红树林湿地恢复遥感动态监测技术研究

林业科学研究２００８，２１（增刊）：３２～３６

ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ

文章编号：１００１—１４９８（２００８Ｊ增刊－００３２－０５

红树林湿地恢复遥感动态监测技术研究

张怀清１，赵

峰１，崔丽娟２

（１．中国林业科学研究院资源信息研究所，北京１０００９１；２．中国林业科学研究院林业研究所，北京１０００９１）

摘要：采用多期ＴＭ、ＥＴＭ＋、ＳＰＯＴ５影像对福建省洛阳江河口湿地的红树林分布进行了遥感动态监测，以及通过对周边环境的景

观格局综合分析，得出：洛阳江河口红树林在２００ｉ－－２００６年期间，通过各种恢复保护措施，面积扩大了８倍，并且种植范围不断向南延伸。２００３－－２００６年期间人工湿地的景观变化表现为：红树林平均斑块规模增加，最大斑块面积扩大，斑块密度和边界密度均减少。形状指数和分维数减少，说明红树林趋于集中分布，红树林湿地的恢复受沿海地区的经济发展和人为活动影响较大。关键词：红树林；湿地；景观格局；遥感监测中图分类号：Ｑ１４６￥７７１．８

文献标识码：Ａ

ＡＳｔｕｄｙ

ｏｎ

ＤｙｎａｍｉｃＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＭａｎｇｒｏｖｅ

Ｗｅｔｌａｎｄ

ＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ

ＺＨＡＮＧＨｕａｉ－ｑｉｎｇ。ＺＨＡＯＦｅｎｇ，ＣＵＩＬｉ４ｕａｎ

（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦｏｒｅｓｔ

ＲｅｓｏｕｒｃｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＣＡＦ，ＢｅＵｉＩｌｇ

１０００９１。Ｃｈｉｎａ；２．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ

Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，ＣＡＦ，Ｂｅｉｊｉｎｇ

１０００９１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｕｉｔｉ－ｐｈａｓｅｓｉｍａｇｅｓｓｕｃｈ

ａｓ

ＴＭ，ＥＴＭ＋ａｎｄＳＰＯＴ５ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｍａｎｇｒｏｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎ

ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｐａｔｔａｒｎ，ｉｔｗａｓｔｉｍｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅ

ｐｅｒｉｏｄｏｆ２００１－－２００６

ａｆｔｅｒａｌｌｋｉｎｄｓ

ＬｕｏｙａｎｇｊｉａｎｇＷｅｔｌａｎｄ

ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅ

ａｒｅａ

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Ｆｕｊｉａｎ

Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅ

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ｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｆｏｒｅｓｔ

ｍｅａｓｕｒｅｓｏｆａｆｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｆｏｒｅｓｔｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏｔｈｅｓｏｕｔｈ．Ｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｃｈａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎ

２００３ａｎｄ２００６ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＮＰｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｌｅＰＤ，ＡＷＭＳＩａｎｄＡＷＭＰＦＤｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｎｇｒｏｖｅｆｏｒｅｓｔｗａｓｔｅｎｄｉｎｇｔｏｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄａｆｆｅｃｔｅｄａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｉｎｃｏａｓｔａｌ

ａｒｅａ．

ａ

ｌｏｔｂｙｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｈｕｍａｎ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｇｒｏｖｅｆｏｒｅｓｔ；ｗｅｔｌａｎｄ；ｌａｎｄｓｃａｐｅ；ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带的木本植物群落。红树林生态系统和珊瑚礁、上升流以及滨海湿地合称为世界上生产力最高的生态系统，是国家甚至国际上生物多样性保护和滨海湿地生态保护的重要对象，已经成为近年来海岸线变迁和海平面升高的重要研究载体之一，同时又是研究全球环境以及气候变迁的重要标志之一¨１。洛阳江位于台湾海峡西岸福建省东南部，是泉州湾河口湿地的主要构成部分。洛阳江曾大面积分布过红树林，由

于历史原因，致使红树林遭受严重破坏，面积从几百公顷锐减至不足２０ｈｍ２，濒临消亡。为保护仅存的天然红树林，惠安县林业局于２００１年５月组织专业人员对红树林恢复工程进行规划，于２００２－－２００５年开展潮间带红树林恢复工程，连续种植红树林达

３００

ｈｍ２。但是，红树林恢复面临着成活率低、受周

边人为活动影响以及外来物种竞争等挑战，因此，随时了解红树林的恢复面积、分布及动态变化显得尤为重要。由于红树林分布于地势开阔平坦的潮间带

收稿日期：２００８－０３－０２

基金项目：国家“十一五”科技支撑课题“湿地资源监测与评估技术研究”（２００６ＢＡｌ３２３８０３）．国家林业局９４８项目“红树林湿地恢复与变化的动态监测技术引进”（２００５－４－２３），科技部社会公益研究专项“湿地资源监测与可持续利用评价技术研究”（２００４ＤＩＢ３Ｊ１０５）

