论文部分内容阅读
摘要图们江是中朝俄间的重要的国际性河流，随着中朝俄各国经济的发展，图们江地区进入中朝俄多国合作开发阶段，地区湿地生态环境受到了不同程度的干扰和破坏，对区域内湿地生态环境进行分析研究显得尤为重要，尤其对朝鲜一侧湿地生态环境的研究更显得迫切而重要。基于GIS和RS技术支持下，结合Landsat MSS/TM影像和Landsat ETM影像资料，提取图们江流域朝鲜咸镜北道、两江道部分地区近40年湿地类型景观信息，运用湿地动态度、转移矩阵和景观指数等方法，研究湿地生态系统的景观格局特征及其变化规律，分析湿地所处状态及其驱动机制。结果表明，①研究区域内湿地面积变化并不明显，减少1.2%。②大量湖泊湿地、沼泽湿地、河流湿地转变为水田、人工水库、养鱼池等人工湿地。③区域内湿地景观斑块数量、斑块密度指数在增加，平均斑块面积、景观多样性指数减少，区域湿地破碎化程度显著增加。④气候变化、社会经济因素是研究区域湿地面积变化的主要驱动因素。
关键词图们江流域；湿地生态系统；景观指标；动态分析
中图分类号S181.3；P95文献标识码A文章编号0517-6611（2015）10-216-06
AbstractTumen River is the key international river between China， Russia and DPR of Korea. With the development of China， Russia， DPR of Korea， Tumen River area has already entered into China，North Korea and Russia and other multinational cooperation. It’s very important to analyze the wetland ecosystem environment in Tumen River， especially in DPR of Korea. Based on the GIS and RS technology and Landsat MSS/TM and Landsat ETM images data， we extract the landscape information of North Hamgyong Province， Ryanggang Province in Tumen River of DPR of Korea in last 40 years. By using the dynamicdegree， transfer matrix，landscape index and so on， the landscape characteristics and rules of the wetland ecosystem were studied， then the wetland status and its driving mechanism were studied. It can be concludedthat ①The changing in the scope of the wetland is unconspicuous， with decrease of 1.2%.② A large number of lakes and wetlands， marsh wetland， river wetland changed into artificial wetlands， such as paddy field，reservoirs and paddy pools.③ The patch number and patch density index is increased， the average patch area and landscape diversity index is decreased， and the area of wetland fragmentation degree increased prominently. ④ The primary driving factors of decrease in this area are climate changing and the development of agriculture.
Key wordsTumen River； Wetland ecosystem； Landscape indicators； Dynamic analysis
湿地是地球上土壤、水体和生命相互作用形成的独特的生态系统，是自然界最富生物多样性的生态景观，为人类生存、繁衍和发展提供了食物、原料、水资源以及环境教育和科研基地，具有巨大的经济、社会、科研价值，是人类最重要的生存环境之一[1-4]。20世纪90年代以来，在自然、社会因素双重影响下，全球湿地面积减少了50%，且现存湿地景观均受到不同程度的影响，各区域之间景观变化也不尽相同[5-7]。
蒋卫国等基于RS和GIS手段，结合马尔科夫模型分析三江平原湿地景观变化，指出三江平原湿地景观变化显著，景观破碎化趋势明显[8]；孙鹏等基于景观生态学原理，利用遥感技术和地理信息系统技术，解析图们江上游湿地景观信息，结果表明图们江上游区域湿地景观多样性指数、景观破碎化指数、景观均匀度指数均在一定程度上减少，人类活动是导致图们江上游湿地景观变化的主要因素[9]；Heungtae Kim等采用Pb210和C14测年法等方法对朝鲜半岛牛浦湿地环境进行研究，研究表明自20世纪以来，人工筑坝等人类活动对牛浦湿地景观产生了巨大影响，污染物等排放严重威胁着牛浦湿地生态系统生态安全[10]。Jae-Pyoung Yu等对韩国昌南Junam水库湿地研究发现，该湿地为白额雁等13种水鸟的重要的栖息地[11]。Takehiko等结合社会经济、生物理化性质等对日本霞浦湖湿地土地利用/土地覆盖变化情况进行分析，总结出人口变化和距离城市距离对湿地景观变化有一定影响，湿地景观的改变可能造成景观破碎化现象的发生[12]。 受基础数据和相关研究积累限制，图们江流域朝鲜咸镜北道、两江道区域湿地生态系统景观时空动态变化研究还比较少，且成为图们江流域湿地景观研究的短板。笔者以咸镜北道及两江道部分区域为研究区，利用近40年的遥感数据和景观格局研究方法，分析了区域湿地景观结构、格局的分异特征，分析了各湿地类型时空变化及各湿地类型间动态转移关系。结合自然、社会要素，探讨了研究区域湿地景观动态变化规律及驱动机制，为图们江流域湿地的基础理论研究提供支持。
