庄鸿飞,陈君帜,史建忠,王 伟,黄 璐,叶 菁,栾晓峰,*

1 北京林业大学自然保护区学院,北京 100083 2 国家林业和草原局调查规划设计院,北京 100714 3 中国环境科学研究院,北京 100012

自然保护地是目前高效维护生物多样性、保护自然资源及应对全球气候变化等保护工作的根本保障[1- 4]。合理的空间布局是各类自然保护地实行空间管控、实现保护目标的源头与基础[5- 8]。自1956年广东鼎湖山自然保护区建立以来,经60余年发展,我国形成了类型众多、数量庞大、功能多样的自然保护地网络,截至2016年年底,我国已建立10余类、约12000个自然保护地[9],为我国的自然保护事业作出了重要贡献。但由于自然保护地在空间上的交叉重叠导致了管理机构重叠、管理目标模糊及管理效能低下等问题,严重制约着我国自然保护地的发展[7,9- 11]。

党的十九大报告与《建设国家公园体制总体方案》等政策、文件的出台,明确了在国家公园建设中“理清各类自然保护地关系”,进而“构建以国家公园为主体的自然保护地体系”的基本方略。目前我国已批建10个国家公园试点区,大熊猫国家公园试点区因其保护对象的特殊性[12- 15],具有高度的国家代表性,广泛的国民认同感,以及丰富的科学文化内涵,受到国内外的广泛关注。同时,大熊猫国家公园试点是涉及自然保护地最多的国家公园试点[16],充分认识试点范围内自然保护地空间关系的复杂性与严峻性,深刻理解自然保护地分布格局与保护对象之间的响应机制,对于理清各类自然保护地关系,推进大熊猫国家公园试点建设具有重要意义,然而截至目前鲜有对此系统化和量化的研究。

鉴于此,本文以大熊猫国家公园四川片区为研究区域,在空间层面上量化试点范围内各类自然保护地的空间关系,进而探索公园范围内大熊猫(Ailuropodamelanoleuca)分布格局对自然保护地空间关系的响应机制,旨在为大熊猫国家公园及其他各类保护地的建设与管理提供参考。

1 研究方法

本文研究范围与《大熊猫国家公园体制试点方案》(以下简称《试点方案》)四川片区范围一致。

自然保护地共六类,包括自然保护区、世界遗产地、森林公园、风景名胜区、地质公园和水利风景区。厘清各类自然保护地的概念有助于理解它们之间错综复杂的空间关系,因此本文搜集整理了各类自然保护地的定义与原主管部门(表1)。

表1 六类自然保护地的定义与原主管部门

MOHURD, Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People′s Republic of China; SFA, The State Forestry Administration of the People′s Republic of China; MOLR, Ministry of Land and Resources of the People′s Republic of China; MOWR, The Ministry of Water Resources of the People′s Republic of China

本研究的数据预处理、统计与制图以ArcGIS 10.2为基本操作平台。根据《四川的大熊猫：四川省第四次大熊猫调查报告》,本文基于ArcGIS创建要素进行矢量化处理,获得四川省范围内的大熊猫分布位点1387个。为便于进行空间分析,统一所有图层的坐标系统(CGCS2000_GK_CM_105E),用掩模提取出《试点方案》中公园范围内的自然保护地图层,并参照SRTM90 m分辨率数字高程原始数据(http://www.gscloud.cn/),将大熊猫国家公园四川片区边界与相关自然保护地的矢量数据转换为90米分辨率的栅格数据。

基于ArcGIS的数据可视化功能,符号化显示大熊猫国家公园四川片区所涉及自然保护地的空间分布,明确国家公园与原有自然保护地的位置关系；基于栅格数据的空间分析,以栅格单元为单位统计国家公园内自然保护地的重叠水平,结合Venn图(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/Venn/)将自然保护地的六维关系平面化,分析、展示国家公园范围内自然保护地交叉分布的复杂程度,量化各类保护地的空间关系；通过叠置分析与数据管理工具统计国家公园内不同重叠程度、不同类型区域对大熊猫分布位点的覆盖情况,揭示大熊猫分布格局对自然保护地空间关系的响应情况。

2 研究结果

2.1 自然保护地的空间分布

大熊猫国家公园四川片区面积为20177.06 km2,范围内有6类主要自然保护地类型,共计61个,总面积(未去除重叠部分)达23365.82 km2。从数量来看,自然保护区和风景名胜区相对较多,分别为27、14个,世界遗产地与水利风景区相对较少,皆为2个。从面积来看,自然保护区和世界遗产地相对较多,分别为10993.84 km2、7067.08 km2,水利风景区和地质公园相对较少,分别为107.6、609.8 km2。公园范围内包含国家级自然保护区10个、省级及以下自然保护区17个；国家级森林公园7个、省级森林公园5个；国家级风景名胜区5个、省级风景名胜区9个；国家级地质公园3个、省级地质公园1个；国家级水利风景区1个、省级水利风景区1个。各类自然保护地情况详见表2,空间分布情况见图1。

