河北省自然保護地人類活動遙感動態(tài)監(jiān)測

欒卓然

(河北地質(zhì)大學(xué)，石家莊 050031)

習(xí)近平總書記在致首屆國家公園論壇的賀信中指出：“生態(tài)文明建設(shè)對人類文明進步具有十分重大意義。近年來，中國堅持綠水青山就是金山銀山的理念，……，目的是保持自然生態(tài)系統(tǒng)的原真性和完整性，保護生物多樣性，保護生態(tài)安全屏障，給子孫后代留下珍貴資產(chǎn)。這是中國推進自然生態(tài)保護、建設(shè)美麗中國、促進人與自然和諧共生的一項舉措。”習(xí)近平總書記還在全國生態(tài)環(huán)境保護大會上和在視察祁連山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和保護等多處工作時強調(diào)了對自然資源和生態(tài)環(huán)境保護工作的關(guān)注和重視[1]。

加強自然保護地的保護是我國自然資源和生態(tài)環(huán)境保護工作重要內(nèi)容之一。利用遙感監(jiān)測方法對自然保護地進行監(jiān)管和保護，提高對自然保護地的監(jiān)管和保護工作質(zhì)量，已經(jīng)成為一種行之有效的方法。崔文連等應(yīng)用SPOT-5融合影像(空間分辨率2.5m)和2009年Rapid Eye影像(空間分辨率5m)，對嶗山自然保護區(qū)2003年和2009年人類活動進行了監(jiān)測與評價[2]。原環(huán)境保護部組織衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心對國家級自然保護區(qū)進行了人類活動遙感監(jiān)測，基本摸清了2013—2015年人類活動的狀況及其動態(tài)變化[3]。江東等(2016)針對靈武白芨灘自然保護區(qū)常見的6種人類活動干擾類型，選取Landsat-8和GF-1等多種影像進行了人類活動干擾信息識別[4]。張彥敏等(2018)應(yīng)用SPOT5分辨率為10m和2.5m的中高精度遙感影像對天津市范圍的2014 年和2017年的自然保護區(qū)人類活動狀況進行了監(jiān)測[5]。2019年，羅儀寧等對陜西省省級自然保護區(qū)進行了遙感監(jiān)測[6]。國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星GF-1和GF-2的發(fā)射和應(yīng)用為開展自然保護地人類活動監(jiān)測工作提供了快捷方便的數(shù)據(jù)源。

河北省自然保護地具有數(shù)量多、種類多、分布廣、面積大的特點，高分辨率國產(chǎn)衛(wèi)星的應(yīng)用為進行人類活動監(jiān)測提供了可能。本文分別選用2017年和2018年的GF-1、GF-2、ZY-3和ZY-02C的衛(wèi)星圖像作為數(shù)據(jù)源對河北省國家級和省級自然保護地人類活動進行遙感監(jiān)測，為生態(tài)環(huán)境保護相關(guān)工作提供及時、準(zhǔn)確的信息和依據(jù)。

1 工作區(qū)概況

工作區(qū)范圍為河北省39個省級及以上自然保護地，包括13個國家級自然保護地和26個省級自然保護地，總面積約為6757平方千米。其中國家級自然保護地包括霧靈山、紅松洼、灤河上游、塞罕壩、茅荊壩、小五臺山、泥河灣、大海陀、黃金海岸、柳江盆地、衡水湖、駝梁和青崖寨保護地；省級自然保護地包括漫山、嶂石巖、南寺掌、灤河源草地生態(tài)系統(tǒng)、豐寧古生物化石、御道口、遼河源、千鶴山、寬城都山、白草洼、六里坪、北大山、黃羊灘、菩提島諸島、曹妃甸濕地與鳥類、白洋淀濕地、金華山-橫嶺子褐馬雞、銀河山、大茂山、摩天嶺、黃驊古貝殼堤、南大港濕地和鳥類、小山火山地質(zhì)遺跡、海興濕地和鳥類、三峰山和青龍都山保護地。河北省自然保護地位置分布示意圖詳見圖1。

