三江源区域位于青藏高原腹地，区内高寒湿地分布密集，是长江、黄河及澜沧江的发源地，对我国甚至亚洲的水安全有重要的意义。近几十年来，在气候变化和人为活动影响下，三江源区内湿地不断退化，与20世纪50年代相比，鄂陵湖水面降低近60 cm，平均每年下降2.3 cm(景可等, 1982)；雀莫错湖湖面己缩小近1/2(孙广友等，1995)；乌兰乌拉湖现已分离为5个小湖泊，并发育了多级湖滨阶地(陈桂琛等，2002)；长江、黄河源区的湿地面积从1986年的18 530.56 km²减少到2000年的15 785.80 km²，共减少2 744.76 km²，平均减少率为每年1.2%，其中高寒沼泽地和高寒泥炭沼泽的年减少率尤为显著，分别为2.1%和4.6%(潘竟虎等，2007)。20世纪70年代以来，三江源区内湿地总面积大幅萎缩，净减少量高达375.14 km²，以治多县、玛多县和曲麻莱县内分布的湿地退化最为严重(徐新良等，2008)。

国内外专家学者利用遥感方法进行湿地动态变化的研究已经开展很多，其研究方法基本一致，在宏观、中观尺度湿地动态变化研究方面主要以TM遥感影像数据为主，在微观湿地动态变化研究方面辅以SPOT，QUICKBIRD等遥感影像数据，有的研究还增加气候数据和社会经济数据，结合地理信息系统和全球定位系统，进行湿地信息的提取与分析，如Kleinod等(2005)利用1990，2001年2期TM遥感影像数据，分析了德国北部Eider-Treene-Sorge lowland湿地植被动态变化；Lee等(2009)利用TM，SPOT，QUICKBIRD遥感影像数据，分析了台湾danshui江河口红树林湿地植被类型的动态变化特征；Vinliam等(2005)利用2期TM遥感影像数据，对吉林省霍林河流域下游地区的景观动态变化做了系统研究。我国学者张志锋等(2003)利用TM，IRS遥感影像数据，结合Arc/View，对北京市野鸭湖1998，2000和2002年的湿地动态变化信息进行了遥感提取研究；张洪岩等(2005)利用TM遥感影像数据、多个气象站数据和社会经济数据，对不同时期向海湿地信息遥感提取及动态变化做了定量分析；谷东起等(2005)利用多期航空遥感数据、TM遥感影像数据，以Mapinfo为平台，对澙湖湿地近50年景观格局进行了分析；王丹丹等(2006)利用多期TM遥感影像数据，以ArcGIS为平台，对松嫩平原西部沼泽湿地景观格局及其动态变化进行了遥感定量研究。但三江源高寒湿地在此方面的研究还比较肤浅，本文系统、科学、深入分析三江源区湿地变化趋势，为更好地保护和利用源区湿地资源提供科学依据。

1 研究地概况

研究地为青海省治多县和曲麻莱县境内的索加-曲麻河自然保护区，地理位置92°47′—95°00′E，33°34′—35°51′N，东西长195 km，南北宽190 km，总面积2.6万km²。属典型的高原大陆性气候，夏季短促，冷季漫长，无绝对无霜期，年平均气温为-2.5 ℃，年均降水量约为400 mm，海拔4 230~5 600 m。是长江、黄河源区的重要组成部分，河流纵横，楚玛尔河、通天河、色吾河、约古宗列曲、巴木曲、牙扎曲等长江、黄河干流支系纵横交错，融汇贯通，湖泊星罗，水资源极为丰富。自然条件空间分异性强，生态环境复杂、地广人稀，分布有大量的野生动、植物资源，主要植被类型为紫花针茅(Stipa purpurea)、牛耳凤毛菊(Saussurea woodiana)、矮火绒草(Leontopodium nanum)等高寒草甸植被，和以藏嵩草(Kobresia tibetica)、矮嵩草(Kobresia humilis)为主的沼泽植被，还分布有冬虫夏草(Crodyceps sinensis)、知母(Anemarrhena asphodeloides)、贝母(Fritillaria spp.)、蕨麻(Potentilla anserina)、雪莲(Saussurea involucrata)等名贵药材；主要的野生动物包括藏羚羊(Pantholops hodgsoni)、雪豹(Panthera uncia)、白唇鹿(Cervus albirostris)、野牦牛(Bos mutus)、藏原羚(Procapara picticaudata)、狐狸(Vulpes spp.)、岩羊(Pseudois spp.)、盘羊(Ovis ammon)、藏野驴(Equus kiang)、雪鸡(Tetraogallus spp.)、麝(Moschus spp.)、黑颈鹤(Grus nigricollis)、金雕(Aquila chrysaetos)等珍稀野生动物；主要的野生动物包括藏羚羊、雪豹、白唇鹿、野牦牛、藏原羚、狐狸、岩羊、盘羊、藏野驴、雪鸡、麝、黑颈鹤、金雕等珍稀野生动物；主要土壤类型为高原草原土、高原草甸土和高原沼泽土。

