近30年来白洋淀湿地景观格局变化及其驱动机制

      最大斑块指数（LPI)反映了各景观类型最大面积斑块占景观总面积的比例，是优势度的一种度量方式。图5显示了1984-2014年期间各景观类型的LPI。1984-2014年间，挺水植物的LPI—直是最大的，其次是农田。在一定程度上说明了挺水植物和农田是研究区内的优势景观类型，且挺水植物是最占优势的景观类型，在研究区内连片分布。挺水植物的LPI在1984年达到最大值60.47%，到1989年急速下降到16.83%，而后逐渐增长到1998年达到另一峰值54.19%，之后逐年降低。农田的LPI从1984年逐渐降低到1994年达到最低值，之后一直保持增长势态，近两年才有所缓解。说明1998年之后挺水植物的对景观的控制作用逐渐减弱，而农田的景观优势度正在逐渐提升。在1984年和2004年两个干淀时期纯水体和沉水植物的LPI达到谷点，这主要是由于干淀期水位较低，大斑块纯水体和沉水植物被分割为小斑块。

分维度指数反映了斑块的形状复杂性，其取值范围在1.0-2.0之间，值越大，就表示该景观类型越复杂。分维度指数=1.0，表示景观斑块的形状为正方形，分维度指数=2.0，表明景观斑块的形状最复杂。图5显示了白洋淀各景观类型的分维度指数，挺水植物的分维度指数最高，达到1.30，表明挺水植物的景观斑块形状最复杂，其次是沉水植物。与1984年相比，2014年纯水体、挺水植物、沉水植物、林地、居民点的分维度指数都有所增加，而农田和裸土地有所减小。说明受气候和人类活动的影响，居民点扩张不规则，纯水体、挺水植物、沉水植物和林地的形状也越来越不规则，而农田和裸土地形状趋于规则。

聚集度指数度量景观中不同斑块类型的聚集程度，值越大反映同一景观类型斑块的高度聚集。由图5可以看出，挺水植物和农田的聚集度指数最大，且走势平稳，变化不大；纯水体、沉水植物、居民点、林地和裸土地聚集度指数相对较低，说明空间分布离散，破碎化程度高，连通性低。从1984年到2014年，纯水体、沉水植物聚集度先增加后减少，最后增加；居民点聚集度持续增加，林地和裸土地呈较强的波动状态且聚集度最差。

3.2.2景观水平上景观格局变化特征

图6为不同时期白洋淀湿地景观水平上的景观指数，1984-2014年期间，斑块个数呈先增加后减少之后又增加的趋势，其中2011年斑块个数达到最大值（1117个），1984年最小（464个），说明1984-2014年白洋淀景观破碎度呈先增加再减少之后又增加的趋势，并在2011年破碎化达到峰值，1984年达到最小值。1984-2014年景观形状指数呈先增加后减少之后又增加的趋势，在1989年达到最大值25.05，最小值出现在1984年，为13.26，2014年相较于1984年增加了80.39%，景观形状变得复杂。1984-2014年白洋淀的聚集度指数呈先减少再增加最后又减少的趋势，其最大值出现在1984年为68.11，最小值出现在1989年，值为54.23，随后缓慢增长到2004年的63.41，之后便逐年下降，说明1984-2014年期间景观连通性在1984年达到最大值，空间格局分布最均匀，到1989年连通性迅速下降，之后出现缓慢上升后再下降的趋势。香农多样性指数经历了一个先增加、后减少、最后增加的波动过程，其波动过程正好与聚集度指数相反，说明1984年白洋淀生物多样性单一，1989-2004年香农多样性指数下降，斑块类型趋于单一，景观丰富度降低，2004之后多样性指数逐渐升高，景观丰富度增加。整体来看，1984-2014年期间多样性指数增加，说明各景观类型所占比例趋于均衡化，作为优势景观类型的湿地对整个景观的控制作用减小，景观异质性增加。

