中国东部重要经济区带湿地遥感调查与演变分析
赵玉灵1, 张亚琳2, 聂洪峰1, 郁万鑫2
1.中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083
2.中国地质大学(北京),北京 100083

第一作者简介: 赵玉灵(1971-),女,高级工程师,2001年获中国地质大学(北京)理学博士学位。主要从事遥感地质、生态环境遥感调查和数据库等方面的研究工作。

摘要

利用多时相遥感数据对中国东部重要经济区带近140万km2的湿地资源进行了调查与监测。结果表明: 我国中东部地区湿地类型多,面积大,但分布不均; 近30~40 a间湿地总面积逐年减少,表现在潮间淤泥海滩(泥滩)、红树林和沼泽湿地大幅度缩减; 人工围垦和水利工程建设等人类活动加速了中国东部重要经济区带湿地的破坏程度; 调查区湿地面积的缩小和湿地景观破碎化的加重,导致湿地功能不断下降,生态环境进一步恶化。

关键词: 中国东部重要经济区带; 遥感动态监测; GIS; 湿地
中图分类号:TP79 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2010)增刊-0163-06
The Remote Sensing Dynamic Monitoring of the Wetlands in Eastern Economic Zones of China
ZHAO Yu-ling1, ZHANG Ya-lin2, NIE Hong-feng1, YU Wan-xin2
1.China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China
2.China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract

Based on large quantities of remote sensing data as well as topographic and survey data, this paper studied the evolution of the wetlands in eastern economic zones of China from 1975 to 2006. The results show that the wetlands are distributed unequally. The area of the wetlands has been decreased since 1975. The muddy tidal bank, the mangrove tidal bank and the swamp have been especially greatly decreased. The result of the analysis shows that the landscape fragmentation is remarkable, with the human activities being the primary cause. The environment of the eastern economic zones of China has been deteriorating since 1975.

Keyword: Eastern economic zones of China; Remote sensing dynamic monitoring; GIS; Wetlands
0 引言

湿地与人类息息相关, 是人类拥有的宝贵资源, 因此湿地被称为“ 生命的摇篮” 、“ 地球之肾” 和“ 鸟类的乐园” 。湿地在抵御洪水、调节径流、控制污染、调节气候和美化环境等方面起到了重要作用。

中国东部重要经济区带包括从渤海至北部湾等沿海地区, 按地域可划分成三大经济区, 即环渤海经济区(含辽宁省、河北省、北京市、天津市、山东省)、长三角经济区(含江苏省、上海市、浙江省、福建省)和珠三角经济区(含广东省、广西省、海南省)。区内集中了全国70%以上的大城市, 这些城市人口占全国城市人口的60.5%。20世纪80年代以来, 中国沿海形成的珠江三角洲、长江三角洲、环渤海、海西及北部湾等经济区和上海、天津、广州等“ 城市都会圈” , 已经成为中国经济发展的龙头。为此, 在新一轮地质大调查中, 本文采用遥感与GIS技术, 结合已有资料分析, 对中国东部重要经济区带的湿地资源进行了调查与监测。

1 数据处理与解译方法
1.1 数据选取

选择20世纪70、80年代, 21世纪初期和2006年前后4期数据作为湿地要素现状调查的信息源, 每两期之间信息的变化即为演变信息。20世纪70年代遥感信息是以1975年为主的MSS图像数据, 空间分辨率为79 m; 80年代是以1987年为主的TM图像数据, 空间分辨率为30 m; 21世纪初期则以2000年为主的ETM图像数据, 空间分辨率为30 m; 2006年的数据为CBERS-02星的数据, 空间分辨率为19.5 m。各期数据的几何精度均能满足1:25万比例尺专题解译的精度要求。

由于调查区南北跨度较大, 在数据选择时, 注意了对成像时相的选择。环渤海经济区的遥感数据主要选择夏、秋季(6~10月)时相。长三角、珠三角的地理位置处于热带、亚热带和暖温带, 这些地区气候温和, 雨量充沛, 所以主要选择冬春季节(10月~翌年3月)遥感数据。为了解决图像时相的不足, 根据地形、地貌以及气象资料对解译结果做了适当调整, 以取得更为准确的现状及演变数据。

