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2017 , Vol. 36 >Issue 8: 1478 - 1488

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj201708007

Articles

Dynamic of land use/cover changes under reclamation and Spartina alterniflora invasion in Jiangsu central coastal wetlands

  • JIN Yu , 1, 2 ,
  • GAO Jixi , 1, 2 ,
  • ZHOU Kexin 2 ,
  • MU Shaojie 2
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  • 1. College of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China
  • 2. Nanjing Institute of Environmental Science, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China

Received date: 2017-03-10

  Request revised date: 2017-06-10

  Online published: 2017-08-10

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《地理研究》编辑部
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Abstract

Duo to the combined influence of human activities and natural factors, coastal wetlands in Jiangsu province has undergone rapid change in recent years. This article examines the evolution and spatial distribution of wetlands in central Jiangsu province between 1979 and 2015 through analysis of Landsat TM images. The land use/cover changes induced by reclamation and Spartina alterniflora invasion from 1979 to 2015 (1979, 1991, 2003 and 2015) were detected. The results indicated that the areas of reclamation and Spartina alterniflora in four periods extended to the sea at most locations, while the extending speed varied spatially. The reclamation area continued to be enlarged at an accelerated speed, mainly concentrated in between Wanggang port and Xiaoyangkou port. The reclamation area of each section between Wanggang port and Xiaoyangkou port increased by 3.43 km2/yr on average. The area of Spartina alterniflora increased rapidly during the period of 1991-2003, with a rate of 0.89 km2/yr at each section. However, the rate declined to -0.03 km2/yr during 2003-2015. The proportions of reclamation converted from Pragmites communis declined from 71.30% in 1979-1991 to 9.74% in 2003-2015. The proportions of reclamation evolved from Spartina alterniflora and bare flat increased to 37.98% and 30.90%, respectively. Evolution of Spartina alterniflora to reclamation mainly occurred to the north of Fangtang estuary, while evolution of bare flat to reclamation mainly occurred to the south of Fangtang estuary. Bare flat was the largest source of Spartina alterniflora, followed by Suaeda gsalsa, and Pragmites communis was the smallest. The main area of Spartina alterniflora invasion to bare flat was found from Xinyang estuary to Liangduo estuary. The coastal wetlands evolution of central Jiangsu showed a general trend from bare flat→halophytic vegetation→reclamation, but there was a significant shortening trend due to accelerating reclamation. The invasion of Spartina alterniflora has occupied the living space of local halophytic vegetation.

Key words： coastal wetlands; land use/cover; reclamation; Spartina alterniflora invasion; evolution direction; Jiangsu

Cite this article

JIN Yu , GAO Jixi , ZHOU Kexin , MU Shaojie . Dynamic of land use/cover changes under reclamation and Spartina alterniflora invasion in Jiangsu central coastal wetlands[J]. GEOGRAPHICAL RESEARCH, 2017 , 36(8) : 1478 -1488 . DOI: 10.11821/dlyj201708007

1 引言

滨海湿地是发育在海岸带附近并且受海陆交互作用影响的自然综合体,是海陆交界的生态过渡地带[1,2]。特殊的植被、水文和土壤条件使滨海湿地具有较高的演替速率和自然生产力,作为许多珍稀濒危水禽觅食地、越冬地和繁殖地,滨海湿地是自然界生物多样性最丰富、最具保护价值的生态系统之一[3,4]。江苏滨海湿地是中国滨海湿地的重要组成,约占全国滨海湿地总面积的14.2%[5]。江苏滨海湿地基本保持了天然的生态系统结构和功能,是中国乃至世界为数不多的典型原始海岸湿地之一[6]。然而,在人类活动和自然环境因素的双重影响下,江苏滨海湿地处于高度的动态演变中,其中围垦和米草（Spartina alterniflora）的扩散是区域景观变化过程中的关键驱动因素[7]。
围垦作为滨海湿地人为干扰的主要因素,直接改变了滨海湿地景观自然演变的过程和方向[8-10]。在缓解区域人地矛盾、促进经济发展的同时,围垦也会直接破坏湿地的生态结构和功能,加速生态资本的流失[11]。1973-2013年,围垦造成盐城滨海湿地自然植被面积不断减少,斑块形状趋于简单、规则,分维数下降,破碎化程度上升[12,13]。与此同时,围垦造成湿地景观的演变路径和周期极大缩短,致使生态关键区面积出现快速的退化趋势,盐生植被生存空间急剧萎缩[14]。此外,围垦还改变了滨海湿地的土壤理化性质[15,16],这些变化反过来又会影响湿地景观的演化[7,17],如随着围垦区土壤盐分的降低,土地利用类型逐步由耐盐植物和改良作物向其他类型转变,呈逐步多样化的趋势[18]。
米草入侵是影响滨海湿地景观演变的另一个重要因素[19,20]。米草原产于北美洲大西洋沿岸,禾本科米草属多年生高杆型草本盐沼植物,1979年引入中国,试种成功后开始向各地推广[21,22]。由于叶片布满了发达的盐腺和特殊的气孔结构,米草比许多盐沼植物更耐盐耐淹,对土壤的适应性较广,根系发达,因此能在盐沼植被的前沿最先占据光滩,为滩涂植被类型的演替提供条件[23]。然而,米草的繁殖扩散侵占了原生植被的生存空间,对原生植被的正常演替及生物多样性构成严重威胁[24],2003年被列为入侵物种。受米草扩张的影响,江苏滨海湿地的茅草（Aeluropus sinensis）群落在1987-2007年间持续减少,到2007年时已经基本消失;与此同时碱蓬（Suaeda australis）湿地也消失殆尽,至2007年几乎所有碱蓬都集中在核心区内[25];由于植被生长生态位的原因,芦苇（Phragmites australis）群落受到的影响较小,但在新洋河口和斗龙河口湿地,米草已取代芦苇成为单一优势群落[26]。
滨海湿地的景观格局演变将会直接影响沿海地区的生态稳定和平衡,进而引发一系列与区域经济发展、环境健康、生物多样性相关的连锁反应。因此,及时准确地掌握围垦及米草入侵下江苏滨海湿地的景观动态及其主要生态过程,对江苏滨海湿地资源的保护具有重要意义。选择江苏中部滨海湿地作为研究区,通过获取1979年、1991年、2003年和2015年四期的遥感影像,揭示1979-2015年江苏中部滨海湿地景观的动态变化,同时结合围垦及米草扩张的动态变化特征,分析围垦及米草入侵对江苏中部滨海湿地景观演化过程的影响及形成机制,以期为区域土地合理利用和生态系统完整性维护提供科学依据与决策支持。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究区概况

