云南5个自然保护区生态系统构成及景观格局变化

王艳霞叶江霞黄晓园周汝良（.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明6504；.西南林业大学林学院，云南昆明6504；.西南林业大学生态旅游学院，云南昆明6504）



云南5个自然保护区生态系统构成及景观格局变化

王艳霞1叶江霞2黄晓园3周汝良3
（1.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明650224；2.西南林业大学林学院，云南昆明650224；3.西南林业大学生态旅游学院，云南昆明650224）

摘要：以2000、2005、2010年为时间点，分析云南省5个自然保护区的生态系统格局、构成变化和景观斑块变化，结果表明：哀牢山保护区森林、草地、湿地面积有所增加，耕地面积有所减小；无量山、哈巴雪山保护区森林、草地、湿地类生态系统面积没有明显变化，后者耕地面积有所减少，城镇类面积有所增加；澜沧江保护区森林生态系统面积有小幅度的减小，草地、湿地生态系统面积有小幅度的增加，耕地、城镇类的地块面积略有增加；小黑山保护区森林、草地面积增加，湿地面积未变。哀牢山保护区有0.6km2的耕地转变为森林、0.1km2的耕地转变为湿地；哈巴雪山保护区有0.2 km2的耕地转化为城镇；小黑山保护区有1.8 km2耕地转变为森林，0.7 km2耕地转变为草地，森林有0.2 km2转变为草地、0.1 km2转变为耕地；临沧澜沧江保护区有0.4 km2的森林变为城镇，0.1 km2变为草地，0.8 km2变为湿地，有0.1 km2湿地变为森林、0.1 km2湿地变为城镇。各保护区斑块变化幅度小，破碎化现象不明显。总体来看，保护区森林生态系统处于相对稳定发展的状态，森林资源得到了有效地保护，但需加强对耕地、城镇类人为干扰的监测。

关键词：自然保护区；生态系统；构成；空间分析；景观格局

自然保护区是保护生物多样性、维护生态安全的主要保护地类型，所提供的生态服务是人类生存和经济社会可持续发展的基础［1］。自2000年以来，自然保护区生态系统评估得到了世界各国的高度重视，陆续发表了国家、省级、州级尺度的生态系统评估报告［2-4］。掌握自然保护区生态系统格局与变化信息，对于摸清生物多样性和生态环境现状，评估保护成效，发现保护中存在问题，进而提出保护对策具有重要的意义。自然保护区及其管理是有效保护生物多样性和提升生态系统服务功能的重要保障［5］。中国许多自然保护区面临着生态系统退化或丧失其重要价值的威胁，国家投入大量资金开展了一系列生态保护和建设工程，以保护、恢复或提升各类生态系统的服务功能和生物多样性［6］。尽管建立自然保护区是保护自然的重要措施，但是如何有效地保护和管理自然保护区方面的研究才刚刚起步［7］。利用遥感、地信、景观生态学方面的技术进行评估分析，可弥补传统观测方式无法完成的长时间序列的评价分析工作［8］。

云南特殊的地理位置和复杂的自然环境，蕴育了极为丰富的生物资源，拥有复杂多样的生态系统、物种资源和种质基因遗传资源。至2012年底，云南省共有自然保护区159个［9］，总面积285.4 万hm2。从自然保护区生态系统分类来说，云南省共有6种保护区类型，分别是森林生态系统、内陆湿地和水域生态系统、地质遗迹、野生动物、野生植物、古生物遗迹，其中森林生态类型占主体，总数108个，面积253.5万hm2。以森林生态系统为主要保护类型的自然保护区集中保存了云南省最为原始、完整的森林和最为丰富的生物多样性，生态系统服务价值非常高［10］。特别是国家级自然保护区和省级自然保护区，彰显了自然保护区保护典型生态系统、珍稀濒危特有物种的潜在价值。国内外对森林生态系统类型自然保护区的研究主要集中在探讨分布现状及合理布局［11-12］、有效性评价方法［13-14］、建设管理机制和体制［15-16］等方面，少数学者从某区域或单个自然保护区层面探讨了生态系统格局变化和景观特征变化的研究［17-18］。云南省自然保护区的研究主要涉及某个自然保护区生态环境及有效管理评价［19］、生态环境变化及驱动机制［20］、森林生态服务功能价值评估［10］等方面，为进一步摸清云南省自然保护区多年来生态环境的状况和变化趋势，了解保护区保护管理工作的成效，本文使用生态系统分类数据，在云南省森林生态系统类型的自然保护区中选择了5个自然保护区，分析2000—2010年生态系统格局及景观特征变化。

