1974-2011年白洋淀土地覆盖时空变化特征

江波肖洋马文勇欧阳志云

（1 长江水资源保护科学研究所，武汉 430051；2 中国科学院生态环境研究中心 城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085；3 中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101）



1974-2011年白洋淀土地覆盖时空变化特征

江波1，2肖洋2马文勇3欧阳志云2

（1 长江水资源保护科学研究所，武汉 430051；2 中国科学院生态环境研究中心 城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085；3 中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101）

摘 要在野外调查的基础上，运用遥感和地理信息系统技术对1974年、1979年、1984年、1987年、1989年、1991年、1996年、2001年、2006年和2011年10期遥感影像进行解译和分析，揭示了白洋淀近37年土地覆盖动态变化。结果表明：近37年白洋淀土地覆盖类型变化极为复杂，主要表现为水体、芦苇地、耕地3种土地覆盖类型相互转化。1974-2011年，水体面积从58.01 km2上升到80.07 km2，芦苇地面积从104.94 km2下降到72.95 km2，水生植被从14.02 km2下降到4.27 km2。 1974-2011年，耕地、水体、芦苇地、居民点转化为其它类型的比例相对较小，分别为39.25%、34.46%、53.74% 和 18.15%。水体面积增加主要分布在地势较低的东部和北部地区，水体面积减少主要分布在地势较高的西南地区。水位变化、入淀径流量变化、淀区气候变化、人类活动及管理政策是白洋淀土地覆盖变化的驱动因子。研究揭示了白洋淀土地覆盖与人类活动的相互作用关系，对白洋淀土地管理和生态系统服务可持续供给具有重要意义。

关键词白洋淀；土地覆盖；土地管理；时空变化

在区域尺度上，土地覆盖变化是影响生态系统服务供给的重要因子（Ceschia et al，2010；Fürst et al，2011；Otieno et al，2011）。开展土地覆盖变化研究不仅可以定量化景观的空间结构和组成，也有利于确定不同时空尺度上土地覆盖与人类活动的相互作用关系，为土地管理提供重要依据。

白洋淀是华北平原最大的淡水湿地，对维持河北省、北京市、天津市等区域的生态平衡具有重要作用。由于湿地资源存在公共性和外部性问题，白洋淀湿地在流域水资源开发利用、土地管理政策中始终处于劣势地位。受多重因素影响，白洋淀土地覆盖变化极为复杂，湿地大面积萎缩、生态功能急剧退化，严重影响了白洋淀生态系统服务可持续供给能力。本文选取整个白洋淀为研究对象，利用遥感和地理信息系统技术分析了白洋淀近37年土地覆盖动态变化，并结合水位、气象和社会经济数据，分析了白洋淀土地覆盖变化的主要驱动力，旨在为白洋淀土地管理和生态系统服务可持续供给提供重要依据。

1 研究区概况

白洋淀地处华北平原中部（115° 45'～116°06' E，38°44'～38°59' N），海河流域大清河水系中游。白洋淀地貌景观以水体为主，淀底西高东低，海拔5.5～6.5 m，由143个淀泊和3 700多条沟壕组成，是华北地区最典型和代表型的湖泊和草本沼泽型湿地（刘芳等，2004；李英华等，2004）。白洋淀多年平均气温7～12℃，多年平均降水量550 mm，多年平均蒸发量为1 637 mm。因其地处暖温带大陆季风气候区，白洋淀降水的年内和年际差异很大，80%的降水量主要集中在7-9月（张赶年等，2013）。

2 研究方法

本研究使用的遥感影像为Landsat MSS （1974和1979年）和Landsat TM/ETM （1984、1987、1989、1991、1996、2001、2006和2011年）。使用1∶5 0 000地形图与相应时期的遥感影像进行几何精校正，校正后的影像重采样为30 m×30 m，将投影统一，最后按照湿地边界裁剪影像。通过相关性分析进行波段选择，选择波段4、3、2并配以红（R） 绿（G）蓝（B）3种颜色生成假彩色合成图，进行下一步处理。根据对研究区的先验知识，选取应用最为广泛的归一化植被指数 （NDVI） 来表达研究区植被信息，对影像进行锐化处理 （HSV锐化、PC锐化）。在原有波段的基础上再结合NDVI波段和实际考察点，采用监督分类和目视解译相结合的方法，将影像分类为耕地、居民点、林地、水体、水生植被、芦苇地、干草地和裸地8种类型，并采用3×3移动窗口聚类法消除结果中的斑点。分类精度评价结果表明，1974、1979、1984、1987、1989、1991、1996、2001、2006和2011年解译结果的 Kappa系数分别为0.86、0.82、0.80、0.87、0.85、0.92、0.88、0.80、0.90和0.91，均满足分类精度要求。借助ENVI软件，基于分类结果，计算不同时段土地覆盖类型转移矩阵。

