1988—2018 年武夷山國家自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量評價

魏凌偉 蘭思仁 熊慧錦 沈欽煒 陸東芳 陳小英

（福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)學(xué)院園林學(xué)院合署，福建 福州 350002）

生態(tài)環(huán)境是維持人類社會穩(wěn)定發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。生境質(zhì)量是以生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，反映特定時間與空間范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣程度，及人類生存與社會可持續(xù)性經(jīng)濟(jì)與整體生態(tài)環(huán)境的匹配程度[1]。當(dāng)前，國內(nèi)外關(guān)于生境的監(jiān)測與評價方法較為豐富，遙感信息技術(shù)憑借其獲取信息時序短，監(jiān)測區(qū)域范圍較大的優(yōu)勢在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]，是一種便捷且有效評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境的研究手段[4-10]。目前國內(nèi)外學(xué)者利用不同的遙感指數(shù)對城市、濕地、河流、森林等不同生態(tài)環(huán)境進(jìn)行研究，例如利用植被指數(shù)評價生境質(zhì)量[11-12]，利用地表溫度反演、建筑指數(shù)評估城市城市熱島效應(yīng)的影響[13-15]，利用水體指數(shù)評估水環(huán)境質(zhì)量[16-18]，但較多為利用某種單一的遙感信息進(jìn)行監(jiān)測和評價，其中存在對遙感影像信息利用不足，且只能片面解釋生態(tài)環(huán)境中的某些特征等問題。中國環(huán)境總局推廣“生境指數(shù)（EI）”[19]，該指數(shù)是對多指標(biāo)的權(quán)重賦值進(jìn)而對生態(tài)環(huán)境展開綜合評價，并取得了廣泛的應(yīng)用[20-24]。但EI 指數(shù)法同時也存在部分?jǐn)?shù)據(jù)獲取困難，最終評價結(jié)果較難實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)可視化，指標(biāo)的選擇及對應(yīng)的權(quán)重分配存在較大主觀性的問題[25]，存在類似問題的環(huán)境評價方法還包括專家經(jīng)驗賦權(quán)重法[26]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法[27]、壓力?狀態(tài)?響應(yīng)模型（PSR）和層次分析法（AHP）構(gòu)建的綜合指數(shù)法[28-31]等。徐涵秋于2013 年提出集綠度、濕度、干度、熱度于一體的遙感生態(tài)指數(shù)（RSEI）[32-33]，該指數(shù)基于獲取的遙感影像，提取4 個指標(biāo)，采用主成分分析法（PCA）[34]，選出少數(shù)重要的變量來構(gòu)建綜合評價指數(shù)。RSEI指數(shù)能便捷且快速的對大范圍的研究區(qū)域展開生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，同時與EI 有較好的可比性，較好的解決了上述幾個環(huán)境評價方法中存在的問題。RSEI 提出之后，在自然保護(hù)區(qū)生態(tài)監(jiān)測、城市建設(shè)生態(tài)變化監(jiān)測及生態(tài)保護(hù)區(qū)環(huán)境變化監(jiān)測上得到了有效的應(yīng)用。

