崂山省级自然保护区人类活动遥感监测与评价

2022-11-01 05:54孙立娥汪进生王明丽
河北环境工程学院学报 2022年5期
关键词:崂山自然保护区保护区

孙立娥,汪进生,王明丽

(山东省青岛生态环境监测中心,山东 青岛 266003)

崂山省级自然保护区于2000年11月经山东省人民政府批准设立(鲁政字〔2000〕309号),是中国同纬度地区植物种类最多、植物区系成分最复杂的地带,是以保护“森林生态系统”为主的“自然生态系统类”保护区,具有很高的自然生态保护和科研价值[1-2]。

近年来,随着经济建设的发展,保护区受人类活动的影响也越来越明显,国内许多学者针对人类活动对自然保护区的影响评价方面开展了相关工作。在对山东省内自然保护区的相关研究方面,崔文连等[1]基于2003年和2009年的高分遥感数据,对崂山自然保护区的人类活动开展了遥感监测与评价工作;孔梅等[3]基于2018年的高分遥感影像数据,对山东省34个省级自然保护区的人类活动开展了遥感监测与评价工作;宋拥军等[4]以基础性地理国情监测为基础,对山东省42个省级以上自然保护区开展了人类活动状况的监测分析和研究工作。对其他自然保护区的研究方面,杨德彬[5]、吴东辉等[6]、方懿等[7]、刘晓龙等[8]、骆蒙蒙[9]分别对五大连池自然保护区、可可西里国家级自然保护区、四川米亚罗省级自然保护区、纳板河国家级自然保护区、宁夏沙坡头自然保护区开展了人类活动干扰状况遥感监测分析;刘晓曼等[10]分析了全国446个国家级自然保护区人类活动及变化情况,并评估了2013—2015年人类活动变化强度和规律。

2019年11月4日,崂山省级自然保护区范围和功能区调整方案获山东省人民政府批复(鲁政字〔2019〕201号),范围调整涉及15个地块,功能区调整涉及23个地块。调整后保护区内人类活动分布及影响情况如何,目前尚未有研究。本研究基于高分辨率遥感数据,提取调整后的保护区内人类活动的类型及其分布,利用人类活动评价模型,评价保护区及各功能区的人类活动影响程度,为生物多样性保护和生态保护监管提供科学依据。

1 区域概况与数据资料

1.1 区域概况

崂山省级自然保护区位于山东省青岛市崂山区境内,地处山东半岛东南沿海,保护区总面积31 526 hm2,其中,核心区面积为7 542 hm2,缓冲区面积为8 924 hm2,实验区面积为15 060 hm2。

1.2 遥感数据

本研究以高分二号卫星遥感影像为主,高分一号为辅,结合天地图影像数据进行信息提取。4景高分二号影像数据成像日期为2021年3月4日(1景)、3月24日(3景),2景高分一号影像数据成像日期为5月27日。上述影像在研究区域无云覆盖,图像质量良好,各卫星传感器参数见表1:

表1 卫星遥感数据

1.3 数据预处理

本研究中的高分一号影像数据由山东省生态环境监测中心提供,已完成几何精校正,需进行融合处理;高分二号影像数据为原始数据,需进行正射校正、图像融合和几何精校正处理。

1.3.1 正射校正

利用图像处理软件对高分二号全色多光谱图像进行正射校正。经校正后,多光谱与全色正射结果在视觉上无偏差、叠合很好。但与几何精校正的高分影像叠合后,尚有一定的偏移误差,因此,在完成全色多光谱图像融合后,需进一步对高分二号图像数据进行几何精校正。

1.3.2 图像融合

多光谱数据可显示地物色彩,但分辨率较低;全色图像具有高分辨率,但因其是单通道,不能显示地物色彩。因此,本研究分别对高分一号、高分二号卫星遥感数据进行图像融合,得到既有高分辨率的全色图像又有多波段图像彩色信息的图像。

1.3.3 几何精校正

对高分二号融合后图像进行几何精校正,参考影像选择中国环境监测总站精校正后的2017年的高分影像,因本次获取的高分二号影像几何形变严重,在有些区域校正精度未控制在两个像元内。因此在信息提取过程中,结合了天地图遥感影像数据作为参考。进行预处理后的遥感影像如图1所示:

图1 崂山省级自然保护区卫星遥感影像

2 调查评价方法

2.1 自然保护区人类活动遥感监测

根据生态环境部《自然保护地人类活动遥感监测技术规范》(HJ 1156—2021)[11]中人类活动的分类系统,以高分一号、高分二号等国产高分遥感影像数据为基础,结合天地图,利用人机交互目视解译的方法,提取崂山省级自然保护区内的工矿用地、农田、居民区、道路等人类活动类型分布数据,将人类活动干扰图层和保护区功能分区图层空间叠加,得到自然保护区核心区、缓冲区和实验区内各种人类活动类型的空间分布、面积及其比例[12]。

2.2 自然保护区人类活动影响评价模型

2021年生态环境部发布的《自然保护地人类活动遥感监测技术规范》(HJ 1156—2021),主要监测目标为人类活动的变化,没有对人类活动的遥感评价部分,因此,本次监测的评价方法参考原环境保护部发布的《自然保护区人类活动遥感监测技术指南(试行)》[13]。

在监测结果的基础上,根据自然保护区内工矿、农田、居民点等人类活动的面积,计算自然保护区人类活动影响指数,根据各人类活动斑块所在的功能区及其对自然保护区的干扰程度确定权重。

式中:NRHI——自然保护区人类活动影响指数;xi——自然保护区人类活动类型的面积;x——自然保护区的总面积[13-15]。ai和bi为权重,其中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、实验区赋值分别为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,工矿用地、采石场、能源设施、旅游用地、交通设施、其他人工设施赋值分别为0.21,0.19,0.19,0.17,0.11,0.07,养殖场、农田和居民点赋值均为0.02。

