云南省近20年间地表覆盖变化及其对自然保护地体系构建影响研究

吴亮 王瑛 杨霞 董草 曾双贝 苏晓毅 庞磊

摘要  对GlobeLand30涉及云南省2000、2010、2020年共15个分幅图进行地表解译，利用点数测算法对各类地表覆盖测算面积，并对地表变化的时空特征进行比较研究，分析其对自然保护地体系构建的影响。结果表明，近20年间云南省9种地表覆盖类型中耕地、林地、草地和灌木地呈“1增3减”、湿地和冰川永久积雪覆盖有所减少、水体先减后增、裸地先增后减、人造地表持续增加等变化特征。全省16个州（市）人造地表扩占耕地并非主导，多数州（市）的林、草、灌地表覆盖面积有所减少，人造地表扩占林草灌是首要矛盾。承载自然保护地的5种主要地表覆盖减少，提出监测地表覆盖变化以维护自然保护地的边界建设稳定性，以省级地表覆盖的视角研发省级荒野地图作为规划底数底图，识别最不被打扰的地理空间纳入自然保护地体系规划的设想。

关键词  地表覆盖；时空变化特征；自然保护地；云南省

中图分类号  S759.9  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0045-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.011

開放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on Surface Cover Changes and Their Impact on the Construction of Nature Reserve System in Yunnan Province in the Past 20 Years

WU Liang， WANG Ying， YANG Xia et al

（Yunnan Arts University， Kunming，Yunnan 650500）

Abstract  In GlobeLand30， a total of 15 sub-maps of land cover covering Yunnan Province in 2000， 2010 and 2020 were interpreted.The measured area of various types of land cover was measured using the point calculation method， and the space-time characteristics of land surface change were compared to analyze its impact on the construction of natural reserve system.The result showed that in the past 20 years， the changes of cultivated land， forest land， grassland and shrub land showed “1 increase and 3 decrease”， the permanent snow cover of wetland and glacier decreased， water body decreased first and then increased， bare land increased first and then decreased， artificial land continued to increase and so on.In the 16 cities and states of the province， artificial surface expansion of cultivated land was not dominant， the covered area of forest， grass and irrigated land had decreased in most of the cities， and the artificial surface expansion of forest and grassland irrigation was the primary contradiction. The five main land covers bearing protected natural areas were reduced， and it was proposed to monitor the change of land cover to maintain the stability of the construction of protected natural areas. The provincial wilderness map was developed from the perspective of provincial land cover as the planning base map， and the least disturbed geographical space was identified and incorporated into the planning of protected natural areas system.

Key words  Land cover;Space-time change characteristic;Nature reserve;Yunnan Province

基金项目  云南省哲学社会科学规划项目（PY202218）；云南省教育厅科学研究基金项目（2022J1140）。

作者简介  吴亮（1982—），女，湖南津市人，副教授，博士，硕士生导师，从事自然保护地规划、风景园林规划设计研究。

*通信作者，副教授，硕士，全国注册城乡规划师，从事风景园林规划与设计研究。

收稿日期  2023-06-29

自然保护地指依法划定或确定，对重要的自然生态系统、自然遗迹、自然景观及其所承载的自然资源、生态功能和文化价值实施长期保护的陆地或海域，按其生态价值和保护强度，划分为国家公园、自然保护区、自然公园［1］。目前全国各省正开展自然保护地资源清查、归并整合及其勘界立标，云南省也尚在该项工作进展中，通过对自然保护地界线位置和走向等信息分析及确认，勘定并立标自然保护地边界线，作为科学、精准管理的基础和依据。云南省土地面积39.41万km2，占全国总面积的4.1%。全省县级以上行政区划为8个地级市和8个自治州，16个州（市）下设17个市辖区、18个县级市、65个县、29个自治县，全省合计129个县（市、区）［2］。据不完全统计，云南省现状11类373处自然保护地［3］，有矢量边界的总面积约7万km2，矢量面积重叠约2万km2；全省保存较好的原始林有224.5万hm2，但受保护率仅64.6%［4］；部分具有重要生物多样性的生物地理单元未受到保护，部分受到威胁的物种未被保護区覆盖［5］；全省自然保护地面积约占全省土地面积的15%，低于全国18%的平均水平［6］，各州（市）自然保护地分布极不均衡。在这样的现状背景下笔者分析近20年间云南省地表覆盖的变化特征，探讨其对全省自然保护地体系规划的影响。