福建武夷山國家自然保護(hù)區(qū)地處福建省北部武夷山山脈的北端，區(qū)內(nèi)野生動植物種類豐富，有“世界生物之窗”的美譽。區(qū)內(nèi)擁有11 個天然植被類型，幾乎囊括了我國中亞熱帶地區(qū)所有的植被類型。1979 年國務(wù)院正式批準(zhǔn)武夷山保護(hù)區(qū)為國家級重點自然保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)成立以來，已取得較大成績，但是在保護(hù)區(qū)的合理利用、科學(xué)保護(hù)以及其可持續(xù)發(fā)展等方面仍存在著一些矛盾和問題。此外在近20 a 來，受溫室效應(yīng)影響，特大暴雨、高溫干旱、局部洪澇等極端氣候事件頻發(fā)。故亟需對區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量進(jìn)行評價和分析，把握在區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量的變化過程及驅(qū)動因素，從而為管理部門修復(fù)和提升保護(hù)區(qū)生境提供參考?，F(xiàn)有對于武夷山保護(hù)區(qū)的研究主要集中于景觀變化及其生態(tài)安全評價的研究[35]，森林碳儲量遙感估測方法與空間分析等方面[36]，而運用遙感技術(shù)對武夷山保護(hù)區(qū)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的研究鮮有報道。故本研究基于總跨度30 a 的Landsat 影像數(shù)據(jù)，運用RSEI 指數(shù)模型，對福建武夷山國家自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境展開評價，分析環(huán)境變化的現(xiàn)狀特點，挖掘研究區(qū)生態(tài)變化的主要驅(qū)動因素與規(guī)律，以期為研究區(qū)未來生境質(zhì)量修復(fù)和改善以及生態(tài)環(huán)境相關(guān)政策條例和法規(guī)的制定提供參考。

1 研究區(qū)概況

武夷山國家級自然保護(hù)區(qū)位于福建省北部、武夷山山脈北端（東經(jīng)117°27′～117°51′，北緯27°33′～27°54′），東面與武夷山市，西面與南平市光澤縣，南面與建陽市與邵武市相接壤，北面與江西省鉛山縣毗鄰。保護(hù)區(qū)全境南北最長距離為52 km，東西最寬距離為22 km，總面積565.27 km2。平均海拔約為1200 m，有34 座海拔在1800 m 以上的山峰，最高處黃崗山海拔為2158 m，最低海拔僅為263 m，相對高差達(dá)1895 m，高差變化較大。區(qū)內(nèi)平均坡度為28°，整體地勢高，地形起伏較大。該區(qū)屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為8.5～18.0 ℃，年平均降水量為1486～2150 mm，年平均相對濕度為78%～84%，具有降水量豐富，溫度較低，空氣濕度大，霧日天數(shù)長等獨特的區(qū)域氣候特點。區(qū)內(nèi)植物呈垂直梯度分布的特征，常綠闊葉林、針闊混交林、針葉林、中山矮曲林、中山草甸林分別位于1100 m以下、1100～1400、1400～1700、1700～1900、1900～2158 m 海拔之間。區(qū)內(nèi)的土 壤類型垂直分異十分明顯，土壤垂直帶譜由上至下可以大致分為：山地草甸土、黃壤、黃紅壤、紅壤4 個類型。

保護(hù)區(qū)功能分區(qū)見圖1，分為核心區(qū)、緩沖區(qū)、試驗區(qū)、外圍保護(hù)區(qū)4 個區(qū)域，其中，核心區(qū)域面積為292.72 km2，占保護(hù)區(qū)總面積51.78%，此區(qū)域無農(nóng)耕用地、居民用地與社區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營用地。核心區(qū)外圍的緩沖區(qū)面積為123.95 km2占保護(hù)區(qū)總面積21.93%，此區(qū)域存在個別小范圍生產(chǎn)區(qū)域。在保護(hù)區(qū)內(nèi)除核心區(qū)與緩沖區(qū)之外的區(qū)域為試驗區(qū)，面積148.61 km2，占保護(hù)區(qū)總面積26.29%，此區(qū)域有大范圍的毛竹（Phyllostachys heterocyclacv.Pubescens）及茶葉種植區(qū)域。另外在保護(hù)區(qū)外圍劃分145 km2作為保護(hù)區(qū)外圍保護(hù)地帶。

圖1 研究區(qū)功能分區(qū)圖Fig.1 Functional division of the study area

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

研究區(qū)數(shù)據(jù)來源及基本信息見表1。因為研究區(qū)6—9 月份上空常有大量云朵遮蓋，會嚴(yán)重影響保護(hù)區(qū)最終的評價結(jié)果，因而選擇10—11 月植被狀況生長較為良好的Landsat 影像。5 景影像獲取日期最長相差約1 個月，因此植被具有較為相近的生長狀態(tài)，盡可能降低不同時相的數(shù)據(jù)對最終結(jié)果的干擾。遙感影像均來源于美國地質(zhì)勘探局（USGS，https://earthexplorer.usgs.gov/）。利用ENVI 5.4 軟件對5 景影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正、影像裁剪。

