遥感调查方法在河北省省级自然保护区生态环境变化评估方面的应用研究

付素静 冯海波 万宝春

（河北省环境科学研究院，石家庄 050037）

遥感调查方法在河北省省级自然保护区生态环境变化评估方面的应用研究

付素静 冯海波 万宝春

（河北省环境科学研究院，石家庄 050037）

河北省省级自然保护区以自然生态系统类型为主，人类活动较为频繁，将遥感评估方法应用于河北省省级自然保护区生态环境变化评估具有重要意义。本文通过分析高分辨率遥感卫星影像的特点，结合河北省省级自然保护区的实际情况，优先选取分辨率为2m的民用卫星，提出了遥感调查方法在自然保护区人类活动和开发建设活动中自动监测、生态系统格局变化、生态系统质量变化以及人类活动干扰程度四方面的评估应用。

自然保护区；遥感；生态环境；生态评估

1．研究意义

目前，遥感技术在自然保护区的生态状况评估和监管等方面应用日渐成熟。卫星遥感技术具有观测范围广、获取信息快、信息含量大、更新周期短并可进行历史对比等特点，利用遥感技术可以更好地掌握自然保护区的生态系统格局及质量的现状和变化特征，综合评估自然保护区生态质量状况，利用不同时间序列的影像还可以对自然保护区的人类活动和开发建设活动进行遥感动态监测，为自然保护区的管理和保护成效评估提供有力的技术支撑。河北省作为生物多样性资源较丰富的省份之一，需加快自然保护区的建设步伐，提高自然保护区管理水平和保护效果，充分发挥好自然保护区在河北省生态安全方面的作用，为建设“生态河北”、“和谐河北”的目标奠定基础。

2．河北省自然保护区分布

截至2012年底[1]，河北省自然保护区共计45个，见图1，其中国家级自然保护区13个、省级自然保护区25个、市级自然保护区2个，县级自然保护区5个。保护区总面积705 906公顷，占河北省总面积的3.76%。

表1 河北省自然保护区情况一览表

图1 河北省自然保护区分布示意图

从自然保护区类型来看，根据我国的自然保护区分类标准《自然保护区类型与级别划分原则》（GB/T 14529-93），自然保护区共分为3个类别9个类型。从表2中可看出，河北省自然保护区以自然生态系统类型为主。

3．河北省省级自然保护区遥感调查与评估方法

3.1 高分辨率遥感卫星影像的选取

近年来，随着国产卫星的迅速发展，迅速提升了我国高分辨率遥感卫星影像的自主供给能力和国际竞争力。2007年发射遥感卫星二号，分辨率为2m，2011年12月发射资源一号02C卫星，分辨率达2.36m；2012年发射资源三号卫星，全色影响分辨率达到2m。在满足应用需求的条件下，应尽量优先选用国产卫星[2]。

河北省省级自然保护区的面积大多在100km2以上，可以选用分辨率在2m的民用卫星，如资源三号卫星或高分一号卫星；面积在50km2以下的自然保护区且变化剧烈或有重大科研价值的自然保护区可以采用更高分辨率的影像数据，如IKONOS（分辨率1m）和Quick-Bird(分辨率0.6m)，组合利用分析。

3.2 在自然保护区生态环境方面的应用

（1）人类活动和开发建设活动自动监测

河北省省级自然保护区大多人类活动较为频繁，每年可进行一次重点监测，基于影像直接对比法的变化信息提取的方法，对自然保护区人类活动和开发建设活动自动监测[3]。

数据处理流程为：

基础数据准备主要包括：遥感数据、DEM数据、GIS数据、自然保护区基础资料。

数据预处理主要包括：大气校正、几何校正、正射影像、辐射匹配、数据融合等。

地物信息提取：自动提取保护区内土地覆盖、人类活动信息和区内的开发建设用地信息。

成果表达：提取自然保护区变化信息后，结合野外实地调查结果，对监测结果分类，总结不同算法在不同自然保护区环境监测中准确性的分布规律，进而指导下一步监测技术的改进；结合野外实地调查数据制作自然保护区变化监测成果图，包括自然保护区环境现状调查图、自然保护区环境变化监测图两部分；统计报表并整理形成遥感监测成果报告。

（2）省级自然保护区生态系统格局及变化评估

在结合遥感解译数据构建河北省自然保护区生态系统类型空间数据集的过程中，应根据土地覆被分类体系，结合河北省自然保护区植被图、总体规划图、科考报告以及生态环境等相关资料[4]，对自然保护区生态系统类型进行识别、判定和分析，可划分为6大生态系统类型，见表3。

表2 河北省自然保护区类型结构

表3 自然保护区生态系统类型分类表

将自然保护区遥感数据按照上述生态系统分类体系解译，遥感解译数据经现场核查、数据校正后，精度应达95%以上。利用解译数据评价自然保护区生态系统类型、分布、比例、空间格局、景观格局及变化，分析各类型生态系统的相互转化特征。制作专题图，统计数据整理形成生态系统格局评估报告。

