單秀旭

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，河南 鄭州 450047；2.河南方達(dá)空間信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450047)

自然保護(hù)區(qū)是指對有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布區(qū)、有特殊意義的自然遺跡等保護(hù)對象所在的陸地、陸地水體或者海域，依法劃出一定面積予以特殊保護(hù)和管理的區(qū)域[1]。按主要保護(hù)對象的不同，我國自然保護(hù)區(qū)一般分為生態(tài)系統(tǒng)、野生生物、內(nèi)陸濕地、自然遺跡等。按事權(quán)劃分原則，我國自然保護(hù)區(qū)分為4 級：國家級、省（自治區(qū)、直轄市）級、市（自治州）級、縣（自治縣、旗、縣級市）級。自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部按照主導(dǎo)功能性差異分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)。

目前，對自然保護(hù)區(qū)的研究已取得大量研究成果，國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星為開展自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測提供了快捷的數(shù)據(jù)源。羅儀寧等[2]、孔梅等[3]、欒卓然[4]分別對太安省級自然保護(hù)區(qū)、山東省省級自然保護(hù)區(qū)、河北省自然保護(hù)區(qū)人類活動進(jìn)行了遙感監(jiān)測。楊海菊等[5]探討了自然保護(hù)區(qū)天地一體化監(jiān)管模式的可行性。劉曉曼等[6]對河南董寨國家級自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了示范研究，結(jié)果表明該保護(hù)區(qū)人類活動較為明顯。2016 年國家級自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測報(bào)告指出，河南黃河濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)建有多處工礦企業(yè)和采石（砂）場，部分位于核心區(qū)和緩沖區(qū)[7]。黃河濕地保護(hù)區(qū)三門峽段有多家企業(yè)無序開采，保護(hù)區(qū)多處山體殘缺不全，大量廢渣沿河道周邊山坡隨意堆放，破壞或侵占保護(hù)區(qū)面積3300 多畝，造成嚴(yán)重生態(tài)破壞[8]。

國家級自然保護(hù)區(qū)是推進(jìn)生態(tài)文明、構(gòu)建國家生態(tài)安全屏障、建設(shè)美麗中國的重要載體。針對河南省國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)日益增加的壓力，圍繞自然保護(hù)區(qū)監(jiān)管需求，改變傳統(tǒng)的現(xiàn)場人工抽查方式，用現(xiàn)代科技為其賦能，選用2020 年高分衛(wèi)星影像作為數(shù)據(jù)源，對河南省國家級自然保護(hù)區(qū)人類活動進(jìn)行遙感監(jiān)測，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

河南省地勢西高東低，由平原和盆地、山地、丘陵、水面構(gòu)成 ；地跨海河、黃河、淮河、長江四大水系；跨2 個氣候帶，以伏牛山主脊和淮河干流為界，以南屬北亞熱帶，以北屬暖溫帶，屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候，同時(shí)還具有自東向西由平原向丘陵山地氣候過渡的特征，動植物種類豐富多樣。河南省境內(nèi)自然保護(hù)區(qū)始建于20世紀(jì)80年代，截至目前，已形成布局基本合理、類型較齊全、功能漸趨完善的自然保護(hù)區(qū)體系。

本文以河南省境內(nèi)的13 個國家級自然保護(hù)區(qū)為研究對象。結(jié)合收集到的河南省自然保護(hù)區(qū)相關(guān)資料，按類型可分為森林生態(tài)系統(tǒng)、內(nèi)陸濕地、野生生物、古生物遺跡四大類[9-10]，數(shù)量分別為7 處、3 處、2 處、1 處，具體分類如表1 所示。

表1 自然保護(hù)區(qū)類型分類表

2 數(shù)據(jù)源及工作方法

采用2020 年高分一號、高分二號衛(wèi)星數(shù)據(jù)，分辨率分別為2 米和1 米，要求單景影像平均云量小于10% ，重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域盡量沒有云覆蓋，影像盡量避免拉伸、斷線等。

