大連市海水養(yǎng)殖遙感調(diào)查與分析

李翔宇

（大連市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧大連 116023）

1 引言

海水養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大給近岸海域帶來了不可忽視的水污染問題，比如營養(yǎng)鹽污染、有機質(zhì)污染、重金屬污染、抗生素污染等［1］。由于海上養(yǎng)殖區(qū)分布廣泛、交通不便，對其進行全面的地面調(diào)查并進行有效監(jiān)管相對困難，而遙感技術(shù)以其廣覆蓋、短周期、多信息的數(shù)據(jù)獲取優(yōu)勢，為海水養(yǎng)殖區(qū)調(diào)查提供了有效、快捷的手段。近年來，海水養(yǎng)殖區(qū)遙感調(diào)查研究中，低、中、高分辨率遙感數(shù)據(jù)均有應(yīng)用［2］，主要是與衛(wèi)星及航空遙感技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)。目前高分辨率遙感影像的應(yīng)用越來越普遍，常用的遙感數(shù)據(jù)類型主要有全色影像、多光譜影像和微波雷達影像等，全色影像與多光譜影像的融合可大大提高影像的空間表現(xiàn)能力［3］。養(yǎng)殖區(qū)識別的方法主要分為目視解譯法［4-5］、自動提取法［2，6-7］。通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)，一種自動識別方法往往只針對某一種或兩種養(yǎng)殖方式或某一種數(shù)據(jù)源進行，比如圍網(wǎng)養(yǎng)殖［6］、網(wǎng)箱養(yǎng)殖或浮筏養(yǎng)殖［2，7］，更換研究區(qū)、養(yǎng)殖方式或者數(shù)據(jù)源會引起方法的不適應(yīng)或者提取精度的波動。本文利用高分辨率“全色+多光譜”融合影像，采用人機交互目視解譯方法，對大連市近岸海域養(yǎng)殖區(qū)進行分類信息提取，掌握了其現(xiàn)狀面積及空間分布情況，并結(jié)合海水水質(zhì)情況進行了分析。其成果可作為環(huán)境影響評估、近海養(yǎng)殖區(qū)科學(xué)規(guī)劃與管理的重要依據(jù)，以促進海洋資源的合理利用及海洋環(huán)境的改善。

2 研究區(qū)概況

大連市地處遼東半島南端，東瀕黃海，西臨渤海，南與山東半島隔海相望，海域遼闊，海岸線綿長，得天獨厚的區(qū)位和自然條件使大連地區(qū)的海水增養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，已成為區(qū)域支柱產(chǎn)業(yè)之一，主要增養(yǎng)殖生物為海參、扇貝、牡蠣、蛤仔、魚、裙帶菜等［8］。

3 海水養(yǎng)殖區(qū)遙感調(diào)查

3.1 數(shù)據(jù)源

采用2019 年資源三號（ZY-3）、高分一號（GF-1）、高分二號（GF-2）、高分六號（GF-6）衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進行海水養(yǎng)殖區(qū)調(diào)查，影像原始數(shù)據(jù)經(jīng)波段合成、正射校正、全色與多光譜數(shù)據(jù)融合、調(diào)色、鑲嵌等操作獲得空間分辨率為2 m 的自然真彩色多光譜遙感影像，范圍覆蓋大連市大陸、島嶼，向海一側(cè)覆蓋圍海、填海、構(gòu)筑物等用海及灘涂區(qū)域。采用CGCS2000坐標系，高斯—克呂格投影（3 度帶，中央經(jīng)線123度）。

3.2 影像時相選擇

不同養(yǎng)殖物種有著不同的生長周期，有些養(yǎng)殖方式，比如筏式養(yǎng)殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖，在不同的生長階段，養(yǎng)殖區(qū)在遙感影像上呈現(xiàn)的光譜特征是有較大差別的。以裙帶菜為例，每年6—10 月育苗，然后在海上浮筏養(yǎng)殖至第二年3—4 月份采收，采收前養(yǎng)殖區(qū)紋理特征明顯，邊界清楚，采收后養(yǎng)殖區(qū)與周邊海水顏色沒有明顯差異。因此遙感影像的采集時間應(yīng)依據(jù)養(yǎng)殖物種的養(yǎng)殖周期選擇，推薦掛（投）苗后—采收（捕）前，工廠化養(yǎng)殖和池塘養(yǎng)殖不受此限，但也應(yīng)避開冬季結(jié)冰期的影響。

當對研究區(qū)養(yǎng)殖物種了解較少時，可基于中分辨率遙感影像（Landsat 8）［9］通過逐季度/逐月對比的方式選擇水產(chǎn)生長茂盛期。大連市筏式養(yǎng)殖主要分布在黃海海域，以4 月份影像為主；網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要分布在瓦房店、長興島海域，以6 月份影像為主；其余地區(qū)選用6—9 月份影像。影像無云、霧覆蓋。

