湿地覆盖地球表面仅占6%，然而却为地球上20%的物种提供了生存环境，具有不可替代的综合生态功能^[1]。然而，已有的研究表明全世界至少有50%的湿地已经丧失^[2]。在中国，近40 a来, 大规模围填海使滨海滩涂湿地消失，消失面积约占全国沿海湿地总面积的50%^[3]。自然和人为干扰都是使湿地景观类型发生变化的驱动因素，自然驱动因子大部分作用是长期的，而人为因素大部分以短时、直接驱动为主。大量国内外学者的研究结果表明人类活动是造成湿地退化的主要因素^[2-5]，人类频繁、过度的湿地开发导致了湿地退化进程加快，必将引起环境恶化和自然灾害频发。如何在保证经济发展的同时不影响生态系统平衡就成为人类急需解决的难题。人类需要加强对湿地有效管理和保护，以此来发挥湿地巨大的社会、经济、生态效益。随着遥感技术快速发展，由人实地调查监测转向遥感技术进行大范围、实时动态、量化监测成为可能，对人类活动影响的量化研究为湿地的管理和保护提供了有利的帮助。

黄河三角洲湿地是中国暖温带保存最完整、最广阔和最年轻的湿地生态系统，然而近年来以人类为主导的活动剧烈，对湿地景观类型造成了严重破坏^[5-7]，黄河三角洲以其原始性、脆弱性和作为东北亚-环西太平洋、东亚-澳大利西亚珍稀濒危鸟类栖息地备受国内外学者的关注。目前人类活动对湿地景观类型影响研究主要分为两个方向，(1)仅利用景观转移矩阵从面积转移变化和景观面积来看人类活动的影响。2010年，宫鹏等人利用遥感技术发现中国1990—2000年湿地景观面积转移变化主要受人类活动的影响^[8]。2017年，田艳林等人利用Landsat影像定量化了不同人类活动对双台子河湿地的威胁^[9]；2018年，毛德华等研究发现，在1990—2010年中国60%的自然湿地减少是由于人类的农田耕作，并按地理位置和气候带分区研究了人类活动影响的程度大小^[10]。2019年，Corbau.C等人定量化了过去120 a间意大利波河三角洲湿地高程受人类活动的影响^[11]。(2)仅从某一模型指数计算人类活动的影响。文英是最早提出对人类活动指数量化研究^[12]，2015年，徐勇提出了陆地表层人类活动强度、建筑用地当量等概念构建了人类活动强度算法模型和当量系数折算方法对大尺度中国1984—2008年土地利用数据进行了验证，研究发现该算法模型准确可靠^[13]。2016年，刘惠明等人利用徐勇提出的算法模型对小尺度桂西黔南生物保护优先区进行人类干扰评价，并验证了该算法对该区域的适用性^[14]。由此可以看出该算法不仅适宜全国尺度的研究，对于小区域同样也具有其适用价值。2017年，韩美等人选取了耕地、工矿用地、居民地、交通用地等指标，利用加权指数综合法算出黄河三角洲人类活动强度^[15]。2018年，刘世梁等人，从压力和状态两方面定量化评价人类活动的强度，并在文中较全面的介绍了目前定量化评价人类活动强度中较为应用广泛的模型指数方法^[1]。

单独应用这两种方法都有不足之处，对于湿地变化监测而言，湿地景观类型面积的转移变化可以看出影响的范围，但是对于同一景观类型中不同区域影响程度的大小无法定量研究，而这一不足可以通过模型定量化描述得出。对于模型的定量化描述，不能看出类与类之间转移变化的范围，而景观面积转移变化可以描述。

因此，通过对黄河三角洲湿地野外现场调查，并综合两种方法来全面定量化描述人类活动影响，以期找出对人类活动对40 a间黄河三角洲湿地景观变化的影响程度和关键因素，该研究结果可为黄河三角洲湿地保护和管理部门提供参考。

