青藏高原生態系統完整性遠程評價與國家公園群建設時序研究

鄧 冉,邵懷勇,黃寶榮,張叢林,周中仁,樊 杰,*

1 成都理工大學地球科學學院, 成都 610059 2 中國科學院科技戰略咨詢研究院, 北京 100190 3 北京市農林科學院農業信息與經濟研究所, 北京 100097

生態系統完整性是指生態系統在特定地理區域內的最優狀態,在這種狀態下,生態系統具備區域自然生境應包含的全部本土生物多樣性和生態學過程,其生態系統結構、功能和過程不受人類威脅和損害,生態系統處在自然變化范圍之內并保持良性循環,且本地物種處在能夠持續繁衍的種群水平上[1-3]。生態系統完整性評價主要是對生態系統的結構、功能以及過程完整性的評價,通過評價診斷當前生態系統能否維持平衡、健康的狀態。評估結果能夠為生態系統管理、生物多樣性保護和自然保護地規劃提供支撐。如,加拿大將生態系統完整性作為國家公園遴選的重要依據?！督夜珗@體制總體方案》也指出,我國建立國家公園的主要目的是保護自然生態系統的原真性、完整性。在未來國家公園規劃布局中也應將生態系統完整性作為重要依據之一。

生態系統完整性評價以生物完整性評價(Biologic Integrity Assessment,BIA)為基礎,通過統計學的方法,采用包含生態系統關鍵生物物種、物理和功能屬性等指標來評估生態系統的完整性。目前常用的方法主要有3種：生物完整性指數評估框架)評估框架(Index of Biotic Integrity,IBI)、生態系統完整性評估框架(Ecosystem Integrity Assessment Framework,EIAF)評估框架和三級漸進評估框架(Three Level Approach,TLA)評估框架[3]。IBI評估框架是通過選擇對生態變化較為敏感的物種群落為指示物種,通過研究該物種的種類豐富度、組成、數量、營養組織、生殖行為、健康狀況等反映生態系統完整性；EIAF評估框架通過記錄生物和非生物的退化過程來反應生態系統是否完整,利用生態系統完整性指標計分矩陣來反映評價結果,每個指標(如生態系統景觀、植被、理化性質、自然干擾機制等)通過計算測量值和參考值得到[3-5]；TLA三級評估框架包括遠程型評價、快速型評價和密集型評價,是美國國家環境保護局根據其國家公園和野生動物保護區的實際生態情況研發,用來評價和監測其生態系統完整性的方法,每種評價方式可以單獨進行,也可以層層遞進,組合使用,尤其對于復雜的陸地生態系統[5],目前常用的指標主要有土地覆被、景觀格局、初級凈生產力、道路密度、指標物種指數、地面實測數據等生態指標和壓力指標。TLA三級評估框架中,遠程型評價屬于成本比較低廉且適用于大部分自然生態系統一種評價方式,主要通過地理信息系統和遙感數據來獲取生態系統類型空間分布信息并評估大尺度區域的生態系統完整性,近年來被廣泛運用于流域、國家公園和野生動物保護區的生態系統完整性評價。如,美國魚類和野生動物管理局開發了一套遙感指標,并將其與濕地指標結合評估流域自然棲息地生態系統完整性趨勢,識別需要優先考慮生態恢復的潛在區域[6]。加拿大國家公園局通過遙感技術,選擇景觀格局、演替衰退和初級凈生產力三種生態指標監測國家公園的生態系統完整性[7]。Fraser 等[8]采用遙感影像數據,通過分析研究區內土地覆被變化和生態系統完整性現狀,為加拿大國家公園建立監測系統提供了科學依據。