表2 大熊猫国家公园四川片区内自然保护地数量与面积统计

图1 大熊猫国家公园四川片区内自然保护地分布图Fig.1 The distribution map of protected area in Sichuan area of giant panda national park

2.2 自然保护地的空间关系

大熊猫国家公园四川片区内的6类自然保护地总面积(去掉重叠区域,下同)为15158.24 km2,占研究区域总面积的75.13%,其中重叠面积(重叠水平≥2)为6167.09 km2,重叠率达40.68%。大熊猫国家公园四川片区内按自然保护地的重叠水平划分为4类(表3)。从重叠区域的空间分布来看,松潘县、大邑县和天全县等是高度重叠(≥3类自然保护地覆盖的区域)的集中分布县(图2)。

表3 研究区域内自然保护地的空间重叠水平

图2 大熊猫国家公园四川片区内自然保护地重叠现状图Fig.2 The overlap status of protected area in Sichuan area of giant panda national park

根据韦恩图,不同自然保护地类型间均存在不同程度的交叉重叠：

1)与自然保护区存在空间重叠的保护地类型有：世界遗产地、森林公园、风景名胜区和地质公园；

2)与世界遗产地存在空间重叠的保护地类型有：自然保护区、森林公园、风景名胜区、地质公园和水利风景区；

3)与森林公园存在空间重叠的保护地类型有：自然保护区、世界遗产地、风景名胜区和地质公园；

4)与风景名胜区存在空间重叠的保护地类型有：自然保护区、世界遗产地、森林公园、地质公园和水利风景区；

5)与地质公园存在空间重叠的保护地类型有：自然保护区、世界遗产地、森林公园和风景名胜区；

6)与水利风景区存在空间重叠的保护地类型有：世界遗产地和风景名胜区。

各类重叠关系的面积可见附录1,各类重叠区域在研究区域内自然保护地总面积的占比情况可见图3和附录1。

图3 大熊猫国家公园四川片区内自然保护地重叠现状的韦恩图Fig.3 Venn Diagram of the overlap status of protected area in Sichuan area of giant panda national park

从自然保护地类型来看,不同保护地类型间的重叠区域面积占各自总面积都比较大(表4),平均重叠率达75.54%。自然保护区总面积为10993.84 km2,重叠面积为5045.25 km2,重叠率为45.89%,重叠区面积占公园范围内保护地总面积的33.28%；其他各类自然保护地的总面积为9226.25 km2,重叠面积为6167.09 km2,重叠率为66.84%,重叠区面积占公园范围内保护地总面积的40.68%。另外,世界遗产地、森林公园、风景名胜区和地质公园等4类自然保护地皆与自然保护区存在大面积的交叉重叠,重叠部分成为这些自然保护地空间重叠的主要区域(表4)。

表4 各类自然保护地重叠概况及与自然保护区内的重叠概况

2.3 自然保护地与大熊猫空间分布关系

根据大熊猫分布位点密度(以下简称猫点密度)的统计数据(表5)和帕累托图(图4),可以得出：

1)保护地覆盖区域的猫点密度高于无保护地覆盖区域；

2)猫点密度随着保护地重叠水平的升高而降低；

3)重叠水平最高区域(重叠水平=4的区域)的猫点密度低于无保护地覆盖区域。

表5 不同重叠水平自然保护地的大熊猫分布位点密度

图4 不同重叠水平自然保护地猫点密度的帕累托图Fig.4 Pareto chart for the density of giant panda of protected area (PA) with different overlap level

从自然保护地类型来看(表6),自然保护区和世界遗产地猫点分布的区域密度最高,每100 km2分别分布有6.64、5.89只；水利风景区和世界遗产地的重叠区密度最高,每100 km2分别分布有8.49、5.83只；自然保护区和森林公园的非重叠区密度最高,每100 km2分别分布有7.68、7.35只。非保护区类保护地的猫点密度为5.38只每100 km2,总体上重叠区与非重叠区的猫点密度没有明显差异。自然保护区和森林公园两类自然保护地非重叠区的猫点密度明显高于重叠区,风景名胜区、地质公园和水利风景区三类自然保护地则相反,其重叠区域的猫点密度明显高于非重叠区。