（3）省级自然保护区生态系统质量及变化评估

自然保护区生态系统质量评价是自然保护区生态保护的一项基础工作，利用遥感数据评价自然保护区生态系统质量具有经济高效、准确度高等特点。利用MODIS、NDVI数据结合植被覆盖度地面调查数据、地面LAI测量数据以及农田、森林、草地的生物量可分别得到自然保护区的植被覆盖度、叶面积指数以及生物量数据[5]。从上述三个指标，对生态系统的质量状况进行评价，体现生态系统的基本特征和健康状态，反映自然生态系统维持现有服务功能的持续性和稳定性，明确自然保护区生态系统质量的现状、变化趋势、变化程度及空间差异。制作专题图，统计数据整理形成生态系统质量评估报告。

（4）省级自然保护区人类活动遥感评价

从自然保护区长期变化过程分析，自然保护区的生态环境受到自然因素和人为干扰的不同程度的影响。人为干扰会使具有原始自然特性的景观不断改变。以环境卫星CCD影像和资源三号高分遥感影像为基础，采用目视解译的方法，提取自然保护区的农业生产用地、住宅用地、工业用地、采矿用地、旅游用地、交通运输用地等人类活动信息，将自然保护区人类活动图层和保护区功能分区图层叠加，得到自然保护区核心区、缓冲区和实验区人类活动斑块的空间分布、面积及其比例。

通过人为影响强度可以反映自然保护区人类活动参与、管理、改造的强度属性。目前研究方法有很多，黄领梅等通过模糊综合评价模型对干旱区人类活动干扰强度定量评估研究，史培军等提出基于土地利用/覆被类型的研究方法来确定人类活动干扰指数等[6-9]。本研究中采用的方法是采用《全国生态环境十年变化（2000—2010年）遥感调查与评估项目技术指南》中推荐的评价模型[10]，根据自然保护区人类活动监测结果，计算各自然保护区人类活动干扰指数，并进行分级，对自然保护区人类活动干扰程度进行评价，评价模型如下：

其中，HAI为自然保护区人类活动干扰指数，Si为人类活动类型的面积，S为自然保护区的总面积。ai和bi为权重。其中，ai根据每一类人类活动斑块所在的功能区来确定，bi根据不同人类活动类型对自然保护区的干扰程度来确定。

核心区、缓冲区、实验区的人类活动干扰权重依次确定为0.6、0.3、0.1。

不同人类活动类型对自然保护区的干扰权重见表4。

表4 不同人类活动类型对自然保护区的干扰权重表

4．结论

河北省省级自然保护区以自然生态系统类型为主，人类活动较为频繁，将遥感评估方法应用于河北省省级自然保护区生态环境变化评估具有重要的现实意义。通过遥感调查评估可以自动监测自然保护区人类活动和开发建设活动强度；对河北省级自然保护区生态系统格局、质量及变化进行全面评估；对省级自然保护区人类活动进行遥感评价，确定自然保护区不能功能分区受到人类活动的干扰程度。通过以上评估，可以针对不同自然保护区的特点，提出切实有效的生态管理、恢复措施，为管理部门制订自然保护区管理政策提供依据。

[1] 河北省自然保护区基础调查与评价报告. 2012.

[2] 李芬. 资源三号卫星数据在土地利用遥感监测中的应用研究[D]. 长春: 吉林大学, 2013.

[3] 姜艳辉. 矿山环境遥感自动监测方法与应用研究[D]. 北京: 中国地质大学, 2012.

[4] 徐新良, 刘纪远, 邵全琴等. 30年来青海三江源生态系统格局和空间结构动变化[J]. 地理研究，2008, 27（04）：829-839.

[5] 吴见, 刘民士, 李伟涛. 自然保护区遥感信息提取技术研究进展[J]. 世界林业研究，2013，26（01）：53-58.

[6] 黄领梅, 沈冰. 干旱区人类活动干扰强度定量评估研究[J]， 2009, 25（4）：425-429.

[7] 康相武, 刘雪华, 张爽等. 北京西南地区区域生态安全评价[J]. 应用生态学报, 2007（12）：2846-2852.

[8] 石斌. 基于GIS与RS的兰州新区生态安全评价[D]. 甘肃:甘肃农业大学, 2012.

[9] 刘纪远. 中国资源环境遥感宏观调查与动态研究. 北京:中国科学技术出版社, 1996.

[10] 全国生态环境十年变化（2000—2010年）遥感调查与评估项目技术指南. 2012.

Research of Remote Sensing Surveying Method on Ecological Environment Change assessment in Hebei Provincial Nature Reserves

Fu Sujing Feng Haibo Wan Baochun
(1.Hebei Provincial Environmental Scientifc Research，Shi Jiazhuang 050037)

The provincial nature reserve in Hebei province are mainly natural ecosystems, frequently interfere with human activities. Remote sensing surveying method can be used to evaluate the ecological environment change in Hebei provincial nature reserves, which is entirely feasible and very important. Considering the characteristics of high resolution remote sensing images and the actual situation in Hebei, civil satellites with 2 meters resolution were priority selected. Four aspects, automatic monitoring of human activities and construction development, ecosystem pattern change, ecosystem quality change and intensity of human activities, were applied with remote sensing in nature reserves for biodiversity conservation.

nature reserves；remote sensing；ecological environment；ecological assessment

X171

A

1674-6252（2014）04-0034-04

付素静（1987—），女，硕士研究生，主要从事环境规划、生态环境方面的研究.