基于遥感技术的十八里长峡自然保护区保护效果监测与评估

王 坎， 唐 瑶， 王玲玲， 吴兴华， 杨 劭

(1.华中师范大学 生命科学学院， 武汉 430079； 2.湖北省环境科学研究院， 武汉 430072；3.伊美净科技发展有限公司， 武汉 430079)



王 坎1，2， 唐 瑶3， 王玲玲2， 吴兴华2， 杨 劭1*

(1.华中师范大学 生命科学学院， 武汉 430079； 2.湖北省环境科学研究院， 武汉 430072；3.伊美净科技发展有限公司， 武汉 430079)

基于2000年、2010年Land TM/ETM数据，建立研究区域的生态系统分类体系，分析研究区域内的生态系统格局变化.运用ALOS(2.5 m)的高分遥感卫片进行人工目视解译，分析研究区域内的人为活动干扰情况，整体评估自然保护区珍稀野生动植物的保护效果，评估结果表明：10 a 间研究区域内生态系统格局变化较小，对珍稀动植物及其生境的影响甚微，人类活动形式较为单一且主要分布在实验区，2000至2010年期间，十八长峡自然保护区的管护工作是有效果的.

遥感技术； 分布格局； 人为干扰； 保护效果

自然保护区是物种及其生态系统的庇护所，是全球生物多样性保护的重要组成部分.遥感技术的优势在于能准确掌握区域内的生态环境动态变化，运用遥感技术监测，能为自然保护区管护工作提供可靠的科学依据[1].20世纪90年代，利用遥感变化监测保护区土地利用变化，分析人为干扰活动对保护区生境影响的研究在国外逐渐兴起，而国内起步较晚[2].本研究通过10 a间的遥感影像监测自然保护区生态系统格局变化，对自然保护区内珍稀动植物的保护效果进行综合评估，对于自然保护区管理部门掌握区域内生态环境动态，有针对性地开展自然保护区管护工作有重要意义.

1 研究区域概况

湖北十八里长峡自然保护区位于湖北省十堰市竹溪县南部，距竹溪县城约230 km，距十堰市中心城区约300 km.东与堵河源省级自然保护区交界，西、南与重庆市双阳自然保护区毗邻，北与竹溪县桃源乡相邻[3].保护区始建于1988年，至今已有20余年的历史，保护区南北长32 km，东西宽23 km，总面积为303.2 km2，其中核心区面积108.6 km2，缓冲区面积50.5 km2，实验区面积144.1 km2.十八里长峡自然保护区地处秦岭地槽区东段南缘，大巴山脉东段余脉北坡，属中山地貌.境内气候属于北亚热带季风气候，具备四季分明、气候温和、雨量充沛、光热适度、温暖湿润的特点[4].

十八里长峡自然保护区内野生动植物资源相当丰富，是我国生物多样性保护的优先区域，拥有全国保存较为完好的北亚热带原始森林群落，其主要保护对象为珍稀濒危野生动植物及森林生态系统，是红豆杉、珙桐、豹等珍稀动植物的栖息地.

2 研究方法

2.1 数据源

本次监测采用的遥感数据包括2000年与2010年的Land TM/ETM数据，分辨率为30 m，主要用于构建生态系统分类体系；2010年ALOS数据，分辨率为2.5 m，主要用于保护区内人类活动的目视解译.

2.2 技术标准

按照中国科学院、环境保护部制定的《全国生态环境十年变化(2000年～2010年)遥感调查与评估项目技术指南》中提出的评估指标体系，结合生态系统类型，将生态系统分为2级，其中一级生态系统有9类，二级生态系统有19类.

2.3 解译精度评估

基于2013年6月16对土地覆盖产品数据进行的分层随机抽样精度评估，湖北省共收集1 390个样点，与土地覆盖产品进行叠加.评估结果表明，湖北省土地覆盖一级类总精度为95.30%，二级类总精度为86.74%，具体各类精度如表1、表2中所示，基本满足分析要求.

