面向管理目標的國家公園生態監測指標體系構建與應用

姚帥臣,閔慶文,焦雯珺,何思源,劉某承,劉顯洋,張碧天,李文華

1 中國人民大學環境學院,北京 100872 2 中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101 3 中國科學院大學,北京 100049

生態監測是以生態學原理為理論基礎,運用相應的監測方法和手段,對生態環境中的各個要素、不同尺度生態系統的環境質量狀況、生態系統結構與功能進行連續觀測和評價的綜合技術[1]。生態監測是一個動態的連續觀察與測定過程,著眼于人類活動造成的生態破壞和影響的綜合評價,監測的對象、過程和方法復雜多樣,因此具有長期性、綜合性、復雜性、系統性等特點[2]。目前,生態監測的理論與方法在重要濕地[3-5]、自然保護區[6-8]、國家公園[9-12]等領域得到了廣泛應用,在維護和改善區域生態環境質量、合理開發和利用自然資源等方面起到重要作用。

生態監測對于國家公園的管理至關重要。國家公園諸多管理目標的實現,如物種的保護管理、科學研究、可持續利用等[13-16],都需要大量監測數據和信息作為支持。生態監測在國家公園管理中所起到的作用可歸納為三個方面：第一,識別國家公園內生態系統的動態變化和威脅因素,為生態系統的保護與管理提供必要的數據和信息[9,12,17],促進國家公園的科學高效管理；第二,了解國家公園內自然資源狀況,為國家公園的自然資源保護和可持續利用提供有效信息[10,18]；第三,揭示管理活動影響,為管理決策的規劃和實施提供有用信息[19-21]。

自2013年首次提出建立國家公園體制以來,我國的國家公園體制試點建設逐步開展,三江源等十個國家公園體制試點方案陸續獲批。2017年,中辦國辦印發《建立國家公園體制總體方案》,明確指出“完善監測指標體系和技術體系,定期對國家公園開展監測[22]。”然而,我國目前的國家公園試點多由各類型自然保護地整合設立,現行監測工作多源于科研項目監測或由資源環境的調查與研究替代。盡管一些國家公園試點通過整合各方面監測資源取得了一些成效,為深入開展生態監測工作奠定了基礎,但是從整體上看,我國國家公園的生態監測工作尚處于初級階段,與國家公園的管理需求還存在較大差距。

為實現我國國家公園的有效管理,建立科學完整的國家公園生態監測體系勢在必行。然而,建立一套滿足國家公園管理需求的生態監測體系面臨著諸多方面的挑戰,如監測指標的復雜性。國家公園中生態系統的復雜性、多樣性以及區域的差異性,決定了其監測指標體系的多樣復雜。為此,本文提出了面向管理目標的國家公園生態監測指標體系的構建方法,并在三江源國家公園進行了應用,以期為我國國家公園的生態監測體系構建提供科學支撐。

1 理論研究

在生態監測指標的選取上,學者們多是基于不同的生態系統類型和特征進行考慮。基于生態系統類型的監測指標多是在環境監測指標的基礎上增加生物相關指標所得,而基于生態系統特征的監測指標則主要考慮生態系統的狀態指標和壓力指標[23]。Tierney等[24]認為可以基于生態系統的生態完整性監測生態系統狀態及變化趨勢。Mueller等[25]認為可以采用生態系統方法選取監測指標,同時考慮來自不同營養級別的若干個指標組。學者們所提出的各種生態監測指標選取原則和方法都有著各自的考量和科學性,但較少考慮到管理目標和管理成效。

國家公園生態監測是國家公園管理工作的一部分,也是國家公園管理工作的數據和信息支撐。因此,國家公園生態監測指標的識別和選取必然要與國家公園的管理目標相匹配,以更好的服務于管理工作。同時,生態監測指標的選取應當能夠從不同的尺度反映出生態系統的變化和管理活動的影響[26]。基于以上考慮,本文提出了面向管理目標的國家公園生態監測指標體系構建方法(圖1)。

圖1 面向管理目標的國家公園生態監測指標體系構建方法Fig.1 Method of establishing an ecological monitoring indicator system of national parks oriented to management objectives

