大熊貓國家公園四川片區自然保護地空間關系對大熊貓分布的影響

莊鴻飛,陳君幟,史建忠,王 偉,黃 璐,葉 菁,欒曉峰,*

1 北京林業大學自然保護區學院,北京 100083 2 國家林業和草原局調查規劃設計院,北京 100714 3 中國環境科學研究院,北京 100012

自然保護地是目前高效維護生物多樣性、保護自然資源及應對全球氣候變化等保護工作的根本保障[1- 4]。合理的空間布局是各類自然保護地實行空間管控、實現保護目標的源頭與基礎[5- 8]。自1956年廣東鼎湖山自然保護區建立以來,經60余年發展,我國形成了類型眾多、數量龐大、功能多樣的自然保護地網絡,截至2016年年底,我國已建立10余類、約12000個自然保護地[9],為我國的自然保護事業作出了重要貢獻。但由于自然保護地在空間上的交叉重疊導致了管理機構重疊、管理目標模糊及管理效能低下等問題,嚴重制約著我國自然保護地的發展[7,9- 11]。

黨的十九大報告與《建設國家公園體制總體方案》等政策、文件的出臺,明確了在國家公園建設中“理清各類自然保護地關系”,進而“構建以國家公園為主體的自然保護地體系”的基本方略。目前我國已批建10個國家公園試點區,大熊貓國家公園試點區因其保護對象的特殊性[12- 15],具有高度的國家代表性,廣泛的國民認同感,以及豐富的科學文化內涵,受到國內外的廣泛關注。同時,大熊貓國家公園試點是涉及自然保護地最多的國家公園試點[16],充分認識試點范圍內自然保護地空間關系的復雜性與嚴峻性,深刻理解自然保護地分布格局與保護對象之間的響應機制,對于理清各類自然保護地關系,推進大熊貓國家公園試點建設具有重要意義,然而截至目前鮮有對此系統化和量化的研究。

鑒于此,本文以大熊貓國家公園四川片區為研究區域,在空間層面上量化試點范圍內各類自然保護地的空間關系,進而探索公園范圍內大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)分布格局對自然保護地空間關系的響應機制,旨在為大熊貓國家公園及其他各類保護地的建設與管理提供參考。

1 研究方法

本文研究范圍與《大熊貓國家公園體制試點方案》(以下簡稱《試點方案》)四川片區范圍一致。

自然保護地共六類,包括自然保護區、世界遺產地、森林公園、風景名勝區、地質公園和水利風景區。厘清各類自然保護地的概念有助于理解它們之間錯綜復雜的空間關系,因此本文搜集整理了各類自然保護地的定義與原主管部門(表1)。

表1 六類自然保護地的定義與原主管部門

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

本研究的數據預處理、統計與制圖以ArcGIS 10.2為基本操作平臺。根據《四川的大熊貓：四川省第四次大熊貓調查報告》,本文基于ArcGIS創建要素進行矢量化處理,獲得四川省范圍內的大熊貓分布位點1387個。為便于進行空間分析,統一所有圖層的坐標系統(CGCS2000_GK_CM_105E),用掩模提取出《試點方案》中公園范圍內的自然保護地圖層,并參照SRTM90 m分辨率數字高程原始數據(http://www.gscloud.cn/),將大熊貓國家公園四川片區邊界與相關自然保護地的矢量數據轉換為90米分辨率的柵格數據。

基于ArcGIS的數據可視化功能,符號化顯示大熊貓國家公園四川片區所涉及自然保護地的空間分布,明確國家公園與原有自然保護地的位置關系；基于柵格數據的空間分析,以柵格單元為單位統計國家公園內自然保護地的重疊水平,結合Venn圖(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/Venn/)將自然保護地的六維關系平面化,分析、展示國家公園范圍內自然保護地交叉分布的復雜程度,量化各類保護地的空間關系；通過疊置分析與數據管理工具統計國家公園內不同重疊程度、不同類型區域對大熊貓分布位點的覆蓋情況,揭示大熊貓分布格局對自然保護地空間關系的響應情況。

2 研究結果

2.1 自然保護地的空間分布

大熊貓國家公園四川片區面積為20177.06 km2,范圍內有6類主要自然保護地類型,共計61個,總面積(未去除重疊部分)達23365.82 km2。從數量來看,自然保護區和風景名勝區相對較多,分別為27、14個,世界遺產地與水利風景區相對較少,皆為2個。從面積來看,自然保護區和世界遺產地相對較多,分別為10993.84 km2、7067.08 km2,水利風景區和地質公園相對較少,分別為107.6、609.8 km2。公園范圍內包含國家級自然保護區10個、省級及以下自然保護區17個；國家級森林公園7個、省級森林公園5個；國家級風景名勝區5個、省級風景名勝區9個；國家級地質公園3個、省級地質公園1個；國家級水利風景區1個、省級水利風景區1個。各類自然保護地情況詳見表2,空間分布情況見圖1。