表1 土地覆盖一级类精度

表2 土地覆盖二级类精度

2.4 研究方法

首先对遥感数据进行大气校正、几何纠正、影像融合等预处理，然后通过作业分区、尺度分割、解译标志库建立、决策树建立等建立生态系统分类体系，用于区域空间格局的分析.以ALOS(2.5 m)遥感数据为基础，提取自然保护区内区域内农田、农村居民点、道路等人为干扰信息.

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：

HAI=(a1b1x1+a2b2x2+…+aibixi)/x,

其中，HAI为自然保护区人类活动干扰指数，xi为人类活动类型的面积，x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.根据《自然保护区条例》对各功能区人类活动的要求，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.每一种人类活动类型对自然保护区的干扰权重如表3所示.根据自然保护区的人类活动干扰指数，确定自然保护区人类活动干扰程度，划分为剧烈、明显、较明显、一般和轻微共5个级别，如表4中所示.

表3 不同人类活动类型对自然保护区的干扰权重表

表4 自然保护区人类活动干扰指数分级

3 结果与分析

3.1 生态系统景观格局变化

十八里长峡自然保护区中，涉及的二级生态系统共13类，2000年与2010年的二级生态系统构成如表5、表6所示，常绿阔叶林和常绿阔叶灌木林是主要生态系统类型.

2000年～2010年间，保护区内99%的土地单元未发生土地利用方式的变化，保护区内变化幅度前3类依次为旱地、水田、建设用地，其中旱地减少0.09%，水田增加0.06%，建设用地增加0.04%，均为人类活动导致.其它变化集中在水域、草丛、落叶阔叶灌木林、稀疏草地4类，总变化量为0.06%.耕地有所减少，建设用地有所增加，这与保护区开展退耕还林建设工程有关.

十八里长峡自然保护区内土地利用变化如图1、图2所示，其主要土地利用变化发生在位于实验区的向坝村、双桥村、二坪村、交山村、大和田村，以耕地、林地转化为建设用地、耕地退耕还林转化为林地为主.核心区受人为活动干扰较小，其土地利用结构变化主要是森林生态系统中不同林分之间的转化，是森林生态系统的自然演替.缓冲区内地形陡峻、海拔落差大，通达程度较差，因此人为活动程度也较低，土地利用变化也主要为森林生态系统中不同林分的相互转化.对于整个保护区来说，区域内人口变化小，且由于保护措施的有力实施，使得2000～2010年土地利用结构未发生大的变化，有效地保护了区域内物种资源.

表5 2000年与2010年一、二级生态系统构成

表6 十八里长峡自然保护区2010年各功能分区一、二级生态系统构成

图2 2000年(左)、2010年(右)十八里长峡自然保护区二级生态系统分布图Fig.2 Distribution of class Ⅱ ecosystem in Shibalichangxia Nature Reserve in 2000 and 2010

2000年～2010年，十八里长峡自然保护区二级生态系统景观格局特征如表3所示，斑块总数、边缘密度呈增加的趋势，而平均斑块面积减小，这说明10年间保护区内景观破碎化程度增加，但这3个指数变化程度较小.聚集度指数有所降低，说明保护区内各生态系统类型的非随机性或聚集程度有所降低，但其值仍维持在较高水平.

表7 十八里长峡自然保护区二级生态系统景观格局特征

3.2 珍稀野生动植物生境变化

十八里长峡自然保护区内珍稀动植物分布情况与生态系统格局变化叠加分析如图3所示，动植物编号参考《十八里长峡自然保护区综合科学考察报告》[4].动植物集中分布区为核心区，而生态系统集中变化的核心区周围几乎无珍稀野生植物分布，而珍稀野生动物有褐鱼鸮、斑羚等，但是由于这几类保护动物的迁移能力较强，活动范围较大，而生态系统变化微弱，因此对这几类保护动物的生存威胁不大.核心区内生态系统变化面积小，主要是林分之间的转换.在核心区西南部，部分落叶阔叶灌木林转化为落叶阔叶林，这部分转化是森林生态系统自然演替形成的，对保护区植物生境影响较小.缓冲区与实验区珍稀动植物分布区基本无生态系统变化.对于保护区内的重点保护植物红豆杉，其群落大部分都位于自然保护区核心区，且位于坡向为北向、坡度在45°以上的险坡地段[5].在高海拔、悬崖峭壁地段，人为干预小，红豆杉群落保存最为完整，红豆杉优势度显著.

