孫立娥,汪進(jìn)生,王明麗

(山東省青島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,山東 青島 266003)

嶗山省級自然保護(hù)區(qū)于2000年11月經(jīng)山東省人民政府批準(zhǔn)設(shè)立(魯政字〔2000〕309號),是中國同緯度地區(qū)植物種類最多、植物區(qū)系成分最復(fù)雜的地帶,是以保護(hù)“森林生態(tài)系統(tǒng)”為主的“自然生態(tài)系統(tǒng)類”保護(hù)區(qū),具有很高的自然生態(tài)保護(hù)和科研價值[1-2]。

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,保護(hù)區(qū)受人類活動的影響也越來越明顯,國內(nèi)許多學(xué)者針對人類活動對自然保護(hù)區(qū)的影響評價方面開展了相關(guān)工作。在對山東省內(nèi)自然保護(hù)區(qū)的相關(guān)研究方面,崔文連等[1]基于2003年和2009年的高分遙感數(shù)據(jù),對嶗山自然保護(hù)區(qū)的人類活動開展了遙感監(jiān)測與評價工作;孔梅等[3]基于2018年的高分遙感影像數(shù)據(jù),對山東省34個省級自然保護(hù)區(qū)的人類活動開展了遙感監(jiān)測與評價工作;宋擁軍等[4]以基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測為基礎(chǔ),對山東省42個省級以上自然保護(hù)區(qū)開展了人類活動狀況的監(jiān)測分析和研究工作。對其他自然保護(hù)區(qū)的研究方面,楊德彬[5]、吳東輝等[6]、方懿等[7]、劉曉龍等[8]、駱蒙蒙[9]分別對五大連池自然保護(hù)區(qū)、可可西里國家級自然保護(hù)區(qū)、四川米亞羅省級自然保護(hù)區(qū)、納板河國家級自然保護(hù)區(qū)、寧夏沙坡頭自然保護(hù)區(qū)開展了人類活動干擾狀況遙感監(jiān)測分析;劉曉曼等[10]分析了全國446個國家級自然保護(hù)區(qū)人類活動及變化情況,并評估了2013—2015年人類活動變化強(qiáng)度和規(guī)律。

2019年11月4日,嶗山省級自然保護(hù)區(qū)范圍和功能區(qū)調(diào)整方案獲山東省人民政府批復(fù)(魯政字〔2019〕201號),范圍調(diào)整涉及15個地塊,功能區(qū)調(diào)整涉及23個地塊。調(diào)整后保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動分布及影響情況如何,目前尚未有研究。本研究基于高分辨率遙感數(shù)據(jù),提取調(diào)整后的保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動的類型及其分布,利用人類活動評價模型,評價保護(hù)區(qū)及各功能區(qū)的人類活動影響程度,為生物多樣性保護(hù)和生態(tài)保護(hù)監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)資料

1.1 區(qū)域概況

嶗山省級自然保護(hù)區(qū)位于山東省青島市嶗山區(qū)境內(nèi),地處山東半島東南沿海,保護(hù)區(qū)總面積31 526 hm2,其中,核心區(qū)面積為7 542 hm2,緩沖區(qū)面積為8 924 hm2,實驗區(qū)面積為15 060 hm2。

1.2 遙感數(shù)據(jù)

本研究以高分二號衛(wèi)星遙感影像為主,高分一號為輔,結(jié)合天地圖影像數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取。4景高分二號影像數(shù)據(jù)成像日期為2021年3月4日(1景)、3月24日(3景),2景高分一號影像數(shù)據(jù)成像日期為5月27日。上述影像在研究區(qū)域無云覆蓋,圖像質(zhì)量良好,各衛(wèi)星傳感器參數(shù)見表1:

表1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究中的高分一號影像數(shù)據(jù)由山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心提供,已完成幾何精校正,需進(jìn)行融合處理;高分二號影像數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù),需進(jìn)行正射校正、圖像融合和幾何精校正處理。

1.3.1 正射校正

利用圖像處理軟件對高分二號全色多光譜圖像進(jìn)行正射校正。經(jīng)校正后,多光譜與全色正射結(jié)果在視覺上無偏差、疊合很好。但與幾何精校正的高分影像疊合后,尚有一定的偏移誤差,因此,在完成全色多光譜圖像融合后,需進(jìn)一步對高分二號圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正。

1.3.2 圖像融合

多光譜數(shù)據(jù)可顯示地物色彩,但分辨率較低;全色圖像具有高分辨率,但因其是單通道,不能顯示地物色彩。因此,本研究分別對高分一號、高分二號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像融合,得到既有高分辨率的全色圖像又有多波段圖像彩色信息的圖像。

1.3.3 幾何精校正

對高分二號融合后圖像進(jìn)行幾何精校正,參考影像選擇中國環(huán)境監(jiān)測總站精校正后的2017年的高分影像,因本次獲取的高分二號影像幾何形變嚴(yán)重,在有些區(qū)域校正精度未控制在兩個像元內(nèi)。因此在信息提取過程中,結(jié)合了天地圖遙感影像數(shù)據(jù)作為參考。進(jìn)行預(yù)處理后的遙感影像如圖1所示:

