基于GIS的滨海湿地景观演变预测模拟研究

第一章引言

1.1 选题目的与意义
人口、资源、环境相互协调、统一发展是当今世界面临的最重大的问题，我国人口众多，而相对短缺的资源，成为制约我国生存和发展的瓶颈。滨海湿地是我国重要的国土资源和自然资源，它不仅能够为我们提供大量生产、生活资源，同时在维系生物多样性和生态平衡等方面发挥着无可代替的作用。我国海域辽阔，海岸线漫长，地质地貌类型繁多，地理环境复杂，气候条件多样，造就了类型齐全、生物多样性丰富的滨海湿地资源。滨海湿地是介于陆地和海洋生态系统间的复杂自然综合体，是我国生物多样性最丰富、生产力最高和最具价值的湿地生态系统之一[1]。然而，由于自然和人为因素的影响，特别是近几十年来人类对滨海湿地资源的不合理开发利用，加之其自身的敏感性和脆弱性等特点，滨海湿地又是生态环境条件变化最剧烈和生态系统最容易受到破坏的地区[2]。盐城滨海湿地是我国最主要的滨海湿地之一，面积约占江苏省的 70％ 、全国的 14.3％[3]，为江苏省乃至全国的经济发展提供了巨大的后备土地资源。该区内建有全球意义的、我国最大的海岸带保护区—国家级丹顶鹤自然保护区（文中简称保护区），具有众多类型的动植物资源、水产资源以及旅游资源且生物多样性极其丰富[4]。
作为东亚澳大利亚迁徙水鸟保护区网络的重要成员，盐城海岸湿地是迁徙水禽的重要通道，每年有 3×106迁徙水鸟经过此地，在保护区内现已查明的鸟类占我国现有鸟类的 33％，其中属国家一级重点保护的有 9 种，二级保护的有 33 种，目前已成为具有全球意义的生物多样性保护基地[5]。鉴于盐城滨海湿地的重要性和独特性，因此对其进行多方位，多角度的研究是十分有意义的。目前，景观生态学是研究滨海湿地最好的方法之一。因此本研究以我国近海海洋综合调查与评价专项——海洋地质灾害调查与研究专项（908专项）为依托，以盐城市滨海湿地为研究对象，运用景观生态学研究方向，借助3S、CA 技术进行滨海湿地景观格局演变及模拟预测的研究，以期全面了解并掌握研究区滨海湿地类型、景观格局分布特征和景观生态演替模式，并在探讨影响研究区湿地景观格局变化主要控制因素的基础上建立 CA 预测模型并进行模拟预测，从而了解并掌握研究区滨海湿地景观格局演变趋势，为实现研究区滨海湿地资源的保护和合理开发利用提供合理的、科学的参考依据，为滨海湿地退化防治、生态保护提供对策。

1.2 景观生态学国内外研究现状
在生态学中，景观的定义有狭义和广义之分。狭义景观是指在几十千米至几百千米范围内，由不同类型生态系统所组成的、具有重复性格局的异质性地理单元[6,7]。广义景观包括出现在从微观到宏观不同尺度上的，具有异质性或斑块性的空间单元[8,9]，强调空间异质性，景观的绝对空间尺度随研究对象、方法和目的而变化。目前，广义景观的概念已经得到越来越广泛的认可和采用。景观生态学是研究在一个相当大的区域内，由许多不同生态系统所组成的整体(即景观)的空间结构、相互作用、协调功能以及动态变化的生态学新分支[10]。景观生态学的研究对象和内容可概括为 3 个基本方面：景观结构(structure)，即景观组成单元的类型、多样性及其空间关系；景观功能(function)，即景观结构与生态过程的相互作用或景观结构单元之间的相互作用；景观动态(dynamic)，即景观在结构和功能方面随时间推移发生的变化[11]。我国林学家徐化成(1996)认为景观生态学的研究内容除了以上 3 点外，还应包括景观规划与管理，即根据景观结构、功能和动态及其相互制约和影响机制，制定景观恢复、保护、建设和管理的计划和规划，确定相应的目标、措施和对策[12]。景观生态学的理论基础是整体论(holism)和系统论(system theory)[12]，但对景观生态学理论体系的认识却并不完全一致[13]。
一般说来，景观生态学的基本理论至少包含以下几个方面[14-15]：①时空尺度；②等级理论；③耗散结构与自组织理论；④空间异质性与景观格局；⑤缀块-廊道-基底模式；⑥生物地理学理论；⑦边缘效应与生态交错带；⑧复合种群理论；⑨景观连接度与渗透理论。景观生态学的研究方法具有多学科的特点，随着科学和技术，尤其是遥感技术(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)的发展，现代景观生态学在研究宏观尺度上景观结构、功能和动态诸方面与早期的景观生态学方法相比发生了显著变化[16-20]，归纳起来包括以下几点[13]：①遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS)；②景观指数，如景观多样性指数、优势度指数、破碎化指数等；③空间统计学和地统计学方法，如自相关分析(auto-correlation)、空间插值法(kriging)、波谱分析(spectral analysis)、尺度方差(scale variance)、小波分析(wavelet analysis)、趋势面分析(trend surface analysis)等；④计算机模拟和景观模型的建立。

