王 坎， 唐 瑤， 王玲玲， 吳興華， 楊 劭

(1.華中師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 武漢 430079； 2.湖北省環(huán)境科學(xué)研究院， 武漢 430072；3.伊美凈科技發(fā)展有限公司， 武漢 430079)

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王 坎1，2， 唐 瑤3， 王玲玲2， 吳興華2， 楊 劭1*

(1.華中師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 武漢 430079； 2.湖北省環(huán)境科學(xué)研究院， 武漢 430072；3.伊美凈科技發(fā)展有限公司， 武漢 430079)

基于2000年、2010年Land TM/ETM數(shù)據(jù)，建立研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)分類體系，分析研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)格局變化.運(yùn)用ALOS(2.5 m)的高分遙感衛(wèi)片進(jìn)行人工目視解譯，分析研究區(qū)域內(nèi)的人為活動(dòng)干擾情況，整體評(píng)估自然保護(hù)區(qū)珍稀野生動(dòng)植物的保護(hù)效果，評(píng)估結(jié)果表明：10 a 間研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)格局變化較小，對(duì)珍稀動(dòng)植物及其生境的影響甚微，人類活動(dòng)形式較為單一且主要分布在實(shí)驗(yàn)區(qū)，2000至2010年期間，十八長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)的管護(hù)工作是有效果的.

遙感技術(shù)； 分布格局； 人為干擾； 保護(hù)效果

自然保護(hù)區(qū)是物種及其生態(tài)系統(tǒng)的庇護(hù)所，是全球生物多樣性保護(hù)的重要組成部分.遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能準(zhǔn)確掌握區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，運(yùn)用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)，能為自然保護(hù)區(qū)管護(hù)工作提供可靠的科學(xué)依據(jù)[1].20世紀(jì)90年代，利用遙感變化監(jiān)測(cè)保護(hù)區(qū)土地利用變化，分析人為干擾活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)生境影響的研究在國(guó)外逐漸興起，而國(guó)內(nèi)起步較晚[2].本研究通過(guò)10 a間的遙感影像監(jiān)測(cè)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化，對(duì)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)珍稀動(dòng)植物的保護(hù)效果進(jìn)行綜合評(píng)估，對(duì)于自然保護(hù)區(qū)管理部門掌握區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)，有針對(duì)性地開展自然保護(hù)區(qū)管護(hù)工作有重要意義.

1 研究區(qū)域概況

湖北十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)位于湖北省十堰市竹溪縣南部，距竹溪縣城約230 km，距十堰市中心城區(qū)約300 km.東與堵河源省級(jí)自然保護(hù)區(qū)交界，西、南與重慶市雙陽(yáng)自然保護(hù)區(qū)毗鄰，北與竹溪縣桃源鄉(xiāng)相鄰[3].保護(hù)區(qū)始建于1988年，至今已有20余年的歷史，保護(hù)區(qū)南北長(zhǎng)32 km，東西寬23 km，總面積為303.2 km2，其中核心區(qū)面積108.6 km2，緩沖區(qū)面積50.5 km2，實(shí)驗(yàn)區(qū)面積144.1 km2.十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)地處秦嶺地槽區(qū)東段南緣，大巴山脈東段余脈北坡，屬中山地貌.境內(nèi)氣候?qū)儆诒眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，具備四季分明、氣候溫和、雨量充沛、光熱適度、溫暖濕潤(rùn)的特點(diǎn)[4].

十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)內(nèi)野生動(dòng)植物資源相當(dāng)豐富，是我國(guó)生物多樣性保護(hù)的優(yōu)先區(qū)域，擁有全國(guó)保存較為完好的北亞熱帶原始森林群落，其主要保護(hù)對(duì)象為珍稀瀕危野生動(dòng)植物及森林生態(tài)系統(tǒng)，是紅豆杉、珙桐、豹等珍稀動(dòng)植物的棲息地.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

本次監(jiān)測(cè)采用的遙感數(shù)據(jù)包括2000年與2010年的Land TM/ETM數(shù)據(jù)，分辨率為30 m，主要用于構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)分類體系；2010年ALOS數(shù)據(jù)，分辨率為2.5 m，主要用于保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)的目視解譯.