1研究区域概况与研究数据
1.1研究区域概况
该研究以朝鲜北部为研究区域，其中包括朝鲜咸镜北道与两江道的部分地区（延社郡、茂山郡、会宁市、稳城郡、赛别郡、恩德郡、罗先市、三池渊郡、大红湍郡、白岩郡）[13]。该研究区域西侧为白豆山脉，东南侧被咸镜山脉所阻隔，北侧与我国隔江相望（图1）。
研究区域地理位置为41°12′46.491″～43°00′16.712″ N，128°06′37.549″～130°41′50.745″ E。该区域内分布着西头水、延面水、城川水、会宁川、五龙川等众多河流及天然湖泊、人工湖泊、沼泽等其他各种湿地景观。且研究区域内包括白头高原部分区域与茂山高原大部分地区。
从区域气候特点来看，研究区域降水量为600～700 mm，1月平均气温为-6.2 ℃，8月平均气温为24.2 ℃，具有大陆性气候特征。
1.2研究数据
选取的遥感数据源包括1976年MSS卫星影像，1991、2000、2010年TM卫星影像和2014年Landsat8 ETM影像。结合朝鲜1∶50 000地形图作为参考数据。对
MSS、TM、ETM遥感影像进行预处理操作：首先，利用地形图
结合遥感影像选取30个地面控制点，采用双线性内插法对
遥感影像进行几何矫正[14]，矫正误差RMS<1；其次，鉴于研究区域范围较大，因此，需要对影像进行数字图像镶嵌，并根据研究区域范围对镶嵌后影像进行裁剪操作；最后，结合遥感知识，采取Landsat（MSS）的4、3、2波段、Landsat（TM）的5、4、3波段和Landsat（ETM）的7、5、3波段对影像进行彩色合成，彩色合成后影像接近真实地物颜色，湿地景观信息区分明显，适合继续进行湿地信息提取操作。
1.3湿地信息提取过程
根据研究区景观信息特征，借鉴朱卫红等[15]有关图们江流域湿地分类体系及分布特征研究当中的湿地分类体系的研究结论，将区域湿地分为天然湿地和人工湿地两个二级类型，以此为基础，分为河流、沼泽、湖泊、水田和其他人工湿地5个三级类型。其中，河流、沼泽、湖泊湿地属于天然湿地，水田、其他人工湿地属于人工湿地。其他类型人工湿地主要是指水库、水田等以外的人工湿地[16]。湿地信息提取主要采用监督分类和目视解译两种方法相结合的方式进行分析，生成各年代湿地信息分布图。该研究利用多年实地野外调查作为辅助资料，并根据湿地分类系统，结合人机交互解译方法，对1976、1991、2000、2010、2014年5年遥感影像数据进行监督分类，并采用目视解译的方法，利用ENVI4.7、Arcgis9.3软件对影像进行人工判读，参照地形图、野外考察数据，对影像中湿地信息进行提取，经多次反复修正，得到如下较精确的研究区域湿地信息（图2）。
2研究方法
由于影响湿地变化的因素较为复杂，仅研究湿地面积在数量上的变化不足以解释湿地生态环境变化，另一方面研究湿地时空分布变化规律与结构性变化。
2.1动态度
为进一步探讨研究区一定时段内湿地面积变化程度的大小，引入湿地动态度概念[17]。
2.2转移矩阵
近40年来，研究区域内湿地类型中，天然湿地与人工湿地之间、湿地与非湿地之间发生着类型转换。通过建立1976～2014年的湿地景观类型转移矩阵，可以定量地了解各类景观类型的转换情况，能直观地把握湿地景观各要素的转换过程，体现湿地景观变化的方向。
2.3景观指数
为了能够对研究区域内湿地景观情况进行定性、定量分析，以及准确反映区域内景观结构组成、空间配置等特征，更清晰地体现湿地景观演变的趋势、速率和空间差别等，进而分析其演变机制，笔者选取了如下指标[18-19]：斑块数量（NP）、斑块所占景观面积比例（LAND，%）、平均斑块面积（MPS）、斑块密度指数（PD）、景观多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI），分析研究区湿地景观格局的空间变化特征。其中，
景观多样性指数是一种基于信息理论的测量指数，其可以反映不同景观类型的分布均匀性和复杂性程度，尤其对各斑块类型非均衡分布特征反映敏感，其表达式为：SHDI=-mk=1Pklog2Pk均匀度指数是描述景观里不同景观类型的分配均匀程度。其表达式为：SHEI=-mk=1Pklog2Pklog2m式中，Pk为景观斑块类型k在景观中所占的面积比例；m为景观类型数。
3结果与分析
3.1总体变化分析
为了对遥感调查的各种湿地类型进行统计分析，采用了ArcGIS软件的空间分析与属性分析功能，针对5种湿地类型，对1976～2014年湿地面积、动态度进行统计分析，分析研究区域湿地面积在不同时期内变化的总体趋势。
由表1可知，1976年湿地总面积22 741.27 hm2，其中天然湿地面积为15 491.39 hm2，占湿地总面积的68.12%；人工湿地面积为7 249.88 hm2，占湿地总面积的31.88%。2014年湿地面积为22 459.96 hm2，湿地面积较1976年下降了1.23%。其中天然湿地面积为9 452.48 hm2，占湿地总面积的42.09%；人工湿地面积为13 007.48 hm2，占湿地总面积的57.91%。可见，湿地总面积变化不明显。对各年份湿地总面积分析比较可知，1991年较1976年湿地总面积减少了9.8%；2010年较2000年湿地总面积减少了16.2%。湿地总面积呈波动趋势。结合湿地动态度LC分析，其中天然湿地面积下降，人工湿地面积上升。其他人工湿地面积增加了66.9%，动态度为1.71%；水田湿地面积增加约1倍，动态度为2.09%；河流湿地面积明显萎缩，减少52.2%。 3.2上中下游变化分析