青藏高原是我國重要生態安全屏障,保有大量重要的受人類活動干擾較小的自然生態系統和荒野,孕育著豐富的生物多樣性,在維持我國乃至亞洲生態安全中發揮了重要作用。但隨著快速城鎮化、農牧業和旅游業的快速發展、以及交通等基礎設施的建設,高原生態系統完整性和生態安全屏障功能受到一定威脅。同時,氣候變化導致的亞洲水塔失衡[9],也有可能危及青藏高原生態系統完整性。為了更好地守護地球第三極,第二次青藏高原科學考察,提出由6個旗艦國家公園為引領、2個跨國國家公園和9個國家公園共同構成的地球青藏高原國家公園群草案[10-11]。在此背景下,開展青藏高原生態系統完整性評估,不僅能為人類活動脅迫和氣候變化下青藏高原生態系統完整性保護提供科學支撐,而且能為第三極國家公園群的規劃布局和各個國家公園建設時序的確定提供科學支撐。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

圖1 研究區概況Fig.1 Overview of the study area

青藏高原位于亞洲中部,是眾多大江大河發源地,其幅員遼闊(73°18′52″—104°46′59″E,26°00′12″—39°46′50″N),位于我國境內的青藏高原區域(見圖1, 本文青藏高原空間范圍引自來源于中科院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=139)),總面積約259.8萬km2,區域海拔一般在3000—5000 m之間,平均海拔4000 m,地勢東高西低,邊緣起伏不平,但內部起伏較為平緩。青藏高原多為高原氣候,氣溫低、積溫少,氣溫和降水的空間分布極不均勻,植被類型豐富且覆蓋度高,動植物資源豐富且具有獨特性,自然生態良好。但同時區域生態系統完整性也面臨退化的風險,如氣候變化導致冰川融化、雪線上升、亞洲水塔失衡[9,12]；土地退化與土壤侵蝕加劇[13-14],導致生物多樣性降低，水源涵養、水土保持及生物多樣性保護的功能被削弱；而隨著城市化進程加快,部分自然生態系統逐漸向半自然生態系統、人工生態系統過渡,自然生態空間被壓縮[15]。

1.2 研究方法

青藏高原地域遼闊,通過高強度野外調查獲取數據難度大、歷時長、成本高,因此,很難采用對地面調查數據要求比較高的IBI、EIAF和TLA密集型評估框架評估其生態系統完整性。基于此,本研究借鑒TLA遠程評估框架,采用遠程型評價方法,充分利用遙感、地理信息和社會經濟統計數據,評估青藏高原生態系統完整性。

1.2.1生態系統完整性評價指標體系

現有研究中,各位學者對于生態系統完整性內涵的理解,大致可從以下三個角度出發：一是以生態系統組成要素的完整性為切入點,從生態系統的組分、結構、功能和進程完整性等角度研究生態系統完整性,認為在某一特定的地理單元內,當生態系統包含所有本地物種及其完整的生態學進程,結構和功能沒有受到人類活動的威脅與破壞,生態系統能持續繁衍生息,生境始終保持著最優狀態時,生態系統具有良好的完整性。二是以生態系統的系統特性為切入點,從生態系統自然性、抵抗力和恢復力、可持續性等方面進行研究,其認為具有高度完整性的生態系統能夠抵抗環境變化和壓力,能在擾動后恢復其原始狀態或軌跡,并能持續維持生態系統及其所有組成部分和生態過程,繼續提供其能夠提供的所有物質和生態服務。三是以景觀生態學為切入點,從景觀結構和景觀穩定性兩方面選取景觀格局指數對生態系統完整性進行研究,其根據景觀生態學結構與功能相匹配的原理,認為景觀結構的變化必定引起功能的變動,在外界條件干擾下,景觀生態系統具有一定抵抗與恢復的功能(即景觀穩定性),可以維持和修復生態系統完整性。

因此,根據生態系統完整性內涵,生態系統完整性可以從生態系統的結構、過程、功能的完整性,生態系統穩定性和能抵御外界較小的壓力等幾個方面理解。而基于這一理解,借鑒加拿大國家公園生態系統完整性評估框架,搭建生態系統“格局-質量-功能-問題-壓力”評估框架,并根據青藏高原生態系統特征,以綜合性、代表性、實用性、可獲取性和可度量性為原則,篩選指標,建立青藏高原生態系統完整性評價指標體系(表1),并通過專家咨詢法確定指標權重(表2)。