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

按照中國(guó)科學(xué)院、環(huán)境保護(hù)部制定的《全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化(2000年～2010年)遙感調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目技術(shù)指南》中提出的評(píng)估指標(biāo)體系，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)類型，將生態(tài)系統(tǒng)分為2級(jí)，其中一級(jí)生態(tài)系統(tǒng)有9類，二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)有19類.

2.3 解譯精度評(píng)估

基于2013年6月16對(duì)土地覆蓋產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行的分層隨機(jī)抽樣精度評(píng)估，湖北省共收集1 390個(gè)樣點(diǎn)，與土地覆蓋產(chǎn)品進(jìn)行疊加.評(píng)估結(jié)果表明，湖北省土地覆蓋一級(jí)類總精度為95.30%，二級(jí)類總精度為86.74%，具體各類精度如表1、表2中所示，基本滿足分析要求.

表1 土地覆蓋一級(jí)類精度

表2 土地覆蓋二級(jí)類精度

2.4 研究方法

首先對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正、幾何糾正、影像融合等預(yù)處理，然后通過(guò)作業(yè)分區(qū)、尺度分割、解譯標(biāo)志庫(kù)建立、決策樹建立等建立生態(tài)系統(tǒng)分類體系，用于區(qū)域空間格局的分析.以ALOS(2.5 m)遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取自然保護(hù)區(qū)內(nèi)區(qū)域內(nèi)農(nóng)田、農(nóng)村居民點(diǎn)、道路等人為干擾信息.

根據(jù)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，計(jì)算各自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾指數(shù)，并進(jìn)行分級(jí)，對(duì)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)模型如下：

HAI=(a1b1x1+a2b2x2+…+aibixi)/x,

其中，HAI為自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾指數(shù)，xi為人類活動(dòng)類型的面積，x為自然保護(hù)區(qū)的總面積.ai和bi為權(quán)重，其中ai根據(jù)每一類人類活動(dòng)斑塊所在的功能區(qū)來(lái)確定，bi根據(jù)不同人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)區(qū)的干擾程度來(lái)確定.根據(jù)《自然保護(hù)區(qū)條例》對(duì)各功能區(qū)人類活動(dòng)的要求，核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)的人類活動(dòng)干擾權(quán)重依次確定為0.6、0.3、0.1.每一種人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)區(qū)的干擾權(quán)重如表3所示.根據(jù)自然保護(hù)區(qū)的人類活動(dòng)干擾指數(shù)，確定自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾程度，劃分為劇烈、明顯、較明顯、一般和輕微共5個(gè)級(jí)別，如表4中所示.

表3 不同人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)區(qū)的干擾權(quán)重表

表4 自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾指數(shù)分級(jí)

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)景觀格局變化

十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)中，涉及的二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)共13類，2000年與2010年的二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成如表5、表6所示，常綠闊葉林和常綠闊葉灌木林是主要生態(tài)系統(tǒng)類型.

2000年～2010年間，保護(hù)區(qū)內(nèi)99%的土地單元未發(fā)生土地利用方式的變化，保護(hù)區(qū)內(nèi)變化幅度前3類依次為旱地、水田、建設(shè)用地，其中旱地減少0.09%，水田增加0.06%，建設(shè)用地增加0.04%，均為人類活動(dòng)導(dǎo)致.其它變化集中在水域、草叢、落葉闊葉灌木林、稀疏草地4類，總變化量為0.06%.耕地有所減少，建設(shè)用地有所增加，這與保護(hù)區(qū)開展退耕還林建設(shè)工程有關(guān).

