孔梅，孟祥亮，高潔，王琦

(1.山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟(jì)南 250101；2.山東省國土空間數(shù)據(jù)和遙感技術(shù)中心，山東 濟(jì)南 250101)

自然保護(hù)區(qū)是指對有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布區(qū)、有特殊意義的自然遺跡等保護(hù)對象所在的陸地、陸地水體或者海域，依法劃出一定面積予以特殊保護(hù)和管理的區(qū)域[1]，是生物多樣性[2]天然貯存庫、開展科學(xué)研究的天然實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)行宣傳教育的自然博物館和合理開發(fā)利用自然資源的示范基地，具有保護(hù)、科研、文化和教育等多方面的職能[3]。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，保護(hù)與開發(fā)的矛盾日益突出，自然保護(hù)區(qū)范圍縮小[4]，生境破碎化、生物多樣性流失等問題受到高度關(guān)注。自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外學(xué)者針對自然保護(hù)區(qū)人類活動進(jìn)行了相關(guān)研究探討，Peter[5]研究了旅游對Perinet自然保護(hù)區(qū)環(huán)境、野生動物的影響；Mcdonald[6]分析了城市化對保護(hù)區(qū)和生物多樣性的影響；劉曉曼[7]等構(gòu)建了自然保護(hù)區(qū)人類活動天地一體化評價(jià)體系；文獻(xiàn)[8-10]分別對沅江源、嶗山、米亞羅等自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了遙感監(jiān)測。目前保護(hù)區(qū)人類活動研究多集中于單個(gè)保護(hù)區(qū)，在省級尺度上全面開展自然保護(hù)區(qū)評價(jià)研究工作鮮有報(bào)道。因此開展省級自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測，全面、系統(tǒng)地調(diào)查評估省級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況是十分必要的。

現(xiàn)以山東省省級自然保護(hù)區(qū)為研究對象，采用2018年高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)，提取保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動信息，分析人類活動對保護(hù)區(qū)的影響，為自然保護(hù)區(qū)日常監(jiān)管和中央環(huán)境保護(hù)督查等提供技術(shù)支持和問題線索。

1 研究區(qū)概況

山東省是我國重要的沿海省份之一，地處黃河下游，瀕臨渤海與黃海，地理范圍北緯34°22.9′—38°24.01′、東經(jīng)114°47.5′—122°42.3′，屬于北半球中緯度地帶。其自然保護(hù)區(qū)建設(shè)始于20世紀(jì)80年代初期，1980—2018年，山東省已建設(shè)各級各類自然保護(hù)區(qū)78個(gè)，初步形成了布局基本合理、類型比較齊全、功能漸趨完善的自然保護(hù)區(qū)體系[11]，其中省級自然保護(hù)區(qū)38個(gè)。

2 研究方法

2.1 監(jiān)測區(qū)域

以山東省34個(gè)省級自然保護(hù)區(qū)為研究對象，監(jiān)測總面積5 446.48 km2。監(jiān)測類型包括森林生態(tài)類、海洋海岸類、內(nèi)陸濕地類、野生動物類和地質(zhì)遺跡類等5種類型，其數(shù)量分別為21，6，4，1和2個(gè)，其面積分別為213 255，20 499，136 442，173 100和1 350 hm2。監(jiān)測的保護(hù)區(qū)主要分布在山東半島地區(qū)和魯中丘陵區(qū)。

2.2 數(shù)據(jù)源

使用的高分一號和二號數(shù)據(jù)為GF-1 和GF-2 PMS傳感器數(shù)據(jù)，全色分辨率分別為2和1 m，共計(jì)198景影像，獲取時(shí)間為2018年的5—10月，云量要求單景影像平均云量<10%，受人為干擾影響比較小的區(qū)域可適當(dāng)放寬到20%，而受人為干擾影響比較大的區(qū)域要求盡量沒有云覆蓋；同時(shí)要求影像盡量避免拉伸、斷線等。首先對影像進(jìn)行波段組合、幾何精校正、圖像鑲嵌與圖像裁切等預(yù)處理。

2.3 技術(shù)路線

以高分辨率衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源,采用面向?qū)ο蠛湍恳暸凶x相結(jié)合的方法,提取保護(hù)區(qū)內(nèi)各項(xiàng)人類活動信息。利用地理信息系統(tǒng)(GIS)空間分析方法,獲取不同類型人類活動的位置、面積、數(shù)量、百分比和所在功能分區(qū)等信息。

根據(jù)遙感提取的人類活動信息,采用現(xiàn)場調(diào)查與無人機(jī)航拍相結(jié)合的方法進(jìn)行實(shí)地核查驗(yàn)證。根據(jù)地面核查結(jié)果,對解譯過程中漏判的人類活動類型,進(jìn)行補(bǔ)充,對錯(cuò)判、誤判的人類活動類型進(jìn)行屬性修改。最后,通過建立模型,對保護(hù)區(qū)的人類活動影響程度進(jìn)行評價(jià)。

2.4 自然保護(hù)區(qū)人類活動評價(jià)模型

根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ 192—2015)和《自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測技術(shù)指南(試行)》[12]，自然保護(hù)區(qū)人類活動分為農(nóng)業(yè)用地、居民點(diǎn)、工礦用地、采石場、能源設(shè)施、旅游設(shè)施、交通設(shè)施、養(yǎng)殖場、道路和其他人工設(shè)施等10類。評價(jià)模型如下。