表1 研究區(qū)數(shù)據(jù)來源及基本信息Table 1 Acquisition data and location information of remote sensing image in the study area

2.2 遙感生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的確定

徐涵秋[32]于2013 年選取了4 個與人類生存關(guān)系緊密的指數(shù)：植被指數(shù)、濕度分量、干度指數(shù)和地表溫度，分別對4 個指數(shù)進(jìn)行歸一化處理，最后利用主成分分析法耦合4 個指標(biāo)得到最后的遙感生態(tài)指數(shù)（RSEI）及最終的評價模型。本研究中前3 個指標(biāo)的計算方法與徐涵秋所用的計算方法相同，但在地表溫度反演上通過幾種溫度反演算法對比[37]，最終采用覃志豪等[38]的單窗算法進(jìn)行溫度的反演。

1）綠度指標(biāo)：歸一化植被指數(shù)（NDVI）利用對植物葉片強(qiáng)吸收性的紅光波段和對于植物葉片強(qiáng)反射性的近紅外波段組合而成，其能較好地反映植被密度、生長狀況和營養(yǎng)信息。

2）濕度指標(biāo)（WET）：濕度指標(biāo)能夠反映地表水分含量是研究土壤退化與生物多樣性的指標(biāo)。穗帽變換（又稱KT 變換）是一種特殊的主成分分析，其可以減少數(shù)據(jù)維數(shù)和數(shù)據(jù)量，且對于某一固定傳感器的任何數(shù)據(jù)，變換矩陣系數(shù)無需重新定義，也無需調(diào)整即可直接使用。遙感影像可通過穗帽變化來反演區(qū)域的水域，植物覆被，土壤表層的濕度狀況。

3）干度指標(biāo)（NDSI）：干度指標(biāo)能反映地表因水土流失，修筑不透水面，造成的地表硬化程度。干度指標(biāo)用干度指數(shù)來計算，其由裸土指數(shù)（SI）和建筑指數(shù)（IBI）共同合成。

4）熱度指標(biāo)：由地表溫度指數(shù)（LST）來代替。有研究表明單窗算法反演結(jié)果與地面觀測站實際測量對比具有良好的一致性，本研究選取覃志豪等[38]的單窗算法進(jìn)行LST 反演。

2.3 遙感生態(tài)指數(shù)的構(gòu)建

遙感生態(tài)指數(shù)利用主成分分析法將4 個指標(biāo)通過線性變化來選出少數(shù)重要的變量來構(gòu)建綜合評價指數(shù)。主成分分析法主要通過數(shù)學(xué)變化，將針對數(shù)量較多且具有一定相關(guān)性變量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)量較少且互不相關(guān)的幾組綜合變量，是一種有效的數(shù)據(jù)降維方法。由于4 個指標(biāo)的物理量屬性各不相同，因此在進(jìn)行PCA 前，需對各個指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，公式如下：

式中：Y為歸一化后的指標(biāo)值；Xi為該指標(biāo)的值；Xmin為該指標(biāo)的最小值；Xmax為該指標(biāo)的最大值。

選取累計特征貢獻(xiàn)率在85%以上的波段乘以各主成分對應(yīng)的貢獻(xiàn)率，構(gòu)建原始綜合評價指數(shù)（RSEI0），公式為：

