬呈現(xiàn)增長、下降、再增長、再下降的趨勢; 蘆葦呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢; 茅草呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢; 養(yǎng)殖區(qū)從1985年以后開始出現(xiàn), 呈現(xiàn)從無到有, 先增長、后平緩下降、再增長的趨勢。

表5 分類精度評價(jià)結(jié)果 Tab. 5 Classification accuracy

圖8 1973—2018年鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋分類結(jié)果 Fig. 8 Classification of land covers in the core areas of the Yancheng Nature Reserve from 1973 to 2018

表6 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)各年土地覆蓋類型面積 Tab. 6 Areas of land cover types in the core areas of the Yancheng Nature Reserve in each year

2.2 研究區(qū)土地覆蓋變化監(jiān)測

2.2.1 土地轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用變化方面的應(yīng)用, 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以定量地表明不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化情況。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述。

2.2.2 土地覆蓋類型變化及轉(zhuǎn)移特征分析

利用 ArcGIS 軟件對eCognition導(dǎo)出的土地覆蓋分類矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和疊置分析, 得到1973—1985、1985—2001、2001—2008、2008—2013、2013— 2018年的土地覆蓋變化(圖9), 并計(jì)算得到轉(zhuǎn)移矩陣(表7—表11), 以定量分析鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋動態(tài)變化特征。

在1973—1985年期間, 土地覆蓋轉(zhuǎn)變方式主要為光灘向海水、堿蓬、茅草的轉(zhuǎn)變, 堿蓬向茅草的轉(zhuǎn)變, 茅草向蘆葦?shù)霓D(zhuǎn)變。其中光灘向海水、堿蓬、茅草的轉(zhuǎn)變主要分布在東部、中部、北部區(qū)域; 堿蓬向茅草的轉(zhuǎn)變主要分布在西南部區(qū)域; 茅草向蘆葦?shù)霓D(zhuǎn)變主要分布在西北部區(qū)域。海水覆蓋面積增加了1 133.59 hm2光灘覆蓋面積減少了4 437.45 hm2, 河流覆蓋面積增加了44.71 hm2, 堿蓬覆蓋面積增加了1 540.27 hm2, 茅草覆蓋面積增加了777.91 hm2, 蘆葦覆蓋面積增加了484.98 hm2, 米草覆蓋面積增加了455.98 hm2。其中, 光灘轉(zhuǎn)變了5 122.59 hm2, 轉(zhuǎn)變率為47.96%, 有1 194.77 hm2(11.18%)轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｋ? 487.65 hm2(4.57%)轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿? 1 982.64 hm2(18.56%)轉(zhuǎn)變?yōu)閴A蓬, 128.85 hm2(1.21%)轉(zhuǎn)變?yōu)樘J葦, 880.96 hm2(8.25%)轉(zhuǎn)變?yōu)槊┎? 447.73 hm2(4.19%)轉(zhuǎn)變?yōu)槊撞荨?/p>

在1985—2001年期間, 土地覆蓋轉(zhuǎn)變方式主要為光灘向米草的轉(zhuǎn)變, 堿蓬向蘆葦、茅草的轉(zhuǎn)變, 茅草向蘆葦、養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變。其中, 光灘向米草的轉(zhuǎn)變主要分布在中東部區(qū)域; 堿蓬向蘆葦、茅草的轉(zhuǎn)變主要分布在西部區(qū)域; 茅草向蘆葦、養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變主要分布在北部、西南部區(qū)域。海水覆蓋面積減少了238.87 hm2, 光灘覆蓋面積減少了2 315.18 hm2, 河流覆蓋面積減少了197.07 hm2, 米草覆蓋面積增加了1 972.85 hm2, 增加了4.33倍, 堿蓬覆蓋面積減少了786.72 hm2, 茅草覆蓋面積減少了1 985.21 hm2, 蘆葦覆蓋面積增加了1 127.31 hm2, 養(yǎng)殖區(qū)覆蓋面積增加了2 395.87 hm2。其中, 堿蓬轉(zhuǎn)變了2 138.52 hm2, 轉(zhuǎn)變率為35.80%, 有83.29 hm2(1.39%)轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿? 842.09 hm2(14.10%)轉(zhuǎn)變?yōu)樘J葦, 807.77 hm2(13.52%)轉(zhuǎn)變?yōu)槊┎? 74.04 hm2(1.24%)轉(zhuǎn)變?yōu)槊撞? 331.32 hm2(5.55%)轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖區(qū)。