圖1 嶗山省級自然保護(hù)區(qū)衛(wèi)星遙感影像

2 調(diào)查評價方法

2.1 自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部《自然保護(hù)地人類活動遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ 1156—2021)[11]中人類活動的分類系統(tǒng),以高分一號、高分二號等國產(chǎn)高分遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合天地圖,利用人機(jī)交互目視解譯的方法,提取嶗山省級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的工礦用地、農(nóng)田、居民區(qū)、道路等人類活動類型分布數(shù)據(jù),將人類活動干擾圖層和保護(hù)區(qū)功能分區(qū)圖層空間疊加,得到自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)內(nèi)各種人類活動類型的空間分布、面積及其比例[12]。

2.2 自然保護(hù)區(qū)人類活動影響評價模型

2021年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《自然保護(hù)地人類活動遙感監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ 1156—2021),主要監(jiān)測目標(biāo)為人類活動的變化,沒有對人類活動的遙感評價部分,因此,本次監(jiān)測的評價方法參考原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測技術(shù)指南(試行)》[13]。

在監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)上,根據(jù)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)工礦、農(nóng)田、居民點等人類活動的面積,計算自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù),根據(jù)各人類活動斑塊所在的功能區(qū)及其對自然保護(hù)區(qū)的干擾程度確定權(quán)重。

式中:NRHI——自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù);xi——自然保護(hù)區(qū)人類活動類型的面積;x——自然保護(hù)區(qū)的總面積[13-15]。ai和bi為權(quán)重,其中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)、實驗區(qū)賦值分別為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,工礦用地、采石場、能源設(shè)施、旅游用地、交通設(shè)施、其他人工設(shè)施賦值分別為0.21,0.19,0.19,0.17,0.11,0.07,養(yǎng)殖場、農(nóng)田和居民點賦值均為0.02。

3 人類活動遙感監(jiān)測與評價結(jié)果

3.1 人類活動遙感影像特征

在自然保護(hù)區(qū)內(nèi),人類為了生存發(fā)展和提升生活水平,開展的一系列具有一定規(guī)模、對環(huán)境會產(chǎn)生一定影響的生產(chǎn)、生活活動[16],包括居民點、旅游開發(fā)、交通開發(fā)、農(nóng)業(yè)開發(fā)等。嶗山省級自然保護(hù)區(qū)各項人類活動在遙感影像上的特征如圖2所示:

圖2 嶗山省級自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感影像特征

3.2 人類活動遙感監(jiān)測結(jié)果

利用人機(jī)交互的方法對嶗山省級自然保護(hù)區(qū)各種人類活動影響信息進(jìn)行提取,得到保護(hù)區(qū)內(nèi)各種人類活動的面積,見圖3。結(jié)果表明:嶗山省級自然保護(hù)區(qū)人類活動面積共計2 088.25 hm2,占保護(hù)區(qū)總面積的6.62%。保護(hù)區(qū)內(nèi)的人類活動類型以農(nóng)業(yè)開發(fā)為主,占保護(hù)區(qū)總面積的4.49%,其他依次為居民點與其他活動、交通開發(fā)、工業(yè)開發(fā),分別占比1.02%,0.75%,0.35%,旅游開發(fā)占比為0.01%,對保護(hù)區(qū)的影響較小。未監(jiān)測到礦產(chǎn)資源開發(fā)、能源開發(fā)和養(yǎng)殖開發(fā)等建設(shè)活動。

圖3 嶗山省級自然保護(hù)區(qū)各類型人類活動面積

將嶗山省級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的人類活動圖層和功能分區(qū)圖層進(jìn)行空間疊加,得到保護(hù)區(qū)內(nèi)核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)的各人類活動面積分布,如圖4所示。

由圖4可以看出:人類活動對保護(hù)區(qū)的影響主要分布在實驗區(qū),其次是緩沖區(qū),核心區(qū)受影響較小;實驗區(qū)內(nèi)人類活動以農(nóng)業(yè)開發(fā)為主,其后依次為居民點與其他活動、交通開發(fā)、工業(yè)開發(fā)和旅游開發(fā);緩沖區(qū)內(nèi)以農(nóng)業(yè)開發(fā)為主,其后依次為交通開發(fā)、居民點與其他活動、旅游開發(fā)和工業(yè)開發(fā);核心區(qū)內(nèi)以農(nóng)業(yè)開發(fā)為主,其后依次為交通開發(fā)和居民與其他活動,無工業(yè)和旅游開發(fā)。

圖4 各功能區(qū)內(nèi)各類型人類活動面積

3.3 人類活動影響指數(shù)評價結(jié)果

利用人類活動評價模型,對嶗山省級自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù)(NRHI)進(jìn)行計算,結(jié)果如表2所示:

表2 2021年嶗山省級自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù)