1.2 数据处理方法

工作过程中, 为了保证影像图的精度, 选择以调查区4期遥感数据为基础, 使用1:5万或1:10万比例尺地形图对遥感影像数据进行几何精纠正、配准和镶嵌, 并对图像进行增强处理。图像采用高斯-克吕格投影, 6° 分带, 1954坐标系。纠正后, 各遥感数据的配准几何精度分别为: 114景MSS图像几何精度在30.7~163.5 m之间; 100景TM图像几何精度在17.7~109 m; 100景ETM图像几何精度在21~100 m; 240景CBERS-2图像几何精度在21~90 m, 满足区域1:25万比例尺调查工作的精度。

1.3 湿地遥感调查分类标准

参照《拉姆萨尔国际湿地公约》和《全国湿地资源调查与监测技术规程》规范要求, 结合我国东部重要经济区带的特点和遥感图像本身的可解译性, 建立了本次遥感调查的湿地分类系统。湿地分为五大类型, 即: 近海及海岸湿地(浅海水域、岩石性海岸、潮间淤泥海滩、潮间沙石海滩、生物海滩、河口及三角洲湿地)、河流湿地(永久性河流、季节性或间歇性河流、泛洪平原)、湖泊湿地(永久性淡水湖、季节性淡水湖、永久性咸水湖、季节性咸水湖)、沼泽及沼泽化草甸湿地(草本沼泽、其它沼泽)和人工湿地(人工养殖场及盐场、水库)。

1.4 湿地解译方法

首先, 将对已进行过纠正、配准和镶嵌图像的格式转换成MapGIS的MSI格式, 然后, 依照建立的解译标志, 在MapGIS软件上对图像进行人机交互解译和数字化。河流解译到二级河流以上, 河流湿地的面积采用单线河与双线河分别计算, 河流宽度> 125 m的按双线河解译, 河流宽度< 125 m的按单线河解译。双线河的面积则为图上实际提取的面积, 单线河的面积则为图上提取的河流长度× 75 m。最后, 在野外实地调查工作的基础上, 通过不同期次遥感解译结果的GIS分析与统计, 研究湿地变迁情况。

2 湿地现状遥感调查结果

(1)湿地类型多样。中国东部重要经济区带的湿地类型有近海及海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽及沼泽化草甸湿地和人工湿地。五大种类的湿地类型齐全。湿地总面积为142 207.4 km2, 其中天然湿地(近海及海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽及沼泽化草甸湿地)的面积为10 764.9 km2, 占总湿地面积的75.7%; 人工湿地的面积为34 566.4 km2, 占总湿地面积的24.3%。三大经济区的湿地类型及面积如表1图1所示。

表1 2007年各经济区湿地类型及面积(km2)

图1 2007年中国东部重要经济区带湿地面积统计

(2)天然湿地数量分布不均匀。天然湿地中近海及海岸湿地的面积占总湿地面积的38.1%, 河流湿地的面积占总湿地面积的25.2%, 湖泊湿地的面积占总湿地面积的6.0%, 沼泽及沼泽化草甸湿地面积占总湿地面积的6.4%。

(3)各种类型湿地的地域分布不均衡。江苏省的湿地面积占总湿地面积的19.0%, 辽宁省的湿地面积占总湿地面积的15.3%, 广东省的湿地面积占总湿地面积的13.7%, 山东省湿地面积占总湿地面积的12.0%, 浙江省湿地面积占总湿地面积的10.4% , 河北省湿地面积占总湿地面积的8.3%, 广西湿地面积占总湿地面积的6.6%, 福建省湿地面积占总湿地面积的6.0%, 上海市湿地面积占总湿地面积的3.6%, 海南省湿地面积占总湿地面积的2.3%, 天津市湿地面积占总湿地面积的2.0%, 北京市湿地面积占总湿地面积的0.4%。

