樊 晶 楊志剛 郭盛才 徐期瑚 黎穎卿 蘇雅麗

(廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,廣東 廣州 510520)

保護(hù)自然資源和生態(tài)環(huán)境是自然保護(hù)地管理的第一要?jiǎng)?wù)。廣東省貫徹落實(shí)《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護(hù)地體系的指導(dǎo)意見》[1]，正在構(gòu)建布局合理、類型齊全、功能完善的特色自然保護(hù)地體系[2-3]。但自然保護(hù)地與周邊的經(jīng)濟(jì)利益沖突嚴(yán)重，不斷受到礦產(chǎn)資源開發(fā)、能源開發(fā)、交通開發(fā)和旅游開發(fā)等人類活動(dòng)的影響[4-5]。目前自然保護(hù)地人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)主要方式為觀測(cè)站監(jiān)測(cè)和人工巡視[6]，利用遙感監(jiān)測(cè)方法識(shí)別和診斷自然保護(hù)地人類活動(dòng)的空間分布及其影響程度，對(duì)科學(xué)建立自然保護(hù)地資源保護(hù)、生態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警于一體的監(jiān)測(cè)體系，緩解自然保護(hù)地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間矛盾具有重要意義[7]。

自然保護(hù)地人類活動(dòng)研究多集中于單個(gè)自然保護(hù)地或單一自然保護(hù)區(qū)類型[8-13]，鮮有在省域尺度上全面開展自然保護(hù)地人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作。劉曉曼等[14]基于遙感監(jiān)測(cè)與實(shí)地核查相結(jié)合的技術(shù)，構(gòu)建了集目標(biāo)、內(nèi)容、指標(biāo)、流程為一體的自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)天地一體化監(jiān)管與評(píng)價(jià)的技術(shù)體系，提出了自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)影響評(píng)價(jià)方法和模型。顧羊羊等[15]基于Landsat 影像數(shù)據(jù),分析1990-2018 貴州省沅江源自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量變化情況。潘晨等[16]利用人為干擾度模型, 研究了升金湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)1995、2006和2017 年人類干擾強(qiáng)度時(shí)空分異特征以及對(duì)景觀格局的影響。

國家級(jí)自然保護(hù)地是推進(jìn)生態(tài)文明、構(gòu)建生態(tài)安全屏障、建設(shè)美麗廣東的重要載體。因此開展國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)評(píng)估預(yù)警自然保護(hù)地生態(tài)環(huán)境狀況十分必要。本文基于2020 年高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和2019 年的基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)，通過人機(jī)交互式解譯對(duì)廣東省7類94 處國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，為自然保護(hù)地日常監(jiān)管和中央環(huán)保督查等提供技術(shù)支撐和問題線索，對(duì)及時(shí)預(yù)警我省國家級(jí)自然保護(hù)地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，差異化制定生態(tài)保護(hù)政策具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)范圍為廣東省7 類94 處國家級(jí)自然保護(hù)地（圖1），總面積約為984 474.77 hm2。其中自然保護(hù)區(qū)15 處，森林公園27 處，濕地公園27處，地質(zhì)公園10 處，風(fēng)景名勝區(qū)8 處，海洋公園6 處，石漠公園1 處，其具有極高的科研價(jià)值和保護(hù)意義。

圖1 2020 年廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地位置分布示意Figure 1 National nature geographical distribution map of Guangdong Province

2 數(shù)據(jù)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)源

遙感數(shù)據(jù)源的質(zhì)量對(duì)遙感影像信息提取有很大影響。本文數(shù)據(jù)源是GF-1、GF-2、GF-6、ZY-3、ZY-02C 衛(wèi)星影像，分辨率為2 m 或1 m，由于數(shù)據(jù)分布不均勻、質(zhì)量參差不齊，首先對(duì)采集的原始衛(wèi)星圖像進(jìn)行篩選，選擇單景影像平均云量小于10%，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域盡量沒有云覆蓋的影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，然后對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源進(jìn)行波段組合、幾何精校正、圖像鑲嵌與圖像裁切等處理手段以提高衛(wèi)星圖像對(duì)比判讀精度。

