基于NDVI的云南省自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效分析

邱 成,胡金明,楊飛齡

1 云南大學(xué)國際河流與生態(tài)安全研究院, 昆明 650091 2 玉溪師范學(xué)院地理與國土工程學(xué)院, 玉溪 653100 3 云南省國際河流與跨境生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 昆明 650091

設(shè)立自然保護(hù)地的首要目標(biāo)是就地保護(hù)好生物多樣性[1],保持與改善生態(tài)系統(tǒng)和物種的保護(hù)效果[2],因此,自然保護(hù)地生態(tài)有效性評估是保護(hù)成效評估的重要內(nèi)容。區(qū)域自然保護(hù)地體系建成后,由于在相同時(shí)間進(jìn)程沒有受到保護(hù)的“空白對照樣本”非常難以獲得,通常不能直接度量自然保護(hù)地體系的保護(hù)成效及其與影響因子的關(guān)系[3]。因此,已有研究多是通過分析自然保護(hù)地體系建設(shè)前后或建設(shè)以來自然保護(hù)地體系內(nèi)部相關(guān)特征的變化態(tài)勢、內(nèi)部和外部相關(guān)特征變化的差異,來評價(jià)自然保護(hù)地體系的保護(hù)成效[4- 6]。宏觀區(qū)域尺度上的保護(hù)地體系生態(tài)有效性評估主要集中在生態(tài)系統(tǒng)尺度上,特別是森林和濕地生態(tài)類的保護(hù)地體系的研究較多[7- 9]。

植被是大多數(shù)自然保護(hù)地的主要保護(hù)對象之一,或者為主要保護(hù)對象(如動(dòng)物)的生存和保護(hù)提供重要庇護(hù)或覓食等場所[10- 12]。一般認(rèn)為,在自然保護(hù)地(特別是嚴(yán)格的自然保護(hù)區(qū)或荒野地自然保護(hù)區(qū))建立后,其內(nèi)部植被生產(chǎn)(植被覆蓋)相對較少地受到人類活動(dòng)干擾[13],其內(nèi)部植被(覆蓋面積)應(yīng)當(dāng)保持一定的增長,且內(nèi)部植被長勢(覆蓋面積)變化也應(yīng)當(dāng)比外部植被長勢(覆蓋面積)變化相對穩(wěn)定,那么自然保護(hù)地的保護(hù)是有效的[14- 16]。與植被生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的指標(biāo)多被用來開展宏觀區(qū)域尺度的保護(hù)地保護(hù)成效評估,基于遙感影像解譯獲取保護(hù)地及所在區(qū)域植被生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)特征指標(biāo),如特定保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)覆蓋(面積)、景觀破碎度、植被指數(shù)(如NDVI)、植被生產(chǎn)力(如NPP)等,反映宏觀尺度保護(hù)地體系的保護(hù)成效[7,17- 18]。

云南是全球生物多樣性最豐富的區(qū)域之一[19- 20]。自然保護(hù)區(qū)是生物多樣性保護(hù)最直接和最有效的模式[21- 23]。截至2019年底,云南省已建立各級(jí)自然保護(hù)區(qū)164個(gè),總面積286.71萬hm2,占全省國土總面積的7.3%[24]；相關(guān)研究表明,云南省以自然保護(hù)區(qū)為主的保護(hù)地體系空間格局需進(jìn)一步優(yōu)化[25- 27],已建保護(hù)地(特別是國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū))需進(jìn)一步提升其保護(hù)成效,但保護(hù)地(體系)保護(hù)成效評估僅有少量研究報(bào)道[28- 30]。這些研究或側(cè)重于自然保護(hù)區(qū)管理成效評估,或是對特定自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行保護(hù)成效評價(jià),缺乏對云南省自然保護(hù)區(qū)整體保護(hù)成效的綜合認(rèn)識(shí),迫切需要對云南省自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效開展評估,特別是開展優(yōu)先區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)效果評估[31]。

歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)及其時(shí)間序列數(shù)據(jù)因能較好的反映植被覆蓋度和生物量等生物學(xué)特征而被廣泛地用于自然保護(hù)地(自然保護(hù)區(qū))、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)等對植被生產(chǎn)力的保護(hù)成效評價(jià)中[32- 34]。因此,本研究利用NDVI(采用1998—2015年的SPOT_Vegetation-NDVI數(shù)據(jù)、分辨率1 km)分析云南省自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外的植被生態(tài)特征及其變化,開展云南省自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效分析,揭示該時(shí)段各自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部和外部NDVI的變化趨勢和變化穩(wěn)定性,以判識(shí)云南省自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 內(nèi)外部NDVI計(jì)算

本研究從中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)獲取云南省1998—2015年的SPOT_Vegetation NDVI數(shù)據(jù)[35],該數(shù)據(jù)空間分辨率為1km,時(shí)間分辨率為年。

本研究采用緩沖區(qū)分析法確定每個(gè)自然保護(hù)區(qū)的內(nèi)、外對比空間。基于云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)邊界,利用ArcGIS緩沖區(qū)分析功能,各自向外圍設(shè)定2km緩沖的環(huán)形區(qū)域,該區(qū)域簡稱為自然保護(hù)區(qū)外部或外部,而自然保護(hù)區(qū)邊界內(nèi)部區(qū)域簡稱為自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部或內(nèi)部。設(shè)定2 km主要是基于自然保護(hù)區(qū)邊界外圍2 km毗鄰環(huán)形區(qū)域與保護(hù)區(qū)內(nèi)部的自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)具有相對一致性,分析自然保護(hù)區(qū)建立后其內(nèi)部和外部(邊界外部毗鄰2 km環(huán)形區(qū)域)生態(tài)系統(tǒng)的“變化差異性”,可反映自然保護(hù)區(qū)建立產(chǎn)生的保護(hù)成效。

本研究包括云南省20個(gè)國家級(jí)(剔除無明確邊界的長江上游珍稀特有魚類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)-云南段)和34個(gè)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)(剔除面積小于1km2保護(hù)區(qū)或地質(zhì)遺跡類保護(hù)區(qū)),森林生態(tài)類、主要保護(hù)對象包括森林生態(tài)系統(tǒng)(如麗江玉龍雪山、沾益海峰等省級(jí)自然保護(hù)區(qū))、主要保護(hù)對象的生境為森林生態(tài)系統(tǒng)(如建水燕子洞白腰雨燕、墨江西岐桫欏等省級(jí)自然保護(hù)區(qū))的自然保護(hù)區(qū)占47個(gè),以湖泊/水庫、沼澤/濕草甸、草甸生態(tài)系統(tǒng)為組合的濕地生態(tài)系統(tǒng)類自然保護(hù)區(qū)占7個(gè),這些自然保護(hù)區(qū)都適合用NDVI這個(gè)指標(biāo)來評估其保護(hù)成效(生態(tài)有效性)。這些自然保護(hù)區(qū)總面積約占全省自然保護(hù)區(qū)總面積的75%,是云南省保護(hù)地體系中最具有保護(hù)成效的類型,也是云南省自然保護(hù)區(qū)建設(shè)與管理、保護(hù)地體系優(yōu)化的重點(diǎn)。另外,這些自然保護(hù)區(qū)建立時(shí)間有所不同,其中,云南省在1999—2002年和2003—2011年間分別新建了10個(gè)和3個(gè)省級(jí)自然保護(hù)區(qū),這13個(gè)自然保護(hù)區(qū)總面積只占本研究自然保護(hù)區(qū)總面積的21.20%。因此,為計(jì)算上的簡化,本研究在計(jì)算NDVI時(shí)序變化、變異系數(shù)時(shí),這13個(gè)自然保護(hù)區(qū)也同樣從1998年開始計(jì)算,不會(huì)影響研究結(jié)果的總體趨勢。這54個(gè)自然保護(hù)區(qū)面積不同,46個(gè)自然保護(hù)區(qū)的面積均大于50km2,7個(gè)自然保護(hù)區(qū)的面積均在10—50km2,1個(gè)自然保護(hù)區(qū)面積約為6km2,這些自然保護(hù)區(qū)適合采用1km空間分辨率的NDVI數(shù)據(jù)來評估其保護(hù)成效。