3 人类活动遥感监测与评价结果

3.1 人类活动遥感影像特征

在自然保护区内,人类为了生存发展和提升生活水平,开展的一系列具有一定规模、对环境会产生一定影响的生产、生活活动[16],包括居民点、旅游开发、交通开发、农业开发等。崂山省级自然保护区各项人类活动在遥感影像上的特征如图2所示:

图2 崂山省级自然保护区人类活动遥感影像特征

3.2 人类活动遥感监测结果

利用人机交互的方法对崂山省级自然保护区各种人类活动影响信息进行提取,得到保护区内各种人类活动的面积,见图3。结果表明:崂山省级自然保护区人类活动面积共计2 088.25 hm2,占保护区总面积的6.62%。保护区内的人类活动类型以农业开发为主,占保护区总面积的4.49%,其他依次为居民点与其他活动、交通开发、工业开发,分别占比1.02%,0.75%,0.35%,旅游开发占比为0.01%,对保护区的影响较小。未监测到矿产资源开发、能源开发和养殖开发等建设活动。

图3 崂山省级自然保护区各类型人类活动面积

将崂山省级自然保护区内的人类活动图层和功能分区图层进行空间叠加,得到保护区内核心区、缓冲区和实验区的各人类活动面积分布,如图4所示。

由图4可以看出:人类活动对保护区的影响主要分布在实验区,其次是缓冲区,核心区受影响较小;实验区内人类活动以农业开发为主,其后依次为居民点与其他活动、交通开发、工业开发和旅游开发;缓冲区内以农业开发为主,其后依次为交通开发、居民点与其他活动、旅游开发和工业开发;核心区内以农业开发为主,其后依次为交通开发和居民与其他活动,无工业和旅游开发。

图4 各功能区内各类型人类活动面积

3.3 人类活动影响指数评价结果

利用人类活动评价模型,对崂山省级自然保护区人类活动影响指数(NRHI)进行计算,结果如表2所示:

表2 2021年崂山省级自然保护区人类活动影响指数

根据指南的要求,由于各保护区人类活动类型、数量差异较大,人类活动影响程度分级范围需根据各地自然保护区实际情况自行确定,针对山东省省级自然保护区人类活动的研究[3]表明:山东省省级自然保护区人类活动影响指数介于0~0.0136 8之间,并根据34个保护区的人类活动影响指数(NRHI)情况划分出了5个等级的分级范围:剧烈(NRHI>0.008)、明显(0.003<NRHI≤0.008)、较明显(0.001<NRHI≤0.003)、一般(0.000 5<NRHI≤0.001)和 轻 微(0<NRHI≤0.000 5),本次评价参考以上分级范围。

崂山省级自然保护区人类活动影响指数为0.000 35,受人类活动影响程度等级为“轻微”。各功能分区的影响评价结果显示,核心区受人类活动影响程度等级为“轻微”,人类活动非常少;缓冲区受人类活动影响程度等级为“一般”,以农田、居民点和道路等为主,基本无开发建设活动;实验区受人类活动影响程度等级为“明显”,人类活动类型和数量均较多,开发建设活动明显,影响强度大。

4 结论与建议

4.1 结论

基于2021年的高分一号、高分二号遥感影像,结合天地图,采用遥感分类解译的方法,提取了崂山省级自然保护区的各种人类活动信息,并进行人类活动影响评价,结果表明:

(1)崂山省级自然保护区人类活动面积共计2 088.25 hm2,占保护区总面积的6.62%。保护区内的人类活动类型以农业开发为主,占保护区总面积的4.49%,其他依次为居民点与其他活动、交通开发、工业开发,分别占比1.02%,0.75%,0.35%,旅游开发占比为0.01%,对保护区的影响较小。未监测到矿产资源开发、能源开发和养殖开发等建设活动。

(2)崂山省级自然保护区人类活动影响指数为0.000 35,依据国家技术指南评价,整体受人类活动影响轻微。从功能分区看,人类活动对保护区的影响主要分布在实验区,其次为缓冲区、核心区。实验区人类活动类型和数量均较多,开发建设活动明显,受人类活动影响强度大;缓冲区以农田、居民点和道路等为主,基本无开发建设活动,受人类活动影响一般;核心区人类活动非常少,影响轻微。

4.2 建议

4.2.1 加强实验区保护,提高生态功能价值

加强生态保护红线面积、功能、性质和管理实施情况的监控,强化部门协同合作,遵循“在保护中开发,开发促进保护”原则,做到景区规划与生态保护融合并进,以生态建设为目标,协调发展生态旅游,增强生态效益,提高保护区的生态服务功能价值,实现省级自然保护区的可持续发展。

4.2.2 完善生态监测网络,提高综合评估能力

加快构建完善与生态保护监管相匹配的生态监测与评估体系,开展自然保护区遥感调查与各类生态保护成效的常态化监测评估。落实国家和省级生态保护监管政策标准体系,建立“国家—省—市”三级纵向、省内区域及城市间横向的遥感等监测数据共享机制,提升数据的全天候获取、集成管理与深度挖掘能力,强化数据综合分析和高效反馈支撑管理效能。

4.2.3 加强环境宣传教育,提高全民保护意识

深化各级管理部门、科研教育机构的社会宣传责任,充分利用纸媒、视觉、网络等各种媒介,广泛宣传自然保护区的科普知识及其功能、效益和作用,深入宣贯国家有关方针政策和法规规定,增强全社会生态保护意识,鼓励和营造社会公众关心、参与、监督生态保护的良好氛围。

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