圖們江流域中朝兩側(cè)濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及預(yù)警

1、    圖們江流域中朝兩側(cè)濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及預(yù)警    金雪梅樸成哲朱衛(wèi)紅摘要：基于psr模型，對(duì)圖們江流域中朝兩側(cè)和整體流域，通過(guò)3s技術(shù)解譯了1976年、1986年、1995年、2006年、2014年5個(gè)年份的遙感影像圖，運(yùn)用層次分析法得到了指標(biāo)權(quán)重，并對(duì)圖們江流域濕地進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：圖們江流域濕地安全評(píng)價(jià)值逐年降低，由比較安全降級(jí)為預(yù)警（朝鮮一側(cè)評(píng)價(jià)值由0.708降低到0.4817；中國(guó)一側(cè)由0.7197降到0.4868）。基于灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)該流域濕地未來(lái)20年生態(tài)安全進(jìn)行預(yù)測(cè)，朝鮮一側(cè)處于中度預(yù)警狀態(tài)，中國(guó)一側(cè)濕地為預(yù)警狀態(tài)，整個(gè)流域濕

2、地則有預(yù)警狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸阮A(yù)警，生態(tài)安全越來(lái)越惡化，急需對(duì)該區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行管治。關(guān)鍵詞：生態(tài)安全評(píng)價(jià)；圖們江濕地；中朝兩側(cè)；灰色預(yù)測(cè)：x826：a：16749944（2017）180005061引言1989 年iiasa意在表示人類(lèi)生態(tài)條件的安全狀況1，首次提出“生態(tài)安全”的概念2；1992年amalberti，rené提出“生態(tài)安全”名詞后，有關(guān)生態(tài)安全的研究發(fā)展迅速，很大程度上豐富其相關(guān)研究方法、內(nèi)容和方向3。但對(duì)于“生態(tài)安全”的定義至今沒(méi)有統(tǒng)一。陳星等歸納眾多觀點(diǎn)，將其定義總結(jié)為兩種，一種是生態(tài)系統(tǒng)自身的健康、完整和可持續(xù)性；另一種是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)提供完善的生態(tài)服務(wù)和生存安全4

3、。濕地在蓄洪防旱、固碳釋氧、降解污染、調(diào)節(jié)氣候、控制侵蝕、環(huán)境教育和維護(hù)區(qū)域及全球的生態(tài)平衡等方面起到了重要作用5，6，故被喻為“地球之腎”、“生物超市”，并與森林、海洋合稱(chēng)為全球三大生態(tài)系統(tǒng)7。因此，對(duì)濕地生態(tài)安全的研究，成為生態(tài)安全研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。圖們江是地處中、朝、俄三國(guó)交界處的我國(guó)國(guó)際性河流之一，其自然地理?xiàng)l件獨(dú)特，野生動(dòng)植物資源豐富，是丹頂鶴等世界珍稀鳥(niǎo)類(lèi)的中間停歇地，并擁有著東北虎、欠蓮、圖們江紅蓮等多個(gè)種類(lèi)瀕危、珍稀生物資源。本文通過(guò)對(duì)圖們江整體流域和中朝兩側(cè)濕地的生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，為該區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境的健康安全維護(hù)和資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。2研究區(qū)概況和研究數(shù)據(jù)2.1研究

4、區(qū)概況圖們江流域主要位于我國(guó)吉林省東部的延邊朝鮮族自治州境內(nèi)，東與俄羅斯濱海邊疆區(qū)接壤；西臨吉林市的蛟河和白山市；南與朝鮮北部地區(qū)的咸鏡北道、兩江道隔江對(duì)峙；北接黑龍江省牡丹江市的東寧、寧安等五縣（市）8。地理位置為41°124644°3042 n，127°2743131°1833 e。本研究區(qū)朝鮮一側(cè)是指包括延社郡、茂山郡、會(huì)寧市、穩(wěn)城郡、京原郡、京興郡、羅先市、三池淵郡、大紅丹郡、白巖郡在內(nèi)朝鮮的咸鏡北道與兩江道部分地區(qū)的10個(gè)市、郡所在地區(qū)，根據(jù)該區(qū)氣候數(shù)據(jù)可以分析得出其氣候特點(diǎn)，已知該區(qū)降水量為600700 mm，1月平均氣溫為-6.2 ，而8月