1.2 基于NDVI變化趨勢的保護(hù)成效分析

一元線性趨勢法廣泛用于NDVI的時(shí)間變化趨勢分析[36- 38],本研究也采用這一方法,具體計(jì)算公式如下[39]：

針對單一保護(hù)區(qū)INDVIij時(shí)間變化趨勢分析

INDVIij=ai×j+bi

(1)

(2)

式中：i表示自然保護(hù)區(qū)(1—54),j表示年序號(hào)(1—18),INDVIij表示i自然保護(hù)區(qū)第j年內(nèi)部NDVI；ai為對應(yīng)i自然保護(hù)區(qū)的系數(shù),bi為對應(yīng)i自然保護(hù)區(qū)的常數(shù)(計(jì)算公式未列出)。ai的正負(fù)反映1998—2015年i自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI年際線性變化趨勢(增或減),并加以顯著性檢驗(yàn)。同樣,1998—2015年i自然保護(hù)區(qū)ENDVIij的年際線性變化趨勢計(jì)算采用同樣的方法。

(3)

(4)

采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法(natural breaks classification)分別將1998—2015年的自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI年際線性變化率(INDVIij)和外部NDVI年際線性變化率(ENDVIij)分為5個(gè)等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)分析。

根據(jù)前述的評估理論假設(shè)(引言第二段)：(1)當(dāng)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部ai>0且通過顯著性檢驗(yàn),表明該自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效好；(2)當(dāng)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部ai<0且通過顯著性檢驗(yàn),表明該自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效差；(3)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部ai>0或ai<0,但沒有通過顯著性檢驗(yàn),表明該自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效介于上述兩類之間。當(dāng)然,這一假設(shè)也存在一定的缺陷,自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI的下降不一定是保護(hù)成效差導(dǎo)致,有可能是極端自然災(zāi)害(極端干旱、自然森林雷火等)導(dǎo)致NDVI下降,這種自然生態(tài)過程導(dǎo)致的NDVI變差不能簡單的評價(jià)為保護(hù)成效差。

1.3 基于內(nèi)外部NDVI變化穩(wěn)定性的保護(hù)成效分析

變異系數(shù)(Coefficient of Variation, 簡寫為CV)法被較多地用于分析植被覆蓋度的波動(dòng)情況[40- 42],本研究采用計(jì)算i自然保護(hù)區(qū)在1998—2015年時(shí)段內(nèi)部NDVI(INDVIij)、外部NDVI(ENDVIij)的變異系數(shù),分別記為ICVi、ECVi,表征i自然保護(hù)區(qū)在1998—2015年時(shí)段內(nèi)部、外部植被變化的相對穩(wěn)定性。

計(jì)算公式如下：

(5)

ICVi越大表示i自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI在1998—2015年時(shí)段的時(shí)間序列波動(dòng)性越大,則這一時(shí)段i自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部植被生態(tài)穩(wěn)定性越低；ICVi值越小表示i自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI在1998—2015年時(shí)段的時(shí)間序列波動(dòng)性越小,則這一時(shí)段i自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部植被生態(tài)的穩(wěn)定性越高。ECVi的大小對i自然保護(hù)區(qū)外部NDVI變化的解釋是一致的。

根據(jù)前述的評估理論假設(shè)(引言第二段)：(1)當(dāng)ICVi≤ECVi,表明i自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效(或有保護(hù)成效)；(2)當(dāng)ICVi>ECVi,表明i自然保護(hù)區(qū)保護(hù)有效性差(或保護(hù)成效差)。需要說明的按照ICVi、ECVi大小關(guān)系界定的“有效”和“有效性差”是相對的。

