建立各类自然保护地是保护生态环境和生物多样性的有力途径^[1-4]。随着经济发展与生态环境矛盾的日益突出，政府也采取了相应的保护措施，我国目前已实施最严厉的生态环境保护制度^[5-6]，建立各级各类自然保护地数量已达到1.18万个^[7]，其中自然保护区数量有2 750个(截至2018年底)，国家级自然保护区达474个。我国从建国以来，建立了大大小小的水库几万座，其中10万m³以上的水库达到98 000多座^[8]。水库具有防洪、通航、调节河川径流和改善小环境等自然生态功能和人文社会功能，而水库周边的生态环境和人为活动对于水库水量和水质有重要影响。

丹江口水库是我国南水北调中线工程的起点，而淅川县正是调水工程的渠首所在地，其生态状况及水质保障对于水源的质量尤为重要。保护区是具有特殊属性的区域，以自然属性为主，但是又难以避免的受到人类活动的干扰。而丹江湿地保护区的建立，对区域生态状况改善具有重要意义。生态效益的评估能够对生态环境的变化做出评价，也为调水的受益者如何进行生态补偿提供有力参考价值。而土地覆被变化的结果正能反映人类与环境相互作用的情况^[9]，并且土地覆被变化作为引起生物多样性变化的首要驱动因子^[10-11]，是定量反映保护区格局变化的基础^[12-13]。植被覆盖度的高低则反映区域植被长势及茂密程度。

现通过对丹江湿地国家级自然保护区及其所在的淅川县土地覆被状况的变化情况进行分析，探究各个区域土地覆被变化中的主导因素和占主导作用的人类活动类型对哪类土地覆被侵蚀较为强烈，并对保护区内外的植被覆盖情况进行比较，研究保护区保护成效，从而提供有针对性的建议。

1 研究方法 1.1 数据时间

2000—2015年。

1.2 研究区概况

淅川县地处河南省南阳市西部，处于豫、鄂、陕三省交界处，秦岭山脉东南余脉地段，海拔在400~1 080 m，西北高，东南低。主要河流包括丹江、老灌河、淇河等，是丹江口库区的重要组成部分，有南水北调中线工程的取水口。丹江湿地国家级自然保护区始建于2000年，于2007年4月晋升为国家级自然保护区，位于淅川县西部，具有涵养水源、改善生态质量和向调水工程供水的特殊功能。其主要保护对象包括湿地生态系统、南水北调中线工程水源地及涵养林、珍稀水禽及其栖息地、珍稀动植物资源以及丰富的生物多样性^[14]。

1.3 数据来源及处理

(1) 30 m空间分辨率土地覆被数据集，通过将TM影像进行处理和分类，得到2000、2005、2010和2015年四期土地覆被数据；(2)植被覆盖度数据是基于Modis影像反演得到，基于像元二分模型认为一个像元的归一化植被指数(NDVI)值是由绿色植被部分贡献的信息与无植被覆盖部分贡献的信息组合而成，分辨率为250 m，数据时间包括2000、2005、2010和2015年四期，该数据集以1%覆盖度为采样间隔；(3)丹江湿地国家级自然保护区矢量数据，来源于生态环境部(2018年)；(4)高分辨率卫星影像为高分1号2015年数据，来源于中国资源环境卫星中心，下载后经几何校正、全色和多光谱融合后生成2 m空间分辨率影像。

根据研究区情况将土地覆被划分为7个类，为森林、灌丛、草地、农田、居民/建设、湿地/水体和裸地，并据此计算不同土地覆被类型面积状况。

1.4 分析方法 1.4.1 土地覆被转类指数

参考中国土地利用/土地覆被遥感分类系统^[15]，将土地覆被类型按照二级类重新划分为7大类，将重分类后的土地覆被类型进行生态级别划分，以衡量该类型所反映的水源涵养、水土保持等生态系统服务功能强弱，土地覆被类型及其对应生态级别见表 1。由表 1可见处于级别1的土地覆被类型具有最高的生态系统服务功能，数字越大则生态系统服务功能越弱。土地覆被转类指数见式(1)。

$ {\rm{LCCI}} = \frac{{\sum\limits_k^n {\left[ {{A_k} \times \left( {{D_a} - {D_b}} \right)} \right]} }}{A} \times 100\% $

(1)