該方法由五個部分組成,分別是：1)確定國家公園生態監測目標；2)識別國家公園管理目標；3)識別國家公園關鍵生態過程；4)確定需要監測的生態過程并制定初始監測指標清單；5)確定最終監測指標清單。

1.1 確定國家公園生態監測目標

任何的監測都應當有明確的目標,僅僅為了獲取數據本身的監測往往是低效的。因此,構建國家公園生態監測指標體系的第一步,就是要明確國家公園生態監測的必要性和進行生態監測的目標。盡管不同國家公園的監測目標可能存在差異,然而總體而言,國家公園的生態監測目標在于識別國家公園內生態系統的動態變化和揭示管理活動的影響。

1.2 識別國家公園管理目標

國家公園管理目標的識別一方面可依賴國家公園法規條例、管理計劃、規劃方案等文件中的介紹,另一方面也需要在國家公園開展更深入的研究從而獲得更加清晰的認識。由于生態系統類型及區域地理特征差異顯著,不同國家公園的管理目標存在差異。開展實地調研、訪談相關管理和科研人員等,有助于在文件的基礎上識別出國家公園更加具體的管理目標。

1.3 識別國家公園關鍵生態過程

對關鍵生態過程的識別是國家公園生態監測指標體系構建中重要的環節之一。生態系統是基于結構和功能的不同層級結構的復合體,層級的關系反映在不同的時間和空間尺度上[27-28]。通過分層的方法來描述一個區域的生態功能,就可以將生態過程歸納到它們所發生的尺度內。識別國家公園中關鍵的生態過程就可以采用這種分層的方法。

本文認為可以分四個層級識別國家公園中關鍵的生態過程。這四個層級分別是區域、景觀、生態系統和種群(表1)。一般而言,在區域層面,生態過程主要以非生物成分為主,通常是氣候變化、地質和地貌形態特征變化以及長期發生的人類進程[29-30]；在景觀層面,生物成分與非生物成分一起發揮重要作用,生態過程主要是水文、土地利用及其動態(土地利用變化、破碎化、連通性等)以及人為過程等[9,31]；在生態系統層面,生態過程主要以生物成分為主,如生產力、演替、養分循環、干擾等[25,32-33]；在種群層面,生態過程主要是物種之間的相互作用和種群動態,如入侵、出生率與死亡率、遷入和遷出等[26,34-35]。

表1 國家公園內各層級主要的生態過程Table 1 Major ecological processes at each level within national parks

并非所有的生物學特征和生態過程都能得到監測,因此從每個相應的層級內識別出關鍵的生態過程對于監測內容的確定至關重要。關鍵生態過程的識別有賴于現有研究成果與深度訪談和實地調研工作的結合。本文認為,首先應對已有研究成果和訪談調研所獲數據進行整理分析,形成四個層級的生態過程清單,然后經由管理人員和研究人員組成的專家小組的探討論證,最終將達成共識的生態過程作為關鍵的生態過程。

1.4 確定需要監測的生態過程并制定初始監測指標清單

在識別國家公園管理目標和關鍵生態過程后,可以建立國家公園管理目標與關鍵生態過程的相關性分析矩陣。通過分析管理目標與關鍵生態過程的相關性,確定出需要監測的生態過程以及這些生態過程發生的時間尺度和空間尺度。在此基礎上,通過文獻查閱和專家咨詢等方法,為這些需要監測的生態過程列出初始監測指標清單。

1.5 確定最終監測指標清單

在確定最終監測指標清單之前,需要對初始監測指標進行可行性分析,剔除可行性較低的監測指標。可行性分析主要考慮現有監測基礎的可用性、與其他機構合作的可能性等方面。對于那些自身進行監測較為困難或成本較高的指標,可以通過合作的方式由其他機構完成。對于那些監測成本高但是被認為重要的指標,可以通過降低監測頻率等方式來納入監測指標體系。

在確定最終監測指標清單之后,需要對監測指標進行分級,使不同層級的指標適用于不同的監測基礎和階段,以增強監測指標的可行性、提高監測效率。本文認為,綜合考慮指標的靈活性、時效性以及對現有手段和方法的適應性,可以將國家公園生態監測指標分為三級。