表2 大熊貓國家公園四川片區內自然保護地數量與面積統計

圖1 大熊貓國家公園四川片區內自然保護地分布圖Fig.1 The distribution map of protected area in Sichuan area of giant panda national park

2.2 自然保護地的空間關系

大熊貓國家公園四川片區內的6類自然保護地總面積(去掉重疊區域,下同)為15158.24 km2,占研究區域總面積的75.13%,其中重疊面積(重疊水平≥2)為6167.09 km2,重疊率達40.68%。大熊貓國家公園四川片區內按自然保護地的重疊水平劃分為4類(表3)。從重疊區域的空間分布來看,松潘縣、大邑縣和天全縣等是高度重疊(≥3類自然保護地覆蓋的區域)的集中分布縣(圖2)。

表3 研究區域內自然保護地的空間重疊水平

圖2 大熊貓國家公園四川片區內自然保護地重疊現狀圖Fig.2 The overlap status of protected area in Sichuan area of giant panda national park

根據韋恩圖,不同自然保護地類型間均存在不同程度的交叉重疊：

1)與自然保護區存在空間重疊的保護地類型有：世界遺產地、森林公園、風景名勝區和地質公園；

2)與世界遺產地存在空間重疊的保護地類型有：自然保護區、森林公園、風景名勝區、地質公園和水利風景區；

3)與森林公園存在空間重疊的保護地類型有：自然保護區、世界遺產地、風景名勝區和地質公園；

4)與風景名勝區存在空間重疊的保護地類型有：自然保護區、世界遺產地、森林公園、地質公園和水利風景區；

5)與地質公園存在空間重疊的保護地類型有：自然保護區、世界遺產地、森林公園和風景名勝區；

6)與水利風景區存在空間重疊的保護地類型有：世界遺產地和風景名勝區。

各類重疊關系的面積可見附錄1,各類重疊區域在研究區域內自然保護地總面積的占比情況可見圖3和附錄1。

圖3 大熊貓國家公園四川片區內自然保護地重疊現狀的韋恩圖Fig.3 Venn Diagram of the overlap status of protected area in Sichuan area of giant panda national park

從自然保護地類型來看,不同保護地類型間的重疊區域面積占各自總面積都比較大(表4),平均重疊率達75.54%。自然保護區總面積為10993.84 km2,重疊面積為5045.25 km2,重疊率為45.89%,重疊區面積占公園范圍內保護地總面積的33.28%；其他各類自然保護地的總面積為9226.25 km2,重疊面積為6167.09 km2,重疊率為66.84%,重疊區面積占公園范圍內保護地總面積的40.68%。另外,世界遺產地、森林公園、風景名勝區和地質公園等4類自然保護地皆與自然保護區存在大面積的交叉重疊,重疊部分成為這些自然保護地空間重疊的主要區域(表4)。

表4 各類自然保護地重疊概況及與自然保護區內的重疊概況

2.3 自然保護地與大熊貓空間分布關系

根據大熊貓分布位點密度(以下簡稱貓點密度)的統計數據(表5)和帕累托圖(圖4),可以得出：

1)保護地覆蓋區域的貓點密度高于無保護地覆蓋區域；

2)貓點密度隨著保護地重疊水平的升高而降低；

3)重疊水平最高區域(重疊水平=4的區域)的貓點密度低于無保護地覆蓋區域。

表5 不同重疊水平自然保護地的大熊貓分布位點密度

圖4 不同重疊水平自然保護地貓點密度的帕累托圖Fig.4 Pareto chart for the density of giant panda of protected area (PA) with different overlap level

從自然保護地類型來看(表6),自然保護區和世界遺產地貓點分布的區域密度最高,每100 km2分別分布有6.64、5.89只；水利風景區和世界遺產地的重疊區密度最高,每100 km2分別分布有8.49、5.83只；自然保護區和森林公園的非重疊區密度最高,每100 km2分別分布有7.68、7.35只。非保護區類保護地的貓點密度為5.38只每100 km2,總體上重疊區與非重疊區的貓點密度沒有明顯差異。自然保護區和森林公園兩類自然保護地非重疊區的貓點密度明顯高于重疊區,風景名勝區、地質公園和水利風景區三類自然保護地則相反,其重疊區域的貓點密度明顯高于非重疊區。

