选择覆盖东寨港保护区的3期高分辨率SPOT影像, 时相为2002-11-07, 2008-02-29和2013-06-01, 其间隔约为63个月。3期遥感影像均进行了几何纠正、大气校正及投影校正, 平均位置误差在1个像元以内。由于获取图像时的季节和潮位不同, 3期遥感影像在色彩和影像的反差、海域大小、滩涂出露上存在一定的差异, 通过湿地要素增强手段弱化差异, 使各影像满足人机交互解译的要求; 建立湿地解译标志, 确定保护区湿地类型为4个一级类型和10个二级类型, 最终形成了本研究兼顾自然属性和人为特点的高空间分辨率遥感湿地调查分类体系(表1)。实际遥感解译面积约为保护区面积的4倍以上, 达到17 000 hm²。在此基础上采用湿地变化分类解译(即直接解译动态斑块)的方式对湿地变化动态信息进行提取, 进一步勾画出不同时段内的湿地变化图斑, 并加以定性与归类。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 高空间分辨率遥感湿地调查分类体系 Tab.1 Classification system of wetland using high spatial resolution remote sensing images 一级分类 二级分类 编号 含义 滨海海域 12 水深6 m以浅的海域 潮沟 13 潮间及潮下一定水深、地形低洼的潮流通道, 如同陆地水系 水面湿地 河流 14 陆地汇聚水流注入海域的通道 坑塘 15 陆地自然形成的低洼积水区 沟渠 16 人工开挖, 引用流水的通道 潮间湿地 沙质潮间湿地 22 潮间为沙质的区域 泥质潮间湿地 23 潮间为泥质的区域 生物湿地 红树林湿地 31 生长红树或半红树的潮间、潮流区滩地 人工湿地 养殖塘 42 陆地或沿岸, 人工开挖和整理利用的、用于水产养殖的水面 水库 43 通过人工筑坝蓄积流水的水面

表1 高空间分辨率遥感湿地调查分类体系 Tab.1 Classification system of wetland using high spatial resolution remote sensing images

对于解译成果进行了现场考察验证, 并校对和丰富已经建立的湿地遥感解译标志。图2(a)给出了野外调查与验证的路线(红色线迹)。考察主要集中在人迹能够到达的保护区核心区域。利用人机交互解译, 3时相共解译出图斑17 859个。验证图斑以抽查确定, 抽查原则为: ①重点抽查地类包含水塘、稻田、植被覆盖水面、红树林等在内的湿地主要类型; ②抽查数量不少于总解译图斑数的10%; ③位于湿地保护区内部人迹可达处, 抽查点按行进路线大体均匀等间距分布。经过抽查发现, 解译错误包括2类, 即属性错误和漏解译, 其中以属性错误为主, 表现特征为混淆了目视效果相近的地类。最终解译成果中地类最低解译精度不低于80%, 经过野外调查后的修正, 分类结果的精度有所提升。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 野外调查路线与部分解译标志Fig.2 Track of field investigation and parts of wetland remote sensing interpret tags

为更好地反映不同湿地类型的变化状况及差异, 本研究利用土地利用动态度模型^[9]分别计算了保护区2002— 2008年, 2008— 2013年及2002— 2013年的湿地类型变化动态度, 即

S= 1t∑i=1n△ S_i-j/S_i× 100%(1)

式中: n为总湿地类型数; S_i为监测开始时间时第i类湿地类型总面积; △ S_i-j为任意2期影像时段内第i类湿地类型转换为第j类湿地类型面积总和; t为湿地类型变化时间段; S为与t时段对应的研究区湿地类型变化速率。

对海南东寨港国家级自然保护区3个时相湿地面积进行统计, 结果见表2。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 海南东寨港国家级自然保护区3时相湿地面积统计 Tab.2 Statistics of wetland area in Dongzhai in 3 different periods 地类编号 湿地类型 2002年11月7日 2008年2月29日 2013年6月1日 图斑数 图斑面积/m2 图斑数 图斑面积/m2 图斑数 图斑面积/m2 12 滨海海域 1 53 218 730 1 53 219 894 1 53 225 654 13 潮沟 8 32 291 8 32 291 9 42 793 14 河流 19 1 494 956 18 838 959 19 1 405 799 15 坑塘 221 3 042 251 293 3 391 716 317 2 783 470 16 沟渠 61 541 439 75 619 819 83 607 652 22 沙质潮间湿地 2 117 262 2 129 974 2 150 166 23 泥质潮间湿地 43 540 961 42 500 539 50 606 674 31 红树林湿地 212 16 506 798 211 16 486 886 212 16 075 638 41 养殖塘 4 011 13 632 152 5 491 15 431 889 6 173 16 405 524 43 水库 1 93 878 1 71 681 1 39 223 合计 4 579 89 220 718 6 142 90 723 648 6 867 91 342 593