3 结果与分析

3.1 白洋淀土地覆盖类型变化

图1　白洋淀1974-2011年土地覆盖类型分布

白洋淀湿地分布较为广泛，除1983-1988年5年干淀期以外，白洋淀湿地面积占总土地覆盖面积的比例 （包括水体、芦苇地、水生植被） 一直保持在45%以上。从白洋淀1974-2011年10个时期的土地覆盖类型分布图看 （图1），白洋淀水体、芦苇地和耕地3种土地覆盖类型相互转换，变化过程极为复杂。1974-2011年，白洋淀湿地面积经历了先减小，后增加，再减少的变化过程，湿地面积从176.97 km2下降到157.29 km2。水体面积从58.01 km2（18.02%）上升到80.07 km2（24.88%），增加了22.06 km2（38.03%）； 芦苇地面积从104.94 km2（32.60%）下降到72.95 km2（22.67%），下降了31.99 km2（30.48%）。37年间，白洋淀耕地面积从69.14 km2（21.48%） 上升到127.68 km2（39.67%），增加了58.54 km2（84.67%）。37年间，居民点面积一直稳步增加，从1.51 km2（0.47%） 上升到18.23 km2（5.66%），增加了近11倍 （表1和表2）。除居民点面积在整个时间序列上呈稳步的增加趋势外，其它土地覆盖类型在不同的时间段表现出不一样的变化趋势。

3.2 白洋淀1974-2011年土地覆盖类型转移

不同时期土地覆盖类型的主要转变方向不同，土地覆盖类型转化率变化极为复杂。1974-2011年，林地、水生植被、干草地、裸地转化为其它土地覆盖类型的比例很大，分别为95.18%、96.82%、98.58%、99.72%。耕地、水体、芦苇地转化为其它类型的比例分别为39.25%、34.46%和53.74%。而居民点转化为其它土地覆盖类型的比例相对较小，仅为18.15%。1974-2011年，各土地覆盖类型的转移特征一方面与各土地覆盖类型占总面积的比例有关，另一方面与自然和人类活动等驱动因素有关。受气候干旱、人类活动及政策干扰等多方面因素驱动，白洋淀土地覆盖转移特征在不同时段存在较大差异。

3.3 白洋淀1974-2011年土地覆盖类型空间转移特征

对白洋淀1974-2011年土地覆盖类型空间转移特征进行分析发现，耕地面积增加发生地主要分布在地势较高的西北和西南部地区，由林地、裸地和干草地转化而来，而耕地减少的发生地主要分布在地势较低的北部地区，主要转化为水体和居民点。居民点面积增加的发生地主要分布在东部地区，由耕地和林地转化而来。林地面积减少的发生地主要分布在东部、西南和西北地区。水体面积增加的发生地主要分布在地势较低的东部和北部地区，水体面积减少的发生地主要分布在地势较高的西南地区，主要转化为耕地 （图2）。

表1　1974-2011白洋淀土地覆盖类型面积变化 km2

表2　1974-2011白洋淀土地覆盖类型面积比例变化 %

表3　1974-2011白洋淀土地覆盖类型转移矩阵

3.4 白洋淀湿地变化驱动力

3.4.1 水位变化对白洋淀湿地变化的影响 水位变化是影响白洋淀湿地的直接因素。Pearson相关分析结果表明，在水位变化的驱动下，水体面积和湿地总面积发生显著变化 （p＜0.05），但水位和耕地面积、芦苇地面积之间并没有显著的直线相关关系 （p＞0.05）。

3.4.2 入淀径流量对白洋淀湿地的影响 入淀径流量是白洋淀流域气候变化和社会经济发展的综合反映。近年来，在流域气候变化、大规模水利工程建设、人口增加、农业发展等多重因素驱动下，白洋淀入淀径流量不断减少，对白洋淀湿地产生了一定的影响（庄长伟，2010； Zhuang et al，2011）。尤其是1983-1988年5年间天然入淀径流急剧下降导致白洋淀干淀（白军红等，2013），对白洋淀湿地变化产生了很大影响。