5、平均氣溫為24.2 。隨著該區(qū)域居民生活水平的提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口急劇增長(zhǎng)，農(nóng)田、建設(shè)用地增加，以及交通和旅游業(yè)的發(fā)展使該區(qū)域及其周?chē)鷳B(tài)環(huán)境承受一定損害，導(dǎo)致該區(qū)濕地面積減少、水質(zhì)改變、富營(yíng)養(yǎng)化、植被退化、土壤沙化5，9，10。2.2研究數(shù)據(jù)2.2.1遙感數(shù)據(jù)1976年的landsat mss（軌道號(hào) 123/30，124/29，124/30，124/31）影像，1986年landsat mss影像（軌道號(hào) 115/30，115/31）、1995年和2006年的landsat tm影像（軌道號(hào)115/30，115/31），2014年的etm影像（軌道號(hào) 115/30，115/31）。la

6、ndsat mss影像分辨率為近80m，有4個(gè)波段；landsat tm/etm影像分辨率為30m，有7/8個(gè)波段。由于地物在不同的季節(jié)會(huì)有不同的光譜特性，而濕地提取最重要的地物便是水體，根據(jù)不同波段對(duì)水體的反射特點(diǎn)，對(duì)mss影像進(jìn)行濕地分類(lèi)的最適宜的波段組合為4、3和2波段；tm影像進(jìn)行濕地分類(lèi)的最適宜波段組合為5、4和3波段；etm影像進(jìn)行濕地分類(lèi)的最適宜波段組合為7、5、3波段11。2.2.2非遙感數(shù)據(jù)源地形圖資料是圖們江流域15萬(wàn)地形圖。只處理應(yīng)用遙感影像數(shù)據(jù)還不足以完整、準(zhǔn)確地反映出圖們江流域的復(fù)雜多樣的濕地地物類(lèi)型及其分布，所以進(jìn)行識(shí)別濕地類(lèi)型的綜合解譯工作等時(shí)還需引入其他非遙感數(shù)

7、據(jù)，包括研究區(qū)地形圖、水系圖、土壤圖、dem圖等，以及實(shí)地記錄的濕地gps坐標(biāo)定點(diǎn)來(lái)輔助。以下是結(jié)合研究區(qū)的15萬(wàn)地形圖為參考數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別對(duì)1976、1986、1996、2006、2014年五個(gè)不同年份的landsat mss/tm/etm遙感影像圖預(yù)處理。（1）輻射定標(biāo)和大氣校正。利用envi的輻射定標(biāo)工具和landsat tm數(shù)據(jù)頭文件中的增益和偏移系數(shù)，對(duì)landsat tm進(jìn)行輻射定標(biāo)后再利用envi的flash大氣校正模塊對(duì)影像進(jìn)行大氣校正。（2）鑲嵌裁切處理。對(duì)影像進(jìn)行數(shù)字圖像鑲嵌后，基于地理坐標(biāo)，把鑲嵌后的影像通過(guò)建立研究區(qū)為范圍的掩模后進(jìn)行裁切，打開(kāi)envi4.5軟件導(dǎo)入

8、范圍矢量面文件，并加載到鑲嵌好的影像上，最后把感興趣區(qū)的影像裁切出來(lái)。（3）彩色合成。landsat mss用4、3、2（rgb），landsat tm用5、4、3（rgb），landsat etm 用7、5、3（rgb）的波段組合對(duì)遙感影像進(jìn)行彩色合成。（4）濕地信息提取。結(jié)合多年實(shí)地野外調(diào)查作為輔助資料，并根據(jù)濕地分類(lèi)體系，在人工目視選取解譯標(biāo)志后把經(jīng)過(guò)校正的影像圖用arcgis軟件打開(kāi)處理，得到本文所要研究的5個(gè)年代的濕地信息分布圖（圖1）。金雪梅，等：圖們江流域中朝兩側(cè)濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及預(yù)警endprint自然與生態(tài)3圖們江流域濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)3.1研究區(qū)指標(biāo)體系的選擇本研究引用苗承玉