表2 海南东寨港国家级自然保护区3时相湿地面积统计 Tab.2 Statistics of wetland area in Dongzhai in 3 different periods

由表2可知, 研究区湿地类型以滨海海域、红树林和养殖塘为主, 其他类型镶嵌于其中。3期湿地分类结果中, 滨海海域面积占湿地总面积的平均比例最大, 约为58.86%; 其次为红树林和养殖塘, 分别占湿地总面积平均比例为18.09%和16.75%, 坑塘面积占湿地总面积的平均比例为3.40%。在3个不同时段内, 保护区内养殖塘的斑块数量最大, 其斑块数量占保护区总斑块数的平均比例为88.96%。

近12 a来保护区湿地总面积和斑块数量均呈持续增加趋势, 其中人工湿地面积呈持续增加趋势, 但自然湿地面积呈持续减少趋势, 不同湿地类型面积变化有差异。滨海海域, 沙质潮间湿地和养殖塘总面积呈持续增长趋势, 潮沟面积呈增加趋势。养殖塘净增加面积最大(约2 773 372 m²), 增长了20.34%; 沙质潮间湿地总面积净增加了32 904 m², 增长了28.06%; 潮沟净增加面积为10 502 m², 增长了32.52%, 是增长比例最大的湿地类型; 滨海海域净增加6 924 m², 但增长比例极其微弱。红树林湿地和水库总面积呈持续减少趋势, 其中红树林净减少面积最大(431 160 m²), 减少了2.61%; 水库总面积净减少54 655 m², 减少了58.22%, 是保护区面积减少比例最大的湿地类型。泥质潮间湿地和河流面积呈先减后增的趋势, 泥质潮间湿地面积在近12 a间净增加65 713 m², 增长了12.15%; 河流面积在2008年以后有所增加, 但相较于2002年其面积净减少了89 157 m², 减少了5.96%。沟渠和坑塘面积呈先增后减的趋势, 沟渠面积在2008年以后有所减少, 但与2002年相比其面积仍净增加66 213 m², 增加了12.22%; 坑塘面积在近12 a间净减少了258 781m², 减少了8.51%。2002— 2013年间保护区斑块净增加了2 288块, 增加了49.96%, 除滨海海域, 河流, 沙质潮间湿地, 红树林湿地和水库外, 其余湿地类型斑块数均有不同程度的增加, 其中养殖塘斑块数净增加2 162块, 增加了53.90%, 是整个保护区斑块数增加的主要来源, 其次为坑塘和沟渠, 增长比例分别为43.43%和36.05%。综上可知, 东寨港保护区湿地总面积在近12 a间有扩展趋势, 但自然湿地面积呈减少趋势, 保护区斑块数量不断增多, 其整体景观破碎化程度逐步增大, 这将对保护区生物多样性维护功能造成不利影响。

