哈尔滨松北湿地景观格局动态变化研究

王忠良， 赵光影， 陈丹娃， 王树力

(1.东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040；2.哈尔滨师范大学，黑龙江哈尔滨 150025)

湿地是重要的自然资源，是自然界生物多样性的生态景观和人类重要的生存环境之一，与人类生存发展密切相关[1-3]。湿地的景观格局和湿地资源地理的分布和组分，与湿地生态系统抗干扰能力、恢复能力、稳定性和生物多样性有密切联系。因此，研究湿地景观格局随时间的变化过程，可以揭示湿地景观变化的规律和机制，为实现湿地资源的可持续利用提供理论依据[4-5]。

目前对哈尔滨湿地的研究主要集中在面积及类型的动态变化上，而对于景观空间格局演变的研究较少。笔者对湿地景观格局演变特征进行研究，旨在对揭示湿地演变原因，制定合理科学的湿地保护办法提供参考依据。

1 研究区域概况

哈尔滨市湿地分江河两岸的河漫滩沼泽湿地和山间宽谷草甸沼泽湿地两种类型[6]。松北湿地位于松花江哈尔滨段的北岸，分为东区、中区和西区3个部分，与老城区隔江相望，规划总面积为88.0 km2，范围是西起哈尔滨市与肇东界，东至滨州铁路桥，北起改线前进堤，南至松花江北岸，与哈尔滨市区隔江相望，具体分区范围与面积见表1。

表1 松北湿地的分区范围与面积

松北区属温带大陆性季风气候，年平均气温为3.2 ℃；年平均降水量为523.3 mm；常年主导风向以西南风为主；属松花江河岸滩涂湿地；地势平坦低洼；海拔高度在115～118 m。

松北城市湿地区内植被属于森林草原与湿地草原类型，现有野生植物350多种。其中禾本科、豆科、蔷薇科、蓼科和沙草科等植物总类居多：主要树种为榆、柳、杨、稠李、卫矛、灌木柳、刺玫等，栽培树木有松科、蔷薇科、木樨科、榆科、杨柳科和忍冬科等。

动物资源主要包括鸟类100多种，如白翅浮鸥、野鸭、云雀等；兽类10多种，如赤狐、貉、黄鼬、草鼠、麝鼠等；鱼类10多种，如鳞鱼、白鱼、松花江鲤鱼等。

2 研究方法和数据处理

2.1资料准备土地利用/土地覆盖变化研究的数据源主要包括遥感数据和非遥感数据两部分。遥感解译所选取的数据是LANDSAT卫星的TM影像数据，空间分辨率为30 m×30 m。由于研究区范围大，地形复杂，扫描时间不同，影像数据质量差异大，因此很难获取相同年份、相同时段的覆盖全区的遥感影像，因此所选取的数据主要为2004年6月、2009年6月及2012年9月的时段，影像图见图1。

图1 哈尔滨市松北新区土地利用/土地覆被遥感影像

2.2数据的预处理

2.2.1波段的选择。根据各波段的数据统计的特征及其合成后的目视效果，选择对绿色植被反应敏感的TM4、3、2波段进行RGB假彩色合成。TM4、3、2波段组合，合成的影像类似于彩色红外图像，有利于植物分类和水体的判别，图像上大田耕地呈红色，水田呈淡蓝色并具有明显的形状，居民点建设用地为青色、灰色，杂有其他地类色调等。合成后的影像地类之间的差别明显，有良好的目视效果。

2.2.2土地利用分类与目视判读。土地利用/土地覆盖类型遥感解译是一项复杂的系统工程，涉及的影响因素很多。虽然计算机自动分类技术发展迅速，但土地利用解译仍多采用目视判读的方法。由于目视解译能综合利用地物的色调或色彩、形状、大小、阴影、纹理、图案、位置和布局等影像特征知识以及有关地物的专家知识，并结合其他非遥感数据进行综合分析和逻辑推理，从而达到较高的专题信息分类的精度，尤其在提取具有较强纹理特征结构的地物时更是如此[3-4]。