十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用變化如圖1、圖2所示，其主要土地利用變化發(fā)生在位于實(shí)驗(yàn)區(qū)的向壩村、雙橋村、二坪村、交山村、大和田村，以耕地、林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地、耕地退耕還林轉(zhuǎn)化為林地為主.核心區(qū)受人為活動(dòng)干擾較小，其土地利用結(jié)構(gòu)變化主要是森林生態(tài)系統(tǒng)中不同林分之間的轉(zhuǎn)化，是森林生態(tài)系統(tǒng)的自然演替.緩沖區(qū)內(nèi)地形陡峻、海拔落差大，通達(dá)程度較差，因此人為活動(dòng)程度也較低，土地利用變化也主要為森林生態(tài)系統(tǒng)中不同林分的相互轉(zhuǎn)化.對(duì)于整個(gè)保護(hù)區(qū)來(lái)說(shuō)，區(qū)域內(nèi)人口變化小，且由于保護(hù)措施的有力實(shí)施，使得2000～2010年土地利用結(jié)構(gòu)未發(fā)生大的變化，有效地保護(hù)了區(qū)域內(nèi)物種資源.

表5 2000年與2010年一、二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成

表6 十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)2010年各功能分區(qū)一、二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 2000年(左)、2010年(右)十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)分布圖Fig.2 Distribution of class Ⅱ ecosystem in Shibalichangxia Nature Reserve in 2000 and 2010

2000年～2010年，十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)景觀格局特征如表3所示，斑塊總數(shù)、邊緣密度呈增加的趨勢(shì)，而平均斑塊面積減小，這說(shuō)明10年間保護(hù)區(qū)內(nèi)景觀破碎化程度增加，但這3個(gè)指數(shù)變化程度較小.聚集度指數(shù)有所降低，說(shuō)明保護(hù)區(qū)內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)類型的非隨機(jī)性或聚集程度有所降低，但其值仍維持在較高水平.

表7 十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)景觀格局特征

3.2 珍稀野生動(dòng)植物生境變化

十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)內(nèi)珍稀動(dòng)植物分布情況與生態(tài)系統(tǒng)格局變化疊加分析如圖3所示，動(dòng)植物編號(hào)參考《十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)綜合科學(xué)考察報(bào)告》[4].動(dòng)植物集中分布區(qū)為核心區(qū)，而生態(tài)系統(tǒng)集中變化的核心區(qū)周圍幾乎無(wú)珍稀野生植物分布，而珍稀野生動(dòng)物有褐魚鸮、斑羚等，但是由于這幾類保護(hù)動(dòng)物的遷移能力較強(qiáng)，活動(dòng)范圍較大，而生態(tài)系統(tǒng)變化微弱，因此對(duì)這幾類保護(hù)動(dòng)物的生存威脅不大.核心區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)變化面積小，主要是林分之間的轉(zhuǎn)換.在核心區(qū)西南部，部分落葉闊葉灌木林轉(zhuǎn)化為落葉闊葉林，這部分轉(zhuǎn)化是森林生態(tài)系統(tǒng)自然演替形成的，對(duì)保護(hù)區(qū)植物生境影響較小.緩沖區(qū)與實(shí)驗(yàn)區(qū)珍稀動(dòng)植物分布區(qū)基本無(wú)生態(tài)系統(tǒng)變化.對(duì)于保護(hù)區(qū)內(nèi)的重點(diǎn)保護(hù)植物紅豆杉，其群落大部分都位于自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)，且位于坡向?yàn)楸毕?、坡度?5°以上的險(xiǎn)坡地段[5].在高海拔、懸崖峭壁地段，人為干預(yù)小，紅豆杉群落保存最為完整，紅豆杉優(yōu)勢(shì)度顯著.

