尕海則岔自然保護區(qū)地表覆蓋遙感監(jiān)測

景紅霞

（1.甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州 730000）

隨著自然保護區(qū)重要性的不斷提高，監(jiān)測要求也愈來愈高，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方法難以滿足要求，尤其是在人類開發(fā)活動最為強烈的地區(qū)，保護區(qū)的管理和保護工作非常艱巨。遙感作為地理空間信息快速獲取的手段，具有大范圍、高效、經(jīng)濟等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域。將遙感應(yīng)用引入自然保護區(qū)的管理與監(jiān)測，有望解決自然保護區(qū)監(jiān)測能力不足的難題[1-5]。

1 研究區(qū)概況

尕海則岔國家級自然保護區(qū)位于青藏高原東北邊緣的甘肅省碌曲縣境內(nèi)，北鄰碌曲縣瑪艾鎮(zhèn)和雙岔鄉(xiāng)，東與卓尼縣接壤，東南與四川省若爾蓋縣相連，西南與甘肅省瑪曲縣毗鄰，西接碌曲縣李恰如和青海省河南縣。保護區(qū)總面積為247 431 hm2，其中核心區(qū)39 095 hm2，占總面積15.8%；緩沖區(qū)面積為81 157 hm2，占總面積32.8%；實驗區(qū)面積為127 179 hm2，占總面積51.4%。保護區(qū)內(nèi)有2個鎮(zhèn)政府駐地（尕海鎮(zhèn)和郎木寺鎮(zhèn)），有11個村政府駐地，分別為尕秀村、唐科村、瑪日村、貢去乎村、則岔村、秀哇村、加倉村、波海村、貢巴村、尕爾娘村和郎木寺村，除瑪日村政府駐地位于核心區(qū)內(nèi)，其他鎮(zhèn)政府和村政府駐地都位于實驗區(qū)。

尕海則岔國家級自然保護區(qū)是我國少見的集森林和野生動物型、高原濕地型、高原草甸型三重功能為一體的珍稀野生動植物及其生態(tài)環(huán)境自然保護區(qū)。尤其尕海濕地屬于我國特有的高原濕地類型，于2011年被列入國際重要濕地名錄，在保護生物多樣性方面具有重要的意義。保護區(qū)內(nèi)濕地面積58 149.98 hm2，以沼澤草地類濕地為主，占濕地面積的98.04%，草地植被主要以垂穗披堿草組成的高寒草甸為主。主要保護動物是以珍稀野生動物資源黑頸鶴、黑鸛、灰鶴、大天鵝及雁鴨類為主的候鳥。同時，本區(qū)還是黃河上游支流洮河的主要發(fā)源地和水源涵養(yǎng)地，該區(qū)對于生物多樣性保護和研究以及涵養(yǎng)水源，促進少數(shù)民族地區(qū)社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展均具有十分重要的意義。

2 研究方法

本文首先收集了尕海則岔自然保護區(qū)2015年的地理國情普查數(shù)據(jù)，然后以尕海則岔自然保護區(qū)2019年5月份2 m分辨率的資源三號衛(wèi)星遙感影像為數(shù)據(jù)源，采用人機交互解譯的方式獲取尕海則岔自然保護區(qū)2019年地理國情數(shù)據(jù)，再參照GQJC 03-2019《基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測內(nèi)容與指標(biāo)》進行信息提取分類，將保護區(qū)地表覆蓋分為種植土地、林地、草地、房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表以及水域等9個地類。通過尕海則岔自然保護區(qū)2015年、2019年地理國情數(shù)據(jù)可以分析這2 a的地表覆蓋現(xiàn)狀以及兩期的地表覆蓋變化信息[6-7]。

通過動態(tài)對比尕海則岔自然保護區(qū)2015年、2019年地表覆蓋數(shù)據(jù)，可計算得到保護區(qū)地表覆蓋馬爾柯夫轉(zhuǎn)移矩陣[8]，馬爾柯夫轉(zhuǎn)移矩陣能全面而具體地體現(xiàn)各種地表覆蓋類型變化的方向，從而反映保護區(qū)兩期不同地表覆蓋類型之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，可進一步計算得到兩期地表覆蓋類型凈變化量、總變化量、變化率和雙向動態(tài)度指數(shù)等，進一步分析地表覆蓋類型的動態(tài)變化情況。