式中：PC1 與PC2 分別為主成分一與主成分二；e1與e2分別為主成分一與主成分二的貢獻(xiàn)率。

對RSEI0使用標(biāo)準(zhǔn)化公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使RSEI0取值在[0,1]區(qū)間之內(nèi)，得到最終結(jié)果RSEI1，RSEI 值和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系。RSEI 指數(shù)不適宜用于評價有較大水域面積的地域，而研究區(qū)內(nèi)的雷公口水庫與霞洋水庫總面積7.05 km2僅占保護(hù)區(qū)總面積1%，因此不需要對水體區(qū)域部分進(jìn)行掩膜的制作。

3 結(jié)果與分析

3.1 遙感生態(tài)指數(shù)主成分分析

由表2 可以看出，在1988—2018 年，5 個階段的主成分一與主成分二集成了4 個指標(biāo)85%以上的信息。1988 年主成分一與主成分二的方差貢獻(xiàn)率分別71.07% 和17.53%，累計方差貢獻(xiàn)率已達(dá)88.6%，其主成分方程分別為：

表2 4 個指標(biāo)的特征向量Table 2 Eigenvectors of 4 indications

將F1、F2按方差貢獻(xiàn)率加權(quán)平均得綜合評價函數(shù)為：

其余4 個年份的綜合評價函數(shù)為：

綜合評價函數(shù)中NDVI 特征向量系數(shù)與WET特征向量系數(shù)值均為正值，說明綠度、濕度與RSEI 呈正相關(guān)關(guān)系，NDSI 特征向量系數(shù)與LST特征向量系數(shù)均為負(fù)值，說明干度、熱度與RSEI呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。5 個時期的綜合評價函數(shù)中濕度的特征向量均大于綠度指標(biāo)，說明濕度對本次生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價貢獻(xiàn)率更大，也間接反映出區(qū)域的植被含水量、降水量和土壤含水量將直接影響整個研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

3.2 遙感生態(tài)指數(shù)分級與變化檢測

通過主成分分析，利用1988 年、2003 年、2018 年 的RSEI1與1996 年、2010 年 的RSEI2值得到5 個時期生境質(zhì)量的影像，1988 年、1996年、2003 年、2010 年、2018 年研究區(qū)的RSEI 影像平均值分別為>0.7064、0.6553、0.7392、0.6249、0.7048 呈“W”字型分布，生境指數(shù)表明研究區(qū)域的生境質(zhì)量整體有略微下降。

3.2.1 RSEI 分級

參考已有的生境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)[33]，將各年份的RSEI 值以0.2 等間隔劃分為差[0,0.2）、較差[0.2,0.4）、中 等[0.4,0.6）、良[0.6,0.8）、優(yōu)[0.8,1.0] 5 個等級區(qū)域，5 個等級的面積及變化見表3。

表3 1988—2018 年RSEI 等級面積及百分比變化Table 3 Area and percentage of RSEI classes during 1988–2018

1988 年生境質(zhì)量主要為良等級，所占比例超過90%，而生境質(zhì)量較差和差所占比例小于0.5%，說明1988 年保護(hù)區(qū)整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好。1996 年生境質(zhì)量集中于良等級以上分布，良的面積較1988 年減少9.99%，中等面積大幅增加，所占比例較1988 年增加17.06%，較差與差有微幅增加，保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量有小幅度下降。2003 年生境質(zhì)量集中于良以上分布，所占比例超過95%，中等面積較1996 年減少20% 以上，整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為5 個年份中最好。2010 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量集中于中等以上分布，中等區(qū)域面積較2003 年增加35.61%，較差與差區(qū)域面積占1%，優(yōu)與良面積與較2003 年分別減少18.39%和18.51%，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量大幅下滑，整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為5 個年份中最差。2018 年差與較差區(qū)域較2010 減少0.97%，中等區(qū)域面積較2018 大幅減少35.81%，良與優(yōu)區(qū)域面積分別增幅31.46%和4.70%，總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量大幅度上升。

1988—2018 年保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量呈現(xiàn)“一增四減”的趨勢，即良等級區(qū)域面積增加9.1%，差、較差、中等與優(yōu)秀等級區(qū)域面積都在減少，減少幅度分別為0.04%、0.33%、3.77%、4.49%。1988—2018 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體水平有略微下降，但整體為變好趨勢。