3.4.3 白洋淀淀区气候变化对白洋淀湿地的影响 过去40多年白洋淀淀区降水量呈波动的减少趋势，20世纪80年代降水量急剧减少，蒸发量增加（梁宝成等，2007），加剧了白洋淀湿地干淀。降水和蒸发是白洋淀水文循环的主要因子，降水补给的减少、增发量的增加会对白洋淀湿地产生较大影响（Zhuang et al，2011；李英华等，2004）。

图2　1974-2011年白洋淀土地覆盖类型空间转移特征

3.4.4 人类活动及政策的影响 1974-2011年安新县总人口数量的迅速增加和旅游业的快速发展，加大了对地下水资源的开发和利用，安新地下水埋深不断增加（刘春兰等，2007），加剧了白洋淀水资源的短缺。此外，农业开垦及大面积种植芦苇地对白洋淀湿地也产生了较大影响。

4 结论与讨论

（1） 1974-2011年，白洋淀湿地面积经历了先减小，后增加，再减少的变化过程，湿地面积从176.97 km2下降到157.29 km2。从白洋淀1974-2011年10个时期的土地覆盖类型分布图看，白洋淀土地覆盖类型变化极为复杂，主要表现为水体、芦苇地、耕地3种土地覆盖类型相互转化。

（2） 不同时期土地覆盖类型的主要转化方向不同，土地覆盖类型转化率变化极为复杂。1974-2011年，耕地、水体、芦苇地、居民点转化为其它土地覆盖类型的比例分别为39.25%、34.46%、53.74%和18.15%。水体面积增加的发生地主要分布在地势较低的东部和北部地区，水体面积减少的发生地主要分布在地势较高的西南地区。

（3） 水位变化、入淀径流量变化、淀区气候变化、人类活动及管理政策是白洋淀土地覆盖变化的驱动因子。

参考文献

白军红，房静思，黄来斌，等.2013.白洋淀湖沼湿地系统景观格局演变及驱动力分析［J］.地理研究，32（9）：1634-1644

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庄长伟.2010.白洋淀流域水文变化及其对生态系统服务功能的影响研究［D］.北京：中国科学院大学学位论文

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Spatiotemporal Characteristics of the Land Cover Change in Baiyangdian Lake from 1974 to 2011

JIANG Bo1，2XIAO Yang2MA Wen-Yong3OUYANG Zhi-Yun2
（1 Changjiang Water Resources Protection Institute， Wuhan 430051； 2 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology， Research Center for Eco-Environmental Sciences， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100085 ； 3 Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes， CAS， Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101）

AbstractBased on field investigations， an analysis was conducted using RS and GIS technologies on the RS images of Baiyangdian Lake taken respectively in 1974， 1979， 1984， 1987， 1989， 1991， 1996，2001， 2006， and 2011 in order to reveal the spatial and temporal characteristics of land cover change during the last 37 years. Results showed that the complicated variation of the land cover types in Baiyangdian from 1974 to 2011 can be mainly contributed to the reciprocal transformation among cropland， reed land， and water body. From 1974 to 2011， water area increased from 58.01 km2to 80.07 km2，reed land area decreased from 104.94 km2to 72.95 km2， aquatic vegetation area decreased from 14.02 km2to 4.27 km2. Ratios of cropland， water body， reed land， and residential area converted to other types were relatively small， respectively 39.25%， 34.46%， 53.74% and 18.15%. The increase of water body mainly occurred in lower locations in the north and east parts of Baiyangdian Lake， and the decrease of water body mainly occurred in higher locations in the southwest parts of the lake. Reed land was mainly converted to water body and cropland. Water level changes， local climate change， inflow variation，human activities and management policies were the main drivers of Baiyangdian land cover changes. Interactions between human activities and land cover changes revealed by the study are of vital importance to land management and sustainable delivery of ecosystem services.

Key wordsBaiyangdian； Land cover； Land management；Spatiotemporal change

doi:10.3969/j.issn.1673-3290.2016.01.09

收稿日期：2015-05-11

基金项目：国家林业公益性行业科研专项（201204201） 资助

作者简介：江波（1985-），男，博士，主要从事湿地生态系统服务评价研究。E-mail： jbshuibao415a@126.com通讯作者：欧阳志云（1962-），男，研究员，主要从事生态评价与生态规划研究。E-mail：zyouyang@rcees.ac.cn