北京市、天津市和广东省的人工湿地占总湿地面积的百分比相对较高, 分别为40.0%、40.4%和42.3%; 而香港、澳门和上海市的近海及海岸湿地占总湿地面积的百分比均超过了75%。江苏省的湖泊湿地占全省总湿地面积的21.7%。辽宁省的沼泽及沼泽化湿地占全省总湿地面积的23.0%。

3 湿地演变分析

(1)湿地总面积萎缩, 天然湿地减少, 人工湿地增加。近30~40 a来, 中国东部重要经济区带湿地变化明显, 总湿地面积在逐年减少。其中, 沼泽湿地、河流湿地、湖泊湿地和近海及海岸等天然湿地减少幅度比较大, 而人工湿地却有增加的趋势, 且平均增加速率为685.9 km2/a。在2000~2007年期间, 受南水北调工程的影响, 湖泊湿地、河流湿地略有增加, 使总湿地面积略有回升(如表2图2、3所示)。

表2 近30 a来湿地面积变化统计(km2)

图2 30 a来中国东部重要经济区带各类湿地面积的增减情况

图3 20世纪70年代以来中国东部重要经济区带各类湿地面积变化情况

(2)湿地类型转换复杂。湿地面积在发生变化的同时, 还有相当部分的湿地类型发生了转变。如原来的河流湿地转变成了人工湿地(水库), 湖泊湿地转变成人工湿地(人工养殖场), 滩涂变成人工养殖场及盐场等等。30 a来湿地类型之间的转换如表3、4、5所示。

表3 20世纪70~80年代期间各类湿地之间的转换(km2)
表4 20世纪80年代~2000年期间各类湿地之间的转换(km2)
表5 2000~2007年期间各类湿地之间的转换 (km2)

(3)景观破碎化严重。景观的破碎化是指由于自然或人文因素的干扰所导致的景观由简单趋向于复杂的过程。即景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程。从湖泊湿地图斑数变化的情况分析, 我国东部重要经济区生态景观破碎化的程度是逐渐加深的。这与我国改革开放的进程密切相关, 充分反映了随着人类的进步和科技的发展, 人类对自然的干扰能力越来越强。就2007年的图像与21世纪初的图像相比, 区域湖泊图斑数有所减少, 但水面面积却有所增加, 表明受南水北调东线工程影响, 即工程调水后, 调蓄湖泊湿地水位上升、湖面变大, 零星湖泊湿地的扩并有了明显改善。

4 湿地演变的原因分析
4.1 自然因素

4.1.1 气候

自然因素尤其是气温、蒸发量和降水量的变化与湿地面积的增减有直接的相关关系。1951~1990年期间我国平均最高温度在黄河以北和95° E以西地区普遍增暖, 在东北和内蒙古最北部表现出0.3~0.5℃/10a的明显增温趋势; 在95° E以东35° N以南地区主要表现为降温趋势, 大部分测站降温幅度为0.1~0.3℃/10a , 其中最集中的降温区域在江淮、江南、四川等地区(翟盘茂, 任福民, 1997)。1880年以来, 中国东部降水量以20~30 a的年代际变化为主。1880、1910、1930、1950及1990年多雨; 近20 a干湿交替频繁。1960年以来夏冬两季降水有增加趋势, 近10 a则秋季降水明显减少(秦大河、丁一汇, 苏纪兰等, 2005)。总体而言, 近50 a来华北及东北南部降水量有减少趋势。气温升高(蒸发量增加)、降水量减少的年份, 湿地面积就会减少; 反之, 湿地面积就会增加。

