自然保護區(qū)功能區(qū)劃模式研究

自然保護區(qū)功能區(qū)劃模式研究

建立自然保護區(qū)是生物多樣性保護的有效手段。截至2013年底,我國已建立各種類型、不同級別的自然保護區(qū)2697個,保護區(qū)總面積14631萬hm2,其中陸地自然保護區(qū)面積已占到國土面積的14.77%(/hjzl/zkgb/2013zkgb/),初步形成了布局較為合理、類型較為齊全、功能比較健全的自然保護區(qū)網(wǎng)絡,對維護生物多樣性和促進可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用?？茖W合理的功能區(qū)劃分是發(fā)揮自然保護區(qū)多重功能、提高自然保護區(qū)管理水平的關(guān)鍵。我國目前自然保護區(qū)功能分區(qū)采用國際“人與生物圈”計劃生物保護區(qū)的基本模式,即將保護區(qū)劃分為核心區(qū)、緩沖區(qū)與實驗區(qū)的三區(qū)模式,并且在不同的功能區(qū)采取不同的經(jīng)營管理策略,以實現(xiàn)生物多樣性保護與可持續(xù)發(fā)展的目的。保護區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)以及珍稀、瀕危動植物的分布情況是分區(qū)的關(guān)鍵。但由于我國大部分自然保護區(qū)在建立之初本底不清,野生動植物空間分布等基礎數(shù)據(jù)條件不能充分滿足區(qū)劃的要求,加之受到分區(qū)方法與技術(shù)條件的限制,自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的主觀性較強,不利于自然保護區(qū)功能的發(fā)揮。本文在總結(jié)自然保護區(qū)功能區(qū)劃分方法研究進展上,概述了自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的難點與問題,探討了自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的對策,以期為我國自然保護區(qū)功能區(qū)的科學劃分提供依據(jù)。1擴大自然保護區(qū)內(nèi)涵我國目前自然保護區(qū)功能分區(qū)采用國際“人與生物圈”計劃生物保護區(qū)的基本模式,即“核心區(qū)-緩沖區(qū)-實驗區(qū)”三圈模式,并對各區(qū)的主要任務與保護方式做出了相關(guān)規(guī)定。我國1994年頒布的《中華人民共和國自然保護區(qū)條例》對三區(qū)的內(nèi)涵做了明確規(guī)定,成為自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的基本依據(jù)。其中,核心區(qū)是“自然保護區(qū)內(nèi)保存完好的天然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)以及珍稀、瀕危動植物的集中分布地”,禁止任何單位和個人進入;核心區(qū)外圍可以劃定一定面積的緩沖區(qū),只準進入從事科學研究觀測活動。緩沖區(qū)外圍劃為實驗區(qū),可以進入從事科學試驗、教學實習、參觀考察、旅游以及馴化、繁殖珍稀、瀕危野生動植物等活動。2008年國家林業(yè)局頒布了《自然保護區(qū)功能區(qū)劃技術(shù)規(guī)程》,對自然保護區(qū)功能區(qū)劃的基本原則、依據(jù)、方法與功能區(qū)總體布局等做了原則性與技術(shù)性的要求,為目前自然保護區(qū)功能區(qū)劃分發(fā)揮重要指導作用。2設置的主導地位我國自然保護區(qū)的功能區(qū)劃分,經(jīng)歷了從人為定性劃分到計算機模擬輔助決策劃分的過程。早期建立的保護區(qū),因保護區(qū)自然資源狀況本底數(shù)據(jù)不足,加之保護區(qū)技術(shù)條件落后,又缺乏相應的區(qū)劃方法與手段,故往往根據(jù)經(jīng)驗在圖紙上進行勾繪,將保護物種常出現(xiàn)的地點圈為核心區(qū),其它區(qū)域則視情況劃為緩沖區(qū)與實驗區(qū),主觀隨意性較大。