2 材料与方法 2.1 材料

研究材料包括覆盖研究区的TM遥感影像数据9景，每景有7个波段，空间分辨率为30 m；各景影像的轨道编号和获取日期见表 1。还有2008年调查的652块样地数据以及1:10万地形图、1:10万湿地分布图和1:10万植被分布图数据。

2.2 方法 2.2.1 遥感影像预处理

为了消除因气候、地形以及传感器等对遥感影像空间位置准确度和光谱真实性的影响，对遥感影像进行了辐射校正、几何校正和正射校正。其中辐射校正由中国科学院卫星地面接收站完成，几何校正采用二次多项式法，正射校正采用地形高程模型(DEM)法(邹文涛等，2010)。

2.2.2 样地调查

2008年在索加-曲麻河区域进行652个样地的野外调查，利用GPS对研究区内分布的各种地物类型进行定位，重点调查地物类型及植被盖度、高度等。定位时现场通过GPS记录地物地理坐标，在外业图上勾绘出边界标记。

2.2.3 遥感分类

1) 分类系统根据研究区的野外样点调查资料，结合已有相关研究成果(刘纪远等，2005)等和《湿地公约》及《全国湿地资源调查与监测技术规程》，将研究区土地覆盖类型分为河流、湖泊、低盖度草地、中盖度草地、高盖度草地、沼泽地、河滩地、裸岩石砾地、沙地等9类。2) 分类方法采用决策树分类法进行分类，支撑分类的因子有经缨帽变换的绿度、亮度、湿度和归一化差异水体指数(NDWI)，通过对本区域主要地类光谱特征分析及不同地类在特征量上阈值的确定，建立高寒湿地遥感分类决策树模型，运行决策树模型，得到分类结果(邹文涛等，2010)。

2.2.3 景观指数计算

1) 景观指标确定景观指数是指可高度浓缩景观格局信息、反映景观结构组成和空间配置某些方面特征的定量指标，能够对景观结构的组成和动态变化进行量化描述。景观格局特征可以在3个层次上分析：单个斑块；由若干同地类斑块组成的斑块类型；包括若干斑块类型的整个景观镶嵌体(邬建国，2000)。因此，景观格局指数也可相应地分为斑块水平指数、斑块类型水平指数以及景观水平指数。斑块水平指数以单个独立的斑块为研究对象，相对孤立，在景观的意义上不具有很强的解释性，本研究内容为斑块类型水平和景观水平。现有的景观指数非常多，其中许多指数之间存在较大的相关性, 在分析已有景观指数相关性及应用原则研究成果(Riitters et al., 1995；Lioubimtseva, 2003；陈文波等，2002；申卫军等，2003；赵文武等，2003；常学礼等，2003；布仁仓等，2005)的基础上，结合本研究目的，确定斑块类型水平指数和景观水平指数的计算方法如下。

① 斑块类型水平指数斑块总面积(total area，TA):

(1)

式中：a_ij表示i地类中j斑块的面积；n表示j类型中所有斑块数。

斑块边缘总长度(total edge, TE)：

(2)

式中：E表示景观中某地类类型所有斑块边界总长度。

斑块数量(number of patches, NP)：

(3)

式中：n表示同一地物类别中的所有斑块数量。

斑块平均面积(average area, AA)：

(4)