4.1.2 地形地貌

中国东部经济区的地貌类型有低山地貌(Ⅰ 1)、中山地貌(Ⅰ 2)、高原地貌(Ⅰ 3); 盆地和谷地(Ⅱ 1)、台地地貌(Ⅱ 2)、丘陵地貌(Ⅱ 3); 冲洪积平原(Ⅲ 1、Ⅲ 2); 冲积平原(Ⅲ 3); 冲湖积平原(Ⅲ 4); 海积冲海积平原(Ⅲ 5)等多种类型。不同类型湿地在各地貌单元中所占百分比, 如表6所示。其中, 沼泽湿地、河流湿地、湖泊湿地和近海及海岸湿地等减少幅度比较大的天然湿地主要分布在冲洪积平原、冲积平原、海积冲海积平原和冲湖积平原等地貌类型中; 而增幅较大的人工湿地虽分布比较零散, 但在海积冲海积平原相对集中。地形相对平坦的近海地貌类型, 由于其易于改造而成为湿地变化的主要类型。

表6 湿地类型在各类地貌中的分布面积(%)

4.1.3 地层岩性

各种湿地类型在各地层岩性中的分布面积和分布比例互不相同(表7)。第四系中的各种湿地面积占该类湿地总面积的比例分别为: 近海及海岸湿地66.24%、河流湿地62.86 %、湖泊湿地97.82%、沼泽及沼泽化草甸湿地95.41%、人工湿地73.87%。而发生上述湿地类型变化的主要区域也在第四系分布区的冲积、冲洪积、冲湖积和海积冲海积等沉积层中。

表7 不同类型湿地在各年代地层中分布面积 (km2)

此外, 海岸侵蚀是造成我国海岸湿地退化的又一重要因素, 它对湿地基底的不可逆转性改造是湿地生态系统不稳定的主要原因。海岸侵蚀可造成海岸线后退、潮间带变窄、湿地面积减少和湿地生境破坏。如滦河三角洲就因引滦入津工程, 入海泥沙量急剧减少, 使得滦河口三角洲停止淤长, 甚至出现侵蚀后退现象。

4.2 人类活动影响

(1)人口增加与围垦。随着人口增加和经济的高速发展, 人类对湿地的干扰活动也越来越大, 海岸湿地已经成为全球性的高脆弱性生态系统。我国对海岸湿地的利用历史悠久, 但大规模的全面开发活动还是在20世纪70年代以后, 由于对海岸的不合理开发和利用, 如较大规模的围垦、城市和港口开发、油气资源开发、生物资源过度利用及污染等, 使海岸湿地累计损失达8 179.4 km2, 相当于现在海岸湿地总面积的15%。

围垦是造成海滨生态系统陆向湿地面积减少的主要原因。湿地一旦被围就等于切断了与海水的直接联系, 从而造成湿地类型和性质从根本上发生改变。围垦除了直接造成湿地面积减少外, 还会造成湿地生境质量变差, 生物多样性下降, 湿地生态功能减退, 直接破坏湿地植被赖以生存的基底, 造成植被的直接消亡。同时还使垦区外围原有或新生的湿地长期处于水动力环境与生境的自我恢复和调整期, 植被生长滞后, 湿地常因无充足固着泥沙的植被而变得更易遭受海水冲刷侵蚀。海岸湿地丧失所引起的海岸环境恶化、海洋资源减少等一系列问题必将制约沿海经济的持续发展。

(2)海岸带城市化。近几十年来, 随着经济的迅猛发展, 整个沿海地区的城市化进程加快。城市面积的扩张, 更多的湿地变成了建筑用地, 这是湿地面积减少的又一个重要原因。中国东部经济区城镇的面积由20世纪70年代的3 853.9 km2, 扩展为20世纪80年代的6 931 km2, 至21世纪初城镇的面积为12 796 km2。2006年城镇面积为30 038.5 km2。由于城镇的扩张, 其周围的湿地相应地减少。近30~40 a间, 由于城镇的扩展, 直接导致东部经济区湿地面积减少了2 439.76 km2, 其中宁波市城镇扩展导致湿地减少217.1 km2; 20世纪80年代~2000年期间, 城镇扩展引起湿地减少的总面积为455.8 km2, 其中宁波市减少的面积最大, 为41.33 km2; 2000~2007年期间, 城镇扩展引起湿地减少的总面积为1 041.7 km2, 其中杭州市减少的面积最大, 为75.7 km2