式中：LCCI——土地覆被转类指数；A_k——由某种土地覆被类型转化为另一种土地覆被类型的面积，km²；k——土地覆被类型两两转化的类别；n——土地覆被类型两两转化的总数；D_a——转化前的生态系统级别；D_b——转化后的生态系统级别；A——为区域所有变化类型的变化面积总和，km²。

当LCCI结果为正时，表示区域土地覆被类型转好，结果为负，表明研究区总体上土地覆被类型转差。当D_a恒等于某等级土地覆被类型时，可得到该等级土地覆被类型的变化情况。

1.4.2 土地覆被变化综合变化率

土地覆被变化综合变化率用于定量描述土地覆被的变化速度，综合考虑了研究时段内生态系统类型间的转移，用于反映研究区土地覆被类型变化的剧烈程度，便于在不同空间尺度上找出土地覆被类型变化的热点区域。

$ {\rm{EC}} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n \Delta {\rm{EC}}{{\rm{O}}_{i - j}}}}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{\rm{EC}}{{\rm{O}}_i}} }} \times 100\% $

(2)

式中：EC——研究区土地植被变化的综合变化率，%；ECO_i——监测起始时间第i类土地覆被类型总面积，km²；△ECO_i-j——监测时段内第i类土地覆被类型转为非i类生态系统类型面积的绝对值，根据土地覆被转移矩阵获取，km²；j——i类以外的其他类型。

1.4.3 土地覆被变化主导程度

土地覆被变化主导程度是衡量区域土地覆被变化重要性的主要指标，用于揭示区域所有土地覆被变化类型中的主要类型，为了探究引起土地覆被状况变化的主导因素，通过计算研究区土地覆被变化主导程度，揭示区域土地覆被变化中的主要变化。

$ {P_{ik}} = \frac{{{A_{ik}}}}{A} \times 100\% $

(3)

$ A = \sum\limits_{i = 1}^n \Delta {\rm{EC}}{{\rm{O}}_{i - j}} $

(4)

式中：ik——某两种土地覆被转化的变化类型；P_ik——该变化类型在区域所有变化类型中的主导程度, 为0~100%，P_ik值越大, 表明该变化类型在该区域所有土地覆被变化中所占的主导地位越大；A_ik——该变化类型的变化面积，km²；A——区域所有变化类型的变化面积总和，km²。

2 结果与分析 2.1 土地覆被类型2015年状况分析

淅川县及丹江湿地国家级自然保护区生态系统和保护区人类活动分布见图 1(a)(b)。2015年，淅川县国土面积约2 820 km²，辖区内土地覆被类型以耕地、灌丛为主要土地覆被类型，其他依次为草地、湿地/水域、森林、居民/建设类型、裸地。其中生态服务价值较高的湿地生态系统分布于该县中部和南部，森林、灌丛生态系统主要分布于该县北部和西部。耕地主要分布于东部较平坦区域和河谷周边，其中面积最小的裸地不到全县总面积0.01%，居民/建设类型土地覆被占全县总面积2.45%，主要分布在北部县城周边和东部平坦区域。

丹江湿地国家级自然保护区土地覆被类型空间格局总体上以耕地和湿地生态系统为主，其次为草地生态系统，而保护区核心区则以湿地和灌丛、森林为主。但是在保护区西段湿地周边，人工生态系统的比例仍然较高，主要以农田占比较大。其他草地、建设用地占比均较小。

2.2 保护区人类活动

对于保护区而言，除了通过对土地覆被中自然生态系统类型变化进行研究外，更关注的是保护区内的人类活动。现利用处理后的2 m高分辨率卫星影像对保护区内的人类活动分布情况进行了目视解译，发现保护区内面积占比最大的人类活动为农业用地，占比达91%；其次居民点占7%，并且保护区内存在采石场、养殖场和其他人工设施等对湿地生态具有较大影响的人类活动，且这类活动存在于保护区核心区。

2.3 土地覆被转类指数

分别对淅川县和丹江湿地保护区作为土地覆被转类指数的表征单元，进一步将保护区核心区、缓冲区和实验区作为表征单元，并对研究区内所有土地覆被转类状况进行分析。其中土地覆被转类指数为正，表示土地覆被与宏观生态状况转好，且绝对值越大，转好程度越大；土地覆被转类指数为负，表示土地覆被与宏观生态状况转差，且绝对值越大，转差程度越大。