2.3景观格局指标的选择国内对湿地景观格局变化的研究始于20世纪90年代，主要采用景观格局空间分布特征指数(景观多样性指数、优势度指数、均匀度指数及斑块分维数)和景观异质性指数(聚集度以及破碎化指数：景观破碎化指数、廊道密度指数、斑块密度指数、景观斑块破碎化指数、景观斑块形状破碎化指数)等10余种指标来研究湿地景观格局的变化[7-11]。

基于研究目的和松北区湿地景观特征，选取了能确保计算精度的10个指标，其中在斑块类型级别上选用了8个指标：斑块个数、斑块分维数、斑块密度、斑块占景观总面积的比例、最大斑块指数、平均斑块面积、景观形状指数、景观聚集度指数；在景观级别上选用了两个指标，它们是景观多样性指数、景观均匀度指数[12-16]。在斑块和景观级别上，有些指标是度量景观组分的，有些是度量景观空间格局的。

3 结果分析

根据以上解译，在遥感目视解译的基础上，应用Map GIS制图，结合Photoshop软件，对松北新区各种土地类型进行矢量化、数字化，得到各种土地类型及其分布遥感影响解译，并将2009、2004、2012年土地利用/土地覆被相比较得出哈尔滨市松北区土地利用/土地覆被变化图，影像图见图2。

3.1湿地面积变化分析为了对遥感调查的各种土地利用类型进行统计分析，笔者主要利用Map GIS的空间分析与属性分析功能，针对研究需要，对2004、2009及2012年的土地利用情况进行相关分析。

图2 哈尔滨市松北新区土地类型分类结果

2004年湿地总面积91.19 km2，占松北新区总面积的比例为12.31%，其中天然湿地面积为74.27 km2，占湿地总面积的81.44%；人工湿地面积为16.92 km2，占湿地总面积的18.56%。2012年湿地面积为90.99 km2，湿地面积较2004年下降0.2 km2，占松北新区总面积的比例为12.28%，其中天然湿地面积为75.15 km2，占湿地总面积的82.59%；人工湿地面积为15.84 km2，占湿地总面积的17.41%。由此可见，自2004年松北新区建区以来，湿地的保护工作开展较好，湿地保持良好，并没有太大变化。沼泽地和河流湖泊是松北新区最主要的天然湿地类型，具体湿地类型和面积见表2和图3。

表2 2004、2009和2012年松北新区湿地类型及面积

图3 2004、2009、2012年湿地类型面积变化分析

3.2景观格局变化具体分析结果见表3和表4。

3.2.1斑块类型级别上景观格局指数变化分析。根据前面介绍的景观格局分析方法以及选用的景观空间格局分析软件，结合选取的景观格局指数，基于哈尔滨市松北新区2004、2012年景观生态类型分别展开研究。2004、2012年不同土地类型景观格局指数增减见图4～11。

2004～2012年，水田斑块个数增加3，斑块占景观总面积的比例减少，斑块密度增加，斑块分维数增加0.129 4，最大斑块指数由0.887 8减小到0.357 8，景观形状指数增加，聚