沿海城市和港口的扩建及开发是造成海岸湿地面积不断消失的另一个原因。20世纪后半叶以来, 因港口开发和城市的扩建, 海岸湿地正面临消亡的危机。

(3)资源过度利用, 地下水超量开采。由于资源的过度利用, 我国沿海天然红树林面积己由20世纪70年代末的1 015.1 km2下降到目前的305.9 km2, 69.9%的红树林丧失; 海南省约80%的珊瑚礁资源被破坏。由于地下水的过度开采, 导致河流入海流量大幅减少、海岸线后退和海岸侵蚀现象发生及滨海滩涂资源减少。到目前为止, 我国沿海地区累计己丧失滨海滩涂湿地面积约5 412.2 km2, 因城乡工矿占用湿地约79.31 km2 。20世纪80年代末到90年代末, 东方市部分海岸线己向陆地一侧后退约1 067 m, 年均岸线侵蚀后退82.08 m。

(4)防洪工程修建。在黄淮海流域中, 防洪工程众多。这些防洪工程使各流域中下游过境的地表水资源锐减、河道枯竭断流。防洪工程曾使海河平原免于洪涝之灾, 却加剧了水资源短缺, 导致滦河、永定河等中型河流的断流或干涸, 生态系统己由开放型向封闭型和内陆型转化。地表水资源的锐减, 直接减少了补给湿地的水量、间接促使人们过度利用湿地水资源, 并且迫使人们大幅度地开采地下水, 形成了以天津、衡水、沧州和廊坊为中心的面积达5.6× 104 km2的深层地下水漏斗区, 进一步加剧了沼泽、河流和湖泊等湿地的减少进程。

4.3 自然因素与人类活动的叠加

(1)河道断流。早在20世纪60年代, 华北平原的一些河流就开始频繁断流。1953年官厅水库修建以后, 永定河下游自60年代初开始发生断流, 每年断流的天数逐渐增加到300 d以上。50年代末到60年代初, 海河水系的一些主要支流, 如大清河、滹沱河、子牙河和南运河等的上游也相继修建了水库。到80年代中期, 永定河、滹沱河、子牙河及南运河下游的断流率(发生过断流的年数与参加统计的年数之比)可达100%, 平均断流日超过200 d, 断流时间最长年份的断流日数超过350 d。河道断流现象的逐渐增多, 必然促使沼泽、河流和湖泊等湿地面积进一步减少。

(2)植被损毁。茂密的森林植被, 往往与长流河、水土涵养相关。较好的植被覆盖条件, 有利于降水入渗并转化为地下水, 使得基流在年径流中的比重增大。乱砍滥伐、过度放牧及盲目农垦等人类活动对植被的破坏使得水土流失加剧、地表裸露, 甚至导致水源枯竭。不仅加剧了土地荒漠化的程度, 更加剧了湿地面积萎缩。

此外, 在我国近年来因海平面上升加剧了辽东湾、莱州湾、海州湾和其他沿海低洼湿地消失; 而河流入海水量减少和海水内侵等因素, 虽然不能直接造成湿地面积的变化, 但改变了沿海沼泽湿地土壤的盐度, 导致湿地植被物种和结构发生变化, 甚至向盐沼地演替。

5 结论

(1)我国中东部地区湿地类型多, 面积大, 但分布不均。

(2)近30~40 a间湿地总面积是逐年减少的, 主要表现为天然湿地减少, 尤其表现在潮间淤泥海滩(泥滩)、红树林和沼泽湿地大幅度缩减; 但人工湿地面积却在逐年增加。近30 a来, 湿地不但在面积上有变化, 在类型上也有时空演变, 且景观破碎化趋向严重。

