红树林生长于热带、亚热带低能海岸的潮间带，其在抗御台风、促淤造陆、保护堤岸、海水净化等方面具有不可取代的地位。全球红树林在1980—2000年间减少了约35%，衰减速度快于热带雨林和珊瑚礁(MA，2005；Duke et al.，2007)。我国现有红树林2.2 万hm²，不足20 世纪50年代的一半以及曾经分布面积的十分之一(国家林业局，2009)，其中海南岛的红树林减少了约62%，当前仅在海口、文昌、澄迈、儋州和三亚等少数区域分布，且多处于退化状态(王文卿等，2007)。红树林资源监测是资源管理、保护政策制定和退化生态系统修复的决策基础，受立地条件限制，遥感是当前红树林资源监测的主要手段。国内外学者基于遥感数据在红树林分类制图(Everitt et al.，2008；Giri et al.，2011;Heumann，2011)、资源动态(黎夏等，2006；Giri et al.，2007；张怀清等，2008；闫静等，2012)及驱动力分析(崔丽娟等，2010；赵峰等，2011)等方面开展了相关研究，对于红树林资源动态的空间量化研究相对较少(李春干等，2012)。

红树林是典型的生态过渡区，受海洋和陆地生态系统共同作用。来自海洋方面的影响包括潮汐、环流、海平面变化等，陆地方面则受到不同尺度上自然和人类活动的影响，其中人类活动引起的土地利用/覆盖变化(LUCC)对森林、湿地等自然生态系统的影响包含从基因到景观的各级组织层次(Vitousek，1994)。红树林除了被直接转换为其他土地利用类型外，LUCC还通过改变流域内的土壤侵蚀和径流，影响下游的沉积、物质循环、水动力等生态过程而间接影响红树林。选择海南省文昌市清澜港湾周边为研究区域，结合多期遥感影像、红树林资源分布及地面调查数据，基于变化轨迹分析，量化了红树林景观变化过程和时空动态，并结合港湾周边LUCC阐明清澜港湾周边景观变化驱动力，为红树林资源的保护性规划和健康生态系统恢复提供依据。

研究区位于海南省文昌市东南的清澜港湾(又称八门湾)及周边地区(图 1)。清澜港湾是一个坐北朝南的泻湖港湾，其深入内陆，形成口窄内宽的漏斗状，湾口向东南敞开。北部有文昌江、文教河、横山河等8条大小河流汇入湾内，沿岸淤泥深厚，风浪微弱，是典型的泻湖-河口湿地生境。属于热带季风海洋性气候，平均最低气温18 ℃，最高28.3 ℃，年均温24 ℃，年均降水量2 000 mm左右。该地区为正规的日潮，潮间带较宽，最高潮位2.38 m，最低潮位0.01 m，平均潮差0.75 m。

	图 1 研究区位置 Fig. 1 Location map of the study area

清澜港湾里生长着全国最高大的红树林，是我国红树植物天然分布最多的地区。据调查，红树植物有16科18属24种(海南省共26种，全国28种，世界86种)，主要树种有杯萼海桑(Sonneratiaalba)、海莲(Bruguiera sexangula)、榄李(Lumnitzeraracemosa)、银叶树(Heritiera littoralis)、海漆(Excoecaria agallocha)、白骨壤(Avicennia marina)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、角果木(Ceriopstagal)、海桑(S. ovata)、卤蕨(Acrostichum aureum)等。该地是海南海桑(S. hainanensis)的唯一分布区，它作为国家二级保护植物被《中国生物多样性保护行动计划》列入“植物种优先保护名录”，与水椰(Nypa fruticans)、拟海桑(S. paracaseolaris)、木果楝(Xylocarpus granatum)一起被列入《中国植物红皮书》。

采用数据包括：Landsat TM影像3幅(成像时间1987-06-22、2000-07-27、2010-07-07)，Google地图，1992年地形图(1：10 000，1：50 000)和清澜港省级自然保护区红树林资源分布图(基于2004年SPOT 卫星影像解译)及2011年实地调查资料。在ERDAS IMAGINE9.2 软件中基于1：50 000地形图对经过大气辐射校正的卫星影像进行几何精校正，误差控制在0.5个像元内。本研究以在1992年1：50 000 地形图上提取的清澜港湾海堤或海岸线向外缓冲10 km，基于此对遥感影像进行掩膜处理，裁剪后的范围(图 1)用于分析周边土地利用/覆盖动态。