作者简介：张怀清（Ｊ９７３一），男，湖南宁乡人，副研究员，硕上生导师，主要从事林业可视化模拟技术研究．

万方数据　

增刊张怀清等：红树林湿地恢复遥感动态监测技术研究

３３

浅滩，采用常规的野外调查十分困难，工作量大、费用高、历史资料缺乏等缺点严重影响了红树林湿地的监测工作。遥感技术具有观测范围广、信息量大、获取信息快、更新周期短、可比性强等优点，可以解决红树林动态变化信息的快速获取问题，而成为国内外红树林生态研究的主要技术之一【２’８Ｊ。１

２

数据源

遥感影像：（１）ＴＭ影像：时间：２００１年３月４日

及２００６年２月２２日，分辨率：３０ｍ。（２）ＥＴＭ＋影像：时间：２００３年３月２６日，分辨率：１５ｍ。（３）ＳＰＯＴ５影像：时间：２００６年２月１１日，分辨率：２．５

ｍ。

研究试验区

研究区为福建省东南部泉州湾河口湿地，介于

专题图：惠安市林业局提供的森林分布图。其他数据：红树林造林规划设计、统计等背景材料、晋江市土地利用状况的数据等。３

２４。５０’～２５００３’Ｎ，１１８。３１’～１１８０５３’Ｅ之间，行政区划包括晋江（包含石狮）、惠安（包括泉港区）部分地区。研究区以洛阳江红树林湿地为中心，东西、南北长约３０ｋｍ的范围。

研究方法

采用分类后对比法进行遥感图像信息提取，具

体的技术路线如下：

叵圆圆

图１研究技术路线图

３．１遥感分类系统

根据中国土地利用分类系统（全国农业区划委员会，１９８４），将研究区域的土地利用／覆盖类型基本按一级类型分为耕地、林地、园地、水域、居民和交通用地、未利用地。其中，个别按二级类型分类，如耕地分为水田和旱地，林地分为有林地和灌木林地，未利用地以草地为主，因此研究直接将其划分为草地。将红树林湿地单独划分为一类，由于红树林湿地分布的地域特征，使其面积受海水周期性影响，因此考虑潮汐对红树林湿地的影响。３．２遥感信息提取

３．２．１

一定范围内与红树林的光谱值重叠，因此通过屏蔽红树林分布范围外信息的方法，进行分布区内红树林信息的提取。研究采用基于象素的分类方法，用监督分类法只提取红树林信息，而忽略水域、滩涂以及水草等信息。通过外业调查获取的ＧＰＳ数据转换成矢量的点图层，然后将其和遥感影像进行叠加，根据像元的属性确定其是否为红树林，用以作为监督分类的训练样本。红树林在（Ｅ）ＴＭ影像中的光谱色调呈红或暗红色，纹理特征表现为均匀无规则边界。

３．２．２

景观类型信息提取采用２００３年的ＥＴＭ

影像和２００６年的ＳＰＯＴ５影像进行其他景观类型的

采用２００１年的ＴＭ、

分类。研究用监督分类法对各景观类型进行分层提取，最后将分别提取的各图层叠加到一起。用实地调查获取的ＧＰＳ样点数据作为监督分类的训练样

红树林信息提取

２００３年ＥＴＭ和２００６年ＴＭ影像进行红树林信息提取。由于研究区内农田和植被的光谱值在

万方数据　

林业科学研究第２１卷

本，结合辅助数据，如森林分布图、土地利用分析数据等，对预分类结果中存在疑问的分类进行修改和调整。

３．３景观格局分析

景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间分布特征的定量指标。本研究利用ＦＲＡＧＳＴＡＴＳ软件的栅格版本进行景观指数的计算，包括：斑块数（ⅣＰ）、平均斑块面积（ＡＲＥＡ—ＭＮ）、最大斑块指数（ＬＰＩ）、斑块密度（ＰＤ）、边界密度（ＥＤ）、面积加权平均斑块形状指数（ＡＷＭＳＳ）。４

暑ｊ、

雕喧嚣京蚓

图２红树林面积变化图

从３个时相的红树林面积变化图可以看出，２∞１—２００６年间，红树林的面积成倍增长，尤其是２００１－－２００３年期间，面积增长了６倍之多。说明该地区从２００２年３月开始进行红树林恢复造林的成果显著，仅２００３年１