式中：TA为某一类型斑块总面积；n为某一类型图斑总数。

斑块平均周长(average edge, AE)：

(5)

式中：TE为某一类型斑块边缘总长度；n为某一类型图斑总数。

斑块密度(patch density, PD)：

(6)

式中：n表示同一景观类型中的斑块数；A表示景观总面积。

斑块边界密度(edge density, ED)：

(7)

式中：e_k表示同一地物类型中第k个斑块的周长；m表示类型中的斑块数量；A表示景观总面积。

斑块聚集度(aggregation index, AI)：

(8)

式中：g_ii表示基于single-count方法计算所得的同一地类中栅格之间相似连接点的个数；maxg_ii表示同一地类中栅格间最大相似连接点个数；P_i为第i种地物类型面积与景观总面积之比。

② 景观水平指数香侬多样性指数(Shannon's diversity index, SHDI):

(9)

式中：P_i为第i种地类面积与景观总面积之比；m为该景观包含的类型总数。

香侬均匀度指数(Shannon's evenness index, SHEI)：

(10)

式中：P_i为第i种地类面积与景观总面积之比；m为该景观包含的类型总数。

斑块聚集度(aggregation index, AI)：

(11)

式中：g_ii表示基于single-count方法计算的同一类中栅格间相似连接点的个数；maxg_ii表示同一地类中栅格之间最大相似连接点个数；P_i为第i种景观类型面积与景观总面积之比。

2) 景观特征描述斑块的聚集度说明斑块的离散程度，越小越离散分布；斑块边界密度、边缘总长度、平均周长说明斑块的规则程度或复杂性，越小越规则；斑块面积说明在各类型中的组分；斑块平均面积、斑块数量、密度说明斑块破碎度。

香侬多样性指数能够反映景观总体的异质性水平，尤其对整体景观中所有斑块类型非均衡分布状况表现较为明显，强调稀有斑块类型的贡献作用；香侬多样性指数对同一景观整体在不同时期的多样性和异质性变化也较为敏感。香侬均匀度指数则可以比较不同景观或同一景观不同时期多样性的变化；当香侬均匀度指数取值较小时，说明该景观整体受到一种或少数几种优势地类的支配；香侬均匀度指数取值接近1时，表明景观中没有明显的优势地类，并且各地类在景观中均匀分布。聚集度指数可用来反映景观斑块之间的团聚程度，在景观全局水平上，景观聚集度指数表现景观中所有斑块的分布情况。

3 结果与分析 3.1 各类型面积动态变化 3.1.1 各类型面积构成变化趋势

根据遥感影像分类结果，得到索加-曲麻河区域1990，1997和2007年3期不同地类面积统计结果(图 1)。

统计结果表明，1990年各类型面积从大到小的排序为低盖度草地(40.78%)、中盖度草地(26.28%)、高盖度草地(14.46%)、沼泽地(7.55%)、裸岩石跞地(4.81%)、河流(3.51%)、河滩地(1.50%)、沙地(0.58%)、湖泊(0.53%)；1997，2007年各类型面积从大到小的排序与1990年相同，具体比例为：40.72%，23.50%，17.05%，7.22%，5.17%，3.90%，1.13%，0.84%，0.46%；36.48%，27.04%，18.31%，6.29%，5.25%，3.20%，1.65%，1.30%，0.49%。说明各类型在该区域所占空间大小的比例相对稳定。

3.1.2 各类型面积增减变化趋势

从图 1中可清楚看出各类型的变化趋势，1990—2007年间，尽管各类型的面积比例排列顺序没有变化，但各种类型的实际面积随时间的变化产生了不同程度的变化，其中河流、湖泊、低盖度草地、沼泽地4种类型的面积呈下降趋势，分别减少8.87%，8.29%，10.56%和16.73%，中盖度草地、高盖度草地、河滩地、裸岩石砾地和沙地5种类型呈上升趋势，分别增加2.90%，26.62%，10.37%，9.12%和123.58%。减少幅度最大的是沼泽地，增加幅度最大的是沙地。