1   材料与方法

1.1   研究区概况

本文研究范围为现代黄河三角洲，其位于山东省东营市河口区、利津县、垦利县境内，北临渤海，东靠莱州湾，主要以垦利县的渔洼为顶点，北起挑河口，南至宋春荣沟口，东以-6 m等深线为边界线形成一个闭合图形，如图 1所示。黄河三角洲的形成主要由黄河上游携带大量泥沙在入海口处淤积而成，尾部不断摆动变化。黄河三角洲地质构造位属济阳拗陷东部，气候条件属暖温带大陆季风气候，冬冷夏热，季节较为分明，年径流量变化较大，分配不均，输沙量和含沙量大，土壤受自然因素和人为影响存在较大差异，以盐土、潮土为主^[16]。1992年10月份成立黄河三角洲国家级自然保护区，保护区境内的物种资源丰富，各种植物达685种，各种野生动物高达1626种，同年12月成立一千二、黄河口、大汶流管理站^[16]。2013年，黄河三角洲湿地被湿地公约秘书处列入国际重要湿地名录。

图  1  研究区边界

Fig.  1  Study area boundary

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1.2   研究方法

1.2.1   数据源

本文数据主要包括从美国地质勘探局(USGS)官方网站(http://glovis.usgs.gov/)下载遥感影像数据、保护区矢量边界数据、2017年10月17—21日黄河三角洲保护区野外实地调查数据、国家海洋统计年鉴、东营市水利志、东营市国土资源志等。遥感影像选择无云和无噪声的5月—10月影像，该时期植被长势较好，易于地物识别。本文选择1976年6月2日78 m、1986年5月20日30 m、1996年9月20日30 m、2006年10月2日30 m、2016年8月26日30 m的5期Landsat系列遥感影像，并将1976年78 m分辨率影像重采样为30 m，保证研究范围的一致性，下载的影像已经经过辐射校正和几何校正。依据国内外学者对湿地的分类体系结合黄河三角洲湿地特点，利用易康软件面向对象的分类方法，将研究区湿地分为自然湿地：天然水域、滩涂、潮间带盐沼植被；人工湿地：库塘、养殖塘、盐田、水田；非湿地：林地、旱田、建筑用地、工矿用地、园地、未利用地。利用野外调查数据、高分辨率数据和Google Earth历史影像选择精度验证点，5期影像精度均达到80%以上。

1.2.2   景观转移矩阵和人类活动影响比率

人类活动导致的景观类型变化有两大类：一种是朝着湿地退化方向，以自然湿地向人工和非湿地转移、人工湿地向非湿地的转移为主，一种是朝着湿地化方向，以非湿地向人工湿地的转移为主。目前大部分学者主要关注自然湿地向人工和非湿地的转移，对于人工湿地向非湿地的转移和非湿地向人工湿地的转移关注较少。景观转移矩阵可以从时间和空间上来看出景观类型的转移变化，具体如表 1所示。本文将5期分类结果划分为5个时间段：1976—1986，1986—1996，1996—2006，2006—2016，1976—2016。用Arcgis10.3软件中的分析工具相交功能完成湿地在5个阶段内的时空动态分析。同时依据5个阶段中面积转移结果计算人类活动影响比率来分析人类活动影响强度，具体如公式1所示。

表  1  景观转移矩阵

Tab.  1  Landscape transfer matrix

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式中：R为某一时间段内人类活动影响比率；A₁为该时间段内人类活动导致的转移变化面积(转移矩阵中自然湿地向人工湿地和非湿地、人工湿地向非湿地、非湿地向人工湿地的面积转移)；A₂为该时间段内所有发生转换变化的面积。

1.2.3   人类活动强度模型

本文使用徐勇等人提出的人类活动强度模型^[13]，这一模型主要用于反映人类对自然景观类型的利用、改造和开发的程度。由于分类的尺度为30 m，本文结合实际和参考相关文献采用900 m×900 m网格为分区单元，利用该人类活动强度模型对1976、1986、1996、2006和2016年研究区范围内人类活动影响进行分区评价分析，来了解40 a内人类活动的影响及其变化趋势，公式2如所示^[13]。

式中：HAILS为陆地表层人类活动强度；S_CLE为建设用地当量面积；S为区域湿地总面积；SL_i为第i种湿地景观类型的面积；CI_i为第i种湿地景观类型的建设用地当量折算系数(按照人类活动影响的强度做指标转换成建设当量系数)，不同类型的系数如表 2所示；n为区域内湿地景观类型数。