研究區(qū)內(nèi)的森林植被分為落葉闊葉林、闊葉矮曲林、灌叢、人工植被、中山草甸、針葉林、竹林、常綠闊葉林和針闊過渡林9 個類型（不包括外圍保護(hù)區(qū)）。如表4 所示，2010 年保護(hù)區(qū)中生境等級為差與較差區(qū)域主要分布于黃崗山和諸母峰頂部的中山草甸區(qū)域，所占比例0.25%，其次是針闊過渡林，人工植被和竹林分別占比0.15%、0.11% 和0.1%。生境為中等等級的植被比例趨勢主要為針闊過渡林>常綠闊葉林>竹林>針葉林，這4 種植被所占比例之和超過30%。生態(tài)質(zhì)量為良等級的植被比例趨勢和中等等級一致，其中針闊過渡林、常綠闊葉林、竹林、針葉林4 種植被比例之和為58.99%。生態(tài)質(zhì)量為優(yōu)等級的植被主要為常綠闊葉與針闊過渡林其次為針葉林。常綠闊葉林與針闊過渡林在生境質(zhì)量維護(hù)上優(yōu)于其他植被種類。

表4 2010 年RSEI 各等級森林植被種類面積Table 4 Area of forest vegetation types by RSEI in 2010

1988—2018 年武夷山自然保護(hù)區(qū)RSEI 等級見圖2。由圖2a 可知，1988 年生態(tài)環(huán)境優(yōu)等級較為零散分布于保護(hù)區(qū)內(nèi)，良等級大面積分布于保護(hù)區(qū)內(nèi)。生態(tài)環(huán)境差、較差等級主要分布于西北部的黃崗山、香爐峰頂部區(qū)域，南部的諸母崗頂部也有少量分布，還有部分分布于桐木村內(nèi)。由圖2b 可知，1996 年保護(hù)區(qū)內(nèi)中等等級區(qū)域面積增加，主要分布于河道及建筑密集區(qū)域附近。由圖2c 可知，2003 年中等區(qū)域面積較多轉(zhuǎn)為良等級，差等級與較差等級區(qū)域主要分布于黃崗山峰頂和桐木村內(nèi)，優(yōu)等級區(qū)域面積較多成斑塊均勻分布于研究區(qū)內(nèi)。這可能與1988 年國家實施天然林保護(hù)和退耕還林工程后，管理單位響應(yīng)國家政策后實施的例如鼓勵區(qū)內(nèi)居民外遷，限制開采天然闊葉林等一系列政策有關(guān)。由圖2d 可知，2010年區(qū)內(nèi)優(yōu)等級區(qū)域大面積銳減，中等面積增多，較多分布于河道附近，在南部有較大中等等級斑塊的出現(xiàn)，較差與差等級的區(qū)域大幅增加。2018年研究區(qū)內(nèi)主要以良等級為主，優(yōu)等級主要分布在諸母崗周圍區(qū)域。1988—2018 年中等等級的區(qū)域較多的分布在河道及河流及山體匯水區(qū)域，一方面武夷山小氣候，造成區(qū)域降水量大，另一方面保護(hù)區(qū)內(nèi)部地勢陡峭，水流附近區(qū)域較容易受到長時間強(qiáng)降水的影響，山體表層土壤受長時間的水流沖刷容易造成山體滑坡，從而降低生境質(zhì)量。

圖2 1988—2018 年武夷山自然保護(hù)區(qū)RSEI 等級圖Fig.2 RSEI class distribution of the Wuyi Mountain Nature Reserve in 1988–2018