1.4 均值比較和檢驗(yàn)

運(yùn)用SPSS 22.0,分別計(jì)算1998—2015年云南省54個(gè)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)(外)部、不同級(jí)別和不同類型自然保護(hù)區(qū)的NDVI年際線性變化率均值和NDVI值的變異系數(shù)均值,比較分析其差異；并根據(jù)自然保護(hù)區(qū)分級(jí)和分類,分別對自然保護(hù)區(qū)內(nèi)(外)部、國家級(jí)(省級(jí))自然保護(hù)區(qū)兩組NDVI年際線性變化率以及NDVI值的變異系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行兩獨(dú)立樣本檢驗(yàn)(Mann-Whitney U 檢驗(yàn)法),檢驗(yàn)兩者是否差異顯著；對不同類型自然保護(hù)區(qū)的NDVI年際線性變化率以及NDVI值的變異系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行多獨(dú)立樣本檢驗(yàn)(Kruskal-Wallis 檢驗(yàn)法),檢驗(yàn)它們是否差異顯著。

圖 1 1998—2015年云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體內(nèi)外部NDVI變化趨勢Fig.1 The trend of NDVI change of National Nature Reserves (NNRs)and Provincial Nature Reserves(PNRs)in Yunnan Province during 1998—2015NDVI為歸一化植被指數(shù)Normalized Difference Vegetation Index; 內(nèi)部指自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部、外部指自然保護(hù)區(qū)外部

2 結(jié)果分析

2.1 不同時(shí)段NDVI變化特征與保護(hù)成效

如圖1、表1所示,1998—2015年云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體(54個(gè)自然保護(hù)區(qū)平均)的內(nèi)部、外部NDVI年際變化總趨勢相一致,都表現(xiàn)為顯著增長(P<0.001),表明在1998—2015年這一時(shí)段云南省自然保護(hù)區(qū)總體具有較好的保護(hù)成效。

這一時(shí)段云南省自然保護(hù)區(qū)總體的內(nèi)、外部NDVI最低值都出現(xiàn)在2002年,最高值都出現(xiàn)在2015年(圖1),不同時(shí)段內(nèi)、外部NDVI年際變化均值差異不顯著,大致可分為1998—2002年持續(xù)且顯著下降期,2003—2010年內(nèi)部波動(dòng)增長期(不顯著,P>0.05)、外部波動(dòng)且顯著增長期,2011—2015年持續(xù)且顯著增長期,但1998—2015年時(shí)段變?yōu)椴▌?dòng)但極顯著增長(表1)。

從不同時(shí)段NDVI變化特征來看,圖1和表1表明云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體的保護(hù)成效在1998—2002年時(shí)段較差、2003—2010年時(shí)段一般、2011—2015年時(shí)段較好,而在1998—2015年這一時(shí)段具有較好的保護(hù)成效。

表1 云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體內(nèi)、外部NDVI變化特征

2.2 1998—2015年NDVI變化特征與保護(hù)成效

圖1和表1表明1998—2015年時(shí)段云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI年際線性變化率低于其外部NDVI年際線性變化率,但不顯著(P>0.05),表明自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部和外部植被長勢總體無明顯差異。表2顯示了1998—2015年時(shí)段內(nèi)、外部NDVI不同增長態(tài)勢的云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的數(shù)量,內(nèi)部和外部NDVI增長(顯著、極顯著)的自然保護(hù)區(qū)數(shù)量分別為35個(gè)(占64.81%)、43個(gè)(占79.63%),表明該時(shí)段云南省大部分國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效較好。