NRHI=(a1b1x1+a2b2x2+……+aibixi)/x

式中：NRHI——自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù)；

xi——人類活動類型的面積，hm2；

x——自然保護(hù)區(qū)的總面積，hm2；

ai和bi——權(quán)重。

ai根據(jù)每一類人類活動斑塊所在的功能區(qū)來確定，核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)的人類活動影響權(quán)重依次確定為0.6、0.3、0.1；bi根據(jù)不同人類活動類型對自然保護(hù)區(qū)的影響程度來確定[12]，工礦用地、采石場、能源設(shè)施、旅游設(shè)施、交通設(shè)施、其他人工設(shè)施、養(yǎng)殖場、農(nóng)田、居民點(diǎn)權(quán)重分別為0.21，0.19，0.19，0.17，0.11，0.07，0.02，0.02和0.02。

3 結(jié)果與分析

3.1 自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)衛(wèi)星影像的色調(diào)、形狀、位置、大小、陰影、紋理等提取保護(hù)區(qū)人類活動信息，并對解譯結(jié)果進(jìn)行野外核查。核查范圍遍及保護(hù)區(qū)5種類型，共選取核查點(diǎn)位956個(gè)，拍攝數(shù)碼照片1 724幅。從核查結(jié)果來看，自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感解譯精度較高，全部核查點(diǎn)位的正確率為87.3%，通過此次核查，有效地發(fā)現(xiàn)了多處遙感解譯過程中出現(xiàn)的誤判，并及時(shí)、準(zhǔn)確地對解譯結(jié)果進(jìn)行了修正。

統(tǒng)計(jì)分析2018年34個(gè)省級自然保護(hù)區(qū)人類活動信息，見圖1，得出人類活動土地利用總數(shù)量為11 605處，人類活動總面積占保護(hù)區(qū)總面積的22.2%。

圖1 2018年省級自然保護(hù)區(qū)人類活動分布

不同類型的自然保護(hù)區(qū)，其人類活動面積差別較大，見圖2。森林生態(tài)類、內(nèi)陸濕地類、地質(zhì)遺跡類、海洋海岸類和野生動物類保護(hù)區(qū)人類活動面積占該類保護(hù)區(qū)總面積的比例分別為23.0%，52.0%，34.6%，1.4%和0.2%，以內(nèi)陸濕地類保護(hù)區(qū)人類活動面積比例最大，野生動物類最小，這與野生動物類保護(hù)區(qū)僅有1個(gè)且保護(hù)區(qū)大部分位于海洋有關(guān)。人類活動平均斑塊面積以內(nèi)陸濕地類為最大，其次是野生動物類、森林生態(tài)類，海洋海岸類平均斑塊面積最小。

圖2 典型保護(hù)區(qū)(嶗山)人類活動分布

不同類型的自然保護(hù)區(qū)，其人類活動影響因子差異較大，見圖3。森林生態(tài)類和地質(zhì)遺跡類保護(hù)區(qū)人類活動以農(nóng)業(yè)用地為主，內(nèi)陸濕地類保護(hù)區(qū)人類活動以養(yǎng)殖場為主，海洋海岸類保護(hù)區(qū)以居民點(diǎn)和農(nóng)業(yè)用地為主，野生動物類保護(hù)區(qū)人類活動以居民點(diǎn)為主。采石場、交通設(shè)施、旅游設(shè)施等人類活動面積比例相對較小。

圖3 各類型自然保護(hù)區(qū)人類活動影響因子占比

3.2 自然保護(hù)區(qū)人類活動影響評價(jià)結(jié)果

通過人類活動影響評價(jià)模型，得到34個(gè)保護(hù)區(qū)的NRHI為0～0.013 68。根據(jù)NRHI將研究區(qū)內(nèi)34個(gè)保護(hù)區(qū)的人類活動影響程度劃分為5個(gè)等級：劇烈(NRHI>0.008)、明顯(0.003

圖4 2018年省級自然保護(hù)區(qū)人類活動分影響指數(shù)分布

由圖4可見，不同類型保護(hù)區(qū)受到人類活動干擾程度有所不同。內(nèi)陸濕地類保護(hù)區(qū)平均NRHI為0.005 53，影響程度明顯，是受到人類干擾程度最為嚴(yán)重的保護(hù)區(qū)類型；其次是地質(zhì)遺跡類，平均NRHI為0.004 76；森林生態(tài)類保護(hù)區(qū)平均NRHI為0.001 03，受人類干擾較小，這也是山東省數(shù)量最多的保護(hù)區(qū)類型；海洋海岸類和野生動物類，平均NRHI分別為0.000 07和0.000 005，受人類活動影響輕微。

4 結(jié)論

山東省不同類型的省級自然保護(hù)區(qū)人類活動土地利用面積比例不同，主要影響因子差異明顯，以農(nóng)業(yè)用地、居民點(diǎn)和養(yǎng)殖場為主，采石場、能源設(shè)施、旅游設(shè)施等相對面積較小。不同類型保護(hù)區(qū)受到人類活動干擾程度有所不同，內(nèi)陸濕地類保護(hù)區(qū)是受到人類干擾程度最為嚴(yán)重的保護(hù)區(qū)類型，其次是地質(zhì)遺跡類，受人類活動影響較小的為海洋海岸類和野生動物類。