1.2.2評價指標標準化

生態系統完整性評價指標各異,單位不一,不能直接進行比較與計算,因此,需要將各指標進行歸一化處理。本文采用最大最小值法實現評價指標的歸一化。評價指標分為正向指標和負向指標,其中,正向指標是指對生態系統完整性具有積極促進作用的,其值越大,生態系統完整性越高；負向指標則是對生態系統完整性具有消極影響作用的指標,其值越小,生態系統完整性越高。因此兩類指標的歸一化方式分別為：

正向指標歸一化公式

(1)

負向指標歸一化公式

(2)

式中,X′為歸一化后無量綱數值,X為原始數值,Xmin為原始數值最小值,Xmax為原始數值最大值。

考慮青藏高原面積廣闊,受氣候、海拔等因素影響,區域之間生態系統類型存在較大差距,造成評估指標體系中反映生態系統質量的指標“地上生物量”在不同區域間不具有可比性,比如森林生態系統地上生物量普遍高于草地生態系統,不能據此判斷森林生態系統質量好于草地生態系統。為了解決這一問題,研究中將地上生物量指標按照青藏高原十三個生態區分別進行歸一化,每個生態區內植被類型基本一致,每個柵格單元的生物量歸一化值,是該單元生物量值與所在生態區頂級生態系統群落生物量的相對值,能夠反映該柵格單元在所在生態區的生態系統質量水平,從而實現不同生態區不同類型生態系統間的質量比較。

表1 青藏高原生態系統完整性遠程評價指標體系

表2 青藏高原生態系統完整性遙感評價指標權重值

同時,青藏高原一些生態系統的完整性如永久冰雪冰川、湖泊、河流不能通過指標體系中的地上生物量、植被覆蓋度等指標直接衡量,目前這些生態系統受到人類活動干擾較小,在缺乏詳細的地面調查數據的支撐下,作為替代方案,研究將這些生態系統的完整性直接賦值為1。

1.2.3生態系統完整性指數及分級標準

生態系統完整性指數是對生態系統完整性評價結果的直觀展示,是在對單個評價指標的量化、分析與評價的基礎上,考慮其對生態系統內部與外部環境之間的相互聯系與作用,通過將各評價指標對生態系統完整性的重要程度、影響程度進行量化,并綜合分值的形式表達出生態系統完整性狀況。本文將采用綜合指數法對青藏高原生態系統完整性進行綜合評價,計算生態系統完整性指數。

(3)

式中,EI是指生態系統完整性評價指數,n為指標個數,ωi為第i個指標的權重值,Ai為第i個指標歸一化值,EI越大,表明生態系統完整性越好。

同時,為了進一步分析生態系統完整性組成的兩大部分生態系統自身的狀態和生態系統壓力情況,分別用景觀分離度指數、地上生物量、植被覆蓋度、生物多樣性維持功能、土壤侵蝕強度五個指標構建生態系統狀態指數；用人口密度、路網密度、畜牧量、夜間燈光指數四個指標構建生態系統壓力指數。指數計算過程中,將相應的指標權重按比例擴展,使指數計算所用到的所有指標的總權重為1。同時考慮到表達習慣,生態系統壓力指數計算時,各壓力指標按正向指標進行標準化,使生態系統壓力指數計算結果越大,反映生態系統所成熟的壓力越大。

為了分析不同區域生態系統完整性相對水平,參照國外國家公園生態系統完整性評價等級[31],結合各指標劃分標準和相互關系,參考自然斷點法分級原理,構建青藏高原生態系統完整性評價等級標準(表3)。

表3 青藏高原生態系統完整性評價標準

2 研究數據

由于青藏高原幅員遼闊,生態系統多樣,本文將基于RS和GIS數據,選取擇1 km×1 km的柵格單元為評價單元,評價每個柵格單元的生態系統完整性狀態,在此基礎上分析青藏高原生態系統完整性格局。評估所需數據包括基礎地理數據、生態數據和社會經濟數據。