3.2.2 生境質(zhì)量變化監(jiān)測

在生境質(zhì)量分為5 個等級的基礎(chǔ)之上，對保護(hù)區(qū)相鄰研究年份的生境質(zhì)量做差值分析。根據(jù)差值結(jié)果，負(fù)值、0、正值分別對應(yīng)質(zhì)量下降、質(zhì)量穩(wěn)定、質(zhì)量提高，具體見表5。1988—1996年生境變差區(qū)域的趨勢為外圍保護(hù)區(qū)>核心區(qū)>試驗區(qū)>緩沖區(qū)，1996—2003 年質(zhì)量下降區(qū)域的趨勢為外圍保護(hù)區(qū)>核心區(qū)>試驗區(qū)>緩沖區(qū)，2003—2010 年質(zhì)量下降趨勢為核心區(qū)>外圍保護(hù)區(qū)>實驗區(qū)>緩沖區(qū)，2010—2018 年質(zhì)量下降趨勢為核心區(qū)>外圍保護(hù)區(qū)>緩沖區(qū)>實驗區(qū)。1988—2018 年生境質(zhì)量下降區(qū)域的趨勢為核心區(qū)>外圍保護(hù)區(qū)>實驗區(qū)>緩沖區(qū)，質(zhì)量提高的面積為52.5 km2占總面積比例6.59%，生境質(zhì)量不變的面積為687.78 km2，占總面積比例為86.79%，而生境質(zhì)量下降的面積為52.52 km2占總面積比例為6.63%，下降區(qū)域主要在核心區(qū)與外圍保護(hù)區(qū)，其次是試驗區(qū)與緩沖區(qū)。

表5 1988—2018 武夷山自然保護(hù)區(qū)RSEI 等級變化檢測Table 5 RSEI classes change detection of the Wuyi Mountain Nature Reserve during 1988–2018

1988—1996 年核心區(qū)北部及試驗區(qū)河道與道路附近的生境質(zhì)量下降。1996—2003 年核心區(qū)的黃崗山附近有零星區(qū)域生境質(zhì)量下降。2003—2010 年，保護(hù)區(qū)幾乎遍布質(zhì)量下降區(qū)域。2010—2018 年核心區(qū)的黃崗山有零星質(zhì)量下降變差區(qū)域。1988—2018 年整個保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有微弱下降，但總體有變好的趨勢，最主要的原因是自保護(hù)區(qū)成立后，相關(guān)的管理部門逐步落實天然林保護(hù)工程，劃定不同的功能分區(qū)，加強(qiáng)了保護(hù)區(qū)的管理工作，減少了人為活動對區(qū)域的干擾。其次與福建省政府于1990 年《福建省武夷山國家級自然保護(hù)區(qū)管理辦法》及2017 年《武夷山國家公園條例（試行）》等政策的頒布、對保護(hù)區(qū)進(jìn)行分區(qū)管理、整治茶山、補(bǔ)植林木、限制采伐林木等措施的實施有著密切關(guān)系。

1988—2018 年武夷山自然保護(hù)區(qū)RSEI 變化見圖3。由圖3a 可知，1998—1996 年生境質(zhì)量下降區(qū)域分布在南部核心區(qū)與外圍保護(hù)區(qū)的交界區(qū)域和北部核心區(qū)與外圍保護(hù)區(qū)的交界區(qū)域，試驗區(qū)質(zhì)量下降分布在河道附近最主要原因是1992年7 月出現(xiàn)本世紀(jì)最大的洪水，且暴雨的中心位于主峰黃崗山南側(cè)，1993 年繼續(xù)發(fā)生大暴雨，區(qū)內(nèi)受洪水侵襲嚴(yán)重。其次保護(hù)區(qū)剛成立，生產(chǎn)活動對外圍保護(hù)區(qū)仍有較大的干擾，此外1995 年區(qū)內(nèi)部分區(qū)域存有松毛蟲害。由圖3b 可知，1996—2003 年核心區(qū)黃崗山存有零星質(zhì)量下降區(qū)域，質(zhì)量提高區(qū)域和1998—1996 的分布類似，距離1992 年7 月洪災(zāi)過去11 a，河道周圍生態(tài)恢復(fù)良好。由圖3c 可知，2003—2010 年區(qū)域內(nèi)遍布生態(tài)變差區(qū)域，主要原因是自2010 年6 月普降大雨和暴雨，持續(xù)降雨20 余日，最大日降水量251.7 mm，月累計降水量886.6 mm，此次降雨造成百年一遇的山洪洪澇災(zāi)害、保護(hù)區(qū)大面積水土流失、山體滑坡與塌方、植被覆蓋破壞嚴(yán)重。保護(hù)區(qū)內(nèi)大小溪流多達(dá)150 余條，區(qū)內(nèi)水系多為放射狀，且由于區(qū)內(nèi)為丹霞地貌，地勢陡峭，巖層古老且風(fēng)化嚴(yán)重，長時間降雨時山體匯水河道附近貧瘠的土壤極易受湍急水流的侵蝕。2010—2018 年生態(tài)變好區(qū)域與2003—2010 年生態(tài)變差區(qū)域相似。

