云南哈巴雪山生态系统时空变化分析

杨凯悦，王一凯，李卓卿，周汝良

(1.西南林业大学，云南 昆明 650224； 2.云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034)

云南哈巴雪山生态系统时空变化分析

杨凯悦1，王一凯1，李卓卿2，周汝良1

(1.西南林业大学，云南 昆明 650224； 2.云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034)

利用遥感和GIS技术方法，对哈巴雪山2000—2010年TM影像进行人工目视解译得到研究区域的生态系统分类数据，并对研究区生态系统格局时空变化特征进行分析。结果表明：①研究区生态系统的格局变化主要集中在2000—2005年，而2005—2010年变化剧烈程度减缓，生态类型的变化主要集中在人为活动最为集中的金沙江流域的河谷区域；②生态格局分布的总体变化特征是：农地转化为居住用地、冰川/永久积雪和河流湖泊转化为草地或林地。人为因素对森林生态系统环境保护产生了积极影响，而对农业生态系统稳定性造成了一定干扰。

哈巴雪山；生态系统；时空变化

滇西北是云南生态系统最复杂的地区之一，由于海拔高差大，气候差异显著，该区域生物多样性极为丰富、独特，生态区位极其重要。生态系统的变化是区域生态环境变化的直接结果[1]，对区域生态环境变化具有重要指示作用[2-3]，因此，对滇西北区域生态系统变化情况进行研究，从而促进该区域生态环境保护是非常有意义的。目前，已有的研究多针对云南省植被覆盖变化的某一特定现象，如森林覆盖与其他土地利用类型之间的相互转化、森林覆盖的结构特点等单独进行研究，而缺乏对某一生态系统在一定时空范围内的分布、变化情况的系统讨论[4-6]。为了更好地维护自然保护区的生态价值，保护其社会价值，进而对保护区内的时空分布进行研究和分析。此前，许多专家学者已经在土地和耕地利用方面都进行过时空方向的分析[7-12]，也有关于生物多样性以及生态系统方面进行的时空分析[13]，还有运用生态足迹模型的方法[14]和提取影响因子[15]等方法进行生态环境的时空分析，都是运用各类指数在时空尺度上对分布、格局及其变化进行相关研究。因此，本研究以遥感技术为手段，利用高空影像和保护区数据，以2010年省级自然保护区边界为基础，通过对哈巴雪山10 a间典型生态系统空间分布格局，各生态类型时空特征、相互转换情况以及变化趋势进行分析，试图阐明哈巴雪山自然保护区生态系统的分布特征及时空变化规律。以期从另一种角度为哈巴雪山乃至整个滇西北地区的生物多样性保护以及经济和生态环境全面、协调与可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

哈巴雪山位于滇西北迪庆藏族自治州香格里拉县东南部，在大地构造上属扬子准地台西缘“盐源-丽江台缘拗陷”[16-18]，是三江并流世界自然遗产地的重要组成部分[19]。哈巴雪山主峰海拔5396 m，最低点则位于金沙河谷，海拔1550 m，与主峰之间的相对高差为3846 m。从金沙江河谷到哈巴雪山主峰，依次发育有河谷中亚热带、山地北亚热带、山地暖温带、山地中温带、山地寒温带、高山寒带、高山冰雪带等气候类型，拥有该纬度带完整的山地气候垂直带谱[20]。区域年均温14.5 ℃，>10 ℃的年积温4414.2 ℃，年均降水量738.1 mm。夏秋季节受西南暖湿气流控制，温度较高、降水多，雨热同季；冬春季节主要受南支西风急流影响，偶尔受偏北干冷气流控制，气温低、降水少，干冷同季[21-23]。

