大山包国家级黑颈鹤自然保护区土地利用类型的变化

2016-06-21杨民英庞丹波时振坤

浙江农业科学 2016年6期

关键词：景观格局生态系统

杨民英，庞丹波，时振坤

（1.云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明 650500；2.北京林业大学水土保持学院，北京 100083；3.武汉大学计算机学院，湖北武汉 430072）

大山包国家级黑颈鹤自然保护区土地利用类型的变化

杨民英1，庞丹波2，时振坤3

（1.云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明 650500；2.北京林业大学水土保持学院，北京 100083；3.武汉大学计算机学院，湖北武汉 430072）

摘要：运用有关景观生态学理论、RS和GIS等空间统计与分析技术，对大山包国家级黑颈鹤自然保护区2011年和2015年的土地利用类型进行分类，并对土地利用类型与景观格局变化特征进行定量分析。结果表明: 2011—2015年间，大山包国家级黑颈鹤自然保护区土地利用面积变化率最大的为灌草丛（161.77%），最小的为水体（9.42%）。相对于2011年来说，2015年裸地、耕地斑块总面积有所减少，林地和灌草丛面积有所增加；林地、道路和灌草丛的聚集度指数有所增加，表明这3类景观连通性增强，景观更加集中连片。据此，建议继续实施封山育林和退耕还林还草工程，减少各种人为活动对自然保护区的干扰和破坏，保护好国家一级珍稀濒危物种黑颈鹤的越冬栖息地。

关键词：生态系统；土地利用类型；景观格局

文献著录格式:杨民英，庞丹波，时振坤.大山包国家级黑颈鹤自然保护区土地利用类型的变化［J］.浙江农业科学，2016，57（6）: 951-954.

生态系统组成单元的类型、斑块数目以及空间分布特征与配置等共同造成了生态系统的构成与格局［1］，生态系统构成与格局的定量分析旨在研究斑块面积在景观格局中的分布规律，从看似杂乱无序的景观中发现其潜在的变化特征与规律，并把景观格局随时间和空间的变化情况联系起来，研究景观格局随时间的演替和外界干扰的影响，从而揭示景观格局与生态过程相互作用的内在规律［2-3］。目前，利用高分辨率遥感、地理信息系统以及景观生态学等方法开展土地利用和景观格局变化研究的技术已比较成熟［4-5］。近年来，我国不少研究人员将土地利用的研究方法与景观格局分析方法相结合，对不同区域不同土地利用类型与景观格局的变化情况进行分析，业已取得较大进展［6-7］。

黑颈鹤是当今世界上唯一的高原鹤类，是国家一级重点保护野生动物。云南大山包自然保护区是目前黑颈鹤最重要的越冬栖息地之一。大山包独特的自然环境和特殊的生态系统，是黑颈鹤聚集于此的重要原因。随着自然保护区的建立和管理的不断完善，以及人类生产生活方式的变化，其景观格局和土地利用状况也不断变化，但这些变化是否有利于黑颈鹤的保护尚不清楚。笔者认为，土地恢复与保育的目的是维护和改善土地自然资源，增强土地自然资源的功能和利用效率。基于此，本文以大山包国家级自然保护区为研究对象，利用景观生态学的原理分析自然保护区内景观格局的动态演变，探讨黑颈鹤适应性的空间动态变化规律，以期为大山包保护区内土地资源的可持续利用、湿地生态系统的恢复与保护、湿地生态环境规划和管理，以及黑颈鹤适宜生存环境的规划和保护等提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

大山包国家级黑颈鹤自然保护区位于云南省昭通市朝阳区西北部，地处云贵高原乌蒙山系的五莲峰，地理位置103°14′55″—103°23′49″E，27°18′38″—27°29′15″N。该自然保护区最高海拔3 364 m，总面积192 km2。保护区地处低纬度高原面上，属暖温性高原季风气候区，具有冬寒夏凉的特点，年平均气温6.2℃，平均无霜期134 d［8］，年日照时数长达2 200～2 300 h［9］，年降水量1 165 mm，属长江上游金沙江水系。大山包湿地独特的地理位置和气候条件，使其保持着功能良好且较完整的生态系统。大山包自然保护区是我国许多珍稀濒危候鸟重要的停歇地和越冬地，特别是珍稀濒危物种国家一级保护动物黑颈鹤的越冬栖息地，也是黑颈鹤迁至贵州草海和滇东北等其他越冬地极其重要的中转集散地［10］。