３００．１５

ａ

结果与分析

根据上述方法，对２００１、２００３和２００６年３个时

就增加１９３．４３ｈｍ２，２００２－－２１１）６年期间共增加

ｈｍ２。但从遥感影像中得到的红树林面积低于

实际造林统计面积，主要是因为部分红树林苗较小，且郁闭度低，因此很难完全从影像中提取出来。因此，从遥感影像中得到的红树林面积低于实际面积。

从３个时相的红树林面积和空间分布图中看出：２００１年人工造林之前，红树林的面积很小，而且斑块分布比较零散；２００３年红树林的面积明显扩大，开始向南延伸，斑块分布趋于集中；至２００６年，红树林的空间分布范围还在扩大，北端零散分布的红树林开始趋于集中，但是出现了新的斑块破碎地区。经实地调查发现，这些地区的人工养殖较多，对红树林的破坏较严重。

４．１红树林时空动态变化

相的（Ｅ）ＴＭ图像进行监督分类，生成３个时相的红树林时空动态分布图，如图３～５所示，通过对遥感影像信息提取得到红树林的面积统计，如表１和图２所示。

表１洛阳江红树林面积变化

图３２００１年红树林分布图４２００３年红树林分布图５２００６年红树林分布

４．２景观面积变化分析

对２００３年ＥＴＭ＋影像和２００６年的ＳＰＯＴ５影像进行监督分类，得到洛阳江河ＩＳＩ红树林湿地周边地

区的景观特征变化图。根据景观特征变化图计算洛阳江河Ｅｌ红树林湿地周边地区景观类型的面积变

化，如表２所示。

万方数据　

增刊张怀清等：红树林湿地恢复遥感动态监测技术研究表２红树林湿地周边地区景观类型面积变化

景观类型水田旱地有林地灌木林地园地草地水域红树林

建设及交通用地

２００３年面：ｆ６ｎ，／ｈｍ２

２８２９．３８１５９８９．８ｌ

７ｌ

２０１．４４２２９．１７３３８．８ｌ

３５

２００６年面积／ｈｍ２

２１３

变化面积／ｈｍ２

—４８７．６８

—２４

面积变化百分比／％

—０．５７

３４１．６８

３１５．７７

６７４．０３

１１３．６３

—３．１４４．８３

一Ｏ．２２

１１３１５．０７

１０４１．８８４４９４．９６８

３０７．４５

一１８７．２９—１

６

７２５

８４３．８５８５４．３４

１５７．６３４３．３３

—２．１６１．０００．１８

Ｏ．０５

４５３．１０２７６．９７

９８．８６

２５４３４．６０

１４２．２０

１７

７４６．４４

１８６００．３９—８５３．９４一１．００

３００∞

２５

０∞

ｌ２００００

藿１５０００睡

ｌＯＯ∞

０

孙加巧∞：２

％／筮求忸氍恒

∥审桫渺

秽

景观类型

口２∞３年面积

图６

国２００６年面积

§唧Ｎ岁’口２００３年面积百分比囵２００６年面积百分比

图７

２００３－－２００６年各类型的面积百分比变化

１８４３．８５

ｍ，ｏ

２００３—２００６年各类型的面积变化

研究表明，２００３－－２００６年期间研究区面积变化最明显的景观类型是有林地，其次是旱地和园地。有林地面积呈增加趋势，而旱地和园地均为减少趋势。有林地面积比原来增加４

１１３．６３

ｈｍ２。水田的面积也比原来减少了

０．５７％，减少幅度并不大。耕地包括水田和旱地，因此，研究区内耕地的面积呈减少趋势。这主要是由于城区不断扩大建设造成的，从影像图中明显看出，距离海较近的水田很大一部分变成了建设及交通用地。２００３－－２００６年该地区湿地和其他景观类型的面积转化计算结果如表３所示。

ｌｌｍ２

ｈｍ２，占２００３

年总面积的４．８３％，说明该地区绿地面积增多，从遥感影像上明显看出一些低山丘陵地区植被增加。旱地和园地的面积分别减少了２

６７４．０３

ｔｕｎ２、

表３红树林湿地周边地区景观类型面积转化

１５４．２３旱地

９４．８８有林地

灌木林地０．００

５３．１９园地

草地２４２．５５

２６７．７９建设及交通用地

（合计）８１２．６５

４５２．０２８１５．０６

１．８９

９４．７９１５８．１９０．００６７．７９

１７４．７３

ｌ

１“．１８

８５２．７９

１．７５

２３０．７３２８７０．８２

１５

０５２．７３

２９１８．０５ｌ８９６．７０６８８６．２１

３９２．１９７６２．７２

１７６．４２６７１．９３

２００３－－２００６年研究区湿地的转化类型有：草地、建设及交通用地、有林地、旱地和园地。湿地的总面积呈减少趋势，其中，水田面积减少，而水域有所增加。水田减少主要转化为建设及交通用地、草地、有林地和旱地，主要是因为海边的水田受人类城市建设活动影响较大。水域面积增加的来源主要是

