河北省自然保護地人類活動遙感動態監測

欒卓然

(河北地質大學，石家莊 050031)

習近平總書記在致首屆國家公園論壇的賀信中指出：“生態文明建設對人類文明進步具有十分重大意義。近年來，中國堅持綠水青山就是金山銀山的理念，……，目的是保持自然生態系統的原真性和完整性，保護生物多樣性，保護生態安全屏障，給子孫后代留下珍貴資產。這是中國推進自然生態保護、建設美麗中國、促進人與自然和諧共生的一項舉措。”習近平總書記還在全國生態環境保護大會上和在視察祁連山生態環境恢復和保護等多處工作時強調了對自然資源和生態環境保護工作的關注和重視[1]。

加強自然保護地的保護是我國自然資源和生態環境保護工作重要內容之一。利用遙感監測方法對自然保護地進行監管和保護，提高對自然保護地的監管和保護工作質量，已經成為一種行之有效的方法。崔文連等應用SPOT-5融合影像(空間分辨率2.5m)和2009年Rapid Eye影像(空間分辨率5m)，對嶗山自然保護區2003年和2009年人類活動進行了監測與評價[2]。原環境保護部組織衛星環境應用中心對國家級自然保護區進行了人類活動遙感監測，基本摸清了2013—2015年人類活動的狀況及其動態變化[3]。江東等(2016)針對靈武白芨灘自然保護區常見的6種人類活動干擾類型，選取Landsat-8和GF-1等多種影像進行了人類活動干擾信息識別[4]。張彥敏等(2018)應用SPOT5分辨率為10m和2.5m的中高精度遙感影像對天津市范圍的2014 年和2017年的自然保護區人類活動狀況進行了監測[5]。2019年，羅儀寧等對陜西省省級自然保護區進行了遙感監測[6]。國產高分辨率衛星GF-1和GF-2的發射和應用為開展自然保護地人類活動監測工作提供了快捷方便的數據源。

河北省自然保護地具有數量多、種類多、分布廣、面積大的特點，高分辨率國產衛星的應用為進行人類活動監測提供了可能。本文分別選用2017年和2018年的GF-1、GF-2、ZY-3和ZY-02C的衛星圖像作為數據源對河北省國家級和省級自然保護地人類活動進行遙感監測，為生態環境保護相關工作提供及時、準確的信息和依據。

1 工作區概況

工作區范圍為河北省39個省級及以上自然保護地，包括13個國家級自然保護地和26個省級自然保護地，總面積約為6757平方千米。其中國家級自然保護地包括霧靈山、紅松洼、灤河上游、塞罕壩、茅荊壩、小五臺山、泥河灣、大海陀、黃金海岸、柳江盆地、衡水湖、駝梁和青崖寨保護地；省級自然保護地包括漫山、嶂石巖、南寺掌、灤河源草地生態系統、豐寧古生物化石、御道口、遼河源、千鶴山、寬城都山、白草洼、六里坪、北大山、黃羊灘、菩提島諸島、曹妃甸濕地與鳥類、白洋淀濕地、金華山-橫嶺子褐馬雞、銀河山、大茂山、摩天嶺、黃驊古貝殼堤、南大港濕地和鳥類、小山火山地質遺跡、海興濕地和鳥類、三峰山和青龍都山保護地。河北省自然保護地位置分布示意圖詳見圖1。

2 數據源及工作方法

本項研究數據源應用GF-1衛星圖像113景、GF-2衛星圖像113景、ZY-3衛星圖像15景、ZY-02C衛星圖像4景，合計衛星圖像245景。衛星圖像采集面積約6757平方千米，實現河北省39個省級及以上自然保護地內全覆蓋(表1)。

圖1 河北省自然保護地位置分布示意圖

表1 衛星圖像收集統計表

對采集的原始衛星圖像進行正射校正、融合等處理，提高衛星圖像對比精度；依據《自然保護區人類活動遙感監測及核查處理辦法(試行)》和2017年遙感影像，解譯2017年河北省自然保護地人類活動信息作為基礎庫。提取對象包括農業用地、居民點、工礦用地、采石場、能源設施、旅游設施、交通設施、養殖場、道路和其他人工設施。通過對比2017年和2018年衛星圖像，提取人類活動動態變化信息。