从不同时段保护区内发生变化的湿地类型的空间分布看, 保护区湿地类型间的转变主要发生在养殖塘和红树林湿地上, 同时保护区部分陆地转变为除水库外的其他所有湿地类型, 对增加保护区斑块数起到了主要作用。研究区不同湿地类型转变的斑块数量及面积统计见表3。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 海南东寨港国家级自然保护区3时相间湿地变化方式统计表 Tab.3 Statistics of wetland conversion changing modes in 3 different periods 类型变化 2002— 2008年 2008— 2013年 2002— 2013年 图斑数 图斑面积/m2 图斑数 图斑面积/m2 图斑数 图斑面积/m2 滨海海域→ 沙质潮间湿地 2 29 341 1 11 728 2 44 296 滨海海域→ 红树林湿地 2 13 261 1 3 408 2 6 966 滨海海域→ 养殖塘 2 2 271 1 602 3 2 873 滨海海域→ 陆地 2 9 666 4 17 318 4 23 544 潮沟→ 红树林湿地 — — 1 622 1 622 河流→ 坑塘 2 588 443 — — 2 2 921 河流→ 养殖塘 11 28 257 — — 16 54 566 河流→ 陆地 3 41 711 — — 4 47 539 坑塘→ 河流 — — 1 544 267 — — 坑塘→ 沟渠 1 16 994 2 586 2 6 193 坑塘→ 养殖塘 8 69 288 32 58 441 12 74 498 坑塘→ 陆地 67 1 270 364 88 483 193 98 1 386 776 沟渠→ 养殖塘 7 3 466 9 17 009 12 12 256 沟渠→ 陆地 4 8 983 6 40 205 6 23 781 沙质潮间湿地→ 滨海海域 2 36 912 — — 2 36 720 沙质潮间湿地→ 养殖塘 2 165 — — 3 198 沙质潮间湿地→ 陆地 2 28 042 1 1 386 2 24 326 泥质潮间湿地→ 潮沟 2 9 726 1 220 1 220 泥质潮间湿地→ 红树林湿地 2 9 726 3 29 469 6 39 587 泥质潮间湿地→ 养殖塘 14 28 515 — — 14 28 515 泥质潮间湿地→ 陆地 2 23 062 1 367 2 17 282 红树林湿地→ 滨海海域 2 9 304 4 36 224 4 35 833 红树林湿地→ 潮沟 — — 2 10 511 2 10 510 红树林湿地→ 河流 — — 1 305 1 305 红树林湿地→ 坑塘 — — — — 1 1 950 红树林湿地→ 泥质潮间湿地 3 13 498 10 127 359 13 140 857 红树林湿地→ 养殖塘 19 46 189 8 6 603 26 39 124 红树林湿地→ 道路 — — — — 1 546 红树林湿地→ 陆地 6 44 425 23 296 146 26 351 753 养殖塘→ 滨海海域 2 5 274 — — 2 5 274 养殖塘→ 潮沟 — — 1 52 1 52 养殖塘→ 坑塘 2 1 654 11 17 411 10 17 945 养殖塘→ 沟渠 4 4 365 — — 4 4 365 养殖塘→ 泥质潮间湿地 4 7 368 2 2 560 6 9 928 养殖塘→ 红树林湿地 7 21 603 3 4 491 10 26 094 养殖塘→ 道路 — — 1 546 — — 养殖塘→ 陆地 664 656 208 436 457 376 979 885 622 水库→ 坑塘 1 535 — — — — 水库→ 陆地 1 21 662 1 32 443 1 54 652 道路→ 陆地 — — 1 709 1 709 陆地→ 滨海海域 3 4 090 1 2 611 3 6 701 陆地→ 潮沟 — — 1 362 1 362 陆地→ 河流 1 2 388 4 22 282 4 15 642 陆地→ 坑塘 121 1 115 042 117 460 047 184 1 184 543 陆地→ 沟渠 18 69 237 14 44 400 27 91 396 陆地→ 沙质潮间湿地 2 48 548 1 9 864 1 49 888 陆地→ 泥质潮间湿地 — — 1 6 252 1 470 陆地→ 红树林湿地 3 49 000 8 28 029 11 76 634 陆地→ 养殖塘 1 228 2 303 493 942 1 364 936 2 061 3 486 842 陆地→ 道路 1 593 1 782 2 1 375

表3 海南东寨港国家级自然保护区3时相间湿地变化方式统计表 Tab.3 Statistics of wetland conversion changing modes in 3 different periods

在不同时段内, 由陆地转变为其他湿地类型的面积均为最大, 其次为坑塘、养殖塘和红树林湿地; 同时, 由陆地转变为其他湿地类型的斑块数量也是最大, 其次为由养殖塘转变引起的斑块数增加。各湿地类型面积变化主要由养殖塘, 陆地和坑塘之间的相互转变引起, 在同一时段内, 陆地与养殖塘之间相互转变的面积最大, 其次为陆地和坑塘之间的相互转变。

不同时段内由沙质潮间湿地, 红树林湿地, 养殖塘及陆地转变而成的滨海海域面积均大于滨海海域转出的面积, 因而滨海海域面积呈持续增加的趋势, 然而不同时间段内, 滨海海域面积增加的主要来源略有差异: 2002— 2008年间沙质潮间湿地是滨海海域面积增加的主要来源, 2008年后红树林湿地是其面积增加的主要来源。保护区内除潮沟、水库和道路类型没有向养殖塘转变外, 其余湿地和非湿地类型均有不同程度的转变为养殖塘, 其中陆地转变是养殖塘面积及其斑块数急剧增加的主要原因。2008年后陆地上挖塘养殖面积有所减少, 但由坑塘和沟渠转变成养殖塘的面积大幅增加, 使得保护区养殖塘面积持续增加。沙质潮间湿地面积变化主要与滨海海域及陆地有关: 2002— 2008年间, 陆地是沙质潮间湿地面积增加的主要来源, 2008年以后, 沙质潮间湿地转出面积大幅减少, 滨海海域是这一时段沙质潮间湿地面积增加的主要来源。