獲取影像后，首先開展衛(wèi)星遙感影像預(yù)處理工作，包括控制點(diǎn)選取、正射校正、影像融合、影像鑲嵌、影像裁剪等，制作保護(hù)區(qū)的高分衛(wèi)星影像底圖。采用人機(jī)交互目視解譯方法，通過人類活動在遙感影像中表現(xiàn)出的地物特征，以專家知識為基礎(chǔ)，進(jìn)行綜合分析，判斷人類活動所屬類型。按照圖斑類型單一的原則勾繪人類活動圖斑，勾繪邊界按照人類活動點(diǎn)在遙感影像中表現(xiàn)的最大邊界范圍進(jìn)行勾繪。根據(jù)《自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測技術(shù)指南（試行）》[11]的監(jiān)測與評價(jià)指標(biāo)對人類活動進(jìn)行分析評價(jià)。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS 空間分析方法，分析保護(hù)區(qū)人類活動分布狀況及規(guī)律，統(tǒng)計(jì)分析保護(hù)區(qū)人類活動總體狀況、不同功能區(qū)人類活動狀況、不同類型人類活動的空間分布，以及自然保護(hù)區(qū)人類活動影響程度與空間分布規(guī)律等。根據(jù)自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測結(jié)果，計(jì)算各自然保護(hù)區(qū)人類活動的影響指數(shù)NRHI，再根據(jù)其分級結(jié)果對自然保護(hù)區(qū)人類活動影響進(jìn)行評價(jià)。技術(shù)流程如圖1 所示。

圖1 人類活動遙感監(jiān)測技術(shù)流程

評價(jià)模型為 ：NRHI= （a1b1x1+a2b2x2+……+aibixi）／x。其中xi為人類活動類型的面積，x 為自然保護(hù)區(qū)總面積。ai和bi為權(quán)重，其中ai根據(jù)每一類人類活動斑塊所在的功能區(qū)確定，核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)的人類活動影響權(quán)重設(shè)定為0.6、0.3 和0.1。bi根據(jù)不同人類活動類型對自然保護(hù)區(qū)的影響程度確定。根據(jù)對自然保護(hù)區(qū)的影響程度不同，設(shè)定人類活動類型的權(quán)重為：工礦用地0.21、采石場0.19、能源設(shè)施0.19、旅游用地0.17、交通設(shè)施0.11、其他人工設(shè)施0.07、養(yǎng)殖場0.02、農(nóng)業(yè)用地0.02 和居民點(diǎn)0.02。人類活動影響程度分為劇烈、明顯、較明顯、一般和輕微。

3 監(jiān)測實(shí)例

以河南丹江濕地國家級自然保護(hù)區(qū)為例研究人類活動遙感監(jiān)測情況。丹江濕地國家級自然保護(hù)區(qū)位于河南省西南部淅川縣境內(nèi)，地處鄂、豫、陜?nèi)〗唤缣帲编徫鲘{縣，東接內(nèi)鄉(xiāng)縣和鄧州市，南靠湖北省丹江口市和老河口市，西與陜西省商南縣和湖北鄖縣相鄰，為典型完整的次生內(nèi)陸河口濕地生態(tài)系統(tǒng)。主要保護(hù)對象為：南水北調(diào)中線工程的水源地及其水源涵養(yǎng)林；以黑鸛、白鶴等為代表的珍稀水禽及其棲息地；珍稀動植物資源以及豐富的生物多樣性。

圖2 丹江濕地國家級自然保護(hù)區(qū)人類活動分布圖

基于高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用人機(jī)交互目視解譯方法，提取丹江濕地國家級自然保護(hù)區(qū)的人類活動信息，如圖2 所示。利用GIS 空間分析方法統(tǒng)計(jì)了人類活動斑塊的面積及占比，如表2 所示。監(jiān)測結(jié)果表明，保護(hù)區(qū)內(nèi)道路總長1000 余公里，人類活動面積約占保護(hù)區(qū)面積11.00%。從類型看，保護(hù)區(qū)人類活動以農(nóng)業(yè)用地為主，占保護(hù)區(qū)面積的8.87%，居民點(diǎn)、養(yǎng)殖場、工礦用地等其他類型占比相對較低。從功能區(qū)看，實(shí)驗(yàn)區(qū)人類活動最為明顯，其次為緩沖區(qū)、核心區(qū)，人類活動面積占比分別為57.05%、24.83%、18.12%。依據(jù)自然保護(hù)區(qū)人類活動的影響指數(shù)評價(jià)模型算出NRHI 為0.00085。

表2 丹江濕地國家級自然保護(hù)區(qū)人類活動信息統(tǒng)計(jì)

4 研究區(qū)分析

按照丹江濕地國家級自然保護(hù)區(qū)的研究方法，對所有自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行研究，可以得到自然保護(hù)區(qū)人類活動總體情況、不同類型自然保護(hù)區(qū)分布特點(diǎn)，并最終形成自然保護(hù)區(qū)人類活動影響評價(jià)結(jié)果。

