基于类型变化追踪模型的黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力研究

Elucidating the fragmentation process of wetland landscape and its driving force is one of the key scientific issues that need to be resolved urgently. Arid inland river wetlands are highly sensitive to changes of environmental factors and disturbance of human activities. However, systemic research is few about the landscape fragmentation process and its driving mechanism of arid inland river wetlands. Based on remote sensing and GIS, the type change tracker model will be constructed with sliding window technique and spatially morphological rule in this study. The optimum scale of the fragmentation model of wetland landscape in the middle reaches of Heiher River will be determined by area frequency statistics method, normalized scale variance, diversity index, fractal dimension and sensitivity analysis of scale changes. By integrating type change tracker model and optimum scale with GIS spatial analysis, the spatial distribution characteristics in the different periods and temporal and spatial dynamics change process of wetland landscape fragmentation will be clarified spatially. Using RDA, PCA and CLUE-S model integratively, to quantitatively discriminate the driving forces of wetland landscape fragmentation and contribution in the middle reaches of Heiher River and to simulate the fragmentation process of wetland landscape under different scenarios of future two decades. This study would theoretically support the protection, utilization and restoration of limited wetland resources and sustainable development of regional eco-environment in Heiher River. Simultaneously, the study will supply a case of research on wetland landscape evolution of arid inland river and promote primary research of arid inland river wetland.

解析湿地景观破碎化过程及驱动力是当前湿地科学急需解决的关键科学问题之一。干旱区内陆河流湿地对区域环境要素的改变和人类活动的扰动非常敏感，然而，对其景观破碎化过程及其驱动机制还缺乏深入系统的研究。以遥感和GIS为依托，利用移动窗口技术和空间形态学准则构建类型变化追踪模型；利用面积频率统计法、归一化尺度方差、多样性指数、分维数和尺度变化的敏感性分析，确定黑河中游湿地景观破碎化模型研究的适宜尺度；利用类型变化追踪模型和适宜尺度，揭示不同时期湿地景观破碎化空间分布特征和时空动态变化规律；运用RDA分析、PCA分析和CLUE-S模型等综合方法，定量甄别湿地景观破碎化的驱动因子及其贡献量，并对未来20年湿地景观破碎化过程进行模拟预测。为黑河流域有限的湿地资源的保护利用与恢复以及区域生态环境的可持续发展提供理论支撑，同时补充干旱区内陆河流湿地景观演变的研究案例，促进干旱区内陆河流湿地景观演变的基础研究。

作为陆地生态系统的主要组成部分之一，湿地对于维持生态系统平衡至关重要。然而，在自然和人为活动的影响下，全球范围内湿地都面临着不同程度的退化，特别是干旱区湿地受特殊地理环境的影响，退化更为严重。而湿地破碎化是导致湿地生态系统功能退化甚至丧失的主要原因，因此，解析干旱内陆河流湿地破碎化过程已成为当前湿地科学急需解决的关键科学问题之一。. 本研究在黑河中游湿地植物群落、土壤有机碳分布特征和基于景观格局指数的湿地破碎化研究基础上，以遥感和GIS空间分析为依托，利用移动窗口技术和空间形态学准则构建类型变化追踪模型；利用面积频率统计法、卡方分布归一化尺度方差、分维数距平和多样性指数，探讨黑河中游湿地破碎化模型的适宜和最佳窗口尺度；在此基础上分析了1975-2010年湿地破碎化时空分布特征和动态变化过程。通过冗余分析和主成分分析甄别了湿地破碎化驱动因子，由CLUE-S模型对驱动因子选择合理性进行验证，最后预测了不同情景下的湿地破碎化。. 主要研究发现：1）构建的类型变化追踪模型能够实现基于像元尺度的湿地景观空间格局分析，弥补了传统湿地景观破碎化研究（主要基于景观和斑块类型尺度）难以深入解析湿地空间演变过程的不足。2）该类型变化追踪模型用于黑河中游湿地破碎化研究的适宜尺度为150 m×150 m–450 m×450 m，最佳尺度为250 m×250 m。3）近35年来，黑河中游湿地面积共减少了7570.27 hm2，核心湿地所占比例减少了12.75%，而孔隙湿地、边缘湿地和斑块湿地分别增加了0.80%、3.09%和8.86%，湿地破碎化呈“核心湿地→边缘湿地、孔隙湿地→斑块湿地、非湿地”的过程。4）冗余分析和主成分分析得出黑河中游湿地破碎化是自然因素和人为因素共同作用的结果，但人为因素的影响大于自然因素。5）黑河中游湿地破碎化预测结果反映出该区域湿地的治理与恢复已刻不容缓。. 本研究在像元水平上，通过构建类型变化追踪模型进行湿地景观破碎化过程的研究，弥补了景观格局指数只能体现数值之间的比对，而缺乏空间位置含义的不足。研究过程中确定了黑河中游湿地破碎化模型研究的适宜尺度和最佳尺度，对生态学、地理学等学科在尺度研究上有一定的促进意义。同时，该研究对于保护与恢复黑河流域有限的湿地资源以及区域生态环境的可持续发展具有重要的意义。