研究区位于江苏中部的盐城市和南通市沿海,北起射阳河口,南至如泰运河河口（东凌港）。研究区属于淤长型滨海湿地,湿地植被类型,生物多样性保护价值较高[27],建有盐城国家级珍禽自然保护区和大丰麋鹿国家级自然保护区。研究区内分布有射阳河、新洋河、斗龙河、王港河、丁溪河、东台河、梁垛河、方塘河、栟茶运河、掘苴河、如泰运河等入海河流,港口众多。研究区的主要土地利用类型包括围垦用地、盐沼滩涂和光滩,主要围垦形式为农田、养殖塘和盐田三种,盐沼滩涂由陆向海主要包括茅草、芦苇、碱蓬及米草[13,14]。本研究中以20世纪80年代建设的新海堤作为研究区的西边界;考虑到东边界受潮位的影响较大,以高潮位时露出海面部分的东边缘作为研究区的东边界。

2.2 数据来源

遥感数据分别是1979年、1991年、2003年及2015年的Landsat数据（表1）。运用ENVI 5.0软件对所获影像进行裁切,运用监督分类及人工目视解译相结合的方式对影像进行解译,得到不同时期下研究区的主要土地利用/覆被类型,主要包括养殖塘、农田、盐田、河流沟渠、茅草滩涂、芦苇滩涂、碱蓬滩涂、米草滩涂及光滩,建设用地面积非常小,故没有将其划分为单独一类。通过误差矩阵计算解译精度,精度达84%。
Tab. 1 The information of remote sensing images of study area

表1 研究区遥感影像信息

成像载体 传感器 行/列号 成像时间 空间分辨率(m)
Landsat3 MSS 128/37 1979-5-25 78
Landsat5 TM 119/37 1991-4-02 30
Landsat5 TM 119/37 2003-10-28 30
Landsat8 OLI 119/37 2015-10-13 30

2.3 研究方法

研究重点主要包括：① 1979-2015年间江苏省滨海湿地围垦及米草分布区向海推进的距离和面积的变化;② 围垦及米草入侵下对江苏中部滨海湿地土地利用/覆被的演化动态。
江苏省滨海湿地范围广阔,海岸线走向弯曲,不同地点向海延伸的方向差异明显。本研究在分析围垦及米草边界向海推进的距离和面积变化过程中,采用分段法进行取样（图1）。首先,沿海堤延伸方向作一条海堤延伸趋势线,将海堤南北两个端点之间的区域沿着趋势线从北往南等距离分为13段;再在每段中等距离设置4条样线,共计52条样线。由于围垦主要发生在海堤以西,东边界相对固定,对围垦空间进行采样时,仅统计各段中围垦东边界向海推进的距离;而对于米草,由于其东、西边界不断变化,在分析过程中分别统计了各段中米草东、西边界向海推进的距离。
Fig. 1 Spatial extent of central Jiangsu coastal wetlands during the study period and the settings of sampling line

图1 研究时段内江苏中部滨海湿地分布范围及样线设置示意图

利用Markov转移矩阵[28]分析围垦及米草入侵下土地利用/覆被类型的景观演化动态。Markov转移矩阵通过对不同时期的土地利用/覆被数据进行叠加分析,计算不同土地利用/覆被类型之间相互转化的面积,定量描述区域内土地利用/覆被变化的过程及趋势,从而反映围垦及米草入侵对土地利用/覆被变化方向的影响。

3 结果分析

3.1 围垦空间的演变及其影响

通过各段内（S1~S13,图1）4条样线提取围垦及米草在不同时期的边界,计算各边界点到海堤延伸趋势线的垂直距离,进而得到不同时期各段的围垦边界向海推进的距离、米草东、西边界向海推进的距离。同时,通过ArcGIS 10.0软件的地理统计功能计算4个时期下各段中围垦及米草的分布面积。
3.1.1 围垦向海推进的距离及面积变化 随着围垦活动的持续,1979-2015年江苏中部滨海湿地的围垦边界发生显著变化。图2显示了4个时期围垦边界向海推进的距离,可以看出,江苏中部滨海湿地的围垦边界总体上不断向海推进,且推进速度逐渐加快：三个时段内,围垦边界向海推进的平均速度分别为173.18 m/yr、267.08 m/yr和156.63 m/yr。空间上,不同时段内的推进速度存在明显差异：A段（S1~S11,射阳河口—三港段）围垦边界在三个时段均持续向海推进,在整个研究时段内的平均推进速度为226.44 m/yr;B段（S12~S13,三港—东陵港段）中围垦边界向海推进的距离较小,整个时期内的平均推进速度为47.85 m/yr,甚至在1979-1991年期间,出现了一定程度的倒退,该时期内平均推进速度为-59.97m/yr。这主要是由于A段中射阳、大丰、东台及如东小洋口港以北地区是湿地资源最为丰富的地区,大量的优质滩涂提供了充足的围垦空间。A段中分布有盐城湿地珍禽国家级自然保护区和大丰麋鹿国家级自然保护区,2003年以后,随着保护意识的提高,该地区围垦强度下降,围垦边界的推进速度略有放缓。
Fig. 2 The distance of the reclamation border from reference line to sea in each year