上文中，基于GIS和RS技术支持下，结合湿地动态度、湿地生态量化指标，对1976～2014年研究区域典型湿地景观分布现状、变化特征进行分析。结合研究区域地形、山脉、水系走向，可将研究区域分为上中下游3个区域进行比较分析（上游：延社郡、三池渊郡、大红湍郡、白岩郡；中游：茂山郡、会宁市、稳城郡；下游：赛别郡、恩德郡、罗先市），如图3。由于各地区自然、人文等条件存在差异，湿地景观变化结果存在明显差异。
如图4所示，1976年上游区湿地总面积为8 703.41 hm2，2014年上游湿地总面积为5 370.92 hm2，减少近1/3；1976年中游湿地总面积为3 757.16 hm2，2014年中游湿地总面积为4 185.40 hm2，总面积有所增加；下游湿地总面积由1976年10 280.70 hm2增加到2014年12 903.64 hm2，增加1/5。3个区域内河流湿地面积减少明显，其中，上游区河流湿地面积减少最多；3个区域内水田湿地面积都有增加，其中，下游区由于大量的沼泽和湖泊被开垦成水田，造成水田湿地面积增加明显，由4 905.70 hm2增加至8 077.36 hm2。
1976年研究区域内上中下游各类型湿地所占的比重均有不同，湖泊湿地面积比重下游26.87%>上游0.50%>中游0%，沼泽湿地面积比重下游2.80%>上游0.01%>中游0%，河流湿地比重上游88.24%>中游64.11%>下游22.46%，由于下游海拔较低，坡度较缓，水田比重下游47.72%>中游35.89%>上游0.07%，其他人工湿地上游11.19%>下游0.15%>中游0%（图5）。
2014年研究区域上中下游湿地典型区湿地面积较1976年有不同变化，湖泊湿地面积比重下游23.26%>上游4.36%>中游1.32%，沼泽湿地面积比重下游1.74%>上游0.12%>中游0%，河流湿地面积比重上游66.46%>中游20.83%>下游11.54%，水田面积比重中游75.25%>下游62.60%>上游2.40%，其他人工湿地面积比重上游22.66%>中游2.61%>下游0.86%（图6）。
从斑块密度指数分析，1976～2014年研究区上中下游PD指数均呈现增长趋势（图7a），表明研究区域内湿地斑块
数量增加，平均斑块面积减小。其中，尤其以人为开发较多的中游区域增加明显。结合景观多样性指数分析，上游、中游区域SHDI指数分别由0.56、0.94增加至1.24、0.99，下游区域SHDI指数由1.66降低至1.43（图7b），
表明上游、中游区域各湿地类型占总面积比逐渐减小，下游区域则相反。结合1976和2014年各类型湿地变化（图4）分析，表明水田面积持续增加，河流面积继续减少，两者间差异呈持续扩大趋势。结合景观均匀度指数分析，上游、中游区域SHEI指数分别由1.30、2.19增加至2.87、2.32，下游SHEI指数由3.86降低至3.33（图7c），表明下游湿地景观中各斑块在面积上分布不均匀程度加剧。
3.3转换规律分析
根据1976和2014年湿地信息数据求出湿地景观类型转移矩阵。可知，1976～2014年研究区域内天然湿地面积与人工湿地面积间变化显著。其中，沼泽湿地和河流湿地变化最为明显，多转变为水田等人工湿地。经计算，①2.53%的水田转变为了沼泽湿地；②6.8%的沼泽湿地、25.3%的河流湿地经过人为活动的改造和开发，转变为了水田；③1.62%的河流湿地和0.04%的水田转变为养鱼池等人工湿地。
3.4景观格局变化分析
研究区域整体湿地面积变化不大，1976～2014年期间，湿地面积减少了1.23%。而湿地斑块数量增加明显，1976～2014年间，斑块数量由225增加至643，增加了近3倍，说明研究区域湿地破碎程度增加。各湿地类型中，湖泊湿地、河流湿地、水田变化最为明显。①湖泊
湿地平均斑块面积减少84.6%，斑块数量却增加了近7倍；
②沼泽湿地平均斑块面积变化不大，斑块数量变化也不大；③河流湿地面积减少了52.1%，说明近年来水位下降，河流
面积发生萎缩，原本比较细小的河流逐渐消失；④人工湿地中，水田面积虽然增加比较明显，但平均斑块面积却减少了1/3，斑块数量增加了1倍多，说明区域内水田随着人工的开发利用，破碎化程度逐渐加重；⑤人工水库、养鱼池、孵化池等其他人工湿地面积增加十分明显，平均斑块面积却随着斑块数量的增加而出现减小的趋势，表明人们为了经济发展的需要，人为地将大面积的湿地分割成小块的人工水库、池塘等，便于经济开发等需要。
3.5驱动机制分析
3.5.1气候因素。
气候是影响湿地生态系统结构和功能的主要因素。分析区域内1976～2014年气温、降水等的变化，发现气温出现增加的趋势，降水量也有所减少。这直接影响了湿地的水文情况，导致部分河流出现萎缩干涸、沼泽缩小消失。加之湿地生态系统本身较脆弱，人工开发湿地多与天然湿地相互联系，更加速了天然湿地向人工湿地转变的过程。
3.5.2社会经济因素。
1976～2014年研究区域内自然湿地向人工湿地转变与社会经济因素有一定的关联性。研究区域内自然湿地向人工湿地转变较为严重的为中游、下游区域，这与两区域社会经济结构特征有很大关系。中游、下游区域为会宁市、罗先市等，人口相对较多，两区域人口占研究区域总人口的82.227%（中游占41.712%，下游占40.515%），区域内集中了以茂山铁矿（占朝鲜铁矿总储量2/3）为主等多家矿场、煤场。区域内为满足鱼类养殖及农业灌溉等需要，多采用拦河蓄水方式修筑水利工事，因此区域内水电站众多。相比上游区域，两区域地形平坦、坡度平缓，天然湖泊、沼泽等天然湿地及水田等人工湿地分布较为广泛。因此，导致天然湿地向人工湿地转变。 3.5.3环境意识因素。
天然湿地保护十分重要而迫切，但研究区域内公众参与力度不足，宣传、科普工作有待加强。目前，当地政府对环保意识教育工作重视不足，有关环保意识教育培训也非常有限。针对当地群众进行的环保教育效率不高，宣传面不广，多数群众仅仅是听过湿地保护，但是对于其中包括的湿地类型、生态功能、生态价值都一无所知，环保意识的宣传教育显得尤为重要。积极建立区域湿地环境与教育基地将有利于对湿地进行保护。
4结语