1  云南省地表覆盖数据来源与研究方法

1.1  数据来源

该研究地表覆盖数据来源于我国研制的30 m空间分辨率全球地表覆盖数据GlobeLand30，全球地表覆盖分布及变化反映人与自然相互作用，是生态环境监测、气候变化研究、可持续发展规划的重要基础信息。GlobeLand30数据采用3种分幅方式：南北纬60°区域内，按照5°（纬度）×6°（经度）的大小进行分幅，其中央经线与其所在6°带一致；南北纬60°～85°区域内，按照5°（纬度）×12°（经度）的大小进行分幅。南北纬85°以上区域，保存为1幅。分幅数据名称由16位字符组成：南北纬缩写（1位）+6°带号（2位）+“_”+起始纬度（2位）+“_”+产品年代（4位）+LC（地表覆盖缩写）+分辨率（3位）［7］。

1.2  数据获取

根据云南省位于97°31′～106°11′E、21°08′～29°15′N，测算出云南省全域涉及5个分幅，即N47_20、N47_25、N47_30、N48_20、N48_25。文中研究近20年云南省土地的嬗变，向GlobeLand30数据在线平台和国家基础地理信息中心申请并取得了所需的15个分幅数据，分别为：

2000版的N47_20_2000LC030、N47_25_2000LC030、N47_30_2000LC030、N48_20_2000LC030、N48_25_2000LC030；

2010版的N47_20_2010LC030、N47_25_2010LC030、N47_30_2010LC030、N48_20_2010LC030、N48_25_2010LC030；

2020版的N47_20_2020LC030、N47_25_2020LC030、N47_30_2020LC030、N48_20_2020LC030、N48_25_2020LC030。

1.3  研究方法

利用GIS技术、地表解译、点数测算法等研究方法。在ArcGIS 10.6中分别导入2000版、2010版和2020版各5个分幅卫星数据、拼接，导入国土三调数据中的云南省及其16个州（市）的矢量边界，求算云南省叠加地表覆盖、解译求得耕地、林地、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪共10个一级地表覆盖类型。GlobeLand30每个栅格大小为30 m×30 m，利用点数测算法求各类地表覆盖的面积，数据平衡处理，最后对地表覆盖变化的时空特征进行归纳总结和比较研究。

2  云南省各类地表覆盖变化

云南省地表覆盖现状除了苔原外，其他9种类型均有，根据解析2020年数据按其面积与占全省土地面积比例排序分别为林地52.72%、耕地27.51%、草地12.15%、灌木地4.86%、人造地表1.55%、水体0.88%、冰川和永久积雪0.21%、裸地0.11%、湿地0.01%，可见林地、耕地、草地、灌木地是名副其实的四大地表覆盖类型（表1、图1）。

2.1  各类地表覆盖数量变化

2.1.1  耕地地表覆盖在增长。

GlobeLand30耕地数据代码10，涵盖用于种植农作物的土地，包括水田、灌溉旱地、雨养旱地、菜地、牧草种植地、大棚用地、以种植农作物为主间有果树及其他经济乔木的土地，以及茶园、咖啡园等灌木类经济作物种植地。云南省耕地覆盖面积2000—2010年增加1 772 km2，2010—2020年增速骤缓，增量为362 km2，云南省近20年间耕地面积增长了2 134 km2。

2.1.2  林地地表覆盖在减少。

GlobeLand30林地数据代码20，指乔木覆盖且树冠盖度超过30%的土地，包括落叶阔叶林、常绿阔叶林、落叶针叶林、常绿针叶林、混交林以及树冠盖度为10%～30%的疏林地。全省林地覆盖面积2000—2010年减少686 km2，2010—2020年又继续减少了1 246 km2，云南省近20年间林地面积持续减少，减量为1 932 km2，且减少速度加快。从林地减少与耕地增加的时间数据特征来看，二者不是简单的此消彼长的关系，2010—2020年林地减少量远远大于其间耕地增量，林地被哪种地表覆盖取代值得探究。

2.1.3  草地地表覆盖减少幅度较大。

GlobeLand30草地数据代码30，是天然草本植被覆盖且盖度大于10%的土地，包括草原、草甸、稀树草原、荒漠草原以及城市人工草地等。全省草地覆蓋面积2000—2010年减少2 634 km2，2010—2020年又继续减少了1 377 km2，云南省近20年间草地面积持续减少，减量为4 011 km2，虽然减少速度放缓但草地面积的减少总量是林地减少量的2.08倍，减少量占20年前草地总量的7.73%。