从统计结果可知，1990—2007年的近20年间，河流、湖泊、沼泽地等湿地面积明显减少，从1990年的360 630.02 hm²减少到2007年的320 309.10 hm²，共减少40 320.92 hm²，减少面积占1990年湿地面积的11.18%，每年减少2 371.81 hm²，减少速率为每年0.66%。根据这一减少速度计算，该地区的河流、湖泊、沼泽等湿地在150年后将全部消失。

3.1.3 各类型面积转移变化趋势

利用1990与2007年的遥感分类结果图进行叠加计算，统计出1990—2007年间不同地类的转移概率(表 2)。

从表 2可知，1990—2007年间，各种地类都存相互转移的情况，河流有43.63%转移为其他地类，其中主要转移为低盖度草地、中盖度草地和河滩地，占总转移面积的85.61%；湖泊有40.06%转移为其他地类，其中主要转移为河流、低盖度草地、中盖度草地和沼泽地，占总转移面积的90.16%；低盖度草地有26.94%转移为其他地类，其中主要转移为河流、中盖度草地、高盖度草地、河滩地、裸岩石砾地和沙地，占总转移面积的98.28%；中盖度草地有34.44%转移为其他地类，其中主要转移为低盖度草地、高盖度草地和沼泽地，占总转移面积的95.71%；高盖度草地有20.85%转移为其他地类，其中主要转移为中盖度草地和沼泽地，占总转移面积的93.44%；沼泽地有41.54%转移为其他地类，其中主要转移为中盖度草地和高盖度草地，占总转移面积的96.37%；河滩地有76.29%转移为其他地类，其中主要转移为河流、低盖度草地、中盖度草地和裸岩石砾地，占总转移面积的96.86%；裸岩石砾地有46.21%转移为其他地类，其中主要转移为低盖度草地、中盖度草地、高盖度草地和沙地，占总转移面积的91.82%；沙地有37.26%转移为其他地类，其中主要转移为低盖度草地和裸岩石砾地，占总转移面积的96.16%。

3.2 景观格局动态变化

利用3期遥感影像分类图，分别统计出斑块类型水平指数变化率和景观水平指数(表 3，4)。

3.2.1 斑块类型水平格局变化

从表 3可知，河流斑块除聚集度指数呈增加趋势外，其他指数均呈减小趋势。表明河流斑块面积占各类斑块面积的组分在减少，斑块的复杂性或边缘的不规则性在降低，斑块的破碎度在增加，斑块的离散分布减弱或集中分布增强。

湖泊斑块的总面积、边缘总长度、斑块数量、斑块密度、斑块边界密度指数呈减小趋势，其他指数呈增加趋势。这说明湖泊斑块面积占各类斑块面积组分减少，斑块破碎度减小或小的湖泊数量减少，斑块不规则性减小，斑块集中分布增强，低盖度草地的斑块总面积、边缘总长度、斑块数量、斑块密度、斑块边界密度指数呈减少趋势，其他指数呈增加趋势。表明低盖度草地斑块面积占各类斑块面积的组分减少，斑块不规则性或复杂性减小，斑块破碎度减小，斑块分布的聚集程度增强或离散分布减弱。

中盖度草地的斑块总面积、斑块平均面积、斑块平均周长和斑块聚集度指数呈增加趋势，其他指数呈减少趋势。表明中盖度草地斑块面积占各类斑块面积的组分增加，斑块破碎度减小，斑块离散分布减小或聚集分布增加，斑块的形状复杂性或不规则形减弱。

高盖度草地的斑块总面积、斑块平均面积、斑块平均周长和斑块聚集度指数呈增加趋势，其他指数呈减少趋势。表明高盖度草地斑块面积占各类斑块面积的组分增加，斑块破碎度减小，斑块离散分布减弱，斑块的形状不规则性减弱或规则性增强。

沼泽地的斑块总面积、边缘总长度、斑块数量、斑块密度、斑块边界密度指数呈减少趋势，其他指数呈增加趋势。表明沼泽地斑块面积占各类斑块面积的组分减少，斑块形状复杂性或不规则形减弱，斑块的破碎度减弱，斑块聚集分布增强。

