大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)土地利用類型的變化

楊民英，龐丹波，時振坤

（1.云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650500；2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083；3.武漢大學(xué)計算機(jī)學(xué)院，湖北武漢 430072）

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大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)土地利用類型的變化

楊民英1，龐丹波2，時振坤3

（1.云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650500；2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083；3.武漢大學(xué)計算機(jī)學(xué)院，湖北武漢 430072）

摘 要：運(yùn)用有關(guān)景觀生態(tài)學(xué)理論、RS和GIS等空間統(tǒng)計與分析技術(shù)，對大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)2011年和2015年的土地利用類型進(jìn)行分類，并對土地利用類型與景觀格局變化特征進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明: 2011—2015年間，大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)土地利用面積變化率最大的為灌草叢（161.77%），最小的為水體（9.42%）。相對于2011年來說，2015年裸地、耕地斑塊總面積有所減少，林地和灌草叢面積有所增加；林地、道路和灌草叢的聚集度指數(shù)有所增加，表明這3類景觀連通性增強(qiáng)，景觀更加集中連片。據(jù)此，建議繼續(xù)實(shí)施封山育林和退耕還林還草工程，減少各種人為活動對自然保護(hù)區(qū)的干擾和破壞，保護(hù)好國家一級珍稀瀕危物種黑頸鶴的越冬棲息地。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)；土地利用類型；景觀格局

文獻(xiàn)著錄格式:楊民英，龐丹波，時振坤.大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)土地利用類型的變化［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57（6）: 951-954.

生態(tài)系統(tǒng)組成單元的類型、斑塊數(shù)目以及空間分布特征與配置等共同造成了生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成與格局［1］，生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成與格局的定量分析旨在研究斑塊面積在景觀格局中的分布規(guī)律，從看似雜亂無序的景觀中發(fā)現(xiàn)其潛在的變化特征與規(guī)律，并把景觀格局隨時間和空間的變化情況聯(lián)系起來，研究景觀格局隨時間的演替和外界干擾的影響，從而揭示景觀格局與生態(tài)過程相互作用的內(nèi)在規(guī)律［2-3］。目前，利用高分辨率遙感、地理信息系統(tǒng)以及景觀生態(tài)學(xué)等方法開展土地利用和景觀格局變化研究的技術(shù)已比較成熟［4-5］。近年來，我國不少研究人員將土地利用的研究方法與景觀格局分析方法相結(jié)合，對不同區(qū)域不同土地利用類型與景觀格局的變化情況進(jìn)行分析，業(yè)已取得較大進(jìn)展［6-7］。

黑頸鶴是當(dāng)今世界上唯一的高原鶴類，是國家一級重點(diǎn)保護(hù)野生動物。云南大山包自然保護(hù)區(qū)是目前黑頸鶴最重要的越冬棲息地之一。大山包獨(dú)特的自然環(huán)境和特殊的生態(tài)系統(tǒng)，是黑頸鶴聚集于此的重要原因。隨著自然保護(hù)區(qū)的建立和管理的不斷完善，以及人類生產(chǎn)生活方式的變化，其景觀格局和土地利用狀況也不斷變化，但這些變化是否有利于黑頸鶴的保護(hù)尚不清楚。筆者認(rèn)為，土地恢復(fù)與保育的目的是維護(hù)和改善土地自然資源，增強(qiáng)土地自然資源的功能和利用效率?；诖耍疚囊源笊桨鼑壹壸匀槐Ｗo(hù)區(qū)為研究對象，利用景觀生態(tài)學(xué)的原理分析自然保護(hù)區(qū)內(nèi)景觀格局的動態(tài)演變，探討黑頸鶴適應(yīng)性的空間動態(tài)變化規(guī)律，以期為大山包保護(hù)區(qū)內(nèi)土地資源的可持續(xù)利用、濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與保護(hù)、濕地生態(tài)環(huán)境規(guī)劃和管理，以及黑頸鶴適宜生存環(huán)境的規(guī)劃和保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)位于云南省昭通市朝陽區(qū)西北部，地處云貴高原烏蒙山系的五蓮峰，地理位置103°14′55″—103°23′49″E，27°18′38″—27°29′15″N。該自然保護(hù)區(qū)最高海拔3 364 m，總面積192 km2。保護(hù)區(qū)地處低緯度高原面上，屬暖溫性高原季風(fēng)氣候區(qū)，具有冬寒夏涼的特點(diǎn)，年平均氣溫6.2℃，平均無霜期134 d［8］，年日照時數(shù)長達(dá)2 200～2 300 h［9］，年降水量1 165 mm，屬長江上游金沙江水系。大山包濕地獨(dú)特的地理位置和氣候條件，使其保持著功能良好且較完整的生態(tài)系統(tǒng)。大山包自然保護(hù)區(qū)是我國許多珍稀瀕危候鳥重要的停歇地和越冬地，特別是珍稀瀕危物種國家一級保護(hù)動物黑頸鶴的越冬棲息地，也是黑頸鶴遷至貴州草海和滇東北等其他越冬地極其重要的中轉(zhuǎn)集散地［10］。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究所用數(shù)據(jù)為2期分辨率30 m的Landsat TM遙感影像（2011，2015年）、DEM數(shù)據(jù)及衍生數(shù)據(jù)等。首先，借助ArcGIS 10.2以及ENVI5.1對研究區(qū)影像進(jìn)行空間糾正、空間配準(zhǔn)、幾何校正、輻射校正、大氣校正等預(yù)處理，并利用DEM數(shù)據(jù)對照對研究區(qū)遙感影像進(jìn)行裁剪，獲得研究區(qū)遙感影像圖，為下一步分類做準(zhǔn)備。