1.2 数据来源及预处理

本研究所用数据为2期分辨率30 m的Landsat TM遥感影像（2011，2015年）、DEM数据及衍生数据等。首先，借助ArcGIS 10.2以及ENVI5.1对研究区影像进行空间纠正、空间配准、几何校正、辐射校正、大气校正等预处理，并利用DEM数据对照对研究区遥感影像进行裁剪，获得研究区遥感影像图，为下一步分类做准备。

1.3 研究方法

1.3.1 景观类型的划分

景观分类是景观格局变化研究的基础，借鉴国家《土地利用现状分类》（GB/T21010—2007），依据研究区地物的特征并结合前人研究成果［11］，将研究区土地利用类型划分为7类:林地、耕地、灌草丛、建筑用地、道路、裸地与水体。按照以上分类标准，对2007年和2015年的遥感影像进行分类，统计斑块面积和周长。

1.3.2 景观指数选取

景观生态学研究的主要手段和基本方法是景观指数，景观指数能够高度浓缩景观格局的相关信息，被广泛用于评价景观结构组成与空间的相关构成变化情况，通过景观指数可以对景观的结构组成要素、空间配置情况、动态变化等进行定量研究［12-14］。评价指标的选取对生态系统构成、景观格局、土地利用类型变化特征等的评估具有非常重要的作用。本文利用Fragstats4.2以及ArcGIS 10.2软件，基于国内外对景观指数的研究和研究区实际情况，最后选择能够代表研究区景观格局动态变化的斑块类型面积（CA）、平均斑块面积（AREA）、斑块密度（PD）、斑块数（NP）、斑块面积百分比（PLAND）、边界密度（ED）等指标对生态系统构成及其景观格局动态演变进行分析，再选取面积变化率（EV）对生态系统的变化进行分析和评价，通过定量化的数据反映研究区景观格局动态变化特征。指标参数的计算方法［15］以及生态学意义见表1。

表1　景观格局指数及变化评价指标

2 结果与分析

2.1 土地利用类型变化特征分析

为了更好地说明土地利用类型变化对大山包自然保护区土地资源的影响，采用面积变化率（EV）对大山包自然保护区的土地利用类型变化进行评价（图1）。不同土地利用类型的面积变化率由大到小依次为灌草丛＞建筑用地＞耕地＞林地＞道路＞裸地＞水体；其中，发生正向变化的有灌草丛、建筑用地、林地和水体，发生负向变化的有耕地、道路和裸地。这表明，随着国家级自然保护区的建立，研究区内的基础建设项目不断增加，在国家退耕还林还草和封山育林政策的指导下，灌草丛、林地面积不断增加，涵养水源保持水土的作用明显增强，水体面积也相应增加，这对提高保护区生态环境非常有益，使其更适于黑颈鹤的栖息。裸地、耕地的面积缩减，分析其原因，可能是由于这些土地利用类型被转变为林地或者其他方式。总体来看，上述结果反映出大山包自然保护区的生态恢复初见成效，而且湿地生态系统类型在朝着较好的方向发展。

图1　不同土地利用类型的面积变化

2.2 生态系统景观要素分析

利用斑块类型面积（CA）、斑块面积百分比（PLAND）、斑块数（NP）、平均斑块面积（AREA）4个指标对大山包自然保护区2011年和2015年生态系统构成要素进行评价（表2）。由CA和PLAND可知，研究区2011年和2015年主要土地利用类型均为裸地、林地和灌草丛。2011年占有面积最大的土地利用类型为裸地，占比61.10%，2015年较2011年其比重有所下降，说明裸地有向其他土地利用类型转换的趋势，整个保护区的土地利用类型组合方式更加优化。2011年和2015年，大山包自然保护区都具有较高的斑块数（NP）和较小的平均斑块面积（AREA），说明该地区景观破碎化程度较高；2015年NP总数有所增加，表明研究区内景观连通性变差，景观类型整体更加破碎化。相对于2011年，2015年研究区域的耕地面积减少，而林地面积增加，说明随着退耕还林政策的实施和人们保护意识的不断提高，大山包自然保护区的生态环境得到改善，更加有利于珍稀物种黑颈鹤的保护。

