湿地作为自然界最重要的自然生态系统之一，在蓄滞洪水、涵养水源和维护生物多样性等方面起着重要作用，湿地面积的减少，会直接影响湿地中生物的生存，致使湿地功能下降，从而导致水土流失和生态环境恶化；反过来，水土流失严重必然导致湿地缩减，以致消亡，形成恶性循环^[1-2]：因此，就我国目前湿地资源破坏严重的现象，已引起诸多学者的重视^[3]。随着3S技术迅猛发展，诸多学者将3S技术广泛应用于湿地研究，极大地促进了湿地资源研究的速度与质量^[4-5]。如韩美等^[6]基于多时期遥感影像，对黄河三角洲地区的湿地动态变化进行详尽分析，并对湿地补偿标准给予相应评价，调查表明，黄河三角洲地区人工湿地增加，天然湿地减少，总体湿地呈现减少趋势，造成黄河三角洲地区生态价值的严重损失；王卷乐等^[7]利用遥感手段，对鄱阳湖湿地烧荒现象进行快速监测，并对其影响进行分析研究发现，烧荒影响最大的为干涸湖底和邻近农田，并提出湿地资源保护和烧荒管理的建议；陈有朋等^[8]对长江流域湿地现状和变化进行动态遥感监测，结果表明，长江流域湿地空间分布广阔，湿地类型发育齐全，次级流域湿地类型不全，总体上，长江流域湿地环境趋好，但仍然存在较多局域问题。

笔者以长江重要支流之一的乌江流域下游作为研究区。该区域是重庆市经济发展最落后地区，也是国家武陵山区集中连片贫困区域。以卫星遥感影像为主要数据源，在RS和GIS技术支持下，基于面向对象的分类方法，建立重庆地区乌江流域1995、2005和2015年湿地景观数据库，研究三峡库区建立近20年来，乌江流域 (重庆段) 湿地景观的动态变化，评价湿地变化所造成的影响，为保护该地区湿地景观，建立乌江流域湿地生态系统动态监测体系，以及为武陵山区精准扶贫提供技术支持。

乌江 (E 104° 21′ ~107° 50′，N 26° 54′ ~29° 42′) 是长江上游右岸最长的支流，古称黔江，发源于贵州省威宁县，流经黔北及渝东南，最终在重庆市涪陵区注入长江。乌江干流全长1 037 km，较大支流有六冲河、清水江和芙蓉江等共计15条。乌江流域涉及贵州、云南、重庆和湖北4省市，共56个县市。本次研究区域为乌江流域重庆段部分 (E 107° 24′ ~107° 50′，N 28° 36′ ~29° 42′)，即重庆市东南部，涉及酉阳土家族苗族自治县、彭水县、武隆县和涪陵区等9个区县，面积约2.1万km²，占乌江总流域面积的23.9%。该区气候温和，属典型的亚热带季风性湿润气候，雨热同期，年平均气温14~16 ℃。降水是河水补给主要来源，5—9月为汛期，占全年径流量的80%。

以研究区域1995和2005年同/近时相的Landsat-5 TM影像，及2015年Landsat-8 OLI影像作为主要数据。遥感影像来源于http://glovis.usgs.gov/，空间分辨率30 m，轨道号为 (126-127)/(39-40)。根据湿地景观的物候特征，并结合乌江汛期，选取研究区7、8月份相同或相近时相的影像产品，并保证云量 < 10%。研究区的行政边界参考重庆市1:10万地形图。

湿地的科学分类是湿地景观研究的基础，根据《中国湿地调查大纲》^[9]所确定的分类系统，结合研究区自然环境和湿地特点，建立乌江流域湿地景观生态分类系统 (表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 重庆乌江流域湿地景观生态分类系统 Table 1 Ecological classification system of wetland landscape in Wujiang River Basin (Chongqing section) 景观类 Landscape class 景观型 Type 景观类型说明 Illustration 天然湿地 Natural wetland 河流 River 由一定区域内地表水和地下水补给，长期或间歇沿狭长凹地流动的水流 The water of long-term or intermittent flowing along the narrow and long concave ground, recharged with surface water and underground water in the given area 湖泊Lake 面积>8 hm2的地表相对封闭的可蓄水天然洼地 The natural depressions of storing the water with the relatively closed surface area > 8 hm2 人工湿地 Artificial wetland 水库 Reservoir 人工湖泊、农用池塘等用以灌溉、防洪、发电和养殖 Artificial lakes, agricultural ponds, etc. for irrigation, flood control, power generation and cultivation 水田 Paddy field 筑有田埂，用于种植水稻等水生作物的土地 Aquatic land with ridges for planting aquatic crops such as rice 其他景观 Other landscape 城乡聚落 Urban and rural settlements 人口较为集中的居住区，人们生产生活的建筑群 The residential area with concentrated population, and the construction clusters for people′s production and living 林地 Forestland 郁闭度0.2以上的乔木林、竹林等植物群落 Plant communities of trees, bamboos, etc. with canopy > 0.2 旱地 Dry farmland 无灌溉设施，靠天然降水种植旱生农作物的耕地 Arable land for planting xerophytic crops only relying on natural rainfall and no irrigation system 其他 Others 裸地或未利用地等 Bare land or unused land, etc.