2.1 基礎地理數據

氣象數據：來源于中國氣象數據網(http://data.cma.cn/),包括降水量、氣溫、太陽輻射等。

植被區劃數據：來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/)。

生態分區數據：來源于中國生態系統評估與生態安全數據庫(http://www.ecosystem.csdb.cn/index.jsp)。

中國行政區劃數據：來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/),包括省市縣三級數據。

土壤數據：來源于土壤數據來源于寒區旱區科學數據中心 (http://westdc.westgis.ac.cn/),空間分辨率1∶100萬。

高程數據：來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/),空間分辨率1 km。

2.2 生態數據

景觀分離度數據：數據時間2015年,空間分辨率1 km,使用土地利用現狀數據,通過fragstats 4.2中移動窗口法計算獲取。其中,土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/),空間分辨率1 km。

土壤侵蝕數據：數據時間2015年,空間分辨率1 km,根據RUSLE土壤侵蝕模型,綜合土壤數據、多年年均和月均降雨量數據、植被覆蓋度數據、土地利用數據和高程數據計算得到。

生物量數據：數據時間2015年,空間分辨率1 km,由中國科學院科技服務網絡計劃(STS計劃)“全國生態環境變化(2010—2015)調查評估”項目提供。

NPP數據：空間分辨率1 km,通過朱文泉改進的CASA模型[32],與植被類型、降水、氣溫和太陽輻射計算得到。

植被覆蓋度數據：數據時間2015年,空間分辨率1 km。提取于歸一化植被指數(NDVI),通過最大值合成法得到年度NDVI數據,采用像元二分法得到植被覆蓋度。

生物多樣性維護能力數據：空間分辨率1 km,根據生態紅線劃定指南要求,通過年均 NPP、高程、年均降水和年均氣溫數據計算得到。

2.3 社會經濟數據

夜間燈光遙感數據：2015年均數據,空間分辨率0.05°,來源于美國國家海洋和大氣管理局(https://www.noaa.gov/),是美國NPP對地觀測衛星搭載的VIIRS(Visible infrared Imaging Radiometer)可見光紅外成像輻射儀獲取的數據,經投影轉換、重采樣等步驟轉化為1 km的柵格數據。

畜牧量數據：來源于各省(自治區)2015年統計年鑒和社會發展統計公報,文本數據,通過與草地分布進行空間化處理后得到1 km的柵格數據。

人口密度數據：2015年度數據,分辨率1 km,來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/),中國科學院地理科學與資源研究所的徐新良制作的中國人口空間分布公里網格數據集。

道路數據：2015年末數據,來源于OSM(openstreetmap)矢量數據(https://www.openstreetmap.org/),通過進行線密度分析得到路網密度數據,空間分辨率1 km。

3 結果與分析

3.1 生態系統狀態指數格局

評估結果顯示,青藏高原77.13%的區域生態系統狀態指數介于0.4—0.6,18.08%的區域介于0.6—0.8,3.52%的區域狀態指數介于0.8—1,僅有1.28%的區域介于0—0.4,總體而言,大部分區域生態系統狀態維持適中的狀態。從空間上看(圖2),青藏高原東部地區生態系統狀態明顯好于西部地區。以生態區進行分析,則祁連山森林與高寒草原生態區南部、江河源區-甘南高寒草甸草原生態區、秦巴山地落葉與常綠闊葉林生態區、藏東-川西寒溫性針葉林生態區、藏東南熱帶雨林季雨林生態區生態系統狀態整體良好,而藏南山地高寒荒漠草原生態區、藏北高原高寒荒漠草原生態區、帕米爾-昆侖山-阿爾金山高寒荒漠草原生態區、塔里木盆地-東疆荒漠生態區、阿里山地溫性干旱荒漠生態區、柴達木盆地荒漠生態區整體處于差與適中的狀態。

疊加高程、土地利用現狀、降水、氣溫等圖層進行分析可知,狀態要素受高程和氣候條件影響較大,從而導致植被覆蓋度出現分異。在海拔較低、氣候條件良好的區域,其植被覆蓋以林地、高覆被草地為主,且以林地為優勢地類,生態系統穩定性較強；此外良好的植被條件為生物提供了較好的棲息繁育生長環境,生物多樣性維護能力較強,生物量也較高,生態系統恢復力穩定性強。而隨著海拔的攀升,地形起伏增大、氣候條件趨于復雜,生物生長環境趨于惡劣,植被覆蓋度、生物量逐漸降低,生物多樣性維護能力減弱。

