曾 蘭，吳良林

(廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院,廣西 南寧 530001)

當(dāng)前人類活動(dòng)愈加頻繁和全球環(huán)境變化日益突出，這兩者共同作用于地表自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)，對生態(tài)環(huán)境的影響急劇增加。人類活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的干擾影響程度越來越高，對土地不合理開發(fā)利用問題仍然是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中最突出的問題之一[1]。人類活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的干擾已經(jīng)成為影響生態(tài)環(huán)境演化的主要驅(qū)動(dòng)力，在2016年第35屆國際地質(zhì)大會(huì)(IGC)上有35名科學(xué)家表決通過了人類活動(dòng)已推動(dòng)地球進(jìn)入新的地質(zhì)時(shí)代——人類世(Anthropocene)這一提案，地球表面系統(tǒng)由穩(wěn)定態(tài)進(jìn)入了不穩(wěn)定的人類世(Anthropocene)時(shí)代。

人類活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)來說是一種雙重性的干擾，可以維持生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但它也會(huì)改變生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的格局，生態(tài)環(huán)境中最脆弱的地區(qū)往往是人類活動(dòng)強(qiáng)度最大的區(qū)域[2-3]。人為干擾與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間是否能夠和諧共生已成為當(dāng)前科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一[4]?！癏emeroby”這個(gè)概念是由芬蘭植物學(xué)家Jalas引入，后來經(jīng)歷了“生態(tài)干擾度”到“人為干擾度”的變化，由最初用來測量人類對植物區(qū)系和植被的影響到現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)上[5-6]。迄今為止，對人為干擾度的評價(jià)研究熱點(diǎn)已經(jīng)涵蓋了海洋、林地、農(nóng)業(yè)、城市等生態(tài)系統(tǒng)類型，但大多數(shù)都是用生態(tài)學(xué)角度來開展研究，主要集中在干擾的生態(tài)效應(yīng)方面，從綜合視角對整體生態(tài)環(huán)境人為干擾程度的評價(jià)研究明顯不足[7-11]。土地利用/覆被變化(LUCC)作為人地關(guān)系最直觀的表現(xiàn)形式，客觀地展現(xiàn)了人類活動(dòng)所改變的空間格局和時(shí)空變化過程[12]。用GIS與RS技術(shù)相結(jié)合來定量分析人為干擾度對LUCC的研究及空間異質(zhì)性格局變化的研究明顯不足，未能建立一套完善的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的人為干擾強(qiáng)度綜合評價(jià)體系。

巴馬瑤族自治縣(以下簡稱巴馬縣)的旅游資源豐富，自1990年以來，巴馬縣的旅游業(yè)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，各級政府為加快巴馬縣旅游業(yè)的發(fā)展，通過資金、資源、規(guī)劃等引導(dǎo)旅游業(yè)發(fā)展，發(fā)布了一系列的政策文件來用項(xiàng)目建設(shè)來推動(dòng)脫貧攻堅(jiān)的進(jìn)程。但旅游項(xiàng)目的建設(shè)過度依賴優(yōu)越的自然環(huán)境，這大大超過了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的實(shí)際承載力，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力,生態(tài)環(huán)境惡化趨勢日益嚴(yán)重,嚴(yán)重制約了巴馬縣的整體協(xié)調(diào)發(fā)展[13]。為此，本文以巴馬縣為研究區(qū)，從2005年和2017年2期高分辨率的GoogleEarth影像中解譯的土地利用/覆被變化(LUCC)數(shù)據(jù)，用人為干擾度指數(shù)與GIS空間分析方法，分析不同人為干擾度強(qiáng)度背景下的景觀時(shí)空格局變化，建立一套完善的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的人為干擾強(qiáng)度綜合評價(jià)體系，以期為縣級尺度下人為干擾度監(jiān)測評價(jià)機(jī)制提供理論依據(jù)和為土地合理化利用以及人地關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展的人為干預(yù)策略。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

巴馬縣位于廣西西北部，地處桂西北通往桂東南沿海地區(qū)和大西南地區(qū)的咽喉要地。巴馬縣縣域面積為1971 km2，其中石山約占30%，丘陵坡地占69%，境內(nèi)山多地少，土地貧瘠，是一個(gè)典型的喀斯特地區(qū)。巴馬縣的地勢總體是西北高，東南低，海拔大多在500～800 m之間，巴馬縣屬于國家級限制開發(fā)區(qū)域、國家級重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，也處于生態(tài)敏感區(qū)中的土壤侵蝕敏感區(qū)、石漠化敏感區(qū)，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)極其脆弱，任何自然或人為因素的干擾都有可能會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