3.3白洋淀湿地景观格局变化驱动力分析

3.3.1气候因素

由图7可以看出，从20世纪80年代到21世纪初白洋淀湿地的降水量持续减少，直到近两年才有缓慢的增加，而蒸散发量（图8)[25]却基本持平，变化幅度不大，从而导致白洋淀湿地水位下降，纯水体面积严重退缩，湿地景观格局发生变化。从研究所选用的几个时间节点能够直观的看出降水量对湿地景观格局的影响，1988年、1994年的降水量763.8mm和848.5mm，远远超过10a滑动平均降水量511.63mm和510.09mm，水域面积的扩张为水生植物提供充沛的水源。而1984年、1992年、2000年白洋淀降水量仅290.2、375.4、242.1mm，当年湿地面积也较上年有了明显的减少。在2004尽管当年降水量超过了10a平均降水量，但由于前几年降水量都很少，因此相对于2000年湿地面积还是有所减少。对降水量与湿地面积（纯水体+沉水植物+挺水植物）、纯水体面积、纯水体+沉水植物面积的相关性进行分析发现（图9)[25]，湿地面积、纯水体面积、纯水体+沉水植物面积与降水量存在正相关关系，而相关系数则是纯水体面积（R2=0.41)>纯水体+沉水植物面积(R2=0.356)>湿地面积(R2=0.277)，说明降水量对纯水体的影响比水生植物大，尤其是挺水植物受降水量的影响相对较小，其面积的变化更大程度上受到其他因素的干预。特别是步入21世纪之后，湿地面积平均比2000年之前减少了18.36%，除降水量的原因，更多的是人类对湿地的破坏以及城镇扩张等因素造成的影响。

另外，温度作为气候因素的重要方面，也对湿地景观格局有着一定的影响，从图7可知，从20世纪70年代至今，白洋淀湿地小环境平均温度一直在上升。随着温度的上升，水面蒸发量也会相应的增加，也会对湿地景观格局造成一定的影响。

3.3.2入淀水量

白洋淀属于平原半封闭式潜水型湖泊，不具备多年调节能力，其淀区水量主要来源除了天然降水和上游河流的汇入。白洋淀入淀河流有潴龙河、孝义河、唐河、府河、漕河、萍河、瀑河和白沟引河八条河流，从20世纪60年代初开始，为了根治海河，白洋淀上游河流建起了百余座水库，大型水库有安各庄水库、西大洋水库、王快水库、横山岭水库、龙门水库及口头水库。水库的大量兴建减少了上游河道径流量，改变了水资源的时空分布，使入淀水量越来越少（图10)[25]，目前仅府河常年有水入淀，孝义河、瀑河仅部分季节有水入淀，其余河流基本长期断流。入淀水量的持续减少，使得白洋淀湿地水量供给不足，导致白洋淀纯水体面积持续减少并多次出现干淀。

3.3.3人口和社会经济

白洋淀流域的人口增长和经济发展是影响上游入淀水量减少的主要原因。近年来，白洋淀上游和周边经济发展迅速，人口数量逐年增长，到2013年保定市常住人口达到1140.74万人，与1984年的89.68万人相比增加了1051.06万人，随着人口的快速增加，人们对水资源的需求也在不断增长，导致白洋淀入淀水量减少。为了说明经济展对白洋淀湿地景观格局影响，将保定市GDP与湿地面积、农田和居民点面积作相关性分析(图11)，结果发现，白洋淀湿地面积与GDP成负相关关系（R2=0.594)，农田面积和居民点面积与GDP成正相关关系，决定系数分别为0.558和0.675。随着社会经济发展，农田和居民点面积不断扩张，上游工农业用水量增加，同时淀区用水量也在不断增加，导致白洋淀水位下降，湿地面积减少，从而影响到白洋淀湿地景观格局变化。

3.3.4政策

政府政策制度对景观格局变化有着强制性的影响[26]。为了防止白洋淀出现干淀，自1981年起开始给白洋淀补水“输水救淀”已成为政府的一项决策[27]，近年来政府加大了白洋淀补水力度，在白洋淀流域上游水库蓄水量严重不足时，多次启用跨流域引水。1984年以来，白洋淀先后23次引水济淀，入淀水量约12.1亿m3，2004年3月实施了“引岳济淀”入淀水量1.6亿m3；2006年12月又实施了“引黄济淀”入淀水量1.0亿m3；2008年1月再次实施“引黄济淀”补水量达1.58亿m3[28]。引水入淀对白洋淀的生态环境保护起到一定的促进作用，能够缓解白洋淀的干淀问题，保证白洋淀的最低生态水位，防止湿地的进一步沼泽化或干化，对湿地景观向陆地景观的转变起到一定的抑制作用。

综上所述，降水量、入淀水量、社会经济发展和政策等因素都会对白洋淀的水位造成影响，随着水位的变化，水生植物、纯水体与耕地之间相互转换，从而导致湿地景观格局发生变化。其中，人口和社会经济因素是白洋淀湿地景观变化的主要驱动力，随着人口增加和社会经济的发展，城市生活用水和工农业用水量增加，导致白洋淀水位下降，从而影响到白洋淀湿地景观格局变化。