一級是基本的監測指標體系,這一級別主要關注當前的技術和可用資源。一級監測指標是為立即使用而設計的,包括現有監測項目中的可用指標。

二級是完整的監測指標體系,這一級別能夠覆蓋足夠的細節。二級監測指標包含一級監測指標,并增加更完整的指標參數,還包括基于監測站點的監測指標或未在第一級進行的生態過程指標。

三級是最高級別的監測指標體系。三級監測指標除包括所有二級的監測指標外,還包括二級監測指標中未考慮的輔助指標以及針對特殊目標的專題性監測指標、需要復雜實驗設計的監測指標等。

2 應用研究

2.1 研究區概況

三江源國家公園位于地球“第三極”青藏高原腹地,于2016年獲批成為我國第一個國家公園體制試點。三江源國家公園區域總面積12.31萬km2,由長江源、黃河源和瀾滄江源三個園區組成,涉及治多、曲麻萊、瑪多、雜多四縣和可可西里自然保護區管轄區域,共12個鄉鎮、53個行政村。

三江源國家公園以山原和高山峽谷地貌為主,平均海拔4500m以上。園內生態系統類型多樣,集草地、濕地、森林、河流、湖泊等于一體。氣候特征為冷熱兩季、雨熱同期、冬長夏短。土壤類型多樣,以高山草甸土為主,凍土面積較大。植被類型以高寒草原、高寒草甸、高寒荒漠草原和高山流石坡植被為主,少量鑲嵌分布有高寒墊狀植被和溫性植被。當地居民以藏族為主,社會發育程度低,經濟欠發達、結構單一,主體產業為傳統畜牧業。

2.2 數據收集

研究數據主要通過資料收集、文獻查閱、深度訪談、專家咨詢和實地調研等方式獲得。2018年8月18日—29日,在三江源國家公園開展為期12天的實地調研,調研線路自西寧經興海、瑪多、玉樹至雜多,橫跨整個三江源地區,并對草地鼠害監測、藏野驢種群動態、隆寶灘保護區黑頸鶴棲息地、昂塞雪豹監測進行了重點調研。調研期間,與三江源國家公園管理局及下轄三個園區管委會、基層管理監測站點的管理人員圍繞國家公園管理和監測開展座談活動6次、深度訪談20余人次,重點了解三江源國家公園的管理活動、監測現狀與科研進展等；在瑪多縣瑪查里鎮、玉樹市結古鎮、玉樹市隆寶鎮、雜多縣昂塞鄉和雜多縣薩呼騰鎮針對農牧民開展生態功能認知問卷調查80余份。調研前、中、后期,就國家公園生態監測問題咨詢生態、旅游、林業、氣象、管理等不同研究領域專家60余人次。

2.3 結果分析

2.3.1三江源國家公園生態監測目標確定

結合三江源國家公園的自身定位和實地調研與深度訪談的數據分析,三江源國家公園生態監測的目標主要有兩個：一是記錄三江源國家公園內生態系統的動態變化及其影響因素；二是揭示管理行動或規劃方案實施后三江源國家公園所發生的變化。

2.3.2三江源國家公園管理目標識別

將《三江源國家公園條例》《三江源國家公園總體規劃》等相關法規條例和規劃方案中反映出的管理目標進行分析整合,結合對三江源國家公園管理人員的訪談結果和實地調研所獲得的信息,最終確定三江源國家公園的管理目標可分為5大類共13個(表2)。

表2 三江源國家公園管理目標Table 2 Management objectives of the Three-River-Source National Park

2.3.3三江源國家公園關鍵生態過程識別

通過梳理相關文獻中關于三江源國家公園生態過程的研究成果,結合對當地管理和科研人員的訪談結果以及實地調研收集的數據資料,列出三江源國家公園的生態過程清單,經咨詢相關專家最后確定出三江源國家公園的關鍵生態過程(表3)。

表3 三江源國家公園關鍵生態過程Table 3 Key ecological processes in the Three-River-Source National Park