圖2 青藏高原生態系統狀態格局Fig.2 Spatial pattern of ecosystem status index of the Qinghai-Tibet Plateau

3.2 生態系統壓力指數格局

評估結果顯示,青藏高原97.28%的區域生態系統壓力指數低于0.1,2.27%的區域壓力指數介于0.1—0.2,0.43%的區域壓力指數介于0.2—0.3,0.03%的區域壓力指數高于0.3,整體壓力指數較低,大部分區域面臨的人類活動帶來的壓力較小。青藏高原壓力指數格局分布具有較強的空間特點(圖3),整體呈現東高西低、南高北低的格局,壓力較大的區域呈點狀、團塊狀分布,以人口密集的城鎮、農村居民點為中心,承受的生態壓力越大,越往外,所面臨的壓力越小。

根據各壓力要素的特點,行政區和土地利用類型與壓力要素有著明顯的相關性,主要分為三類。一是由人口、交通、畜牧業和城市化進程共同導致其壓力較大,如拉薩市和西寧市,人口眾多,城市化進程相對較高,農副產品需求量較高,交通發達,道路密度較高；此外,由于其海拔相對適中,氣候條件適中,區域內農業生產條件良好,土地利用類型以高、中覆被草地為主,牧草質量較好,為作為主要需求產業之一的畜牧業提供了良好的條件,而大量的放牧導致區域自然生態系統壓力較大,綜合社會發展、城鎮化進程所導致的壓力,區域內生態系統壓力整體較大。二是主要由道路密度導致其生態系統壓力較大,形成了以州府骨干為中心的道路壓力較大的區域,如位于柴達木盆地荒漠生態區,其土地利用主要為荒漠及低覆被草地,放牧條件較差,以海西州格爾木市為例,其區域內人口相對較多,工業化相對發達(產鹽),且城鎮化進程偏高,道路網密布,目前形成了以融公路、鐵路、航空、管線、電信、電力等基礎設施為一體的干線交通體系,且被列入了全國性綜合交通樞紐,便捷的交通設施卻對生態系統造成了較大的壓力；同理,位于青藏高原東南側的區域壓力較大的區域亦是如此。三是主要由放牧導致壓力較大,如藏北高原高寒荒漠草原生態區、阿里山地溫性干旱荒漠生態區所面臨的壓力最大,主要為放牧所導致,其主要原因為區域內草地分布較多,但由于海拔較高,氣候條件差,其草地雖然分布廣泛但覆蓋度較低,多為中低覆被草地,且草地質量一般,區域內耕地較少,農業生產多以牧業為主,導致其畜牧量較高,對生態系統造成了較大的壓力,同理,位于青藏高原西北部的邊緣區域亦是如此。

圖3 生態系統壓力指數空間格局Fig.3 Spatial pattern of ecosystem stress index of the Qinghai-Tibet Plateau

3.3 生態系統完整性指數格局

從生態系統完整性等級看(圖4),青藏高原大部分區域維持了較好的生態系統完整性,分別有3.52%、7.51%和70.71%的區域生態系統完整性等級為優、良、中,但受人類活動脅迫和氣候變化影響,部分區域生態系統完整性受到破壞,分別有18.17%和0.10%的區域生態系統完整性等級為較差和極差。從空間分布格局來看,青藏高原東部區域生態系統完整性明顯高于西部區域,以生態分區為主進行劃分,生態系統完整性相對較低的區域主要分布于阿里山地溫性干旱荒漠生態區、藏北高原高寒荒漠草原生態區、藏南山地高寒荒漠草原生態區、柴達木盆地荒漠生態區,完整性指數相對較低的區域集中連片分布；生態系統完整性指數相對較高的區域主要分布于江河源區-甘南高寒草甸草原生態區東部、祁連山森林與高寒草原生態區中部、藏東南熱帶雨林季雨林生態區、川西南-滇中北山地常綠闊葉林生態區和藏東-川西寒溫性針葉林生態區。

生態系統完整性等級為優秀的區域零散分布于青藏高原西部,主要為湖泊、冰川或海拔高、人跡罕至的地方,由于沒有人類干擾,生態系統維持了其完整性。生態系統完整性等級為良好的區域主要分布于青藏高原東部,如藏南地區、川西高原、橫斷山脈以及祁連山等區域。其原因為：一是區域內植被覆蓋類型以林地為主,生態系統結構、功能穩定,抗干擾能力強；二是區域內地形起伏大,種養殖條件差,城市化程度低,生態系統受人類干擾較小,維持了較高的生態系統完整性。

生態系統完整性中等區域主要分布于青藏高原中部及東部區域。從自然因素的角度來看,區域內土地利用類型為針葉林地、中高覆被草地,整體植被覆蓋度高,生態系統結構復雜且完整,生態系統穩定性、恢復力較強。從人為因素的角度來看,東部地區面臨相對較大的人口和人類活動壓力,主要表現為道路修建和過度畜牧,對自然生態造成了較大的影響,但由于自然條件相對優越,生態系統的恢復力較高,加之近年來的生態保護政策引導,區域內生態系統完整性整體維持了中等水平。對于西部地區,由于海拔較高,土地利用類型為荒漠草原或者荒漠,區域內存在大面積的無人區(如可可西里等),自然生態未受到人類干擾,處于自身擾動范圍內,因此生態生態系統完整性維持較好,如帕米爾-昆侖山-阿爾金山高寒荒漠草原生態區、藏北高原高寒荒漠草原生態區東部等。

生態系統完整性較差的區域則主要分布于青藏高原西部地區以及東部人為活動較為密集的區域；生態系統完整性極差的區域則主要呈團狀分布于青藏高原的城鎮、州府骨干等人口聚集區,多為人工生態系統。其原因主要為：一是作為青藏高原少數的城鎮化水平較高的省會城市或者州府骨干,其面臨著較大的生態壓力,城鎮的擴張壓縮周邊的自然生態空間,破壞區域內生態結構與進程；而受限于地理位置和地形條件,城鎮居民的日常生活需求對自然資源依賴性高,導致資源的過度使用,如耕地、畜牧等,加劇了區域內所面臨的生態問題和生態保護壓力,如藏南高寒草原草甸生態區；二是城鎮的特性反映了區域內以人工生態系統為主,因此城市生態系統結構較為單一,人為主導性強,自然恢復力差；三是部分區域內植被覆蓋度較低,以中低覆被草地、荒漠為主,自然條件較差,但卻存在著較大的人為干擾因素,超出其自身可擾動范圍,如阿里山地溫性干旱荒漠生態區、藏北高原高寒荒漠草原生態區西部等。

圖4 青藏高原生態系統完整性分級空間格局Fig.4 Graded spatial pattern of ecosystem integrity of the Qinghai-Tibet Plateau

3.4 基于生態系統完整性的青藏高原國家公園群建設時序

在第二次青藏高原科學考察研究初始階段,樊杰等[10]基于地域功能理論,論證了國家公園群的基本功能定位,從形成國家公園群的要求探索國家公園備選地的遴選條件,通過對生態地理區劃提供的不同生態系統具有代表性的地域空間進行初步評價,提出了青藏高原國家公園群草案。目前，共有21個備選區,以保護具有代表性的生態系統、河流源頭、自然地貌、珍稀生物為主,兼顧區域社會文化。評價結果顯示(表4),青藏高原國家公園群21個國家公園潛在建設區生態系統完整性等級大多處于中等狀態(此處的國家公園群潛在建設區域的統計數值主要為位于本研究中青藏高原范圍內的區域),其中,獨龍江三江并流、雅魯藏布大峽谷國家公園生態系統完整性良好,札達土林、水上雅丹國家公園生態系統完整性較差。