1　研究区概况

针对森林生态类型的自然保护区，选取云南省哀牢山国家级自然保护区、无量山国家级自然保护区、哈巴雪山省级自然保护区、临沧澜沧江省级自然保护区、小黑山省级自然保护区为研究区域。5个自然保护区森林资源丰富、生物多样性富集，保存了云南特有的各类森林生态系统，其基本情况见表1。在云南的森林生态系统自然保护区中，这5个自然保护区较具代表性，其10 a生态系统变化，基本能代表云南自然保护区森林生态系统的10 a变化情况。哀牢山国家级自然保护区（以下简称“哀牢山保护区”）位于哀牢山山脉中北段上部，地处北纬23°36′～24°56′，东经100°44′～101°30′［21］；无量山国家级自然保护区（以下简称“无量山保护区”）位于无量山山脉中上部，地处北纬24°17′～24°54′，东经100°19′～100°45′［22］；哈巴雪山省级自然保护区（以下简称“哈巴雪山保护区”）位于滇西北迪庆藏族自治州香格里拉县东南部，地处北纬27°10′～27°24′，东经100°02′～100°14′［23］；澜沧江省级自然保护区（以下简称“澜沧江保护区”）位于云南省西南部，地处东经99°40′～100°22′，北纬23°17′～24°57′［24］，小黑山省级自然保护区（以下简称“小黑山保护区”）地处云南省西部边陲龙陵县境内，跨北纬24°15′～24°51′，东经98°38′～99°10′［25］。

表1　5个自然保护区的基本情况Table 1 Basic information of five types of nature reserves

2　研究方法

2.1数据资料

生态系统分类数据来源于云南省环境科学院提供的2000年3期、2005年3期、2010年3期全国生态系统评估分析数据。该数据基于Landsat TM、HJ-1A CCD卫星数据，结合地面调查验证，根据全国土地覆盖数据分类体系，将土地利用类别分为Ⅰ级和Ⅱ级两类生态系统类，通过遥感解译技术而获得。Ⅰ级和Ⅱ级生态系统分类结果详见表2。

表2　生态系统分类结果Table 2 Ecosystem classification results

基础地理信息数据为自然保护区边界矢量数据，通过对自然保护区总体规划中的功能区划图矢量化而来。矢量化前先根据保护区所在的投影带和已配准的河流、道路、行政边界等数据对功能区划图进行地理配准。由于投影系统转换、人工矢量化的原因，边界矢量数据存在一定误差，矢量化后的保护区总面积与其总体规划中的总面积有一定差别。本文自然保护区的面积以矢量化地图的面积为准。

2.2研究方法

在ArcGIS软件中，将生态系统分类数据与自然保护区的边界图层进行叠加，提取自然保护区生态系统类型与结构，从而分析10 a间生态系统结构变化、生态系统结构变化各类型之间相互转换的特征信息。分析指标包括生态系统面积、生态系统构成比例、生态系统类型转移矩阵、生态系统综合动态度［26］。使用FRAGSTATS 4.0软件获取景观斑块变化信息，分析指标［26-27］包括斑块数（NP）、平均斑块面积（MPS）、边界密度（ED）、聚集度指数（CONT）和生态系统类斑块面积。

1）生态系统构成比例是指土地覆被分类系统中，基于一级分类的各类生态系统面积比例。计算公式为：

式中：Pij为土地覆被分类系统中基于一级分类的第i类生态系统在第j年的面积比例；Sij为土地覆被分类系统中基于一级分类的第i类生态系统在第j年的面积；TS为评价区域总面积。

2）生态系统综合动态度EC是定量描述生态系统的变化速度，其综合考虑了研究时段内生态系统类型间的转移，着眼于变化的过程而非变化结果，反映研究区生态系统类型变化的剧烈程度，便于在不同空间尺度上找出生态系统类型变化的热点区域。计算公式如下：

式中：ECOi为监测起始时间第i类生态系统类型面积，根据生态系统类型图矢量数据在ArcGIS软件平台下进行统计获取；ΔECOi为监测时段内第i类生态系统类型转为非i类生态系统类型面积的绝对值，根据生态系统转移矩阵获取；n为生态系统的类型总数。