表  2  不同湿地类型的建设用地当量折算系数^[13]

Tab.  2  Conversion index of construction land equivalent of different wetland landscape type^[13]

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2   结果与讨论

2.1   结果

2.1.1   湿地面积变化趋势

5 a的黄河三角洲地区面积统计如表 3所示。从黄河三角洲湿地的面积结果来看，自然湿地面积呈减少趋势，其中潮间带盐沼面积较少量最多，人工湿地呈增加趋势，水田面积增加量最多，非湿地普遍呈增加趋势。从人工湿地和非湿地的增加趋势可以看出40 a间人类活动强度不断增强。

表  3  1976—2016年面积变化统计(单位：km²)

Tab.  3  Area change statistics from 1976 to 2016(Unit:km²)

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2.1.2   时间变化趋势分析

依据5个时间段内的景观面积转移矩阵结果统计出5个时间段内三种转换方式的面积转移和计算出人类活动影响比率，结果如表 4所示。

表  4  5个时间段内三种转换方式的面积转移和人类活动影响比率

Tab.  4  Area transfer of three conversion modes and human activity impact ratio in 5 time periods

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从表 4中可以看出自然湿地向人工湿地和非湿地转移面积占总人类活动转移面积比例最大，人工湿地向非湿地的转移面积最少，非湿地向人工湿地转化呈逐年增长的趋势。从人类活动影响比率来看，人类活动对景观变化的影响持续增长，1976~1986年间人类活动影响的最小，2006—2016年人类活动影响最大。从三种转换方式所占的比例中选择影响最大的自然湿地向人工湿地和非湿地转移来判断5个时间段内人类活动的主导因素，依据5个时间段内的景观面积转移矩阵统计，得到结果如表 5所示。

表  5  5个阶段自然湿地向不同类型人工湿地和非湿地转换

Tab.  5  Conversion of natural wetlands to different types of human-made wetlands and non-wetlands in five stages

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从表 5的比例结果发现，在1976—2006年主要以农田开垦为主要人类活动影响因素，2006—2016年以库塘开发为主要影响因素。从1976—2016年整体来看还是以农田开垦为主要人类活动，库塘、水田、养殖塘开发的影响次之。

2.1.3   空间变化趋势分析

(1) 40 a间人类活动影响的空间分析

利用人类活动强度模型计算出每个网格单元中人类活动强度，值的范围0~1，将结果(依据2016年人类活动强度结果)利用自然分段点法由弱到强分成5级，人类活动强度较小区，小区，中区，大区，较大区。同时将该分割体系应用到1976、1986、1996、2006年的人类活动强度结果，结果如图 2a~2e所示。2017年的野外调查发现保护区内有人工修建库塘为来鸟类提供栖息地和作为淡水恢复区、沿浅海区域油田建设较多、盐田和养殖塘也沿浅海区域呈大面积分布。由图可见，1976—2016年人类活动强度持续不断的增强，1986—2016年油田区一直是人类活动干扰较大的区域，2016年沿海区域的盐田和养殖塘开发是人类干扰较大的区域，将该结果与2017年实际野外调查相符合。研究结果表明该指数不仅适用于人类活动在土地利用类型转变的研究，同样适用于分析人类活动对湿地景观类型变化的影响。

图  2  5 a人类活动影响和1976—2016年人类活动变化

Fig.  2  Impact of human activities in five years and changes in human activities from 1976 to 2016

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(2) 1976—2016年人类活动影响的空间变化分析

为了解1976—2016年研究区范围内人类活动的变化情况，将1976年与2016年的人类活动强度分布值做差，值为-1~0.2之间，将差值后的结果由小到大按自然分段点法分为5级：人类活动强度变化较大区、大区、中度区、小区、无变化或减弱区。正数代表人类活动强度减少，0表示人类活动没有发生变化，负数表示人类活动强度增强，结果如图 2f所示，从值的范围来看，40 a来人类活动强度增加的幅度较大，而减弱的幅度较小。从图中看出研究区范围内人类活动干扰变化较大的地方主要集中在沿海区域，表明了40 a内油田开发、水产养殖和盐业等人类活动干扰较严重；人类活动中度增强主要集中于研究区的中下部位置，以旱田和水田的开垦有一定的联系。自然保护区大部分集中于0以上的范围内，表明保护区内的建立对湿地的管理起到了较好的作用。