9、基于景觀格局的圖們江流域濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)與預(yù)警論文中構(gòu)建的圖們江流域濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系11（表1）。3.2指標(biāo)數(shù)據(jù)的處理3.2.1ahp法確定指標(biāo)權(quán)重在psr模型基礎(chǔ)上，將各要素分為3個(gè)層次：目標(biāo)層（1個(gè)）、準(zhǔn)則層（3個(gè)）、指標(biāo)層（10個(gè)）。構(gòu)建目標(biāo)層和準(zhǔn)則層的判斷矩陣，并計(jì)算出對(duì)目標(biāo)層而言準(zhǔn)則層各指標(biāo)相對(duì)目標(biāo)層的重要程度，即權(quán)重。之后檢驗(yàn)一致性（一致性檢驗(yàn)cr<0.1，判斷矩陣具有一致性。）相同計(jì)算過(guò)程，計(jì)算出指標(biāo)層中各指標(biāo)的權(quán)重。3.2.2單因子評(píng)價(jià)本文單因子評(píng)價(jià)借鑒李永健使用邏輯斯蒂增長(zhǎng)曲線模型（又稱(chēng)自我抑制型曲線），對(duì)拉魯濕地13生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行的單因子評(píng)價(jià)：p=11+e（

10、a-b×r） （1）式（1）中，p表示單項(xiàng)指標(biāo)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)值，r表示單項(xiàng)指標(biāo)測(cè)度值。a、b均為常數(shù)。當(dāng)r=0.01時(shí)，p取近似值0.001；當(dāng)r=0.99時(shí)，p取近似值0.999，求得此時(shí)的方程中a和b的值分別是4.595和9.19，因此將所得值代入原式，可得到的最終單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)模型如：p=11+e（4.595-9.19×r）（2）p=1-11+e（4.595-9.19×r）（3）在單因子評(píng)價(jià)中求單因子指標(biāo)評(píng)價(jià)值時(shí)，如果指標(biāo)量值增加與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的增加方向相同時(shí)采用公式（2）；反之，則采用公式（3）。3.2.3生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)本文采用綜合評(píng)價(jià)法來(lái)計(jì)算圖們

11、江流域濕地生態(tài)安全度的等級(jí)。公式如下：由表2所示，19762014年圖們江流域濕地安全評(píng)價(jià)值逐年降低，由0.6881（比較安全）降級(jí)為0.4824（預(yù)警）。3.3整體流域及中朝兩側(cè)評(píng)價(jià)分析運(yùn)用上述對(duì)圖們江流域濕地生態(tài)安全的計(jì)算方法，可得出中朝兩側(cè)的濕地生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果（表3、4）。表3所示，19762014年間，圖們江流域朝鮮一側(cè)濕地安全評(píng)價(jià)值由0.708（比較安全）降低到0.4817（預(yù)警）。而中國(guó)一側(cè)濕地安全評(píng)價(jià)結(jié)果與朝鮮一側(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果相同，都是從0.7197（比較安全）降低到0.4868（預(yù)警）。但是朝鮮一側(cè)的評(píng)價(jià)值比中國(guó)一側(cè)評(píng)價(jià)值較低（表4）。3.4結(jié)果分析3.4.119762014年圖們江

12、流域濕地各類(lèi)型面積變化從整個(gè)圖們江流域來(lái)看， 2014年屬自然濕地的河流、湖泊、沼澤的面積，較1976年相比，分別減少了近 43.06%，7.44%，31.87%；屬人工濕地的水田面積減少了 1.55%，而人工湖的面積增加了391.97%（表5）。圖們江流域中國(guó)一側(cè)與朝鮮一側(cè)濕地類(lèi)型變化的特點(diǎn)（表6，7）。兩側(cè)變化共同：朝鮮一側(cè)屬自然濕地的河流與沼澤的面積，較1976年相比，2014年減少了43.48%、35.89%，中國(guó)一側(cè)減少了 42.88%、30.76%，人工湖的面積較1976年相比，2014年朝鮮一側(cè)增加了 76.52%，中國(guó)一側(cè)增加了 1122.91%。兩側(cè)變化差異：與1976年相比

