季明明，孙虎

（陕西师范大学 地理科学与旅游学院，陕西西安 710119）

湿地是介于陆地和水体之间的生态过渡带［1］，作为全球最重要的生态系统（海洋、森林和湿地）之一，湿地具有生产物质产品、调节气候、涵养水源、提供栖息地和旅游地等自然资产价值和人文价值［2］。然而在气候变化和经济活动的双重影响下，20 世纪中后期全球湿地率大幅度缩减。据世界经济合作与发展组织（OECD）的统计，1900 年以来地球近50%的湿地已经消失［3］。湿地景观格局是指大小和形状各异的湿地景观镶嵌体在地表上的排列和组合［4］。城镇化建设、苇田开发和景点建造等土地利用方式发生转变，直接或间接地改变着湿地景观格局［5］，湿地被改造为农田或者干化，所引起的周围其他景观变化对湿地生态系统内动物迁移、植物种子扩散和生物与非生物之间的能量流动等都会产生很大影响，研究湿地景观格局的动态变化［6］，分析其与人为干扰之间的空间关系，对于反映区域湿地生态系统服务水平、揭示生态过程，实现区域可持续发展具有重要意义。

目前，国内外主要采用地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术与景观指数相结合的方法，对景观进行定性和定量的分析，如COUVILLION 等［7］利用多时相卫星影像并选取景观聚集指数（AI）分析路易斯安那州海岸景观结构随湿地景观破碎化的变化；刘吉平等［6］和ABDULLAH 等［8］采用GIS 网格空间分析法，选取类型水平上的景观指数，分别揭示了人类活动导致的小三江平原湿地、马来西亚半岛的景观格局变化。人为干扰度与自然度概念相对立，可用于景观评价和动态监测，由植物学家JALAS［9］提出的“Hemeroby”概念演变而来，最初作为森林生态系统受人类活动干扰的响应指数。在此基础上，李迈和等［10］将“Hemeroby”翻译为生态干扰度，并将其作为评价植被天然程度的方法，陈爱莲等［11］首次将“Hemeroby”翻译为人为干扰度。人为干扰度与生态过程结合，多被用于草地、森林、荒漠、绿洲等景观的生态评价研究［4］，在获取湿地景观格局指数和人为干扰度的同时，分析人类活动对景观变化的影响已成为湿地研究的热点之一。陈爱莲等［11］对双台子湿地进行了研究，结果表明河口和河道的人为干扰不平稳，保护区景观呈破碎化趋势。吕金霞等［12］、肖翠等［13］均采用景观指数法和GIS 空间分析法，得到各景观指数和人为干扰度指数，揭示湿地景观格局动态变化及其与人为干扰度在空间上的对应关系。

松嫩平原位于我国农牧交错带上，是我国盐碱湿地的重要分布区。镇赉县位于松嫩平原西部，是半湿润地区向半干旱地区过渡且对全球气候变化响应敏感的区域之一，自然地理条件兼具边缘性和过渡性特点［14］。其植被类型从半湿润森林草原逐渐向半干旱草原和沙漠转变，属于土地利用变化的一级敏感区［15］。镇赉县境内的莫莫格自然保护区是吉林省最大的湿地保留区，自20 世纪80 年代以来，随着人类活动的加剧，镇赉县湿地面积大幅缩减。景观异质性低，生态环境脆弱［16］，而关于镇赉县景观格局变化的研究多关注结构特征，本文基于地表覆盖分类系统和景观指数，采用网格分析法，揭示1980—2018 年研究区不同区域湿地景观格局变化特征及其与人为干扰度之间的关系，以期为镇赉县生态环境建设、湿地资源保护和景观格局优化提供参考依据。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

镇赉县位于中纬度内陆地区，吉林省西北部（122°47' E～124°04' E，45°28' N～46°18' N），其东部与南部由嫩江、洮儿河环绕，西北部与台地相接，地势较高，中部多漫岗地，地势西北高东南低，平均海拔157 m。属于温带大陆性气候，年平均降水量约为402 mm，年平均气温约为4.9℃［17］。镇赉县是吉林省资源占有量最丰富的县之一，耕地面积大且土地肥沃，人均耕地1 hm2，水资源丰富，境内湖泊众多；森林覆盖率达10.1%，木材储量大。此外，镇赉县生物资源丰富，据2021 年的统计数据（http：//www.jlzhenlai.gov.cn），镇赉县有鸟类298 种、野生兽类29种、鱼类52 种、鹤类7 种，湿地是其主要栖息地。镇赉县行政范围及2015 年景观类型分布如图1 所示。

