刘晓曼，李 静，刘玉平，刘慧明，闻瑞红 （环境保护部卫星环境应用中心，北京 100094）

自然保护区人类活动天地一体化监管与评价技术体系

刘晓曼，李 静，刘玉平，刘慧明*，闻瑞红 （环境保护部卫星环境应用中心，北京 100094）

基于遥感监测与实地核查相结合的技术，构建了集目标、内容、指标、流程为一体的自然保护区人类活动天地一体化监管与评价的技术体系，在此基础上提出了自然保护区人类活动影响评价方法和模型.最后，为了验证方法体系的可靠性，以河南董寨国家级自然保护区为例进行了示范研究，结果表明:该自然保护区有工矿用地、旅游用地、采石场、农业用地、居民点、其他人工设施和道路7种人类活动类型，人类活动总面积占保护区总面积的16.60%，以农业用地为主，占自然保护区人类活动总面积的89.41%.人类活动主要分布在实验区，实验区人类活动总面积5554.9h m2、总数量231处，分别占人类活动总面积和总数量的68.65%和58.93%.该自然保护区人类活动影响指数为0.000697，人类活动影响较明显，不利于物种和生态系统的保护.

自然保护区；人类活动；天地一体化；监管；评价

自然保护区能为人类提供生态系统的天然“本底”，是各类自然生态系统和野生生物物种的天然存储库，对于保护自然环境、物种和维护生态平衡具有重要意义，在国民经济建设和未来社会发展中具有战略地位，因此，加强和发展自然保护区事业也是当前我国环境保护工作的一项重要而紧迫的任务［1-2］.

但随着我国经济的快速发展以及对自然资源的需求日益增加，保护与开发的矛盾日益增加，“人工化”、“生境退化”的趋势日趋严重，造成自然保护区物种的减少和服务功能的降低［3-8］，自然保护区面临着前所未有的压力.武国柱［9］、高爱根［10］、陈盼［11］、李义明［12］等对六盘水、南麓列岛、九寨沟、神农架等研究发现人类活动是导致自然保护区生态破坏的主要因素.近年来，随着遥感技术的发展，很多学者尝试利用遥感手段对自然保护区进行监测，崔文连［13］、吴东辉［14］、王坎［15］、阮英琴［16］分别对崂山、可可西里、十八里长峡、佛坪等自然保护区的人类活动进行了遥感监测.但这些监测集中在典型自然保护区，尚未形成系统的自然保护区天地一体化监管与评价的技术体系.

本文针对我国自然保护区人类活动日益增加的压力，紧密围绕我国自然保护区管理的需求，将遥感技术与实地调查相结合，构建了集目标、内容、指标、模型、流程为一体的自然保护区人类活动天地一体化监管与评价的技术体系，不仅可以提高我国自然保护区的管理水平，也有利于我国自然保护区主管部门及时准确地掌握自然保护区的开发建设活动，防止不合理的开发建设

活动对物种和生态系统造成损害，对于维系我国自然保护区的生态功能、促进生物多样性保护、加强生态文明建设具有重要意义.同时以河南董寨国家级自然保护区为例进行了示范研究，对技术体系的可靠性进行了有效验证，为我国自然保护区的综合监管提供了有效技术支持.

1 自然保护区人类活动天地一体化监管与评价技术体系

以多源卫星影像为数据源，利用遥感与GⅠS方法，提取保护区内各项人类活动信息.在此基础上，对遥感监测结果进行实地核查，进一步修正遥感监测结果，并评价自然保护区的人类影响强度.

1.1 监管目标

自然保护区人类活动天地一体化监管与评价的目标是全面了解我国自然保护区的人类干扰现状和强度，构建长效化、动态化、业务化的天地一体化自然保护区人类活动监管机制，为自然保护区的管理和执法提供依据，提升自然保护区天地一体化综合监管水平.

1.2 监管内容

自然保护区人类活动天地一体化监管与评价主要包括自然保护区人类活动遥感监测、自然保护区人类活动实地核查、自然保护区人类活动影响程度评价3个方面的内容：

1.2.1 自然保护区人类活动遥感监测 对遥感影像进行数据处理的基础上，根据影像的判读标志，如色调（颜色）、形状、位置、大小、阴影、布局、纹理及其它间接标志，采用遥感解译的方法（包括目视解译与自动分类方法），从遥感影像上提取自然保护区内各种人类活动信息.