图3 十八里长峡自然保护区珍稀野生动植物与生态系统格局变化叠加图(2000年～2010年)Fig.3 The overlay chart of rare species and ecosystem-patterns between 2000 and 2010 in Shibalichangxia Nature Reserve

3.3 人类活动监测

目视解译结果表明，十八里长峡自然保护区人类活动信息有农田、农村居民点、道路3类，前两者占保护区总面积的4.28%，道路总长77 km.其中，核心区内人类活动面积占保护区总面积的0.02%，道路长度约为6.1 km；缓冲区内人类活动面积占保护区总面积的0.58%，道路长度约为8.8 km；实验区人类活动面积占保护区总面积的3.36%，道路长度约为62.1 km.绝大部分人类活动分布在实验区，核心区和缓冲区人类活动面积较少且分散.

通过人工目视解译，该自然保护区有居民点60处， 其中核心区2处，缓冲区14处，实验区44处；有农田124处， 其中核心区6处，缓冲区18处，实验区100处.根据HAI模型得到HAI指数为 0.000 5，十八里长峡自然保护区以农田、居民点和普通道路为主，有少量开发建设活动，按人类活动干扰指数分级应属于一般水平.

图4 2010年十八里长峡自然保护区人类活动分布图Fig.4 Distribution of artificial interferences in Shibalichangxia Nature Reserve

4 结论

2000年～2010年，十八里长峡自然保护区生态系统格局变化较小，10 a间保护区内景观破碎化程度略有增加，但聚集指数仍维持在一个较高水平.由于珍稀动植物主要分布于核心区，生态系统格局的变化仅为森林生态系统的自然演替.因此，保护区珍稀动植物及其生境的变化较小，从而使保护区内物种资源得到有效保护.

十八里长峡自然保护区人类活动信息主要有农田、农村居民点、道路3类，人类活动形式较单一，且主要分布在实验区.珍稀野生动植物聚集的核心区内人为活动干扰属于一般水平.与同类型的森林类自然保护区如松山、长白山、扎龙、金佛山等相比，自然保护区内人为干扰的影响较小[6-10].这说明近年来保护区管护措施得当，使得区域内生态环境保持着较好的原生性，从而为多种珍稀濒危物种提供了良好的栖息空间，有效地维持了生物多样性.

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The monitoring and evaluation of protective effectiveness in Shibalichangxia Nature Reserve of Hubei based on Remote Sensing technology

WANG Kan1，2， TANG Yao3， WANG Lingling2， WU Xinghua2, YANG Shao1

(1.School of Life Sciences， Central China Normal University， Wuhan 430079；2.Hubei Academy of Environmental Science， Wuhan 430072；3.Imagination the Development of Science and Technology CO.， Ltd， Wuhan 430079)

On the basis of Landsat TM/ETM images， the classification system of ecosystem in study area was established， in order to analyze the variation of landscape pattern. With artificial visual interpretation， study on the the artificial interference in Shibalichangxia Nature Reserve and evaluation on the protective effectiveness of rare species were accomplished. The results showed that the variation of landscape pattern and influence on rare species were not significant. Artificial interference was relatively single and distributed mainly in experimental zone at a low level. These suggested that the management and protection of Shibalichangxia Nature Reserve were productive between 2000 and 2010．

Remote Sensing technology； distribution pattern； artificial interference； protective effectiveness

2015-05-18.

国家自然科学青年基金项目 (41301097).

1000-1190(2015)06-0929-07

X36， X87

A

*通讯联系人. E-mail: yang-shao@tom.com.