表6 各類自然保護地重疊與非重疊區域的大熊貓分布位點密度

從各類保護地與自然保護區的空間關系來看(表7),與自然保護區產生空間關系的各類保護地,其自然保護區內的貓點密度皆高于保護區外重疊區密度。世界遺產地在自然保護區內的貓點密度明顯高于其他類自然保護地,并略高于其非重疊區密度(表6)。水利風景區未與保護區產生空間關系,但其重疊區域的貓點密度高于其他各類自然保護地(包括自然保護區)重疊與非重疊區域(表6、表7)。地質公園95.82%的區域與自然保護區重疊,其范圍內的大熊貓全部分布在與自然保護區重疊的區域,并且貓點密度低于其他各類自然保護地(包括自然保護區)有貓點分布的重疊與非重疊區域(表6、表7)。

表7 自然保護區范圍內外各類自然保護地重疊區域的大熊貓分布位點密度

3 結論與討論

3.1 結論

(1)大熊貓國家公園四川片區內有自然保護地6類之多,75.13%的區域被自然保護地所覆蓋。從空間關系的復雜程度來看,區域內既有被4類自然保護地覆蓋的區域,也有未被自然保護地覆蓋的區域,自然保護地的總體重疊率達40.68%(表3)。

(2)分類來看自然保護地的空間關系,研究區域內不存在同一類型自然保護地的交叉重疊,但每類自然保護地都大幅存在被其他類“侵占”的現象,平均重疊率達75.54%,其中自然保護區是世界遺產地、森林公園、風景名勝區和地質公園等4類自然保護地發生重疊的主要區域,也是被“侵占”面積最大的自然保護地類型(表4)。

(3)大熊貓國家公園四川片區內貓點密度與自然保護地的重疊程度呈現逆向增長趨勢。按重疊水平梯度,研究區域內自然保護地整體非重疊區的貓點密度高于重疊區域；貓點密度隨重疊水平的升高逐漸降低,甚至出現了高度重疊的自然保護地區域低于非保護地區域(表5、圖4)。

(4)按自然保護地類型,自然保護區是整體貓點密度最高的自然保護地類型,其非重疊區密度明顯高于重疊區；森林公園非重疊區與水利風景區重疊區呈現較高的貓點密度；研究區域內自然保護區和非自然保護區類保護地整體上非重疊區的貓點密度皆高于重疊區。

3.2 討論

自然保護地管理機構重疊、管理目標模糊及管理效能低下等問題的根本原因是邊界和管理權分離[17-18]。結合本文的表1和圖3,我們發現有重疊關系的這些區域皆存在2個及以上的行政主管部門,更多的是分屬于3個或4個行政主管部門。“九龍治水”的管理體制讓各類自然保護地在選址、規劃和設立等階段皆不能統籌兼顧,可能是導致該區域自然保護地出現大面積空間重疊、復雜空間關系的重要原因。在國家公園建設之前,自然保護區是我國生物多樣性保護的核心區域[19],起步最早、建設時間最長、保護強度最高,更是集中了大熊貓棲息地的主要分布區域[13,20- 22],對于大熊貓保護起著關鍵作用,但近乎半數的范圍存在著其他自然保護地類型,其中包括以資源利用為主的風景名勝區與地質公園[23],這種不健康的空間關系從管理層面嚴重著制約自然保護區保護效能的發揮。通過自然保護地空間關系與貓點密度的分析,進一步揭示了大熊貓國家公園四川片區內交叉重疊的保護區域很有可能由于管理亂象、管理松散致使原生環境未得到有效保護[24- 25],而對大熊貓的繁衍生息造成了一定阻力,形成“多管不如不管”的消極態勢。

在國家公園建設之前,自然保護區是我國生態環境、自然資源最精粹、最集中和最具代表性的區域(表1),這些區域本身的生境質量就優于其他區域,考慮到生境質量決定了承載生物多樣性的自然資源的豐富程度[26- 27],因此本文結果中面積最大的自然保護區擁有最高的貓點密度。非重疊區域受空間關系的影響較小,其貓點密度更能反映出自然保護地類型對大熊貓分布的影響。本文研究結果發現森林公園非重疊區的貓點密度僅略低于自然保護區,明顯高于其他類自然保護地。森林、竹子與大熊貓之間具有緊密的協同關系[28-30],森林植被是大熊貓的主要棲息地[31- 32],可見森林公園作為森林資源及森林生態系統服務的主要載體[33],是大熊貓適宜棲息的重要自然保護地類型,也成為該類型自然保護地呈現高貓點密度的重要原因。另外,水利風景區重疊區域的貓點密度極高,甚至高于自然保護區非重疊區的貓點密度(表6)。食物、水源及隱蔽條件是野生動物生存的三個必需條件[34],缺苞箭竹是大熊貓的主食竹[35],主要分布在與水源距離小于100 m的生境,以水體為基質類型的水利風景區,擁有良好的水資源,有利于缺苞箭竹的生長,因而十分有益于大熊貓生存,同時被大范圍(82.62%的重疊區域)劃為四川大熊貓棲息地世界自然遺產當中。