1.2.2 自然保护区人类活动实地核查 根据遥感监测提取的人类活动信息，采用现场调查与座谈交流相结合的方法，到实地对各自然保护区人类活动进行定位、验证，并记录其所在功能区、建成时间、设施现状、相关审批手续等.在此基础上，根据实地核查结果，对遥感解译的人类活动结果进行修正.

1.2.3 自然保护区人类活动影响程度评价根据自然保护区人类活动监测结果，通过建立模型和算法，对自然保护区人类活动影响程度进行评价.

1.3 自然保护区人类活动天地一体化监管与评价技术

以多源卫星影像为数据源，采用面对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，采用现场调查与座谈交流相结合的方法，对人类活动设施现状、所在功能区、建成时间、环保手续等进行实地核查验证.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（图1）.

1.3.1 自然保护区人类活动分类体系自然保护区人类活动分类系统的确定遵循如下原则：

（1）科学性、系统性.按照自然保护区人类活动的特性进行科学分类，形成系统的分类体系.

（2）兼容性.对于没有出现过的类型，可根据区域的实际情况，统一划归为其他人工设施，由核查具体确定类型.

（3）完整性、互斥性和可扩充性.人类活动同位类之间是互斥的，不可存在交叉.不同区域的用户可根据自己的需求对本分类系统进行调整和扩充.

根据以上分类原则，对自然保护区人类活动进行了分类（表1）.

图1 自然保护区人类活动遥感天地一体化监管技术流程Fig.1 The flow chart of the integration of human activities in nature reserve

10种人类活动的定义分别如下：

（1）农业用地是指直接或间接为农业生产所利用的土地.

（2）居民点是指因生产和生活需要而形成的集聚定居地点.

（3）工矿用地是指独立设置的工厂、车间、建筑安装的生产场地等以及在矿产资源开发利用的基础上形成和发展起来的工业区、矿业区.

（4）采石场是指开采建筑石（砂）料的场所.

（5）能源设施是指利用各种能源产生和传输电能的设施.

（6）旅游用地是指用于开展商业、旅游、娱乐活动所占用的场所.

（7）交通设施是指从事运送货物和旅客的工具及设施.

（8）养殖场是指在滩涂、浅海、沿江及内陆，养殖经济动植物的区域.

（9）道路是指供各种无轨车辆和行人通行的基础设施.

（10）其他人工设施是指无法准确划分到以上9种人类活动类别中的设施，如试验场、粮仓、训练场、货场、科研基地等设施等.

表1 自然保护区人类活动分类体系Table 1 Classificationsystem of human activities in nature reserve

1.3.2 自然保护区人类活动天地一体化监管与评价指标围绕自然保护区人类活动天地一体化监管目标和内容，构建了自然保护区人类活动天地一体化监管指标体系（表2）.

表2 自然保护区人类活动遥感监测与评价指标Table 2 The remote sensing monitoring and evaluation index of human activities in nature reserve

1.3.3 自然保护区人类活动影响程度评价为评价自然保护区人类活动影响程度，在综合考虑不同人类活动对保护对象的影响以及人类活动所在功能区的情况下，通过建立评价模型，计算保护区的人类活动影响指数，从而对区域内自然保护区的人类活动影响程度进行评价.

（1）评价模型.以自然保护区作为评价单元，利用人类活动影响评价模型，计算各自然保护区人类活动影响指数，并进行分级，评价模型如下：

式中：NRHⅠ为自然保护区人类活动影响指数，xi为人类活动类型的面积，x为自然保护区的总面积.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，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.

（2）权重确定.根据保护对象分布的区域不同，自然保护区被划分为核心区、缓冲区和实验区.其中，保存完好的天然状态的生态系统以及珍稀、濒危动植物的集中分布地为核心区，其次为缓冲区、实验区［1］.因此，核心区的人类活动对自然保护区保护对象的影响最大，其次为缓冲区和实验区.经过专家咨询，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.