1.2 巴馬縣LUCC數(shù)據(jù)處理

從91衛(wèi)圖中下載2005年和2017年2期高分辨率的GoogleEarth影像數(shù)據(jù)，2005年的GoogleEarth影像數(shù)據(jù)的分辨率約為17.44 m，2017年的影像數(shù)據(jù)分辨率約為1.0～4.0 m。運(yùn)用ENVI軟件對這2期影像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像預(yù)處理、圖像配準(zhǔn)等，參照《全國土地利用現(xiàn)狀分類》分類標(biāo)準(zhǔn)，在ENVI軟件中用基于樣本的面向?qū)ο蠓诸悂硖崛?，通過目視解譯校正得到分類結(jié)果，將2期分類結(jié)果進(jìn)行Kappa系數(shù)精度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)精度均在75%以上，滿足分析需要，最終得到2期不同時(shí)期的土地利用覆被類型圖(如圖2)。將這2期土地利用覆被圖運(yùn)用ArcGIS軟件進(jìn)行空間分析、面積量算等得到人為干擾度相關(guān)指數(shù)計(jì)算結(jié)果。

圖1 巴馬縣區(qū)位圖

2 評價(jià)指標(biāo)與方法

根據(jù)前人研究成果，用轉(zhuǎn)移率(Uk)、人為干擾指數(shù)(M)、干擾總強(qiáng)度指數(shù)(THI)和人類干擾指數(shù)變化率(ACR)來評價(jià)研究區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)的強(qiáng)度、趨勢[6,14,16,18,20]。

本次研究參考陳愛蓮等[6]的人為干擾度等級來對土地利用/覆被分類結(jié)果進(jìn)行分級，如人為干擾程度為最高級H7(完全干擾)，建設(shè)用地和公路用地很難將土地利用類型逆轉(zhuǎn)為農(nóng)用地，完全受人類活動(dòng)的干擾；無干擾區(qū)域幾乎無人類活動(dòng)，能很好保持著原始土質(zhì)地表，如冰川與常年積雪的區(qū)域。根據(jù)人類活動(dòng)對不同土地利用類型的干擾程度判定，確定了不同的土地利用類型的人為干擾度等級(表1)。

(1)轉(zhuǎn)移率

(1)

式中，Uk單位為%，Ui為研究初期第i類土地利用/覆蓋類型面積，ΔUi-j為研究時(shí)段內(nèi)第i類土地利用/覆蓋類型轉(zhuǎn)為其它地類的總面積。利用2005年、2017年這2期土地利用/土地覆被(LUCC)分類結(jié)果，用轉(zhuǎn)移矩陣的方法計(jì)算出各等級的面積轉(zhuǎn)移率，進(jìn)而來描述不同地類的轉(zhuǎn)移變化情況。

圖2 2005年、2017年巴馬縣土地利用/覆被分類結(jié)果圖

表1 不同土地利用類型的人為擾度賦值

(2)人為干擾指數(shù)

(2)

式中，無量綱，n為統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)中人為干擾度，A為該統(tǒng)計(jì)單元的總面積，Ai為該統(tǒng)計(jì)單元中第i種土地利用類型的面積，Pi為第i種土地利用類型的干擾人為干擾度的相對值。用人為干擾指數(shù)來分析研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境中受到人類活動(dòng)的干擾程度。

(3)人為干擾強(qiáng)度指數(shù)

(3)

式中，無量綱，Mi、Mj為該統(tǒng)計(jì)單元中研究初期、研究末期的人為干擾指數(shù)的值。THI的值越大，表示人為干擾總強(qiáng)度越高，反之人為干擾總強(qiáng)度越低。

(4)人類干擾指數(shù)變化率

(4)

式中，無量綱。人類干擾指數(shù)變化率表征的是在某一段時(shí)間內(nèi)，人類干擾變化趨勢及變化的劇烈強(qiáng)度，如果ACR>0.1，表示人類活動(dòng)的干擾呈現(xiàn)增強(qiáng)的發(fā)展趨勢，如果ACR<-0.1，說明人類活動(dòng)的干擾呈現(xiàn)減弱的發(fā)展趨勢，如果ACR在-0.1～0.1之間，表示人類活動(dòng)的干擾程度基本能保持穩(wěn)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 巴馬縣生態(tài)環(huán)境人為干擾度動(dòng)態(tài)變化