1)红树林及周边土地利用信息提取采用基于知识的分层遥感信息提取法。通过ERDAS IMAGINE9.2 软件，结合2011年实地调查数据、红树林资源分布图、Google 地图和当地专家经验知识，针对各类地物信息的特点单独提取，最后对地物信息分层叠加得到最终分类结果。分析过程中参考了改进的水体指数MNDWI(Xu，2006)、归一化建筑指数IBI(徐涵秋，2011)以及归一化植被指数NDVI 的提取方法。每层处理时，只针对单一目标，提高了每类目标和最终信息的提取精度。土地利用分类参照全国《土地利用现状调查技术规程》并结合实地情况，对2010年影像划分为林地、耕地、建设用地、未利用地、水域、养殖塘和红树林等7 类，分类结果用采样点验证的精度达92%。采用多时相连续对比法，依次获取2000，1987年土地利用分类图，设定最小成图单元为4个像元，结合土地利用转移矩阵进行驱动力分析。

2)红树林变化率通过面积年变化R(Liu et al.，1993；FAO，1995)和年变化率r(Puyravaud，2003)计算，可以分析单位时间内景观变化程度。本研究中用于定量描述某时间段内红树林面积变化特征。

式中：t₁，t₂分别为起止时间年，A_i1，A_i2对应t₁，t₂年时的红树林面积。

3)红树林变化轨迹变化轨迹可用于景观变化过程分析，对景观变化的空间位置可以基于像元计算的转移图谱进行空间显式表达(Munroe et al.，2004；Hietel et al.，2004；刘珍环等，2010)。在ERDAS9.2软件中，首先把土地利用类型归为红树林(m)与非红树林(n)两类，对1987，2000和2010年的三期分类图进行栅格运算，共生成8种变化轨迹类型(m-m-m，n-m-m，n-n-m，m-n-m，n-n-n，m-n-n，n-m-n，m-m-n)。以m-n-m 为例，表示在1987，2000和2010年时的土地利用类型分别为红树林、非红树林和红树林。

根据研究区TM遥感影像提取的1987，2000，2010年红树林面积分别为1 835，1 323，1 147 hm²。1987—2010年间，红树林持续减少了688 hm²，约为1987年分布面积的37%，红树林面积的年变化及年变化率分别为29.9hm²·a^-1和-2.0%。表 1 可以看出，2个时段内红树林面积变化的程度不同：在1987—2000年间减少达到512 hm²，年变化为39.4 hm²·a^-1，变化率-2.5%；自2000—2010年期间，红树林减少面积175 hm²，红树林面积年变化和年变化率分别降低到17.6 hm²·a^-1和-1.4%。

表 1 红树林在不同时期的面积变化 Tab.1 Area change of mangrove in different period

表 1 红树林在不同时期的面积变化 Tab.1 Area change of mangrove in different period 时间段Period 面积变化Area change/hm2 年变化R Annual change/(hm2•a-1) 年变化率r Annual rate of change (%) 1987—2000 512 39.4 -2.5 2000—2010 175 17. 6 -1.4 1987—2010 688 29.9 -2.0

变化轨迹分析(表 2)表明：现存的红树林由4种变化类型组成，其中以稳定型(m-m-m)的面积最大约697hm²，占2010年资源总量的61%，即自1987年以来研究区61%的红树林面积保持稳定。n-n-m，n-mm，m-n-m 类型的面积分别为169，148，139 hm²。

表 2 各景观变化轨迹类型描述 Tab.2 Landscape change trajectories and their descriptions

表 2 各景观变化轨迹类型描述 Tab.2 Landscape change trajectories and their descriptions 类型Type 描述Description 面积Arez/hm2 n-n-n 稳定的非红树林地Stable non-mangrove forest - n-n-m 2000年后新增加的红树林Recent mangrove forest regrowth after 2000 169 n-m-n 1987年为非红树林，2000年为红树林，之后为非红树林Mangrove forest regrowth with new clearing 243 n-m-m 1987年之后，2000年之前增加的红树林Old and permanent mangrove forest regrowth 139 m-n-n 1987年之后减少的红树林Old and permanent mangrove forest clearing 710 m-n-m 1987年为红树林，2000年为非红树林地，之后为红树林Old mangrove forest clearing with regrowth 148 m-m-n 2000年之前为红树林，之后成为非红树林Recent mangrove forest clearing after 2000 214 m-m-m 稳定的红树林Stable mangrove forest 697