表6 各类自然保护地重叠与非重叠区域的大熊猫分布位点密度

从各类保护地与自然保护区的空间关系来看(表7),与自然保护区产生空间关系的各类保护地,其自然保护区内的猫点密度皆高于保护区外重叠区密度。世界遗产地在自然保护区内的猫点密度明显高于其他类自然保护地,并略高于其非重叠区密度(表6)。水利风景区未与保护区产生空间关系,但其重叠区域的猫点密度高于其他各类自然保护地(包括自然保护区)重叠与非重叠区域(表6、表7)。地质公园95.82%的区域与自然保护区重叠,其范围内的大熊猫全部分布在与自然保护区重叠的区域,并且猫点密度低于其他各类自然保护地(包括自然保护区)有猫点分布的重叠与非重叠区域(表6、表7)。

表7 自然保护区范围内外各类自然保护地重叠区域的大熊猫分布位点密度

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)大熊猫国家公园四川片区内有自然保护地6类之多,75.13%的区域被自然保护地所覆盖。从空间关系的复杂程度来看,区域内既有被4类自然保护地覆盖的区域,也有未被自然保护地覆盖的区域,自然保护地的总体重叠率达40.68%(表3)。

(2)分类来看自然保护地的空间关系,研究区域内不存在同一类型自然保护地的交叉重叠,但每类自然保护地都大幅存在被其他类“侵占”的现象,平均重叠率达75.54%,其中自然保护区是世界遗产地、森林公园、风景名胜区和地质公园等4类自然保护地发生重叠的主要区域,也是被“侵占”面积最大的自然保护地类型(表4)。

(3)大熊猫国家公园四川片区内猫点密度与自然保护地的重叠程度呈现逆向增长趋势。按重叠水平梯度,研究区域内自然保护地整体非重叠区的猫点密度高于重叠区域；猫点密度随重叠水平的升高逐渐降低,甚至出现了高度重叠的自然保护地区域低于非保护地区域(表5、图4)。

(4)按自然保护地类型,自然保护区是整体猫点密度最高的自然保护地类型,其非重叠区密度明显高于重叠区；森林公园非重叠区与水利风景区重叠区呈现较高的猫点密度；研究区域内自然保护区和非自然保护区类保护地整体上非重叠区的猫点密度皆高于重叠区。

3.2 讨论

自然保护地管理机构重叠、管理目标模糊及管理效能低下等问题的根本原因是边界和管理权分离[17-18]。结合本文的表1和图3,我们发现有重叠关系的这些区域皆存在2个及以上的行政主管部门,更多的是分属于3个或4个行政主管部门。“九龙治水”的管理体制让各类自然保护地在选址、规划和设立等阶段皆不能统筹兼顾,可能是导致该区域自然保护地出现大面积空间重叠、复杂空间关系的重要原因。在国家公园建设之前,自然保护区是我国生物多样性保护的核心区域[19],起步最早、建设时间最长、保护强度最高,更是集中了大熊猫栖息地的主要分布区域[13,20- 22],对于大熊猫保护起着关键作用,但近乎半数的范围存在着其他自然保护地类型,其中包括以资源利用为主的风景名胜区与地质公园[23],这种不健康的空间关系从管理层面严重着制约自然保护区保护效能的发挥。通过自然保护地空间关系与猫点密度的分析,进一步揭示了大熊猫国家公园四川片区内交叉重叠的保护区域很有可能由于管理乱象、管理松散致使原生环境未得到有效保护[24- 25],而对大熊猫的繁衍生息造成了一定阻力,形成“多管不如不管”的消极态势。

在国家公园建设之前,自然保护区是我国生态环境、自然资源最精粹、最集中和最具代表性的区域(表1),这些区域本身的生境质量就优于其他区域,考虑到生境质量决定了承载生物多样性的自然资源的丰富程度[26- 27],因此本文结果中面积最大的自然保护区拥有最高的猫点密度。非重叠区域受空间关系的影响较小,其猫点密度更能反映出自然保护地类型对大熊猫分布的影响。本文研究结果发现森林公园非重叠区的猫点密度仅略低于自然保护区,明显高于其他类自然保护地。森林、竹子与大熊猫之间具有紧密的协同关系[28-30],森林植被是大熊猫的主要栖息地[31- 32],可见森林公园作为森林资源及森林生态系统服务的主要载体[33],是大熊猫适宜栖息的重要自然保护地类型,也成为该类型自然保护地呈现高猫点密度的重要原因。另外,水利风景区重叠区域的猫点密度极高,甚至高于自然保护区非重叠区的猫点密度(表6)。食物、水源及隐蔽条件是野生动物生存的三个必需条件[34],缺苞箭竹是大熊猫的主食竹[35],主要分布在与水源距离小于100 m的生境,以水体为基质类型的水利风景区,拥有良好的水资源,有利于缺苞箭竹的生长,因而十分有益于大熊猫生存,同时被大范围(82.62%的重叠区域)划为四川大熊猫栖息地世界自然遗产当中。