3　结果与分析

3.1生态系统类型构成

哀牢山保护区生态系统由森林、草地、湿地、耕地构成，其中森林生态系统占地面积最大，主要有阔叶林、针叶林、阔叶灌木林。无量山保护区生态系统由森林、草地、湿地、耕地组成，其中森林生态系统占地面积最大，主要有阔叶林、针叶林、阔叶灌木林。哈巴雪山保护区生态系统主要由森林、草地、冰川/永久积雪、湿地、耕地、城镇构成，森林生态系统占地面积最大，由阔叶林、针叶林、阔叶灌木组成。小黑山保护区生态系统由森林、草地、湿地、耕地、裸地构成，其中森林生态系统占地面积最大，由阔叶林、针叶林、阔叶灌木组成。澜沧江保护区生态系统由森林、草地、湿地、耕地、城镇、沙漠构成，其中森林生态系统占地面积最大，由阔叶林、针叶林组成。2010年5个自然保护区生态系统分类图见图1。

图1　5个自然保护区2010年生态系统空间分布Fig.1 Spatial distribution map of ecosystem of five nature reserves in 2010

3.2生态系统构成变化

3.2.1森林生态系统

5个自然保护区的生态系统类型面积变化统计结果见表3。由表3可知，2000—2010年，哀牢山保护区、小黑山保护区森林生态系统面积有所增加，前者增加了0.6 km2，占总面积的比例为0.1%；后者呈先增加后减小的趋势，总体上增加了1.6 km2，占总面积的1.2%。无量山、哈巴雪山保护区森林面积未发生变化。澜沧江保护区森林生态系统面积呈现先增加后减小的变化趋势，总体上减少了2.1 km2，占总面积的0.1%。而哈巴雪山保护区主要保护对象冰川10 a内未发生明显变化。

表3　5个自然保护区生态系统类型面积变化情况Table 3 Area changes of ecological systems of the five nature reserves　km2

3.2.2草地生态系统

2000—2010年，哀牢山保护区草地生态系统面积呈先减小后增加的规律，总体上未发生变化。无量山、哈巴雪山保护区草地生态系统面积未发生变化。小黑山保护区、澜沧江保护区草地生态系统面积10 a间呈增加趋势，前者共增加了0.9 km2，增加比例为1.7%；后者仅增加了0.1 km2，占总面积的比例小于0.1%。

3.2.3湿地生态系统

哀牢山保护区湿地生态系统面积呈增加趋势，2000—2010年共增加了0.1 km2，占总面积的0.1%，该现象主要发生在评估期前5 a。无量山、哈巴雪山、小黑山保护区的湿地生态系统面积均未发生变化。澜沧江保护区湿地生态系统面积呈先减小后增加的趋势，总体上增加了0.6 km2，增加了0.1%。

3.2.4农田生态系统

2000—2010年间，5个自然保护区农田生态系统主要是耕地，其中哀牢山保护区内耕地面积呈减小趋势，共减小了0.7 km2，减小比例为0.1%；哈巴雪山保护区耕地面积有所减少，共减少了0.2 km2，减小比例为0.1%；小黑山保护区耕地面积减少比较明显，共减少2.8 km2，减小了4.4%；而无量山保护区、澜沧江保护区耕地面积未发生变化。

3.2.5城镇生态系统

2000—2010年间，哈巴雪山保护区城镇类面积增加0.2 km2，增加了0.1%。澜沧江保护区城镇面积增加0.5 km2，增加了0.1%。其余3个保护区尚未出现城镇类的土地覆盖类型。

3.3生态系统类型转换特征

5个自然保护区各生态系统类型之间的转换率较小，无量山保护区在整个评估期内未发生变化，其变化相对最小。小黑山保护区变化强度总体上高于其余保护区，生态系统在评估期后5 a受人为干扰程度相对较大；虽然在评估期前5 a有1.8 km2的耕地转变为森林，但是后5 a森林却有0.3 km2转变为草地和耕地，该面积占森林总面积的0.64%。澜沧江保护区生态系统类型的变化相对较复杂，评估期后5 a森林生态系统类型转变为其他生态系统类型；评估期前5 a，湿地生态系统转变最明显，分别有0.1 km2变为森林，0.1 km2变为城镇，而同时又有0.1 km2的森林转换为城镇。森林生态系统的转变率为0%；在评估期后5 a，森林生态系统转变最明显，共有1.2 km2变为草地、湿地和城镇，占森林总面积的0.15%。哀牢山保护区生态系统类型朝好的方向转变，有0.6 km2的耕地转变为森林，森林生态系统转变的面积占总面积的0.09%。各保护区生态系统类型转移矩阵见表4。