根据《云南植被》区划系统，哈巴雪山处于亚热带常绿阔叶林区域的西北部，与青藏高原高寒植被区域相接，属亚热带常绿阔叶林区域向青藏高原高寒植被区域的过渡地带，为亚热带常绿阔叶林区域中的滇中西北部高中山高原云南松林、云杉、冷杉林亚区[24]。但从哈巴雪山的植被垂直分布上分析，更体现了青藏高原高寒植被区域中青藏高原东南缘寒温性针叶林、草甸地带的特征[25-26]。为了便于对不同时期哈巴雪山生态环境的变化情况进行比较研究，同时考虑到哈巴雪山生态系统功能的相对完整性，本次选取哈巴雪山省级自然保护区为研究区范围。哈巴雪山省级自然保护区位于北纬27°10′00″—27°24′28″、东经100°02′18″—100°14′30″，南北长25 km，东西宽20 km，总面积21901.6233 hm2[27]。

1.2 数据处理

1.2.1 遥感数据 本研究数据源为2000年、2005年、2010年的3期Landsat TM影像，其空间分辨率均为30 m，影像的云覆盖均小于5%。针对研究区特殊的地理环境与干湿分明的气候条件，同时考虑到雨季云雾的影响，影像获取时间全部选择5月，其中，2000年、2010年影像获取时间均为5月上旬；2005年影像获取时间为5月中旬。

由于遥感影像对地物的精细刻画程度不同，加之地物复杂程度不同，此外传感器接收的辐射信息也会受大气、太阳高度角、地物本身等因素影响，使得“同物异谱”、“同谱异物”现象时常发生，从而影响了计算机自动提取的分类精度。而目视解译是专业人员根据经验和知识，对遥感图像提取地物特征信息的过程，避免了由于计算机自动判读而造成的明显的地物识别误差。因而目视解译法便成为目前最常规也最准确的地物识别方法[28]。在对遥感影像进行目视解译时，主要提取保护区内的工矿、旅游区、农田、养殖、城镇居民点、道路、盐场、人工建筑等人类活动信息，使用ArcGIS 10.0将所有地图数据的投影坐标系统统一到高斯克里格北京1954六度带投影坐标系统下；使用Google Earth提供的高分辨率影像、森林资源二类调查数据作为参考数据。

数据的定标采用ENVI下自带的Landsat定标工具“Landsat Calibration”，影像的大气校正采用FLAASH模型。然后以2005年香格里拉县的SPOT影像为参考对3幅Landsat影像进行几何精校正，校正误差不超过0.5个像元。最后根据研究区域的范围对影像进行裁剪，得到研究区的影像。

1.2.2 地理信息数据 本研究采用云南省1∶5万基础地理信息数据，包含有研究区的村庄(人口密集区)、公路、河流等信息，同时利用ArcGIS软件对保护区的功能区分布示意图矢量化得到研究区的边界以及功能分区矢量数据。

1.2.3 调查与观测资料 本研究在对研究区进行实地野外调查时收集的哈巴雪山自然保护区(2010—2020)总体规划，以及收集整理得到的森林资源调查数据。

1.3 研究方法

1.3.1 生态系统分类数据的获取 本项研究采用人机交互的目视解译法，结合Google Earth高分辨率影像以及哈巴雪山植被分布图等资料进行解译，解译的生态类型分为6种，分别为森林、草地、河流湖泊、居住地、农地、冰川/永久积雪，并以5 a为一个间隔，得到2000年、2005年、2010年3个年度的生态分类数据。由于海拔高度等原因，区域内存在以高山草甸为主，高山灌丛、高山草甸与流石滩疏生草甸交错分布而没有明确分界的现象，在生态类型分类时，将这3类均归结为草地。

1.3.2 人为干扰数据获取 人为干扰主要是保护区的人为活动集中区，包括有居民点、农田、道路以及一些其他人工用地。本研究以云南省基础地理信息数据为参考获取人类活动解译数据。各类斑块的面积及比例数据见表1。

根据所获得的生态系统分类数据，可比较得出生态系统的格局变化的分布以及范围变化，结合人为干扰数据，可究其变化原因及可能的变化趋势，从而更加全面地分析哈巴雪山生态系统的时空变化情况。