图1 研究区行政范围及2015 年景观类型格局Fig.1 The location of study region and the landscape type in 2015

1.2 数据来源与方法

土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn）提供的空间分辨率为1 km 的吉林省8 期（1980，1990，1995，2000，2005，2010，2015 和2018 年）土地利用数据集［18-20］。该数据集分类体系中共有6 个一级类型和26 个二级类型，其中，二级类型分类综合精度达90%以上，满足研究需求［21-22］。本文借鉴《湿地公约》中湿地分类系统，结合镇赉县实际情况和《土地利用现状分类》（GB/T21010—2017），选取二级类型中的河渠、湖泊、沼泽、滩地及水库坑塘作为湿地景观，其余为非湿地景观。由于镇赉县2015年景观类型分布与2018年相差不大，且限于篇幅，本文仅展示2015年景观类型分布（图1），景观数据来源于GLOBALLANDCOVER（http：//www.globallandcover.com），空间分辨率为30 m。

高程数据来源于国家测绘局，空间分辨率为25 m；镇赉县基础地理数据来源于1∶100 万全国基础地理数据库；人口密度、公路里程、国内生产总值等社会经济数据来源于1980—2018 年《吉林省统计年鉴》。

1.3 景观指数法

选取湿地率（PLAND）、斑块结合度指数（COHESION）、斑块数量（NP）、边缘密度（ED）和斑块平均面积（AREA_MN）5 个景观指数，分析1980—2018 年镇赉县湿地景观格局演变特征。景观指数的计算公式及生态学意义参见文献［23］。

参照文献［12，24-25］与镇赉县的行政范围，采用软件ArcGIS 10.2的渔网功能生成大小为10 km×10 km的若干网格，采用软件Fragstats 4.2 计算各网格景观指数，并去除边缘网格中由于景观面积极小或公式原因所得的空值，将各网格的有效景观指数赋予网格中心点，将呈偏正态分布的景观指数转换为正态分布，通过Kriging 插值得到镇赉县景观指数的空间分布。

1.4 标准差椭圆和重心模型

标准差椭圆是度量景观指数空间集聚特征的有效分析方法，标准差椭圆扁率越大、面积越小，表明数据越集中，方向性越明显，数值空间差异越大；椭圆的覆盖区域为景观指数高（低）值集中分布的空间位置。重心是指景观指数空间分布的加权平均重心中心，通过与镇赉县几何中心比较，判断景观指数空间分布的均衡状态；若重心与标准差椭圆中心位置接近，表明数据呈高值集聚状态。重心模型计算式为

其中，（xi，yi）为i网格中心点坐标，bi为权重值，即中心点上的景观指数，Gj（x，y）为第j年景观指数重心坐标。以上2 种模型均通过ArcGIS 10.2 的空间分析实现。

1.5 人为干扰度

根据前人的研究成果［6，11-13］，结合镇赉县实际情况，对镇赉县12 种景观类型进行人为干扰度赋值（表1）。

表1 景观类型人为干扰度赋值Table 1 Human disturbance index assignment table of landscape types

各网格人为干扰度计算式为

其中，A为单个网格的人为干扰度，HIi为第i类景观的干扰度，Di为网格内第i类景观的面积，D为网格的面积，n为网格内景观类型的个数，A的取值范围为［0，1］。

人为干扰活动主要考虑公路里程、耕地面积、抗旱水源井以及人口密度和GDP，采用SPSS 软件的Spearman 相关性分析探究镇赉县景观格局变化对人为干扰的响应。

1.6 土地利用类型转移网络

采用ArcGIS 10.2 中的空间叠置功能，分别对镇赉县1980—1995 年、1995—2018 年土地利用类型的交互情况进行处理，得到各期土地利用类型转移矩阵，并借助社会网络分析软件Ucinet 6 进行可视化［25］。

