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2019年02期
作者:孟庆基1，臧书英1*，宋开山2，刘戈2，方冲2单位: 1。哈尔滨师范大学地理学院；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所
简介:孟庆基，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向:湿地遥感动态变化监测。*通讯作者、教授、博士、博士生导师，从事3S技术研究。
基金项目:国家科技部重点研发项目(2016YFB0501502)。
湿地是地球表层生产力最高、生物多样性最丰富的生态系统之一，也是维持地球生态系统平衡的重要组成部分。随着人口的快速增长和人类社会经济活动的增加，人类对湿地的过度开发和污染也在加剧，导致湿地面积不断减少，湿地生态系统也遭受了极其严重的破坏。湿地生态系统的保护与可持续发展研究已成为当代科学研究的热点。
湿地遥感变化监测研究的重点是掌握湿地资源的变化。遥感技术具有信息获取快、信息量大、观测范围广、信息更新快的特点，使得遥感技术在湿地变化监测中发挥着至关重要的作用。
因此，基于陆地卫星遥感图像和地理信息系统技术，获取了呼伦湖1984-2015年湿地类型数据，分析了呼伦湖湿地的动态变化，利用转移矩阵研究了各类湿地的转化状况，并分析了湿地变化的驱动因素。
1数据和方法
1.1
研究领域概况
呼伦湖位于内蒙古高原东北部的呼伦贝尔市。该地区地处温带大陆性季风气候区，夏季雨量稀少，冬季寒冷漫长，年平均降水量240 ~ 320毫米，年平均气温约1.1℃。近年来，由于气候变暖、降水减少和蒸发增加，呼伦湖流域对哈拉哈河、乌尔逊河和克鲁伦河等呼伦湖的河流和大气降水供应减少。加上人类活动的迅速增加，呼伦湖湿地遭到严重破坏和萎缩。
图1研究区域的示意位置1.2
数据源
美国陆地卫星的陆地卫星遥感图像被选为数据源。根据生物生长的季节和水文变化，选取每年7-8月的遥感影像数据。
在此基础上，从1984年图像开始，选取1984年8月15日的陆地卫星MSS图像、1989年8月3日、1996年8月31日、2000年7月18日、2006年8月18日和2009年7月25日的陆地卫星TM图像以及2015年7月9日的陆地卫星ETM+图像，时间间隔约为5年。MSS图像分辨率为60m，TM和ETM+图像分辨率为30m。
1.3
分类体系和研究方法
根据国际公认的湿地分类体系、《湿地公约》、唐小平等通过研究国内外数据和遥感分类的可操作性总结的中国湿地分类体系，研究区内的湿地分为湖泊湿地、河流湿地、沼泽湿地和坑塘湿地。
首先，利用ENVI 5.1软件对遥感图像进行预处理，实现波段组合和图像信息增强。然后，利用归一化水指数模型提取图像中的湖泊等水体信息。ArcGIS软件用于为提取的研究区域内的主要湖泊建立缓冲区，缓冲区范围为10km。最后，ENVI 5.1软件被用来修整具有完成的缓冲区范围的研究区域。
根据建立的湿地分类系统和遥感图像的颜色、形状、地物整体环境和斑块纹理特征，建立呼伦湖遥感解译标志系统。然后，采用无监督分类结合人工视觉解译方法提取各种湿地和非湿地土地利用类型信息，从而获得研究区域的分类结果。
在分类和解释过程中，为了提取其他不易提取或容易与湿地信息混淆的土地利用类型，如河流湿地和沼泽湿地，采用人工视觉解释和建立感兴趣区域的方法进行分类和提取。最后，利用ENVI软件中的迭代自组织数据分析方法对整个图像进行无监督分类。为了提高分类精度，在综合考虑实际情况后，本研究利用ENVI和谷歌地球进行交互式和手动视觉比较，对分类结果进行了修改。最后，使用ArcGIS 10.1加载最终分类矢量数据结果中的每种土地利用类型，并提取每种类型的面积。
2
结果和分析
2.1
湿地变化分析
从1984-2015年呼伦湖湿地面积变化和土地利用类型分布(表1和图2)可以看出，垦塘湿地面积从1984-2015年急剧减少20.2km2，年均减少0.65km2。
图2 1984—2015年呼伦湖土地利用类型分布图2 1984-2015年呼伦湖土地利用类型分布
2.2