在區域尺度上,獨特的地質地貌使得三江源國家公園內的各類型生態系統對氣候變化比較敏感,因此氣候變化對于三江源國家公園的影響極為重要[36-38]。由于氣候變化和長期的人類活動,水土流失和荒漠化在逐漸改變著三江源的地質地貌特征[39],因此水土流失和荒漠化也是三江源生態監測不可忽略的生態過程。同時,三江源地區作為“中華水塔”,其水文調節功能發揮著重要作用[40-41]。從某種程度上來說,國家公園內部影響這些過程的可能性為零,但如果要解釋園內生態系統的動態,對這些生態過程的監測便至關重要。

在景觀尺度上,三江源國家公園內河流湖泊遍布,地表徑流和湖泊水位在很大程度上影響著三江源國家公園的景觀格局[42,43]。此外,區域小氣候也控制著不同生態環境和多樣化區域的空間分布[44]。由于三江源國家公園內大量人口和社區存在,在這一尺度下土地利用的變化顯得尤為重要[45-46],特別是城鎮擴張和園內牧業的發展。從廣泛分布的牧業到交通和基礎設施建設,都在一定程度上改變著三江源國家公園的景觀格局[47]。土地利用變化還伴隨著景觀同質化和棲息地破碎化,同時減少了棲息地連通性[48]。

在生態系統的尺度上,高寒草甸、高寒草地和濕地是三江源國家公園的關鍵生態系統。對于高寒生態系統而言,生態系統生產力至關重要[49-50]。生態演替也是該尺度上關鍵的生態過程,演替的不同階段使得生態系統的結構和功能產生差異,而生態系統的變化影響著物種的豐富性和多樣性[46]。此外,人類活動對生態系統的干擾以及生產生活所產生的廢棄物對于三江源自然環境的污染是最重要的人為過程[51]。

在種群尺度上,三江源國家公園內的多數物種的生境條件都相對脆弱,比較容易受到外界干擾,對物種棲息地的監測有利于識別干擾的影響[48,52-53]。外來入侵物種所施加的競爭壓力也會影響三江源國家公園內一些物種的生存[54]。此外,對三江源國家公園特有物種以及一些瀕臨滅絕物種的種群動態變化監測也是十分必要的。

2.3.4三江源國家公園需要監測的生態過程的確定

通過文獻調研和專家咨詢的方法對三江源國家公園管理目標和關鍵生態過程進行相關性分析,確定出三江源國家公園需要監測的生態過程及其時間和空間尺度(表4)。

從表4中可以看出,三江源國家公園所有的管理目標都與識別出的關鍵生態過程存在直接或間接的關系。例如,水土流失強度減弱與區域尺度的水土流失存在直接關系,與區域尺度的水文調節和景觀尺度的水流量存在間接的關系。這在一定程度上也說明,識別出的這些關鍵生態過程與三江源國家公園的管理目標具有很高的匹配度。從表4中也可以看出,有些關鍵生態過程(如氣候變化)與三江源國家公園的管理目標沒有直接關系。然而,這并不意味著對這些關鍵生態過程的監測對于管理目標沒有意義。如前文所述,如果要解釋不能歸因于管理行為的生態系統動態變化,對這些關鍵生態過程的監測便十分重要。因此,本文識別出的三江源國家公園關鍵生態過程都是需要被監測的生態過程。

表4 三江源國家公園管理目標與不同尺度關鍵生態過程之間的相關性Table 4 Correlation between management objectives and key ecological processes at different levels in the Three-River-Source National Park

(★ =直接關系;* =間接或弱關系)

確定出需要監測的生態過程后,根據監測要求和監測方法的差異,對監測內容作進一步的梳理與凝練,共歸為類型、面積、氣象和小氣候、水文水質、土壤、大氣與聲環境、植被與群落、野生動物、外來物種、棲息地、景觀格局、人類活動12項監測內容(表5)。圍繞這些監測內容,通過文獻查閱和專家咨詢的方法,制定初始的監測指標清單。

表5 三江源國家公園生態監測指標體系Table 5 Ecological Monitoring Indicator System of Three-River-Source National Park