表1 云南哈巴雪山典型自然保护区 人为干扰区面积/长度及比例

2 结果与分析

2.1 生态系统格局时空变化特征

根据生态系统分类统计分析，得到哈巴雪山自然保护区2000—2010年各生态类型面积分类统计结果，见图1、表2。

类型2000年面积/hm2比例/%2005年面积/hm2比例/%2010年面积/hm2比例/%面积变化/hm22000—2005年2005—2010年2000—2010年森林11464 351252 3511467 637252 3611469 814052 373 28602 17685 4628草地6547 216629 896548 674529 906549 994529 911 45791 32002 7779河流湖泊57 80380 2655 51770 2552 44530 24-2 2861-3 0724-5 3585居住地151 74660 69172 27560 79177 96230 8120 52905 686726 2157农地1051 98794 801030 45904 711024 56334 68-21 5289-5 8957-27 4246冰川/永久积雪2628 526912 002627 069012 002626 853611 99-1 4579-0 2154-1 6733

根据表2及图1可知：哈巴雪山自然保护区各生态类型中，面积占比最大的是森林，依次是草地、冰川/永久积雪、农地、居住地和河流湖泊。2000—2010年10 a间，各种生态类型的面积变化表现为三增三减：森林、草地、居住地面积增加，河流湖泊、农地、冰川/永久积雪面积减少。其中，居住地与农地的面积变化最为明显，森林、草地、河流湖泊及冰川/永久积雪的面积变化幅度则较小，保持在一个稳定的范围内。而变化的区域则主要集中在保护区东部金沙江河谷。各生态类型具体变化情况为：①森林占比由2000年的52.35%提高到2010年的52.37%，面积增加了5.4628 hm2，涨幅前5 a比后5 a大。②草地占比由2000年的29.89%提高到2010年的29.90%，面积增加了2.7779 hm2，③与高山草甸相邻的冰川/永久积雪的面积在10 a间减少了1.6733 hm2，这主要是由于受到气候变暖的影响，同时这也是高山草甸面积增加的一个潜在原因。④河流湖泊面积10 a间减少了5.3585 hm2。区域河流主要为金沙江的支流，受河谷干热气候及近年来气候变化异常的影响，近年来河流出现水位下降，从而导致了面积的缩减。⑤面积变化最大的是居住地和农地，变化主要集中在2000—2005年，后5 a变化幅度仅为前5 a的25%左右。其中，居住地增加26.2157 hm2，农地减少27.4246 hm2，增减接近于平衡。

2.2 各生态类型相互转化时空特征

根据生态系统分类统计分析，得到哈巴雪山自然保护区2000—2010年各生态类型转移矩阵，见表3。

由表3可以看出，2000—2010年研究区生态类型均有转入转出，相对幅度较小，尤其表现在后5 a，所以土地利用结构处于稳定状态。各生态类型主要转换方向为由农田、河流湖泊、冰川/永久积雪转换为居住地、林地以及草地，转换的剧烈程度从大到小依次为农田>河流湖泊>冰川/永久积雪。各生态类型相互转换对比表明，农田转换为居住地的面积最大，为26.2157 hm2，转换主要集中在2000—2005年，后5 a变化较小。林地面积增加5.4628 hm2，来自于农田、草地和河流湖泊的转化，其中河流湖泊转为林地的面积最大。草地增加2.7779 hm2则是由农田、河流湖泊和冰川/永久积雪转化而来。

2.3 各功能区生态系统格局时空变化特征

以哈巴雪山自然保护区功能区划矢量数据为基础，按功能区(核心区、缓冲区、实验区)对生态系统数据进行分类后得到保护区生态类型分区统计表(表4)。

由表4可以看出，核心区内分布面积最大的为森林，其次为草地、冰川/永久积雪，河流湖泊面积最小，无居住地和农地。2000—2010年10 a间核心区面积变化最大的是草地，增加1.3964 hm2，而森林、河流湖泊以及冰川/永久积雪面积都有少量减少。在缓冲区内有0.2225 hm2的居住地分布，主要供从事科学研究观测活动的人员使用，且2000—2010年10 a间面积也有所减少。实验区是10 a间变化最剧烈的区域，其中，森林面积增加4.4390 hm2，草地增加1.4967 hm2；河流湖泊减少5.0214 hm2，冰川/永久积雪减少0.0461 hm2；变化最大的则是居住地和农田，居住地增加26.5564 hm2，农田面积减少27.4250 hm2。