图 2 可以看出，稳定型红树林m-m-m 主要集中在清澜港湾西北部文昌江入湾口区域，这也是清澜港红树林自然保护区中保护面积最大且相对完整的区域；清澜港湾北缘的红树林呈狭长带状东西向分布，文教河入湾口以及清澜港湾出海口也有成片分布的稳定类型红树林。n-m-m，n-n-m 类型分别是1987年和2000年之后增加的红树林，主要分布于西部核心区文昌江入湾口竹苑村附近稳定红树林斑块的外缘，其他则以小斑块的形式分布在稳定红树林类型内部。曾经有红树林分布的3种类型中，m-n-n面积约710 hm²，主要是1987年以后红树林减少的区域，集中分布于文教河、文昌江以及后丹溪的河口附近，以文教河入湾口所占比例最大；2000年之后减少的红树林类型m-m-n 主要分布于m-n-n 类型的边缘，这是资源持续减少的表现。n-m-n 类型则分布于靠近陆地的边缘，而m-n-m 类型斑块状镶嵌在其他类型之中。

	图 2 红树林景观变化轨迹空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of change trajectories of mangrove landscape

土地利用/覆盖变化是红树林景观变化过程及驱动力分析的基础。研究区1987—2010年间，林地、建设用地和养殖塘面积增加，而耕地和红树林减少(图 3，4)。各土地利用类型的景观变化在不同时期存在差异(图 5)，其中林地、建设用地在2000年后增量明显，耕地持续减少且以2000年后更为明显，养殖塘在2000年后的增速变缓，其中靠近红树林的近海养殖塘面积在1987，2000，2010年分别为594，1 642，2 192 hm²，未利用地表现为先增加后减少总体下降，包括河流、水库在内的水域面积变化不大。

	图 3 1987-2010年红树林周边土地利用动态 Fig. 3 Dynamics of land use category from 1987 to 2010

	图 4 研究区1987-2010年土地利用类型变化 Fig. 4 Pattern change of each land use category from 1987 to 2010

	图 5 研究区1987-2010年土地利用类型面积变化率 Fig. 5 Change rate of each land use category from 1987 to 2010

1987—2000年和2000—2010年2个时段的土地利用转移矩阵分析(表 3)表明：1987—2000年期间，林地主要转出类型为耕地、建设用地，转移概率依次是27.4%，3.5%，转向耕地的幅度最大；耕地转出类型主要为林地和未利用地，并有小部分转为建设用地和养殖塘，转为养殖塘的部分主要分布在研究区北部；此间转为林地的建设用地占28.2%;未利用地转出类型呈多元化，其中54.5%的面积转向林地；水域主要转为养殖塘和红树林；养殖塘主要转为耕地和红树林；44.6%的红树林转出为养殖塘、耕地和水域，其中养殖塘占24%。可见，林地和耕地、林地和建设用地、林地和未利用地之间相互转换较多，红树林、养殖塘和水域之间转换较多。

表 3 1987-2010年土地利用类型面积比例转移矩阵 Tab.3 Conversion matrix of land use changes from 1987 to 2000 and from 2000 to 2010

表 3 1987-2010年土地利用类型面积比例转移矩阵 Tab.3 Conversion matrix of land use changes from 1987 to 2000 and from 2000 to 2010 % 土地利用类型Land use category 林地Forestland 耕地Farmland 建设用地Construction area 未利用地Unused area 水域Water 养殖塘Aquiculture pond 红树林Mangrove 1987-2000 2000-2010 1987-2000 2000-2010 1987-2000 2000-2010 1987-2000 2000-2010 1987-2000 2000-2010 1987-2000 2000-2010 1987-2000 2000-2010 林地Forestland 66.0 77.0 27.4 12.4 3.5 8.1 1.5 0.8 0.5 1.1 1.2 0.6 0.0 0.1 耕地Farmland 18.7 47.5 66.8 40.0 2.8 4.5 5.4 1.8 1.4 3.4 2.2 2.6 0.3 0.1 建设用地Construction area 28.2 12.1 0.0 0.2 69.5 86.6 0.1 0.4 0.1 0.6 0.9 0.1 0.0 0.0 未利用地Unused area 15.9 42.5 54.5 41.8 4.5 5.5 15.6 6.5 6.4 2.6 0.4 1.2 1.0 0.0 水域Water 0.3 0.9 0.7 2.8 0.4 1.4 0.3 0.9 94.7 91.0 2.6 2.2 0.8 0.8 养殖塘Aquiculture pond 0.1 3.7 3.2 4.8 0.0 1.4 0.0 0.8 0.2 3.9 92.6 80.6 4.0 4.8 红树林Mangrove 0.0 3.5 15.3 3.3 0.7 1.0 0.2 0.2 4.5 6.9 24.0 17.2 55.4 68.0