表2 1998—2015年時(shí)段不同NDVI增長態(tài)勢的云南省自然保護(hù)區(qū)數(shù)量

從1998—2015年時(shí)段云南省每個(gè)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部、外部NDVI年際線性變化率的空間分布來看(圖2,采用自然斷點(diǎn)法分級(jí),公式(2)的ai),滇西北的自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI年際線性變化率以較低的為主,滇西及滇西南的自然保護(hù)區(qū)以較低和中等的為主,而滇中、滇東北及滇東南的自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部以較高的為主。而內(nèi)、外部NDVI年際線性變化率較高的自然保護(hù)區(qū)集中分布在昭通市(大山包、藥山和烏蒙山)、曲靖市(會(huì)澤黑頸鶴、駕車、珠江源、沾益海峰和十八連山)和文山州(文山、丘北普者黑和馱娘江)三個(gè)市(州)。

表1還顯示了1998—2015年時(shí)段云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI變異系數(shù)略高于外部NDVI變異系數(shù),但不顯著(P>0.05),表明自然保護(hù)區(qū)總體的內(nèi)部和外部植被長勢的穩(wěn)定性無明顯差異。而圖3是云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI和外部NDVI變異系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系空間分布圖,有保護(hù)成效的自然保護(hù)區(qū)(即ICVi≤ECVi的自然保護(hù)區(qū)有28個(gè),占總數(shù)的51.85%)主要分布在滇西、滇西南、滇東南和滇東北,保護(hù)成效差的自然保護(hù)區(qū)(即ICVi>ECVi的自然保護(hù)區(qū)有26個(gè),占總數(shù)的48.15%)主要分布在滇中和滇西北,兩類自然保護(hù)區(qū)的數(shù)量較為接近。

圖2 1998—2015年不同NDVI年際變化率的云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)分布圖Fig.2 Maps of NNRs and PNRs in Yunnan Province according to annual NDVI variation during 1998—2015

從圖1、圖2、表1、表2等綜合來看,1998—2015年時(shí)段云南省大多數(shù)國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)NDVI呈顯著和極顯著增長,體現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)的植被長勢變好和較好的保護(hù)成效。但從表1(變異系數(shù)對比)和圖3來看,1998—2015年時(shí)段云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的內(nèi)部和外部植被長勢的穩(wěn)定性無明顯差異,反映出這一時(shí)段自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效未帶來內(nèi)外部明顯的分異。

2.3 1998—2015年不同級(jí)別自然保護(hù)區(qū)NDVI變化與保護(hù)成效

圖4和表3表明,1998—2015年云南省國家級(jí)、省級(jí)自然保護(hù)區(qū)的內(nèi)、外部NDVI年際變化基本趨勢與總體趨勢(圖1)基本一致,呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢。國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI年際變化率均低于省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI年際變化率,但都不顯著(P>0.05),表明國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部植被長勢要比省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部要差。國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI的變異系數(shù)均低于省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI的變異系數(shù)(表3),但都不顯著(P>0.05),表明國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部植被長勢比省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部要穩(wěn)定,受到的干擾較小。總體來看,國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效要好于省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。

圖3 基于內(nèi)外NDVI變化評估的云南省自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效分布示意圖Fig.3 Maps of conservation effectiveness of NNRs and PNRs in Yunnan Province according to NDVI assessment

圖4 1998—2015年云南省不同級(jí)別自然保護(hù)區(qū)內(nèi)外部NDVI年際變化Fig.4 The trend of NDVI change between NNRs and PNRs in Yunnan Province during 1998—2015國家級(jí)內(nèi)部指國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部、國家級(jí)外部指國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)外部、省級(jí)內(nèi)部指省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部、省級(jí)外部指省級(jí)自然保護(hù)區(qū)外部

2.4 1998—2015年不同類型自然保護(hù)區(qū)NDVI變化與保護(hù)成效

圖5和表4表明,1998—2015年云南省不同類型自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI年平均值變化總體趨勢相一致,呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢,但不同類型自然保護(hù)區(qū)在內(nèi)、外部NDVI年平均值變化趨勢上也存在差異,但不顯著。