2.2 解譯判讀

依據(jù)《自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)及核查處理辦法（試行）》[17]和《自然保護(hù)地人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[18]，判讀前后期衛(wèi)星影像色調(diào)、形狀、位置、大小、陰影、紋理等差異，采用人機(jī)交互目視解譯方法提取人類活動(dòng)動(dòng)態(tài)變化信息。提取人類活動(dòng)類型包括礦產(chǎn)資源開發(fā)、工業(yè)開發(fā)、能源開發(fā)、旅游開發(fā)、交通開發(fā)、養(yǎng)殖開發(fā)、其它活動(dòng)、森林采伐、森林火災(zāi)、造林修復(fù)10 種類型，見表1。通過人類活動(dòng)在遙感影像中表現(xiàn)出的地物特征，進(jìn)行綜合分析，判斷人類活動(dòng)所屬類型。按照?qǐng)D斑類型單一的原則勾繪人類活動(dòng)圖斑，勾繪邊界按照人類活動(dòng)點(diǎn)在遙感影像中表現(xiàn)的最大邊界范圍進(jìn)行勾繪，獲取不同類型人類活動(dòng)的空間位置、面積、所在功能分區(qū)等信息（圖2）。解譯判讀結(jié)果保存為shp 格式。利用ArcGIS將自然保護(hù)地矢量圖層與解譯圖層疊加，統(tǒng)計(jì)不同類型自然保護(hù)地每種人類活動(dòng)的數(shù)量面積，所在的功能區(qū)和中心點(diǎn)經(jīng)緯度。解譯判讀結(jié)果主要包括：人類活動(dòng)類型、前后影像拍攝時(shí)間、中心點(diǎn)位坐標(biāo)、面積等信息。

圖2 廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)判讀結(jié)果示例Figure 2 The sample diagram of human activities interpretation results in Guangdong national nature protection

表1 廣東省自然保護(hù)地人類活動(dòng)類型Table 1 The type of human activity in Guangdong

2.3 評(píng)價(jià)方法

參考《自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行) 》[19]，計(jì)算各自然保護(hù)地人類活動(dòng)影響指數(shù)，并對(duì)廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活自然保護(hù)地人類活動(dòng)影響進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)模型如下：

NRHI=( a1b1x1+a2b2x2+……+ai bi xi )/x

其中，NRHI 為自然保護(hù)地人類活動(dòng)影響指數(shù)，xi為人類活動(dòng)類型的面積，x為自然保護(hù)地的總面積。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)來確定，自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)的人類活動(dòng)影響權(quán)重依次確定為0.6、0.3、0.1[18]，自然公園人類活動(dòng)影響權(quán)重經(jīng)過專家咨詢確定0.1。bi根據(jù)不同人類活動(dòng)類型對(duì)自然保護(hù)地的影響程度來確定，見表2。

表2 不同類型人類活動(dòng)對(duì)自然保護(hù)地的影響權(quán)重Table 2 The different types weight tables influencing factors of natural protected areas

3 結(jié)果與分析

3.1 不同類型自然保護(hù)地監(jiān)測(cè)結(jié)果

以2019 年基礎(chǔ)影像為底圖，利用2020 年高分辨率影像，通過對(duì)比判讀人類活動(dòng)，結(jié)果表明2019—2020 年廣東省94 處國家級(jí)自然保護(hù)地存在人類活動(dòng)保護(hù)地共有57 處，涉及人類活動(dòng)變化斑塊272 處, 總面積為770.25 hm2,占國家級(jí)自然保護(hù)地總面積的0.08%。由表3 可知，不同類型自然保護(hù)地人類活動(dòng)表現(xiàn)為：森林公園＞地質(zhì)公園＞濕地公園＞風(fēng)景名勝區(qū)＞自然保護(hù)區(qū)＞風(fēng)景名勝區(qū)＞風(fēng)景名勝區(qū)＞海洋公園＞石漠公園。森林公園人類活動(dòng)變化涉及21 處131 個(gè)斑塊, 面積為356.26 hm2, 占此次人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)變化總面積的46.33%；地質(zhì)公園、濕地公園、風(fēng)景名勝區(qū)和自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)變化斑塊數(shù)量均在20 個(gè)以上, 面積分別為163.39 hm2、147.78 hm2、83.74 hm2、15.03 hm2; 海洋公園和石漠公園人類活動(dòng)變化斑塊數(shù)量均在10 個(gè)以下，變化面積分別為2.56 hm2、0.84 hm2。自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)均存在不同程度的人類活動(dòng)。核心區(qū)涉及6 個(gè)斑塊，面積為8.16 hm2；實(shí)驗(yàn)區(qū)涉及10個(gè)斑塊，面積為5.16 hm2；緩沖區(qū)涉及6 個(gè)變化斑塊，面積為2.41 hm2。因此，應(yīng)分類施策，針對(duì)不同類型保護(hù)地，差別化制定保護(hù)地保護(hù)與利用政策。森林公園需加強(qiáng)林地保護(hù)，采取相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)措施降低人類活動(dòng)多森林公園的干擾；地質(zhì)公園需嚴(yán)禁礦產(chǎn)資源開發(fā)；濕地公園需加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，防控結(jié)合，提升濕地公園的自我修復(fù)能力；風(fēng)景名勝區(qū)需確定重點(diǎn)保護(hù)的分區(qū)和有限開發(fā)區(qū)、分級(jí)分區(qū)限制人類活動(dòng)；自然保護(hù)區(qū)需按照《指導(dǎo)意見》劃定核心保護(hù)區(qū)和一般控制區(qū)，核心保護(hù)區(qū)應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)，一般控制區(qū)允許適度的科研監(jiān)測(cè)和科普宣教等活動(dòng)。

