河北省自然保护地人类活动遥感动态监测

栾卓然

(河北地质大学，石家庄 050031)

习近平总书记在致首届国家公园论坛的贺信中指出：“生态文明建设对人类文明进步具有十分重大意义。近年来，中国坚持绿水青山就是金山银山的理念，……，目的是保持自然生态系统的原真性和完整性，保护生物多样性，保护生态安全屏障，给子孙后代留下珍贵资产。这是中国推进自然生态保护、建设美丽中国、促进人与自然和谐共生的一项举措。”习近平总书记还在全国生态环境保护大会上和在视察祁连山生态环境恢复和保护等多处工作时强调了对自然资源和生态环境保护工作的关注和重视[1]。

加强自然保护地的保护是我国自然资源和生态环境保护工作重要内容之一。利用遥感监测方法对自然保护地进行监管和保护，提高对自然保护地的监管和保护工作质量，已经成为一种行之有效的方法。崔文连等应用SPOT-5融合影像(空间分辨率2.5m)和2009年Rapid Eye影像(空间分辨率5m)，对崂山自然保护区2003年和2009年人类活动进行了监测与评价[2]。原环境保护部组织卫星环境应用中心对国家级自然保护区进行了人类活动遥感监测，基本摸清了2013—2015年人类活动的状况及其动态变化[3]。江东等(2016)针对灵武白芨滩自然保护区常见的6种人类活动干扰类型，选取Landsat-8和GF-1等多种影像进行了人类活动干扰信息识别[4]。张彦敏等(2018)应用SPOT5分辨率为10m和2.5m的中高精度遥感影像对天津市范围的2014 年和2017年的自然保护区人类活动状况进行了监测[5]。2019年，罗仪宁等对陕西省省级自然保护区进行了遥感监测[6]。国产高分辨率卫星GF-1和GF-2的发射和应用为开展自然保护地人类活动监测工作提供了快捷方便的数据源。

河北省自然保护地具有数量多、种类多、分布广、面积大的特点，高分辨率国产卫星的应用为进行人类活动监测提供了可能。本文分别选用2017年和2018年的GF-1、GF-2、ZY-3和ZY-02C的卫星图像作为数据源对河北省国家级和省级自然保护地人类活动进行遥感监测，为生态环境保护相关工作提供及时、准确的信息和依据。

1 工作区概况

工作区范围为河北省39个省级及以上自然保护地，包括13个国家级自然保护地和26个省级自然保护地，总面积约为6757平方千米。其中国家级自然保护地包括雾灵山、红松洼、滦河上游、塞罕坝、茅荆坝、小五台山、泥河湾、大海陀、黄金海岸、柳江盆地、衡水湖、驼梁和青崖寨保护地；省级自然保护地包括漫山、嶂石岩、南寺掌、滦河源草地生态系统、丰宁古生物化石、御道口、辽河源、千鹤山、宽城都山、白草洼、六里坪、北大山、黄羊滩、菩提岛诸岛、曹妃甸湿地与鸟类、白洋淀湿地、金华山-横岭子褐马鸡、银河山、大茂山、摩天岭、黄骅古贝壳堤、南大港湿地和鸟类、小山火山地质遗迹、海兴湿地和鸟类、三峰山和青龙都山保护地。河北省自然保护地位置分布示意图详见图1。

2 数据源及工作方法

本项研究数据源应用GF-1卫星图像113景、GF-2卫星图像113景、ZY-3卫星图像15景、ZY-02C卫星图像4景，合计卫星图像245景。卫星图像采集面积约6757平方千米，实现河北省39个省级及以上自然保护地内全覆盖(表1)。

图1 河北省自然保护地位置分布示意图

表1 卫星图像收集统计表

对采集的原始卫星图像进行正射校正、融合等处理，提高卫星图像对比精度；依据《自然保护区人类活动遥感监测及核查处理办法(试行)》和2017年遥感影像，解译2017年河北省自然保护地人类活动信息作为基础库。提取对象包括农业用地、居民点、工矿用地、采石场、能源设施、旅游设施、交通设施、养殖场、道路和其他人工设施。通过对比2017年和2018年卫星图像，提取人类活动动态变化信息。

3 监测结果与分析

3.1 自然保护地人类活动总体状况

2018年，河北省39个自然保护地中均存在不同程度的人类活动，共有人类活动19130处，按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计后，共有19100处，总面积94148.34公顷，占自然保护地总面积的13.95%。其中辽河源人类活动最多，数量达到2095处，人类活动面积为2356.02公顷，占辽河源自然保护地总面积的5.07%；其次为摩天岭、白洋淀、滦河上游和嶂石岩，人类活动数量均在1000处以上，人类活动面积均在1300公顷以上；古贝壳堤、大茂山、青龙都山和雾灵山等自然保护地人类活动数量较少，均在50处以下，人类活动面积均小于10公顷。

3.2 不同类型人类活动情况

河北省自然保护地人类活动包括采石场、工矿用地、能源设施、交通设施、旅游设施、养殖场、居民点、农业用地、道路和其他人工设施，共10种类型。从数量上看，农业用地和居民点数量较多，分别达到8414处和5941处，占河北省自然保护地人类活动总数的43.98%和31.06%；从面积来看，农业用地和养殖场分布较大，分别为60793.36公顷和24336.19公顷，占河北省自然保护地人类活动总面积的64.57%和25.85%。总体来看，2018年河北省自然保护地人类活动类型以农业用地、居民地和养殖场为主，其次为其他人工设施、工矿用地和能源设施，而道路、采石场、旅游设施和交通设施相对较少。河北省自然保护地不同类型人类活动总体情况见图2和图3(本节文中和图2中人类活动数量未按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计)。

图2 2018年河北省自然保护区人类活动类型数量统计

图3 2018年河北省自然保护区人类活动类型面积统计

从人类活动的分布来看，14个自然保护地有采石场、24个有道路、34个有工矿用地、1个有交通设施、38个有居民点、16个有旅游设施、8个有能源设施、38个有农业用地、39个有其他人工设施、13个有养殖场。

3.3 不同功能区人类活动情况

按不同功能区统计，核心区、缓冲区和实验区均存在不同程度的人类活动。实验区内人类活动最为明显，其次为缓冲区，核心区人类活动最少。

2018年，人类活动主要分布在实验区，所有自然保护地的实验区均有人类活动，总面积57299.49公顷、总数量11389处，分别占河北省自然保护地人类活动总量的60.86%和59.53%。缓冲区有36个自然保护地存在人类活动，总面积18595.52公顷、总数量4009处，分别占河北省自然保护地人类活动总量的19.75%和20.96%；3个自然保护地的缓冲区无人类活动，分别为大茂山、青龙都山和雾灵山。有36个自然保护地的核心区存在人类活动，总面积18253.33公顷、总数量3732处，分别占河北省自然保护地人类活动总量的19.39%和19.51%；有3个自然保护地的核心区无人类活动，分别为滦河源、红松洼和青龙都山。河北省自然保护地不同功能区不同类型人类活动数量情况见图4、图5和图6(本节文中和图4、图5、图6人类活动数量未按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计)。

图4 2018年河北省自然保护地核心区不同人类活动数量和面积

图5 2018年河北省自然保护地缓冲区不同人类活动数量和面积

图6 2018年河北省自然保护地实验区不同人类活动数量和面积

3.4 动态监测结果

3.4.1 自然保护地人类活动变化总体情况

通过2017—2018年河北省自然保护地人类活动遥感监测工作，发现新增和规模扩大的人类活动数量分别为36处和51处，总计87处。按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计，发现新增和规模扩大的人类活动数量分别为27处和30处，总计57处；面积分别为32.76公顷和26.73公顷，总计59.49公顷，共占河北省自然保护地监测面积的0.088‰。在所监测的39个自然保护地中，有17个存在新增或规模扩大的人类活动，占比43.59%。其中国家级自然保护地3个，占比23.07%，省级自然保护地14个，占比53.85%。