陆地、泥质潮间湿地和养殖塘是红树林湿地转入的主要来源, 但不同时段内由红树林转出的面积均大于其他类型转入的面积, 导致保护区红树林面积持续减少, 不同时间段内, 红树林转出的主要类型有所不同: 2002— 2008年间红树林主要转变成养殖塘和陆地, 2008年以后红树林转出类型增加的同时, 其转出面积也急剧增加, 陆地和泥质潮间湿地是这一时段红树林湿地转出的主要类型, 其次为滨海海域和潮沟。保护区内水库与其他湿地类型间的转变最微弱, 水库主要转变成陆地和坑塘, 是唯一只有转出没有转入的湿地类型, 这也是水库面积减少的原因。

泥质潮间湿地的面积变化主要与养殖塘、红树林湿地及陆地之间的转变有关: 2002— 2008年间, 泥质潮间湿地转出面积大于转入面积, 导致其面积缩减, 这一时段内泥质潮间湿地主要转变成了养殖塘和陆地; 2008年以后, 泥质潮间湿地转出面积大幅减少, 同时红树林湿地大幅转入, 使得泥质潮间湿地面积快速增加。保护区内河流与其他类型之间的转变比较微弱, 其面积变化主要与坑塘和陆地有关: 2002— 2008年间, 河流转出成坑塘的面积显著大于陆地转入成河流的面积, 因而这一时段内河流面积缩减明显; 2008年以后, 河流没有转变成其他类型, 而坑塘、陆地和红树林湿地不同程度的转变为河流, 使得河流面积有所增加, 近12 a来河流面积经历了先减少后增加的过程, 但其总面积较2002年仍有一定减少。

沟渠的面积变化主要与坑塘、养殖塘和陆地相关: 2002— 2008年间大量陆地和坑塘转变为沟渠, 使得沟渠面积增加; 2008年以后沟渠转入面积大幅减少, 而转出成养殖塘的面积急剧增加, 使得沟渠总面积缩减。坑塘的面积变化主要与陆地和河流有关, 新增的坑塘斑块基本由陆地转变而成: 2002— 2008年间大量陆地和河流转变为坑塘, 使得坑塘面积增加; 2008年以后, 坑塘转入面积急剧减少, 同时大量坑塘转变成河流和养殖塘, 导致其面积缩减。

综上可知, 保护区3个时间段中斑块及面积变化的类型相近, 大多与陆地相关, 主要为红树林→ 陆地、陆地→ 沟渠、坑塘→ 陆地、陆地→ 坑塘、养殖塘→ 陆地的转变, 说明保护区斑块数量和面积变化较大的地方多发生在陆地边缘。

不同时间段内保护区湿地类型变化动态度(表4)显示, 2002— 2008年间保护区滨海海域、潮沟、红树林湿地和养殖塘类型变化缓慢, 其变化动态度均小于0.73%, 而河流、坑塘及沙质潮间湿地类型变化相对较迅速, 其变化动态度均大于6.92%。2008年以后, 滨海海域、潮沟、沟渠、红树林湿地及水库类型的动态度较前期有所增加, 其余湿地类型的动态度则有所下降, 其中水库和沟渠动态度增加明显, 河流和沙质潮间湿地动态度下降十分明显。近12 a以来, 保护区内水库, 沙质潮间湿地及坑塘类型变化迅速, 具有相对较大的动态度, 是保护区湿地类型变化的快速变动类型, 其次为泥质潮间湿地和陆地类型; 滨海海域和潮沟湿地类型变化非常微弱, 动态度分别为0.012%和0.161%, 是保护区湿地类型变化的稳定少动类型。

表4

Tab.4

表4(Tab.4)

表4 保护区湿地类型变化动态度 Tab.4 Dynamic degree of wetland type change in the study area(%) 湿地类型 2002— 2008年 2008— 2013年 2002— 2013年 滨海海域 0.003 0.010 0.012 潮沟 0 0.321 0.161 沟渠 0.328 1.538 0.555 红树林湿地 0.098 0.482 0.293 水库 3.377 7.543 4.851 养殖塘 0.729 0.521 0.580 陆地 1.055 0.739 0.801 泥质潮间湿地 1.618 0 1.319 河流 6.292 0 0.585 坑塘 6.370 5.339 4.019 沙质潮间湿地 7.933 0.178 4.352

表4 保护区湿地类型变化动态度 Tab.4 Dynamic degree of wetland type change in the study area(%)

从整体上看保护区大部分湿地类型变化缓慢, 由于人类活动对湿地类型的直接和间接影响, 导致水库和坑塘湿地类型变动较大。水库动态度较大, 主要与水库被填充转变成陆地和坑塘有关; 沙质潮间湿地从早期的快速变化到后期的稳定少动, 主要与沙质潮间湿地与滨海海域及陆地间的转变有关, 沙质潮间湿地与滨海海域间的转变是主要是潮汐海水位变动的结果, 而与陆地的转变则是人类活动干扰的结果。