表3 廣東省各類型國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)統(tǒng)計(jì)Table 3 The statistical graph of different national nature protection human activity statistics in Guangdong

3.2 人類活動(dòng)類型的判讀結(jié)果

由表4 可知，2019-2020 年廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化類型包含礦產(chǎn)資源開發(fā)、旅游開發(fā)、交通開發(fā)、養(yǎng)殖開發(fā)、其它活動(dòng)、森林采伐、森林火災(zāi)和造林修復(fù)，以森林采伐和其它活動(dòng)為主, 其次為養(yǎng)殖開發(fā)、交通開發(fā)、造林修復(fù)和旅游開發(fā)，礦產(chǎn)資源開發(fā)和森林火災(zāi)相對(duì)較少。研究范圍內(nèi)并未判讀到工業(yè)開發(fā)、能源開發(fā)的人類活動(dòng)變化類型。

表4 廣東省各類型國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)類型統(tǒng)計(jì)Table 4 The statistical graph of human activity type in national nature protection

從數(shù)量特征看, 其它活動(dòng)和森林采伐數(shù)量較多, 其變化圖斑數(shù)量分別為116 個(gè)和82 個(gè), 分別占廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化總數(shù)的42.65%和30.15%; 其次是交通開發(fā)、旅游開發(fā)和養(yǎng)殖開發(fā)，其變化圖斑數(shù)量分別為24 個(gè)、22 個(gè)和21 個(gè), 分別占廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化總數(shù)的8.82%、8.09%和7.72%；造林修復(fù)、礦產(chǎn)資源開發(fā)和森林火災(zāi)數(shù)量較少，其變化圖斑數(shù)量分別為4 個(gè)、2 個(gè)和1 個(gè), 分別占廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化總數(shù)的1.47%、0.74%和0.37%。

從面積特征看，森林采伐和其它活動(dòng)面積較大, 其面積分別為362.95 和216.90 hm2,分別占廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化總面積的47.12%和28.16%；其次是養(yǎng)殖開發(fā)、交通開發(fā)、造林修復(fù)和旅游開發(fā)，其面積分別為82.09、45.64、39.64 和20.99 hm2,分別占廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化總面積的10.66%、5.92%、5.15%和2.73%；礦產(chǎn)資源開發(fā)和森林火災(zāi)面積較小，其面積分別為1.33 和0.71 hm2,分別占廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化總面積的0.17%和0.09%。結(jié)合廣東省生態(tài)紅線和廣東省自然保護(hù)地發(fā)展規(guī)劃等政策文件，規(guī)范監(jiān)管自然保護(hù)地人類活動(dòng)，在保護(hù)強(qiáng)度和生態(tài)價(jià)值不明顯降低的前提下，各級(jí)各類自然保護(hù)地允許適度規(guī)模的森林采伐和其它活動(dòng)。

圖3 不同類型自然保護(hù)地人類活動(dòng)影響因子面積比重Figure 3 The area proportion figure of affecting factors in protected natural areas

從分布特征看, 礦產(chǎn)資源開發(fā)涉及2 處自然保護(hù)地，旅游開發(fā)涉及10 處自然保護(hù)地，交通開發(fā)涉及14 處自然保護(hù)地，養(yǎng)殖開發(fā)涉及8 處自然保護(hù)地，其它活動(dòng)涉及38 處自然保護(hù)地，森林采伐涉17 處自然保護(hù)地，森林火災(zāi)涉及1 處自然保護(hù)地，造林修復(fù)涉及4 處自然保護(hù)地。由圖4 可知，不同類型自然保護(hù)地人類活動(dòng)變化類型差異較大，自然保護(hù)區(qū)、海洋公園和石漠公園人類活動(dòng)變化以養(yǎng)殖開發(fā)和森林采伐為主，森林公園、地質(zhì)公園和風(fēng)景名勝區(qū)以森林采伐為主，濕地公園以其它活動(dòng)為主。

3.3 自然保護(hù)地人類活動(dòng)影響評(píng)價(jià)

