尕海则岔自然保护区地表覆盖遥感监测

景红霞

（1.甘肃省基础地理信息中心，甘肃 兰州 730000）

随着自然保护区重要性的不断提高，监测要求也愈来愈高，传统的人工监测方法难以满足要求，尤其是在人类开发活动最为强烈的地区，保护区的管理和保护工作非常艰巨。遥感作为地理空间信息快速获取的手段，具有大范围、高效、经济等优点，已广泛应用于各个行业领域。将遥感应用引入自然保护区的管理与监测，有望解决自然保护区监测能力不足的难题[1-5]。

1 研究区概况

尕海则岔国家级自然保护区位于青藏高原东北边缘的甘肃省碌曲县境内，北邻碌曲县玛艾镇和双岔乡，东与卓尼县接壤，东南与四川省若尔盖县相连，西南与甘肃省玛曲县毗邻，西接碌曲县李恰如和青海省河南县。保护区总面积为247 431 hm2，其中核心区39 095 hm2，占总面积15.8%；缓冲区面积为81 157 hm2，占总面积32.8%；实验区面积为127 179 hm2，占总面积51.4%。保护区内有2个镇政府驻地（尕海镇和郎木寺镇），有11个村政府驻地，分别为尕秀村、唐科村、玛日村、贡去乎村、则岔村、秀哇村、加仓村、波海村、贡巴村、尕尔娘村和郎木寺村，除玛日村政府驻地位于核心区内，其他镇政府和村政府驻地都位于实验区。

尕海则岔国家级自然保护区是我国少见的集森林和野生动物型、高原湿地型、高原草甸型三重功能为一体的珍稀野生动植物及其生态环境自然保护区。尤其尕海湿地属于我国特有的高原湿地类型，于2011年被列入国际重要湿地名录，在保护生物多样性方面具有重要的意义。保护区内湿地面积58 149.98 hm2，以沼泽草地类湿地为主，占湿地面积的98.04%，草地植被主要以垂穗披碱草组成的高寒草甸为主。主要保护动物是以珍稀野生动物资源黑颈鹤、黑鹳、灰鹤、大天鹅及雁鸭类为主的候鸟。同时，本区还是黄河上游支流洮河的主要发源地和水源涵养地，该区对于生物多样性保护和研究以及涵养水源，促进少数民族地区社会经济持续发展均具有十分重要的意义。

2 研究方法

本文首先收集了尕海则岔自然保护区2015年的地理国情普查数据，然后以尕海则岔自然保护区2019年5月份2 m分辨率的资源三号卫星遥感影像为数据源，采用人机交互解译的方式获取尕海则岔自然保护区2019年地理国情数据，再参照GQJC 03-2019《基础性地理国情监测内容与指标》进行信息提取分类，将保护区地表覆盖分为种植土地、林地、草地、房屋建筑区、道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地表以及水域等9个地类。通过尕海则岔自然保护区2015年、2019年地理国情数据可以分析这2 a的地表覆盖现状以及两期的地表覆盖变化信息[6-7]。

通过动态对比尕海则岔自然保护区2015年、2019年地表覆盖数据，可计算得到保护区地表覆盖马尔柯夫转移矩阵[8]，马尔柯夫转移矩阵能全面而具体地体现各种地表覆盖类型变化的方向，从而反映保护区两期不同地表覆盖类型之间的相互转换关系。在此基础上，可进一步计算得到两期地表覆盖类型净变化量、总变化量、变化率和双向动态度指数等，进一步分析地表覆盖类型的动态变化情况。

3 结果分析

3.1 地表覆盖现状与变化

2015年尕海则岔自然保护区内地表覆盖主要以草地和林地为主，草地面积为191 944.60 hm2，占保护区总面积的77.58%；林地面积46 405.51 hm2，占保护区总面积的18.75%；人工地物（房屋建筑区、道路、构筑物和人工堆掘地）面积3 177.90 hm2，占保护区总面积的1.28%；荒漠与裸露地表面积4 135.64 hm2，占保护区总面积的1.67%；水域面积1 621.56 hm2，占保护区总面积的0.66%；种植土地面积145.59 hm2，占保护区总面积的0.06%。随着保护区内人类活动的不断干预，2019年种植土地面积增加到146.98 hm2；房屋建筑区增加到318.42 hm2；道路增加到599.63 hm2；构筑物增加到2 218 hm2；人工堆掘地增加到135.48 hm2；荒漠与裸露地表增加到4 154.27 hm2。林地、草地、水域面积分别减少5.43 hm2、106.25 hm2、1.97 hm2。2015年、2019年各类地表覆盖面积具体如表1所示。2019年尕海则岔自然保护区地表覆盖情况见图1所示。

表1 2015年、2019年尕海则岔自然保护区内地表覆盖面积统计

图1 2019年尕海则岔自然保护区地表覆盖现状图

3.2 地表覆盖类型转换关系

尕海则岔自然保护区2015—2019年地表覆盖类型马尔柯夫转移矩阵如表2所示，本文使用流入量、流出量来反映地表覆盖类型的转移情况。流入量指从2015年其他不同地表覆盖类型转移到2019年某地表覆盖类型的转移量。流出量指从2015年某地表覆盖类型中转移到2019年其他不同地表覆盖类型的转移量。