湿地变化转移矩阵
变化传递矩阵是分析湿地类型面积变化的重要技术手段。基于遥感影像监测结果，结合ArcGIS和数据分析软件，建立并获得不同时期湿地类型面积变化的传递矩阵。
从表2可以看出，呼伦湖湿地总面积从1984年到1996年呈上升趋势。各类湿地之间的相互转化占湿地面积变化的一小部分，而其余部分变化主要是各类湿地向草地和草甸的转化。
从表3可以看出，呼伦湖湿地的总面积从1996年到2006年一直在不断减少。所有类型的湿地都经历了剧烈的变化，但湿地类型之间的相互转化并不明显，大部分湿地已经转化为盐碱地、草地和草甸。
从表4可以看出，呼伦湖湿地总面积从2006年到2015年略有变化，但河流湿地、沼泽湿地和坑塘湿地变化较大，主要是由于各种类型湿地之间存在明显的相互转化，大部分湿地转化为草地、草甸和盐碱地。
从表5可以看出，呼伦湖湿地总面积从1984年到2015年变化不大，但沼泽湿地和坑塘湿地面积急剧减少，各类湿地的大部分变化转化为草地、草甸和盐碱地。
2.3驱动力分析
a
气候因子
从图3a可以看出，呼伦湖1960-2015年的年平均气温呈上升趋势，2007年最高气温为3.6℃。从图3b可以看出，呼伦湖1960-2015年的年降水量呈下降趋势，平均为241.51毫米，56年的最大和最小降水量分别为1998年的593.40毫米和2001年的109.00毫米。1988-1998年雨水充足，1999-2012年雨水不足。年降水量的变化与湿地面积的变化趋势一致。
图3呼伦湖1960-2015年气温和降水的变化从以上数据可以看出，呼伦湖地区过去56年气温的持续上升导致了研究区蒸发量的增加，而降水量的波动也在持续减少，导致呼伦湖及其周边湿地供水不足，这是呼伦湖湿地面积萎缩的重要原因。
b
人为因素
人为因素作为人类活动的产物，也是影响湿地面积变化的重要因素。研究区的人类活动主要表现在三个方面:人口、耕地面积和牲畜数量。
从1985年到2015年，呼伦湖周边城镇人口显著增加。人口的快速增长将不可避免地导致耕地面积的急剧增加。在研究期内，研究区耕地面积从1984年的16.1km2急剧增加到2015年的431.7km2，在过去31年中耕地面积增加了近27倍。耕地面积的迅速扩大将不可避免地导致大量草原和湿地的破坏。还有一种现象是，由于气候和土壤等不适宜的因素，经过几年的耕作，耕地被遗弃，容易造成荒漠化和水土流失，严重破坏研究区的生态平衡。
据统计，新巴尔虎左奇、新巴尔虎右旗和满洲里三个地区的牲畜总数从1984年的108.67万头增加到2015年的273.74万头。在此期间，研究区草地面积从1984年的013.3km2下降到2015年的2281.8km2，降幅为26.5%。
这表明牲畜数量的急剧增加大大超过了该地区土地的承载能力。此外，多年来的人口增长和人类活动的不断干扰加剧了呼伦湖周围湿地植被和草地的破坏，导致研究区土地荒漠化和土壤侵蚀面积急剧增加。
3
结论
1984-2015年，呼伦湖湿地和沼泽湿地面积呈波动性下降趋势，面积分别减少43.3和62.0km2，降幅分别为2.1%和50.6%。河流湿地面积呈波动性增长趋势，面积增长3.9km2，增长率为40.2%。坑塘面积大幅减少，年均减少0.65km2..
从1984年到2015年，呼伦湖湿地和垦塘湿地面积急剧减少。其中，沼泽湿地主要转化为草地和草甸，1984年转化面积分别占沼泽湿地面积的48.0%和14.2%。垦塘湿地主要转化为沼泽湿地、草地和草甸，1984年转化面积分别占垦塘湿地面积的37.8%、30.5%和10.7%。河流湿地主要转化为草地、沼泽湿地和湖泊湿地，湖泊湿地主要转化为草地和盐碱地。虽然各种类型的湿地相互转化，但大部分都转化为草地、草甸和盐碱地。
从驱动力分析可以看出，由于呼伦湖地区多年来降水量的减少和气温的升高，蒸发量增加，导致呼伦湖地区供水不足和自耗持续增加，这是呼伦湖湿地面积减少的重要原因。研究期间，呼伦湖周边地区人口快速增长，耕地面积和牲畜数量急剧增加，导致研究区草地面积减少，湿地植被遭到破坏，加速了呼伦湖湿地的退化。
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