图2 不同年份围垦边界向海推进的距离

图3所示为各时期间围垦面积的年均增长速度。总体而言,研究区内围垦面积在1979-1991年、1991-2003年以及2003-2015年三个时段均不断增长,围垦面积分别增加了457.55 km2、416.90 km2和269.28 km2,围垦面积的平均增长速度分别为2.93 km2/yr、2.51 km2/yr和1.84 km2/yr,围垦面积在三个时期内增速逐渐放缓。王港—小洋口港段（S6~S10）,在三个时期中围垦面积均保持较快增长,各研究时段平均增速为3.43 km2/yr,并逐渐形成了海北、海丰和金丰三块主要的垦区。从沉积的角度来看,该段由于有岸外辐射沙洲和射阳河口以北侵蚀海岸提供了丰富的泥沙,淤积速率较快[29],滩涂资源丰富;同时,该段中分布的是盐城国家级珍禽自然保护区的实验区,与核心区和缓冲区相比,实验区的保护力度相对较小,围垦强度较大。对比三个时期围垦速度曲线可以发现,随着时间推移,各时期围垦速度最快的岸段逐渐向南移动,这是由于受到沉积物供应的影响,射阳河口以南至小洋口港段的海岸表现为淤长速率向南增加[30]。江苏中部滨海湿地围垦的主要形式为农田、养殖塘及盐田三种类型,表2为4个时期下三种围垦形式的面积,其中,养殖塘面积增长最多,增幅最大;农田次之;盐田的面积增长最少,增幅最慢。围垦的土地利用类型也由前期的农田主导转变为农田和养殖塘共同主导,这是由于滨海湿地的土壤盐分高,不能直接耕种,养殖塘不需要进行土壤改良,相较农田的开发具有开垦难度低、周期短及效益高的优势[31]。
Fig. 3 The average annual increase of reclamation area in different periods

图3 不同时段围垦面积的增长速度

Tab. 2 Area of three reclamation types in each year

表2 不同年份三种围垦形式的面积

不同围垦形式 1979年 1991年 2003年 2015年
农田（km2） 350.98 631.30 660.99 776.78
盐田（km2） 23.02 42.63 46.83 49.97
养殖塘（km2） 30.26 188.04 571.39 721.77
3.1.2 米草向海延伸的距离及面积变化 图4a和图4b分别为米草西、东边界向海推进的距离。可以看出,1979年米草尚未引入中国,在研究区中没有分布;在引入中国12年后的1991年,米草只在射阳河口—东台河口（S1~S7）间有零星分布;而到了2002年,米草已经扩散到了整个研究区的海岸带,呈连续带状分布。图4a中,米草西边界在3个时期总体上不断向海推进,只有D段（S2~S3,即新洋河口—斗龙河口）出现小幅西进。而图4b中,各段米草的东边界在1979-2015间均向海向推进。米草东、西边界的变化主要受两方面因素的影响,第一,潮位因素的限制,米草主要分布在高潮滩下部至中潮滩上部,滩涂淤长导致米草滩涂滩面高程增加,潮间带外移,米草原先的分布区受海水潮侵频率下降,生长衰退,被其他群落代替,同时,新淤长出的滩涂逐渐形成新的适宜生境,米草开始向新生境扩张[32]。第二,围垦的不断推进,会逐渐蚕食米草西边界,导致西边界向海推进,而东边界处于近海侧外围,几乎不受围垦影响。E段米草西边界向内陆扩展是由于该段位于新洋河口和斗龙河口之间,段内设有盐城湿地珍禽国家级自然保护区的核心区,湿地演化保持着较好的自然状态,演化方式以自然演替为主,部分碱蓬被米草代替。通过计算,米草西边界向海推进的平均速度由1991-2003年的42.35 m/yr增加至2003-2015年的143.77 m/yr,东边界向海推进的平均速度由129.51 m/yr增加至143.51 m/yr。东、西边界向海推进的平均速度的增加显示米草分布变化加剧,东边界的推进速度高于西边界则显示米草平均分布宽度的增加,但宽度增加的速度有所减缓。
Fig. 4 The distance of Spartina alterniflora east and west border from reference line to sea in each year

图4 不同年份米草东、西边界向海推进的距离

统计得到不同年份米草的分布面积,计算三个时期各段米草面积的变化速度（图5）,1991年以前为米草入侵的初期,分布面积的增长速度比较低,各段的平均增长速度只有0.30 km2/yr;1991-2003年为米草扩散的爆发期,其面积在该时期内迅速增加,各段的平均增长速度达到0.89 km2/yr,其中,斗龙河口—三港段（S3~S11）的米草面积增长最为迅猛;2003-2015年米草总体进入稳定期,各段的平均增长速度为-0.03 km2/yr,相较之前出现了明显的下降,但各段间增速波动剧烈,甚至在斗龙河口—川东港段（S4~S6）及梁垛河口—三港段（S9~S11）,米草面积出现较大幅度的下降,各段的平均增长速度分别为-1.12 km2/yr和-0.69 km2/yr。增速波动的加剧说明2003-2015年间米草的分布仍处于高速动态变化中。1991-2003年和2003-2015年两个时段内米草的面积增速“前高后低”,1991-2003年,米草尚处在入侵初期,原有光滩的生态位适合生长,米草对合适的生态位快速占据是其面积快速增加的主要原因。2003年以后,生态位逐渐饱和,米草的扩张速度随之降低。同时,部分米草滩涂转变成围垦空间,导致米草的面积快速下降,面积增速也随之下降,甚至出现负增长。另外,2003年米草被列为入侵物种以后,江苏开始采取多种措施进行治理,对米草的扩张速度也起到一定的控制作用[23]。
Fig. 5 The average annual increase of Spartina alterniflora area in different periods