2.1.4   影响湿地变化的多种人类活动

人类活动不仅仅对湿地存在反面影响，同时也存在着正面影响，从正反两方面全面综合论述人类活动对湿地景观类型变化的影响，结果如下。

(1) 人类活动对景观类型的负面影响

① 农田开垦

随着经济的快速发展，人口不断增多，人们对粮食生产需求增加，早期国家一系列的政策也在加大各省粮食产量^[10]，加之人类对湿地保护意识薄弱，对黄河三角洲这一块新生河口湿地进行大量开垦破坏。从表 4可以看出，农田开垦在40 a间的景观演替变化一直占据着的主导因素，早期1976—1986年占据比较最大66.5%，随着人类的保护意识不断的加强，农田开垦的比例不断缩小，2006—2016年景观类型变化中占整个人类活动的比例为15.57%，40 a间主要分布于人类活动强度中度区。1976—2016年农田开垦增加范围如图 3所示。

图  3  旱田增加面积

Fig.  3  Increased area of dry farmland

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② 盐田和养殖塘开发

东营市境内人工滩涂养殖始于1978年，同时盐业的发展也具有悠久的历史，至1983年全市共有34家原盐生产场^[17]。早期人类对湿地的认识仅存在于湿地开发能给人类巨大的经济效益，将大量的滩涂开发利用，对湿地生态环境造成了严重破坏。从表 4中可以看出由人类活动导致的自然湿地类型转变中，盐田和养殖塘的开发从早期2%以下的比例，到后期整体上呈不断上升的趋势，40 a集中分布于人类活动强度较大区域。1976—2016年盐田和养殖塘的增加范围如图 4所示。

图  4  盐田和养殖塘增加面积

Fig.  4  Increased area of salt pans and aquaculture ponds

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③ 油田等工矿用地开发

伴随着油田的开发，建筑用地增多，自然湿地、林地减少，景观趋于破碎化^[18]。湿地与工矿用地之间面积的转换变化反映了由于油田及其附属建筑等工矿用地开发导致的自然湿地景观类型转变，1976—2006年间变化较为稳定，2006—2016年由油田开发导致的自然湿地面积变化相对较少，40 a集中分布于人类活动强度较大区域。从1976—2016年油田等工矿用地开发面积增加如图 5所示。

图  5  油田等工矿用地增加部分

Fig.  5  Increased area of industrial land

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④ 人工建筑用地

建筑用地(居民地、城市基础设置、堤坝、港口用地等)随着人口和经济的发展不断扩张，从表 4看出1976—2016年间占据自然湿地的一小部分比例，整体上呈逐年扩张的趋势，2006—2016年占据最大，表明从2006年建筑用地开始增多，40 a分布于人类活动强度较大、大区、中度区和小区。从1976—2016年人工建筑用地面积增加如图 6所示。

图  6  建筑用地增加面积

Fig.  6  Increased area of construction land

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⑤ 库塘建设用地

东营市自20世纪50年代便开创了引黄事业，推动了库塘的建立。最初的引黄工程为地方工农业生产和人民生活供水，同时也为胜利油田工业和生活用水供水。随着胜利油田的发展和东营市的建立，工业发展、人口、农田灌溉等需水量迅速增长，为满足不断增长的淡水需求，水库建设步伐加快，1978—1995年，建成水库18座，1992年之后库塘的面积近乎呈指数增长(R²=0.887)^[19]，到2002年，东营市和胜利油田共建成水库658座^[17]，1976—2016年库塘面积增加如图 7所示。

图  7  库塘增加面积

Fig.  7  Increased area of reservoir and ponds

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(2) 人类活动对景观类型的正面影响

① 调水调沙和生态补水

新湿地形成最重要的就是水源，引黄灌溉成为为湿地恢复供水的一个重要途径。受研究区内自然和人为因素影响黄河出现断流，依据利津站1972—2007年水文统计资料，22 a处理90次1092 d断流，平均每年50 d，1997年断流最为严重226 d，但是由此导致海水倒灌、土壤盐碱化、海岸线侵蚀，生物多样性受到严重破坏，国家有关部门对此采取积极措施，从2002年开始黄河调水调沙，并在2008年对自然保护区进行生态补水，使得保护区内湿地的生态环境逐步得到改善^[20]。