（1）研究区域2014年湿地总面积22 459.96 hm2，其中，天然湿地9 452.48 hm2，人工湿地面积为13 007.48 hm2。与1976年相比，湿地面积共减少281.31 hm2，其中，天然湿地减少6 038.91 hm2，人工湿地增加5 757.6 hm2。天然湿地比重降低，人工湿地面积比重增加。其中，河流湿地面积减少幅度较大，水田与其他人工湿地面积增加明显。中下游湿地变化明显，水田面积变化幅度最大。
（2）天然湿地与人工湿地之间发生类型转化。其中，大量天然湿地转化为人工湿地，河流湿地与沼泽湿地转换为水田等其他人工湿地幅度最大。1976～2014年有520.46 hm2河流沼泽湿地转化为水田及其他人工湿地。
（3）近40年研究区域湿地景观斑块数量、斑块密度指数在增加，而平均板块面积、景观多样性指数在减少，尤其以中下游变化明显，主要受人类活动干扰较大。
（4）社会经济因素较之气候因素成为研究区域天然湿地减少的主要驱动力。区域内河流湿地被开发利用十分明显，用于鱼类养殖及农业灌溉等。当地居民为经济发展，改造湿地使之成为水田，导致人工湿地面积扩大。农业活动是图们江流域朝鲜一侧天然湿地减少的主要驱动因素。
笔者基于时间、空间角度，结合遥感影像对图们江流域咸镜北道、两江道部分地区湿地变化情况进行分析。受研究区域基础数据和相关研究积累限制，且湿地生态系统本身较为复杂，有待以后深入研究，为研究区域湿地生态安全评价、生态恢复等研究提供依据。
参考文献
[1] ZHANG L，WANG M H，HU J，et al.A review of published wetland research，1991-2008：Ecological engineering and ecosystem restoration[J].Ecological Engineering，2010，36：973-980.
[2] NABAHUNGU N L，VISSER S M.Contribution of wetland agriculture to farmers’ livelihood in Rwanda[J].Ecological Economics，2011，71：4-12.
[3] MITSCH W J.Wetland creation，restoration，and conservation：A wetland invitational at the Olentangy River Wetland Research Park[J].Ecological Engineering，2005，24：243-251.
[4] MANDER，MITSCH W J.Pollution control by wetlands[J].Ecological Engineering，2009，35：153-158.
[5] DELAUNE R D，JUGSUJINDA A，WEST J L，et al.A screening of the capacity of Louisiana freshwater wetlands to process nitrate in diverted Mississippi River water[J].Ecological Engineering，2005，25：315-321.
[6] KHAZNADAR M，VOGIATZAKIS I N，GRIFFITHS G H.Land degradation and vegetation distribution in Chott El Beida wetland，Algeria[J].Journal of Arid Environments，2009，73：369-377.
[7] LIENERT J，DIEMER M，SCHMID B.Effects of habitat fragmentation on population structure and fitness components of the wetland specialist Swertia perennis L.（Gentianaceae）[J].Basic and Applied Ecology，2002，3：101-114.
[8] 蒋卫国，王文杰，谢志仁，等.基于RS和GIS的三江平原湿地景观变化研究[J].地理与地理信息科学，2003，3（2）：28-31.
[9] 孙鹏，苗承玉，张达，等.1960-2009年图们江上游湿地景观变化的遥感监测[J].东北林业大学学报，2012，40（3）：115-119，126.
[10] HEUNGTAE KIM，JAE GEUN KIM.A 2000year environment history of the Upo Wetland on the Korean Peninsula[J].Journal of Paleolimnology，2010，44（1）：189-202.
[11] JAEPYOUNG YU，JONGSU CHOI，TAEJWA KIM，et al.Community characteristics of waterbirds in Junam Reservior，Changwonsi，Korea[J].Journal of Korean Nature，2012，5（1）：43-50.
[12] TAKEHIKO F，MASAE T.Land use/cover change and its drivers：A case in the watershed of Lake Kasumigaura，Japan [J].Landscape Ecological Engineering，2007，3（1）：21-31.
[13] JO J C，ADLER S.North Korean planning：urban changes and regional balance.[J] Cities，2002，19（3）：205-215.
[14] 朱卫红，南颖，刘志锋，等.基于3s技术的图们江下游湿地系统分类及分布特征研究[J].东北师大学报：自然科学版，2007（3）：106-112
[15] 李洪楠，朱卫红，佟守正，等.延边朝鲜族自治州湿地时空分布特征[J].湿地科学，2011（3）：257-262.