表 1 重庆乌江流域湿地景观生态分类系统 Table 1 Ecological classification system of wetland landscape in Wujiang River Basin (Chongqing section)

卫星遥感影像分类方法有监督分类法、最大似然分类法、人工神经网络分类法、支持向量机分类法、决策树分类法和面向对象的分类法等^[10]。传统基于像元的分类法会导致严重的“椒盐效应”，影响遥感影像的分类结果。笔者采用面向对象的分类方法，处理的对象为影像分割出来的具有相同性质的区域 (即图像对象)，分类依据不局限于地物的光谱特性，还包括对象的大小形状、对象间的拓扑关系等，从而使分类结果具有更高的精度^[11]。面向对象的分类方法主要包括影像分割、特征选取、对象分类和精度评价4部分 (图 1)，最终分类结果见图 2。

图 1(Figure 1)

图 1 面向对象分类流程图 Figure 1 Flow chart of object-oriented classification

图 2(Figure 2)

图 2 湿地景观遥感影像分类结果 Figure 2 Results of remote sensing image classification of wetland landscape

景观动态变化度^[12-13]是以景观变化表现的数量特征作为标准，定量描述区域内景观变化的速度。常用湿地景观动态度模型 (K) 来反映研究区一定时间范围内，某类湿地类型数量的变化，以及湿地类型之间转化的速度。其计算公式为

式中：w_a、w_b 分别为研究期开始 (a年) 和结束 (b年) 时，某一湿地类型的面积；T为a年到b年的研究时段；K为a至b时间段，某类湿地的年均变化率。

土地利用转移矩阵^[14-15]源自系统中状态与状态转移的定量化的描述，它反映某一时段，初期和末期土地类型之间的相互转化过程。土地利用转移矩阵模型为

式中：S为面积；n为转移前后的土地利用类型数目；i、j (i, j=1, 2, …, n) 分别为转移前与转移后的土地利用类型；s_ij为转移前的i地类转换成转移后j地类的面积。

破碎度^[16-17]用以表现景观被分割的程度，反映景观空间结构的复杂性。它是由于自然或人为干扰，导致景观由连续的整体逐步变成不连续的斑块镶嵌体的过程，也是生物多样性丧失的重要原因之一，与自然资源保护密切相关。公式为

式中：C_i为景观i的破碎度；N_i为景观i的斑块数；A_i为景观i的总面积。

分形理论^[18]原本是研究和揭示各种复杂现象内在规律的方法，近年来，越来越多的湿地研究用到分形理论，对湿地资源动态的变化和湿地景观格局的复杂性与稳定性进行定量化的研究^[19-20]。在湿地景观研究中，分形维数模型为

式中：A(r) 为景观图斑面积；P(r) 为同一图斑的周长；C为截距；2/D为斜率。维数D用2除以斜率求得，理论上D的值在1~2之间，D值越大，表明湿地景观要素越复杂。当D=1.50时，说明该景观处于类似布朗运动的状态，此时要素的空间结构最不稳定；因此，可以基于分维数D定义湿地景观格局的稳定性指数

SK越大表示该景观类型的空间结构越稳定，反之则越不稳定。

湿地景观格局的改变，直接影响着区域内土地利用的变化，笔者以10年作为时间尺度，研究区域内湿地景观面积的时间变化特征。由表 2可知，1995、2005和2015年湿地总面积分别为3 707.56、4 011.18和4 290.31 km²。前10年中，河流湿地和水库湿地的面积为负增长，减少幅度分别为2.22%和1.29%，湖泊湿地和水田湿地呈现增长趋势，增加幅度为4.11%和0.98%；后10年中，各个湿地类型都呈现增长态势，增长幅度排序为水库、河流、湖泊和水田。总体上，研究区湿地景观在20年中面积变化明显，湿地总面积整体呈上升趋势。其中，湖泊的变化幅度尤为明显，其原因在于研究区内的主要湖泊为长寿湖，长寿湖景区于1992年被重庆市人民政府列为省级风景名胜区，从1999年起，长寿区就开始有针对性地制订相关政策法规，对该流域生态环境进行保护，投资数十亿元，开展长寿湖景区产业结构调整与生态移民、生态屏障体系建设以及污染源防治等项目。通过十几年的整治，长寿湖流域的生态保护工作已经取得阶段性的成效。