淅川县、丹江湿地保护区及丹江湿地保护区核心区土地覆被转类指数见表 2。由表 2可见，淅川县及丹江湿地保护区15年来土地覆被状况持续好转，并且3个时段土地覆被与宏观生态状况转好程度也相应增大。而保护区也呈现同样的转化情况，且保护区核心区土地覆被转好情况要高于整个保护区，而保护区土地覆被转好情况又高于淅川县整体情况。淅川县及丹江湿地国家级自然保护区土地覆被变化见图 2(a)(b)(c)。

2.4 土地覆被综合变化率及转类途径主导程度

通过计算发现，淅川县、丹江湿地保护区及丹江湿地保护区核心区15年来土地覆被综合变化率波动较大，2000—2005年是各区域综合变化率均是同区域最大的时段，而保护区核心区则是3个区域中土地覆被变化最剧烈的区域，其次为整个保护区，可见15年间保护区内的土地覆被变化在全县土地覆被总变化中具有较高的比例，见表 3。

由表 3可见，15年来土地覆被主导变化均为耕地转变为湿地类型，也就是说在所有两两转化类型中耕地转为湿地的面积占比是最大的。并且，该主导比例呈现出扩大程度，其中2010—2015年，该转化途径占所有土地覆被类型变化的90%以上，其主要原因应为丹江口水库自2006年以来大坝进行加高，导致库容逐步增加，故而水面面积增大。这也是导致全县以及保护区土地覆被转类指数转好的主导因素。

淅川县、丹江湿地保护区及其核心区土地覆被变化主导程度(除耕地转湿地)见图 3(a)(b)(c)，除耕地变化为湿地这类特殊情况外，淅川县、丹江湿地保护区及丹江湿地保护区核心区15年来其他土地覆被变化的主导程度则呈现不固定模式。

由图 3(a)可见，2000—2005年的所有两两转化类型中以耕地和林灌草之间的转化为主，且转化比例非常接近；而2005—2010年，该县城镇建设速度加快，呈现出大量耕地转变为建设用地，而随着耕地的大量被占，导致部分湿地、裸地、森林开始被耕地侵蚀；而2010—2015年，建设用地依然侵占耕地，但是耕地并没有出现扩张态势，而是出现生态系统转好态势。

由图 3(b)可见，2000—2005年呈现草地和耕地此消彼长的态势；2005—2010年，耕地开始侵占森林和湿地；2010—2015年，各类生态系统均以转化为湿地为主。

由图 3(c)可见，2000—2005年，森林和灌丛、耕地和湿地处于占补平衡状态；2005—2010年，耕地也开始对各生态系统有所侵蚀；2010—2015年，则呈现各生态系统主要向湿地生态系统的转化。

3 生态系统质量状况

对2000—2015年每5年的植被覆盖度进行提取，并计算3个区域内的平均值，结果表明，总体上，丹江湿地保护区核心区内的植被覆盖度平均值高于整个保护区的平均值，而保护区内的植被覆盖度平均值高于淅川县植被覆盖度的平均值，见图 4。

4 结论

(1) 淅川县内以耕地、灌丛为主要土地覆被类型，而丹江湿地保护区内则以耕地、湿地为主要土地覆被类型，而保护区核心区则以湿地和灌丛、森林为主。

(2) 淅川县及丹江湿地保护区15年来土地覆被状况持续好转，且保护区核心区土地覆被转好情况要高于整个保护区，而保护区土地覆被转好情况又高于淅川县整体情况。并且从土地覆被综合变化率看，保护区核心区变化率要大于整个保护区，保护区要大于淅川县。

(3) 淅川县、丹江湿地保护区及丹江湿地保护区核心区15年来土地覆被变化的主导变化均为耕地转变为湿地类型，这也是导致全县以及保护区土地覆被转类指数转好的主导因素。除此外，2000—2005年以耕地和林灌草之间的转化为主；2005—2010年呈现出大量耕地转变为建设用地，部分湿地、裸地、森林开始被耕地侵蚀；而2010—2015年，除建设用地依然侵占耕地外，其他类型出现生态系统转好态势。

(4) 丹江湿地保护区核心区内的植被覆盖度平均值高于整个保护区的平均值，而保护区内的植被覆盖度平均值高于淅川县植被覆盖度的平均值。

2000—2015年来，丹江湿地国家级自然保护区及周边生态环境明显改善，但是这种改善主要来源于库区加高导致的湿地面积增大，而对保护区和生态环境具有较大影响的采石场等活动仍然存在，可见水库的修建对于周边生态环境具有改善作用，但是对于下游水流量或者其他地质灾害等可能存在非正向影响，对于这可能存在的影响仍需深入研究从而为管理决策提供更加科学的论证。