2 结果与分析

2.1 湿地面积变化

1980—2018 年镇赉县各景观类型面积变化如表2 所示，可知湿地面积呈波动下降趋势，从1980年的1 327.6 km2减至2018 年的1 013.6 km2，共减少314 km2，水体（河渠、湖泊、水库坑塘）、滩地和沼泽平均每年的减少量分别为0.45，2.97 和4.84 km2；非湿地景观中，耕地（旱地、水田）、林地、草地和建设用地（居民用地、交通及工矿用地）面积呈增加趋势。

表2 1980—2018 年镇赉县各景观类型面积Table 2 The different landscape type area of Zhenlai county during 1980 to 2018

由图2 可知，湿地景观中沼泽、滩地与水体间转化密切，湿地景观主要与非湿地景观中的耕地、草地和盐碱地转化，说明镇赉县湿地景观格局变化在依赖水资源空间配置的同时还受土地利用方式转变的影响。1980—1995 年，湿地景观向非湿地景观转化面积为373.8 km2，其中向耕地、草地和盐碱地转化面积分别为115.2，83.7 和106.1 km2；非湿地景观向湿地景观转化面积为464.2 km2，其中草地和耕地分别转出149 和144 km2。1995 年，湿地面积增至1 414.3 km2，湿地景观中滩地增加，水体和沼泽较少。1995—2018 年，湿地景观向非湿地景观转化面积为679.6 km2，其中向耕地、草地和盐碱地转化面积分别为339，99.9 和205 km2，而非湿地景观向湿地景观转化面积仅194.7 km2。1980—2018 年，镇赉县不断向“重农业轻牧业”的土地利用方式转变，湿地向耕地转化明显，2018 年耕地面积达2 363 km2，占研究区总面积的44.5%。

图2 镇赉县湿地与非湿地类别面积（km²）动态转换示意Fig.2 Area dynamic transition of wetland and non-wetland types in Zhenlai county

2.2 湿地景观指数的时间变化

采用Fragstats 4.2 软件计算1980—2018 年镇赉县湿地景观指数（表3），基于县域尺度分析镇赉县湿地分布、破碎化程度、边缘效应和连通度的时间变化规律。

由表3 可知，1980—1995 年，镇赉县PLAND 增加1.60%，随后湿地面积逐年萎缩，1995—2018 年，PLAND 下降7.70%。NP 和AREA_MN 呈螺旋式下降趋势，NP 下降幅度较小，AREA_MN 由11.24 km2降至10.50 km2，表明湿地斑块密度下降，湿地萎缩，镇赉县湿地景观破碎化程度加剧。ED 呈波动式下降，2018 年达最小值2.27 m·hm−2，说明湿地景观斑块的边缘处于简单化过程，边缘效应减弱，导致研究区湿地生物多样性降低，湿地生态系统服务功能水平下降。COHESION 变化不大，均值为92.40%，表明湿地连通度变化不大。

表3 1980—2018 年镇赉县湿地景观指数变化Table 3 The change of wetland landscape pattern index in Zhenlai county during 1980 to 2018

2.3 湿地景观指数的时间分异

基于10 km×10 km 的网格尺度，以空间变化明显的时间节点（1980 年、1995 年、2018 年）的Kriging插值图为底图，结合各期景观指数的标准差椭圆和重心位置，分析PLAND、NP、AREA_MN 和COHESION 4 个典型景观指数的空间分布（图3），探究镇赉县湿地分布、破碎化、连通度的景观格局时空演变。

如图3（a）所示，1980—2018 年，PLAND 的标准差椭圆和重心在莫莫格蒙古族乡和大屯镇交界处移动，说明PLAND 高值区在东南部。PLAND 呈西北向东南逐渐增加的趋势，东南部为73%～88%，西北大部分区域低于10%，坦途镇西部与东屏镇相接区，PLAND 下降明显，约为15%。PLAND 的标准差椭圆面积变大，说明高值空间集聚性减弱，东南部PLAND 下降。

图3 1980—2018 年镇赉县湿地景观指数空间分布Fig.3 The distribution of wetland landscape index in Zhenlai county during 1980 to 2018

如图3（b）和（c）所示，1980—2018 年，NP 呈同心圆式分布，其重心在中部，中部为NP 高值区，但NP 整体较小且标准差椭圆扁率小，说明中部湿地斑块较分散。AREA_MN 重心稳定于东南部，表明东南部是AREA_MN 高值区，AREA_MN 标准差椭圆面积缩小并向东南部渐进，说明AREA_MN 的空间差异增大，西南部与东南部相差较大。

