胡嬋娟，李雙權(quán)，郭雷，杜軍，劉鵬，任杰

(河南省科學(xué)院 地理研究所，河南 鄭州 450052)

黃河作為中華民族的母親河，本流域和下游流域外引黃灌區(qū)擁有全國(guó)15%的耕地面積，以約占全國(guó)2%的徑流量，承載了全國(guó)9%的人口[1]。習(xí)近平總書(shū)記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上發(fā)表的重要講話中指出，黃河流域是我國(guó)重要的生態(tài)屏障和重要的經(jīng)濟(jì)地帶，是打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要區(qū)域，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位，保護(hù)黃河是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興的千秋大計(jì)[2]。關(guān)于黃河的研究由來(lái)已久，在水沙調(diào)控、水量分配、生態(tài)保護(hù)等方面已取得眾多成果[3-7]。但以往針對(duì)黃河流域的研究更多地集中在黃河上游的青藏高原地區(qū)、中游黃土高原地區(qū)及下游黃河三角洲地區(qū)[8-9]，對(duì)于黃河中下游的交界區(qū)域河南段的研究相對(duì)較少，該區(qū)域的生態(tài)現(xiàn)狀及生態(tài)學(xué)相關(guān)研究還有待進(jìn)一步深入。對(duì)生態(tài)現(xiàn)狀的精準(zhǔn)識(shí)別和分析是制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)策的基礎(chǔ)，同時(shí)，不同生態(tài)系統(tǒng)分布格局的變化也能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生直接影響[10]。

河南省作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)地理的中心，處于絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶西向、南向和21世紀(jì)海上絲綢之路的交匯點(diǎn)，也是我國(guó)東部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、西部資源輸出、南北經(jīng)貿(mào)交流的橋梁和紐帶，在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位。河南省境內(nèi)黃河干流流經(jīng)的省轄(管)市縣面積占全省總面積的35.5%，常住人口占河南省常住人口的40.4%，GDP占河南省的53.0%。明確河南省尤其是其沿黃區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和變化，對(duì)協(xié)調(diào)黃河流域生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。地理國(guó)情普查是基于3S技術(shù)(遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱)對(duì)我國(guó)陸地國(guó)土范圍內(nèi)的地表自然和人文地理國(guó)情信息進(jìn)行空間化、定量化普查[11-13]，地理國(guó)情數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)在于所見(jiàn)即所得，更加直觀和精確[14-16]，能夠?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)變化的研究提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。因此，本研究借助地理國(guó)情數(shù)據(jù)的分析處理，重點(diǎn)分析河南省沿黃區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)空間分布特征及變化趨勢(shì)，以期為河南省黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究范圍

本研究區(qū)域涵蓋黃河流經(jīng)的三門(mén)峽、洛陽(yáng)、濟(jì)源、焦作、鄭州、新鄉(xiāng)、開(kāi)封、濮陽(yáng)等8個(gè)省轄(管)市下轄的所有縣(市、區(qū))以及滑縣，總面積5.92×104km2。河南境內(nèi)桃花峪(鄭州市滎陽(yáng)市廣武鎮(zhèn)境內(nèi))為黃河中下游的分界點(diǎn)，以上區(qū)域稱為黃河中游河南段，以下區(qū)域稱為黃河下游河南段。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中使用的2015年、2019年的地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)分別來(lái)源于2015年河南省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)以及2019年地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。利用WorldView影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，空間分辨率為0.5 m。地理國(guó)情普查地表覆蓋分類(lèi)包括種植土地、林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、鐵路與道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地、水域等類(lèi)型。由于地理國(guó)情普查分類(lèi)與自然生態(tài)系統(tǒng)的分類(lèi)不完全一致，文中濕地自然生態(tài)系統(tǒng)的變化情況利用了地理國(guó)情普查中水域分類(lèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用ArcGIS的Tabulate Area空間疊加分析，計(jì)算生成2015年和2019年研究區(qū)地表覆蓋類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣，定量分析地表覆蓋類(lèi)型結(jié)構(gòu)特征與各類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換特征。通過(guò)不同地表覆蓋類(lèi)型面積空間變化、轉(zhuǎn)移矩陣分析2015年和2019年沿黃區(qū)域的地表覆蓋類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省沿黃區(qū)域林地的分布特征及變化

2019年，河南省沿黃區(qū)域林地面積為21 392.28 km2，林地覆蓋率為36.12%。如表1所示，以闊葉林和闊葉灌木林為主，二者占林地面積的80%以上。2019年相比2015年，闊葉林、針闊混交灌木林、疏林和稀疏灌叢面積分別減少了1 012.99、330.79、0.13和0.03 km2。喬灌混合林、人工幼林和綠化林地面積增加較為明顯，分別增加了270.34、270.33和152.69 km2。