13、，2014年朝鮮一側(cè)人工濕地水田面積急劇增加（49.76%），而中國(guó)一側(cè)水田面積減少了（10.28%）。自然濕地湖泊面積，朝鮮一側(cè)稍微減少（2.36%），而中國(guó)一側(cè)大幅度（56.4%）降低。綜合圖們江流域中朝兩側(cè)濕地類(lèi)型的變化可知，河流與沼澤的面積無(wú)較大變化，自然湖泊與人工湖的面積有較大變化。朝鮮一側(cè)人工濕地水田的面積隨時(shí)間的變化而增大，而中國(guó)一側(cè)先增大后減少。中朝兩側(cè)濕地不同類(lèi)型面積的變化使兩側(cè)濕地安全等級(jí)變化相同，但是評(píng)價(jià)值有差異。濕地安全評(píng)價(jià)值與植被覆蓋率（指標(biāo)權(quán)重排序?yàn)?位），斑塊面積（2位），人口密度（3位）有較大的關(guān)聯(lián)（表2、3、4）。3.4.219762014年圖們江流域濕地生態(tài)

14、安全評(píng)價(jià)結(jié)果分析（1）氣候。據(jù)朝鮮相關(guān)數(shù)據(jù)，圖們江流域朝鮮一側(cè)年平均氣溫1976年以來(lái)該地區(qū)氣溫和降水總體處于上升趨勢(shì)。近40年的年平均氣溫最高時(shí)增高了1.5，中國(guó)一側(cè)，根據(jù)2011年延邊統(tǒng)計(jì)年鑒資料中所記，自1960年以來(lái)，約50年間氣溫增長(zhǎng)2.27，而平均降水量有下降趨勢(shì)，氣溫變化作用于水面的蒸發(fā)過(guò)程，對(duì)降水產(chǎn)生影響，且濕地的主要水源補(bǔ)給是降水。朝鮮一側(cè)自1976年以來(lái)年平均降水量的變化為先降低，后升高；從整體上來(lái)看，圖們江地區(qū)氣候是由“冷濕”過(guò)渡到“暖干”。多雨期時(shí)容易發(fā)生洪澇災(zāi)害，破壞濕地的土壤、生物、水文等因素，使部分濕地結(jié)構(gòu)退化，濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性和功能的穩(wěn)定性受到不同程度的破壞

15、。（2）人口增長(zhǎng)。朝鮮一側(cè)人口密度19762014年間增加了約18%（表4）；中國(guó)一側(cè)（延邊州統(tǒng)計(jì)年鑒）人口數(shù)量自1978年至2009年的30年間人口增長(zhǎng)了將近43萬(wàn)人。圖們江流域中朝兩側(cè)人口快速增加，為了滿足增多的人口需求，居住用地、耕地面積增多，而濕地面積減少。中國(guó)一側(cè)中游地區(qū)建立延龍圖一體化和將發(fā)展琿春成為東北亞核心區(qū)域城市，加大了開(kāi)放力度，吸引國(guó)內(nèi)外投資進(jìn)行對(duì)該地區(qū)的建設(shè)和發(fā)展。（3）水利建設(shè)。中國(guó)一側(cè)，據(jù)相關(guān)資料（延吉市志和琿春市志）中介紹，1982年，圖們江下游地區(qū)的敬信鎮(zhèn)的龍山水庫(kù)的建設(shè)，截?cái)嗔藘?nèi)流區(qū)的外泄通道，使原有的湖泊萎縮、沼澤化，而沼澤變干，天然濕地的面積大大減少；200