2.1.4  灌木地地表覆盖先增后减。

GlobeLand30灌木地数据代码40，是灌木覆盖且灌丛覆盖度高于30%的土地，包括山地灌丛、落叶和常绿灌丛，以及荒漠地区覆盖度高于10%的荒漠灌丛。全省灌木地覆盖面积2000—2010年增加1 066 km2，2010—2020年则减少1 621 km2，灌木地面积呈先增后减，最近10年的灌木地面积减量大于草地、林地的减量，且灌木地面积基数小于林地和草地，近10年减少了8.00%的灌木地。

2.1.5  湿地地表覆盖总量减少。

GlobeLand30湿地数据代码50，湿地覆盖数据统计位于陆地和水域的交界带，有浅层积水或土壤过湿的土地，多生长有沼生或湿生植物，包括内陆沼泽、湖泊沼泽、河流洪泛湿地、森林/灌木湿地、泥炭沼泽、红树林、盐沼等。全省湿地2000—2010年面积锐减57.89%，减少55 km2。湿地是很多鸟类赖以生存的栖息地，其生态功能需要一定的面积才能保证。2010—2020年湿地面积增加11 km2，云南省近20年间湿地面积经历了骤减之后的弥补式增长，现状湿地为20年前的53.68%。湿地面积减少对全省生态系统特别是鸟类多样性保护造成实质压力，从减少的湿地空间分布来看，往往又是城镇边缘风景之地。保护者和规划师的追求是回归湿地本身归还给自然永续发展，人民的诉求是越珍贵的资源空间越应当具备公共性，可以是资源储备更可以考虑保护的前提下可持续享用。

2.1.6  水体覆盖先减后增。

GlobeLand30水体数据代码60，是陆地范围液态水覆盖的区域，包括江河、湖泊、水库、坑塘等。2000—2010年全省水体覆盖面积减少了10.42%，减少了269 km2，2010—2020年水体覆盖面积增加1 155 km2，增幅是2010年云南省水体覆盖面积的49.96%，近20年间水体面积经历了先减后急增，现状水体覆盖较20年前增加了886 km2。

2.1.7  人造地表持续增加。

GlobeLand30人造地表数据代码80，指由人工建造活动形成的地表，包括城镇等各类居民地、工矿、交通设施等，不包括建设用地内部连片绿地和水体。2000—2010年全省人造地表覆盖面积增加409 km2，2010—2020年人造地表增加3 396 km2，增幅是2010年云南省人造地表覆盖面积的1.26倍，近20年间人造地表面积持续增加。最近10年的增速是否理性值得多维度深入探讨，此外，全省哪些州市对人造地表增加量最为突出、人造地表增加量是否与人口增长匹配、人造地表所占用地表资源源于原初的哪种地表资源等问题还值得深入探究。

2.1.8  裸地先增后减。

GlobeLand30裸地数据代码90，是植被覆盖度低于10%的自然覆盖土地，包括荒漠、沙地、砾石地、裸岩、盐碱地等。2000—2010年全省裸地覆盖面积增加497 km2，2010—2020年裸地覆盖面积减少611 km2，近20年间裸地面积先增后减，这与近10年全省荒漠化治理成效呈正相关。

2.1.9

冰川和永久积雪正在减少。

GlobeLand30冰川和永久积雪数据代码100，是指由永久积雪、冰川和冰盖覆盖的土地，包括高山地区永久积雪、冰川、极地冰盖等。2000—2010年云南省冰川和永久积雪覆盖面积减少了100 km2，2010—2020年又减少约70 km2，近20年间冰川和永久积雪面积持续减少，现状其覆盖面积较20年前减少了16.78%。

2.2  各类地表覆盖变化特征

（1）耕地、林地、草地和灌木地面积之和约占云南省土地面积的97.24%，上述4大地表覆盖类型近20年间呈“1增3减”，即耕地覆盖面积在增加，林地、草地、灌木地覆盖面积在减少、结构占比也在减小。耕地增幅和增速逐年减小，而林草灌3类地表覆盖的减少速度在加剧且减少面积大于耕地的增长面积。

（2）湿地、冰川和永久积雪这两类地表覆盖面积近20年间总的来看减少幅度较大，而这可能与人类某些不克制的、破坏性的、短时效益的活动密切相关。

（3）水体覆盖面积先减后增、裸地覆盖先增后减，2010年之前水体覆盖面积减少与裸地增加说明环境问题客观存在，2010年之后改善了全省最紧迫最着急的生态问题亦或是生存问题。水体覆盖面积的增加和裸地覆盖面积的减少是环境向好发展的表现形式之一，说明云南省2010年出现生态环境改善的拐点。

