大山包國家級黑頸鶴自然保護區土地利用類型的變化

楊民英，龐丹波，時振坤

（1.云南師范大學旅游與地理科學學院，云南昆明 650500；2.北京林業大學水土保持學院，北京 100083；3.武漢大學計算機學院，湖北武漢 430072）

?

大山包國家級黑頸鶴自然保護區土地利用類型的變化

楊民英1，龐丹波2，時振坤3

（1.云南師范大學旅游與地理科學學院，云南昆明 650500；2.北京林業大學水土保持學院，北京 100083；3.武漢大學計算機學院，湖北武漢 430072）

摘 要：運用有關景觀生態學理論、RS和GIS等空間統計與分析技術，對大山包國家級黑頸鶴自然保護區2011年和2015年的土地利用類型進行分類，并對土地利用類型與景觀格局變化特征進行定量分析。結果表明: 2011—2015年間，大山包國家級黑頸鶴自然保護區土地利用面積變化率最大的為灌草叢（161.77%），最小的為水體（9.42%）。相對于2011年來說，2015年裸地、耕地斑塊總面積有所減少，林地和灌草叢面積有所增加；林地、道路和灌草叢的聚集度指數有所增加，表明這3類景觀連通性增強，景觀更加集中連片。據此，建議繼續實施封山育林和退耕還林還草工程，減少各種人為活動對自然保護區的干擾和破壞，保護好國家一級珍稀瀕危物種黑頸鶴的越冬棲息地。

關鍵詞：生態系統；土地利用類型；景觀格局

文獻著錄格式:楊民英，龐丹波，時振坤.大山包國家級黑頸鶴自然保護區土地利用類型的變化［J］.浙江農業科學，2016，57（6）: 951-954.

生態系統組成單元的類型、斑塊數目以及空間分布特征與配置等共同造成了生態系統的構成與格局［1］，生態系統構成與格局的定量分析旨在研究斑塊面積在景觀格局中的分布規律，從看似雜亂無序的景觀中發現其潛在的變化特征與規律，并把景觀格局隨時間和空間的變化情況聯系起來，研究景觀格局隨時間的演替和外界干擾的影響，從而揭示景觀格局與生態過程相互作用的內在規律［2-3］。目前，利用高分辨率遙感、地理信息系統以及景觀生態學等方法開展土地利用和景觀格局變化研究的技術已比較成熟［4-5］。近年來，我國不少研究人員將土地利用的研究方法與景觀格局分析方法相結合，對不同區域不同土地利用類型與景觀格局的變化情況進行分析，業已取得較大進展［6-7］。

黑頸鶴是當今世界上唯一的高原鶴類，是國家一級重點保護野生動物。云南大山包自然保護區是目前黑頸鶴最重要的越冬棲息地之一。大山包獨特的自然環境和特殊的生態系統，是黑頸鶴聚集于此的重要原因。隨著自然保護區的建立和管理的不斷完善，以及人類生產生活方式的變化，其景觀格局和土地利用狀況也不斷變化，但這些變化是否有利于黑頸鶴的保護尚不清楚。筆者認為，土地恢復與保育的目的是維護和改善土地自然資源，增強土地自然資源的功能和利用效率?；诖?，本文以大山包國家級自然保護區為研究對象，利用景觀生態學的原理分析自然保護區內景觀格局的動態演變，探討黑頸鶴適應性的空間動態變化規律，以期為大山包保護區內土地資源的可持續利用、濕地生態系統的恢復與保護、濕地生態環境規劃和管理，以及黑頸鶴適宜生存環境的規劃和保護等提供科學依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