在2001—2008年期間, 土地覆蓋轉(zhuǎn)變方式主要為光灘向米草的轉(zhuǎn)變, 堿蓬向蘆葦、米草的轉(zhuǎn)變, 蘆葦向養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變, 茅草向蘆葦、養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變。其中, 光灘向米草的轉(zhuǎn)變主要分布在東部靠海區(qū)域; 堿蓬向蘆葦、米草的轉(zhuǎn)變主要分布在中西部、中東部區(qū)域; 蘆葦向養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變主要分布在西南、西北部區(qū)域; 茅草向蘆葦、養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變主要分布在西北部和西部區(qū)域。海水覆蓋面積減少了377.14 hm2, 光灘覆蓋面積減少了255.88 hm2, 河流覆蓋面積減少了108.79 hm2, 米草覆蓋面積增加了1 151.39 hm2, 堿蓬覆蓋面積減少了1 790.46 hm2, 茅草覆蓋面積減少了1 249.47 hm2, 蘆葦覆蓋面積增加了1 721.78 hm2, 養(yǎng)殖區(qū)覆蓋面積增加了908.56 hm2。其中, 堿蓬轉(zhuǎn)變了2 105.26 hm2, 轉(zhuǎn)變率為40.58%, 有117.07 hm2(2.26%)轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿? 1 548.65 hm2(29.85%)轉(zhuǎn)變?yōu)樘J葦, 302.51 hm2(5.83%)轉(zhuǎn)變?yōu)槊撞? 137.03 hm2(2.64%)轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖區(qū)。

圖9 1973—2018年核心區(qū)土地覆蓋變化圖 Fig. 9 Maps of land cover changes of the core areas from 1973 to 2018

表7 1973—1985年核心區(qū)土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 Tab. 7 Transfer matrix of the core areas of land cover types from 1973 to 1985

表8 1985—2001年核心區(qū)土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 Tab. 8 Transfer matrix of the core areas of land cover types from 1985 to 2001

表9 2001—2008年核心區(qū)土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 Tab. 9 Transfer matrix of the core areas of land cover types from 2001 to 2008

表10 2008—2013年核心區(qū)土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 Tab. 10 Transfer matrix of the core areas of land cover types from 2008 to 2013

表11 2013—2018年核心區(qū)土地覆蓋類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 Tab. 11 Transfer matrix of the core areas of land cover types from 2013 to 2018

在2008—2013年期間, 土地覆蓋轉(zhuǎn)變方式主要為光灘向海水、米草的轉(zhuǎn)變, 米草向堿蓬的轉(zhuǎn)變, 堿蓬向蘆葦、米草的轉(zhuǎn)變, 蘆葦向堿蓬、養(yǎng)殖區(qū)、米草的轉(zhuǎn)變。其中光灘向海水、米草的轉(zhuǎn)變主要分布在東部靠海區(qū)域; 米草向堿蓬的轉(zhuǎn)變主要分布在東部區(qū)域; 堿蓬向蘆葦、米草的轉(zhuǎn)變主要分布在中部、東北部區(qū)域; 蘆葦向堿蓬、養(yǎng)殖區(qū)、米草的轉(zhuǎn)變主要分布在中部、西北部、東北部區(qū)域。海水覆蓋面積增加了945.59 hm2, 光灘覆蓋面積減少了1 148.49 hm2, 河流覆蓋面積增加了75.29 hm2, 米草覆蓋面積增加了398.68 hm2, 堿蓬覆蓋面積增加了433.98 hm2, 蘆葦覆蓋面積減少了582.68 hm2, 養(yǎng)殖區(qū)覆蓋面積減少了122.37 hm2。其中, 蘆葦轉(zhuǎn)變了1 668.38 hm2, 轉(zhuǎn)變率為38.08%, 有54.48 hm2(1.24%)轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿? 796.71 hm2(18.18%)轉(zhuǎn)變?yōu)閴A蓬, 180.92 hm2(4.13%)轉(zhuǎn)變?yōu)槊撞? 636.27 hm2(14.53%)轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖區(qū)。

