胡嬋娟，李雙權，郭雷，杜軍，劉鵬，任杰

(河南省科學院 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15%的耕地面積，以約占全國2%的徑流量，承載了全國9%的人口[1]。習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展座談會上發(fā)表的重要講話中指出，黃河流域是我國重要的生態(tài)屏障和重要的經濟地帶，是打贏脫貧攻堅戰(zhàn)的重要區(qū)域，在我國經濟社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位，保護黃河是事關中華民族偉大復興的千秋大計[2]。關于黃河的研究由來已久，在水沙調控、水量分配、生態(tài)保護等方面已取得眾多成果[3-7]。但以往針對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]，對于黃河中下游的交界區(qū)域河南段的研究相對較少，該區(qū)域的生態(tài)現(xiàn)狀及生態(tài)學相關研究還有待進一步深入。對生態(tài)現(xiàn)狀的精準識別和分析是制定生態(tài)環(huán)境保護對策的基礎，同時，不同生態(tài)系統(tǒng)分布格局的變化也能夠對生態(tài)系統(tǒng)服務價值產生直接影響[10]。

河南省作為我國經濟地理的中心，處于絲綢之路經濟帶西向、南向和21世紀海上絲綢之路的交匯點，也是我國東部產業(yè)轉移、西部資源輸出、南北經貿交流的橋梁和紐帶，在我國的經濟發(fā)展中占據重要地位。河南省境內黃河干流流經的省轄(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，對協(xié)調黃河流域生態(tài)保護和經濟社會高質量發(fā)展具有重要的意義。地理國情普查是基于3S技術(遙感技術、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱)對我國陸地國土范圍內的地表自然和人文地理國情信息進行空間化、定量化普查[11-13]，地理國情數據的優(yōu)點在于所見即所得，更加直觀和精確[14-16]，能夠為生態(tài)系統(tǒng)變化的研究提供更為精準的數據。因此，本研究借助地理國情數據的分析處理，重點分析河南省沿黃區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)空間分布特征及變化趨勢，以期為河南省黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展提供科學依據。

1 研究方法與數據

1.1 研究范圍

本研究區(qū)域涵蓋黃河流經的三門峽、洛陽、濟源、焦作、鄭州、新鄉(xiāng)、開封、濮陽等8個省轄(管)市下轄的所有縣(市、區(qū))以及滑縣，總面積5.92×104km2。河南境內桃花峪(鄭州市滎陽市廣武鎮(zhèn)境內)為黃河中下游的分界點，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 數據來源

本研究中使用的2015年、2019年的地表覆蓋分類數據分別來源于2015年河南省地理國情普查數據以及2019年地理國情監(jiān)測數據。利用WorldView影像數據進行解譯，空間分辨率為0.5 m。地理國情普查地表覆蓋分類包括種植土地、林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、鐵路與道路、構筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地、水域等類型。由于地理國情普查分類與自然生態(tài)系統(tǒng)的分類不完全一致，文中濕地自然生態(tài)系統(tǒng)的變化情況利用了地理國情普查中水域分類的數據進行分析。

1.3 數據分析

利用ArcGIS的Tabulate Area空間疊加分析，計算生成2015年和2019年研究區(qū)地表覆蓋類型轉移矩陣，定量分析地表覆蓋類型結構特征與各類型之間的轉換特征。通過不同地表覆蓋類型面積空間變化、轉移矩陣分析2015年和2019年沿黃區(qū)域的地表覆蓋類型動態(tài)變化特征。

2 結果與分析

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，三門峽市和洛陽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%，三門峽市、洛陽市和濟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、護坡灌草及其他人工草地。如表2所示，草地類型中以高覆蓋度草地為主，平均占草地面積的81.47%，護坡灌草、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型共計占沿黃區(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、開封市、新鄉(xiāng)市、濮陽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，其中增加較為明顯的市縣為開封市、滑縣及濟源市，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%，濟源市、鄭州市和濮陽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，其中濟源市、鄭州市和濮陽市增加幅度最大，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，占整個裸露地的63.29%，其次為沙質地表，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，礫石地表、泥土地表、沙質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)域的洛陽市分布最多，占比達到38.31%。對河南省沿黃區(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%，濟源市、洛陽市、三門峽市、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，其中以鄭州市、濟源市和洛陽市降低最為明顯，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)域不同地表覆蓋類型之間的轉換特征

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，草地和濕地呈增加趨勢。通過進一步對比不同地表覆蓋類型之間的轉換特征，能夠更加明確每種地表覆蓋類型減少和增加的面積中主要轉變?yōu)榛蛘邅碓从谀姆N地表覆蓋類型。圖5中轉出面積指一種地表覆蓋類型減少面積中分別轉變成其他地表覆蓋類型的面積，轉入面積指一種地表覆蓋類型增加的面積中其他地表覆蓋類型轉變?yōu)樵摰乇砀采w類型的面積。2019年相比于2015年，林草覆蓋主要由種植土地、人工堆掘地、構筑物轉入，主要轉出為種植土地、人工堆掘地、房屋建筑、構筑物和水域；2019年的林草覆蓋相較于2015年，轉入約1 393 km2，轉出約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、荒漠與裸露地轉入，總轉入面積約225 km2；水域面積主要轉出為種植土地、林草覆蓋和荒漠裸露地，總轉出的面積約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入，主要轉出為種植土地、水域，2019年的荒漠與裸露地相較于2015年總轉入約63 km2，總轉出約119 km2，凈減少56.12 km2。

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

3 討論與結論

通過對河南省沿黃區(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峽、洛陽兩市，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，河南省沿黃區(qū)域地勢大致西高東低，北坦南凹，東西差異明顯，從西到東依次由中山到低山，再從丘陵過渡到平原，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峽、洛陽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，由沿黃區(qū)域不同地表覆蓋的轉化特征可以看出，林草轉出主要為種植土地、人工堆掘地、房屋建筑、構筑物和水域，以往針對河南省沿黃區(qū)域土地利用轉化的研究也發(fā)現(xiàn)，不同土地利用類型之間轉化較為劇烈，且多為耕地與林地的變換[17]。同時，隨著城市規(guī)模的不斷擴展，城市建設侵占了部分林業(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、綠化草地和護坡灌草面積的增加，與近年來不斷加強生態(tài)建設，提高綠化水平有關。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，與以往的研究結果有一定的不同，可能與數據源及不同的分類標準有關。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、濟源市等伏牛山、太行山低山丘陵區(qū)域，沙質地表主要分布在黃河大堤內及兩側5 km緩沖區(qū)范圍內。2019年相比于2015年，裸露地覆蓋率呈下降趨勢。裸露地的減少與城市的擴張和農業(yè)的發(fā)展存在密切聯(lián)系。

針對目前河南省沿黃區(qū)域不同自然生態(tài)系統(tǒng)的分布特征和變化趨勢，未來在該區(qū)域應該加強山水林田湖草沙的綜合治理，從嚴約束原生林草覆蓋地表向其他用地的轉換，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)域加強對農業(yè)生態(tài)資源及濕地、保護區(qū)、河流水系等重要生態(tài)資源的保護和生態(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)集中分布的石質荒漠與裸露地生態(tài)保護力度，加強地表利用狀況動態(tài)監(jiān)測與管理。

本研究雖然對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進行了分析，但是地理國情成果與國民經濟數據等其他數據在深度整合及挖掘方面還有所欠缺，對于沿黃區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化與區(qū)域經濟與城市發(fā)展等方面關系還需要進一步深入探討。