大山包國家級黑頸鶴自然保護區位于云南省昭通市朝陽區西北部，地處云貴高原烏蒙山系的五蓮峰，地理位置103°14′55″—103°23′49″E，27°18′38″—27°29′15″N。該自然保護區最高海拔3 364 m，總面積192 km2。保護區地處低緯度高原面上，屬暖溫性高原季風氣候區，具有冬寒夏涼的特點，年平均氣溫6.2℃，平均無霜期134 d［8］，年日照時數長達2 200～2 300 h［9］，年降水量1 165 mm，屬長江上游金沙江水系。大山包濕地獨特的地理位置和氣候條件，使其保持著功能良好且較完整的生態系統。大山包自然保護區是我國許多珍稀瀕危候鳥重要的停歇地和越冬地，特別是珍稀瀕危物種國家一級保護動物黑頸鶴的越冬棲息地，也是黑頸鶴遷至貴州草海和滇東北等其他越冬地極其重要的中轉集散地［10］。

1.2 數據來源及預處理

本研究所用數據為2期分辨率30 m的Landsat TM遙感影像（2011，2015年）、DEM數據及衍生數據等。首先，借助ArcGIS 10.2以及ENVI5.1對研究區影像進行空間糾正、空間配準、幾何校正、輻射校正、大氣校正等預處理，并利用DEM數據對照對研究區遙感影像進行裁剪，獲得研究區遙感影像圖，為下一步分類做準備。

1.3 研究方法

1.3.1 景觀類型的劃分

景觀分類是景觀格局變化研究的基礎，借鑒國家《土地利用現狀分類》（GB/T21010—2007），依據研究區地物的特征并結合前人研究成果［11］，將研究區土地利用類型劃分為7類:林地、耕地、灌草叢、建筑用地、道路、裸地與水體。按照以上分類標準，對2007年和2015年的遙感影像進行分類，統計斑塊面積和周長。

1.3.2 景觀指數選取

景觀生態學研究的主要手段和基本方法是景觀指數，景觀指數能夠高度濃縮景觀格局的相關信息，被廣泛用于評價景觀結構組成與空間的相關構成變化情況，通過景觀指數可以對景觀的結構組成要素、空間配置情況、動態變化等進行定量研究［12-14］。評價指標的選取對生態系統構成、景觀格局、土地利用類型變化特征等的評估具有非常重要的作用。本文利用Fragstats4.2以及ArcGIS 10.2軟件，基于國內外對景觀指數的研究和研究區實際情況，最后選擇能夠代表研究區景觀格局動態變化的斑塊類型面積（CA）、平均斑塊面積（AREA）、斑塊密度（PD）、斑塊數（NP）、斑塊面積百分比（PLAND）、邊界密度（ED）等指標對生態系統構成及其景觀格局動態演變進行分析，再選取面積變化率（EV）對生態系統的變化進行分析和評價，通過定量化的數據反映研究區景觀格局動態變化特征。指標參數的計算方法［15］以及生態學意義見表1。

表1　景觀格局指數及變化評價指標

2 結果與分析

2.1 土地利用類型變化特征分析

為了更好地說明土地利用類型變化對大山包自然保護區土地資源的影響，采用面積變化率（EV）對大山包自然保護區的土地利用類型變化進行評價（圖1）。不同土地利用類型的面積變化率由大到小依次為灌草叢＞建筑用地＞耕地＞林地＞道路＞裸地＞水體；其中，發生正向變化的有灌草叢、建筑用地、林地和水體，發生負向變化的有耕地、道路和裸地。這表明，隨著國家級自然保護區的建立，研究區內的基礎建設項目不斷增加，在國家退耕還林還草和封山育林政策的指導下，灌草叢、林地面積不斷增加，涵養水源保持水土的作用明顯增強，水體面積也相應增加，這對提高保護區生態環境非常有益，使其更適于黑頸鶴的棲息。裸地、耕地的面積縮減，分析其原因，可能是由于這些土地利用類型被轉變為林地或者其他方式?？傮w來看，上述結果反映出大山包自然保護區的生態恢復初見成效，而且濕地生態系統類型在朝著較好的方向發展。