內(nèi)外部NDVI年際變化率：不同類型自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI年際變化率最高的是濕地生態(tài)類,野生植物類和野生動(dòng)物類次之,最小的是森林生態(tài)類。相應(yīng)地,外部NDVI年際變化率最高的是野生植物類,濕地生態(tài)類和森林生態(tài)類次之,野生動(dòng)物類最小,反映了濕地生態(tài)類和野生植物類自然保護(hù)區(qū)植被長勢較好,野生動(dòng)物類居中,森林生態(tài)類較差。

圖5 1998—2015年云南省不同類型自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI年均值變化Fig.5 The trend of NDVI change of different types of NNRs and PNRs in Yunnan Province during 1998—2015INFET:森林生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部(internal NRs of forest ecosystem type),ENFET: 森林生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)外部(external NRs of forest ecosystem type),INWPT: 野生植物類自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部(internal NRs of wild plant type),ENWPT: 野生植物類自然保護(hù)區(qū)外部(external NRs of wild plant type),INWAT: 野生動(dòng)物類自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部(internal NRs of wild animal type),ENWAT: 野生動(dòng)物類自然保護(hù)區(qū)外部(external NRs of wild animal type),INWET: 濕地生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部(internal NRs of wetland ecosystem type),ENWET: 濕地生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)外部(external NRs of wetland ecosystem type)

內(nèi)外部NDVI變異系數(shù)：表4反映了不同類型自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI變異系數(shù)均值差異極為顯著,而外部NDVI變異系數(shù)均值差異不顯著,兩者最高的均是濕地生態(tài)類,最低的則都是森林生態(tài)類,表明濕地生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)植被長勢最不穩(wěn)定,受到的干擾也最高,而森林生態(tài)類植被長勢最穩(wěn)定,受到的干擾也最低。濕地生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI的變異系數(shù)均值高于其外部,表明其內(nèi)部植被長勢受到的干擾比外部高,自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部保護(hù)效果比外部差,而森林生態(tài)類、野生植物類和野生動(dòng)物類自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部NDVI的變異系數(shù)則低于其外部,表明森林生態(tài)類、野生植物類和野生動(dòng)物類自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部植被長勢受到的干擾比其外部低,自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部保護(hù)成效好于其外部。

總體而言,不同類型自然保護(hù)區(qū)中,森林生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效較好,野生植物類和野生動(dòng)物類保護(hù)成效一般,濕地生態(tài)類較差。

3 討論

3.1 NDVI動(dòng)態(tài)變化與云南省自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效

1998—2015年云南省大多數(shù)國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI都呈極顯著增長(圖1和圖2、表1和表2),但內(nèi)部和外部植被長勢的穩(wěn)定性(以變異系數(shù)表征)無明顯差異(表1和圖3)。相關(guān)研究都表明,過去20年不同時(shí)段中,云南省大部分區(qū)域NDVI年均值都呈增加趨勢[43- 45],這是本時(shí)段云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外NDVI年均值都同步變化且具有相對一致穩(wěn)定性的基本原因。

表3 1998—2015年云南省不同級(jí)別自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI變化特征值

