基于遙感技術的十八里長峽自然保護區保護效果監測與評估

王 坎， 唐 瑤， 王玲玲， 吳興華， 楊 劭

(1.華中師范大學 生命科學學院， 武漢 430079； 2.湖北省環境科學研究院， 武漢 430072；3.伊美凈科技發展有限公司， 武漢 430079)

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王 坎1，2， 唐 瑤3， 王玲玲2， 吳興華2， 楊 劭1*

(1.華中師范大學 生命科學學院， 武漢 430079； 2.湖北省環境科學研究院， 武漢 430072；3.伊美凈科技發展有限公司， 武漢 430079)

基于2000年、2010年Land TM/ETM數據，建立研究區域的生態系統分類體系，分析研究區域內的生態系統格局變化.運用ALOS(2.5 m)的高分遙感衛片進行人工目視解譯，分析研究區域內的人為活動干擾情況，整體評估自然保護區珍稀野生動植物的保護效果，評估結果表明：10 a 間研究區域內生態系統格局變化較小，對珍稀動植物及其生境的影響甚微，人類活動形式較為單一且主要分布在實驗區，2000至2010年期間，十八長峽自然保護區的管護工作是有效果的.

遙感技術； 分布格局； 人為干擾； 保護效果

自然保護區是物種及其生態系統的庇護所，是全球生物多樣性保護的重要組成部分.遙感技術的優勢在于能準確掌握區域內的生態環境動態變化，運用遙感技術監測，能為自然保護區管護工作提供可靠的科學依據[1].20世紀90年代，利用遙感變化監測保護區土地利用變化，分析人為干擾活動對保護區生境影響的研究在國外逐漸興起，而國內起步較晚[2].本研究通過10 a間的遙感影像監測自然保護區生態系統格局變化，對自然保護區內珍稀動植物的保護效果進行綜合評估，對于自然保護區管理部門掌握區域內生態環境動態，有針對性地開展自然保護區管護工作有重要意義.

1 研究區域概況

湖北十八里長峽自然保護區位于湖北省十堰市竹溪縣南部，距竹溪縣城約230 km，距十堰市中心城區約300 km.東與堵河源省級自然保護區交界，西、南與重慶市雙陽自然保護區毗鄰，北與竹溪縣桃源鄉相鄰[3].保護區始建于1988年，至今已有20余年的歷史，保護區南北長32 km，東西寬23 km，總面積為303.2 km2，其中核心區面積108.6 km2，緩沖區面積50.5 km2，實驗區面積144.1 km2.十八里長峽自然保護區地處秦嶺地槽區東段南緣，大巴山脈東段余脈北坡，屬中山地貌.境內氣候屬于北亞熱帶季風氣候，具備四季分明、氣候溫和、雨量充沛、光熱適度、溫暖濕潤的特點[4].

十八里長峽自然保護區內野生動植物資源相當豐富，是我國生物多樣性保護的優先區域，擁有全國保存較為完好的北亞熱帶原始森林群落，其主要保護對象為珍稀瀕危野生動植物及森林生態系統，是紅豆杉、珙桐、豹等珍稀動植物的棲息地.

2 研究方法

2.1 數據源

本次監測采用的遙感數據包括2000年與2010年的Land TM/ETM數據，分辨率為30 m，主要用于構建生態系統分類體系；2010年ALOS數據，分辨率為2.5 m，主要用于保護區內人類活動的目視解譯.

2.2 技術標準

按照中國科學院、環境保護部制定的《全國生態環境十年變化(2000年～2010年)遙感調查與評估項目技術指南》中提出的評估指標體系，結合生態系統類型，將生態系統分為2級，其中一級生態系統有9類，二級生態系統有19類.

2.3 解譯精度評估

基于2013年6月16對土地覆蓋產品數據進行的分層隨機抽樣精度評估，湖北省共收集1 390個樣點，與土地覆蓋產品進行疊加.評估結果表明，湖北省土地覆蓋一級類總精度為95.30%，二級類總精度為86.74%，具體各類精度如表1、表2中所示，基本滿足分析要求.