表 2(Table 2)

表 2 乌江流域湿地景观时间变化特征及动态变化度 Table 2 Temporal variation and dynamic change degree of wetland landscape at Wujiang River Basin 湿地景观 Landscape 1995—2005 2005—2015 1995—2015 1995年面积 Area in 1995/km2 变化面积 Change area/ km2 动态变化度K Dynamic change degree/% 2005年面积 Area in 2005/km2 变化面积 Change area/ km2 动态变化度K Dynamic change degree/% 变化面积 Change area/ km2 2015年面积 Area in 2015/km2 动态变化度K Dynamic change degree/% 河流River 175.62 -38.93 -2.22 136.69 92.23 6.75 53.30 228.92 2.33 湖泊Lake 10.84 4.45 4.11 15.29 4.91 3.22 9.37 20.21 4.64 水库Reservoir 23.28 -3.00 -1.29 20.27 23.98 11.83 20.97 44.25 4.74 水田Paddy field 3 497.83 341.10 0.98 3 838.93 158.01 0.41 499.11 3 996.94 1.25

表 2 乌江流域湿地景观时间变化特征及动态变化度 Table 2 Temporal variation and dynamic change degree of wetland landscape at Wujiang River Basin

根据1995—2015年研究区湿地景观数据库，建立不同时期湿地景观转移矩阵 (表 3和表 4)。结果表明，湿地景观类型转移以湿地景观内部之间相互转换为主，湿地景观与非湿地景观之间相互转换为辅。1995—2005年间，天然湿地的变化面积仅占总变化面积的3.4%，而人工湿地面积明显增加，占总变化面积的28%。2005—2015年间，人工湿地的变化面积占总变化面积的百分比由28%上升到35%；其中，水库的变化尤为明显，整体面积增加超过1倍。天然湿地面积变化幅度基本不变，占总变化面积的3.5%。

表 3(Table 3)

表 3 1995—2005年湿地景观转移矩阵 Table 3 Transfer matrix of wetland landscape in 1995-2005 年份Year 2005 景观类型Type 旱地Dry farmland 河流River 湖泊Lake 居民地Residential land 林地Forestland 其他Others 水库Reservoir 水田Paddy field 1995 旱地Dry farmland — 31.60 0.25 190.42 187.28 170.92 3.66 126.36 河流River 19.57 — 0.00 6.53 6.17 2.43 0.21 7.49 湖泊Lake 0.11 0.03 — 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 居民地Residential land 202.27 14.42 0.00 — 254.26 58.70 0.33 23.76 林地Forestland 649.43 8.34 0.00 203.79 — 112.48 3.00 438.60 其他Others 348.08 20.18 0.02 67.91 104.31 — 0.63 65.67 水库Reservoir 5.72 0.68 0.00 0.34 1.44 0.37 — 2.82 水田Paddy field 114.37 7.09 0.00 62.58 80.65 74.86 2.92 —

表 3 1995—2005年湿地景观转移矩阵 Table 3 Transfer matrix of wetland landscape in 1995-2005

表 4(Table 4)

表 4 2005—2015年湿地景观转移矩阵 Table 4 Transfer matrix of wetland landscape in 2005-2015 年份Year 2015 景观类型Type 旱地Dry farmland 河流River 湖泊Lake 居民地Residential land 林地Forestland 其他Others 水库Reservoir 水田Paddy field 2005 旱地Dry farmland — 11.56 0.09 84.34 339.86 284.82 3.37 185.95 河流River 41.18 — 0.07 15.83 15.59 32.90 2.12 10.51 湖泊Lake 2.01 0.01 — 0.00 0.00 0.13 0.00 0.00 居民地Residential land 444.52 7.19 0.60 — 384.67 101.26 1.80 279.99 林地Forestland 209.50 4.48 0.00 189.66 — 105.76 1.48 332.75 其它Others 341.95 2.02 0.75 111.62 130.71 — 0.37 88.98 水库Reservoir 15.96 0.63 0.00 1.85 7.14 1.11 — 7.21 水田Paddy field 182.55 5.09 0.00 124.55 232.59 73.09 —