表2 2015—2019年保护区地表覆盖类型转移矩阵/hm2

2015—2019年间，保护区内地表覆盖类型发生变化图斑数量较少，但不同地表覆盖类型之间的转换关系复杂。种植土地流出2.39 hm2，其中1.21 hm2转换为房屋建筑区，1.17 hm2转换为构筑物，0.01 hm2转换为道路；种植土地流入3.78 hm2，其中有2.91 hm2来源于草地，0.87 hm2来源于房屋建筑区。林地流出9.37 hm2，有3.2 hm2流向房屋建筑区；1.84 hm2流向道路；1.83 hm2流向人工堆掘地；1.4 hm2流向构筑物；0.66 hm2流向草地。林地流入3.95 hm2有2.15 hm2来源于草地；0.75 hm2来源于道路；0.51 hm2来源于水域。草地流出125.68 hm2，其中39.15 hm2流向房屋建筑区；33.84 hm2流向构筑物；21.55 hm2流向荒漠与裸露地表；17.41 hm2流向道路；8.21 hm2流向人工堆掘地。草地流入19.44 hm2，有6.11 hm2来源于道路；5.1 hm2来源于构筑物；3.53 hm2来源于房屋建筑区；2.21 hm2来源于人工堆掘地。人工地表（房屋建筑区、道路、构筑物、人工堆掘地）流出18.99 hm2，89%的土地流向草地。人工地表流入113.26 hm2，其中87%由草地流入；8%由林地流入。水域流出3.01 hm2，46.5%流向草地；36.5%流向人工地表。水域流入1.03 hm2，44.7%由草地流入；38.8由林地流入。

3.3 地表覆盖类型变化与动态度

利用净变化量、总变化量、地类转移净变化率、地类转移总变化率和双向动态度指数5个指标反映地表覆盖类型变化的动态情况。

净变化量表示经过一时间段后某类地表覆盖面积的净变化值。

总变化量表示经过某一时间段后某类地表覆盖面积的总变化值。

地类转移净变化率定量描述某一地类的绝对变化情况。

地类转移总变化率表示某一地类的总变化量占区域总面积的比例。

双向动态度指数反映地类“扩张”和“退缩”2个方向的变化剧烈程度，值越大表示地类的转化越为剧烈。

式（1）中，Sj为监测结束年份j时点某地表覆盖类型的面积；式（1）、（5）中，Si为监测初始年份i时点某地表覆盖类型的面积。式（2）～（5）中，Mij为监测时段内地类流出面积；Nij为监测时段内地类流入面积，式（3）中A为监测区域总面积。

2015—2019年，尕海则岔自然保护区内地表覆盖发生变化的图斑总变化量183.89 hm2。其中草地、林地、水域面积呈减少趋势，房屋建筑区、构筑物、荒漠与裸露地、道路、人工堆掘地、种植土地呈增加趋势。地类变化主要集中在草地、房屋建筑区、构筑物与荒漠与裸露地之间。

变化量、变化率能清晰地反映各地表覆盖类型的变化面积和速度。由表3可知，2015—2019年间，尕海则岔自然保护区内草地的面积变化最大，变化速度相对最快，草地总变化量为145.13 hm2，地类转移总变化率为0.058 7%；净变化量-106.25 hm2，地类转移净变化率为-0.042 9%。其次是房屋建筑区和构筑物，房屋建筑区总变化量60.67 hm2，地类转移总变化率为0.024 5%；净变化量46.40 hm2，地类转移净变化率为0.018 8%；构筑物总变化量为60.54 hm2，地类转移总变化率为0.024 5%；净变化量30.94 hm2，地类转移净变化率为0.012 5%。

表3 2015—2019年保护区内地表覆盖变化量统计

动态度指数可以很好地反映地表覆盖类型变化的强度，从2015—2019年间地类转移的双向动态度指数来看，草地的总变化面积相对于基期（2015年）草地面积变化率比较低，仅为0.075 6%，地类转化相对较弱。房屋建筑区的双向动态度指数为22.30%，地类转化相对于其他地类来说最为剧烈。其次是人工堆掘地，人工堆掘地的双向动态度指数为15.68%，地类转化相对于其他地类来说较为剧烈。

3.4 变化原因

针对保护区内地表覆盖变化区域主要集中在人类活动聚集区，由草地转为人工地表面积相对较多的情况，通过实地走访并结合相关资料分析得知：一是由于保护区内常驻人口持续增加，修建了大量人工建筑来满足生产生活的需要。据甘肃省发展年鉴统计资料显示，2015年碌曲县年末常驻人口3.72万人，2019年3.85万人，增加了0.13万人。二是保护区内农牧民以藏民为主，随着甘肃省游牧民定居工程的实施，农牧民生产生活方式转变，集中修建了一批游牧民定居点、暖棚、贮草棚，饲草料基地等。三是为了帮助当地农牧民脱贫致富，碌曲县近年来注重发展生态旅游，旅游业形成一定规模，在定居点附近修建了相应的旅游附属设施，使一些草地面积减少。

4 结语

本文利用遥感技术对尕海则岔自然保护区2015年和2019年的地表覆盖类型现状及面积变化进行了监测分析，得出的结论为：

1）尕海则岔自然保护区内植被资源非常丰富，2019年保护区内77.93%的土地被草被覆盖，18.75%的土地被林木覆盖，人工地表仅占1.32%，说明保护区内生态保护效果明显。

2）尕海则岔自然保护区管理部门在加大保护区内生态环境保护的同时，也注重当地的生态旅游资源开发利用和经济建设[9]。近4 a来，保护区内地表覆盖变化不太明显，地表覆盖的变化主要是由人类活动干预引起，林草覆盖总计减少111.68 hm2，人工地表仅增加93.63 hm2，变化图斑多位于农牧民定居点和旅游景点周围。