    1.3 论文组织结构 ......................15-16
第二章研究区域与研究方法 ......................16-21
    2.1 研究区域概况 ......................16-17
    2.2 研究技术与方法 ......................17-21
第三章盐城滨海湿地景观格局演变分析 ......................21-37
    3.1 滨海湿地景观类型划分 ......................21
    3.2 遥感解译标志 ......................21-23
    3.3 1980 年滨海湿地景观格局分析 ......................23-24
    3.4 1991 年滨海湿地景观格局分析 ......................24-26
    3.5 2000 年滨海湿地景观格局分析 ......................26-27
    3.6 2008 年滨海湿地景观格局分析 ......................27-30
    3.7 滨海湿地景观格局演变特征分析 ......................30-34
    3.8 景观面积转移分析 ......................34-37
第四章盐城滨海湿地景观格局演变预测模拟 ......................37-56
    4.1 CA 和 GeoCA Urban 模型介绍 ......................37-42
    4.2 研究区滨海湿地景观格局演变预测模拟 ......................42-56
第五章景观格局演变驱动力及对策分析 ......................56-68
    5.1 景观格局演变驱动力分析 ......................56-61
    5.2 滨海湿地保护与可持续利用对策 ......................61-68

结论

本文应用 3S 技术进行遥感影像和栅格地理数据处理后，采用景观生态学中常用的定量化研究方法，提取研究区滨海湿地景观组成单元的类型、数目、面积、周长等景观斑块格局分布信息，并选取、计算景观指数，分析各景观要素的空间布局以及景观变化，并尝试应用基于 CA(元胞自动机)的 GeoCA-Urban 软件模型系统来将景观斑块位置、数量结合起来并在计算机中进行处理，最终呈现更直观、更具体的滨海湿地景观变化过程在空间、数量上的模拟，并在文中最后探讨了本研究区滨海湿地景观格局演变原因，并提出相关滨海湿地保护与可持续开发利用的对策。
盐城滨海湿地在 1980 年～2008 年期间景观格局演变模式为：第一，自然景观面积不断减小，人工景观面积不断增加，湿地景观演替方向总体上表现为自然湿地向人工湿地转移占主导，自然湿地之间的相互演替速度较缓慢。第二，自然景观斑块数量增多，而单个景观斑块面积减小，景观破碎化逐年加剧；人工景观斑块数量逐年增多，总体面积增加且单个斑块面积一般都较大。
光滩湿地依然是本区湿地景观面积最大的湿地类型，但是养殖池面积剧增，将是研究区内第二大景观类型，其次是耕地和盐田，而其他湿地自然景观，如河口水域、盐蒿滩、芦苇沼泽、互花米草滩等面积所占比例较小。

参考文献

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[2]徐化成主编.景观生态学[M].北京:中国林业出版社,1996.
[3]何东进,洪伟,胡海清.景观生态学的基本理论及中国景观生态学的研究进展[J].江西农业大学学报,2003,25(2):276-282.
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[5]郭晋平.森林景观生态研究[M].北京:北京大学出版社,2001.
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