3 結(jié)果分析

3.1 地表覆蓋現(xiàn)狀與變化

2015年尕海則岔自然保護區(qū)內(nèi)地表覆蓋主要以草地和林地為主，草地面積為191 944.60 hm2，占保護區(qū)總面積的77.58%；林地面積46 405.51 hm2，占保護區(qū)總面積的18.75%；人工地物（房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物和人工堆掘地）面積3 177.90 hm2，占保護區(qū)總面積的1.28%；荒漠與裸露地表面積4 135.64 hm2，占保護區(qū)總面積的1.67%；水域面積1 621.56 hm2，占保護區(qū)總面積的0.66%；種植土地面積145.59 hm2，占保護區(qū)總面積的0.06%。隨著保護區(qū)內(nèi)人類活動的不斷干預(yù)，2019年種植土地面積增加到146.98 hm2；房屋建筑區(qū)增加到318.42 hm2；道路增加到599.63 hm2；構(gòu)筑物增加到2 218 hm2；人工堆掘地增加到135.48 hm2；荒漠與裸露地表增加到4 154.27 hm2。林地、草地、水域面積分別減少5.43 hm2、106.25 hm2、1.97 hm2。2015年、2019年各類地表覆蓋面積具體如表1所示。2019年尕海則岔自然保護區(qū)地表覆蓋情況見圖1所示。

表1 2015年、2019年尕海則岔自然保護區(qū)內(nèi)地表覆蓋面積統(tǒng)計

圖1 2019年尕海則岔自然保護區(qū)地表覆蓋現(xiàn)狀圖

3.2 地表覆蓋類型轉(zhuǎn)換關(guān)系

尕海則岔自然保護區(qū)2015—2019年地表覆蓋類型馬爾柯夫轉(zhuǎn)移矩陣如表2所示，本文使用流入量、流出量來反映地表覆蓋類型的轉(zhuǎn)移情況。流入量指從2015年其他不同地表覆蓋類型轉(zhuǎn)移到2019年某地表覆蓋類型的轉(zhuǎn)移量。流出量指從2015年某地表覆蓋類型中轉(zhuǎn)移到2019年其他不同地表覆蓋類型的轉(zhuǎn)移量。

表2 2015—2019年保護區(qū)地表覆蓋類型轉(zhuǎn)移矩陣/hm2

2015—2019年間，保護區(qū)內(nèi)地表覆蓋類型發(fā)生變化圖斑數(shù)量較少，但不同地表覆蓋類型之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系復(fù)雜。種植土地流出2.39 hm2，其中1.21 hm2轉(zhuǎn)換為房屋建筑區(qū)，1.17 hm2轉(zhuǎn)換為構(gòu)筑物，0.01 hm2轉(zhuǎn)換為道路；種植土地流入3.78 hm2，其中有2.91 hm2來源于草地，0.87 hm2來源于房屋建筑區(qū)。林地流出9.37 hm2，有3.2 hm2流向房屋建筑區(qū)；1.84 hm2流向道路；1.83 hm2流向人工堆掘地；1.4 hm2流向構(gòu)筑物；0.66 hm2流向草地。林地流入3.95 hm2有2.15 hm2來源于草地；0.75 hm2來源于道路；0.51 hm2來源于水域。草地流出125.68 hm2，其中39.15 hm2流向房屋建筑區(qū)；33.84 hm2流向構(gòu)筑物；21.55 hm2流向荒漠與裸露地表；17.41 hm2流向道路；8.21 hm2流向人工堆掘地。草地流入19.44 hm2，有6.11 hm2來源于道路；5.1 hm2來源于構(gòu)筑物；3.53 hm2來源于房屋建筑區(qū)；2.21 hm2來源于人工堆掘地。人工地表（房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地）流出18.99 hm2，89%的土地流向草地。人工地表流入113.26 hm2，其中87%由草地流入；8%由林地流入。水域流出3.01 hm2，46.5%流向草地；36.5%流向人工地表。水域流入1.03 hm2，44.7%由草地流入；38.8由林地流入。

3.3 地表覆蓋類型變化與動態(tài)度

利用凈變化量、總變化量、地類轉(zhuǎn)移凈變化率、地類轉(zhuǎn)移總變化率和雙向動態(tài)度指數(shù)5個指標(biāo)反映地表覆蓋類型變化的動態(tài)情況。

凈變化量表示經(jīng)過一時間段后某類地表覆蓋面積的凈變化值。

總變化量表示經(jīng)過某一時間段后某類地表覆蓋面積的總變化值。

地類轉(zhuǎn)移凈變化率定量描述某一地類的絕對變化情況。

地類轉(zhuǎn)移總變化率表示某一地類的總變化量占區(qū)域總面積的比例。

雙向動態(tài)度指數(shù)反映地類“擴張”和“退縮”2個方向的變化劇烈程度，值越大表示地類的轉(zhuǎn)化越為劇烈。

式（1）中，Sj為監(jiān)測結(jié)束年份j時點某地表覆蓋類型的面積；式（1）、（5）中，Si為監(jiān)測初始年份i時點某地表覆蓋類型的面積。式（2）～（5）中，Mij為監(jiān)測時段內(nèi)地類流出面積；Nij為監(jiān)測時段內(nèi)地類流入面積，式（3）中A為監(jiān)測區(qū)域總面積。