受湿地分布影响，西部因PLAND 低而NP 较小，靠近嫩江的东部和东南部PLAND 和COHESION 较高，同类型湿地斑块相连接，形成面积大、数量少的较大斑块。东南部AREA_MN 明显减小，说明湿地斑块在不断细化，景观破碎化程度加剧。坦途镇西部、东屏镇、莫莫格蒙古族乡南部连接的多湖泡分布区的AREA_MN 随NP 的下降而增大，说明湿地斑块聚合趋势加强，破碎斑块连接成片，湿地景观破碎化程度降低。西南部和东北部由于受人类活动的影响，大斑块湿地分成多个小斑块，且由于耕地面积不断扩张，湿地被占用，剩余斑块数量减少，零星分布于非湿地景观，导致湿地处于破碎化状态。

如图3（d）所示，1980—1995 年，COHESION 标准差椭圆和重心稳定，各地连通性呈西北向东南逐渐增加的稳定趋势，东南部为COHESION 高值区；1995—2010 年，COHESION 重心向东南部迁移，标准差椭圆面积减小，人为干扰下COHESION 高值区面积缩小，COHESION 下降；2010—2018 年，COHESION 重心回迁，标准差椭圆面积增加，连通度空间差异减小，主要是在人为干扰下多湖泡分布区连通度增强，COHESION 增加20%左右。

2.4 湿地景观格局与人为干扰的关系

图4 为1980—2018 年镇赉县人为干扰度的空间分布情况，人为干扰度呈同心圆式分布，东北部和西南部人为干扰度较强。1980—1995 年，人为干扰度高值区由一个演变为2 个；高值区处于半干扰状态，人为干扰度为0.45～0.53。1995—2018 年，人为干扰度高值区向东北部和西南部集聚，其值为0.55～0.74，处于全干扰状态。

图4 1980—2018 年镇赉县人为干扰度的空间分布Fig.4 The distribution of human disturbance degree in Zhenlai county during 1980 to 2018

湿地景观指数与人为干扰度的相关性分析（表4）结果表明，人为干扰度与PLAND 呈显著负相关，且1995 年以后Spearman 相关系数逐渐增大，说明镇赉县湿地率受人为干扰增强。人为干扰度与NP呈显著正相关，且与AREA_MN 呈负相关，说明人为干扰度增大导致湿地斑块数量增加，平均斑块面积下降，湿地景观破碎化加剧；1980—2018 年，人为干扰度与NP、AREA_MN 的相关性先逐渐减小后波动上升，说明人为干扰度对研究区湿地斑块破碎化影响具有阶段性。自1986 年上游新建水库、拦坝蓄水，洮儿河、二龙涛河常出现断流，除特大洪水年外几乎无水注入湿地，又由于围堤造田和人工设施增多，镇赉县东南部尤其是莫莫格湿地面积萎缩，破碎化程度加剧［27］。人为干扰度与COHESION 呈显著负相关，说明湿地景观连通度受人为干扰显著。镇赉县西南部和东北部交通运输网完善，湿地开垦为耕地的过程，导致交通网切割湿地、农作物取代湿地植物和土壤性质发生改变［28］，对于多数动物的效应是降低其连通度，湿地景观间物质能量流通的便利度下降［29］；针对吉林省西部气候暖干的特点，政府开通引嫩入白工程，补给城市湿地用水，结合“河湖连通”项目，逐渐形成河、湖、库、沼泽连通的完整湿地体系［27］；2013 年，连通湖泊124 个，生态用水增加，中部湿地景观连通度增加。

表4 湿地景观指数与人为干扰度的相关性分析Table 4 Correlation between wetland landscape pattern index and human disturbance degree