由表2、表3可知，巴馬縣不存在無干擾類型地表覆蓋，從這2期的土地利用數(shù)據(jù)來看，中度干擾所占的面積最大，約占70%以上，其次為微弱干擾、重度干擾，這2個(gè)等級的面積占比約為20%以上。2005～2017年期間，僅微弱干擾的面積是大幅度減少的，其余干擾類型的土地利用面積均呈增加趨勢。

由圖3可知，巴馬縣2期人為干擾度的空間分布趨勢基本一致，即中心城區(qū)的人為干擾程度普遍較高，并呈現(xiàn)向四周逐漸減弱的空間分布格局。在2005～2017年間，巴馬縣發(fā)生轉(zhuǎn)移的人為干擾度等級主要是微弱干擾、嚴(yán)重干擾和重度干擾，其他等級的變化量比較小。具體而言，僅微弱干擾類型的面積減少了3.18%，其中微弱干擾類型的面積有28.17%轉(zhuǎn)化為中度干擾、重度干擾、嚴(yán)重干擾和完全干擾，微弱干擾轉(zhuǎn)化為中度干擾和重度干擾的面積之和約占整個(gè)遷移量的92.33%，這說明了人類活動(dòng)對未利用地和灘涂的開發(fā)利用強(qiáng)度不斷增加。重度干擾類型的面積增加比例最明顯，達(dá)到了1.41%，這主要是因?yàn)楦睾蛨@地面積的增大，而且是由微弱干擾和嚴(yán)重干擾遷移而來的，說明了近年來巴馬縣實(shí)施了一系列保護(hù)耕地的方針政策，如保護(hù)永久基本農(nóng)田、土地集約利用等耕地保護(hù)措施，這些保護(hù)耕地的措施取得了一定的成效。其次是中度干擾類型的面積增長幅度到了1.12%，2005年以來巴馬縣的森林覆蓋率達(dá)到了70%以上，再加上巴馬縣高度重視生態(tài)建設(shè)和林業(yè)發(fā)展，認(rèn)真貫徹落實(shí)有關(guān)法律法規(guī)和林業(yè)發(fā)展方針政策，從而林地保護(hù)利用取得明顯成效。完全干擾類型的面積的增加幅度為0.59%，這是由于城市發(fā)展使得城鄉(xiāng)建設(shè)用地大幅度增加導(dǎo)致的。據(jù)了解，巴馬縣為加快推進(jìn)巴馬長壽養(yǎng)生國際旅游區(qū)核心區(qū)和城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐，為保障重大項(xiàng)目建設(shè)用地工作，2017年計(jì)劃巴馬縣的征地面積超過1333 hm2，而國際旅游新城區(qū)征收面積約占81.5%[21]。巴馬縣的旅游業(yè)風(fēng)生水起，旅游業(yè)的發(fā)展依托特有的生態(tài)環(huán)境資源，如巖溶地貌景觀，但現(xiàn)有旅游環(huán)境保護(hù)能力與旅游業(yè)的快速發(fā)展不相匹配，人類活動(dòng)對自然環(huán)境的干擾也在不斷增強(qiáng)，這給生態(tài)環(huán)境也帶來沉重的壓力。

表2 巴馬縣不同人為干擾度等級面積

表3 2005～2017年巴馬縣人為干擾度等級變化轉(zhuǎn)移矩陣

3.2 巴馬縣生態(tài)環(huán)境人為干擾強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

從整體來說，巴馬縣是屬于中度人為干擾區(qū)域，人為干擾指數(shù)值由3.93升至4.03，人類干擾是在不斷增強(qiáng)的，中心城區(qū)的人為干擾度指數(shù)由4.12上升至4.24，都高于巴馬縣的總體人為干擾度指數(shù)水平，由此，巴馬縣的城鄉(xiāng)發(fā)展的重心仍然以中心城區(qū)為主。從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人類干擾指數(shù)來看，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人類干擾指數(shù)是基本一致的，都屬于中度人為干擾區(qū)域，所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人類干擾指數(shù)值都是在增加的，但是增加幅度不是很大，所略鄉(xiāng)的增長速度最快，由3.95上升到4.13，增長幅度為0.18(圖4)。