2015—2019年，尕海則岔自然保護區(qū)內(nèi)地表覆蓋發(fā)生變化的圖斑總變化量183.89 hm2。其中草地、林地、水域面積呈減少趨勢，房屋建筑區(qū)、構(gòu)筑物、荒漠與裸露地、道路、人工堆掘地、種植土地呈增加趨勢。地類變化主要集中在草地、房屋建筑區(qū)、構(gòu)筑物與荒漠與裸露地之間。

變化量、變化率能清晰地反映各地表覆蓋類型的變化面積和速度。由表3可知，2015—2019年間，尕海則岔自然保護區(qū)內(nèi)草地的面積變化最大，變化速度相對最快，草地總變化量為145.13 hm2，地類轉(zhuǎn)移總變化率為0.058 7%；凈變化量-106.25 hm2，地類轉(zhuǎn)移凈變化率為-0.042 9%。其次是房屋建筑區(qū)和構(gòu)筑物，房屋建筑區(qū)總變化量60.67 hm2，地類轉(zhuǎn)移總變化率為0.024 5%；凈變化量46.40 hm2，地類轉(zhuǎn)移凈變化率為0.018 8%；構(gòu)筑物總變化量為60.54 hm2，地類轉(zhuǎn)移總變化率為0.024 5%；凈變化量30.94 hm2，地類轉(zhuǎn)移凈變化率為0.012 5%。

表3 2015—2019年保護區(qū)內(nèi)地表覆蓋變化量統(tǒng)計

動態(tài)度指數(shù)可以很好地反映地表覆蓋類型變化的強度，從2015—2019年間地類轉(zhuǎn)移的雙向動態(tài)度指數(shù)來看，草地的總變化面積相對于基期（2015年）草地面積變化率比較低，僅為0.075 6%，地類轉(zhuǎn)化相對較弱。房屋建筑區(qū)的雙向動態(tài)度指數(shù)為22.30%，地類轉(zhuǎn)化相對于其他地類來說最為劇烈。其次是人工堆掘地，人工堆掘地的雙向動態(tài)度指數(shù)為15.68%，地類轉(zhuǎn)化相對于其他地類來說較為劇烈。

3.4 變化原因

針對保護區(qū)內(nèi)地表覆蓋變化區(qū)域主要集中在人類活動聚集區(qū)，由草地轉(zhuǎn)為人工地表面積相對較多的情況，通過實地走訪并結(jié)合相關(guān)資料分析得知：一是由于保護區(qū)內(nèi)常駐人口持續(xù)增加，修建了大量人工建筑來滿足生產(chǎn)生活的需要。據(jù)甘肅省發(fā)展年鑒統(tǒng)計資料顯示，2015年碌曲縣年末常駐人口3.72萬人，2019年3.85萬人，增加了0.13萬人。二是保護區(qū)內(nèi)農(nóng)牧民以藏民為主，隨著甘肅省游牧民定居工程的實施，農(nóng)牧民生產(chǎn)生活方式轉(zhuǎn)變，集中修建了一批游牧民定居點、暖棚、貯草棚，飼草料基地等。三是為了幫助當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民脫貧致富，碌曲縣近年來注重發(fā)展生態(tài)旅游，旅游業(yè)形成一定規(guī)模，在定居點附近修建了相應(yīng)的旅游附屬設(shè)施，使一些草地面積減少。

4 結(jié)語

本文利用遙感技術(shù)對尕海則岔自然保護區(qū)2015年和2019年的地表覆蓋類型現(xiàn)狀及面積變化進行了監(jiān)測分析，得出的結(jié)論為：

1）尕海則岔自然保護區(qū)內(nèi)植被資源非常豐富，2019年保護區(qū)內(nèi)77.93%的土地被草被覆蓋，18.75%的土地被林木覆蓋，人工地表僅占1.32%，說明保護區(qū)內(nèi)生態(tài)保護效果明顯。

2）尕海則岔自然保護區(qū)管理部門在加大保護區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護的同時，也注重當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)旅游資源開發(fā)利用和經(jīng)濟建設(shè)[9]。近4 a來，保護區(qū)內(nèi)地表覆蓋變化不太明顯，地表覆蓋的變化主要是由人類活動干預(yù)引起，林草覆蓋總計減少111.68 hm2，人工地表僅增加93.63 hm2，變化圖斑多位于農(nóng)牧民定居點和旅游景點周圍。