在2013—2018年期間, 土地覆蓋轉(zhuǎn)變方式主要為海水向光灘的轉(zhuǎn)變, 堿蓬向蘆葦、米草的轉(zhuǎn)變, 蘆葦向堿蓬、養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變。其中, 海水向光灘的轉(zhuǎn)變主要分布在東部靠海區(qū)域; 堿蓬向蘆葦、米草的轉(zhuǎn)變主要分布在西部和中部區(qū)域; 蘆葦向堿蓬、養(yǎng)殖區(qū)的轉(zhuǎn)變主要分布在中部、西北部區(qū)域。海水覆蓋面積減少了1 195.84 hm2, 光灘覆蓋面積增加了1 331.03 hm2, 河流覆蓋面積減少了39.98 hm2, 米草覆蓋面積增加了480.81 hm2, 堿蓬覆蓋面積減少了1 172.70 hm2, 蘆葦覆蓋面積減少了646.57 hm2, 養(yǎng)殖區(qū)覆蓋面積增加了1 243.26 hm2。其中, 米草轉(zhuǎn)變了394.16 hm2, 轉(zhuǎn)變率為9.91%, 有179.51 hm2(4.51%)轉(zhuǎn)變?yōu)楣鉃? 45.09 hm2(1.13%)轉(zhuǎn)變?yōu)楹恿? 120.98 hm2(3.05%)轉(zhuǎn)變?yōu)閴A蓬, 1.26 hm2(0.03%)轉(zhuǎn)變?yōu)樘J葦, 47.33 hm2(1.19%)轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖區(qū)。

鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋在1973—2018年期間變化顯著, 其中光灘面積減少最大, 依次是茅草、堿蓬, 而米草、養(yǎng)殖區(qū)、蘆葦面積顯著增加。在1973— 2013年, 光灘持續(xù)減少8 156.99 hm2; 而在2013— 2018年, 增加了1 331.03 hm2, 整體上光灘減少了6 825.96 hm2。在1973—1985年, 茅草增加了777.91 hm2, 而從1985年開始持續(xù)減少, 直至2008年全部消失, 整體上茅草減少了2 429.77 hm2。在1973—1985年, 堿蓬增加了1 540.27 hm2, 而在1985—2018年持續(xù)減少, 整體上堿蓬減少了1 775.64 hm2。在1973—2018年, 米草增加了4 459.71 hm2。在1985—2018年, 養(yǎng)殖區(qū)增加了4 425.32 hm2。在1973—2008年, 蘆葦持續(xù)增加了3 334.08 hm2, 而在2008—2018年持續(xù)減少了1 229.26 hm2, 整體上蘆葦增加了2 104.82 hm2。

3 結(jié)論與討論

1) 基于長時(shí)間序列的遙感影像數(shù)據(jù)采用面向?qū)ο蠓椒▽}城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋類型進(jìn)行分類, 并利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣得到土地覆蓋變化特征信息。研究表明, 1973—2018年, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋變化總體上表現(xiàn)為光灘大面積減少, 轉(zhuǎn)變方式是光灘→堿蓬群落→米草群落; 茅草群落完全消失, 轉(zhuǎn)變方式是茅草群落→蘆葦群落→養(yǎng)殖區(qū); 堿蓬群落明顯減少, 集中在研究區(qū)中部地區(qū), 西部靠近海堤的主要演替是堿蓬群落→蘆葦群落, 東部靠近灘涂的主要演替是堿蓬群落→米草群落; 養(yǎng)殖區(qū)大面積增加, 集中在研究區(qū)西南部地區(qū); 蘆葦群落明顯增加, 集中在研究區(qū)西部和西北部地區(qū)。

2) 1973—2013年, 植物群落的擴(kuò)張導(dǎo)致光灘面積的減少; 2013—2018年, 由于海岸灘涂的淤蝕, 光灘面積增加, 海水面積減少。米草群落和蘆葦群落的擴(kuò)張, 導(dǎo)致堿蓬群落減少; 蘆葦群落和人工養(yǎng)殖區(qū)的擴(kuò)張, 導(dǎo)致茅草群落消失。因此, 鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋類型變化的主要原因包括自然因素和人為干擾兩個(gè)方面。自然因素包括海岸灘涂的侵蝕和淤積以及濱海濕地的自然演替; 人為干擾包括為開發(fā)濱海地區(qū)資源的相關(guān)政策和措施相繼出臺和實(shí)施以及引種外來物種米草常年不斷的快速擴(kuò)張。

針對1973—2018年對鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)土地覆蓋變化特征的研究表明: 米草群落的持續(xù)擴(kuò)張導(dǎo)致鹽城保護(hù)區(qū)核心區(qū)的先鋒堿蓬植被群落的退化, 應(yīng)實(shí)施科學(xué)有效的管理, 防止米草過度繁殖, 恢復(fù)堿蓬群落。人工養(yǎng)殖區(qū)覆蓋面積的持續(xù)增加給生態(tài)系統(tǒng)帶來了一定壓力, 應(yīng)采取措施防止人工濕地(養(yǎng)殖區(qū)) 不斷向自然濕地方向延伸, 盡量減少人為干擾對核心區(qū)的影響, 維持核心區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定, 實(shí)現(xiàn)鹽城濱海濕地的可持續(xù)發(fā)展, 達(dá)到人與自然和諧共存的目的。