4结论

本文利用1984-2014年的长时间序列遥感影像，提取白洋淀湿地11a的景观格局，进而分析白洋淀湿地近30年来的景观格局演变特征及其驱动力机制。研究表明：

(1)1984-2014年期间，白洋淀湿地的景观格局发生了较大的变化，挺水植物和沉水植物呈减少趋势，农田和居民点持续快速增长，纯水体为“增加一减少一再增加”的趋势，林地和裸土地变化幅度不大。湿地面积（挺水植物+沉水植物+纯水体）先增加，再减少，之后又小幅度增加，总体呈下降趋势。挺水植物一直是研究区最主要的景观类型，其面积占研究区总面积的比例达到37%-61%，其次为农田、沉水植物、纯水体等。1984-2014年期间，在枯水年大量的湿地景观类型转换为农田，而丰水年则是大面积农田转换为湿地景观类型；同时随着水位的消长，挺水植物、沉水植物和纯水体三者之间的相互转换较为激烈。

(2)景观格局指数分析结果显示，纯水体、沉水植物、居民点的景观破碎化程度较高，挺水植物和沉水植物斑块形状最复杂，挺水植物和农田的聚集程最大，而居民点、纯水体、裸土和林地的聚集度指数低，斑块空间分布分散，连通性差。1984-2014年白洋淀湿地斑块个数、景观形状指数和香农多样性指数都呈先增加后减少之后又增加的变化趋势，最小值均出现在1984年，斑块个数的最大值出现在2011年，而景观形状指数和香农多样性指数的最大值出现在1989年；三者在2004年均出现低谷。景观连通性的变化趋势正好相反，为先减少后增加之后又减少。

(3)白洋淀湿地景观格局演变是自然与社会经济等因素综合作用的结果，其中人口和社会经济发展是影响白洋淀景观格局变化的主要因素，与湿地主要景观格局的相关性达到0.5以上。随着人口增加和社会经济的发展，城市生活用水和工农业用水量增加，导致白洋淀水位下降，湿地退缩，从而影响到白洋淀湿地景观格局变化。

5讨论

前人在白洋淀景观格局变化的相关研究中大都是基于3-5期影像数据进行分析，只能体现景观格局的大致演变趋势，无法详尽得知在时间尺度上白洋淀景观格局的演变特征。本文每间隔2-4a选取一期遥感影像，共使用11期数据参与白洋淀景观格局演变分析，有效的弥补了以往基于3-5期影像数据分析的不足，充分反映出白洋淀近30年来景观格局的细部变化特征。在降水量突变或人工扰动较大的年份，如1988年、1992年、1998年、2004年、2006年、2009年，湿地景观格局变化会比较明显，如果仅选用几期数据进行分析则不能完全体现出这种变化。因此，在进行景观格局演变分析时，影像数据的时相选择是非常重要的，直接关系到研究结果的准确性与可靠性。

本次研究采用定性分析与定量线性回归相结合的方式分析景观格局演变的驱动力机制，研究表明，降水量、入淀水量、经济和相关政策均对景观格局产生一定的影响，然而这种方法却不能体现每种驱动力因子的贡献大小[29]，因此，在后续研究中，将进一步探索利用数理统计模型定量分析白洋淀湿地景观格局演变的驱动力机制。

白洋淀湿地的景观格局自调节能力差，完全依赖于水位的高低。近年来，为了解决白洋淀的缺水问题，政府多次从各水库或跨流域调水，对白洋淀的湿地恢复起到巨大的作用。2009年引黄工程完成时，白洋淀核心区水质已达到Ⅲ类标准[30]，水质明显好转，地下水水位下降趋势也得到了明显遏制。因此对于目前白洋淀的生态环境来说外源调水是必不可少的，刘越等对白洋淀生态水位及补水方案进行了研究，表明白洋淀生态适宜水位为7.5-8.7m，当10月份水位降到6.5m时，调水入淀量应不少于1.45亿m3，当10月份水位降到7.5m时，调水入淀量不少于0.45亿m3[31]。但外源调水不能从根本上解决白洋淀的缺水问题，不利于白洋淀湿地的可持续发展。造成白洋淀水源缺乏的主要原因是人为干扰过度[32]，因此应该有效的控制上游水量的使用，减少人类活动对白洋淀湿地的压力，使上游来水量增加，从而恢复湿地生态系统的内循环，实现湿地的可持续发展。

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（稿件来源：《生态学报》2016年15期；作者单位：首都师范大学资源环境与旅游学院、三维信息获取与应用教育部重点实验室、资源环境与地理信息系统北京市重点实验室）