3 監測結果與分析

3.1 自然保護地人類活動總體狀況

2018年，河北省39個自然保護地中均存在不同程度的人類活動，共有人類活動19130處，按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計后，共有19100處，總面積94148.34公頃，占自然保護地總面積的13.95%。其中遼河源人類活動最多，數量達到2095處，人類活動面積為2356.02公頃，占遼河源自然保護地總面積的5.07%；其次為摩天嶺、白洋淀、灤河上游和嶂石巖，人類活動數量均在1000處以上，人類活動面積均在1300公頃以上；古貝殼堤、大茂山、青龍都山和霧靈山等自然保護地人類活動數量較少，均在50處以下，人類活動面積均小于10公頃。

3.2 不同類型人類活動情況

河北省自然保護地人類活動包括采石場、工礦用地、能源設施、交通設施、旅游設施、養殖場、居民點、農業用地、道路和其他人工設施，共10種類型。從數量上看，農業用地和居民點數量較多，分別達到8414處和5941處，占河北省自然保護地人類活動總數的43.98%和31.06%；從面積來看，農業用地和養殖場分布較大，分別為60793.36公頃和24336.19公頃，占河北省自然保護地人類活動總面積的64.57%和25.85%。總體來看，2018年河北省自然保護地人類活動類型以農業用地、居民地和養殖場為主，其次為其他人工設施、工礦用地和能源設施，而道路、采石場、旅游設施和交通設施相對較少。河北省自然保護地不同類型人類活動總體情況見圖2和圖3(本節文中和圖2中人類活動數量未按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計)。

圖2 2018年河北省自然保護區人類活動類型數量統計

圖3 2018年河北省自然保護區人類活動類型面積統計

從人類活動的分布來看，14個自然保護地有采石場、24個有道路、34個有工礦用地、1個有交通設施、38個有居民點、16個有旅游設施、8個有能源設施、38個有農業用地、39個有其他人工設施、13個有養殖場。

3.3 不同功能區人類活動情況

按不同功能區統計，核心區、緩沖區和實驗區均存在不同程度的人類活動。實驗區內人類活動最為明顯，其次為緩沖區，核心區人類活動最少。

2018年，人類活動主要分布在實驗區，所有自然保護地的實驗區均有人類活動，總面積57299.49公頃、總數量11389處，分別占河北省自然保護地人類活動總量的60.86%和59.53%。緩沖區有36個自然保護地存在人類活動，總面積18595.52公頃、總數量4009處，分別占河北省自然保護地人類活動總量的19.75%和20.96%；3個自然保護地的緩沖區無人類活動，分別為大茂山、青龍都山和霧靈山。有36個自然保護地的核心區存在人類活動，總面積18253.33公頃、總數量3732處，分別占河北省自然保護地人類活動總量的19.39%和19.51%；有3個自然保護地的核心區無人類活動，分別為灤河源、紅松洼和青龍都山。河北省自然保護地不同功能區不同類型人類活動數量情況見圖4、圖5和圖6(本節文中和圖4、圖5、圖6人類活動數量未按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計)。

圖4 2018年河北省自然保護地核心區不同人類活動數量和面積

圖5 2018年河北省自然保護地緩沖區不同人類活動數量和面積

圖6 2018年河北省自然保護地實驗區不同人類活動數量和面積

3.4 動態監測結果

3.4.1 自然保護地人類活動變化總體情況

通過2017—2018年河北省自然保護地人類活動遙感監測工作，發現新增和規模擴大的人類活動數量分別為36處和51處，總計87處。按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計，發現新增和規模擴大的人類活動數量分別為27處和30處，總計57處；面積分別為32.76公頃和26.73公頃，總計59.49公頃，共占河北省自然保護地監測面積的0.088‰。在所監測的39個自然保護地中，有17個存在新增或規模擴大的人類活動，占比43.59%。其中國家級自然保護地3個，占比23.07%，省級自然保護地14個，占比53.85%。