表1 河南省沿黃區(qū)域林地類(lèi)型面積

如圖1所示，沿黃區(qū)域林地空間分布不均，主要分布在黃河中游河南段區(qū)域，三門(mén)峽市和洛陽(yáng)市林地面積之和占沿黃區(qū)域林地總面積的70%以上。2015年和2019年沿黃區(qū)域林地覆蓋率均值分別為37.18%和36.12%，三門(mén)峽市、洛陽(yáng)市和濟(jì)源市的林地覆蓋率高于沿黃區(qū)域均值，2019年分別為66.65%、56.14%和57.08%，其余市縣低于均值。2019年相比于2015年，沿黃區(qū)域林地覆蓋率降低了1.06%，沿黃不同市縣林地面積均有不同程度下降，其中鄭州市、開(kāi)封市和滑縣林地覆蓋率下降幅度較高，分別下降了2.46%、1.69%和1.41%。

圖1 河南省沿黃區(qū)域林地占比及林地覆蓋率的變化Fig.1 Changes in the proportion and coverage of forest land along the Yellow River in Henan Province

2.2 河南省沿黃區(qū)域草地的分布特征及變化

2019年，河南省沿黃區(qū)域草地面積為1 545.39 km2，草地覆蓋率為2.61%。草地分為天然草地和人工草地，其中天然草地包括高覆蓋度草地(覆蓋度大于50%)、中覆蓋度草地(覆蓋度為20%～50%)和低覆蓋度草地(覆蓋度為10%～20%)，人工草地包括牧草地、綠化草地、固沙灌草、護(hù)坡灌草及其他人工草地。如表2所示，草地類(lèi)型中以高覆蓋度草地為主，平均占草地面積的81.47%，護(hù)坡灌草、綠化草地和中覆蓋度草地占河南省沿黃區(qū)域草地總面積的比例分別為7.13%、6.95%和4.05%；低覆蓋度草地、牧草地、固沙灌草和其他人工草地類(lèi)型共計(jì)占沿黃區(qū)域草地面積的比例不足0.4%。2019年相比于2015年，中覆蓋度草地和牧草地分別減少了19.10和0.17 km2；高覆蓋度草地、綠化草地和護(hù)坡灌草面積增加較為明顯，分別增加了105.88、40.98和19.97 km2。

表2 河南省沿黃區(qū)域草地類(lèi)型面積

如圖2所示，沿黃區(qū)域草地空間分布上黃河下游河南段高于黃河中游河南段區(qū)域，鄭州市、新鄉(xiāng)市和開(kāi)封市草地面積之和占沿黃區(qū)域草地總面積的近60%，草地占比分別達(dá)到了23.87%、19.95%和16.17%。2015年和2019年沿黃區(qū)域草地覆蓋率的均值分別為2.35%和2.61%，市縣中草地覆蓋率鄭州市、開(kāi)封市、新鄉(xiāng)市、濮陽(yáng)市和焦作市高于沿黃區(qū)域均值，其余市縣低于均值。2019年，各市縣中鄭州市草地覆蓋率最高，為4.87%，其次為開(kāi)封市，為4.00%，排名第三的焦作市草地覆蓋率為3.80%。2019年相比于2015年，沿黃區(qū)域草地覆蓋率整體上提升了0.26%，除三門(mén)峽市和新鄉(xiāng)市草地覆蓋率有所降低外，其他市縣均呈增加趨勢(shì)，其中增加較為明顯的市縣為開(kāi)封市、滑縣及濟(jì)源市，分別增加了1.52%、0.75%和0.50%。

圖2 河南省沿黃區(qū)域草地占比及草地覆蓋率的變化Fig.2 Changes in the proportion and coverage of grassland along the Yellow River in Henan Province

2.3 河南省沿黃區(qū)域濕地的分布特征及變化

2019年，河南省沿黃區(qū)域濕地面積為1 190.74 km2，濕地覆蓋率為2.01%。如表3所示，濕地中以河流為主，占整個(gè)濕地面積的97.63%。2019年相比于2015年，河流面積和水渠面積分別增加了100.18和2.85 km2。如圖3所示，沿黃區(qū)域濕地空間分布上黃河下游河南段整體上高于黃河中游河南段區(qū)域，市縣中洛陽(yáng)市、鄭州市和新鄉(xiāng)市濕地占比較高，分別為25.40%、18.09%和13.66%。2015年和2019年沿黃區(qū)域濕地覆蓋率的均值分別為1.84%和2.01%，濟(jì)源市、鄭州市和濮陽(yáng)市濕地覆蓋率高于河南省沿黃區(qū)域均值，2019年分別為4.11%、2.85%和2.70%，其他市縣低于沿黃區(qū)域均值。2019年相比于2015年，河南省沿黃區(qū)域濕地覆蓋率提高了0.17%，不同市縣濕地覆蓋率均呈增加趨勢(shì)，其中濟(jì)源市、鄭州市和濮陽(yáng)市增加幅度最大，2019年較2015年分別提高了0.35%、0.29%和0.21%。