河滩地的斑块总面积、边缘总长度、斑块平均面积、斑块平均周长、斑块边界密度、斑块聚集度指数呈增加趋势，其他指数呈减少趋势。表明河滩地斑块面积占各类斑块面积的组分增加，斑块的形状不规则性或复杂性增加，斑块破碎度减小，斑块分布聚集度增强。

裸岩石砾地的斑块总面积、边缘总长度、斑块数量、斑块密度、斑块边界密度指数呈增加趋势，其他指数呈减少趋势。表明裸岩石砾地的斑块面积在各类斑块面积的组分增加，斑块的复杂性或不规则形增强，斑块的破碎度增加，斑块分布聚集度减弱。

沙地的斑块总面积、边缘总长度、斑块数量、斑块密度、斑块边界密度指数呈增加趋势，其他指数呈减少趋势。表明沙地斑块面积占各类斑块面积的组分增加，斑块破碎度增加，斑块的形状复杂性或不规则性增加，斑块分布的聚集程度减小。

3.2.2 景观水平格局变化

从表 4可知，香侬多样性指数在1990—2007年间呈增大趋势，但总体变化程度较低，研究区景观总体的多样性和异质性变化不大。香侬均匀度指数在1990—2007年间呈增大趋势，说明景观中优势地类的优势程度有所下降。聚集度指数增加，表明各景观类型的团聚程度增大，分散程度降低。

4 结论与讨论 4.1 结论

1) 河流、湖泊、低盖度草地、中盖度草地、高盖度草地、沼泽地、河滩地、裸岩石砾地、沙地9个类型的地类面积均有不同程度的变化，依据变化率大小排序为沙地增加123.58%、高盖度草地增加26.62%、沼泽地减少16.73%、低盖度草地减少10.56%、河滩地增加10.37%、裸岩石砾地增加9.12%、河流减少8.87%、湖泊减少8.29%、中盖度草地增加2.90%。其总的趋势是河流、湖泊、沼泽地等湿地转化为草地、沙地、河滩、裸岩石砾地等。

2) 河流、湖泊、沼泽地、河滩地等湿地面积转移为其他地类的面积为165 927.56 hm²，其他地类转移为湿地的面积为125 606.64 hm²，使湿地面积净减少40 320.92 hm²，占湿地总面积的11.18%，减少速度为每年0.66%。按此速度，如果不加以保护，大约在150年之后，该区域的湿地将全部消失。

3) 不同时期，各地类面积组分排序没有发生变化，依次是低盖度草地、中盖度草地、高盖度草地、沼泽地、裸岩石跞地、河流、河滩地、沙地、湖泊，说明各类型在该区域所占空间大小的比例相对稳定。

4) 从斑块类型水平看，河流、湖泊、低盖度草地、中盖度草地、高盖度草地、沼泽地的斑块形状复杂性减弱或规则性增强，河滩地、裸岩石砾地、沙地的斑块形状复杂性增强，表现为随着地类面积的减少斑块形状趋于规则；除沙地、裸岩石砾地的离散分布增强外，其他地类的离散分布均有不同程度的减弱，说明随着地类面积的减少，斑块分布更加不均匀或更加趋于团状分布；随着地类面积的减少，斑块破碎度减小，说明小斑块逐渐消失，保留下来的是一些大斑块。也说明，斑块小，即使在较小的变化条件下，也可能消失。

5) 从景观水平看，随着湿地面积的减少，整个区域的景观多样性和均匀度呈增大的趋势，优势地类的优势程度有所下降，斑块聚集分布增强，或离散分布程度降低。

4.2 讨论

三江源高寒湿地生态系统十分脆弱，但人口稀少，加之研究区为自然保护区，受人为活动影响相对较小，故该区域各种地类虽然有不同程度的变化，但仍然表现出相对稳定的特征。

因为研究区域地类变化速度较慢，要反映这种变化的规律，需要相对较长的时间系列数据，本文研究仅采用了1990—2007年不足20年的遥感数据，其研究结果的规律性需要更长时间检验。

本文研究结果只能代表三江源一个典型的高寒湿地分布区动态变化情况；若要全面了解整个三江源区域湿地动态变化特征，还需要从整体对其进行研究。