表1 土地覆蓋一級類精度

表2 土地覆蓋二級類精度

2.4 研究方法

首先對遙感數據進行大氣校正、幾何糾正、影像融合等預處理，然后通過作業分區、尺度分割、解譯標志庫建立、決策樹建立等建立生態系統分類體系，用于區域空間格局的分析.以ALOS(2.5 m)遙感數據為基礎，提取自然保護區內區域內農田、農村居民點、道路等人為干擾信息.

根據自然保護區人類活動監測結果，計算各自然保護區人類活動干擾指數，并進行分級，對自然保護區人類活動干擾程度進行評價，評價模型如下：

HAI=(a1b1x1+a2b2x2+…+aibixi)/x,

其中，HAI為自然保護區人類活動干擾指數，xi為人類活動類型的面積，x為自然保護區的總面積.ai和bi為權重，其中ai根據每一類人類活動斑塊所在的功能區來確定，bi根據不同人類活動類型對自然保護區的干擾程度來確定.根據《自然保護區條例》對各功能區人類活動的要求，核心區、緩沖區、實驗區的人類活動干擾權重依次確定為0.6、0.3、0.1.每一種人類活動類型對自然保護區的干擾權重如表3所示.根據自然保護區的人類活動干擾指數，確定自然保護區人類活動干擾程度，劃分為劇烈、明顯、較明顯、一般和輕微共5個級別，如表4中所示.

表3 不同人類活動類型對自然保護區的干擾權重表

表4 自然保護區人類活動干擾指數分級

3 結果與分析

3.1 生態系統景觀格局變化

十八里長峽自然保護區中，涉及的二級生態系統共13類，2000年與2010年的二級生態系統構成如表5、表6所示，常綠闊葉林和常綠闊葉灌木林是主要生態系統類型.

2000年～2010年間，保護區內99%的土地單元未發生土地利用方式的變化，保護區內變化幅度前3類依次為旱地、水田、建設用地，其中旱地減少0.09%，水田增加0.06%，建設用地增加0.04%，均為人類活動導致.其它變化集中在水域、草叢、落葉闊葉灌木林、稀疏草地4類，總變化量為0.06%.耕地有所減少，建設用地有所增加，這與保護區開展退耕還林建設工程有關.

十八里長峽自然保護區內土地利用變化如圖1、圖2所示，其主要土地利用變化發生在位于實驗區的向壩村、雙橋村、二坪村、交山村、大和田村，以耕地、林地轉化為建設用地、耕地退耕還林轉化為林地為主.核心區受人為活動干擾較小，其土地利用結構變化主要是森林生態系統中不同林分之間的轉化，是森林生態系統的自然演替.緩沖區內地形陡峻、海拔落差大，通達程度較差，因此人為活動程度也較低，土地利用變化也主要為森林生態系統中不同林分的相互轉化.對于整個保護區來說，區域內人口變化小，且由于保護措施的有力實施，使得2000～2010年土地利用結構未發生大的變化，有效地保護了區域內物種資源.

表5 2000年與2010年一、二級生態系統構成

表6 十八里長峽自然保護區2010年各功能分區一、二級生態系統構成

圖2 2000年(左)、2010年(右)十八里長峽自然保護區二級生態系統分布圖Fig.2 Distribution of class Ⅱ ecosystem in Shibalichangxia Nature Reserve in 2000 and 2010

2000年～2010年，十八里長峽自然保護區二級生態系統景觀格局特征如表3所示，斑塊總數、邊緣密度呈增加的趨勢，而平均斑塊面積減小，這說明10年間保護區內景觀破碎化程度增加，但這3個指數變化程度較小.聚集度指數有所降低，說明保護區內各生態系統類型的非隨機性或聚集程度有所降低，但其值仍維持在較高水平.