集度减少0.554%。2004～2012年，旱地斑块个数增加1，斑块占景观总面积的比例减少，斑块密度增加，斑块分维数减少0.020 1，最大斑块指数由减小到了3.553 4，景观形状指数增加，聚集度减小了0.009 2。2004～2012年，林地斑块个数增加1，斑块占景观总面积的比例减少，斑块密度增加，斑块分维数增加0.003 7，景观形状指数增加，聚集度减小了0.091 2。2004～2012年，草地斑块个数减少1，斑块占景观总面积的比例减少，斑块密度减少，斑块分维数增加0.001 1，景观形状指数减少0.381 3，聚集度减小了0.031 0。2004～2012年，河流湖泊斑块个数增加1，斑块占景观总面积的比例增加，斑块密度增加，最大斑块指数由增加了0.120 3，景观形状指数减少0.224 1，聚集度增加了0.011 8。2004～2012年，水库坑塘斑块个数、斑块占景观总面积的比例、斑块密度、斑块分维数、景观形状指数、聚集度都无明显变化，最大斑块指数由减小了0.1。2004～2012年，滩地斑块个数减少1，斑块占景观总面积的比例减少，斑块密度减少，斑块分维数增加0.169 9，最大斑块指数由0.058 4减小到0.057 1，景观形状指数减少，聚集度减少0.025%。2004～2012年，城镇用地斑块个数增加1，斑块占景观总面积的比例大幅增加，斑块密度增加，斑块分维数减少0.022 0，最大斑块指数由0.956 3增加到2.152 7，景观形状指数增加，聚集度增加0.807%。2004～2012年，农村居民用地斑块个数增加2，斑块占景观总面积的比例增加，斑块密度增加，斑块分维数增加0.018 7，最大斑块指数由0.343 4增加到0.497 7，景观形状指数增加，聚集度增加0.361%。2004～2012年，交通建设用地斑块个数增加6，斑块占景观总面积的比例大幅增加，斑块密度增加，最大斑块指数由0.423 8增加到0.929 8，景观形状指数增加，聚集度增加1.018%。2004～2012年，沼泽地斑块个数减少1，斑块占景观总面积的比例减少，斑块密度减少，最大斑块指数无明显变化，景观形状指数增加，聚集度增加了0.001 2。

表3 2004年不同湿地类型景观格局指数分析

表4 2012年不同土地类型景观格局指数分析

图4 2004～2012年不同湿地类型NP变化

图5 2004～2012不同湿地类型PLAND变化

图6 2004～2012年不同湿地类型PAFRAC变化

图7 2004～2012年不同湿地类型PD变化

图8 2004～2012不同湿地类型LPI变化

图9 2004～2012不同湿地类型LSI变化

图10 2004～2012不同湿地类型COHESION变化

图11 湿地景观多样性、均匀度指数

3.2.2景观级别景观格局指数变化分析。

(1)景观多样性指数。研究区景观多样性指数2004年为1.430 5，2012年上升至1.533 2，而研究区的湿地类型并没有发生变化，则表明各种湿地类型所占的比例差异减小，说明各斑块类型在景观中分布呈均衡化趋势增强。

(2)景观均匀度指数。景观均匀度指数由2004年的0.596 5上升到2012年的0.639 4。松北区均匀度指数说明该区均匀度指数较低，不同湿地资源类型分配程度更为均匀，比例结构悬殊减小。其中2012年在整个松北新区湿地景观中人工湿地和自然湿地占总面积68.22%，占居控制地位并构成松北新区湿地景观主体。

4 结论

(1)松北湿地的分布面积无显著变化。2012年湿地面积为90.99 km2，湿地面积较2004年下降0.2 km2，占松北新区总面积的比例为12.28%，其中天然湿地面积为75.15 km2，人工湿地面积为15.84 km2，湿地占总面积的68.22%左右。由此可见，自2004年松北新区建区以来，湿地的保护工作开展较好，湿地保持良好，并没有太大变化。

(2)通过GIS软件及ERDAS软件对松北区遥感图进行矢量化分析，得出2004、2009和2012年松北新区土地类型分类图及面积变化分析，并通过Fragstats 3.3软件对矢量遥感图的分析计算得到景观多样性指数、景观均匀度指数、景观聚集度指数等景观格局指标。景观多样性指数上升，而研究区的湿地类型并没有发生变化，表明各种湿地类型所占比例差异减小，说明各斑块类型在景观中分布均衡化趋势增强。景观均匀度指数有所上升，说明该区均匀度指数较低，不同湿地资源类型分配程度更为均匀，比例结构差距减小。

(3)通过对松北新区遥感图的矢量化及分析可知，自2004年松北新区建区以来，湿地的保护工作开展较好，湿地保持良好，并没有太大变化。通过对2004年及2012年各种指标的分析得出，松北新区湿地景观格局的变化主要是人为驱动因子造成的。

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