（4）人造地表覆盖持续增加，且最近10年云南省人造地表覆盖面积增加的速度和幅度是之前10年的8.30倍，2020年云南省人造地表覆盖面积已是20年前的近2.67倍。根据第七次全国人口普查，2020年云南省约4 700万人口，而人造地表主要是城乡建设用地，GlobeLand30人造地表不包括城镇建设用地内部的连片绿地和水体。对外交通用地等区域交通设施用地、区域公用设施用地、特殊用地的面积结构之和一般约10%，城镇建设用地中的绿地占比10%～15%，二者面积结构可近似填平。依据《城市用地分类与规划建设用地标准》（GB 50137—2011）［8］云南全省属于第五建筑气候区划，人均城市建设用地面积不能超过110 m2，全省人造地表控制在5 500 km2较为合理，然而2020年已达6 087 km2，按其增长趋势近2年人造地表覆盖依然高位增长。通过2020年数据可以判断全省人造地表面积相对于人口数量来说已超过饱和状态，应进一步分析各州（市）人口与人造地表的量化关系，控制超饱和状态城镇建设边界线的增长。

3  云南省各州（市）地表覆盖变化特征

云南省16个州（市）的人造地表近20年间均呈倍数增长，而其余8种地表覆盖类型则没有统一的增减变化关系，由于云南全省地表总面积固定守恒，因此分析各州（市）各类地表覆盖面积的变化情况，并总结人造地表覆盖变化与其他地表覆盖的空间特征关系，可以在全省各州（市）划定生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界等空间管控边界时形成空间发展和约束的预判方向。此外，剖析地表覆盖变化可为自然保护地的空间现状评价和未来发展规划提供必要的基础底数。

3.1  人造地表扩占耕地型的地表覆盖变化并不占主导

全省16个州（市）近20年间耕地面积明显减少的仅其中4个市，分别是昆明市、昭通市、曲靖市和临沧市；然而，变化不明显的即耕地地表覆盖变化在云南省土地面积1%以内浮动的州（市）有6个，分别为保山市、玉溪市、普洱市、德宏傣族景颇族自治州、丽江市、迪庆藏族自治州；耕地地表覆盖明显增加的有6个州（市），分别是楚雄彝族自治州、红河哈尼族彝族自治州、文山壮族苗族自治州、西双版纳傣族自治州、大理白族自治州、怒江傈僳族自治州。加之前文分析过全省耕地地表覆盖近20年间增长约2 134 km2。可见，人造地表扩占耕地型的地表覆盖变化仅发生在省内局部，并非主导地表覆盖变化原因，人造地表扩占威胁主要对象并非耕地。

3.2  人造地表扩占林草灌型的地表覆盖变化明显

从表2可以看出，昆明市、曲靖市、迪庆藏族自治州和临沧市是典型的人造地表扩占耕地型；昭通市是人造地表扩占耕地和林地；保山市是人造地表扩占林地和草地；玉溪市为人造地表扩占耕地、林地和草地；红河哈尼族彝族自治州、文山壮族苗族自治州、大理白族自治州是典型的耕地和人造地表双重扩占林地、草地和灌木地；西双版纳傣族自治州和怒江傈僳族自治州则是耕地和人造地表扩占林地和草地；普洱市和德宏傣族景颇族自治州的草地覆盖减少明显呈典型的草地单一型地表覆盖变化；楚雄彝族自治州地表覆盖变化是耕地和人造地表双重扩占林地和灌木地；丽江市耕地、林地、草地、灌木地覆盖变化不明显，但冰川和永久积雪则明显减少，这与丽江市城镇空间扩展向雪山方向发展可能存在一定关联。从16个州（市）的地表覆盖变化来看，加之全省林草灌地表覆盖均明显减少，可见人造地表扩占林地、草地和灌木地是最普遍存在的矛盾，这也是省域自然保护地体系构建和发展中面临的矛盾和挑战。

3.3  全省多數州（市）林草灌覆盖减少

全省多数州（市）林草灌地表覆盖呈持续减少，近20年林地覆盖增加的仅普洱市、迪庆藏族自治州、临沧市，有8个州（市）则明显减少，其中减少最为突出的是红河哈尼族彝族自治州、文山壮族苗族自治州和西双版纳傣族自治州；全省有9个州（市）的草地覆盖呈现明显减少，最为突出的是红河哈尼族彝族自治州、文山壮族苗族自治州、西双版纳傣族自治州、大理白族自治州、怒江傈僳族自治州、临沧市（表2）；灌木地本身就是四大地表覆盖类型中基数最小的，且近20年呈继续减少现状。