图5 不同时期米草面积的增长速度

3.2 土地利用/覆被类型的转移方向

Markov转移矩阵能够反映不同土地利用/覆被类型之间的演化过程,表3~表5为江苏中部滨海湿地在1979-1991年、1991-2003年及2003-2015年三个时段内各土地利用/覆被类型的Markov转移矩阵。在人类干扰和自然演替的双重影响下,江苏中部滨海湿地总体上呈现从光滩→盐生植被→围垦的演化方向。泥沙淤积形成裸露的光滩,为盐生植被提供了演替的空间,光滩逐渐转变为自然湿地,在此过程中,土壤逐渐发育成熟,最终被围垦空间替代。
Tab. 3 Markov transition matrix of land use/cover for coastal wetland in 1979-1991 (km2)

表3 1979-1991年滨海湿地土地利用/覆被类型转移矩阵（km2）

1991年 1979年
养殖塘 农田 盐田 河流沟渠 茅草滩涂 芦苇滩涂 碱蓬滩涂 米草滩涂 光滩
养殖塘 17.64 18.04 0.4 1.03 0.12 67.18 56.8 15.53
农田 3.05 331.19 0.46 1.58 1.32 243.36 41.03 4.41
盐田 9.03 0 18.84 0 0 8.25 5.82 0.69
河流沟渠 0 0.22 0 4.14 0.01 1.84 1.27 3.85
茅草滩涂 0 0.21 0 0.09 0 2.73 0.01 0.07
芦苇滩涂 0.45 0.63 0.51 4.99 0 107.19 91.49 75.89
碱蓬滩涂 0.04 0 0.03 0.02 0 24.61 157.61 32.84
米草滩涂 0 0.22 0 4.14 0.01 1.27 1.84 3.85
光滩 0.04 0 2.79 3.11 0 50.71 85.76 237.27

注：1979年,无米草滩涂分布。

Tab. 4 Markov transition matrix of land use/cover for coastal wetland in 1991-2003 (km2)

表4 1991-2003年滨海湿地土地利用/覆被类型转移矩阵（km2）

2003年 1991年
养殖塘 农田 盐田 河流沟渠 茅草滩涂 芦苇滩涂 碱蓬滩涂 米草滩涂 光滩
养殖塘 139.22 71.27 0.07 0.32 0.00 128.23 115.43 14.45 90.23
农田 34.40 544.77 0.00 0.73 2.48 64.49 8.94 0.00 3.47
盐田 0.10 0.99 42.56 0.00 0.00 3.16 0.00 0.00 0.00
河流沟渠 0.07 1.96 0.00 9.48 0.00 0.44 0.16 0.10 10.33
茅草滩涂 0.18 0.04 0.00 0.00 0.47 2.15 2.18 0.00 0.27
芦苇滩涂 0.22 1.60 0.00 0.11 0.14 57.80 10.90 0.42 7.60
碱蓬滩涂 0.48 0.80 0.00 0.72 0.00 6.27 50.70 7.50 71.31
米草滩涂 1.68 5.58 0.00 1.86 0.02 9.62 19.43 5.01 151.51
光滩 0.40 0.28 0.00 7.18 0.00 2.39 20.47 0.95 422.91
Tab. 5 Markov transition matrix of land use/cover for coastal wetland in 2003-2015 (km2)