[16] 苗承玉.基于景观格局的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究[D].延吉：延边大学，2012.
[17] 姜琦刚，崔瀚文，李远华.东北三江平原湿地动态变化研究[J].吉林大学学报：地球科学版，2009，11（6）：1127-1133.
[18] 郭程轩，徐颂军.基于3S与模型方法的湿地景观动态变化研究述评[J].地理与地理信息科学，2007，9（5）：86-90.
[19] 刘宏娟，胡远满.气候变化对大兴安岭北部沼泽景观格局的影响[J].水科学进展，2009，1（1）：105-110.
关键词图们江流域；湿地生态系统；景观指标；动态分析
中图分类号S181.3；P95文献标识码A文章编号0517-6611（2015）10-216-06
AbstractTumen River is the key international river between China， Russia and DPR of Korea. With the development of China， Russia， DPR of Korea， Tumen River area has already entered into China，North Korea and Russia and other multinational cooperation. It’s very important to analyze the wetland ecosystem environment in Tumen River， especially in DPR of Korea. Based on the GIS and RS technology and Landsat MSS/TM and Landsat ETM images data， we extract the landscape information of North Hamgyong Province， Ryanggang Province in Tumen River of DPR of Korea in last 40 years. By using the dynamicdegree， transfer matrix，landscape index and so on， the landscape characteristics and rules of the wetland ecosystem were studied， then the wetland status and its driving mechanism were studied. It can be concludedthat ①The changing in the scope of the wetland is unconspicuous， with decrease of 1.2%.② A large number of lakes and wetlands， marsh wetland， river wetland changed into artificial wetlands， such as paddy field，reservoirs and paddy pools.③ The patch number and patch density index is increased， the average patch area and landscape diversity index is decreased， and the area of wetland fragmentation degree increased prominently. ④ The primary driving factors of decrease in this area are climate changing and the development of agriculture.
Key wordsTumen River； Wetland ecosystem； Landscape indicators； Dynamic analysis
湿地是地球上土壤、水体和生命相互作用形成的独特的生态系统，是自然界最富生物多样性的生态景观，为人类生存、繁衍和发展提供了食物、原料、水资源以及环境教育和科研基地，具有巨大的经济、社会、科研价值，是人类最重要的生存环境之一[1-4]。20世纪90年代以来，在自然、社会因素双重影响下，全球湿地面积减少了50%，且现存湿地景观均受到不同程度的影响，各区域之间景观变化也不尽相同[5-7]。
蒋卫国等基于RS和GIS手段，结合马尔科夫模型分析三江平原湿地景观变化，指出三江平原湿地景观变化显著，景观破碎化趋势明显[8]；孙鹏等基于景观生态学原理，利用遥感技术和地理信息系统技术，解析图们江上游湿地景观信息，结果表明图们江上游区域湿地景观多样性指数、景观破碎化指数、景观均匀度指数均在一定程度上减少，人类活动是导致图们江上游湿地景观变化的主要因素[9]；Heungtae Kim等采用Pb210和C14测年法等方法对朝鲜半岛牛浦湿地环境进行研究，研究表明自20世纪以来，人工筑坝等人类活动对牛浦湿地景观产生了巨大影响，污染物等排放严重威胁着牛浦湿地生态系统生态安全[10]。Jae-Pyoung Yu等对韩国昌南Junam水库湿地研究发现，该湿地为白额雁等13种水鸟的重要的栖息地[11]。Takehiko等结合社会经济、生物理化性质等对日本霞浦湖湿地土地利用/土地覆盖变化情况进行分析，总结出人口变化和距离城市距离对湿地景观变化有一定影响，湿地景观的改变可能造成景观破碎化现象的发生[12]。 受基础数据和相关研究积累限制，图们江流域朝鲜咸镜北道、两江道区域湿地生态系统景观时空动态变化研究还比较少，且成为图们江流域湿地景观研究的短板。笔者以咸镜北道及两江道部分区域为研究区，利用近40年的遥感数据和景观格局研究方法，分析了区域湿地景观结构、格局的分异特征，分析了各湿地类型时空变化及各湿地类型间动态转移关系。结合自然、社会要素，探讨了研究区域湿地景观动态变化规律及驱动机制，为图们江流域湿地的基础理论研究提供支持。