表3 河南省沿黃區(qū)域濕地類(lèi)型面積

圖3 河南省沿黃區(qū)域濕地占比及濕地覆蓋率的變化Fig.3 Changes in the proportion and coverage of wetland along the Yellow River

2.4 河南省沿黃區(qū)域裸露地的分布特征及變化

2019年，河南省沿黃區(qū)域裸露地總面積為314.69 km2，占整個(gè)沿黃區(qū)域總面積的0.56%。如表4所示，裸露地中以礫石地表為主，占整個(gè)裸露地的63.29%，其次為沙質(zhì)地表，面積占比為23.38%，泥土地表和巖石地表占比較小，分別為6.04%和7.29%。2019年相比于2015年，沿黃區(qū)域裸露地覆蓋率呈下降趨勢(shì)，礫石地表、泥土地表、沙質(zhì)地表和巖石地表分別減少了29.59、15.51、10.91和0.12 km2。

表4 河南省沿黃區(qū)域裸露地類(lèi)型面積

如圖4所示，河南省沿黃區(qū)域裸露地空間分布上黃河中游河南段整體高于黃河下游河南段區(qū)域，不同市縣中以中游區(qū)域的洛陽(yáng)市分布最多，占比達(dá)到38.31%。對(duì)河南省沿黃區(qū)域裸露地覆蓋率的分析發(fā)現(xiàn)，2015年和2019年沿黃區(qū)域裸露地覆蓋率均值分別為0.63%和0.53%，濟(jì)源市、洛陽(yáng)市、三門(mén)峽市、鄭州市和新鄉(xiāng)市裸露地覆蓋率高于河南省沿黃區(qū)域均值，其他市縣低于河南省沿黃區(qū)域均值。2019年，濟(jì)源市裸露地覆蓋率最高，為0.98%。2019年相比于2015年不同市縣裸露地覆蓋率均呈下降趨勢(shì)，其中以鄭州市、濟(jì)源市和洛陽(yáng)市降低最為明顯，分別降低了0.21%、0.15%和0.12%。

圖4 河南省沿黃區(qū)域裸露地占比及裸露地覆蓋率的變化Fig.4 Changes in the proportion and coverage of bare land along the Yellow River in Henan Province

2.5 河南省沿黃區(qū)域不同地表覆蓋類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換特征

2019年相比于2015年，河南省沿黃區(qū)域不同的自然生態(tài)系統(tǒng)中，林地和裸露地整體呈減少趨勢(shì)，草地和濕地呈增加趨勢(shì)。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)比不同地表覆蓋類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換特征，能夠更加明確每種地表覆蓋類(lèi)型減少和增加的面積中主要轉(zhuǎn)變?yōu)榛蛘邅?lái)源于哪種地表覆蓋類(lèi)型。圖5中轉(zhuǎn)出面積指一種地表覆蓋類(lèi)型減少面積中分別轉(zhuǎn)變成其他地表覆蓋類(lèi)型的面積，轉(zhuǎn)入面積指一種地表覆蓋類(lèi)型增加的面積中其他地表覆蓋類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)樵摰乇砀采w類(lèi)型的面積。2019年相比于2015年，林草覆蓋主要由種植土地、人工堆掘地、構(gòu)筑物轉(zhuǎn)入，主要轉(zhuǎn)出為種植土地、人工堆掘地、房屋建筑、構(gòu)筑物和水域；2019年的林草覆蓋相較于2015年，轉(zhuǎn)入約1 393 km2，轉(zhuǎn)出約1 870 km2，其中林地凈減少628.89 km2，草地凈增加151.64 km2。2019年河南沿黃區(qū)域的水域面積主要由種植土地、林草覆蓋、荒漠與裸露地轉(zhuǎn)入，總轉(zhuǎn)入面積約225 km2；水域面積主要轉(zhuǎn)出為種植土地、林草覆蓋和荒漠裸露地，總轉(zhuǎn)出的面積約122 km2；2019年相較于2015年，水域面積凈增加103.04 km2。2019年的荒漠與裸露地主要由水域、林草覆蓋和種植土地轉(zhuǎn)入，主要轉(zhuǎn)出為種植土地、水域，2019年的荒漠與裸露地相較于2015年總轉(zhuǎn)入約63 km2，總轉(zhuǎn)出約119 km2，凈減少56.12 km2。