表5 2003-2015年滨海湿地土地利用/覆被类型转移矩阵（km2）

2015年 2003年
养殖塘 农田 盐田 河流沟渠 茅草滩涂 芦苇滩涂 碱蓬滩涂 米草滩涂 光滩
养殖塘 352.23 104.82 29.76 1.17 4.52 11.08 44.85 99.38 58.23
农田 177.82 532.73 0.50 1.73 0.26 19.42 8.69 20.73 13.65
盐田 0.01 0.00 16.43 0.00 0.00 0.39 6.59 0.35 26.12
河流沟渠 1.76 6.78 0.00 7.75 0.00 0.78 0.49 2.05 6.30
茅草滩涂 0.62 0.58 0.00 0.34 0.01 0.29 0.52 1.20 7.55
芦苇滩涂 18.94 15.17 0.12 1.40 0.33 42.43 19.15 15.61 14.87
碱蓬滩涂 5.33 0.04 0.00 2.14 0.00 1.33 37.42 8.41 120.40
米草滩涂 1.45 0.00 0.00 3.45 0.00 2.37 19.79 45.40 92.59
光滩 0.76 0.34 0.00 5.81 0.00 0.69 5.10 1.53 397.13
围垦空间是通过大量开发自然湿地获得土地资源,在前两个时段内,围垦主要是由芦苇滩涂和碱蓬滩涂转化而来,1979-1991年,围垦主要发生在王港—三港段（S6~S11）,该段围垦的推进速度和面积增长速度均较快,分别为315.04 m/yr和29.56 km2/yr;1991-2003年,围垦主要发生在射阳河口—梁垛河口段（S1~S8）,推进速度和面积增长速度分别为380.59 m/yr和28.93 km2/yr。1991年,芦苇和碱蓬滩涂转化为围垦空间的面积占围垦空间土地来源的比例分别为71.30%和23.18%,2003年这两个比例分别为45.35%和28.79%。围垦占用芦苇和碱蓬滩涂面积的差异,是由于农田主要开发芦苇滩涂,兼开发少量的碱蓬滩涂造成的。芦苇滩涂相较碱蓬滩涂所处的海滩位置更高,土壤盐碱化程度低,开发难度较小,因此农田更倾向于围垦芦苇滩涂。
2003年以后,芦苇和碱蓬滩涂转化为围垦空间的面积较前一时期大幅下降,芦苇和碱蓬滩涂转化为围垦空间的面积占围垦空间土地来源的比例分别下降到9.74%和18.96%;相应的,由米草滩涂和光滩转化来的围垦面积占围垦土地来源的比例则分别上升到37.98%和30.90%,围垦主要发生在斗龙河口—新开河港段（S4~S13）,围垦的推进速度和面积增长速度分别为176.08 m/yr和21.46 km2/yr。其中,对米草滩涂的围垦主要发生在斗龙河口—方塘河口段（S4~S11）,与该段米草滩涂在这一时期的面积变化一致,2003-2015年,斗龙河口—方塘河口段的米草滩涂面积增速为-4.61 km2/yr;对光滩的围垦主要出现在东台河口—新开河港段（S8~S13）,这是由于东台河口—新开河港段的淤积速率较快[14],提供了大量的滩涂资源。
由芦苇和碱蓬滩涂转化而来的围垦面积下降,一方面是由于近年来随着保护意识的逐渐提高,各地加强了对滨海湿地的保护;另一方面,由于米草滩涂的不断扩张及滩涂的自然淤长,围垦占用的米草滩涂和光滩面积迅速增加,米草滩涂和光滩成为围垦土地新的重要来源。值得注意的是,围垦占用的光滩面积在三个时期中不断增加,表明围垦缩短了江苏中部滨海湿地演化路径,这虽然能够压缩围垦的时间周期,提高围垦的经济效益,但也极大地压缩了盐生植被的扩张空间,阻碍了正常的演替过程。
在三个时期中,农田和养殖塘之间存在相互转化的情况,且二者之间相互转化的面积逐渐增大。1979-1991和1991-2003年,农田转化为养殖塘的面积大于养殖塘转化为农田的面积;2003-2015年,这一情况出现了逆转,农田呈现净流入状态。这主要是因为在围垦初期,尤其是围垦的前10年,土地高度盐碱化导致其作为农田的可利用程度很低,而养殖塘对土壤条件的要求不高,将新开垦的土地用作渔业养殖是一种更具效率和效益的利用方式;围垦10年以后,随着土壤盐分下降,肥力提高,能够种植一些耐盐作物。同时,由于滩涂淤长,早期开垦的养殖塘调取海水的难度和成本逐渐提高,导致一部分早期开垦的鱼塘被农田所取代,并且,随着时间的推移,这种变化越来越明显[14]。
除围垦外,自然湿地还受到米草入侵的严重威胁。1979-1991年芦苇滩涂、碱蓬滩涂及光滩转化为米草滩涂的面积占米草滩涂全部来源的比例分别为11.21%、16.24%和33.98%。这三个比例在1991-2003年分别为5.07%、10.24%和79.87%,在2003-2015年分别为1.98%、16.54%和77.38%。芦苇滩涂、碱蓬滩涂和光滩对米草滩涂的转入面积贡献大小顺序为：光滩>碱蓬滩涂>芦苇滩涂。光滩是米草滩涂的最主要来源,空间上集中在新洋河口—梁垛河口段（S2~S8）。米草与芦苇和碱蓬相比,生态位最低,导致其对光滩的入侵速度最快,而该段为盐城湿地珍禽国家级自然保护区核心区与缓冲区,丰富的滩涂资源为米草提供了充足的扩张空间。碱蓬滩涂是米草滩涂的第二来源,空间上主要集中在新洋河口—斗龙河口段（S2~S3）,该段为保护区的核心区,碱蓬滩涂的分布面积很大,同时,碱蓬与米草的生态位较为接近,米草在该段的面积增长主要来自对碱蓬滩涂的入侵。由于受到碱蓬滩涂的阻隔,芦苇滩涂转化为米草滩涂的面积较少,时间上主要发生在1991-2003年,空间上位于方塘河口—新开河港段（S9~S13）。这是1991-2003年该段米草滩涂面积增长的重要原因。
同时,米草对光滩的大量侵占也极大地挤占了本地盐生植被的扩张空间,甚至会封锁其他盐生植被向光滩的扩张。一方面,米草的繁殖方式的效率较高,米草的繁殖分为有性繁殖和无性繁殖两种方式,有性繁殖（种子扩展）是通过潮水等媒介将种子送到新淤长的滩涂,种子萌发逐渐形成新的斑块,各斑块通过无性繁殖（根茎蔓延）连成片,最终形成条带状分布;另一方面,米草有着极强的促淤造陆能力,加快了潮滩沉积速率,使得米草滩涂的滩面高程高于碱蓬滩涂,导致碱蓬滩涂所受潮侵频率急剧减少,碱蓬滩涂向光滩的扩张受到限制[19]。本研究中,新洋河口—斗龙河口段（S2~S3）,米草形成的分布带,已经完全阻断了碱蓬向光滩的扩张,这与已有的研究结论基本一致[32]。碱蓬滩涂扩张受限造成其自身滩面高程的增速下降,进而限制碱蓬向其他位置更高的盐生植被演替,这一现象应该引起足够的重视。