2 數(shù)據(jù)源及工作方法

本項研究數(shù)據(jù)源應(yīng)用GF-1衛(wèi)星圖像113景、GF-2衛(wèi)星圖像113景、ZY-3衛(wèi)星圖像15景、ZY-02C衛(wèi)星圖像4景，合計衛(wèi)星圖像245景。衛(wèi)星圖像采集面積約6757平方千米，實現(xiàn)河北省39個省級及以上自然保護地內(nèi)全覆蓋(表1)。

圖1 河北省自然保護地位置分布示意圖

表1 衛(wèi)星圖像收集統(tǒng)計表

對采集的原始衛(wèi)星圖像進行正射校正、融合等處理，提高衛(wèi)星圖像對比精度；依據(jù)《自然保護區(qū)人類活動遙感監(jiān)測及核查處理辦法(試行)》和2017年遙感影像，解譯2017年河北省自然保護地人類活動信息作為基礎(chǔ)庫。提取對象包括農(nóng)業(yè)用地、居民點、工礦用地、采石場、能源設(shè)施、旅游設(shè)施、交通設(shè)施、養(yǎng)殖場、道路和其他人工設(shè)施。通過對比2017年和2018年衛(wèi)星圖像，提取人類活動動態(tài)變化信息。

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 自然保護地人類活動總體狀況

2018年，河北省39個自然保護地中均存在不同程度的人類活動，共有人類活動19130處，按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計后，共有19100處，總面積94148.34公頃，占自然保護地總面積的13.95%。其中遼河源人類活動最多，數(shù)量達到2095處，人類活動面積為2356.02公頃，占遼河源自然保護地總面積的5.07%；其次為摩天嶺、白洋淀、灤河上游和嶂石巖，人類活動數(shù)量均在1000處以上，人類活動面積均在1300公頃以上；古貝殼堤、大茂山、青龍都山和霧靈山等自然保護地人類活動數(shù)量較少，均在50處以下，人類活動面積均小于10公頃。

3.2 不同類型人類活動情況

河北省自然保護地人類活動包括采石場、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、農(nóng)業(yè)用地、道路和其他人工設(shè)施，共10種類型。從數(shù)量上看，農(nóng)業(yè)用地和居民點數(shù)量較多，分別達到8414處和5941處，占河北省自然保護地人類活動總數(shù)的43.98%和31.06%；從面積來看，農(nóng)業(yè)用地和養(yǎng)殖場分布較大，分別為60793.36公頃和24336.19公頃，占河北省自然保護地人類活動總面積的64.57%和25.85%。總體來看，2018年河北省自然保護地人類活動類型以農(nóng)業(yè)用地、居民地和養(yǎng)殖場為主，其次為其他人工設(shè)施、工礦用地和能源設(shè)施，而道路、采石場、旅游設(shè)施和交通設(shè)施相對較少。河北省自然保護地不同類型人類活動總體情況見圖2和圖3(本節(jié)文中和圖2中人類活動數(shù)量未按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計)。

圖2 2018年河北省自然保護區(qū)人類活動類型數(shù)量統(tǒng)計

圖3 2018年河北省自然保護區(qū)人類活動類型面積統(tǒng)計

從人類活動的分布來看，14個自然保護地有采石場、24個有道路、34個有工礦用地、1個有交通設(shè)施、38個有居民點、16個有旅游設(shè)施、8個有能源設(shè)施、38個有農(nóng)業(yè)用地、39個有其他人工設(shè)施、13個有養(yǎng)殖場。

3.3 不同功能區(qū)人類活動情況

按不同功能區(qū)統(tǒng)計，核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)均存在不同程度的人類活動。實驗區(qū)內(nèi)人類活動最為明顯，其次為緩沖區(qū)，核心區(qū)人類活動最少。