表4 哈巴雪山自然保护区生态类型分区变化统计 hm2

3 结论与讨论

1)从2000—2010年10 a间生态系统分类数据分析的结果看，农地面积逐渐减少，并转化为居住用地；冰川/永久积雪和河流湖泊面积减少，并转化为草地或林地；森林、草地和居住用地面积逐渐增加。研究区生态类型的变化主要集中在人为活动最为集中的金沙江流域的河谷区域，生态类型变化最明显的区域为实验区，农田向居住地的转化最为明显。可见人为活动是影响研究区生态格局的重要因素。

2)通过各生态类型面积变化情况可以了解到人为活动的频繁程度与保护区内的生态系统的完整性和稳定性是成正比的。研究区没有出现因人类活动造成的大面积森林破坏和水土流失现象，森林、草地面积反而出现缓慢增长的趋势，生态系统格局相对稳定。从另一个侧面反映了随着政府生态环境保护力度的加强、措施的完善以及人们的生态环保意识的提高，对研究区生态环境保护起到积极的推动作用。

3)10 a间，冰川/永久积雪面积逐渐减小，表明研究区气候暖化趋势明显，这也与全球气候变化的大环境相符。气候变化必然会对生态环境产生影响，集中表现在高山复合体生态系统的变化：由于气温升高，高山草甸、高山灌丛的生境海拔高度可能会向上延伸，从而对该生态系统的分布造成影响。高山复合体生态系统中分布有虫草、雪茶等珍稀物种，对生物多样性保护具有十分重要的意义，因此，开展气候变化对该生态系统影响的研究是十分必要的，这也是课题组今后的一个研究方向。

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Spatial and Temporal Changes of Ecosystem in Haba Snow Mountain in Yunnan Province

YANG Kai-yue1，WANG Yi-kai1，LI Zhuo-qing2，ZHOU Ru-liang1

(1.SouthwestForestryUniversity，Kunming650224，Yunnan，China；2.YunnanInstituteofEnvironmentalScience，Kunming650034，Yunnan，China)

Using remote sensing and GIS technology，the ecosystem classification data of Haba Snow Mountain of the 2000—2010 TM images is obtained by interpreting.And the characteristics of spatial and temporal changes of ecological system in the study area are analyzed.The result shows that：①The areas of ecological system pattern change is mainly concentrated in 2000—2005，and the degree of change 2005—2010 is slow down.The changes of ecological types are mainly concentrated in the areas of the most concentrated human activities in the valley of the Jinsha River Basin；②The overall changes of ecological pattern distribution are that：The agricultural land are converted into residential land，and glacier and permanent snow and rivers and lakes are converted into grassland or woodland.Human factors have a positive impact on the environmental protection of forest ecosystems，but the stability of the agricultural ecosystem has been disturbed.

Haba Snow Mountain；ecosystem pattern；spatial and temporal changes

2015-04-03；

2015-06-13

云南省科技创新人才计划项目(2014HC014)；云南省自然保护区10年生态环境遥感调查评估(312646)；云南省自然保护区基础调查(212645)；云南省科技厅项目(便携式森林火险及火场安全评估指数仪的研发与应用示范，2013BC003)

杨凯悦(1990—)，女(壮族)，河北唐山人，西南林业大学在读硕士，从事3S技术在林业中的应用研究。E-mail：yangkaiyue1628@163.com。

周汝良，云南省环境科学研究院教授，从事GIS开发以及RS与GIS应用研究。E-mail：zhou_ruliang@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.01.021

Q149

A

1002-7351(2016)01-0094-05