本文涉及的27个自然保护区是我国为保护大熊猫而建立的67个自然保护区的重要组成部分[13],是大熊猫历来栖息的集中区与保护的关键区。通过对与自然保护区产生空间关系的各类保护地的猫点密度分析(表7),我们发现重叠在自然保护区的猫点密度远高于其他重叠区,与此同时这些区域中无任何一处的猫点密度高于自然保护区的非重叠区(表6)。这一现象并非表明与自然保护区重叠为其他类自然保护地的大熊猫保护带来了正面影响,恰恰揭示了自然保护区正在因“被蚕食”而致使其保护效能退化。世界自然遗产地被认为是全球最具保护价值的自然保护地[36],是我国重要的国际履约自然保护地类型,从猫点密度来看,其在保护强度最高的自然保护区中的大熊猫得到了良好保护,而被其他自然保护地覆盖区域总体的猫点密度相对较低,并且低于未被自然保护地覆盖区域的猫点密度(表7),可以反映出以世界遗产地为代表的国际重要保护地的保护成效极为依赖所在区域的管理机构。

3.3 展望

在漫长的自然保护地建设过程中,分属不同主管部门、不同类型的自然保护地形成了不同的管理模式,这势必导致空间重叠区域出现管理目标模糊、权责不清以及保护资源冗余等问题,既不利于保护,又将限制资源的合理利用[37-38]。我国自然保护地体系的升级正在如火如荼地试点、建设当中,鉴于案例研究结果,我们建议应在厘清各类自然保护地空间关系的基础上,根据各类自然保护地的划入标准,对重叠区域以及面积较小邻近相接的自然保护地区域开展自然资源、生态价值与管理目标等的科学评估,明确区域的唯一属性,在空间整合优化中解决交叉重叠、“九龙治水”等历史遗留问题。另一方面,通过健全自然保护地管理体制,自上而下统筹谋划各类自然保护地的空间布局,规范自然保护地规划、设立、调整和管理等各个环节,为以国家公园为主体的自然保护地体系建设“松体制之绑”。

大熊猫国家公园建设对于实现大熊猫种群稳定繁衍生息、探索建设以国家公园为主体的自然保护地体系具有重要意义。四川省划入面积占大熊猫国家公园总面积的七成以上,加之原有自然保护地体系体量大且空间关系复杂,园区内不同区域间保护效能的不平衡与不充分,可见该区域大熊猫国家公园试点建设任务之艰巨,同时也印证了在该区域推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设的必要性与紧迫性。2018年10月29日,大熊猫国家公园管理局在四川成都揭牌,标志着大熊猫国家公园体制试点工作进入了全面推进的新阶段(http://www.xinhuanet.com/politics/2018- 10/29/c_1123630894.htm),综合本文研究结果,我们建议：(1)将大熊猫国家公园四川片区内自然保护区的非重叠区、世界遗产地在自然保护区内的区域、森林公园的非重叠区以及水利风景区的重叠区等区域作为大熊猫的核心保护区,施行严格保护,禁止人为活动；(2)将自然保护区的重叠区、世界遗产地的非重叠及非自然保护区覆盖的其他区域作为生态保育区,恢复受损的大熊猫栖息地及所在的自然生态系统,除开展必要的修复活动外,禁止人为活动,恢复良好时应归入核心保护区；(3)将除上述区域之外的其他自然保护地覆盖区和无自然保护地覆盖区域作为一般控制区,在有效维护大熊猫种群及其栖息地的前提下开展适度人为活动。本文希望通过自然保护地与保护对象空间关系的案例分析,揭示自然保护地空间关系现状并探讨其对保护产生的影响,以图在国家公园建设的开局阶段实现破局,为日后以国家公园为主体的自然保护地体系的空间管控奠定研究基础。

续表重叠水平Overlap level保护地类型Protected area面积Area/km2比例Percent/%2风景名胜区 Scenic and historical area地质公园 Geopark12.730.082风景名胜区 Scenic and historical area森林公园 Forest park184.001.212风景名胜区 Scenic and historical area水利风景区 Water park12.280.082地质公园 Geopark森林公园 Forest park3.680.021自然保护区 Nature reserve5931.9939.131世界遗产地 World Heritage2545.7316.791森林公园 Forest park145.670.961风景名胜区 Scenic and historical area323.562.131地质公园 Geopark7.640.051水利风景区 Water park36.570.24