本文涉及的27個自然保護區是我國為保護大熊貓而建立的67個自然保護區的重要組成部分[13],是大熊貓歷來棲息的集中區與保護的關鍵區。通過對與自然保護區產生空間關系的各類保護地的貓點密度分析(表7),我們發現重疊在自然保護區的貓點密度遠高于其他重疊區,與此同時這些區域中無任何一處的貓點密度高于自然保護區的非重疊區(表6)。這一現象并非表明與自然保護區重疊為其他類自然保護地的大熊貓保護帶來了正面影響,恰恰揭示了自然保護區正在因“被蠶食”而致使其保護效能退化。世界自然遺產地被認為是全球最具保護價值的自然保護地[36],是我國重要的國際履約自然保護地類型,從貓點密度來看,其在保護強度最高的自然保護區中的大熊貓得到了良好保護,而被其他自然保護地覆蓋區域總體的貓點密度相對較低,并且低于未被自然保護地覆蓋區域的貓點密度(表7),可以反映出以世界遺產地為代表的國際重要保護地的保護成效極為依賴所在區域的管理機構。

3.3 展望

在漫長的自然保護地建設過程中,分屬不同主管部門、不同類型的自然保護地形成了不同的管理模式,這勢必導致空間重疊區域出現管理目標模糊、權責不清以及保護資源冗余等問題,既不利于保護,又將限制資源的合理利用[37-38]。我國自然保護地體系的升級正在如火如荼地試點、建設當中,鑒于案例研究結果,我們建議應在厘清各類自然保護地空間關系的基礎上,根據各類自然保護地的劃入標準,對重疊區域以及面積較小鄰近相接的自然保護地區域開展自然資源、生態價值與管理目標等的科學評估,明確區域的唯一屬性,在空間整合優化中解決交叉重疊、“九龍治水”等歷史遺留問題。另一方面,通過健全自然保護地管理體制,自上而下統籌謀劃各類自然保護地的空間布局,規范自然保護地規劃、設立、調整和管理等各個環節,為以國家公園為主體的自然保護地體系建設“松體制之綁”。

大熊貓國家公園建設對于實現大熊貓種群穩定繁衍生息、探索建設以國家公園為主體的自然保護地體系具有重要意義。四川省劃入面積占大熊貓國家公園總面積的七成以上,加之原有自然保護地體系體量大且空間關系復雜,園區內不同區域間保護效能的不平衡與不充分,可見該區域大熊貓國家公園試點建設任務之艱巨,同時也印證了在該區域推進以國家公園為主體的自然保護地體系建設的必要性與緊迫性。2018年10月29日,大熊貓國家公園管理局在四川成都揭牌,標志著大熊貓國家公園體制試點工作進入了全面推進的新階段(http://www.xinhuanet.com/politics/2018- 10/29/c_1123630894.htm),綜合本文研究結果,我們建議：(1)將大熊貓國家公園四川片區內自然保護區的非重疊區、世界遺產地在自然保護區內的區域、森林公園的非重疊區以及水利風景區的重疊區等區域作為大熊貓的核心保護區,施行嚴格保護,禁止人為活動；(2)將自然保護區的重疊區、世界遺產地的非重疊及非自然保護區覆蓋的其他區域作為生態保育區,恢復受損的大熊貓棲息地及所在的自然生態系統,除開展必要的修復活動外,禁止人為活動,恢復良好時應歸入核心保護區；(3)將除上述區域之外的其他自然保護地覆蓋區和無自然保護地覆蓋區域作為一般控制區,在有效維護大熊貓種群及其棲息地的前提下開展適度人為活動。本文希望通過自然保護地與保護對象空間關系的案例分析,揭示自然保護地空間關系現狀并探討其對保護產生的影響,以圖在國家公園建設的開局階段實現破局,為日后以國家公園為主體的自然保護地體系的空間管控奠定研究基礎。

續表重疊水平Overlap level保護地類型Protected area面積Area/km2比例Percent/%2風景名勝區 Scenic and historical area地質公園 Geopark12.730.082風景名勝區 Scenic and historical area森林公園 Forest park184.001.212風景名勝區 Scenic and historical area水利風景區 Water park12.280.082地質公園 Geopark森林公園 Forest park3.680.021自然保護區 Nature reserve5931.9939.131世界遺產地 World Heritage2545.7316.791森林公園 Forest park145.670.961風景名勝區 Scenic and historical area323.562.131地質公園 Geopark7.640.051水利風景區 Water park36.570.24