1.3 研究方法

1.3.1 景觀類型的劃分

景觀分類是景觀格局變化研究的基礎(chǔ)，借鑒國家《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T21010—2007），依據(jù)研究區(qū)地物的特征并結(jié)合前人研究成果［11］，將研究區(qū)土地利用類型劃分為7類:林地、耕地、灌草叢、建筑用地、道路、裸地與水體。按照以上分類標(biāo)準(zhǔn)，對2007年和2015年的遙感影像進(jìn)行分類，統(tǒng)計斑塊面積和周長。

1.3.2 景觀指數(shù)選取

景觀生態(tài)學(xué)研究的主要手段和基本方法是景觀指數(shù)，景觀指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局的相關(guān)信息，被廣泛用于評價景觀結(jié)構(gòu)組成與空間的相關(guān)構(gòu)成變化情況，通過景觀指數(shù)可以對景觀的結(jié)構(gòu)組成要素、空間配置情況、動態(tài)變化等進(jìn)行定量研究［12-14］。評價指標(biāo)的選取對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、景觀格局、土地利用類型變化特征等的評估具有非常重要的作用。本文利用Fragstats4.2以及ArcGIS 10.2軟件，基于國內(nèi)外對景觀指數(shù)的研究和研究區(qū)實(shí)際情況，最后選擇能夠代表研究區(qū)景觀格局動態(tài)變化的斑塊類型面積（CA）、平均斑塊面積（AREA）、斑塊密度（PD）、斑塊數(shù)（NP）、斑塊面積百分比（PLAND）、邊界密度（ED）等指標(biāo)對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成及其景觀格局動態(tài)演變進(jìn)行分析，再選取面積變化率（EV）對生態(tài)系統(tǒng)的變化進(jìn)行分析和評價，通過定量化的數(shù)據(jù)反映研究區(qū)景觀格局動態(tài)變化特征。指標(biāo)參數(shù)的計算方法［15］以及生態(tài)學(xué)意義見表1。

表1　景觀格局指數(shù)及變化評價指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型變化特征分析

為了更好地說明土地利用類型變化對大山包自然保護(hù)區(qū)土地資源的影響，采用面積變化率（EV）對大山包自然保護(hù)區(qū)的土地利用類型變化進(jìn)行評價（圖1）。不同土地利用類型的面積變化率由大到小依次為灌草叢＞建筑用地＞耕地＞林地＞道路＞裸地＞水體；其中，發(fā)生正向變化的有灌草叢、建筑用地、林地和水體，發(fā)生負(fù)向變化的有耕地、道路和裸地。這表明，隨著國家級自然保護(hù)區(qū)的建立，研究區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目不斷增加，在國家退耕還林還草和封山育林政策的指導(dǎo)下，灌草叢、林地面積不斷增加，涵養(yǎng)水源保持水土的作用明顯增強(qiáng)，水體面積也相應(yīng)增加，這對提高保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境非常有益，使其更適于黑頸鶴的棲息。裸地、耕地的面積縮減，分析其原因，可能是由于這些土地利用類型被轉(zhuǎn)變?yōu)榱值鼗蛘咂渌绞??？傮w來看，上述結(jié)果反映出大山包自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)恢復(fù)初見成效，而且濕地生態(tài)系統(tǒng)類型在朝著較好的方向發(fā)展。

圖1　不同土地利用類型的面積變化

2.2 生態(tài)系統(tǒng)景觀要素分析

利用斑塊類型面積（CA）、斑塊面積百分比（PLAND）、斑塊數(shù)（NP）、平均斑塊面積（AREA）4個指標(biāo)對大山包自然保護(hù)區(qū)2011年和2015年生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素進(jìn)行評價（表2）。由CA和PLAND可知，研究區(qū)2011年和2015年主要土地利用類型均為裸地、林地和灌草叢。2011年占有面積最大的土地利用類型為裸地，占比61.10%，2015年較2011年其比重有所下降，說明裸地有向其他土地利用類型轉(zhuǎn)換的趨勢，整個保護(hù)區(qū)的土地利用類型組合方式更加優(yōu)化。2011年和2015年，大山包自然保護(hù)區(qū)都具有較高的斑塊數(shù)（NP）和較小的平均斑塊面積（AREA），說明該地區(qū)景觀破碎化程度較高；2015年NP總數(shù)有所增加，表明研究區(qū)內(nèi)景觀連通性變差，景觀類型整體更加破碎化。相對于2011年，2015年研究區(qū)域的耕地面積減少，而林地面積增加，說明隨著退耕還林政策的實(shí)施和人們保護(hù)意識的不斷提高，大山包自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到改善，更加有利于珍稀物種黑頸鶴的保護(hù)。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)景觀格局分析