表4 1998—2015年不同類型自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI變化特征值

從NDVI年際變化來看(圖1和表1),云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)NDVI年均值在2002和2011年出現(xiàn)了拐點(diǎn),其變化趨勢大致可分為1998—2002年持續(xù)下降期、2003—2010年波動(dòng)增長期和2011—2015年持續(xù)增長期。這一變化特征既反映了云南省NDVI(植被生長)受氣候變化(如氣溫和降水)的影響[43- 44]和自然保護(hù)區(qū)的植被生態(tài)保護(hù)成效,例如,2010—2012 年云南省干旱等級(jí)為中度干旱甚至達(dá)到嚴(yán)重干旱,且干旱持續(xù)時(shí)間較長,出現(xiàn)數(shù)年連旱的現(xiàn)象,這會(huì)對2010—2012 年云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)NDVI(植被生長)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響[43],也反映了云南省宏觀層面的生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策和植被恢復(fù)工程實(shí)施的效應(yīng),例如,在2002年,云南省全面啟動(dòng)、實(shí)施第一輪退耕還林還草政策,在2007年發(fā)布《貫徹國務(wù)院關(guān)于完善退耕還林政策文件的實(shí)施意見》以鞏固退耕還林成果,在2014年,又啟動(dòng)實(shí)施新一輪退耕還林還草工程；在2011年,云南省人民政府頒布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)建設(shè)和管理的意見》,這類政策的出臺(tái)和實(shí)施對云南省(不僅僅是自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部)的植被生態(tài)都會(huì)產(chǎn)生正面影響[46- 47]。另外,自2011年以來,一方面云南省自然保護(hù)區(qū)數(shù)量、面積保持相對穩(wěn)定,基本實(shí)現(xiàn)了自然保護(hù)區(qū)建設(shè)從重?cái)?shù)量向重質(zhì)量的轉(zhuǎn)變[48]；另一方面,國家對云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部生態(tài)建設(shè)工程投入不斷增加(表5),植被覆蓋不斷增長,這些自然原因和人為原因綜合作用的結(jié)果可能是引起云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)NDVI年均值在2002和2011年出現(xiàn)拐點(diǎn)的重要驅(qū)動(dòng)因素,自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部系列生態(tài)保護(hù)與建設(shè)工程的實(shí)施也可能是導(dǎo)致其內(nèi)部植被生態(tài)穩(wěn)定性比外部略低的重要原因。

表5 近年來云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)建設(shè)情況

3.2 不同類型自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效

本研究發(fā)現(xiàn),就不同類型的自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效而言,森林生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效較好,野生植物類和野生動(dòng)物類保護(hù)成效一般,濕地生態(tài)類較差(表4)。祝萍等[49]研究也表明,森林生態(tài)類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)減少農(nóng)業(yè)活動(dòng)干擾的保護(hù)成效較好,而濕地生態(tài)類國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)受農(nóng)業(yè)活動(dòng)的干擾最大,保護(hù)成效較差。Zheng[8]等研究也發(fā)現(xiàn)云南省濕地生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效較差。張建亮等[50]分析了國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局動(dòng)態(tài)變化,結(jié)果表明,森林生態(tài)、野生植物類自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)改善的數(shù)量多于退化的自然保護(hù)區(qū)數(shù)量,其保護(hù)效果較好,而濕地生態(tài)類生態(tài)系統(tǒng)退化的自然保護(hù)區(qū)數(shù)量多于改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量,其保護(hù)成效較差。從上述不同視角的相關(guān)研究來看,基于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外部NDVI時(shí)序變化和變異系數(shù)(CV)差異性的分析,也可以較好地反映自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效。

4 結(jié)論

云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)1998—2015年內(nèi)、外部NDVI變化可分為1998—2002年顯著下降期、2003—2010年波動(dòng)增長期、2011—2015年顯著增長期,總體上表現(xiàn)為極顯著增長,體現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)總體具有較好的保護(hù)成效。

云南省國家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)1998—2015年內(nèi)、外部NDVI變異系數(shù)無顯著性差異,表明這一時(shí)期以NDVI表征的自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外植被生態(tài)特征的穩(wěn)定性無明顯差異,未能反映出自然保護(hù)區(qū)帶來的保護(hù)成效的內(nèi)外部明顯的分異。

云南省國家級(jí)、省級(jí)自然保護(hù)區(qū)在1998—2015年的內(nèi)、外部NDVI年際變化趨勢與總體趨勢基本一致,呈波動(dòng)上升,國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)成效總體上要好于省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。

就不同類型的自然保護(hù)區(qū)而言,森林生態(tài)類自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效較好,野生植物類和野生動(dòng)物類保護(hù)成效一般,濕地生態(tài)類較差。