② 人为改道

黄河是世界上含泥沙量最大的河流之一，来水量年分布不均，泥沙淤泥容易造成河道不断抬高，容易出现决口现象。据已有研究资料表明1976—2016年间发生了两次大型人工改道1976和1996年，黄河的改道改变了黄河三角洲附近水、土壤的理化性质，对黄河三角洲湿地的景观类型改变有直接驱动作用，1996年8月完成调水调沙，以1996年的Landsat 5卫星7月和9月的影像为例可以看出，1996年改道破坏了部分互花米草的生长，促进了新滩涂的的生成，如图 8所示。1996年改道使一部分泥沙淤积在孤东油田附近，为油田设置的建立和开采提供有力保障^[21]。

图  8  1996年7月份和9月份遥感影像

Fig.  8  Remote sensing images for July and September 1996

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③ 相关研究和政策的出台

2018年国家海洋局出台全面禁止渤海海域的围填海政策，对于破坏海洋生态环境的围海一律拆除。

2.2   讨论

本文找出了40 a影响黄河三角洲湿地景观变化的主要因素是来自农田开垦。人们已逐渐认识了农田开垦对黄河三角洲湿地造成的生态环境问题，提出了湿地高效生态农业的概念，来实现农业生产和生态系统功能的稳定^[22]。

影像的尺度对人类活动的定量化研究有所干扰，1976年的景观分类数据地物类型较少，尽管通过Google Earth历史影像和前人研究结果进行了多方面精度的提升，但将MSS 78 m分辨率的数据被拉伸成30 m仍会对分类结果造成一定的影响，而对于不足30 m像元的人为干扰无法提取，因此人类活动影响可能更大，下一步将使用更高分辨率数据进行更加精细的提取。

本文仅对人为因素的影响进行了研究，对于其中人为和自然因素共同促进湿地变化的部分没有定量研究，由于该部分影响是综合了多种因素长期共同作用促进湿地景观格局变化，对于其中单一因素对湿地的影响不宜获取。

(3) 本文主要论述的人为影响因素是以人为直接改变湿地景观类型为主，并了解了单一因素的影响大小，同时也从正反两方面全面综合论述了人类活动对湿地景观变化的影响，但对于人类活动间接影响(环境污染、气候条件等)导致的湿地景观类型的变化，这部分因素对湿地景观类型变化的量化研究有待于下一步进行。

3   结论

(1) 人类活动影响下的景观有三种主要转化方式：自然湿地向人工湿地和非湿地的转化；人工湿地向非湿地的转化；非湿地向人工湿地转化。1976—2016年黄河三角洲自然湿地向人工湿地和非湿地的转移量最多，为主要变化类型，非湿地向人工湿地转移量次之，人工湿地向非湿地转移量最少。

(2) 从人类活动影响比率来看，人类活动在黄河三角洲湿地景观的变化中占据了主导位置，40 a间，人类活动影响比率从1976—1986年的16.77%到2006—2016年的52.93%，反映了人类干扰不断增强。从受人类影响干扰最大的自然湿地向人工和非湿地的转移变化中发现，1976—2006年间以农田开垦为影响景观类型变化的主导因素，3个时间段(1976—1986，1986—1996，1996—2006)均占到44%以上；2006—2016年间由人类活动影响景观类型变化分布较为均衡，其中以自然湿地向库塘转移影响较大占34%，农田开垦、养殖塘和盐田开发影响次之占15%左右；从整体上来看，40 a间，农田开垦占据了主导因素。

(3) 人类活动强度模型适用于判断湿地中人类活动影响强度的研究。利用该指数计算研究区内1976、1986、1996、2006、2016年人类活动强度和变化，研究发现区域内人类活动干扰较为严重的地方主要集中在沿海区域，中度干扰主要集中于研究区的中下部位置，以旱田和水田的开垦为主，自然保护区大部分集中于人类活动强度0以上值域范围内，表明保护区的建立对湿地的管理起到了较好的作用，人类活动强度没变或得到减弱。