表2　2011—2015年大山包自然保護(hù)區(qū)各土地利用類型的要素變化

表3　2011—2015年大山包自然保護(hù)區(qū)景觀格局變化

景觀格局分析是以景觀幾何特征為基礎(chǔ)，用于描述景觀結(jié)構(gòu)與功能、景觀動態(tài)變化過程的方法［16］。由表3可知，與2011年相比，2015年研究區(qū)內(nèi)建筑用地的斑塊密度（PD）和邊界密度（ED）在增加，形狀指數(shù)（SHAPE）和聚集度指數(shù)（CONTIG）在減少，這說明此類土地利用類型不斷趨于分散，邊界更加復(fù)雜。分析其原因，可能是由于在大山包保護(hù)區(qū)與旅游業(yè)相關(guān)的商業(yè)活動越來越多，促使建筑用地破碎化，邊界更加復(fù)雜。灌草叢的CONTIG增加，SHAPE減少，說明其更趨集中，同時邊界趨于簡單。道路的CONTIG和SHAPE均增加，可見在聯(lián)通性變好的同時，邊界趨于復(fù)雜，主要是由于其在以中心點(diǎn)擴(kuò)張的同時有向外圍延伸的特點(diǎn)，這也表明隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動對該地區(qū)環(huán)境的影響程度在不斷加深。同時，從表3還可以看到，林地、灌草叢和水體的PD，ED都在減少，而CONTIG卻在增加，這是比較良好的發(fā)展趨勢，說明這3種土地利用類型的面積不斷增加的過程中，斑塊不斷集中而且邊界更加趨于簡單。

3 小結(jié)與討論

大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)是中國西南部江河源區(qū)海拔最高的高原濕地生態(tài)系統(tǒng)，是許多珍稀瀕危越冬候鳥重要的棲息地和越冬地，保護(hù)區(qū)內(nèi)土地自然資源的利用和管理以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)尤為重要。本文基于ArcGIS 10.2，ENVI5.1和Fragstats4.2等軟件平臺，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)的分析手段，從時間和空間2個維度研究保護(hù)區(qū)內(nèi)景觀格局的變化規(guī)律，結(jié)果表明:

從土地利用類型面積變化來看，2011—2015年，大山包國家級自然保護(hù)區(qū)各土地利用類型的面積均發(fā)生了變化，表明其相互之間存在不同程度的轉(zhuǎn)變，土地利用面積變化率由大到小依次為灌草叢＞建筑用地＞耕地＞林地＞道路＞裸地＞水體，其中，發(fā)生正向變化的有灌草叢、建筑用地、林地和水體，發(fā)生負(fù)向變化的有耕地、道路和裸地。

從景觀格局變化的時間維度來看，2011年和2015年大山包自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，裸地、林地和灌草叢均為最主要的土地利用類型。2011年和2015年，研究區(qū)的斑塊數(shù)均較高，而平均斑塊面積較小，表明其景觀破碎化程度較高，景觀比較復(fù)雜；相較于2011年，2015年研究區(qū)內(nèi)的NP有所增加，表明研究區(qū)景觀連通性并未得到有效改善。具體地，2015年裸地、耕地斑塊總面積有所減少，林地和灌草叢面積有所增加，顯示該地區(qū)退耕還林還草、封山育林項(xiàng)目的實(shí)施卓有成效。

從景觀格局變化的空間維度來看，相較于2011年，2015年研究區(qū)內(nèi)水體、灌草叢和林地面積增加，面積明顯減少的主要為耕地、道路和裸地。這說明，在生態(tài)恢復(fù)和退耕還林政策的實(shí)施下，大山包國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)耕地和裸地有向灌草叢和林地轉(zhuǎn)化的趨勢，景觀格局的變化朝著較好的方向發(fā)展，這對于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)黑頸鶴的棲息和生活有重要的保障作用。

對于大山包國家級黑頸鶴自然保護(hù)區(qū)來說，林地、灌草叢的增加，裸地、耕地的減少，有利于水體面積的增加，有利于黑頸鶴越冬地的保護(hù)。今后，應(yīng)當(dāng)堅定不移地實(shí)施封山育林和退耕還林政策。這不僅需要提高當(dāng)?shù)孛癖姷沫h(huán)境保護(hù)意識，還要加強(qiáng)對保護(hù)區(qū)周圍土地的管理，同時制定相關(guān)的法律法規(guī)來約束附近村民行為，以此來減少各種人為活動對自然保護(hù)區(qū)的干擾和破壞，保護(hù)好珍稀瀕危物種國家一級保護(hù)動物黑頸鶴的越冬棲息地。

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（責(zé)任編輯：高 峻）

中圖分類號：S759.94

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0528-9017（2016）06-0951-04

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160646

收稿日期:2016-02-26

作者簡介:楊民英（1990—），女，陜西延安人，在讀碩士研究生，主要從事喀斯特與水環(huán)境研究，E-mail: sxyangminying@163.com。