4 结论

（1）1979-2015年,围垦和米草由零星斑块扩展为连续带状分布,边界总体上加速向海推进,不同岸段的推进速度存在差异。滩涂资源丰富的射阳河口—三港段围垦推进速度最快,达到226.44 m/yr;米草的东、西边界向海推进的平均速度不断加快,分布宽度增加。围垦面积在三个时期内持续增加,增速加快,面积增加主要集中王港—小洋口港段,各段平均增速为3.43 km2/yr;米草面积在1991-2003年间增长迅速,各段平均增速为0.89 km2/yr,2003年以后增速下降,为-0.03 km2/yr。
（2）芦苇滩涂和碱蓬滩涂转化为围垦空间的面积占围垦空间土地来源的比例持续下降,分别由1979-1991年的71.30%和23.18%下降到2003-2015年的9.74%和18.96%,米草滩涂和光滩的这一比例则分别上升到37.98%和30.90%,米草滩涂和光滩成为围垦土地新的重要来源,对米草滩涂的围垦主要发生在方塘河口以北,对光滩的围垦主要发生在方塘河口以南。同时,随着光滩转化为围垦用地面积的不断增加,江苏中部滨海湿地演化路径存在明显的缩短趋势。
（3）芦苇滩涂、碱蓬滩涂和光滩对米草滩涂的转入面积贡献大小顺序为：光滩>碱蓬滩涂>芦苇滩涂,光滩是米草滩涂的最主要来源,新洋河口—梁垛河口段为米草向光滩入侵的主要区域。米草入侵挤占了本地盐生植被的扩张空间,加速了本地盐生植被的衰落。

The authors have declared that no competing interests exist.

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张华兵, 刘红玉, 侯明行. 人工管理和自然驱动下盐城海滨湿地互花米草沼泽演变及空间差异. 生态学报, 2013, 33(15): 4767-4775.将盐城国家级自然保护区核心区划分为人工管理区和自然湿地区两种模式,根据2000年、2006年、2011年3个时相的ETM＋影像,运用RS、GIS技术和景观生态学方法,分析不同驱动力下互花米草沼泽景观变化的差异。结果表明：（1）人工管理区,2000-2011年,互花米草沼泽面积由272hm2增加到781hm2;平均分维数呈下降的趋势,聚合度指数呈上升的趋势,表明互花米草沼泽在空间上趋于聚集,在形状上趋于规则;从互花米草沼泽增长速率看,2000-2011年,呈现先快后慢的特征。在景观空间演变上,互花米草沼泽的平均宽度从598.679m增加到1719.002m,表现出向海陆两个方向扩张的特征。（2）自然湿地区,2000-2011年互花米草沼泽面积由2023hm2增加到3974hm2;平均分维数和聚合度指数呈先上升后下降的趋势;米草沼泽增长稳定,年增长约160-180 hm2/a,单位长度岸线年增长面积约为15hm2·km-1·a-1左右;比较发现,自然湿地区互花米草沼泽的增长速度高于人工管理区的增长速度。在景观空间演变上,互花米草沼泽平均宽度从1625.586m增加到3193.317m,2000-2006年表现出向海洋单方向扩张的特征,2006-2011年表现出向海陆两个方向扩张的性质。（3）在自然条件下互花米草沼泽扩张受到气候、地貌过程、水文过程、植被类型及种间竞争的影响,表现出明显的带状特征。在人工管理下,通过建设拦水堤坝等,阻止了潮汐作用下海水的扩散能力,生态过程发生改变,致使生态系统类型向淡水湿地方向演变,抑制了互花米草沼泽的扩张,表现出一定的镶嵌格局。

DOI

[Zhang Huabing, Liu Hongyu, Hou Minghang.Spatiotemporal characteristics of Spartina alterniflora marsh change in the coastal wetlands of Yancheng caused by natural processes and human activities. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(15): 4767-4775.]

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左平, 刘长安, 赵书河, 等. 互花米草属植物在中国海岸带的分布现状. 海洋学报, 2009, 31(5): 101-111.

[Zuo Ping, Liu Chang'an, Zhao Shuhe, et al. Distribution of Spartina plantations along the China's coast. Acta Oceanologica Sinica, 2009, 31(5): 101-111.]

[21]
张忍顺, 沈永明, 陆丽云, 等. 江苏沿海互花米草(Spartina alterniflora)盐沼的形成过程. 海洋与湖沼, 2005, 36(4): 358-366.选取江苏沿海的3个典型岸段,在2000—2001年进行了野外地貌沉积及植被调查,并进行了地形高程测量;选用了1985—2001年间7个时相的TM卫星影像资料,追踪了江苏互花米草盐沼形成的过程。结果表明,在移栽后的5—6年内,互花米草植被扩散缓慢,主要为立地扎根,走茎蔓延。在TM影像可以计量的规模上,互花米草植被在裸滩上的扩散可以分为三个阶段第一阶段为1993—1996年,随着面积逐渐增大,草仔数量明显增加,年扩展率逐渐扩大,到1996年,平均年扩展率已达30%。第二阶段为1996—1999年的3年间,互花米草人工盐沼的面积迅速扩大,年扩展率平均为43%。第三阶段为1999年以后,平均年扩展率迅速减小,为10%,预计还要减缓,最后,待原有潮滩生态位长满后,与滩涂自然淤长速率相应。

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[Zhang Renshun, Shen Yongming, Lu Liyun, et al.Formation of Spartina alterniflora salt marsh on Jiangsu coast, China. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2005, 36(4): 358-366.]