2.3 生态系统景观格局分析

表2　2011—2015年大山包自然保护区各土地利用类型的要素变化

表3　2011—2015年大山包自然保护区景观格局变化

景观格局分析是以景观几何特征为基础，用于描述景观结构与功能、景观动态变化过程的方法［16］。由表3可知，与2011年相比，2015年研究区内建筑用地的斑块密度（PD）和边界密度（ED）在增加，形状指数（SHAPE）和聚集度指数（CONTIG）在减少，这说明此类土地利用类型不断趋于分散，边界更加复杂。分析其原因，可能是由于在大山包保护区与旅游业相关的商业活动越来越多，促使建筑用地破碎化，边界更加复杂。灌草丛的CONTIG增加，SHAPE减少，说明其更趋集中，同时边界趋于简单。道路的CONTIG和SHAPE均增加，可见在联通性变好的同时，边界趋于复杂，主要是由于其在以中心点扩张的同时有向外围延伸的特点，这也表明随着社会经济的发展，人类活动对该地区环境的影响程度在不断加深。同时，从表3还可以看到，林地、灌草丛和水体的PD，ED都在减少，而CONTIG却在增加，这是比较良好的发展趋势，说明这3种土地利用类型的面积不断增加的过程中，斑块不断集中而且边界更加趋于简单。

3 小结与讨论

大山包国家级黑颈鹤自然保护区是中国西南部江河源区海拔最高的高原湿地生态系统，是许多珍稀濒危越冬候鸟重要的栖息地和越冬地，保护区内土地自然资源的利用和管理以及生态环境的保护尤为重要。本文基于ArcGIS 10.2，ENVI5.1和Fragstats4.2等软件平台，运用景观生态学的分析手段，从时间和空间2个维度研究保护区内景观格局的变化规律，结果表明:

从土地利用类型面积变化来看，2011—2015年，大山包国家级自然保护区各土地利用类型的面积均发生了变化，表明其相互之间存在不同程度的转变，土地利用面积变化率由大到小依次为灌草丛＞建筑用地＞耕地＞林地＞道路＞裸地＞水体，其中，发生正向变化的有灌草丛、建筑用地、林地和水体，发生负向变化的有耕地、道路和裸地。

从景观格局变化的时间维度来看，2011年和2015年大山包自然保护区内，裸地、林地和灌草丛均为最主要的土地利用类型。2011年和2015年，研究区的斑块数均较高，而平均斑块面积较小，表明其景观破碎化程度较高，景观比较复杂；相较于2011年，2015年研究区内的NP有所增加，表明研究区景观连通性并未得到有效改善。具体地，2015年裸地、耕地斑块总面积有所减少，林地和灌草丛面积有所增加，显示该地区退耕还林还草、封山育林项目的实施卓有成效。

从景观格局变化的空间维度来看，相较于2011年，2015年研究区内水体、灌草丛和林地面积增加，面积明显减少的主要为耕地、道路和裸地。这说明，在生态恢复和退耕还林政策的实施下，大山包国家级自然保护区内耕地和裸地有向灌草丛和林地转化的趋势，景观格局的变化朝着较好的方向发展，这对于自然保护区内黑颈鹤的栖息和生活有重要的保障作用。

对于大山包国家级黑颈鹤自然保护区来说，林地、灌草丛的增加，裸地、耕地的减少，有利于水体面积的增加，有利于黑颈鹤越冬地的保护。今后，应当坚定不移地实施封山育林和退耕还林政策。这不仅需要提高当地民众的环境保护意识，还要加强对保护区周围土地的管理，同时制定相关的法律法规来约束附近村民行为，以此来减少各种人为活动对自然保护区的干扰和破坏，保护好珍稀濒危物种国家一级保护动物黑颈鹤的越冬栖息地。

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