16、3年，延吉市海蘭江建立了民俗村和高爾夫球場(chǎng)，海蘭江下游地帶因遭到人為攔截形成湖泊。又在其上游建造大新水庫(kù)，使得河流流量減少。（4）農(nóng)田開(kāi)墾。朝鮮為應(yīng)對(duì)20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始的經(jīng)濟(jì)危機(jī)和數(shù)次自然災(zāi)害加劇的經(jīng)濟(jì)困難，特別是食物短缺問(wèn)題，不得不采伐大量森林資源，造成森林資源大量損失，森林覆蓋率降低了10.1%。2007年的耕地面積自1980年來(lái)的30年間耕地面積多出一倍。中國(guó)一側(cè)在20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，經(jīng)濟(jì)因素影響比較突出，在該地區(qū)種植業(yè)的收入遠(yuǎn)大于林業(yè)和畜牧業(yè)，又因?yàn)?0年代糧價(jià)上漲，部分天然濕地被開(kāi)墾成農(nóng)田11。如圖們江下游中國(guó)一側(cè)的敬信濕地的幾個(gè)泡子因?yàn)楸緟^(qū)居民的圍墾，造成潛水泡沼消失，

17、使得當(dāng)?shù)貪竦赝嘶ndprint4圖們江流域濕地生態(tài)安全預(yù)警與上文所述一致，19762014年間，圖們江流域濕地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)值逐年降低。根據(jù)19762014年圖們江流域濕地生態(tài)安全指數(shù)值，以gm（1，1）模型來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)20年的圖們江流域濕地生態(tài)安全14。4.1gm（1，1）預(yù)測(cè)模型圖們江流域濕地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，原始數(shù)列和預(yù)測(cè)模型如下：原始數(shù)列：x（0）=x（0）（1），x（0）（2），x（0）（3），x（0）（4），x（0）（5）=（0.6881，0.6389，0.5578，0.5184，0.4824）時(shí)間響應(yīng)式：（1）（k+1）=-7.0056 e-0.094k-7.69

18、37（0）（k+1）=（1）（k+1）-（1）（k）4.2預(yù)測(cè)模型精度檢驗(yàn)對(duì)上文建立的預(yù)測(cè)模型精度檢驗(yàn)是以灰色預(yù)測(cè)精確度檢驗(yàn)等級(jí)表為基礎(chǔ)進(jìn)行的如表8所示15。5結(jié)論本文利用圖們江流域1976年、1986年、1995年、2006年、2014年的衛(wèi)星影像資料（landsat mss，tm，etm），獲取濕地信息，并分別對(duì)該流域整體、中朝兩側(cè)的濕地安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)兩側(cè)濕地安全分析比較。又基于gm（1，1）模型對(duì)圖們江流域濕地未來(lái)20年的安全進(jìn)行預(yù)測(cè)。所得結(jié)果如下。（1）19762014年間，圖們江整體流域濕地安全等級(jí)由比較安全降到預(yù)警狀態(tài)。原因是在此期間圖們江流域自然濕地面積減少，人工濕地面積增加，

19、植被覆蓋率降低。（2）19762014年間，圖們江流域朝鮮一側(cè)濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)值比中國(guó)一側(cè)逐年降低。原因是朝鮮一側(cè)人口密度比中國(guó)一側(cè)高，受人類(lèi)活動(dòng)影響的人工濕地，特別是農(nóng)田面積急劇增加，森林植被覆蓋面積大幅度減少。相反，中國(guó)一側(cè)農(nóng)田面積減少，森林覆蓋面積變化不大。（3）圖們江流域之后20年的濕地生態(tài)安全預(yù)測(cè)結(jié)果是：未來(lái)20年整個(gè)圖們江流域和中國(guó)一側(cè)的濕地生態(tài)安全都仍處于預(yù)警狀態(tài)，但生態(tài)安全評(píng)價(jià)值大小下降；朝鮮一側(cè)則從預(yù)警狀態(tài)降到中度預(yù)警狀態(tài)，濕地生態(tài)安全有惡化趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)：1wang geng ，wu wei.analysis on the evolving mechanism and co

20、urse of region ecological safetyj .china safety science journal，2007，17（1）：1621.2international institute for application system analysis.modeling land / cover change in europe and northern asiar.laxenburg，austria： iiasa，1998.3崔勝輝，洪華生，黃云鳳，etal. 生態(tài)安全研究進(jìn)展 j. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（4）：861868.4陳星，周成虎.生態(tài)安全：國(guó)內(nèi)外研究綜述 j. 地理科學(xué)