2018年，人類活動主要分布在實驗區(qū)，所有自然保護地的實驗區(qū)均有人類活動，總面積57299.49公頃、總數(shù)量11389處，分別占河北省自然保護地人類活動總量的60.86%和59.53%。緩沖區(qū)有36個自然保護地存在人類活動，總面積18595.52公頃、總數(shù)量4009處，分別占河北省自然保護地人類活動總量的19.75%和20.96%；3個自然保護地的緩沖區(qū)無人類活動，分別為大茂山、青龍都山和霧靈山。有36個自然保護地的核心區(qū)存在人類活動，總面積18253.33公頃、總數(shù)量3732處，分別占河北省自然保護地人類活動總量的19.39%和19.51%；有3個自然保護地的核心區(qū)無人類活動，分別為灤河源、紅松洼和青龍都山。河北省自然保護地不同功能區(qū)不同類型人類活動數(shù)量情況見圖4、圖5和圖6(本節(jié)文中和圖4、圖5、圖6人類活動數(shù)量未按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計)。

圖4 2018年河北省自然保護地核心區(qū)不同人類活動數(shù)量和面積

圖5 2018年河北省自然保護地緩沖區(qū)不同人類活動數(shù)量和面積

圖6 2018年河北省自然保護地實驗區(qū)不同人類活動數(shù)量和面積

3.4 動態(tài)監(jiān)測結(jié)果

3.4.1 自然保護地人類活動變化總體情況

通過2017—2018年河北省自然保護地人類活動遙感監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)新增和規(guī)模擴大的人類活動數(shù)量分別為36處和51處，總計87處。按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)新增和規(guī)模擴大的人類活動數(shù)量分別為27處和30處，總計57處；面積分別為32.76公頃和26.73公頃，總計59.49公頃，共占河北省自然保護地監(jiān)測面積的0.088‰。在所監(jiān)測的39個自然保護地中，有17個存在新增或規(guī)模擴大的人類活動，占比43.59%。其中國家級自然保護地3個，占比23.07%，省級自然保護地14個，占比53.85%。

3.4.2 不同類型人類活動變化情況

2017—2018年，河北省自然保護地新增或規(guī)模擴大的人類活動包括采石場、工礦用地、能源設(shè)施、旅游設(shè)施、養(yǎng)殖場、居民點、農(nóng)業(yè)用地、道路和其他人工設(shè)施，共9種類型。其中以其他人工設(shè)施、道路和工礦用地為主，數(shù)量分別達到41處、9處和10處，按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計，數(shù)量分別達到25處、8處和8處，分別占河北省自然保護地人類活動變化總數(shù)量的43.86%、14.04%和14.04%；面積分別為26.6公頃、16.74公頃和5.33公頃，占河北省自然保護地人類活動變化總面積的44.71%、28.13%和8.95%。綜合分析可知：新增或規(guī)模擴大的人類活動以開發(fā)建設(shè)和旅游活動為主。

3.4.3 不同功能區(qū)人類活動變化情況

2017—2018年，新增或規(guī)模擴大的人類活動主要分布在實驗區(qū)。實驗區(qū)新增或規(guī)模擴大的人類活動總面積32.09公頃、總數(shù)量40處，按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計，共有33處，分別占河北省自然保護地新增或規(guī)模擴大的人類活動總量的53.94%、45.98%和57.89%。緩沖區(qū)新增或規(guī)模擴大的人類活動總面積16.96公頃、總數(shù)量29處，按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計，共有13處，分別占河北省自然保護地新增或規(guī)模擴大的人類活動總量的28.52%、33.33%和22.81%。核心區(qū)新增或規(guī)模擴大的人類活動總面積10.44公頃、總數(shù)量18處，按空間聚集度將同一區(qū)域的分散圖斑進行合并統(tǒng)計，共有11處，分別占河北省自然保護地新增或規(guī)模擴大的人類活動總量的17.55%、20.69%和19.30%。將每處自然保護地的變化圖斑制作成相應(yīng)的典型人類活動遙感影像圖，結(jié)果如圖7所示。