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,特別是地理信息系統(tǒng)、遙感、全球定位系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與普及,基于計算機輔助決策的功能區(qū)劃分越來越客觀與合理。目前用于自然保護區(qū)功能區(qū)劃的方法主要包括物種分布模型法、景觀適宜性評價法、聚類分析法、最小費用距離計算法和不可替代性計算法等。2.1主要方法介紹(1)功能分區(qū)研究珍稀物種的空間分布是功能區(qū)劃分的基礎,往往通過模型模擬來進行確定。物種分布模型法就是通過物種分布模型,結(jié)合研究物種的生境破碎化程度、巢域面積以及景觀連接度等指標確定自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的方法。對于以珍稀瀕危物種為主要保護對象的保護區(qū),運用物種分布模型法來進行功能分區(qū)直接有效,尤其適合核心區(qū)的確定。Li等以GIS為平臺,構(gòu)建邏輯回歸模型對丹頂鶴(Grusjaponensis)的棲息地分布進行了預測,并在此基礎上劃分出中國鹽城生物圈自然保護區(qū)的最小核心區(qū)。李行等用遙感、海圖與野外調(diào)查數(shù)據(jù)構(gòu)建了空間模糊物種分布模型,模擬了關(guān)鍵鳥類的空間分布,在此基礎上建立了大河口區(qū)淤漲型自然保護區(qū)的功能區(qū)劃框架,并利用這個模型研究了崇明東灘鳥類國家級自然保護區(qū)的功能區(qū)劃。(2)景觀因子權(quán)重評價景觀適宜性評價就是根據(jù)不同景觀因子對于研究物種的重要性(或影響程度)來確定不同景觀因子對研究物種的權(quán)重。然后,根據(jù)不同景觀因子的權(quán)重評價各種景觀因子的空間組合對物種的景觀適宜性。該方法適合于野生生物類保護區(qū)的功能區(qū)劃。陳利頂?shù)纫耘P龍大熊貓自然保護區(qū)為例,運用GIS技術(shù)在對景觀適宜性進行評價的基礎上提出了自然保護區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計的基本原則與方法,通過確定核心斑塊的大小與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,結(jié)合大熊貓的家域大小,提出了臥龍自然保護區(qū)的核心區(qū)與緩沖區(qū)的設計方案。(3)功能分區(qū)的確定最小費用距離(least-costdistance)反映的是一種可達性,從生物保護的角度說就是指物種由“源”經(jīng)過不同阻力的景觀介質(zhì)所耗費的費用。一個自然保護區(qū)內(nèi),物種在實驗區(qū)內(nèi)移動所需要克服的景觀阻力最大,緩沖區(qū)其次,核心區(qū)最小。利用最小費用距離確定功能分區(qū)中3個功能區(qū)在空間上不同的阻力閾值,并最終實現(xiàn)功能分區(qū)的目的。此方法主要適于野生生物類保護區(qū)的功能區(qū)劃。李紀宏與劉雪華首次在國內(nèi)探討最小費用距離計算法在自然保護區(qū)功能分區(qū)上的可行性,并以老縣城大熊貓自然保護區(qū)為例闡述了最小費用距離計算法實現(xiàn)功能區(qū)劃的具體步驟和方法。徐衛(wèi)華等以秦嶺山系為例,運用最小費用距離計算法,結(jié)合生境評價,對大熊貓自然保護區(qū)群進行了功能分區(qū),探討了自然保護區(qū)群功能區(qū)優(yōu)化的程序與方法。(4)功能分區(qū)方法自然保護區(qū)內(nèi)的生物多樣性存在空間分異現(xiàn)象,這也是自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的理論基礎。聚類分析法是一種從數(shù)學角度分析各景觀斑塊的生物多樣性梯度,從而劃分自然保護區(qū)功能區(qū)的方法。聚類分析法適合于野生生物與生態(tài)系統(tǒng)類型保護區(qū)的功能分區(qū),是目前應用較為廣泛的一類分區(qū)方法。周世強等運用歐式最短距離法進行臥龍自然保護區(qū)各景觀的聚類分析,在繪制聚類圖的基礎上劃分了功能區(qū)。史軍義等在大量調(diào)查、計算和分析的基礎上,采用模糊數(shù)學中的最大數(shù)方法進行聚類分析,將聚類結(jié)果投影在單元劃分圖上,參考臥龍自然保護區(qū)的實際自然情況進行了功能區(qū)的模糊劃分。陶晶等明確保護區(qū)各森林小斑的立地條件、林分特征、權(quán)屬、人類干擾等10多項自然與社會屬性,在聚類分析的基礎上,通過保護區(qū)相關(guān)利益群體的廣泛參與,明確了保護區(qū)功能區(qū)界,同時使功能區(qū)劃分結(jié)果最大限度地平衡各方面的訴求。(5)功能區(qū)劃調(diào)整不可替代性是生物多樣性保護規(guī)劃中一個較新概念,表達一個規(guī)劃單元在實現(xiàn)整體保護目標中的重要性,能夠反映生物多樣性保護價值的空間分異規(guī)律,通過與人類活動干擾指數(shù)結(jié)合,可以用來實現(xiàn)保護區(qū)功能分區(qū)。該方法適于野生生物及生態(tài)系統(tǒng)類保護區(qū)的功能區(qū)劃。曲藝等在明確三江源自然保護區(qū)主要保護對象空間分布的基礎上,基于不可替代性和人類活動提出功能區(qū)劃的調(diào)整方案,與現(xiàn)有的功能區(qū)劃相比,調(diào)整方案能大大增加保護區(qū)的保護貢獻率。除了上述方法以外,王娟等以生態(tài)敏感性評價為基礎,探討了青藏高原工布自然保護區(qū)的功能區(qū)劃,唐博雅等通過保護行動計劃CAP軟件,探討了濕地類保護區(qū)功能區(qū)劃方法,Zhang與陶晶探討了參與式方法在功能區(qū)劃分中的應用,這些對于完善整個自然保護區(qū)功能區(qū)劃方法體系都具有重要意義。2.2生物生境模型法與不可替代性計算法不同的方法對資源利用與保護的重點存在差異。物種分布模型法與景觀適宜性評價法強調(diào)對資源的保護,及核心區(qū)的劃分與設計,對人類活動及資源利用的情況考慮較少。另外2種方法都將資源利用情況作為重要因子予以考慮。在最小費用距離計算法中,將人類活動因子在阻力層計算時得以考慮;聚類分析法將人類干擾作為聚類的因子之一;而不可替代性計算法則通過單獨計算人類活動指數(shù)來進行區(qū)劃。不同的區(qū)劃方法適用于不同的保護區(qū)類型。物種分布模型法與景觀適宜性評價法適于野生生物類保護區(qū),最小費用距離計算法適于野生生物類中的野生動物類保護區(qū),聚類分析法與不可替代性計算法適于野生生物及生態(tài)系統(tǒng)類型的保護區(qū)。在實際規(guī)劃過程中,不同的方法并不一定截然分開。通過物種分布模型得到的物種生境分布,往往是最小費用距離計算法與不可替代性計算法運行的數(shù)據(jù)基礎;物種分布模型得到生境利用與環(huán)境因子的關(guān)系,亦可為景觀適宜性評價法、最小費用距離計算法與聚類分析法中不同因子權(quán)重的確定提供依據(jù)。2.3功能區(qū)劃實現(xiàn)工具近些年來,隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展,以及遙感及其它空間數(shù)據(jù)可獲得性的提高,大大加強了物種分布模型、系統(tǒng)保護規(guī)劃模型及相關(guān)軟件的應用,為科學合理的功能區(qū)劃分奠定了良好的基礎,為功能區(qū)劃的實現(xiàn)提供了可操作的工具。主要的相關(guān)軟件介紹如下。(1)物種出現(xiàn)的概率物種分布是功能區(qū)規(guī)劃的基礎。目前主要應用的物種分布模型多數(shù)為生態(tài)位模型,從統(tǒng)計學上探求物種出現(xiàn)點與所在的生物地理環(huán)境因子之間的關(guān)系,從而預測物種出現(xiàn)的概率。這類模擬對數(shù)據(jù)來源有嚴格的要求,有的既需要“物種出現(xiàn)”(presence)數(shù)據(jù)又需要“物種不出現(xiàn)”(absence)數(shù)據(jù)的,如GRASP、GARP;有的只需要“物種出現(xiàn)”(presence-only)數(shù)據(jù),如MAXENT、BIOCLIM與Biomapper等,其中,MAXENT是預測能力最高的模型之一。有關(guān)物種分布模型與軟件的詳述參見Elith等、李國慶等的有關(guān)綜述。(2)護區(qū)功能區(qū)劃分保護區(qū)功能區(qū)劃的目的是為了協(xié)調(diào)生物多樣性保護與資源利用的矛盾。