人類活動(dòng)影響指數(shù)可以直觀反映人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)地的影響程度[2]。人類活動(dòng)影響評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，2020 年廣東省94 處國家級(jí)自然保護(hù)地的NRHI 數(shù)值范圍為0～0.0003, 通過對(duì)自然保護(hù)地各斑塊人類活動(dòng)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)匯總，得到自然保護(hù)地內(nèi)不同類型人類活動(dòng)所產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度指數(shù)。廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地2020 年人類活動(dòng)的影響程度劃分5 個(gè)等級(jí)：劇烈（NRHI ＞ 0.000 1）、明顯（0.000 01 ＜ NRHI ≤ 0.000 1）、較明顯（0.000 001＜ NRHI ≤ 0.000 01）、一般（0.000 000 01 ＜ NRHI ≤0.000 001） 和 輕 微（0 ＜NRHI ≤ 0.000 000 01）。不同等級(jí)保護(hù)地?cái)?shù)量分別為3 處、16 處、25 處、13 處和37 處, 分別占廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地 總 數(shù) 的3.19%、17.02%、26.60%、13.83% 和39.36%。如圖4 所示，珠三角地區(qū)自然保護(hù)地人類活動(dòng)對(duì)其的影響程度明顯大于粵東地區(qū)、粵北地區(qū)、粵西地區(qū),可能人類活動(dòng)的影響程度與人口密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r相關(guān)。

圖4 2020 年廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)影響指數(shù)NRHI 分布Figure 4 The human activity NRHI distributing graph of protected natural areas in 2020

4 結(jié)論與討論

遙感監(jiān)測(cè)提取是實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)快速判讀的重要技術(shù)方法。本文基于2020 年GF-1、GF-2、GF-6、ZY-3、ZY-02C 高分系列遙感影像數(shù)據(jù)，解譯提取廣東省94 處國家級(jí)自然保護(hù)地的人類活動(dòng)變化圖斑，實(shí)現(xiàn)了自然保護(hù)地人類活動(dòng)信息的快速精確提取，對(duì)國產(chǎn)高分辨率遙感影像在自然保護(hù)地有效地監(jiān)管的實(shí)際應(yīng)用和推廣具有推動(dòng)意義。

廣東省94 處國家級(jí)自然保護(hù)地均存在不同程度的人類活動(dòng)。監(jiān)測(cè)到人類活動(dòng)共有57 處自然保護(hù)地, 涉及272 個(gè)變化斑塊, 總面積770.25 hm2, 占自然保護(hù)地總面積的0.08%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2018 年河北省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)的13.95%[8]和山東省省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的22.2%[3]?？赡艿脑蚴菄壹?jí)自然保護(hù)地的管理基礎(chǔ)、管理措施和管理成效比省級(jí)自然保護(hù)地好。不同類型自然保護(hù)地人類活動(dòng)干擾程度有所不同。森林公園人類活動(dòng)較強(qiáng),其次為地質(zhì)公園、濕地公園、風(fēng)景名勝區(qū)和自然保護(hù)區(qū), 海洋公園和石漠公園人類活動(dòng)較弱。人類活動(dòng)變化類型以森林采伐和其它活動(dòng)為主，其次為養(yǎng)殖開發(fā)、交通開發(fā)、造林修復(fù)和旅游開發(fā)。廣東省國家級(jí)自然保護(hù)地人類活動(dòng)的影響程度總體不明顯。影響程度一般和輕微的保護(hù)地?cái)?shù)量50處，超過自然保護(hù)地總數(shù)的一半，影響程度較明顯為25 處，影響程度明顯的為16 處，影響程度劇烈的僅為3 處。人類活動(dòng)對(duì)自然保護(hù)地影響程度與人口密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān)，總體上呈現(xiàn)珠三角地區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)度明顯大于粵東地區(qū)、粵北地區(qū)、粵西地區(qū)，這與欒卓然[8]的研究結(jié)果類似。

本文在《自然保護(hù)地人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的礦產(chǎn)資源開發(fā)、工業(yè)開發(fā)、能源開發(fā)、旅游開發(fā)、交通開發(fā)、養(yǎng)殖開發(fā)、其它活動(dòng)7 類人類活動(dòng)類型的基礎(chǔ)上，結(jié)合全省自然保護(hù)地實(shí)際情況，增加了森林采伐、森林火災(zāi)、造林修復(fù)3 類人類活動(dòng)類型，依據(jù)《自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)指南(試行) 》，第一次提出自然公園人類活動(dòng)影響指數(shù)計(jì)算模型。后續(xù)的研究應(yīng)當(dāng)增加不同年份自然保護(hù)地人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)，綜合性分析人類活動(dòng)時(shí)空變化，全面揭示人類活動(dòng)對(duì)自然保護(hù)地的動(dòng)態(tài)影響，逐步建立自然保護(hù)地人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫。