剑湖湿地自然保护区土地利用类型变化分析

2022-06-06杨培王亚丹董琼

防护林科技 2022年3期

杨培　王亚丹　董琼

摘要以滇西北高原湖泊剑湖湿地自然保护区为研究对象，运用RS、GIS、GPS等技术分析手段，对剑湖湿地自然保护区2006年、2016年两期遥感影像进行计算机辅助解译，将土地利用类型分为有林地、灌木林地、耕地、草地、水域、建设用地6种类型。对比分析剑湖保护区两期地类时空演变情况，构建土地类型转移矩阵，分析剑湖湿地自然保护区土地利用类型动态变化。结果表明：2006-2016年有林地面积大范围增加;灌木林地、草地面积有一定程度的降低;受人为干扰因素的影响，耕地有大面积减少现象;水域面积有小范围的增长，湿地恢复项目取得一定的成效;建设用地面积有大幅增长态势。

关键词剑湖湿地自然保护区;土地类型;转移;变化

中图分类号：S759.9文献标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.03.022

近10年来，随着剑湖周边社区规模及人口数量的不断增加，以及剑湖流域内人为因素、自然因素的干扰导致生态系统遭受破坏，生态环境问题日趋严重，区域生态安全形势严峻，剑湖湿地自然保护区的综合保护受到了极大的挑战。已有学者对剑湖保护区景观转变、湖泊变化、湿地动植物多样性、农田利用方式等方面开展了较多研究[1-3]，但从地类利用变化方面的研究相对略显不足。

近5年来，随着湿地保护与恢复项目、天然林保护工程、退耕还湿等林业工程项目的实施，湿地面积、水域面积有一定程度增加。但是，剑湖湿地保护区生态安全仍面临着严峻的考验，如面山天然植被受到破坏导致退化严重，表层的植被受到破坏以后引发土壤侵蚀加剧，導致面山和河流上游入湖泥沙增加，湖盆淤积加快;湖岸周围村庄密布，各种建筑、道路环湖而建，甚至占据了大量的湖滨带，一部分龙潭、泉眼、水溪干涸消失，入湖水源在减少;随着湖面面积的缩小从而导致了蓄水量的减少，生境遭到破坏，生物生存空间萎缩，数量也在发生变化;盲目围塘、围田;入湖河流污染逐渐加剧;湖滨带被大量开垦为农田，加速了湖滨沼泽地的干旱化和陆地化进程;酷渔滥捕带来的执法困难导致社区矛盾等问题日益突出。此外，随着政府职能的转变，自然保护区划归林业部门主管，并监督管理自然保护区的开发利用[4]。一方面，剑湖湿地保护区管理体制和法律法规建设方面存在较大漏洞;另一方面由于资金缺乏，管理人员少，管理措施和手段严重滞后，因此，新方法、新措施、新手段[5-8]的研究刻不容缓，而本研究是从土地利用方面对剑湖湿地自然保护区展开研究，侧重于林业方面，尤其是林业措施对土地利用变化的影响，找出影响其生态安全的主要因子，为剑湖湿地的保护与恢复提出一些参考建议和可持续发展意见[9-12]。

1研究区概况

剑湖湿地自然保护区位于云南省西北部、大理州北部，是以剑湖为中心，由剑湖湖面和湖滨带、玉华水库及前两者周边面山河流汇水区和面山森林所组成，同时它作为内陆湿地和水域生态系统类型的自然保护区，主要以剑湖湿地生态系统和珍稀濒危野生动植物为保护对象[13];保护区南北向长12.3 km，东西向宽6.2 km，总面积4 630.3 hm，其中，核心区面积1 855.5 hm，占保护区面积的40.1%;缓冲区面积1 157.0 hm，占保护区面积的25%;实验区面积1 617.8 hm，占保护区面积的34.9%。地理位置99°55′—99°59.5′ E，26°25′—26°31.5′ N，年平均气温13.5 ℃，海拔2 188～2 873 m，属于典型的南温带高原型季风气候，日照、降水充足。

2数据来源及研究方法

2.1数据来源

2.1.1卫星影像研究区所涉及的卫星影像主要来源于谷歌地球高清影像及2006年、2016年两期森林资源二类调查用图，在选取遥感影像时以两期影像保持各时期监测数据一致[14，15]，且遥感影像拍摄时期云量少于5%。

2.1.2矢量数据包括研究区界线图、剑川县森林资源二类调查数据，图元图件包括研究区土地利用现状图、植被图、重点保护野生动植物分布图、自然保护区功能区划图、水系图，涉及保护区部分数据已公开。

2.1.3外业数据采集主要开展以下调查：（1）采集GPS定位点，其定位精度在10 m左右，采用GPS地类典型点纠正技术手段，结合实地将影像配准，并整理林业调查数据，将二者进行关联并建立数据模型;（2）在研究区内根据所采集的GPS点对植被类型、植被分布、土壤等进行详细调查。

2.2研究方法

2.2.1解译遥感影像

结合外业定位点调查并整理收集到的地形图、土地利用现状图、植被图、水系图、森林覆盖图、土壤分布图等相关资料，采用人机交换的方法，运用ArcGIS 10.2.2软件对修正校对好的影像进行处理，并以森林资源二类调查数据为依据，结合《土地利用现状分类》国家标准（GB/T21010-2007）及《中华人民共和国土地管理法》相关规定，严格遵守实用性、开放性、科学性、继承性等相关原则，将研究区土地2006年、2016年利用情况分为5个一级类别，分别是林地（有林地、灌木林地）、草地、水域及水利设施用地、住宅用地、交通运输用地。

根据研究区已展开的研究及理论成果，结合研究的可达性、有效性，结合二级分类内容，将5个一级类别中的部分内容进行细化和分解，形成可直观表达的土地利用类别，即有林地、灌木林地、耕地、草地、水域、建设用地6个类型，研究区各土地利用类别说明见表1。

2.2.2建立解译标志

在研究区外业调查的基础上，利用GPS采点比对地面数据，对照卫星遥感影像对地面数据成像特征，将研究区按照已分类的土地利用类别分别建立图像解译标志，如图1所示。

利用ArcGIS 10.2.2软件对遥感影像进行分类区划，其中重要的分类依据来源于2006年、2016年森林资源二类调查数据及相关林业数据，利用人机交互式的方法，将同类别地类合并，通过计算机统计分析，最终建立如图2所示的可视化图斑标志。

2.2.3建立目视图斑

根据已收集整理的数据，结合建立的解译标志，采用室内人机交互式的方式对遥感影像按不同类型地类区划分班，对具有相同属性的且相邻的图斑进行合并地类属性处理，并将不同类型的地类分别赋予相应地类的属性值，在随机抽取的GPS样点比对结果精度无误后，分别导出两期矢量图层，建立目视图斑。

2.2.4土地类型转移情况研究

研究2006年、2016年两期地类转移情况是本研究的重点内容之一，而土地类型面积转移矩阵是能够使土地利用类型清晰地表达出来，同时也是景观生态学中常用的动态分析方法之一[16]。本研究通过调查分析研究区2006年和2016年土地类型构成情况并构建转移矩阵模型，客观真实地反映研究区2006年末和2016年末两期土地类型的构成情况和转移变化情况，并清楚地将各土地类型转移方向和面积展示出来[17]。

地类转移矩阵包括研究区域在特定的研究时段中前后两期各类土地类型面积的信息，表示这一特定研究时段中地类类型相互转化的面积信息变化过程，本研究主要是以面积信息转化输出为主导[18]。

3结果与分析

3.1研究区内地类构成及变化情况分析

根据解译的遥感影像，并通过数据整理及计算分析，可得到研究区2006年、2016年两期地类分类情况统计表，如表2所示。

从表2数据分析看，2006年地类分布上最多的是有林地和耕地，分别占2006年总面积的34.43%、33.81%，两者占比相差较小，灌木林地、草地、水域、建设用地分别占2006年总面积的11.96%、2.29%、14.80%、2.41%;2016年地类分布最多的依然是有林地和耕地，分别占2016年总面积的41.57%、31.05%，两者较2006年占比差距有所增加，灌木林地、草地、水域、建設用地分别占2016年总面积的5.52%、1.61%、15.38%、4.88%。

3.2研究区土地类型转移情况分析

根据转移矩阵计算方法可得到研究区2006-2016年土地类型转移情况。从表3可知：有林地面积有大范围增加;灌木林地面积有所减少;耕地面积有所下降;草地面积有所减少;水域面积小范围增加;建设用地面积随时间推移有大幅增长的态势。

3.3研究区各地类转移矩阵分析

通过土地类型转移矩阵，计算土地类型的转变率和实现率，分析土地利用变化对土地利用现状的作用。由表4可以看出2006—2016年各地类之间转入、转出比例，从转移矩阵看，能得到如下结果。

从各地类转入比例看：（1）灌木林地和耕地转入有林地转化比例较高;

（2）有林地转为灌木林地和草地转化比例较高;

（3）水域转为耕地转化比例较高;

（4）灌木林地转为草地转化比例较高;

（5）耕地转为水域转化比例较高;

（6）耕地转为建设用地转化比例较高。

从各地类转出比例看：（1）有林地转出为灌木林地和草地转化比例较高;

（2）灌木林地转变为有林地和草地转化比例较高;

（3）耕地转出为建设用地比例较高;

（4）草地转出为有林地转化比例较高;

（5）水域转出为耕地转化比例较高;

（6）建设用地转出为耕地转化比例较高。

3.4研究区地类变化的驱动因素分析

3.4.1自然因素

地类变化直接受制于自然因素的影响。自然因素主要包括气候条件、土壤、水文、降水、地理位置等因素，一旦其中一个因素发生变化，常常会造成土地利用的变化。研究区内海拔垂直高差大，成就了不同的植被分布。近年来，随着天然林保护一期和二期工程、公益林建设、封山育林、退耕还林等工程的实施，研究区内灌木林地、草地、耕地向有林地转化有大幅提高;受到全球气候变暖及雷电灾害天气的影响，研究区内发生过几次森林火灾，导致有林地向灌木林地、灌木林地向草地有一定程度转化;受剑湖水面、流域内水文变化和降雨等方面的影响，季节性耕地有小范围增长的态势。

此外，受森林病虫害、灾害性天气、极端气候的影响，研究区曾在2016年出现洪涝灾害，使得研究区内地类变化更为多变，不确定性因素增多。

3.4.2人为干扰因素

人为干扰因素包括人口、经济、社会、人文、政策、文化等多方面因素的共同制约。2006—2016年共11年间研究区内人口增长速度较快，人为干扰因素是地类变化最主导的因素。人类活动随时间的演变对研究区产生的影响不断体现并反作用于研究区内，主要影响是使耕地、有林地、灌木林地转化为建设用地的面积有较大增加。随着社会经济水平的提高，特别是公路的新、扩建及公路沿线大量的住宅地等建设用地有大面积增长的态势，导致耕地、有林地、灌木林地面积有所变化。

3.4.3保护区管理机构决策因素

为有效保护研究区内的生态平衡和自然资源，政府部门采取积极的管理措施，成立剑湖湿地管护局，并联合农业、林业、水利、环保、国土等职能单位，严格控制保护区内违章建筑，有效遏止各类违章时有发生，并提高保护区内的生态公益林补偿力度，吸收周边社区村民为管护人员，有效带动社区居民就业，同时严格打击各类破坏野生动植物的违法犯罪行为，严格管控森林火灾及野外火源，积极防治森林病虫害，有效保护了研究区内森林资源的健康稳定发展。

4结论与讨论

4.1主要结论

（1）有林地面积从1 594.08 hm增长到1 924.98 hm，增长量为330.90 hm，增长率为20.76%;灌木林地面积从553.59 hm减少到255.47 hm，减少量为298.12 hm，减少率为53.85%;耕地面积从1 565.36 hm减少到1 437.49 hm，减少量为127.87 hm，减少率为8.17%;草地面积从106.01 hm减少到74.46 hm，减少量为31.55 hm，减少率为29.76%;水域面积从685.09 hm增加到712.10 hm，增长量为27.01 hm，增长率3.94%;建设用地面积由126.16 hm增长到225.79 hm，增长量为99.63 hm，增长率78.97%。