因此,有關(guān)的系統(tǒng)保護規(guī)劃軟件基本可以應用于保護區(qū)功能區(qū)劃分。系統(tǒng)保護規(guī)劃的基本原理是,在兼顧保護成本與保護目標的前提下,通過選址優(yōu)化算法來實現(xiàn)有限保護資源的配置。目前應用較廣的系統(tǒng)保護規(guī)劃軟件有C-Plan、MARXAN、ZONATION,還有SITES、WORLDMAP、PANDA等。有關(guān)系統(tǒng)保護規(guī)劃的模型與軟件的詳細描述參見Matthew等、張路等的有關(guān)文獻。3目前，自然保護區(qū)規(guī)劃的主要問題和對策3.1主要問題(1)功能區(qū)分區(qū)不明確我國有關(guān)法規(guī)與規(guī)程為保護區(qū)功能分區(qū)提供了重要參考依據(jù)。然而,在具體的功能規(guī)劃實踐中,往往由于各保護區(qū)的自然地理和社會經(jīng)濟狀況千差萬別,難以依據(jù)相關(guān)法規(guī)條例的簡單規(guī)定對功能區(qū)進行明確的分區(qū)。(2)選擇保護對象的能力自然保護區(qū)主要保護對象的空間分布是功能區(qū)劃分的基礎,但目前我國自然保護區(qū)本底不清的情況仍很嚴重,極大影響到功能區(qū)劃的效果與保護對象的有效保護。據(jù)調(diào)查,四川省的166個自然保護區(qū)中,60%左右的自然保護區(qū)沒有本底考察成果。在本底不清的基礎上完成的功能區(qū)劃存在一定的盲目性,導致核心區(qū)內(nèi)分布有農(nóng)耕區(qū)和居民點,而主要保護對象的重點分布區(qū)卻分布在核心區(qū)之外,致使主要保護對象難以得到有效保護,同時在保護管理的過程中不得不頻繁調(diào)整和優(yōu)化功能分區(qū)。(3)靜態(tài)區(qū)劃思想受國際“人與生物圈”計劃的生物圈保護區(qū)區(qū)劃模式的影響,我國自然保護區(qū)的功能區(qū)劃多采用三區(qū)劃分的靜態(tài)區(qū)劃思想。這對于森林生態(tài)系統(tǒng)等比較穩(wěn)定的保護區(qū)來說較為合適。但對于濕地類型的保護區(qū),由于受潮汐、鳥類遷徙等因素的影響,保護區(qū)主要保護對象的空間分布季節(jié)性差異較大,目前靜態(tài)的自然保護區(qū)分區(qū)管理模式難以滿足保護的需求。(4)護區(qū)的年代自然保護區(qū)的設計與研究應從整個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)及保護對象來考慮。但在規(guī)劃實踐中,因不同自然保護區(qū)建立的年代不一,或者過分強調(diào)“核心區(qū)-緩沖區(qū)-實驗區(qū)”的同心圓三區(qū)模式,相鄰自然保護區(qū)之間協(xié)調(diào)性往往考慮不周。例如,秦嶺山系以大熊貓保護為主要保護對象的16個邊界相鄰的自然保護區(qū),其核心區(qū)并未互相連接,被分隔為相對獨立的20個區(qū)塊,大大降低了保護區(qū)的保護效果。3.2主要對策(1)分類保護對象我國目前的自然保護區(qū)分區(qū),基本都是采用國際“人與生物圈”計劃的“三區(qū)”區(qū)劃模式。然而,我國的自然保護區(qū)類型多樣,有森林、草原、濕地、荒漠等,其地形地貌也多種多樣,有湖泊、平原、丘陵、高原、高山峽谷等,各種不同類型的保護區(qū)有不同的保護對象,其對功能區(qū)劃的要求亦各不相同,如大中型獸類比小型獸類要求更大的活動范圍。因此,在進行保護區(qū)功能區(qū)劃時,應根據(jù)不同保護對象、保護區(qū)的功能及管理目標,制定因地制宜的區(qū)劃方法。(2)保護區(qū)本底調(diào)查報告對于自然保護區(qū)功能區(qū)劃而言,最基本和最首要的就是要對保護區(qū)內(nèi)的物種和生態(tài)系統(tǒng)狀況進行全面詳盡的調(diào)查。保護區(qū)的本底調(diào)查報告在一定程度上反映了保護區(qū)的主要保護對象的種類、數(shù)量、分布以及受威脅狀況等信息,是保護區(qū)功能區(qū)劃的重要依據(jù)。建議對尚未進行本底調(diào)查的保護區(qū)開展補查,對本底清楚的