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朱冬, 高抒. 江苏中部海岸互花米草扩展对滩涂围垦的响应. 地理研究, 2014, 33(12): 2382-2392.lt;p>根据2001-2013年遥感影像和野外观测数据,对江苏中部海岸互花米草(<i>Spartina alterniflora</i> Loisel)在滩涂围垦期间的扩展过程进行定量化分析。结果显示：2001-2013年互花米草扩展对围垦的响应大体分为三个阶段：2001-2007年,海堤外米草面积较大,每年新增米草面积及米草年扩展率均和新增围垦面积变化同步,且相关性显著;2008-2010年,海堤外米草面积较小,但米草年扩展率仍然较高;2011-2013年,随着围垦的持续进行,米草扩展进入稳定期。因此,互花米草扩展对于滩涂围垦的不同速率和阶段具有不同的响应。若围垦时保留足够宽度的堤前米草,则围垦可以提高米草的年扩展率,其机理是互花米草种子产量和前缘淤积环境是影响米草扩展的主要因素,而围垦对这两方面都有影响。在后期滩涂围垦时,应保证堤外米草宽度在0.9~1 km之间,实现土地资源的可持续利用。</p>

DOI

[Zhu Dong, Gao Shu.The expansion of Spartina alterniflora marsh in response to tidal flat reclamation, central Jiangsu coast, eastern China. Geographical Research, 2014, 33(12): 2382-2392.]

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左平, 吴其江. 江苏盐城滨海湿地生态系统与管理. 北京: 中国环境科学出版社, 2014.

[Zuo Ping, Wu Qijiang.Coastal Wetland Ecosystem and Management in Yancheng, Jiangsu Province: A Case Study in Jiangsu Yancheng National Rare Birds Natural Reserve. Beijing: China Environment Science Press, 2014.]

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Gao S, Du Y F, Xie W J, et al.Environment-ecosystem dynamic processes of Spartina alterniflora salt-marshes along the eastern China coastlines. Science China: Earth Sciences, 2014, 57(11): 2567-2586.Spartina alterniflora is ecologically important in its original habitat; however, it has caused controversy since it was introduction into China (now it has been spreading rapidly on the Jiangsu, Shanghai, Zhejiang and Fujian coasts). The purpose of the present contribution is, on the basis of an analysis and synthesis of existing data sets, to evaluate the environmental-ecological effects of S. alterniflora , and to identify the relevant scientific problems that require further research in the future. Investigations have shown that, by reducing the near-bed shear stress associated with tidal currents, S. alterniflora can enhance the settling flux of suspended sediment and deposition rate on the tidal flats over the region. Further, field survey and analysis indicate that the S. alterniflora salt-marsh has a high primary production and provides a new type of habitat for the native benthic fauna. Some macro-, meio- and micro-fauna that used to live in the native salt-marshes have adapted to the S. alterniflora salt-marsh, forming a new ecosystem. Under the influences of a number of background factors, such as latitude variations and the coastal type, the environmental-ecological changes induced by Spartine have regional differentiations. To the north of Hangzhou Bay, with a high position of the pre-Holocene stratum base, a large width of the tidal flats, and a gentle bed slope, only a small part of the intertidal zone is occupied by the S. alterniflora salt-marsh. Here, the S. alterniflora salt-marshes mainly play a positive role in coastal protection and ecosystem functioning. In contrary, to the South of Hangzhou Bay, The pre-Holocene deposits are situated in relatively deeo waters, and the width of the tidal flats formed within coastal embayments is relatively narrow. As such, the expansion of S. alterniflora has squeezed the living space of other intertidal organisms, thus has a negative ecological effect. Therefore, the regional differentiation of the Spartina effects should be sufficiently considered in coastal development and management. Furthermore, in order to predict the future evolution of the S. alterniflora wetlands over the region, in addition to in situ monitoring and measurements, an ecosystem dynamic model should be established, taking into account the coupling of the rerrestrial and marine environmental-ecological processes.

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左平, 李云, 赵书河, 等. 1976年以来江苏盐城滨海湿地景观变化及驱动力分析. 海洋学报, 2012, 34(1): 101-108.基于1976年的地形测绘数据和 1987,1992,1997,2002,2007年的遥感数据提取土地利用和景观的时空变化,进而分析近40 a来江苏盐城滨海湿地的景观变化和驱动力.研究表明:自1976年以来盐城滨海湿地中的自然湿地总面积呈逐渐减少的趋势；景观的主要变化特征表现为以獐 茅、碱蓬群落为代表的自然湿地的大面积减少,和以鱼塘、农业用地为代表的人工湿地的大面积增加.景观指标分析表明盐城滨海湿地景观总体上有破碎化程度加剧 的趋势.结果分析认为,这种变化既受到政策导向型的各类滩涂开发等人为干扰活动的影响,也受到滨海湿地自然演化和潮滩蚀淤等自然因素的影响.尽快改变盐城 滨海湿地现有的开发利用模式,使各种人类活动对整个生态系统的压力减到最小,以获得经济、社会、生态效益的统一.

[Zuo Ping, Li Yun, Zhao Shuhe, et al.Landscape changes of Jiangsu Yancheng coastal wetlands and their driving forces since 1976. Acta Oceanologica Sinica, 2012, 34(1): 101-108.]

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刘春悦, 张树清, 江红星, 等. 江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及景观格局. 应用生态学报, 2009, 20(4): 901-908.基于1992—2007年的遥感影像和野外调查数据，在地理信息系统的支持下，应用景观生态学理论和转移矩阵方法，定量分析了江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及其景观格局的演变规律.结果表明：研究区互花米草面积由1992年的3561 hm<SUP>2</SUP>上升至2007年的14491 hm<SUP>2</SUP>，增幅达306.94%，累计转入和转出面积分别为26291和15361 hm<SUP>2</SUP>;其中，江苏盐城国家级自然保护区核心区的互花米草面积由1992年的597 hm<SUP>2</SUP>增长到2007年的2814 hm <SUP>2</SUP>，年增幅达24.74%.研究期间，该区互花米草空间分布格局由初始的河口地带零星斑块逐渐演变为连续带状，并扩展到射阳河口至梁跺河口之间的滩涂外围;研究区互花米草的斑块重心向东南方向移动（2.92 km），平均斑块面积先增（1992—2002年）后降（2002—2007年），最大斑块指数及面积加权临近度指数逐年递增，斑块形状趋向规则化.

