山东省省级自然保护区人类活动遥感监测与评价

孔梅，孟祥亮，高洁，王琦

(1.山东省生态环境监测中心，山东 济南 250101；2.山东省国土空间数据和遥感技术中心，山东 济南 250101)

自然保护区是指对有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水体或者海域，依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域[1]，是生物多样性[2]天然贮存库、开展科学研究的天然实验室、进行宣传教育的自然博物馆和合理开发利用自然资源的示范基地，具有保护、科研、文化和教育等多方面的职能[3]。

近年来，随着经济建设的快速发展，保护与开发的矛盾日益突出，自然保护区范围缩小[4]，生境破碎化、生物多样性流失等问题受到高度关注。自20世纪90年代以来，国内外学者针对自然保护区人类活动进行了相关研究探讨，Peter[5]研究了旅游对Perinet自然保护区环境、野生动物的影响；Mcdonald[6]分析了城市化对保护区和生物多样性的影响；刘晓曼[7]等构建了自然保护区人类活动天地一体化评价体系；文献[8-10]分别对沅江源、崂山、米亚罗等自然保护区进行了遥感监测。目前保护区人类活动研究多集中于单个保护区，在省级尺度上全面开展自然保护区评价研究工作鲜有报道。因此开展省级自然保护区人类活动遥感监测，全面、系统地调查评估省级自然保护区生态环境状况是十分必要的。

现以山东省省级自然保护区为研究对象，采用2018年高分系列卫星数据，提取保护区内人类活动信息，分析人类活动对保护区的影响，为自然保护区日常监管和中央环境保护督查等提供技术支持和问题线索。

1 研究区概况

山东省是我国重要的沿海省份之一，地处黄河下游，濒临渤海与黄海，地理范围北纬34°22.9′—38°24.01′、东经114°47.5′—122°42.3′，属于北半球中纬度地带。其自然保护区建设始于20世纪80年代初期，1980—2018年，山东省已建设各级各类自然保护区78个，初步形成了布局基本合理、类型比较齐全、功能渐趋完善的自然保护区体系[11]，其中省级自然保护区38个。

2 研究方法

2.1 监测区域

以山东省34个省级自然保护区为研究对象，监测总面积5 446.48 km2。监测类型包括森林生态类、海洋海岸类、内陆湿地类、野生动物类和地质遗迹类等5种类型，其数量分别为21，6，4，1和2个，其面积分别为213 255，20 499，136 442，173 100和1 350 hm2。监测的保护区主要分布在山东半岛地区和鲁中丘陵区。

2.2 数据源

使用的高分一号和二号数据为GF-1 和GF-2 PMS传感器数据，全色分辨率分别为2和1 m，共计198景影像，获取时间为2018年的5—10月，云量要求单景影像平均云量<10%，受人为干扰影响比较小的区域可适当放宽到20%，而受人为干扰影响比较大的区域要求尽量没有云覆盖；同时要求影像尽量避免拉伸、断线等。首先对影像进行波段组合、几何精校正、图像镶嵌与图像裁切等预处理。

2.3 技术路线

以高分辨率卫星影像为数据源,采用面向对象和目视判读相结合的方法,提取保护区内各项人类活动信息。利用地理信息系统(GIS)空间分析方法,获取不同类型人类活动的位置、面积、数量、百分比和所在功能分区等信息。

根据遥感提取的人类活动信息,采用现场调查与无人机航拍相结合的方法进行实地核查验证。根据地面核查结果,对解译过程中漏判的人类活动类型,进行补充,对错判、误判的人类活动类型进行属性修改。最后,通过建立模型,对保护区的人类活动影响程度进行评价。

2.4 自然保护区人类活动评价模型

根据《生态环境状况评价技术规范》(HJ 192—2015)和《自然保护区人类活动遥感监测技术指南(试行)》[12]，自然保护区人类活动分为农业用地、居民点、工矿用地、采石场、能源设施、旅游设施、交通设施、养殖场、道路和其他人工设施等10类。评价模型如下。