圖3 十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)珍稀野生動(dòng)植物與生態(tài)系統(tǒng)格局變化疊加圖(2000年～2010年)Fig.3 The overlay chart of rare species and ecosystem-patterns between 2000 and 2010 in Shibalichangxia Nature Reserve

3.3 人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)

目視解譯結(jié)果表明，十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)信息有農(nóng)田、農(nóng)村居民點(diǎn)、道路3類，前兩者占保護(hù)區(qū)總面積的4.28%，道路總長(zhǎng)77 km.其中，核心區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)面積占保護(hù)區(qū)總面積的0.02%，道路長(zhǎng)度約為6.1 km；緩沖區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)面積占保護(hù)區(qū)總面積的0.58%，道路長(zhǎng)度約為8.8 km；實(shí)驗(yàn)區(qū)人類活動(dòng)面積占保護(hù)區(qū)總面積的3.36%，道路長(zhǎng)度約為62.1 km.絕大部分人類活動(dòng)分布在實(shí)驗(yàn)區(qū)，核心區(qū)和緩沖區(qū)人類活動(dòng)面積較少且分散.

通過(guò)人工目視解譯，該自然保護(hù)區(qū)有居民點(diǎn)60處， 其中核心區(qū)2處，緩沖區(qū)14處，實(shí)驗(yàn)區(qū)44處；有農(nóng)田124處， 其中核心區(qū)6處，緩沖區(qū)18處，實(shí)驗(yàn)區(qū)100處.根據(jù)HAI模型得到HAI指數(shù)為 0.000 5，十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)以農(nóng)田、居民點(diǎn)和普通道路為主，有少量開發(fā)建設(shè)活動(dòng)，按人類活動(dòng)干擾指數(shù)分級(jí)應(yīng)屬于一般水平.

圖4 2010年十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)分布圖Fig.4 Distribution of artificial interferences in Shibalichangxia Nature Reserve

4 結(jié)論

2000年～2010年，十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化較小，10 a間保護(hù)區(qū)內(nèi)景觀破碎化程度略有增加，但聚集指數(shù)仍維持在一個(gè)較高水平.由于珍稀動(dòng)植物主要分布于核心區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)格局的變化僅為森林生態(tài)系統(tǒng)的自然演替.因此，保護(hù)區(qū)珍稀動(dòng)植物及其生境的變化較小，從而使保護(hù)區(qū)內(nèi)物種資源得到有效保護(hù).

十八里長(zhǎng)峽自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)信息主要有農(nóng)田、農(nóng)村居民點(diǎn)、道路3類，人類活動(dòng)形式較單一，且主要分布在實(shí)驗(yàn)區(qū).珍稀野生動(dòng)植物聚集的核心區(qū)內(nèi)人為活動(dòng)干擾屬于一般水平.與同類型的森林類自然保護(hù)區(qū)如松山、長(zhǎng)白山、扎龍、金佛山等相比，自然保護(hù)區(qū)內(nèi)人為干擾的影響較小[6-10].這說(shuō)明近年來(lái)保護(hù)區(qū)管護(hù)措施得當(dāng)，使得區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境保持著較好的原生性，從而為多種珍稀瀕危物種提供了良好的棲息空間，有效地維持了生物多樣性.

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The monitoring and evaluation of protective effectiveness in Shibalichangxia Nature Reserve of Hubei based on Remote Sensing technology

WANG Kan1，2， TANG Yao3， WANG Lingling2， WU Xinghua2, YANG Shao1

(1.School of Life Sciences， Central China Normal University， Wuhan 430079；2.Hubei Academy of Environmental Science， Wuhan 430072；3.Imagination the Development of Science and Technology CO.， Ltd， Wuhan 430079)

On the basis of Landsat TM/ETM images， the classification system of ecosystem in study area was established， in order to analyze the variation of landscape pattern. With artificial visual interpretation， study on the the artificial interference in Shibalichangxia Nature Reserve and evaluation on the protective effectiveness of rare species were accomplished. The results showed that the variation of landscape pattern and influence on rare species were not significant. Artificial interference was relatively single and distributed mainly in experimental zone at a low level. These suggested that the management and protection of Shibalichangxia Nature Reserve were productive between 2000 and 2010．

Remote Sensing technology； distribution pattern； artificial interference； protective effectiveness

2015-05-18.

國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目 (41301097).

1000-1190(2015)06-0929-07

X36， X87

A

*通訊聯(lián)系人. E-mail: yang-shao@tom.com.