根據(jù)指南的要求,由于各保護(hù)區(qū)人類活動類型、數(shù)量差異較大,人類活動影響程度分級范圍需根據(jù)各地自然保護(hù)區(qū)實際情況自行確定,針對山東省省級自然保護(hù)區(qū)人類活動的研究[3]表明:山東省省級自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù)介于0～0.0136 8之間,并根據(jù)34個保護(hù)區(qū)的人類活動影響指數(shù)(NRHI)情況劃分出了5個等級的分級范圍:劇烈(NRHI＞0.008)、明顯(0.003＜NRHI≤0.008)、較明顯(0.001＜NRHI≤0.003)、一般(0.000 5＜NRHI≤0.001)和 輕 微(0＜NRHI≤0.000 5),本次評價參考以上分級范圍。

嶗山省級自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù)為0.000 35,受人類活動影響程度等級為“輕微”。各功能分區(qū)的影響評價結(jié)果顯示,核心區(qū)受人類活動影響程度等級為“輕微”,人類活動非常少;緩沖區(qū)受人類活動影響程度等級為“一般”,以農(nóng)田、居民點和道路等為主,基本無開發(fā)建設(shè)活動;實驗區(qū)受人類活動影響程度等級為“明顯”,人類活動類型和數(shù)量均較多,開發(fā)建設(shè)活動明顯,影響強(qiáng)度大。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

基于2021年的高分一號、高分二號遙感影像,結(jié)合天地圖,采用遙感分類解譯的方法,提取了嶗山省級自然保護(hù)區(qū)的各種人類活動信息,并進(jìn)行人類活動影響評價,結(jié)果表明:

(1)嶗山省級自然保護(hù)區(qū)人類活動面積共計2 088.25 hm2,占保護(hù)區(qū)總面積的6.62%。保護(hù)區(qū)內(nèi)的人類活動類型以農(nóng)業(yè)開發(fā)為主,占保護(hù)區(qū)總面積的4.49%,其他依次為居民點與其他活動、交通開發(fā)、工業(yè)開發(fā),分別占比1.02%,0.75%,0.35%,旅游開發(fā)占比為0.01%,對保護(hù)區(qū)的影響較小。未監(jiān)測到礦產(chǎn)資源開發(fā)、能源開發(fā)和養(yǎng)殖開發(fā)等建設(shè)活動。

(2)嶗山省級自然保護(hù)區(qū)人類活動影響指數(shù)為0.000 35,依據(jù)國家技術(shù)指南評價,整體受人類活動影響輕微。從功能分區(qū)看,人類活動對保護(hù)區(qū)的影響主要分布在實驗區(qū),其次為緩沖區(qū)、核心區(qū)。實驗區(qū)人類活動類型和數(shù)量均較多,開發(fā)建設(shè)活動明顯,受人類活動影響強(qiáng)度大;緩沖區(qū)以農(nóng)田、居民點和道路等為主,基本無開發(fā)建設(shè)活動,受人類活動影響一般;核心區(qū)人類活動非常少,影響輕微。

4.2 建議

4.2.1 加強(qiáng)實驗區(qū)保護(hù),提高生態(tài)功能價值

加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)紅線面積、功能、性質(zhì)和管理實施情況的監(jiān)控,強(qiáng)化部門協(xié)同合作,遵循“在保護(hù)中開發(fā),開發(fā)促進(jìn)保護(hù)”原則,做到景區(qū)規(guī)劃與生態(tài)保護(hù)融合并進(jìn),以生態(tài)建設(shè)為目標(biāo),協(xié)調(diào)發(fā)展生態(tài)旅游,增強(qiáng)生態(tài)效益,提高保護(hù)區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能價值,實現(xiàn)省級自然保護(hù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2.2 完善生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),提高綜合評估能力

加快構(gòu)建完善與生態(tài)保護(hù)監(jiān)管相匹配的生態(tài)監(jiān)測與評估體系,開展自然保護(hù)區(qū)遙感調(diào)查與各類生態(tài)保護(hù)成效的常態(tài)化監(jiān)測評估。落實國家和省級生態(tài)保護(hù)監(jiān)管政策標(biāo)準(zhǔn)體系,建立“國家—省—市”三級縱向、省內(nèi)區(qū)域及城市間橫向的遙感等監(jiān)測數(shù)據(jù)共享機(jī)制,提升數(shù)據(jù)的全天候獲取、集成管理與深度挖掘能力,強(qiáng)化數(shù)據(jù)綜合分析和高效反饋支撐管理效能。

4.2.3 加強(qiáng)環(huán)境宣傳教育,提高全民保護(hù)意識

深化各級管理部門、科研教育機(jī)構(gòu)的社會宣傳責(zé)任,充分利用紙媒、視覺、網(wǎng)絡(luò)等各種媒介,廣泛宣傳自然保護(hù)區(qū)的科普知識及其功能、效益和作用,深入宣貫國家有關(guān)方針政策和法規(guī)規(guī)定,增強(qiáng)全社會生態(tài)保護(hù)意識,鼓勵和營造社會公眾關(guān)心、參與、監(jiān)督生態(tài)保護(hù)的良好氛圍。