3.4.2 不同类型人类活动变化情况

2017—2018年，河北省自然保护地新增或规模扩大的人类活动包括采石场、工矿用地、能源设施、旅游设施、养殖场、居民点、农业用地、道路和其他人工设施，共9种类型。其中以其他人工设施、道路和工矿用地为主，数量分别达到41处、9处和10处，按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计，数量分别达到25处、8处和8处，分别占河北省自然保护地人类活动变化总数量的43.86%、14.04%和14.04%；面积分别为26.6公顷、16.74公顷和5.33公顷，占河北省自然保护地人类活动变化总面积的44.71%、28.13%和8.95%。综合分析可知：新增或规模扩大的人类活动以开发建设和旅游活动为主。

3.4.3 不同功能区人类活动变化情况

2017—2018年，新增或规模扩大的人类活动主要分布在实验区。实验区新增或规模扩大的人类活动总面积32.09公顷、总数量40处，按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计，共有33处，分别占河北省自然保护地新增或规模扩大的人类活动总量的53.94%、45.98%和57.89%。缓冲区新增或规模扩大的人类活动总面积16.96公顷、总数量29处，按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计，共有13处，分别占河北省自然保护地新增或规模扩大的人类活动总量的28.52%、33.33%和22.81%。核心区新增或规模扩大的人类活动总面积10.44公顷、总数量18处，按空间聚集度将同一区域的分散图斑进行合并统计，共有11处，分别占河北省自然保护地新增或规模扩大的人类活动总量的17.55%、20.69%和19.30%。将每处自然保护地的变化图斑制作成相应的典型人类活动遥感影像图，结果如图7所示。

图7 2017—2018年某些自然保护区典型人类活动遥感影像图

3.5 人类活动对自然保护地的影响评价

统计不同功能区每种人类活动的面积、数量和百分比，分析河北省自然保护地人类活动分布状况及规律。根据分布面积、分布区域、影响对象、影响范围等，对人类活动造成的影响进行评价。

评价方法：依据《自然保护区人类活动遥感监测技术指南(试行)》和自然保护区人类活动监测结果，计算自然保护地人类活动影响指数并进行分级，对全国(省区市、区域)内的自然保护区人类活动影响进行评价。评价模型公式如下：

NRHI=(a1b1x1+a2b2x2+……+

aibixi)/x

其中，NRHI为自然保护地人类活动影响指数，xi为人类活动类型的面积，x为自然保护地的总面积。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地的影响程度来确定，按规范要求确定ai与bi的权重值。

根据河北省39个自然保护地的NRHI数值统计特征，将NRHI值大于0.005的划分为剧烈影响，NRHI值在0.005～0.003区间内的划分为明显影响，NRHI值在0.003～0.001区间内的划分为较明显影响，NRHI值在0.001～0.0001区间内的划分为较小影响，NRHI值小于0.0001的划分为轻微影响。依据此划分方法将河北省自然保护地2018年人类活动的影响程度划分为剧烈、明显、较明显、较小、轻微5个等级，数量分别为2处、4处、5处、22处和6处，分别占河北省自然保护地总数的5%、10%、13%、57%和15%。经过综合分析发现，河北省自然保护地人类活动的影响程度与人口密度及经济发展基础状况密切相关，总体上呈平原区人类活动大于山区、东部沿海地区人类活动大于中、西部地区，沿海沿河沿湖开发基础较好地区自然保护地人类活动影响较大的特点。河北省各自然保护地人类活动的影响指数和影响程度分类统计模拟情况如图8所示。

图8 河北省自然保护区2018年人类活动影响指数和不同影响程度分类统计情况图

4 结 论

(1)河北省自然保护地发生新增或规模扩大的人类场地共57处，总面积为0.5949平方千米，占自然保护地总面积的0.088‰。人类活动类型主要有其他人工设施、道路和工矿用地等，以开发建设和旅游活动为主；(2)总体而言，河北省人类活动对自然保护地的影响程度以较小的为主，影响剧烈的仅有2处；(3)人类活动的影响程度与自然保护地周边的人口密集程度有关，总体上呈平原区人类活动大于山区、东部沿海地区人类活动大于中、西部地区，沿海沿河沿湖开发基础较好地区自然保护地人类活动影响较大的特点；(4)采用遥感技术手段全面监测掌握自然保护地内人类活动的空间分布和动态变化是一项快捷有效的手段，可以为自然保护地管理部门进行生态环境监管提供技术支撑和科学依据。