2000—2010年间，林地转出概率为23%，主要转向耕地和建设用地，转移概率依次是12.4%和8.1%；60%耕地面积转出，其中转为林地部分占47.5%，4.5%转出为建设用地；12.1%建设用地转为林地；未利用地面积有90%以上转出，其中转向林地和耕地面积占84.3%，5.5%转为建设用地；水域变化幅度不大，主要转为耕地和养殖塘，转为红树林的面积占0.8%；养殖塘主要转为耕地、红树林、水域和林地，总转出占19.4%；32%的红树林主要转向养殖塘和水域。可见，林地和耕地、林地和建设用地之间相互转换较多，未利用地主要转为林地和耕地，该时段内红树林的减少依然是由于其被转换为养殖塘。

清澜港湾是一个泻湖类型港湾，红树林带状镶嵌在港湾边缘，仅在河口位置的分布相对较宽，研究区红树林植株高大，所选影像成像时刻的潮位(表 4)低于或略高于平均海平面，潮汐不能淹没低潮带上红树林林冠，因此从遥感影像上提取的红树林覆盖信息不受潮汐的影响，可用于不同时期上资源变化对比分析。变化轨迹分析表明:除研究区西部文昌江口下游外，红树林向海边缘缺少更新，这也侧面反映出研究时段内该区域的红树林的自然更新力或向海推进的动力不足。魏筱芳等(1995)基于历史海图和早期的遥感数据对该区域红树林动态变化分析表明:1964—1990年间新生红树林类型较少，在稳定类型边缘分布得更少。本研究2011年的实地调查也验证这一结论，说明该区域红树林向海扩展动力不足，表现为衰退状态。

表 4 研究区1987，2000和2010年潮汐信息^① Tab.4 Tide data of the study area in 1987, 2000 and 2010

表 4 研究区1987，2000和2010年潮汐信息① Tab.4 Tide data of the study area in 1987, 2000 and 2010 成像时间Imaging time 潮高Height of tide/cm 2:00 3:00 1987-06-22,2:23 68 78 2000-07-27,2:36 92 106 2010-07-07,2:49 91 104

1987—2010年间，清澜港湾红树林持续减少，以2000年之前减少最多，减少部分主要分布于河流的入湾口；土地利用转移矩阵表明:这些区域的红树林主要转化为养殖塘，因此围垦养殖是清澜港湾红树林减少的根本原因，这与我国其他地区红树林减少的原因一致(王文卿等，2007)。自1987年后增加的红树林分布在稳定斑块内部，主要是由于政策影响下的退塘还林和群落内部的自然演替。清澜港省级红树林保护区成立于1981年，近年来随着国家和地方层面对于红树林资源保护力度的加强，大规模毁林情况基本得到遏制，但红树林保护性规划实施力度以及红树林湿地生态恢复工程的资金投入不足，资源继续呈现衰退的趋势。

1987—2010年林地面积持续增加，与近年来文昌市大力实施的退耕还林、钛矿地造林、速生丰产林和海防林等重点造林项目密切相关。土地利用转移矩阵表明:建设用地主要由林地和耕地类型转化而来，其中2000—2010年间城乡建设用地、道路交通用地和港口用地规模不断扩大，主要占用林地和耕地。居住用地林地覆盖增加是建设用地“逆转”为林地的原因。未利用地与其他类型的动态受作物生产和建设开发阶段的影响，是一种混合类型的土地利用类型。近海养殖塘主要来自于靠近河口和海岸的红树林等自然湿地和部分耕地转化而来，研究区北部华侨农场附近的养殖塘则主要来自于政策刺激下在耕地上筑塘养殖规模的扩大。由于研究区遥感影像中1987，2000，2010年的云量占比很低，分别为0.2%，1.5%，0，且没有云层覆盖红树林分布区域，因此没有分析与其他类型之间的“转化”。