圖7 2017—2018年某些自然保護區(qū)典型人類活動遙感影像圖

3.5 人類活動對自然保護地的影響評價

統(tǒng)計不同功能區(qū)每種人類活動的面積、數(shù)量和百分比，分析河北省自然保護地人類活動分布狀況及規(guī)律。根據(jù)分布面積、分布區(qū)域、影響對象、影響范圍等，對人類活動造成的影響進行評價。

評價方法：依據(jù)《自然保護區(qū)人類活動遙感監(jiān)測技術(shù)指南(試行)》和自然保護區(qū)人類活動監(jiān)測結(jié)果，計算自然保護地人類活動影響指數(shù)并進行分級，對全國(省區(qū)市、區(qū)域)內(nèi)的自然保護區(qū)人類活動影響進行評價。評價模型公式如下：

NRHI=(a1b1x1+a2b2x2+……+

aibixi)/x

其中，NRHI為自然保護地人類活動影響指數(shù)，xi為人類活動類型的面積，x為自然保護地的總面積。ai和bi為權(quán)重，其中ai根據(jù)每一類人類活動斑塊所在的功能區(qū)來確定，bi根據(jù)不同人類活動類型對自然保護地的影響程度來確定，按規(guī)范要求確定ai與bi的權(quán)重值。

根據(jù)河北省39個自然保護地的NRHI數(shù)值統(tǒng)計特征，將NRHI值大于0.005的劃分為劇烈影響，NRHI值在0.005～0.003區(qū)間內(nèi)的劃分為明顯影響，NRHI值在0.003～0.001區(qū)間內(nèi)的劃分為較明顯影響，NRHI值在0.001～0.0001區(qū)間內(nèi)的劃分為較小影響，NRHI值小于0.0001的劃分為輕微影響。依據(jù)此劃分方法將河北省自然保護地2018年人類活動的影響程度劃分為劇烈、明顯、較明顯、較小、輕微5個等級，數(shù)量分別為2處、4處、5處、22處和6處，分別占河北省自然保護地總數(shù)的5%、10%、13%、57%和15%。經(jīng)過綜合分析發(fā)現(xiàn)，河北省自然保護地人類活動的影響程度與人口密度及經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ)狀況密切相關(guān)，總體上呈平原區(qū)人類活動大于山區(qū)、東部沿海地區(qū)人類活動大于中、西部地區(qū)，沿海沿河沿湖開發(fā)基礎(chǔ)較好地區(qū)自然保護地人類活動影響較大的特點。河北省各自然保護地人類活動的影響指數(shù)和影響程度分類統(tǒng)計模擬情況如圖8所示。

圖8 河北省自然保護區(qū)2018年人類活動影響指數(shù)和不同影響程度分類統(tǒng)計情況圖

4 結(jié) 論

(1)河北省自然保護地發(fā)生新增或規(guī)模擴大的人類場地共57處，總面積為0.5949平方千米，占自然保護地總面積的0.088‰。人類活動類型主要有其他人工設(shè)施、道路和工礦用地等，以開發(fā)建設(shè)和旅游活動為主；(2)總體而言，河北省人類活動對自然保護地的影響程度以較小的為主，影響劇烈的僅有2處；(3)人類活動的影響程度與自然保護地周邊的人口密集程度有關(guān)，總體上呈平原區(qū)人類活動大于山區(qū)、東部沿海地區(qū)人類活動大于中、西部地區(qū)，沿海沿河沿湖開發(fā)基礎(chǔ)較好地區(qū)自然保護地人類活動影響較大的特點；(4)采用遙感技術(shù)手段全面監(jiān)測掌握自然保護地內(nèi)人類活動的空間分布和動態(tài)變化是一項快捷有效的手段，可以為自然保護地管理部門進行生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。