圖3 1988—2018 年年武夷山自然保護(hù)區(qū)RSEI 變化Fig.3 RSEI change of the Wuyi Mountain Nature Reserve in 1988–2018

4 結(jié)論與討論

本研究基于多時序列遙感影像數(shù)據(jù)，運用RSEI 指數(shù)環(huán)境質(zhì)量評價模型，對福建武夷山國家自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)質(zhì)量環(huán)境進(jìn)行評價和變化監(jiān)測。主要結(jié)論包括：

1）RSEI 指數(shù)能較好的反映研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及時空分異。本研究構(gòu)建的5 個綜合方程中，濕度的特征向量均大于綠度指標(biāo)，說明濕度在此次評價模型中相比于綠度貢獻(xiàn)率更大。

2）1988 年—2018 RSEI 指數(shù)表明研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體有略微下滑，主要原因是2010年的強(qiáng)降水給研究區(qū)造成了大面積的生態(tài)破壞。1988—2018 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為逐漸變好的趨勢。

3）1988—2018 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降區(qū)域的趨勢為核心區(qū)>外圍保護(hù)區(qū)>實驗區(qū)>緩沖區(qū)，差與較差等級區(qū)域大量分布于核心區(qū)與外圍保護(hù)區(qū)的相鄰區(qū)。保護(hù)區(qū)的核心區(qū)域相互分離，分布在保護(hù)區(qū)的南北兩端，影響核心區(qū)內(nèi)的動植物基因交流。

武夷山自然保護(hù)區(qū)自成立以來，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有略微下降，但總體為變好趨勢。在保護(hù)區(qū)成立之前，人類活動可以滲透脆弱的核心區(qū)域，林木砍伐，修筑建筑與道路，無序的生產(chǎn)經(jīng)營活動均對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，保護(hù)區(qū)成立后落實國家的天然林保護(hù)工程，加強(qiáng)區(qū)域的分區(qū)管理工作，生態(tài)環(huán)境有逐步變好趨勢。

上述研究表明，基于RSEI 指數(shù)的生境質(zhì)量評價能較為快速與準(zhǔn)確的對區(qū)域展開評價。

1988—2018 年生境質(zhì)量有略微下降，最主要原因為1992 年與2010 年的洪災(zāi)侵蝕造成大面積優(yōu)與良等級區(qū)域消失，這些區(qū)域植被主要以針闊葉過渡林和黃山松（Pinus taiwanensis）為主的針葉林，土壤母質(zhì)主要以風(fēng)化較強(qiáng)的火山巖為主，脆弱且容易受強(qiáng)降水破壞。30 a 內(nèi)生境質(zhì)量提高區(qū)域除了分布在核心區(qū)的諸母崗和黃崗山頂部外，還分布于試驗區(qū)的桐木村、九曲溪與麻陽溪河道周圍，及外圍保護(hù)區(qū)的高陽區(qū)?？赡芘c以下幾點原因有關(guān)：