不同人类活动对自然保护区的影响因子bi根据其对自然保护区的影响程度来确定.人类活动对自然保护区保护对象的影响极其复杂［7,13］.通过给动物学、植物学、生态系统学、生态保护学等相关领域的专家和自然保护区领域的管理者发放50份问卷，分别对不同人类活动对自然保护区的影响程度进行打分，由低到高得分为0～100分.在此基础上，取平均值，得到每一种人类活动对自然保护区的影响程度得分.单项得分除于总分，就是每一种人类活动对自然保护区的影响程度权重（表3）.其中工矿用地、能源设施、采石场、旅游用地会因为排放污染物等带来地表水污染、空气质量下降等环境风险，对保护区物种和生态系统的威胁相对其他类型要大；而养殖场、农田和居民点对保护对象的影响程度相对较小.

表3 不同人类活动类型对自然保护区的影响权重Table 3 The influence of different types of human activities on nature reserve

表4 自然保护区人类活动影响程度分级Table 4 Interferencegrade of human activities in nature reserve

（3）影响程度分级.根据自然保护区的人类活动影响指数，确定不同人类活动对自然保护区的影响程度，划分为剧烈、明显、较明显、一般和轻微五个级别（表4）.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根据自然保护区实际情况自行确定.

2 应用实例与结果分析

2.1 保护区简介

河南董寨国家级自然保护区，位于河南省南部，豫鄂两省交界的大别山北麓，地理坐标为114°18′E～114°30′E，北纬31°28′N～32°09′N之间，属野生动物类型自然保护区.保护区总面积4.68万hm2，核心区面积1.65万hm2，缓冲区面积1.1万hm2，实验区面积1.93万hm2，1982年6月经省人民政府批准成立，2001年6月经国务院批准晋升为国家级自然保护区（图2）.

图2 河南董寨国家级自然保护区遥感影像Fig.2 The remote sensing image map of Henan Dongzhainational nature reserve

保护区属于北亚热带向暖温带过渡区域，气候温暖湿润，四季分明，年平均气温15.1℃、年降水量1200mm.该保护区蕴藏着大量的生物种类，具有典型的生物多样性特点.据调查，共有维管植物175科、784属、1876种，其中蕨类植物142种，裸子植物21种，被子植物1716种.鸟类44科，237种，占河南鸟类总数的79%.兽类16科37种.昆虫99科700种.董寨被称为“亚热带边缘的绿色自然博物院，珍稀物种的天然基因库.国家级重点和省级重点保护植物38种，狭叶瓶尔小草、银杏、香果树、杜仲、八角莲、三尖杉、红豆杉等.国家一、二级重点保护珍稀动物约50种：金钱豹、大灵猫、水獭、豪猪、狼、果子狸、东方白鹳、金雕、白腹山雕、白冠长尾雉、苍鹰等［17］.

2.2 人类活动遥感解译及信息提取

图3 河南董寨国家级自然保护区人类活动监测图Fig.3 The human activity monitoring map of Henan Dongzhainational nature reserve

采用2015年5月的2m高分一号高分辨率遥感影像作为数据源，在对影像进行几何精校正、图像镶嵌与图像裁切等预处理的基础上，根据影像的色调（颜色）、形状、位置、大小、阴影、布局、纹理及其它间接标志等，采用面向对象和目视判读相结合的方法，从影像上识别各种人类活动信息（图3）.

表5 河南董寨国家级自然保护区人类活动信息统计Table 5 The information statistics of human activities in the national nature reserve of Henan Dongzhai

利用GⅠS空间分析方法，统计了河南董寨国家级自然保护区人类活动斑块的面积、百分比及其数量（表5）.经统计分析，该保护区有工矿用地、旅游用地、采石场、农业用地、居民点、其他人工设施和道路7种人类活动类型.①从面积而言，人类活动总面积为8096.1hm2，占保护区总面积的16.60%，以农业用地为主，总面积为7237hm2，占自然保护区人类活动总面积的89.39%；②从数量而言，人类活动总数量为392处，以居民点和农业用地为主，分别占自然保护区人类活动总数量的57.40%和36.99%；③从功能区来分析，人类活动主要分布在实验区，实验区人类活动总面积为5555.5hm2、总数量为231处，分别占人类活动总面积和总数量的68.62%和58.93%.实验区道路总长度为146022.53m，占道路总长度的60.41%；④该保护区除了农业用地、居民点和道路以外，还有2处采石场、2处工矿用地、1处旅游用地和17处其他人工设施（图4-7），存在较明显的开发建设活动，不利于物种和生态系统的保护.