海平面上升已经成为气候变化背景下红树林发展的主要威胁(Gilman et al.，2008)。2011年中国海平面公报显示，海南沿海的海平面近年来总体处于历史高位，2011年沿海海平面比常年高100 mm，比2010年高16 mm，其中东部沿海各月海平面均高于常年同期。公报预计2050年，海南沿海海平面将比常年升高150 ～ 230mm，由于海南沿岸的砂质海岸超过40%，海平面上升加剧了海岸侵蚀程度。调查发现，海平面上升的直接威胁就是潮汐作用下对红树林边缘滩涂的冲击和侵蚀作用，这种现象在清澜港湾北部边缘的表现最为突出，如排港村附近的角果木群落边缘的根系直接裸露并导致死亡。这些地区的另外一个特点是远离大型河流的河口，而且原有河流断流或输沙能力几近丧失，红树林更新能力明显不足。

土地利用变化影响土壤侵蚀进而影响流域的河川径流(Zhan et al.，2011；Adnan et al.，2011)、物质循环(Sowana et al.，2011)过程。文昌江和文教河是流入清澜港湾的2条主要河流，其中文教河全长51km，流域面积523 km2，文昌江全长49 km，流域面积达345 km2，泥沙在河流、潮汐和红树林的共同作用下在清澜港湾沉积，形成了适宜于红树林生长的滩涂。流域内植被覆盖以及堤坝、水库建设以及湖泊、河流等天然湿地类型的转变以及城乡聚居模式变化均影响径流。此外，富营养化和重金属污染是威胁红树林的重要因子(Agoramoorthy et al.，2009；Vane et al.，2009)。清澜港湾西部文昌城区是快速城市化地区，距离红树林仅4 km，北部和东部是典型的农村用地类型。调查发现，红树林周边的河流等天然湿地成为城市污水、工农业废水的承泄区，加之周边农业生产的化肥、农药和除草剂的使用以及养殖塘的排污加重了红树林湿地的环境承载，有机物、重金属污染程度加重。因此结合林下沉积物的溯源分析，一定程度上可以反演沉积过程并建立与红树林的相互作用关系。

自2005年中共海南省委省政府发布《关于加快发展海洋经济的决定》和2009年国务院发布《关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》以来，清澜港湾周边的旅游开发激增。在方便市民游憩，增加生态环保意识的同时，也给红树林湿地管理和保护带来了多层次的挑战，其中包括影响水禽、底栖生物栖息地(张国钢等，2008)以及直接影响到红树林自然更新(何琴飞等，2012)等。相关资料显示，受过度捕捞和浅海渔业资源下降的影响，周边渔民的生产生活方式发生改变，基于旅游服务功能的建设用地规模在红树林周边迅速扩张，与红树林资源保护的矛盾日益突出。

1)清澜港湾红树林资源动态1987—2010年间，清澜港湾红树林面积减少了37%，减少部分主要分布于河流的入湾口，且以2000年之前的损失量和损失速率最大。在海平面上升和人为强烈干扰影响下，清澜港湾红树林处于衰退状态，表现为仅在有泥沙持续输入的河流入湾口区域能够向海扩展，更新演替主要出现在稳定红树林斑块的内部，靠近港湾的红树林林缘多数缺少林下更新，其向海扩展的动力不足。

2)清澜港湾周边土地利用变化及驱动力城市化和旅游开发背景下，清澜港湾周边的城乡建设用地规模迅速扩张，在退耕还林等国家政策的影响下林地增加显著。到2010年时，清澜港湾周边耕地面积仅为1987年的49%，而林地、建设用地分别比1987年增加58%，191%。包括河流、水库在内的淡水水域总体变化不大。研究区北部区域持续增加的养殖塘面积主要来自于耕地上的筑塘养殖，2010年时邻近清澜港湾的养殖塘面积分别为1987年和2000年的3.7 倍和1.3 倍，增加部分主要来自2000年之前对红树林的破坏，围垦养殖是清澜港湾红树林减少的根本原因。