（2）各地类转移情况为：有林地主要由灌木林地转入，转入面积302.17 hm，转出面积为39.20 hm;灌木林地主要由有林地转入，转入面积为39.2 hm，主要转出为草地20.45 hm、耕地10.12 hm、建设用地7.54 hm;耕地主要由水域转入，转入面积22.88 hm，主要转出为建设用地，转出面积86.6 hm;草地主要由灌木林地转入，转入面积20.45 hm;水域主要由耕地转入，转入面积为49.94 hm，主要转出为耕地，面积为22.88 hm;建设用地主要由耕地转入，转入面积为86.60 hm，转出面积为15.14 hm。

（3）通过近年来天然林保护一期和二期工程、公益林建设工程、封山育林工程、退耕还林等项目的实施，对林地覆盖率的表现已初见成效;随着社会经济的快速发展，加之受人类活动及人为干扰因素、保护区管理机构决策因素的共同驱动影响下，建设用地有小幅增长的态势。

4.2讨论与对策

（1）有效打击违法侵占保护区土地资源的行为。近10年来，保护区内资源破坏较为严重，保护区内建设用地面积有小规模的增长，耕地、灌木林地及湖滨带等受到违法违规挤占，湖滨带植被受到严重破坏，导致湖滨带面积萎缩、环湖公路内植被覆盖率下降，加大侵占保护区土地资源的整治工作已成为当前工作的重中之重。

（2）提高保护区面山植被覆盖率，缓解水土流失进一步恶化的态势。保护区面山区域内规划交通道路的建设，将占用到一定面积的林地和耕地，加之剑川县处于高寒冷凉山区，受传统生活方式的制约和木雕艺术的兴起，每年将消耗大量的木材和薪炭，这将衍生一系列问题。对此，应协调林业主管部门加大执法、管护、处罚力度，加大保护区内面山耕地退耕还林项目的有效实施，种植经济林木，大力发展林下经济，有效增加保护区内居民人均收入，降低保护区面山区域内森林植被人为因素的干扰和破坏，逐步缓解社区矛盾。

（3）提高混交林比例和理清公益林权属问题。由于保护区林种、动物种类单一，森林病虫害危害大，在生态系统结构中不具备多样性的特点，不能形成完整的生态系统结构和生物链，难以实现其保护和自我修复作用;而且单一林种的建设会对某一区域的生态系统造成一定程度的破坏，而打破原有生态系统的平衡，一旦受到病虫害的感染就会出现大面积的病死木，造成一定程度的经济损失。另一方面，保护区内公益林权属为集体所有，根据上级林业主管部门相关规定，无法开展森林抚育作业和公益林建设等相关项目的实施，一定程度阻碍了保护区内的公益林人工促进辅助措施的实施，造成一定的经济损失而导致发展滞后。

（4）加大森林培育力度，提高森林生态效益。森林培育必须坚持适地适树的原则，努力使造林树种的生物学、生态学特性与立地条件之间达到和谐统一。整合保护区内森林资源，优化资源发展，对火烧迹地、病虫害导致的林木枯死区域及时进行清理并完成更新造林，坚持采用科学的方式绿化，辅助以人工造林、封山育林等相关林业措施，积极推广使用良种育苗，并配合天保工程积极对保护区内城镇周边、乡村周边、环湖公路、高速公路两侧和宜林荒山荒地区域进行绿化造林，增加保护区内森林资源的总量，有效提高森林生态效益。

（5）有效控制保护区内人为因素干扰。由于剑湖湿地自然保护区距剑川县城较近，保护区内有大量的耕地和建设用地。近年来随着人口的增长和社会经济等各项经济指标的提升，人为活动给保护区的生态安全造成了较大的压力，矛盾不断加深。由于目前剑湖湿地自然保护区还处于保护未开发状态，而保护区的功能分区中有部分已不能满足现阶段的发展要求，因此，在不破坏生态安全的前提下，有必要适当对当前保护区的功能分区做必要的调整和优化，对调整后的功能区严格管控以减小人为因素干扰，并适当开发利用好保护区的各项资源，有效缓解人为因素的干扰。

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