3.4.2 不同類型人類活動變化情況

2017—2018年，河北省自然保護地新增或規模擴大的人類活動包括采石場、工礦用地、能源設施、旅游設施、養殖場、居民點、農業用地、道路和其他人工設施，共9種類型。其中以其他人工設施、道路和工礦用地為主，數量分別達到41處、9處和10處，按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計，數量分別達到25處、8處和8處，分別占河北省自然保護地人類活動變化總數量的43.86%、14.04%和14.04%；面積分別為26.6公頃、16.74公頃和5.33公頃，占河北省自然保護地人類活動變化總面積的44.71%、28.13%和8.95%。綜合分析可知：新增或規模擴大的人類活動以開發建設和旅游活動為主。

3.4.3 不同功能區人類活動變化情況

2017—2018年，新增或規模擴大的人類活動主要分布在實驗區。實驗區新增或規模擴大的人類活動總面積32.09公頃、總數量40處，按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計，共有33處，分別占河北省自然保護地新增或規模擴大的人類活動總量的53.94%、45.98%和57.89%。緩沖區新增或規模擴大的人類活動總面積16.96公頃、總數量29處，按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計，共有13處，分別占河北省自然保護地新增或規模擴大的人類活動總量的28.52%、33.33%和22.81%。核心區新增或規模擴大的人類活動總面積10.44公頃、總數量18處，按空間聚集度將同一區域的分散圖斑進行合并統計，共有11處，分別占河北省自然保護地新增或規模擴大的人類活動總量的17.55%、20.69%和19.30%。將每處自然保護地的變化圖斑制作成相應的典型人類活動遙感影像圖，結果如圖7所示。

圖7 2017—2018年某些自然保護區典型人類活動遙感影像圖

3.5 人類活動對自然保護地的影響評價

統計不同功能區每種人類活動的面積、數量和百分比，分析河北省自然保護地人類活動分布狀況及規律。根據分布面積、分布區域、影響對象、影響范圍等，對人類活動造成的影響進行評價。

評價方法：依據《自然保護區人類活動遙感監測技術指南(試行)》和自然保護區人類活動監測結果，計算自然保護地人類活動影響指數并進行分級，對全國(省區市、區域)內的自然保護區人類活動影響進行評價。評價模型公式如下：

NRHI=(a1b1x1+a2b2x2+……+

aibixi)/x

其中，NRHI為自然保護地人類活動影響指數，xi為人類活動類型的面積，x為自然保護地的總面積。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地的影響程度來確定，按規范要求確定ai與bi的權重值。

根據河北省39個自然保護地的NRHI數值統計特征，將NRHI值大于0.005的劃分為劇烈影響，NRHI值在0.005～0.003區間內的劃分為明顯影響，NRHI值在0.003～0.001區間內的劃分為較明顯影響，NRHI值在0.001～0.0001區間內的劃分為較小影響，NRHI值小于0.0001的劃分為輕微影響。依據此劃分方法將河北省自然保護地2018年人類活動的影響程度劃分為劇烈、明顯、較明顯、較小、輕微5個等級，數量分別為2處、4處、5處、22處和6處，分別占河北省自然保護地總數的5%、10%、13%、57%和15%。經過綜合分析發現，河北省自然保護地人類活動的影響程度與人口密度及經濟發展基礎狀況密切相關，總體上呈平原區人類活動大于山區、東部沿海地區人類活動大于中、西部地區，沿海沿河沿湖開發基礎較好地區自然保護地人類活動影響較大的特點。河北省各自然保護地人類活動的影響指數和影響程度分類統計模擬情況如圖8所示。

圖8 河北省自然保護區2018年人類活動影響指數和不同影響程度分類統計情況圖

4 結 論

(1)河北省自然保護地發生新增或規模擴大的人類場地共57處，總面積為0.5949平方千米，占自然保護地總面積的0.088‰。人類活動類型主要有其他人工設施、道路和工礦用地等，以開發建設和旅游活動為主；(2)總體而言，河北省人類活動對自然保護地的影響程度以較小的為主，影響劇烈的僅有2處；(3)人類活動的影響程度與自然保護地周邊的人口密集程度有關，總體上呈平原區人類活動大于山區、東部沿海地區人類活動大于中、西部地區，沿海沿河沿湖開發基礎較好地區自然保護地人類活動影響較大的特點；(4)采用遙感技術手段全面監測掌握自然保護地內人類活動的空間分布和動態變化是一項快捷有效的手段，可以為自然保護地管理部門進行生態環境監管提供技術支撐和科學依據。