图4 采石场高分影像Fig.4 The high score remote sensing image of quarry

图5 工矿用地高分影像Fig.5 The highscore remote sensing image of industrial and mining land

图6 旅游用地高分影像Fig.6 The high scores remote sensing image map of tourism land

图7 其他人工设施高分影像Fig.7 The high score remote sensing image map of other artificial facilities

2.3 人类活动影响程度评价

通过人类影响指数模型，计算了董寨国家级自然保护区的人类活动影响指数.结果表明，该自然保护区人类活动影响指数为0.000697，在全国428个国家级自然保护区排名较前，人类活动影响较明显.其中，实验区人类活动影响指数最高，为0.000273，缓冲区和核心区影响指数相近，分别为0.000217和0.000207（表6），说明该保护区人类活动主要集中在实验区.评估结果以定量的方式客观描述了该自然保护区的人类活动影响程度，表明在实际应用中本文的评估方法和级别划分是可靠的.

表6 河南董寨国家级自然保护区人类影响程度评价表Table 6 Evaluation of human interference degree in national nature reserve of Henan Dongzhai

3 结论

3.1 构建了集目标、内容、分类、指标和技术流程为一体的自然保护区人类活动天地一体化监管与评价的技术体系，在此基础上提出了自然保护区人类活动影响评价方法和模型.

3.2 为了验证方法体系的可靠性，以河南董寨国家级自然保护区为例进行了示范研究，结果表明：该自然保护区有工矿用地、旅游用地、采石场、农业用地、居民点、其他人工设施和道路7种人类活动类型.从面积而言，人类活动总面积占保护区总面积的16.60%，以农业用地为主，占自然保护区人类活动总面积的89.41%.从数量而言，以居民点和农业用地为主，分别占自然保护区人类活动总数量的57.40%和36.99%.从功能区来分析，人类活动主要分布在实验区，实验区人类活动总面积和总数量分别占人类活动总面积和总数量的68.65%和58.93%，实验区道路总长度占道路总长度的60.41%.该自然保护区开发建设活动明显，人类活动影响指数为0.000697，实验区人类活动影响程度大于核心区和缓冲区.

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Method for supervising and assessing of human activities in nature reserve based on sky and earth.

LIU Xiao-man，LI Jing， LIU Yu-ping， LIU Hui-ming*， WEN Rui-hong （Satellite Environment Center， Ministry of Environmental Protection， Beijing 100029， China）. China Environmental Science， 2016，36（10）：3135～3142

It built themethod for supervising and assessing human activitiesinnature reserve based on sky and earth，including the target， content， index， process and so on. On the basis of this， the evaluation methods and models are built accordingly. Lastly， in order to verify the reliability of the method， a case study was carried out in Henan Dong Zhainational nature reserve. The results show that there are tourism land， quarry， agricultural land， residential， road and other artificial facilities in the nature reserve. The area of human activities accounts for 16.60% of the total area of the nature reserve. From the area， the main human activity type is agricultural land， which area is 89.41% of the total area of human activity in the nature reserve. The human activities mainly distribute in the experimentation area. The total area is 5554.9hm2and the total numberis 231 of the human activities in the experimentation area， accounting for 58.93% and 68.65% of the total area and total number of the reserve. The human disturbance index of this nature reserve is 0.000697，which means that interference intensity is obvious. It is not conducive to the protection of species and ecosystems.

nature reserves；human activities；sky and earth；supervising；assessing

X36，S127

A

1000-6923（2016）10-3135-08

刘晓曼（1979-），女，湖北宜昌人，高级工程师，博士，主要从事生态遥感和自然保护区监测方面的研究.发表文章20余篇.

2016-01-22

公益性行业科研专项经费项目:自然保护区动态监管关键技术研究与示范（201509042）；863项目:全球变化敏感区生态环境要素监测与评估技术（2012AA12A310）

* 责任作者， 高级工程师， liuhm1982@163.com