表4　10 a生态系统构成转移矩阵Table 4 The transfer matrix of ecosystem structure in ten years　km2

各保护区综合生态系统动态度EC见表5。由表5可知，5个保护区生态系统变化速度较缓和，其中变化过程相对较迅速的是小黑山保护区，其次是澜沧江保护区，无量山保护区最小。小黑山保护区在评估期前5 a变化相对最快，EC= 4.6%，比评估期后5 a大4.0%。

表5　综合生态系统动态度EC变化Table 5 Changing of dynamic EC in integrated ecosystem %

3.4景观斑块特征变化

从表6可以看出，5个自然保护区各指标变化的幅度均很小，表明其景观破碎化程度非常小。5个保护区中，澜沧江保护区具有最多的NP，其次是哀牢山保护区，小黑山保护区最少。但是，无量山保护区的MPS却相对最大，其次是哀牢山保护区，小黑山保护区最小。从ED、CONT指数来看，10 a内，小黑山保护区景观破碎化变化趋势相对明显，其他4个保护区的景观破碎化趋势不明显。

表6　斑块数、平均斑块面积、边界密度、聚集度指数变化动态Table 6 Changing of NP、MPS、ED and CONT

4　结论与讨论

4.1结 论

本研究以2000年、2005年、2010年为时间点，基于遥感影像解译获取的全国生态系统分类数据，以生态系统结构变化、生态系统类型转换、景观特征格局变化为主要内容，分析了云南省哀牢山国家级自然保护区、无量山国家级自然保护区、哈巴雪山省级自然保护区、临沧澜沧江省级自然保护区、小黑山省级自然保护区5个自然保护区10 a间生态系统结构和景观特征的变化特点。

各自然保护区主要自然生态系统结构和景观格局变化程度较小且缓慢。虽然各保护区耕地、城镇类的人为活动干扰因素变化相对明显，但各自然生态系统结构、景观特征未发生明显变化。以森林生态系统为主要保护对象的哀牢山、无量山国家级自然保护区，哈巴雪山、小黑山省级自然保护区森林生态系统面积呈小幅度增加或不变的变化特点，而临沧澜沧江省级自然保护区森林生态系统面积呈小幅度减小的变化特点。小黑山省级自然保护区森林覆盖范围增加，但在评估期后5 a出现了城镇类的景观。

图2　生态系统类斑块面积变化情况Fig.2 Histogram of Changing

虽然城镇化进程不断被推进，但保护区主要保护的对象仍得到了有效的保护，大部分自然保护区的人为活动干扰程度有所降低或在可控范围之内。因此，虽然各自然保护区保护工作取得了较好的成效，森林生态系统处于稳定发展的状态，森林资源得到了有效的保护，但是要控制好人为活动的干扰，避免发生受保护生态系统被破坏的严重后果。对于全省保护区，需进一步做好自然保护区本地调查，筛选出存在潜在威胁的自然保护区，突出重点，加强生态环境和人为活动的监测，控制好耕地、城镇类等人为活动的干扰。

4.2讨 论

4.2.1生态系统结构及变化

哀牢山国家级自然保护区森林、草地、湿地覆盖范围呈扩大趋势，耕地等人为活动干扰造成的地物覆盖类面积呈减小趋势。无量山国家级自然保护区森林、草地、湿地等生态系统均未发生明显变化。这是由于各级自然保护区管理部门保护工作的开展和保护区内社区群众对保护生物多样性资源的重视，人为活动对受保护生态系统的干扰得到了有效控制，各自然生态系统得到了有效的保护，特别是森林生态系统呈现出了稳定和可持续发展的状态。

哈巴雪山省级自然保护区森林、草地、湿地类生态系统面积未发生明显变化，耕地面积有所减少，城镇类面积有所增加，这表明哈巴雪山省级自然保护区的保护管理工作也取得了较好的成效，有效的将人为活动干扰控制在非自然生态系统地块上，避免了人为活动干扰范围的扩展。小黑山省级自然保护区生态系统类型变化相对剧烈，在2005—2010年缓冲区内出现了居住地这一城镇地物类。因此，虽然保护区自然生态系统受保护情况良好，但是需要特别注意人为活动干扰。临沧澜沧江省级自然保护区森林生态系统退化的程度很小，但是需要加强保护区管理工作力度，以遏制森林生态系统的退化。