结合镇赉县人为干扰因素变化（图5），1980—1995 年，镇赉县人口数量增多，土地利用方式改变，1996 年，为满足经济需求，大量湿地不断被开垦为耕地，东北部发展旱地和水田，西南部发展旱地，到2018 年开发的水田和旱地集中连片，建设用地在耕地中呈斑块状均匀分布，导致东北部和西南部演变为人为干扰度高值区。另外，为满足农业用水，大量打抗旱水源井，截至2017 年，已有水源井超过1.7 万眼，导致地下水位下降，镶嵌在农田中的湿地斑块萎缩甚至消失。自2004 年建设村村通公路，到2017年县内公路里程1 815 km，村村通基本完成，其中“四好农村路”示范路超过50 km，网络化的道路、堤坝和沟渠导致镶嵌在农田景观中的湿地更加破碎。2000 年后，对莫莫格自然保护区实施修建渠道、铁路、公路和石油开采等新的湿地开发工程［30］，这些工程割裂了湿地内部的联系，影响了区域内水体的自由交换，导致东南部湿地面积缩减、连通度降低。

图5 1980—2018 年镇赉县人为干扰因素变化Fig.5 Changes of human disturbance factors in Zhenlai county during 1980 to 2018

3 讨论

在镇赉县景观系统中，由于人们着眼于区域经济利益，不断实施土地整改、砍伐森林和开采地下水等活动，导致水环境、土壤盐碱度发生变化，进而引起景观格局和生态系统服务功能演变。2000 年以来，众多学者［15-17，31-32］对镇赉县短时间内由土地利用变化引起的生态风险、生态系统服务价值等景观生态效应进行了评价，且大多将盐碱地、沼泽地和滩地合并划分为未利用地，对湿地关注较少。已有湿地景观与人类活动之间关系的研究［5-6，11-13］发现，人为干扰已导致湿地景观整体异质性、破碎化程度增强，湿地斑块连通度下降等。本文结果与其不完全一致，主要体现在空间差异上，镇赉县湖泡分布较多的中部与其他区域相反，整体呈非一致性变化。原因是本文计算了多时间节点整体湿地景观指数与人为干扰度的关系，而以往研究主要针对湿地系统中的单一类型对人为干扰的响应，且将时间节点上的人为干扰度整体计算为一个值，湿地格局空间特征变化不明显，说明人为干扰度同样具有尺度效应，这有助于对镇赉县湿地恢复提出针对性建议。

对已有抗旱水源井进行空间统计，去除无效水井，合理规划未来水源井的位置和数量，保持地下水量平稳，稳定耕地中残留湿地斑块；加快河湖连通、引嫩入白等水利工程建设，减缓水环境问题，降低水井利用率，禁止私自围垦、拆除私建建筑物、保护湿地植物和野生动物，进一步加强中部湿地连通性；完善东南部莫莫格自然保护区管理政策，并增加管理站点，禁止建设养殖场和违规旅游设施，减少核心区的人为干扰。

景观指数和人为干扰度均有尺度效应，在小格网和精细粒度下能否探究更多景观生态信息，尚有待进一步研究。近40 a 来在人为干扰下，镇赉县湿地景观退化明显，而湿地功能恢复过程较长，因此稳定农田中的湿地斑块，加强中部湿地连通性，逐步恢复中部与耕地中零散斑块的连接，减少东南部核心区的人为干扰。全县分区治理是当前全球变暖环境下保护湿地生态环境、逐步恢复湿地的基本应对措施。

4 结论

4.1 1980—2018 年，镇赉县湿地面积减少290.7 km²，湿地景观主要向非湿地景观中的耕地、草地和盐碱地转化。在湿地景观中，水体、滩地、沼泽变化率分别为−0.45，−2.97 和−4.84 km2·a−1。

4.2 1980—2018 年，镇赉县湿地PLAND 下降6.1%，东南部为PLAND 高值区。NP 与AREA_MN 均呈先上升后下降趋势，东南部NP 增多且AREA_MN 减小，景观破碎化加剧；中部AREA_MN 随NP 的下降而上升，同类型湿地景观聚合，湿地破碎化程度减小。从县域尺度看，COHESION变化不大，均值为92.40%；从空间尺度看，连通度从西北部向东南部递增，中部COHESION 显著增加，东南部COHESION 缓慢降低。

4.3 1980—2018 年，镇赉县湿地人为干扰度逐渐增强，西南部和东北部为高值区。人为干扰对湿地景观格局变化影响明显，人为干扰度与PLAND、AREA_MN、COHESION 均呈显著负相关，与NP呈显著正相关。在人类活动中，耕地面积的增加和交通网的扩张是镇赉县湿地面积萎缩、景观破碎化程度加剧和连通度降低的主要原因，人为干扰影响湿地景观格局的空间分布。