圖1　不同土地利用類型的面積變化

2.2 生態系統景觀要素分析

利用斑塊類型面積（CA）、斑塊面積百分比（PLAND）、斑塊數（NP）、平均斑塊面積（AREA）4個指標對大山包自然保護區2011年和2015年生態系統構成要素進行評價（表2）。由CA和PLAND可知，研究區2011年和2015年主要土地利用類型均為裸地、林地和灌草叢。2011年占有面積最大的土地利用類型為裸地，占比61.10%，2015年較2011年其比重有所下降，說明裸地有向其他土地利用類型轉換的趨勢，整個保護區的土地利用類型組合方式更加優化。2011年和2015年，大山包自然保護區都具有較高的斑塊數（NP）和較小的平均斑塊面積（AREA），說明該地區景觀破碎化程度較高；2015年NP總數有所增加，表明研究區內景觀連通性變差，景觀類型整體更加破碎化。相對于2011年，2015年研究區域的耕地面積減少，而林地面積增加，說明隨著退耕還林政策的實施和人們保護意識的不斷提高，大山包自然保護區的生態環境得到改善，更加有利于珍稀物種黑頸鶴的保護。

2.3 生態系統景觀格局分析

表2　2011—2015年大山包自然保護區各土地利用類型的要素變化

表3　2011—2015年大山包自然保護區景觀格局變化

景觀格局分析是以景觀幾何特征為基礎，用于描述景觀結構與功能、景觀動態變化過程的方法［16］。由表3可知，與2011年相比，2015年研究區內建筑用地的斑塊密度（PD）和邊界密度（ED）在增加，形狀指數（SHAPE）和聚集度指數（CONTIG）在減少，這說明此類土地利用類型不斷趨于分散，邊界更加復雜。分析其原因，可能是由于在大山包保護區與旅游業相關的商業活動越來越多，促使建筑用地破碎化，邊界更加復雜。灌草叢的CONTIG增加，SHAPE減少，說明其更趨集中，同時邊界趨于簡單。道路的CONTIG和SHAPE均增加，可見在聯通性變好的同時，邊界趨于復雜，主要是由于其在以中心點擴張的同時有向外圍延伸的特點，這也表明隨著社會經濟的發展，人類活動對該地區環境的影響程度在不斷加深。同時，從表3還可以看到，林地、灌草叢和水體的PD，ED都在減少，而CONTIG卻在增加，這是比較良好的發展趨勢，說明這3種土地利用類型的面積不斷增加的過程中，斑塊不斷集中而且邊界更加趨于簡單。

3 小結與討論

大山包國家級黑頸鶴自然保護區是中國西南部江河源區海拔最高的高原濕地生態系統，是許多珍稀瀕危越冬候鳥重要的棲息地和越冬地，保護區內土地自然資源的利用和管理以及生態環境的保護尤為重要。本文基于ArcGIS 10.2，ENVI5.1和Fragstats4.2等軟件平臺，運用景觀生態學的分析手段，從時間和空間2個維度研究保護區內景觀格局的變化規律，結果表明:

從土地利用類型面積變化來看，2011—2015年，大山包國家級自然保護區各土地利用類型的面積均發生了變化，表明其相互之間存在不同程度的轉變，土地利用面積變化率由大到小依次為灌草叢＞建筑用地＞耕地＞林地＞道路＞裸地＞水體，其中，發生正向變化的有灌草叢、建筑用地、林地和水體，發生負向變化的有耕地、道路和裸地。

從景觀格局變化的時間維度來看，2011年和2015年大山包自然保護區內，裸地、林地和灌草叢均為最主要的土地利用類型。2011年和2015年，研究區的斑塊數均較高，而平均斑塊面積較小，表明其景觀破碎化程度較高，景觀比較復雜；相較于2011年，2015年研究區內的NP有所增加，表明研究區景觀連通性并未得到有效改善。具體地，2015年裸地、耕地斑塊總面積有所減少，林地和灌草叢面積有所增加，顯示該地區退耕還林還草、封山育林項目的實施卓有成效。

從景觀格局變化的空間維度來看，相較于2011年，2015年研究區內水體、灌草叢和林地面積增加，面積明顯減少的主要為耕地、道路和裸地。這說明，在生態恢復和退耕還林政策的實施下，大山包國家級自然保護區內耕地和裸地有向灌草叢和林地轉化的趨勢，景觀格局的變化朝著較好的方向發展，這對于自然保護區內黑頸鶴的棲息和生活有重要的保障作用。