3.3 影像解譯

大連市主要增養(yǎng)殖模式為淺海筏式養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、海水底播增殖、池塘養(yǎng)殖、工廠化養(yǎng)殖等［8］。其中，海水底播增殖方式無法通過遙感方式進行識別，其余養(yǎng)殖方式可通過實地調(diào)查建立遙感解譯標志，見表1，根據(jù)解譯標志對各類養(yǎng)殖區(qū)進行判讀勾繪，完善屬性信息。

表1 海水養(yǎng)殖區(qū)遙感解譯標志

4 結(jié)果與分析

根據(jù)大連市海水養(yǎng)殖區(qū)遙感調(diào)查結(jié)果，2019 年大連市海水養(yǎng)殖面積約1 234.45 km2，未計入底播養(yǎng)殖區(qū)域。

大連市海水養(yǎng)殖區(qū)沿大陸岸線及島嶼綿延分布，十分廣泛；池塘養(yǎng)殖主要分布在大連北部縣區(qū)，黃、渤海域分布相當；筏式養(yǎng)殖主要分布在大連市區(qū)東部及長?？h，黃海開放海域；工廠化養(yǎng)殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要分布在大連北部縣區(qū)、渤海海域；中心城區(qū)周邊的養(yǎng)殖區(qū)基本已經(jīng)退出。

大連市海水養(yǎng)殖區(qū)遙感調(diào)查結(jié)果見表2。從表2可以看出，按照養(yǎng)殖方式比較，池塘養(yǎng)殖面積最大，筏式養(yǎng)殖次之，工廠化養(yǎng)殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖面積較??；按照所在海域比較，黃海海域養(yǎng)殖面積遠大于渤海海域。

表2 大連海水養(yǎng)殖區(qū)遙感調(diào)查結(jié)果

各海灣中，養(yǎng)殖區(qū)分布較多的有普蘭店灣、青堆子灣、復(fù)州灣、董家口灣，均以池塘養(yǎng)殖為主，大連灣、大窯灣海水養(yǎng)殖區(qū)已基本退出。其中，普蘭店灣養(yǎng)殖區(qū)面積最大，約為206.39 km2，占大連渤海養(yǎng)殖區(qū)面積的52.6%，占全市海水養(yǎng)殖區(qū)面積的16.7%。近年來，池塘養(yǎng)殖區(qū)不斷向海上擴張，目前東西延伸可超30 km，南北延伸可超10 km，2005—2019 年，普蘭店灣灣口處由24 km 縮小為17 km 左右；青堆子灣養(yǎng)殖區(qū)面積約為83.00 km2，占大連市黃海養(yǎng)殖區(qū)面積的9.9%，占大連全市海水養(yǎng)殖區(qū)6.7%，青堆子灣一半以上面積被養(yǎng)殖區(qū)侵占。

根據(jù)《大連市生態(tài)環(huán)境狀況公報》（2018 年度）［10］，普蘭店灣及青堆子灣等局部海域污染較重，主要污染因子是無機氮和活性磷酸鹽，并在8 月份出現(xiàn)重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，而海水增養(yǎng)殖區(qū)域主要超標因子為無機氮和活性磷酸鹽［11］，這與養(yǎng)殖區(qū)遙感調(diào)查結(jié)果是相匹配的。養(yǎng)殖區(qū)殘余餌料及養(yǎng)殖物種糞便帶來大量有機質(zhì)污染，有機質(zhì)降解過程中又持續(xù)釋放氮、磷等化合物［1］，造成污染。同時，養(yǎng)殖區(qū)的擴張使得半封閉海灣越來越小，灣口越來越狹窄，海水交換速率緩慢，污染物不易轉(zhuǎn)移和擴散，海水凈化納污能力被削弱，進一步加劇了海水污染的風(fēng)險。

5 結(jié)論

（1）基于高分辨率多光譜遙感影像可以較為清晰地判別池塘養(yǎng)殖、筏式養(yǎng)殖、工廠化養(yǎng)殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域，海水底播養(yǎng)殖區(qū)域無法識別。遙感影像時相的選取要考慮研究區(qū)養(yǎng)殖物種的養(yǎng)殖周期，推薦掛（投）苗后—采收（捕）前，否則筏式養(yǎng)殖與網(wǎng)箱養(yǎng)殖面積容易被低估。

（2）不考慮海水底播養(yǎng)殖區(qū)域，大連市海水養(yǎng)殖以池塘養(yǎng)殖和筏式養(yǎng)殖為主，黃海養(yǎng)殖面積遠大于渤海，渤海以池塘養(yǎng)殖為主，黃海以筏式養(yǎng)殖為主。各海灣中，普蘭店灣、青堆子灣、復(fù)州灣、董家口灣養(yǎng)殖區(qū)面積較大。中心城區(qū)周邊、大連灣、大窯灣海水養(yǎng)殖已基本退出。

（3）普蘭店灣和青堆子灣的氮、磷污染與海水養(yǎng)殖密切相關(guān)。一方面是養(yǎng)殖殘餌與糞便排放帶來了海水污染，另一方面是養(yǎng)殖區(qū)擴張侵占海灣面積，尤其是灣口變窄使得灣內(nèi)外海水交換速率放緩，海水自凈能力的下降也是重要原因。