用網(wǎng)格作為統(tǒng)計(jì)單元，將研究區(qū)劃分為500 m×500 m的網(wǎng)格，用人為干擾強(qiáng)度指數(shù)和人類干擾指數(shù)變化率評價(jià)該區(qū)域受到的人類活動(dòng)的干擾強(qiáng)度，揭示區(qū)域內(nèi)部人為干擾強(qiáng)度變化，直觀分析人為干擾強(qiáng)度的空間分布規(guī)律。通過對比不同年份的巴馬縣人為干擾度的變化情況，縣內(nèi)表現(xiàn)出由四周向中心不斷減弱的空間分布特征，干擾總強(qiáng)度的值域在5～6.91之間的僅占總面積的0.96%，干擾總強(qiáng)度高的分布在巴馬鎮(zhèn)的中心城區(qū)內(nèi)，這些地區(qū)多為城鎮(zhèn)建設(shè)用地或農(nóng)村居民點(diǎn)用地。在2005～2017年期間，在計(jì)算人類干擾指數(shù)變化率時(shí)，有92.48%能基本保持穩(wěn)定，有0.06%的區(qū)域人類干擾程度較弱，有6.56%的區(qū)域人類活動(dòng)干擾程度是比較強(qiáng)的，其主要分布在巴馬鎮(zhèn)和所略鄉(xiāng)(圖5、圖6)。

因此，所略鄉(xiāng)和巴馬鎮(zhèn)受到人類干擾的程度比較高，主要是這2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的城鄉(xiāng)發(fā)展的加快和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展種植業(yè)。所略鄉(xiāng)大力培植以油茶為主的支柱產(chǎn)業(yè)，油茶產(chǎn)業(yè)是巴馬縣油茶重要生產(chǎn)基地，全鄉(xiāng)約有油茶林面積5000多hm2，占林地面積的60%以上。巴馬鎮(zhèn)狠抓核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而使得種植面積在不斷增大。巴馬鎮(zhèn)的地勢相對來說比較平坦，有著豐富的旅游資源，如巴馬長壽博物館、龍洪自然風(fēng)景區(qū)、賜福湖景區(qū)等，旅游區(qū)的生態(tài)環(huán)境是非常脆弱的，旅游區(qū)容量過多也會(huì)破壞旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境的平衡，人類旅游活動(dòng)都會(huì)對地表產(chǎn)生不同程度的沖擊。雖然巴馬縣在城鄉(xiāng)發(fā)展和旅游業(yè)的發(fā)展過程中，也陸續(xù)實(shí)施了一系列的《關(guān)于巴馬1995年實(shí)現(xiàn)造林滅荒的決定》、《巴馬盤陽河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例》等，但效果都不太明顯，人類活動(dòng)的干擾所造成的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)境保護(hù)的效果。

圖3 巴馬縣土地利用/覆被變化(LUCC)下不同人為干擾度分級圖

圖4 巴馬縣及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人為干擾指數(shù)

4 結(jié)論與展望

本文基于2005年和2017年的遙感影像，結(jié)合人為干擾理論與GIS空間分析方法，從LUCC數(shù)據(jù)變化來定量分析了巴馬縣人類活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境干擾程度的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明：

(1)在2005～2017年期間，巴馬縣屬于中度干擾類型，在這12年期間人為干擾度值有上升的趨勢，主要是因?yàn)槿祟惢顒?dòng)對未利用地和灘涂的開發(fā)程度比較高，微弱干擾類型的面積轉(zhuǎn)化為中度干擾和重度干擾的面積之和約占整個(gè)遷移量的92.33%，雖然實(shí)施了一系列的政策方針來保護(hù)耕地林地，對建設(shè)用地進(jìn)行合理規(guī)劃利用，但是這些舉措實(shí)施力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于城鄉(xiāng)發(fā)展與旅游業(yè)發(fā)展的開發(fā)利用程度。

圖5 巴馬縣人為干擾總強(qiáng)度指數(shù)變化分布圖

圖6 巴馬縣人類干擾指數(shù)變化率分布圖

(2)從人為干擾度指數(shù)的空間分布來看，巴馬縣呈現(xiàn)由中心城區(qū)向四周逐漸減弱分布的空間格局，從區(qū)域的人為干擾強(qiáng)度變化來看，巴馬鎮(zhèn)和所略鄉(xiāng)受到人類干擾的程度比較高，這主要是因?yàn)檫@2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和種植業(yè)的發(fā)展，巴馬鎮(zhèn)對旅游資源的開發(fā)利用程度非常高，對生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的沖擊。

巴馬縣有著獨(dú)特旅游資源，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，恢復(fù)能力低，如那社鄉(xiāng)的水晶宮內(nèi)的石柱都有了風(fēng)化的現(xiàn)象。因此，巴馬縣在之后的城鄉(xiāng)發(fā)展和旅游業(yè)的發(fā)展中，要合理安排土地利用規(guī)劃布局，要更加注重環(huán)境承載力和旅游環(huán)境容量，注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，降低人類活動(dòng)的干擾程度。