圖5 沿黃區(qū)域不同地表覆被類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換Fig.5 Transition between the coverage of different types of land along the Yellow Rive

3 討論與結(jié)論

通過(guò)對(duì)河南省沿黃區(qū)域林地、草地、濕地和裸露地等自然生態(tài)系統(tǒng)空間分布及2015年和2019年變化特征的研究，發(fā)現(xiàn)不同的自然生態(tài)系統(tǒng)的分布存在差異，林草覆蓋分布不連續(xù)形態(tài)明顯，林地主要表現(xiàn)為黃河中游河南段高于黃河下游河南段區(qū)域且主要集中在三門(mén)峽、洛陽(yáng)兩市，草地則表現(xiàn)為黃河下游河南段高于黃河中游河南段區(qū)域，這與河南省沿黃區(qū)域地形地貌的分布有關(guān)，河南省沿黃區(qū)域地勢(shì)大致西高東低，北坦南凹，東西差異明顯，從西到東依次由中山到低山，再?gòu)那鹆赀^(guò)渡到平原，西部分布有伏牛山地生態(tài)區(qū)，森林覆蓋率整體較高，沿黃區(qū)域林地占比較高的三門(mén)峽、洛陽(yáng)均位于伏牛山地生態(tài)區(qū)。2019年相比于2015年，林地覆蓋率整體有所降低，草地覆蓋率整體呈增加趨勢(shì)，由沿黃區(qū)域不同地表覆蓋的轉(zhuǎn)化特征可以看出，林草轉(zhuǎn)出主要為種植土地、人工堆掘地、房屋建筑、構(gòu)筑物和水域，以往針對(duì)河南省沿黃區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)化的研究也發(fā)現(xiàn)，不同土地利用類(lèi)型之間轉(zhuǎn)化較為劇烈，且多為耕地與林地的變換[17]。同時(shí)，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)展，城市建設(shè)侵占了部分林業(yè)用地，也造成了林地覆蓋率的下降，而草地的增加主要源于高覆蓋度草地、綠化草地和護(hù)坡灌草面積的增加，與近年來(lái)不斷加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)，提高綠化水平有關(guān)。濕地的空間分布上整體表現(xiàn)為黃河下游河南段高于黃河中游河南段區(qū)域，2019年相比于2015年，河南省沿黃區(qū)域濕地覆蓋率呈增加趨勢(shì)，與以往的研究結(jié)果有一定的不同，可能與數(shù)據(jù)源及不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。以往研究表明[18]，在人為干擾影響下，河南沿黃濕地整體受威脅較為嚴(yán)重，濕地面積減少甚至部分濕地直接消失，其中小浪底大壩的建成和運(yùn)行是主要人為因素之一。裸露地表現(xiàn)為黃河中游河南段高于黃河下游河南段區(qū)域。黃河中游裸露地分布較高主要源于礫石地表和沙質(zhì)地表在該區(qū)域分布較廣，面積較大，其中礫石地表主要分布在盧氏縣、嵩縣、洛寧縣、輝縣、濟(jì)源市等伏牛山、太行山低山丘陵區(qū)域，沙質(zhì)地表主要分布在黃河大堤內(nèi)及兩側(cè)5 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)。2019年相比于2015年，裸露地覆蓋率呈下降趨勢(shì)。裸露地的減少與城市的擴(kuò)張和農(nóng)業(yè)的發(fā)展存在密切聯(lián)系。

針對(duì)目前河南省沿黃區(qū)域不同自然生態(tài)系統(tǒng)的分布特征和變化趨勢(shì)，未來(lái)在該區(qū)域應(yīng)該加強(qiáng)山水林田湖草沙的綜合治理，從嚴(yán)約束原生林草覆蓋地表向其他用地的轉(zhuǎn)換，提高沿黃區(qū)域林草覆蓋地表的連片程度和連通程度，下游區(qū)域加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)資源及濕地、保護(hù)區(qū)、河流水系等重要生態(tài)資源的保護(hù)和生態(tài)提升，盡可能維持區(qū)域生態(tài)用地空間和功能上的聯(lián)系。加大伏牛山、太行山等低山丘陵區(qū)集中分布的石質(zhì)荒漠與裸露地生態(tài)保護(hù)力度，加強(qiáng)地表利用狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理。

本研究雖然對(duì)黃河流域中下游河南段生態(tài)系統(tǒng)空間分布特征及變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析，但是地理國(guó)情成果與國(guó)民經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等其他數(shù)據(jù)在深度整合及挖掘方面還有所欠缺，對(duì)于沿黃區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化與區(qū)域經(jīng)濟(jì)與城市發(fā)展等方面關(guān)系還需要進(jìn)一步深入探討。