1研究区域概况与研究数据
1.1研究区域概况
该研究以朝鲜北部为研究区域，其中包括朝鲜咸镜北道与两江道的部分地区（延社郡、茂山郡、会宁市、稳城郡、赛别郡、恩德郡、罗先市、三池渊郡、大红湍郡、白岩郡）[13]。该研究区域西侧为白豆山脉，东南侧被咸镜山脉所阻隔，北侧与我国隔江相望（图1）。
研究区域地理位置为41°12′46.491″～43°00′16.712″ N，128°06′37.549″～130°41′50.745″ E。该区域内分布着西头水、延面水、城川水、会宁川、五龙川等众多河流及天然湖泊、人工湖泊、沼泽等其他各种湿地景观。且研究区域内包括白头高原部分区域与茂山高原大部分地区。
从区域气候特点来看，研究区域降水量为600～700 mm，1月平均气温为-6.2 ℃，8月平均气温为24.2 ℃，具有大陆性气候特征。
1.2研究数据
选取的遥感数据源包括1976年MSS卫星影像，1991、2000、2010年TM卫星影像和2014年Landsat8 ETM影像。结合朝鲜1∶50 000地形图作为参考数据。对
MSS、TM、ETM遥感影像进行预处理操作：首先，利用地形图
结合遥感影像选取30个地面控制点，采用双线性内插法对
遥感影像进行几何矫正[14]，矫正误差RMS<1；其次，鉴于研究区域范围较大，因此，需要对影像进行数字图像镶嵌，并根据研究区域范围对镶嵌后影像进行裁剪操作；最后，结合遥感知识，采取Landsat（MSS）的4、3、2波段、Landsat（TM）的5、4、3波段和Landsat（ETM）的7、5、3波段对影像进行彩色合成，彩色合成后影像接近真实地物颜色，湿地景观信息区分明显，适合继续进行湿地信息提取操作。
1.3湿地信息提取过程
根据研究区景观信息特征，借鉴朱卫红等[15]有关图们江流域湿地分类体系及分布特征研究当中的湿地分类体系的研究结论，将区域湿地分为天然湿地和人工湿地两个二级类型，以此为基础，分为河流、沼泽、湖泊、水田和其他人工湿地5个三级类型。其中，河流、沼泽、湖泊湿地属于天然湿地，水田、其他人工湿地属于人工湿地。其他类型人工湿地主要是指水库、水田等以外的人工湿地[16]。湿地信息提取主要采用监督分类和目视解译两种方法相结合的方式进行分析，生成各年代湿地信息分布图。该研究利用多年实地野外调查作为辅助资料，并根据湿地分类系统，结合人机交互解译方法，对1976、1991、2000、2010、2014年5年遥感影像数据进行监督分类，并采用目视解译的方法，利用ENVI4.7、Arcgis9.3软件对影像进行人工判读，参照地形图、野外考察数据，对影像中湿地信息进行提取，经多次反复修正，得到如下较精确的研究区域湿地信息（图2）。
2研究方法
由于影响湿地变化的因素较为复杂，仅研究湿地面积在数量上的变化不足以解释湿地生态环境变化，另一方面研究湿地时空分布变化规律与结构性变化。
2.1动态度
为进一步探讨研究区一定时段内湿地面积变化程度的大小，引入湿地动态度概念[17]。
2.2转移矩阵
近40年来，研究区域内湿地类型中，天然湿地与人工湿地之间、湿地与非湿地之间发生着类型转换。通过建立1976～2014年的湿地景观类型转移矩阵，可以定量地了解各类景观类型的转换情况，能直观地把握湿地景观各要素的转换过程，体现湿地景观变化的方向。
2.3景观指数
为了能够对研究区域内湿地景观情况进行定性、定量分析，以及准确反映区域内景观结构组成、空间配置等特征，更清晰地体现湿地景观演变的趋势、速率和空间差别等，进而分析其演变机制，笔者选取了如下指标[18-19]：斑块数量（NP）、斑块所占景观面积比例（LAND，%）、平均斑块面积（MPS）、斑块密度指数（PD）、景观多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI），分析研究区湿地景观格局的空间变化特征。其中，
景观多样性指数是一种基于信息理论的测量指数，其可以反映不同景观类型的分布均匀性和复杂性程度，尤其对各斑块类型非均衡分布特征反映敏感，其表达式为：SHDI=-mk=1Pklog2Pk均匀度指数是描述景观里不同景观类型的分配均匀程度。其表达式为：SHEI=-mk=1Pklog2Pklog2m式中，Pk为景观斑块类型k在景观中所占的面积比例；m为景观类型数。
3结果与分析
3.1总体变化分析
为了对遥感调查的各种湿地类型进行统计分析，采用了ArcGIS软件的空间分析与属性分析功能，针对5种湿地类型，对1976～2014年湿地面积、动态度进行统计分析，分析研究区域湿地面积在不同时期内变化的总体趋势。
由表1可知，1976年湿地总面积22 741.27 hm2，其中天然湿地面积为15 491.39 hm2，占湿地总面积的68.12%；人工湿地面积为7 249.88 hm2，占湿地总面积的31.88%。2014年湿地面积为22 459.96 hm2，湿地面积较1976年下降了1.23%。其中天然湿地面积为9 452.48 hm2，占湿地总面积的42.09%；人工湿地面积为13 007.48 hm2，占湿地总面积的57.91%。可见，湿地总面积变化不明显。对各年份湿地总面积分析比较可知，1991年较1976年湿地总面积减少了9.8%；2010年较2000年湿地总面积减少了16.2%。湿地总面积呈波动趋势。结合湿地动态度LC分析，其中天然湿地面积下降，人工湿地面积上升。其他人工湿地面积增加了66.9%，动态度为1.71%；水田湿地面积增加约1倍，动态度为2.09%；河流湿地面积明显萎缩，减少52.2%。 3.2上中下游变化分析
上文中，基于GIS和RS技术支持下，结合湿地动态度、湿地生态量化指标，对1976～2014年研究区域典型湿地景观分布现状、变化特征进行分析。结合研究区域地形、山脉、水系走向，可将研究区域分为上中下游3个区域进行比较分析（上游：延社郡、三池渊郡、大红湍郡、白岩郡；中游：茂山郡、会宁市、稳城郡；下游：赛别郡、恩德郡、罗先市），如图3。由于各地区自然、人文等条件存在差异，湿地景观变化结果存在明显差异。
如图4所示，1976年上游区湿地总面积为8 703.41 hm2，2014年上游湿地总面积为5 370.92 hm2，减少近1/3；1976年中游湿地总面积为3 757.16 hm2，2014年中游湿地总面积为4 185.40 hm2，总面积有所增加；下游湿地总面积由1976年10 280.70 hm2增加到2014年12 903.64 hm2，增加1/5。3个区域内河流湿地面积减少明显，其中，上游区河流湿地面积减少最多；3个区域内水田湿地面积都有增加，其中，下游区由于大量的沼泽和湖泊被开垦成水田，造成水田湿地面积增加明显，由4 905.70 hm2增加至8 077.36 hm2。
1976年研究区域内上中下游各类型湿地所占的比重均有不同，湖泊湿地面积比重下游26.87%>上游0.50%>中游0%，沼泽湿地面积比重下游2.80%>上游0.01%>中游0%，河流湿地比重上游88.24%>中游64.11%>下游22.46%，由于下游海拔较低，坡度较缓，水田比重下游47.72%>中游35.89%>上游0.07%，其他人工湿地上游11.19%>下游0.15%>中游0%（图5）。
2014年研究区域上中下游湿地典型区湿地面积较1976年有不同变化，湖泊湿地面积比重下游23.26%>上游4.36%>中游1.32%，沼泽湿地面积比重下游1.74%>上游0.12%>中游0%，河流湿地面积比重上游66.46%>中游20.83%>下游11.54%，水田面积比重中游75.25%>下游62.60%>上游2.40%，其他人工湿地面积比重上游22.66%>中游2.61%>下游0.86%（图6）。
从斑块密度指数分析，1976～2014年研究区上中下游PD指数均呈现增长趋势（图7a），表明研究区域内湿地斑块
数量增加，平均斑块面积减小。其中，尤其以人为开发较多的中游区域增加明显。结合景观多样性指数分析，上游、中游区域SHDI指数分别由0.56、0.94增加至1.24、0.99，下游区域SHDI指数由1.66降低至1.43（图7b），
表明上游、中游区域各湿地类型占总面积比逐渐减小，下游区域则相反。结合1976和2014年各类型湿地变化（图4）分析，表明水田面积持续增加，河流面积继续减少，两者间差异呈持续扩大趋势。结合景观均匀度指数分析，上游、中游区域SHEI指数分别由1.30、2.19增加至2.87、2.32，下游SHEI指数由3.86降低至3.33（图7c），表明下游湿地景观中各斑块在面积上分布不均匀程度加剧。
3.3转换规律分析
根据1976和2014年湿地信息数据求出湿地景观类型转移矩阵。可知，1976～2014年研究区域内天然湿地面积与人工湿地面积间变化显著。其中，沼泽湿地和河流湿地变化最为明显，多转变为水田等人工湿地。经计算，①2.53%的水田转变为了沼泽湿地；②6.8%的沼泽湿地、25.3%的河流湿地经过人为活动的改造和开发，转变为了水田；③1.62%的河流湿地和0.04%的水田转变为养鱼池等人工湿地。
3.4景观格局变化分析
研究区域整体湿地面积变化不大，1976～2014年期间，湿地面积减少了1.23%。而湿地斑块数量增加明显，1976～2014年间，斑块数量由225增加至643，增加了近3倍，说明研究区域湿地破碎程度增加。各湿地类型中，湖泊湿地、河流湿地、水田变化最为明显。①湖泊
湿地平均斑块面积减少84.6%，斑块数量却增加了近7倍；
②沼泽湿地平均斑块面积变化不大，斑块数量变化也不大；③河流湿地面积减少了52.1%，说明近年来水位下降，河流
面积发生萎缩，原本比较细小的河流逐渐消失；④人工湿地中，水田面积虽然增加比较明显，但平均斑块面积却减少了1/3，斑块数量增加了1倍多，说明区域内水田随着人工的开发利用，破碎化程度逐渐加重；⑤人工水库、养鱼池、孵化池等其他人工湿地面积增加十分明显，平均斑块面积却随着斑块数量的增加而出现减小的趋势，表明人们为了经济发展的需要，人为地将大面积的湿地分割成小块的人工水库、池塘等，便于经济开发等需要。
3.5驱动机制分析
3.5.1气候因素。
气候是影响湿地生态系统结构和功能的主要因素。分析区域内1976～2014年气温、降水等的变化，发现气温出现增加的趋势，降水量也有所减少。这直接影响了湿地的水文情况，导致部分河流出现萎缩干涸、沼泽缩小消失。加之湿地生态系统本身较脆弱，人工开发湿地多与天然湿地相互联系，更加速了天然湿地向人工湿地转变的过程。
3.5.2社会经济因素。
1976～2014年研究区域内自然湿地向人工湿地转变与社会经济因素有一定的关联性。研究区域内自然湿地向人工湿地转变较为严重的为中游、下游区域，这与两区域社会经济结构特征有很大关系。中游、下游区域为会宁市、罗先市等，人口相对较多，两区域人口占研究区域总人口的82.227%（中游占41.712%，下游占40.515%），区域内集中了以茂山铁矿（占朝鲜铁矿总储量2/3）为主等多家矿场、煤场。区域内为满足鱼类养殖及农业灌溉等需要，多采用拦河蓄水方式修筑水利工事，因此区域内水电站众多。相比上游区域，两区域地形平坦、坡度平缓，天然湖泊、沼泽等天然湿地及水田等人工湿地分布较为广泛。因此，导致天然湿地向人工湿地转变。 3.5.3环境意识因素。
天然湿地保护十分重要而迫切，但研究区域内公众参与力度不足，宣传、科普工作有待加强。目前，当地政府对环保意识教育工作重视不足，有关环保意识教育培训也非常有限。针对当地群众进行的环保教育效率不高，宣传面不广，多数群众仅仅是听过湿地保护，但是对于其中包括的湿地类型、生态功能、生态价值都一无所知，环保意识的宣传教育显得尤为重要。积极建立区域湿地环境与教育基地将有利于对湿地进行保护。
4结语
（1）研究区域2014年湿地总面积22 459.96 hm2，其中，天然湿地9 452.48 hm2，人工湿地面积为13 007.48 hm2。与1976年相比，湿地面积共减少281.31 hm2，其中，天然湿地减少6 038.91 hm2，人工湿地增加5 757.6 hm2。天然湿地比重降低，人工湿地面积比重增加。其中，河流湿地面积减少幅度较大，水田与其他人工湿地面积增加明显。中下游湿地变化明显，水田面积变化幅度最大。
（2）天然湿地与人工湿地之间发生类型转化。其中，大量天然湿地转化为人工湿地，河流湿地与沼泽湿地转换为水田等其他人工湿地幅度最大。1976～2014年有520.46 hm2河流沼泽湿地转化为水田及其他人工湿地。