對于大山包國家級黑頸鶴自然保護區來說，林地、灌草叢的增加，裸地、耕地的減少，有利于水體面積的增加，有利于黑頸鶴越冬地的保護。今后，應當堅定不移地實施封山育林和退耕還林政策。這不僅需要提高當地民眾的環境保護意識，還要加強對保護區周圍土地的管理，同時制定相關的法律法規來約束附近村民行為，以此來減少各種人為活動對自然保護區的干擾和破壞，保護好珍稀瀕危物種國家一級保護動物黑頸鶴的越冬棲息地。

參考文獻:

［1］ 傅伯杰，陳利頂，馬克明，等.景觀生態學原理及應用［M］.北京:科學出版社，2001.

［2］ 張建香，張勃，尹海霞，等.2000—2011年黃土高原植被景觀格局變化［J］.生態學雜志，2013，32（2）: 452-458.

［3］ 謝國清，魯韋坤.松華壩水庫流域景觀格局及其動態變化研究［J］.云南大學學報（自然科學版），2006，28 （S1）: 194-200.

［4］ HUANGC，ZHANGM，ZOUJ，etal.Changesin land use，climateand theenvironmentduringaperiod ofrapid economic developmentin Jiangsu Province，China［J］.Scienceofthe TotalEnvironment，2015，536: 173-181.

［5］ 何立恒，賈子瑞，王志杰.延安市土地利用/土地覆被格局變化特征［J］.南京林業大學學報（自然科學版），2015，39（6）: 173-176.

［6］ 秦羅義，白曉永，王世杰，等.近40年來貴州普定典型喀斯特高原景觀格局變化［J］.生態學雜志，2014，33 （12）: 3349-3357.

［7］ 盧江林，李陽兵.基于土地利用/覆被變化的貴陽市紅楓湖水源保護區生態風險演變［J］.水土保持研究，2015，22 （6）: 229-233.

［8］ 李嶸，李恒.大山包黑頸鶴國家級自然保護區的植物生態生活型研究［J］.西部林業科學，2012，41（1）: 69-76.

［9］ 吳風志，王金亮，鐘興耀，等.大山包黑頸鶴國家自然保護區濕地資源現狀調查及保護對策［J］.云南地理環境研究，2012，24（2）: 78-82.

［10］ 胡健生，吳金亮，黨承林，等.云南昭通大山包自然保護區越冬黑頸鶴種群生態研究［J］.云南大學學報（自然科學版），2002，24（2）: 140-143.

［11］ 吳健生，曹祺文，石淑芹，等.基于土地利用變化的京津冀生境質量時空演變［J］.應用生態學報，2015，26（11）: 3457-3466.

［12］ 張笑楠，王克林，陳洪松，等.桂西北喀斯特區域景觀結構特征與石漠化的關系［J］.應用生態學報，2008，19 （11）: 2467-2472.

［13］ 鄔建國.景觀生態學:格局、過程、尺度與等級［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［14］ 恭映璧，胡曰利.長沙市城市濕地景觀格局空間梯度變化的分析［J］.中南林業科技大學學報，2012，32（12）: 1-6.

［15］ 李雪冬，楊廣斌，張旭亞，等.基于RS和GIS的喀斯特山區生態系統構成與格局及轉化分析:以貴州畢節地區為例［J］.中國巖溶，2014，33（1）: 82-90.

［16］ 趙陽，余新曉，賈劍波，等.紅門川流域土地利用景觀動態演變及驅動力分析［J］.農業工程學報，2013，29（9）: 239-248.

（責任編輯：高 峻）

中圖分類號：S759.94

文獻標志碼：A

文章編號：0528-9017（2016）06-0951-04

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160646

收稿日期:2016-02-26

作者簡介:楊民英（1990—），女，陜西延安人，在讀碩士研究生，主要從事喀斯特與水環境研究，E-mail: sxyangminying@163.com。