凯时KB88登录物料编码显著性结果与铌液晶显示器编者按:为及时报道京津冀城市群生态安全保障技术的研究与实践成果,本刊组织策划了“湿地与关键生物栖息地生态修复技术专题”,并邀请生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心王文杰研究员和北京师范大学地理科学学部蒋卫国教授作为本专题的执行主编,对京津冀城市群典型湿地景观变化及湿地生态修复技术进行梳理和总结。本专题由5篇文章组成,重点介绍了基于诊断京津冀湿地演变特征和湿地受损情况,评估湿地演变对区域生态安全的影响及受损湿地可修复潜力,重构鸟类等关键生物栖息地的景观空间和生态要素等方面,研发的京津冀地区湿地景观空间优化配置与生态重构、廊道连通、生境修复等技术。

　　王文杰,研究员,硕士生导师。曾任中国环境科学研究院环境信息研究所、土壤与固体废物环境研究所所长,现为生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心综合业务部负责人。主要从事区域生态评价与规划、土壤环境监管技术等研究。目前,主持国家重点研发计划课题1项,国家自然科学重点基金子课题1项,中国工程院平台项目1项。发表中英文论文近百篇,出版专著、图集10余部,获国家科技进步奖2项,省部级奖项10项。

　　蒋卫国,北京师范大学地理科学学部教授,博士生导师。主要从事遥感时空大数据挖掘与生态水文遥感应用研究。主持国家自然科学基金项目3项,参加国家重点研发计划、科技支撑计划、863计划等课题20多项。发表SCI论文50多篇,主编《遥感卫星导论》,参加编写《环境遥感监测与应用》《长江流域生态系统评估》等8部专著,获得省部级科技进步特等奖1项、二等奖5项和三等奖3项,获得计算机软件著作权6项,申请国家发明专利4项,提交咨询报告10余项。

　　天津滨海新区位于天津市东部沿海地区、环渤海经济圈的中心地带,地处华北平原北部(117°20E~118°00E,38°40N~ 39°00N),属于暖温带季风型大陆气候,一年之中四季分明[12]。

　　天津滨海新区面积为2 270 km2,其2015年土地利用类型如图1所示。该地区湿地资源丰富,包括北大港湿地自然保护区、天津市海洋牧场示范区、蓟运河营城段芦苇湿地、天然淤泥滩涂湿地,以及黄港一库、黄港二库、北塘水库等湿地[13]。滨海新区是天津国家级综合配套改革试验区和国家级新区,是国务院批准的第一个国家综合改革创新区,自成立以来,城市化进程加快,经济快速发展,区域内湿地迅速被城镇建设用地侵占,同时湿地生态景观发生了很大的转变。研究该区域湿地受损的定量变化情况,对滨海新区湿地生态系统安全和天津市可持续发展具有重要意义。

　　基于中国科学院地理科学与资源研究所刘纪远团队的土地利用数据,获取了天津滨海新区1980s、1995、2000、2005、2007、2009和2015年7期的土地利用空间分布图(空间分辨率为30 m),对该数据利用Landsat影像数据进行解译判读和野外验证,分类精度达91.2%,符合制图要求[14];基于美国地质勘探局(USGS)Landsat数据(包括Landsat 5和Landsat 8 OLI数据),获取了天津滨海新区1984—2015年植被生长季6—9月且云含量小于10%的影像,影像经过辐射校正,得到大气层顶反射率数据(TOA)。基于土地利用数据,通过马尔科夫转移矩阵和GIS空间分析法分析湿地类型受损状况;利用趋势分析法分析长时间序列和不同阶段湿地要素的受损状况;对湿地类型受损和湿地要素受损进行定量评价,综合其评价结果分析滨海新区湿地受损模式(图2)。

　　选取马尔科夫转移矩阵法定量揭示湿地类型在不同时期的动态变化特征。马尔科夫转移矩阵由俄国数学家马尔科夫提出,该矩阵可以描述土地利用变化的结构和特征,可以反映研究阶段的初始和结束时期的土地利用结构,还可以反映研究阶段内土地利用的来源、组成和动态转移情况[14]。其数学表达式为:

　　式中:k、l分别为研究期初与研究期末的湿地利用类型数;Pkl为第l类湿地转化为第k类湿地的转移概率。

　　将Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验方法结合,用作判断长时间序列数据趋势[15]。利用该方法可以分析湿地要素中NDVI[16]、归一化水体指数(NDWI)[17]和土壤湿度指数(SMMI)[18]在长时间序列上的变化趋势。作为一种统计学常用的方法,其优点在于数据分布不需要服从特定的分布规律,可以抵抗数据误差,显著性检验的结果具有可信度。其中,Theil-Sen Median趋势分析是一种稳健的非参数统计的趋势计算方法,可以减少数据异常值的影响。该趋势计算n(n-1)∕2个数据组合的斜率的中位数,计算公式为:

　　将Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验结果结合起来,可以反映湿地要素的受损趋势。SNDVI和SNDWI以0为界限,0定义为退化区域,≥0定义为改善区域。由于SNDVI基本不存在等于0的区域,所以本文按照实际情况,将SNDVI为-0.005~0.005的区域划分为稳定不变的区域,-0.005定义为退化区域,≥0.005定义为改善区域。将Mann-Kendall检验在0.05置信水平上的显著性结果划分为显著(Z≥1.96和 Z-1.96)和不显著(-1.96≤Z1.96),进行分级结果叠加,得到湿地要素综合受损趋势的5个等级(表1)。

　　滨海新区湿地受损空间和增加区域的空间分布及湿地向不同土地利用类型的转换如图4所示。

　　由图4可知,湿地受损严重的区域分布在滨海新区边缘,主要由城镇用地扩张所致,湿地增加区主要集中在滨海新区东北角,以水库养殖区等人工湿地增加为主。滨海新区湿地向其他土地利用类型转换的面积占比如图5所示。由图5可知,1980s—2015年滨海湿地受损占用的土地利用类型主要为城镇用地、旱地、草地、未利用地、林地。其中湿地转化为城镇用地的面积最多,达184.75 km2;其次是旱地,面积为117.81 km2;转化为草地的面积为52.79 km2。从受损的阶段来看,旱地面积占湿地受损总面积的比例从1980s—2000年的6.11%升到2009—2015年的33.56%;而城镇用地的面积比例逐渐减少。

　　根据湿地受损的阶段性特征,分析了滨海新区3个不同时段(1984—2000年、2000—2009年、2009—2015年)湿地要素受损趋势,结果如图7所示。由图7可知,1984—2000年滨海新区植被在东南及东北部分区域表现出显著的退化趋势,通过统计各要素显著退化的像元数,得出NDVI显著退化面积为209.13 km2,而水体和土壤湿度表现不明显;2000—2009年植被和水体在东南和东北部分区域表现出显著退化趋势,NDVI和NDWI显著退化的面积分别为80.67和71.23 km2,而土壤湿度表现不明显;2009—2015年植被在较大范围表现出改善趋势,水体在小范围内表现出显著退化趋势。

　　滨海新区处于渤海湾,由于受到滨海区域和城市发展的综合影响,湿地受损状况有其自身的特点。1980s—2000年,滨海新区的湿地面积呈先减少后增加的趋势,以2000年作为转折点,2000年前湿地面积受损严重,这主要是由于区域内水田被城镇用地侵占引起的;2000年后,湿地面积呈现改善状态,主要是由于滨海区域养殖业的发展和海水扩张造成的,以人工湿地面积增长为主。湿地要素变化趋势显示,整个区域内植被和土壤湿度呈现一致的退化趋势,而水体则呈现改善趋势。

　　综合分析湿地类型受损和要素受损特征发现,由于新型城市化的发展,滨海新区城市扩张表现明显,主要分布在b区和c区(图8),其土壤湿度呈现显著下降趋势;湿地受损较为显著的区域为d区,其湿地植被呈显著的退化趋势;典型湿地扩张区域分布在养殖业扩张区(a区)和海水扩张区,该湿地类型主要为人工湿地,湿地经济价值功能较高,而湿地的生态功能较天然湿地有所减弱。天然湿地仍存在较大受损威胁(d区)。因此在新型城市化主导发展下的滨海城市湿地,保护和维持天然湿地面积,更好地发挥湿地的生态功能,为动植物提供良好的栖息环境,是实现城市与资源协调统一发展的重要举措。

　　(1)湿地类型受损分析结果显示,天津滨海新区湿地类型的受损主要分为3个时期(1980s—2000年、2000—2009年,2009—2015年),在此期间湿地经历了从受损到恢复的过程。1980s—2015年滨海新区湿地面积增加了41.40 km2,湿地受损最严重的区域分布在滨海新区东北部。

　　湿地要素分析结果显示,滨海新区湿地要素的受损趋势不同时期表现不同,且不同地区湿地受损的主导因素不同。1984—2015年,区域内植被和土壤湿度呈现较为一致的变化趋势,而水体变化则相反。在不同时间段内,影响湿地面积受损的主导因素不同,1984—2000年、2000—2009年、2009—2015年滨海新区湿地受损分别是植被、水体和植被占主要地位。