NRHI=(a1b1x1+a2b2x2+……+aibixi)/x

式中：NRHI——自然保护区人类活动影响指数；

xi——人类活动类型的面积，hm2；

x——自然保护区的总面积，hm2；

ai和bi——权重。

ai根据每一类人类活动斑块所在的功能区来确定，核心区、缓冲区、实验区的人类活动影响权重依次确定为0.6、0.3、0.1；bi根据不同人类活动类型对自然保护区的影响程度来确定[12]，工矿用地、采石场、能源设施、旅游设施、交通设施、其他人工设施、养殖场、农田、居民点权重分别为0.21，0.19，0.19，0.17，0.11，0.07，0.02，0.02和0.02。

3 结果与分析

3.1 自然保护区人类活动遥感监测结果

根据卫星影像的色调、形状、位置、大小、阴影、纹理等提取保护区人类活动信息，并对解译结果进行野外核查。核查范围遍及保护区5种类型，共选取核查点位956个，拍摄数码照片1 724幅。从核查结果来看，自然保护区人类活动遥感解译精度较高，全部核查点位的正确率为87.3%，通过此次核查，有效地发现了多处遥感解译过程中出现的误判，并及时、准确地对解译结果进行了修正。

统计分析2018年34个省级自然保护区人类活动信息，见图1，得出人类活动土地利用总数量为11 605处，人类活动总面积占保护区总面积的22.2%。

图1 2018年省级自然保护区人类活动分布

不同类型的自然保护区，其人类活动面积差别较大，见图2。森林生态类、内陆湿地类、地质遗迹类、海洋海岸类和野生动物类保护区人类活动面积占该类保护区总面积的比例分别为23.0%，52.0%，34.6%，1.4%和0.2%，以内陆湿地类保护区人类活动面积比例最大，野生动物类最小，这与野生动物类保护区仅有1个且保护区大部分位于海洋有关。人类活动平均斑块面积以内陆湿地类为最大，其次是野生动物类、森林生态类，海洋海岸类平均斑块面积最小。

图2 典型保护区(崂山)人类活动分布

不同类型的自然保护区，其人类活动影响因子差异较大，见图3。森林生态类和地质遗迹类保护区人类活动以农业用地为主，内陆湿地类保护区人类活动以养殖场为主，海洋海岸类保护区以居民点和农业用地为主，野生动物类保护区人类活动以居民点为主。采石场、交通设施、旅游设施等人类活动面积比例相对较小。

图3 各类型自然保护区人类活动影响因子占比

3.2 自然保护区人类活动影响评价结果

通过人类活动影响评价模型，得到34个保护区的NRHI为0～0.013 68。根据NRHI将研究区内34个保护区的人类活动影响程度划分为5个等级：剧烈(NRHI>0.008)、明显(0.003

图4 2018年省级自然保护区人类活动分影响指数分布

由图4可见，不同类型保护区受到人类活动干扰程度有所不同。内陆湿地类保护区平均NRHI为0.005 53，影响程度明显，是受到人类干扰程度最为严重的保护区类型；其次是地质遗迹类，平均NRHI为0.004 76；森林生态类保护区平均NRHI为0.001 03，受人类干扰较小，这也是山东省数量最多的保护区类型；海洋海岸类和野生动物类，平均NRHI分别为0.000 07和0.000 005，受人类活动影响轻微。

4 结论

山东省不同类型的省级自然保护区人类活动土地利用面积比例不同，主要影响因子差异明显，以农业用地、居民点和养殖场为主，采石场、能源设施、旅游设施等相对面积较小。不同类型保护区受到人类活动干扰程度有所不同，内陆湿地类保护区是受到人类干扰程度最为严重的保护区类型，其次是地质遗迹类，受人类活动影响较小的为海洋海岸类和野生动物类。