表 4 2005—2015年湿地景观转移矩阵 Table 4 Transfer matrix of wetland landscape in 2005-2015

由研究区湿地景观破碎度指数 (表 5) 分析可知，1995年湿地景观的破碎度指数最低，2005年最高，破碎度指数整体呈先增加后减少的趋势。说明研究区整体的湿地生态环境虽然先出现恶化，但及时得到改善。分析其原因，主要在于因三峡工程的建设需要，自1994年起，政府开始组织大规模的城镇迁建；其中，包括本研究区内的涪陵区、长寿区和武隆县，随着城镇迁建工作的不断开展和深入，对大自然的改造在较大程度上影响了乌江流域原有的生态格局，使乌江流域自然生态系统严重受损。直至2009年，三峡三期枢纽工程最后一次验收通过，标志着三峡工程建设初步完成，城镇迁建的重点从“迁”转移到“建”；同时，各地方政府积极采取各项生态环境保护措施，在一定程度上改善了三峡库区内的生态环境，并且自2000年开始，重庆市开始实施退耕还林 (草) 工程，防治水土流失，也是破碎度后来减少，生态环境得以改善的主要原因。

表 5(Table 5)

表 5 湿地景观破碎度指数 Table 5 Fragmentation index of wetland landscape 景观类型 Type 1995 2005 2015 斑块数 Patch number/pc 面积 Area/ km2 破碎度C Fragmentation index 斑块数 Patch number/pc 面积 Area/ km2 破碎度C Fragmentation index 斑块数 Patch number/pc 面积 Area/ km2 破碎度C Fragmentation index 河流River 185 175.62 1.05 376 136.69 2.75 384 228.92 1.68 湖泊Lake 9 10.84 0.83 21 15.29 1.37 25 20.21 1.24 水库Reservoir 107 23.28 4.60 143 20.27 7.05 175 44.25 3.95 水田Paddy field 2 374 3 497.83 0.68 4 164 3 838.93 1.08 3 651 3 996.94 0.91 总和Total 2 675 3 707.56 0.72 4 704 4 011.18 1.17 4 235 4 290.31 0.99

表 5 湿地景观破碎度指数 Table 5 Fragmentation index of wetland landscape

由研究区分形维数和景观格局的稳定性指数 (表 6) 分析可知，1995—2015年间，天然湿地的分形维数呈持续下降趋势，且始终低于人工湿地，说明人工湿地的景观格局要远比天然湿地的复杂的多，而天然湿地的景观格局逐渐稳定；但就稳定性指数而言，天然湿地的稳定性指数远小于人工湿地，且接近于0，说明天然湿地的内部空间结构极其脆弱，比人工湿地更容易受到外界的干扰。

表 6(Table 6)

表 6 湿地景观分形维数及稳定性指数 Table 6 Fractal dimension and stability index of wetland landscape 湿地景观 Landscape 1995 2005 2015 分形维数 Fractal dimension index 稳定性指数SK Stability index 分形维数 Fractal dimension index 稳定性指数SK Stability index 分形维数 Fractal dimension index 稳定性指数SK Stability index 自然湿地Natural wetland 1.527 9 0.027 9 1.549 1 0.049 1 1.450 9 0.049 1 人工湿地Artificial wetland 1.712 8 0.212 8 1.678 0 0.178 0 1.729 2 0.229 2

表 6 湿地景观分形维数及稳定性指数 Table 6 Fractal dimension and stability index of wetland landscape

以乌江流域 (重庆段) 为研究对象，基于RS和GIS手段，利用景观动态变化度、景观破碎度及土地利用转移矩阵等方法，分析重庆地区乌江流域内湿地景观近20年的时间和空间变化特征，结果表明：

1) 研究区湿地面积近20年来处于增长的趋势，天然湿地动态变化水平高于人工湿地，动态变化度由高到低依次为水库>湖泊>河流>水田。

2) 研究区湿地景观转移，以湿地景观内部之间转移为主，湿地景观与非湿地景观之间转移为辅。

3) 湿地景观的破碎度指数在1995、2005和2015年分别为0.72、1.17和0.99，表明研究区湿地环境虽受到破坏，但有改善的趋势。

4)1995—2015年，研究区内人工湿地景观格局比天然湿地复杂，但自然湿地内部空间结构较人工湿地更为脆弱。