草地和建设用地（盐田），水域的增加主要位于洛阳江入海口，受海水涨潮的影响比较大。４．３景观格局变化分析

利用景观格局分析软件Ｆｒａｇｓｔａｔｓ进行景观指数计算，得到各景观类型的景观指数（见表４），并对研究区２００３－－２００６年间景观格局的变化进行分析。

万方数据　

林业科学研究第２ｌ卷

从斑块数目（胛）来看，除了园地、红树林和建设该地区多数景观斑块破碎化现象比较明显。斑块边及交通用地外，其他类型的斑块数量都明显增加，从界密度（ＥＤ）增加的类型有：水田、旱地、有林地、灌木而其平均斑块面积（ＡＲＥＡ埘Ⅳ）均呈减少趋势。说明林地、草地、水域以及建设和交通用地，占该区景观类研究区内园地、红树林和建设及交通用地的平均斑块型的绝大多数。研究区平均斑块形状指数（ＷＭＳｔ）呈规模扩大，而其他类型的斑块平均规模均在缩减。从下降趋势，说明斑块形状均趋于简单，这主要由人类最大斑块指数（ＬＰＩ）的变化来看，水田、旱地和草地的活动造成，即人工形成的斑块较为规则。平均斑块分变化为负值，其他类型为正值。研究表明，虽然有林维数（ＷＭＰＦＤ）的变化不是很明显，其中，水田、旱地、地、灌木林地、草地和水域的平均斑块规模减少了，但草地和红树林的分维数略有下降，其他类型均保持基仍有少数斑块的规模在扩大。斑块密度（ＰＤ）的变化本不变，说明水田、旱地、草地和红树林的形状复杂程和斑块数目、平均斑块规模的变化趋势一致，反映了度降低，人类活动对其干扰较大。

表４红树林湿地周边地区景观格局变化

５结论与讨论与红树林湿地相反，其景观破碎化比较明显，但其形状

也趋于简单。其他非湿地类型的景观格局主要表现为

（１）洛阳江河口红树林在２００１、２００３和２００６年景观破碎化现象比较严重，这表明红树林湿地的恢复三个不同时相的影像上表现出明显的变化。２００１年受沿海地区的经济发展和人为活动影响较大。的红树林基本处于天然状态，从２００２年３月开始进

行大面积的红树林恢复造林，造林成果显著。参考文献：

２００１—２００６年期间红树林的面积扩大了８倍之多，［１］张柏．遥感技术在中国湿地研究中的应用［Ｊ］．遥感技术与应红树林的种植范围也在不断向南延伸。用，１９９６，１１（１）：６７—７１

（２）从２００３年至２００６年的红树林遥感动态变［２］中华人民共和国林业部．全国湿地资源调查与监测技术规程（试化分析得出，部分地区的红树林具有稀疏的趋势，结行本）［Ｓ］．１９９７

［３］万中英，钟茂生．鄱阳湖湖区洪涝灾害遥感动态监测系统设计与

合地面调查得出，这主要是人工养殖对红树林的破实现［Ｊ］．计算机工程与应用，２００４（８）：２２９—２３２

坏，并且这些地区主要处于离村庄较近的地方。因［４］牛志春，倪绍祥．青海湖环湖地区草地植被生物量遥感监测模型此，加大红树林重要性的宣传，并尽力采取一些补救［Ｊ］．地理学报，２００３，５８（５）：６９５—７０２

措施，是当前面Ｉ临的问题。同时，外来物种大米草的［５］殷立琼，江南，杨英宝．基于遥感技术的太湖近１５年面积动竞争也是造成部分地区红树林稀疏趋势的原因。态变化［Ｊ］．湖泊科学．２００５，１７（２）：１３９—１４２

（３）２００３－－２（）０６年期间景观变化表现为：红树林平［６］杨永兴．国际湿地科学研究的主要特点、进展与展望［Ｊ］．地理科

学进展，２００２（２）：１１ｌ—１２０

均斑块规模增加，最大斑块面积扩大，斑块密度和边界［７］李德仁．数字地球与。３ｓ”技术［Ｊ］．中围测绘，２００３（２）：２８—３ｌ密度均减少，形状指数和分维数减少，说明红树林趋于［８］王虹杨，黄沈发，何春光．中国湿地生态系统的外来入侵种研究集中分布，受人类活动影响较大；水田的景观变化基本［Ｊ］．湿地科学，２００６，４（１）：７一１２

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