4  地表覆盖变化对云南省自然保护地体系规划的影响

4.1  承载自然保护地的5种地表覆盖面积减少

云南省自然保护地客观实际在9类地表覆盖近20年的变化中面临巨大压力。GlobeLand30将地表分为10种类型，云南省有除了苔原以外的9种地表覆盖类型，其中人造地表主要是城镇开发及区域公共交通用地等，耕地地表覆盖属于在农业部门的基本农田，因此，一般情况下人造地表和耕地这两大类地表覆盖不涉及自然保护地。自然保护地体系对应地表覆盖类型为林地、草地、灌木地、湿地、水体、冰川和永久积雪6种类型。林、草、灌、湿地、水体、冰川和永久积雪类型的地表覆盖中，孕育出重要的自然生态系统、自然遗迹、自然景观及其所承载的自然资源、生态功能和文化价值的区域。赫尚丽等［9］以国土三调数据对林地保护利用规划实施情况和成效进行评价，发现其调研区生态环境仍然脆弱，亟待衔接国土空间规划落实林地管理边界。选用不同数据源研究不同的问题，该研究则通过分析近20年地表覆盖变化得知云南省林地、草地、灌木地、湿地、冰川和永久积雪5种地表覆盖类型正持续减少，耕地和人造地表扩占、挤占着承载或孕育自然保护地的空间，应加强监测省域地表覆盖类型的时间和空间变化，以维护自然保护地区域内地表覆盖类型的时空稳定性。

4.2  站在全省地表覆盖的视角探讨自然保护地体系规划

目前我国暂未出台全国自然保护地体系规划、各省级自然保护地体系规划这2个自然保护地战略规划层级的相关法律法规或技术标准，但各省自然保护地的归并整合实则是省级自然保护地体系规划的重要开端和必要规划内容。全国或各省级自然保护地体系规划应承担着对全国或各省的保护地全面资源的梳理、自然保护地分类分级规划、国家级和省级步道子系统、自然教育基地、典型自然景观等专项内容进行统筹部署和调控［10］。根据最新的第九次全国森林资源清查《中国森林资源报告（2014—2018）》（编号zgslzy18084），云南省森林覆盖率为55.04%，处于全国第七，林地面积259 944 km2，处于全国第二，同时，经济林面积24 712 km2，已超过江西省和湖南省，位居全国第一［11］。加之前文分析过的2020年云南省林地、草地、灌木地、湿地、水体、冰川和永久积雪等地表覆盖合计约占70%，按理在这70%的地表覆盖中产生18%的自然保护地是宽松的。但是，现状主要存在3大矛盾导致云南省自然保护地占全省土地面积暂未达到该值的全国平均水平（18%）。第一，云南省天然林资源虽丰富，但分布不均。全省天然林面积约17.25万km2，其中70%分布在滇西南、滇西北和滇中片区［12］，而滇东北片区的天然林面积仅占全省的3.6%。第二，全省天然林近、成、过熟林面积占35.61%，天然林的保护、林地用途管制、全省天然林蓄积量等存在着较大的提升空间。第三，人造地表扩占林草灌地表覆盖及其空间。上述原因造成云南全省自然保护地占比停留在15%，那么，站在全省地表覆盖类型的视角来探讨自然保护地体系规划，特别是对自然保护地资源梳理与保护地面积总量划定具有实践意义。

4.3  研发省级荒野地图，识别最不被打扰的地理空间纳入自然保护地体系

全省各自然保护地之间交叉重叠情况较为突出，保护空缺明显存在，自然保护地面积不足且空间分布不尽合理，在这样的背景下以解决问题为导向，借鉴国内外荒野制图技术［13-15］，以云南省全局观识别保护空间，探讨地表覆盖类型、距道路遥远度、人口分布密度、距聚居点遥远度、生物物理自然度等维度识别云南省最不被打扰的地理空间、客观存在的相对较荒的区域，同时，生态系统、野生动植物、原始森林资源等保护空缺往往就是在最不被打扰的地理区域。自然保护地整合优化总体要求之一就是要强化重要自然生态空间的保护、实现自然保护地差别化精细管理［16］，那么将地表覆盖纳入识别维度构建评价指标体系，研绘出全省荒野地图，并以荒野地图为底数底图应用于云南省自然保护地的归并整合及体系规划实践中。

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