表7 十八里長峽自然保護區二級生態系統景觀格局特征

3.2 珍稀野生動植物生境變化

十八里長峽自然保護區內珍稀動植物分布情況與生態系統格局變化疊加分析如圖3所示，動植物編號參考《十八里長峽自然保護區綜合科學考察報告》[4].動植物集中分布區為核心區，而生態系統集中變化的核心區周圍幾乎無珍稀野生植物分布，而珍稀野生動物有褐魚鸮、斑羚等，但是由于這幾類保護動物的遷移能力較強，活動范圍較大，而生態系統變化微弱，因此對這幾類保護動物的生存威脅不大.核心區內生態系統變化面積小，主要是林分之間的轉換.在核心區西南部，部分落葉闊葉灌木林轉化為落葉闊葉林，這部分轉化是森林生態系統自然演替形成的，對保護區植物生境影響較小.緩沖區與實驗區珍稀動植物分布區基本無生態系統變化.對于保護區內的重點保護植物紅豆杉，其群落大部分都位于自然保護區核心區，且位于坡向為北向、坡度在45°以上的險坡地段[5].在高海拔、懸崖峭壁地段，人為干預小，紅豆杉群落保存最為完整，紅豆杉優勢度顯著.

圖3 十八里長峽自然保護區珍稀野生動植物與生態系統格局變化疊加圖(2000年～2010年)Fig.3 The overlay chart of rare species and ecosystem-patterns between 2000 and 2010 in Shibalichangxia Nature Reserve

3.3 人類活動監測

目視解譯結果表明，十八里長峽自然保護區人類活動信息有農田、農村居民點、道路3類，前兩者占保護區總面積的4.28%，道路總長77 km.其中，核心區內人類活動面積占保護區總面積的0.02%，道路長度約為6.1 km；緩沖區內人類活動面積占保護區總面積的0.58%，道路長度約為8.8 km；實驗區人類活動面積占保護區總面積的3.36%，道路長度約為62.1 km.絕大部分人類活動分布在實驗區，核心區和緩沖區人類活動面積較少且分散.

通過人工目視解譯，該自然保護區有居民點60處， 其中核心區2處，緩沖區14處，實驗區44處；有農田124處， 其中核心區6處，緩沖區18處，實驗區100處.根據HAI模型得到HAI指數為 0.000 5，十八里長峽自然保護區以農田、居民點和普通道路為主，有少量開發建設活動，按人類活動干擾指數分級應屬于一般水平.

圖4 2010年十八里長峽自然保護區人類活動分布圖Fig.4 Distribution of artificial interferences in Shibalichangxia Nature Reserve

4 結論

2000年～2010年，十八里長峽自然保護區生態系統格局變化較小，10 a間保護區內景觀破碎化程度略有增加，但聚集指數仍維持在一個較高水平.由于珍稀動植物主要分布于核心區，生態系統格局的變化僅為森林生態系統的自然演替.因此，保護區珍稀動植物及其生境的變化較小，從而使保護區內物種資源得到有效保護.

十八里長峽自然保護區人類活動信息主要有農田、農村居民點、道路3類，人類活動形式較單一，且主要分布在實驗區.珍稀野生動植物聚集的核心區內人為活動干擾屬于一般水平.與同類型的森林類自然保護區如松山、長白山、扎龍、金佛山等相比，自然保護區內人為干擾的影響較小[6-10].這說明近年來保護區管護措施得當，使得區域內生態環境保持著較好的原生性，從而為多種珍稀瀕危物種提供了良好的棲息空間，有效地維持了生物多樣性.

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The monitoring and evaluation of protective effectiveness in Shibalichangxia Nature Reserve of Hubei based on Remote Sensing technology

WANG Kan1，2， TANG Yao3， WANG Lingling2， WU Xinghua2, YANG Shao1

(1.School of Life Sciences， Central China Normal University， Wuhan 430079；2.Hubei Academy of Environmental Science， Wuhan 430072；3.Imagination the Development of Science and Technology CO.， Ltd， Wuhan 430079)

On the basis of Landsat TM/ETM images， the classification system of ecosystem in study area was established， in order to analyze the variation of landscape pattern. With artificial visual interpretation， study on the the artificial interference in Shibalichangxia Nature Reserve and evaluation on the protective effectiveness of rare species were accomplished. The results showed that the variation of landscape pattern and influence on rare species were not significant. Artificial interference was relatively single and distributed mainly in experimental zone at a low level. These suggested that the management and protection of Shibalichangxia Nature Reserve were productive between 2000 and 2010．

Remote Sensing technology； distribution pattern； artificial interference； protective effectiveness

2015-05-18.

國家自然科學青年基金項目 (41301097).

1000-1190(2015)06-0929-07

X36， X87

A

*通訊聯系人. E-mail: yang-shao@tom.com.