(3)中国东部重要经济区带湿地面积的萎缩是人为因素叠加在自然因素的基础上造成的, 人类活动加速了生态环境恶化的进程。气候、地形地貌和所在地域的地层岩性条件是制约湿地类型变化的重要因素; 人口增长、人工围垦和海岸带城市化等人类活动以及河道断流、植被损毁等自然因素与人类活动的叠加则加速了中国东部重要经济区带湿地的破坏程度。

(4)调查区湿地面积的缩小和湿地景观破碎化的加重, 导致湿地功能不断下降, 生态环境进一步恶化。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 崔保山, 刘兴土. 湿地恢复研究综述[J]. 地球科学进展, 1999, 14(4): 358-364. [本文引用:1]
[2] 邓培雁, 刘威, 陈桂珠. 湿地退化的经济成因分析[J]. 生态科学, 2005, 24(3): 261-263. [本文引用:1]
[3] 张金屯, 邱扬, 郑凤英. 景观格局的数量研究方法[J]. 山地学报, 2000, 18(4): 346-352. [本文引用:1]
[4] 李玉霞, 杨武年, 郑泽忠. 中巴资源卫星(CBERS-02)遥感图像在生态环境动态监测中的应用研究[J]. 水土保持研究, 2006, 13(6): 198-200. [本文引用:1]
[5] 阮仁宗, 冯学智. 基于多时相遥感和GIS技术的湿地识别研究[J]. 遥感信息, 2005(2): 20-24. [本文引用:1]
[6] 王树功, 黎夏, 钟凯文, . 遥感与GIS技术在湿地定量研究中的应用趋势分析[J]. 热带地理, 2005, 25(3): 201-205. [本文引用:1]
[7] 燕艳. 中国湿地简述[J]. 生态学杂志, 2002, 19(6): 59-60. [本文引用:1]
[8] 方余兴, 孙振华. 上海市湿地资源调查中的遥感技术应用[J]. 国土资源遥感, 2001(3): 25-27. [本文引用:1]
[9] 蒋卫国, 王文杰, 谢志仁, . 基于RS和GIS的三江平原湿地景观变化研究[J]. 地理与地理信息科学, 2003, 19(2): 28-31. [本文引用:1]
[10] 国家林业局《湿地公约》履约办公室. 湿地公约履约指南[M]. 北京: 中国林业出版社, 2001. [本文引用:1]
[11] 陆健健. 中国湿地[M]. 上海: 华东师范大学出版社, 1990. [本文引用:1]
[12] 安树青. 湿地生态工程-湿地资源利用与保护的优化模式[M]. 北京: 化学工业出版社, 2001. [本文引用:1]
[13] 钱乐祥. 遥感数字图像处理与地理特征提取[M]. 北京: 科学出版社, 2004. [本文引用:1]
[14] 谢志茹, 罗德利, 张景春, . 基于RS与GIS技术的北京城市公园湿地景观格局研究[J]. 国土资源遥感, 2004(3): 61-64. [本文引用:1]
[15] 李新国, 江南, 王红娟, . 近30年来太湖流域湖泊岸线形态动态变化[J]. 湖泊科学, 2005, 17(4): 294-298. [本文引用:1]
[16] 赵玉灵. 近30年来安固里淖湖面监测与变化分析[J]. 地球信息科学学报, 2009, 11(3): 312-318. [本文引用:1]
[17] 杨金中, 赵玉灵, 王毅. 杭州湾南、北两岸潮滩变迁遥感动态调查[J]. 地质科学, 2004, 39(2): 168-177. [本文引用:1]
[18] 赵玉灵, 聂洪峰, 杨金中, . 环渤海经济区海岸带湿地现状遥感调查[C]∥王平. 国土资源遥感技术发展文集. 长春: 吉林大学出版社, 2006: 250-253. [本文引用:1]
[19] 杨晓梅, 周成虎, 杜云艳, . 海岸带遥感综合技术与实例研究[M]. 北京: 海洋出版社, 2005. [本文引用:1]
[20] 秦大河, 陈宜瑜, 李学勇, . 中国气候与环境演变[M]. 北京: 科学出版社, 2005. [本文引用:1]