4.1 自然保護(hù)區(qū)人類活動總體情況

自然保護(hù)區(qū)均存在不同程度的人類活動，人類活動總面積約占保護(hù)區(qū)總面積的21%。共提取采石場、工礦用地、能源設(shè)施、交通設(shè)施、旅游設(shè)施、養(yǎng)殖場、居民點(diǎn)、農(nóng)業(yè)用地、道路和其他人工設(shè)施10 種人類活動類型，農(nóng)業(yè)用地、居民點(diǎn)、養(yǎng)殖場總體分布較多，采石場、工礦用地、能源設(shè)施等人類活動相對較少。從功能區(qū)看，實(shí)驗(yàn)區(qū)人類活動最為明顯，其次為緩沖區(qū)、核心區(qū)。各自然保護(hù)區(qū)人類活動分布情況差別較大，人類活動面積占比超40%的保護(hù)區(qū)有3 處，人類活動面積占比介于10%～15%的保護(hù)區(qū)有2 處，人類活動面積占比介于1%～5%的保護(hù)區(qū)有3 處，人類活動面積占比低于1%的保護(hù)區(qū)有5 處。

4.2 不同類型自然保護(hù)區(qū)分布特點(diǎn)

森林生態(tài)類型、內(nèi)陸濕地類型、地質(zhì)遺跡類型和野生動物類型保護(hù)區(qū)人類活動面積分別占該類保護(hù)區(qū)總面積1.18%、45.41%、42.35%、6.99%，內(nèi)陸濕地類型保護(hù)區(qū)人類活動面積占比最大，森林生態(tài)類型最小。

不同類型的自然保護(hù)區(qū)，其人類活動類型分布差異較大（如圖3 所示）。森林生態(tài)類型、地質(zhì)遺跡類型、野生動物類型保護(hù)區(qū)人類活動以農(nóng)業(yè)用地和居民點(diǎn)為主，而內(nèi)陸濕地保護(hù)區(qū)人類活動以農(nóng)業(yè)用地和養(yǎng)殖場居多。

圖3 不同保護(hù)區(qū)人類活動類型分布

4.3 自然保護(hù)區(qū)人類活動影響評價(jià)結(jié)果

根據(jù)人類活動影響評價(jià)模型得出13 個保護(hù)區(qū)的NRHI 介于0 ～0.007。根據(jù)NRHI 可以將人類活動影響程度劃分為5 個等級 ：劇烈（NRHI ＞0.007）、明顯（0.001 ＜NRHI ≤0.007）、 較明顯（0.0003＜NRHI ≤0.001）、一般（0.0001 ＜NRHI ≤0.0003）和輕微（NRHI ≤0.0001）。人類活動影響程度為輕微的保護(hù)區(qū)有5 處；人類活動影響程度為一般的保護(hù)區(qū)有3 處；董寨國家級自然保護(hù)區(qū)和丹江濕地國家級自然保護(hù)區(qū)NRHI 介于0.0005 ～0.001，人類活動影響程度為較明顯；河南南陽恐龍蛋化石群國家級自然保護(hù)區(qū)、河南黃河濕地國家級自然保護(hù)區(qū)和豫北黃河故道濕地鳥類國家級自然保護(hù)區(qū)NRHI 介于0.002～0.007，人類活動影響程度為明顯，如圖4所示。

圖4 自然保護(hù)區(qū)人類活動影響空間分布

從類型看，內(nèi)陸濕地類型保護(hù)區(qū)NRHI 均值為0.004022，人類活動類型多樣，空間分布呈現(xiàn)明顯聚集性，不同人類活動類型嵌套分布，且空間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，受人類干擾程度最大。其次為古生物遺跡類型保護(hù)區(qū)、野生生物類型保護(hù)區(qū)。森林生態(tài)系統(tǒng)類型保護(hù)區(qū)NRHI 均值為0.000108，人類活動類型、數(shù)量和面積均最少，受人類活動影響程度最小。經(jīng)綜合分析發(fā)現(xiàn)，自然保護(hù)區(qū)人類活動影響程度跟人口密度及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān)，總體上平原區(qū)人類活動大于山區(qū)，沿河沿湖開發(fā)基礎(chǔ)較好地區(qū)自然保護(hù)區(qū)人類活動影響較大。

5 結(jié)論

采用遙感監(jiān)測技術(shù)可有效解決人員無法到達(dá)監(jiān)管盲區(qū)的問題，快速全面掌握自然保護(hù)區(qū)人類活動的空間分布情況，為自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供技術(shù)支撐。遙感監(jiān)測結(jié)果表明：河南省國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)均存在不同程度的人類活動，人類活動類型以農(nóng)業(yè)用地、居民點(diǎn)、養(yǎng)殖場為主。各自然保護(hù)區(qū)人類活動分布情況差別較大，以影響輕微或較小的居多。