1）核心區(qū)的黃崗山與諸母崗山頂區(qū)域、此區(qū)域為高山草甸地帶，受地形影響，此處海拔高，坡度陡峭，常年為降雨中心，在沒有強(qiáng)降水的情況下生態(tài)恢復(fù)緩慢，生境質(zhì)量及易受氣候因子改變。

2）區(qū)內(nèi)桐木村，高陽村的裸地經(jīng)利用轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)用地，用于種植竹林及茶田，龍湖伐木場的關(guān)閉也使得場內(nèi)的裸地逐漸轉(zhuǎn)為林地。九曲溪與麻陽溪河道周圍也有大片生境質(zhì)量提高區(qū)域，主要原因為山洪的頻率減少、管委會收編九曲溪周邊的國有林業(yè)采育場，由先前的砍伐變?yōu)榉馍接愕刂饾u恢復(fù)為林地。

3）保護(hù)區(qū)落實國家的天然林保護(hù)政策，并根據(jù)實際情況先后頒布一系列政策及法規(guī)，例如鼓勵區(qū)內(nèi)居民外遷，限制開采天然林和逐步禁止開墾新茶山，嚴(yán)格控制來訪區(qū)內(nèi)的人流量，贖回部分天然林所屬權(quán)等。

2018 年生境質(zhì)量為中等以下區(qū)域同樣分布在核心區(qū)的黃崗山和諸母崗頂部，還分布于試驗區(qū)的桐木村，及外圍保護(hù)區(qū)的高陽村區(qū)。桐木村內(nèi)硬質(zhì)不透水面與竹林，茶葉種植等生產(chǎn)經(jīng)營活動可能會對環(huán)境產(chǎn)生干擾。試驗區(qū)內(nèi)存有60 km2的人工竹林，林下植被較少，一定程度上會影響土壤的水土保持能力，高陽村生境質(zhì)量中等以下的原因可能與較為單一的茶田種植模式有關(guān)系。

需要指出的是，受限于本研究30 m 精度，無法對生態(tài)中等以下區(qū)域做更細(xì)致的分類研究，另外缺少土壤肥力數(shù)據(jù)無法比較不同林分組合的生境質(zhì)量產(chǎn)生的效應(yīng)。目前生境的評價結(jié)果顯示保護(hù)區(qū)總體為逐漸變好的趨勢，評價結(jié)果中的中等以下區(qū)域結(jié)合現(xiàn)場相關(guān)儀器的放置能更有針對性的對生境進(jìn)行監(jiān)測與未來的修復(fù)。

RSEI 指數(shù)中的4 個指標(biāo)完全基于開源的遙感影像數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)的獲取與處理上都較為簡便，采用的指標(biāo)耦合方法降低了人為主觀性較強(qiáng)的缺點。相較于傳統(tǒng)的EI 指數(shù)有較強(qiáng)的可比性。RSEI指數(shù)同時也存在著一些問題，例如遙感數(shù)據(jù)的分辨率將影響最終結(jié)果的精度，無法穿透林冠層分析地表層狀況。因此，今后可以結(jié)合重點放置監(jiān)測儀器來更好的對生境質(zhì)量展開評價。本研究選取了5 幅遙感影像數(shù)據(jù)，雖然都基于Landsat 衛(wèi)星，但TM 與OLI 兩種傳感器在系統(tǒng)設(shè)置上存在一定差異，會對最終的結(jié)果產(chǎn)生細(xì)微影響。5 期影像的獲取時基本一致，但最長的間隔也有29 d，可能存在植被生長差異對最終結(jié)果產(chǎn)生細(xì)微影響。另外加入1988 年的詳細(xì)森林植被調(diào)查圖，將對研究區(qū)植被的種類變化展開更為詳細(xì)的研究。生態(tài)環(huán)境評價完全基于環(huán)境因子，在今后加入社會、經(jīng)濟(jì)、文化等因子可以對生態(tài)環(huán)境更好的展開評價。