續表內容Content指標Indicator層級1 Level 1層級2 Level 2土地覆蓋變化土地覆蓋多樣性土地覆蓋均勻度斑塊數量斑塊間平均距離人類活動Human activity人口牧民數量土地所有權牛羊數量污染物排放量游客流量污染物種類和濃度礦區面積非法活動

2.3.5三江源國家公園生態監測指標確定

對初始監測指標進行可行性分析,剔除一些可行性較低的監測指標,確定最終的監測指標清單,并對最終確定的生態監測指標進行分級。基于實地調研與深度訪談結果以及專家咨詢意見,權衡監測成本、靈活性、時效性及對現有手段和現有知識的適應性等方面,同時考慮到三江源國家公園處于試點階段,生態監測體系有一個逐步完善的過程,本文將三江源國家公園生態監測指標分為兩級(表5)。

從表5中可以看出,三江源生態監測指標體系由兩級共93個指標構成,其中一級指標37個、二級指標56個。一級指標最大程度利用了三江源國家公園現有監測資源,其特點為可立即使用。一級指標由基礎指標和現有監測能夠實現的指標構成,基礎指標包括生態系統類型、野生動植物物種等,現有監測能夠實現的指標包括年降水量、土地覆蓋變化等。二級指標是較為完整的監測指標體系,能夠覆蓋三江源國家公園的更多細節。例如,在野生動物監測方面,二級指標增加了種群結構、繁殖習性、食物豐富度等指標,以便管理者對園內野生動物有更深入的跟蹤與調查。

3 結論與討論

為實現我國國家公園的有效管理、推動我國國家公園生態監測體系的建立,本文提出了面向管理目標的國家公園生態監測指標體系構建方法。該方法由確定國家公園生態監測目標、識別國家公園管理目標、識別國家公園關鍵生態過程、確定需要監測的生態過程并制定初始監測指標清單、確定最終監測指標清單5個部分組成。本文將該方法在三江源國家公園進行了應用,構建出由兩級共93個指標組成的三江源國家公園生態監測指標體系,為三江源國家公園生態監測體系的構建奠定了基礎。

本文提出的面向管理目標的國家公園生態監測指標體系構建方法最大的特點是將關鍵生態過程與國家公園管理目標相匹配,進而識別出需要監測的生態過程并最終確定生態監測指標。因此,構建出的指標體系能夠最大程度地服務國家公園的管理目標,基于該指標體系的生態監測也能夠最大程度地促進國家公園的有效管理。面向管理目標的國家公園生態監測指標體系構建方法還提出了基于靈活性、時效性、適應性等原則的指標分級策略。指標分級策略充分考慮了現有基礎和可用資源,極大地增強了生態監測指標體系的可行性以及生態監測的效率,有利于我國國家公園生態監測工作的落地實施。面向管理目標的國家公園生態監測指標體系構建方法并不局限于一套具體的監測指標,而是為我國國家公園生態監測指標體系的構建提供理論方法。其在三江源國家公園的應用表明,任何一個國家公園都可以依據自身管理定位與生態資源特點來構建適合自己的生態監測指標體系。

盡管本文從生態過程的角度構建國家公園生態監測指標體系,但由于國家公園生態監測的復雜性,研究依然存在待完善之處。首先,本文對管理目標與關鍵生態過程的相關性分析屬定性分析,未來可利用定量分析方法增強這種相關性分析的科學性及其對監測指標選取的指導作用。其次,本文雖然也考慮了人類活動影響如污染物排放,但是對影響因素特別是人為脅迫因素的考慮尚不全面,未來應嘗試將更多的影響因素納入進來。再者,本文尚未考慮國家公園內不同功能分區之間監測指標的差異,這也是未來需要進一步完善的。最后,國家公園生態監測體系的建立不僅包括監測指標體系的構建,還包括監測基線的確定、監測技術的運用、監測方案的制定等多個方面,這也是未來的研究方向。

致謝：中國科學院西北高原生物研究所、三江源國家公園管理局對本文調研給予支持和幫助,特此致謝。