4.2.2生态系统类型转换

保护区近10 a生态系统类型变化幅度均非常小，且变化较为缓慢，但5个保护区生态系统类型的变化方向不尽相同。除自然条件之外，保护区内生态系统的转变还受许多因素影响［15］，如保护管理工作的成效、社区群众的自发保护、人类因生产活动而造成的干扰甚至破坏。哀牢山保护区生态系统类型向着良性方向转变，无量山保护区生态系统类型未发生变化，而哈巴雪山保护区转变的是人为活动干扰造成的景观类的转变。小黑山保护区生态系统类型在评估期前5 a为良性转变，而后5 a略呈恶性转变。澜沧江保护区生态系统类型略呈恶性转变。

4.2.3景观斑块特征变化

10 a间，各自然保护区景观斑块变化幅度均较小，破碎程度较低，景观逐渐稳定化，这与我国森林生态国家级自然保护区的景观格局变化趋势符合［28］。5个自然保护区中，无量山保护区景观特征最稳定，而小黑山保护区景观特征变化相对较大。另外，由于人为活动的影响，各保护区变化相对较剧烈的景观类均为耕地、城镇、居住地等人为活动引起的。而保护区内常绿阔叶林、常绿针叶林等景观类变化较缓慢，这可能得益于保护区管理局多年的保护工作成效。

致谢：生态系统分类数据由云南省生态环境10年变化（2000—2010年）遥感调查与评估专题项目负责人云南省环境科学研究院李卓卿高级工程师及其团队提供，特此感谢！

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（责任编辑赵粉侠）

第1作者：王艳霞（1982—），女，博士，助理研究员。研究方向：林业遥感、数字生态系统研建。Email：po＿powyx1＠163.com。

Analysis on Ecological System Structure and Landscape
Pattern Changing of Five Types of Nature
Reserves in Yunnan Province

Wang Yanxia1，Ye Jiangxia2，Huang Xiaoyuan3，Zhou Ruliang3
（1.Yunnan Academy of Biodiversity，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；2.College of Forestry，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；3.College of Ecotourism，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China）

Abstract：Ecological system structure and landscape pattern changing for five types of nature reserves in Yunnan Province were analyzed.The time nodes were the year 2000，2005 and 2010.The results showed that areas of forest，grassland and wetland in Ailao Mountain National Nature Reserve（ALMNNR）increased and arable land decreased.Areas of forest，grassland and wetland in Wuliang Mountain National Nature Reserve（WLMNNR）were not changed obviously and so the same as forest，grassland and wetland in the Haba Snow Mountain Provincial Nature Reserve（HBSMPNR），but its arable land decreased and urban area was increased.A small reduce happened in forest ecosystem in Lancang River Provincial Nature Reserve in Lincang（LCRPNRLC）and it occurred a slightbook=96,ebook=99increase of grassland，wetland，arable land and urban land.For Xiaohei Mountain Provincial Nature Reserve （XHMPNR），its forest and grassland area increased and wetland was not increased.There were 0.6 km2 arable land became forest land and 0.1 km2wetland in ALMNNR.0.2 km2arable land were converted into urban land in HBSMPNR.1.8 km2and 0.7 km2arable land changed to forest land and grassland respectively in XHMPNR，and there also had 0.2 km2and 0.1 km2forest land of XHMPNR changed to grassland and arable land respectively.LCRPNRLC had 0.4 km2，0.1 km2and 0.8 km2forest land turned into urban land，grassland and wetland respectively，and 0.1 km2wetland developed to forest land and 0.1 km2wetland descended to urban land.Each nature reserve had a slowly change and landscape pattern became stability.On the whole，forest ecosystems of all reserves were in the condition of relatively stable development，and forest resources attained an effective protection.However，monitoring and governing of human activities need to strengthen in future.

Key words：nature reserves，ecological system structure，spatial analysis，landscape pattern

通信作者：周汝良（1963—），男，硕士，教授。研究方向：林业遥感、森林防火。Email：zhou＿ruliang＠163.com。

基金项目：云南省科技创新人才计划项目（2014HC014）资助；云南省教育厅项目（2015Z135）资助；国家林业公益性行业科研专项（201404402）资助；西南林业大学科研启动基金（111407）资助。

收稿日期：2015-09-24

doi：10.11929/ j.issn.2095-1914.2016.03.017

中图分类号：S718.55

文献标志码：A

文章编号：2095-1914（2016）03-0095-10