（3）近40年研究区域湿地景观斑块数量、斑块密度指数在增加，而平均板块面积、景观多样性指数在减少，尤其以中下游变化明显，主要受人类活动干扰较大。
（4）社会经济因素较之气候因素成为研究区域天然湿地减少的主要驱动力。区域内河流湿地被开发利用十分明显，用于鱼类养殖及农业灌溉等。当地居民为经济发展，改造湿地使之成为水田，导致人工湿地面积扩大。农业活动是图们江流域朝鲜一侧天然湿地减少的主要驱动因素。
笔者基于时间、空间角度，结合遥感影像对图们江流域咸镜北道、两江道部分地区湿地变化情况进行分析。受研究区域基础数据和相关研究积累限制，且湿地生态系统本身较为复杂，有待以后深入研究，为研究区域湿地生态安全评价、生态恢复等研究提供依据。
参考文献
[1] ZHANG L，WANG M H，HU J，et al.A review of published wetland research，1991-2008：Ecological engineering and ecosystem restoration[J].Ecological Engineering，2010，36：973-980.
[2] NABAHUNGU N L，VISSER S M.Contribution of wetland agriculture to farmers’ livelihood in Rwanda[J].Ecological Economics，2011，71：4-12.
[3] MITSCH W J.Wetland creation，restoration，and conservation：A wetland invitational at the Olentangy River Wetland Research Park[J].Ecological Engineering，2005，24：243-251.
[4] MANDER，MITSCH W J.Pollution control by wetlands[J].Ecological Engineering，2009，35：153-158.
[5] DELAUNE R D，JUGSUJINDA A，WEST J L，et al.A screening of the capacity of Louisiana freshwater wetlands to process nitrate in diverted Mississippi River water[J].Ecological Engineering，2005，25：315-321.
[6] KHAZNADAR M，VOGIATZAKIS I N，GRIFFITHS G H.Land degradation and vegetation distribution in Chott El Beida wetland，Algeria[J].Journal of Arid Environments，2009，73：369-377.
[7] LIENERT J，DIEMER M，SCHMID B.Effects of habitat fragmentation on population structure and fitness components of the wetland specialist Swertia perennis L.（Gentianaceae）[J].Basic and Applied Ecology，2002，3：101-114.
[8] 蒋卫国，王文杰，谢志仁，等.基于RS和GIS的三江平原湿地景观变化研究[J].地理与地理信息科学，2003，3（2）：28-31.
[9] 孙鹏，苗承玉，张达，等.1960-2009年图们江上游湿地景观变化的遥感监测[J].东北林业大学学报，2012，40（3）：115-119，126.
[10] HEUNGTAE KIM，JAE GEUN KIM.A 2000year environment history of the Upo Wetland on the Korean Peninsula[J].Journal of Paleolimnology，2010，44（1）：189-202.
[11] JAEPYOUNG YU，JONGSU CHOI，TAEJWA KIM，et al.Community characteristics of waterbirds in Junam Reservior，Changwonsi，Korea[J].Journal of Korean Nature，2012，5（1）：43-50.
[12] TAKEHIKO F，MASAE T.Land use/cover change and its drivers：A case in the watershed of Lake Kasumigaura，Japan [J].Landscape Ecological Engineering，2007，3（1）：21-31.
[13] JO J C，ADLER S.North Korean planning：urban changes and regional balance.[J] Cities，2002，19（3）：205-215.
[14] 朱卫红，南颖，刘志锋，等.基于3s技术的图们江下游湿地系统分类及分布特征研究[J].东北师大学报：自然科学版，2007（3）：106-112
[15] 李洪楠，朱卫红，佟守正，等.延边朝鲜族自治州湿地时空分布特征[J].湿地科学，2011（3）：257-262.
[16] 苗承玉.基于景观格局的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究[D].延吉：延边大学，2012.
[17] 姜琦刚，崔瀚文，李远华.东北三江平原湿地动态变化研究[J].吉林大学学报：地球科学版，2009，11（6）：1127-1133.
[18] 郭程轩，徐颂军.基于3S与模型方法的湿地景观动态变化研究述评[J].地理与地理信息科学，2007，9（5）：86-90.
[19] 刘宏娟，胡远满.气候变化对大兴安岭北部沼泽景观格局的影响[J].水科学进展，2009，1（1）：105-110.