[Liu Chunyue, Zhang Shuqing, Wang Hongxing, et al.Spatiotemporal dynamics and landscape pattern of alien species Spartina altemiflora in coastal wetlands of Jiangsu province, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(4): 901-908.]

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周汝佳, 张永战, 何华春. 基于土地利用变化的盐城海岸带生态风险评价. 地理研究, 2016, 35(6): 1017-1028.lt;p>在GIS和RS技术支持下,以行政区划为评价单元,从景观结构角度构建生态风险评价模型,借助地统计分析及空间自相关分析方法,对盐城海岸带地区2000-2010年景观生态风险的时空分异特征进行定量评价。结果表明：2000-2010年,盐城海岸带地区整体生态环境质量有所下降。10年间,研究区生态风险平均值从0.35增长至0.39,高等级生态风险区不断增加。土地利用生态风险程度整体空间分异性不断增加,局部呈现高—高聚集和低—低聚集。较高风险区和高风险区主要分布于射阳县、大丰市大丰港以北的沿海区域以及东台弶港附近,其原因主要是随着沿海开发的推进,临港产业和临海城镇的发展,海岸带土地利用变化加剧,沿海地区生态系统稳定性被破坏。</p>

DOI

[Zhou Rujia, Zhang Yongzhan, He Chunhua.Ecological risk assessment based on land use changes in the coastal area in Yancheng city. Geographical Research, 2016, 35(6): 1017-1028.]

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朱萌, 马孝义, 刘雪娇. 基于马尔科夫模型的武功县土地利用/覆被动态变化研究. 水土保持研究, 2013, 20(5): 64-68.

[Zhu Meng, Mao Xiaoyi, Liu Xuejiao.Dynamic changes of land use/cover based on Markov model in Wugong County, Shaanxi province. Research of Soil and Water Conservation, 2013, 20(5): 64-68.]

[29]
刘秀娟, 高抒, 汪亚平. 淤长型潮滩剖面形态演变模拟:以江苏中部海岸为例. 地球科学: 中国地质大学学报, 2010, 35(4): 542-550.在泥质、砂质物质共存的淤长型潮滩，其剖面的塑造受到潮流作用下堆积过程的控制．为探讨这种 潮滩剖面的演变过程，以江苏中部海岸为研究对象建立了大小潮周期性作用下的潮滩剖面演变模型，模拟了潮滩均衡态剖面形态与初始坡度、潮差、沉积物供应量之 间的关系及潮滩的持续淤长剖面．模拟结果表明：（1）淤长型潮滩剖面达到均衡态时的形态是上凸的，且与初始形态无关；（2）在外源一定的条件下，潮滩的宽 度与潮差呈正相关；（3）外源物质供应越丰富，潮滩宽度越大；（4）潮滩的冲淤状态由沉积物的供应量决定；（5）对大潮高潮位附近的无沉积带进行充填可实 现对其长期持续淤长剖面的模拟；（6）有丰富沉积物来源的潮滩，在调整至均衡态后仍持续向海淤长，并在淤长过程中保持均衡态；（7）当在模型中输入有关江 苏海岸的参数时，模拟的潮滩宽度和坡度与江苏海岸的潮滩一致．

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[Liu Xiujuan, Gao Shu, Wang Yaping.Modeling the shore-normal profile shape evolution for an accretional tidal flat on the central Jiangsu coast. Earth Science: Journal of China University of Geosciences, 2010, 35(4): 542-550.]

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张忍顺. 苏北黄河三角洲及滨海平原的成陆过程. 地理学报, 1984, 39(2): 173-184.

[Zhang Renshun.Land-forming history of the Huanghe River Delta and coastal plain of North Jiangsu. Acta Geographica Sinica, 1984, 39(2): 173-184.]

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王磊, 张明娟, 刘茂松, 等. 近30多年江苏省滨海淤长型滩涂中农业/养殖塘动态. 湿地科学, 2013, 11(2): 178-185.<p>以4 期(1980 年前、1990 年前后、2002 年和2010 年)Landsat 遥感影像为基础数据，研究了近30 多年来江苏<br />省滨海淤长型滩涂中，农业和渔业用地面积消长、土地的去向及来源变化情况。研究表明，从1980 年前至2010<br />年，农业用地面积从436.56 km2增长至909.31 km2；渔业用地面积从31.67 km2增长至838.94 km2。其中，农业用<br />地与渔业用地面积在前20 a 增长相对较快；但近10 a 来，随着天然湿地提供的土地资源被逐渐消耗，农业/渔业<br />用地面积增长趋缓。在典型淤长型滩涂中，天然湿地被开垦为农业/渔业用地后，很少会再恢复为天然湿地；在<br />过渡型淤长滩涂中，近10 a 来，恢复为天然湿地的农业/渔业用地比例分别达到了18.10%和13.44%。经过近30<br />多年的围垦，天然湿地比例从74.59%下降为50.30%，芦苇(Phragmites australis)沼泽、碱蓬(Suaeda sp.)沼泽等天<br />然湿地转化为农业/渔业用地趋势减弱。</p>

[Wang Lei, Zhang Mingjuan, Liu Maosong, et al.Dynamics of agricultural/aquacultural lands in aggradational littoral beaches in Jiangsu province in recent 30 years. Wetland Science, 2013, 11(2): 178-185.]

[32]
王聪, 刘红玉. 江苏淤泥质潮滩湿地互花米草扩张对湿地景观的影响. 资源科学, 2014, 36(11): 2413-2422.

[Wang Cong, Liu Hongyu.The impact of Spartina Alterniflora expansion on vegetation landscapes in the Yancheng tidal flat wetland. Resources Science, 2014, 36(11): 2413-2422.]

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