國家公園建設的主要目的是保護生態系統完整性與原真性。已建立的國家公園體制試點區堅持把生態保護擺在第一位,實行了統一管理、整體保護和系統修復,有效促進了斑塊之間的融合,增強了自然生態系統的完整性與原真性,同時也保護了生物多樣性、提升了生態系統服務功能。青藏高原生態系統完整性評價結果,能夠為第三極國家公園群的規劃布局和各個國家公園建設的優先級別的確定提供支撐。僅從生態系統完整性角度看,青藏高原可用于建設國家公園備選地數量多、分布廣。從加強生態系統完整性保護、優化生態安全屏障的角度看,除了目前已建立的三江源、祁連山、大熊貓、香格里拉國家公園體制試點區外,可優先啟動生態系統完整性高的雅魯藏布大峽谷、色林錯-普若崗日等旗艦國家公園,以及獨龍江三江并流、若爾蓋、貢嘎山、稻城亞丁等一般國家公園建設(圖5)；待條件成熟后,再逐步啟動其他具有景觀、文化價值的國家公園建設。

表4 青藏高原國家公園潛在建設區域生態系統完整性

圖5 青藏高原生態系統完整性及其與國家公園備選區間的關系Fig.5 Spatial pattern of ecosystem integrity index of the Qinghai-Tibet Plateau and the relationship with the potential construction areas of national parks

4 討論與結論

青藏高原作為一個獨特的地理單元,具有相對完整、全球獨特的自然和人文生態系統,生態功能顯著,國家代表性突出。但近年來城鎮化、旅游開發、路網等基礎設施建設,使其生態系統完整性受到一定威脅。為了解青藏高原生態系統完整性維持狀況,為后續的生態保護政策制定和自然保護地體系優化提供支撐,本文基于生態系統完整性內涵,構建了生態系統完整性遠程評估指標體系,對青藏高原生態系統完整性進行了綜合評估。

結果顯示,青藏高原大部分區域生態系統完整性維持在較好或中等的水平,總體具有非常高的保護價值。生態系統完整性等級為優的區域零散分布于高原西部,主要為湖泊、冰川或海拔高、人跡罕至的地方；生態系統完整性較好的區域主要分布于青藏高原東部,如藏南地區、川西高原、橫斷山脈以及祁連山等區域。生態系統完整性等級為中等的區域主要分布于青藏高原中部及東部區域；生態系統完整性較差的區域則主要分布于青藏高原西部地區以及東部人為活動較為密集的區域；生態系統完整性極差的區域則主要呈團狀分布于青藏高原的城鎮、州府骨干等人口聚集區。

研究主要通過結合生態系統面臨的生態問題和人為壓力,對青藏高原生態系統狀態的角度進行評估初步的評估,根據所構建的指標體系,選擇根本影響因素分析其對生態系統完整性的影響,結果表明青藏高原生態系統受高程、水熱條件的綜合影響較大,整體表現為海拔越低、水熱條件越好的區域,生態系統完整性越高。究其原因主要為：海拔較低,為大多數陸生生物的生長提供了最基本的條件,結合區域內的水熱條件,生物間的適應性差異逐漸明顯,逐漸分化為林地、草地、荒漠草原、荒漠等不同的土地覆被類型,為生物的生長、繁育提供了不同的生存條件。根據景觀生態學中結構與功能相匹配的結論[33],生態系統結構越復雜,其生態功能越豐富,恢復力越強。當生態系統以林地或中高覆被草地為優勢地類時,其生態系統結構較為復雜,生物生長發育環境良好,具有較高的恢復力,生態系統不易受到自然因素嚴重破壞；而當生態系統以荒漠草原、荒漠等為優勢地類時,其生態系統結構單一,生物多樣性降低,恢復力差,極易受到外界因素干擾,生態系統非常脆弱,生態系統完整性容易被破壞。

青藏高原面積廣闊,地形條件復雜,存在較多人跡罕至的區域,為初步評價生態系統完整性情況,本研究采用了遙感、地理信息系統相結合的方式進行了遠程性評價,但其中仍存在一定局限性,需要后續科考中予以解決。一是部分指標數據處理方法有待進一步提升。如生物多樣性是生態系統完整性評估的核心指標,但由于缺乏具體的物種及其分布數據,研究選擇生物多樣性維持功能作為替代指標,按照《生態紅線劃定指南》中NPP評估法進行評估,難免與實際的生物多樣性分布格局存在差異,對評估結果造成一定影響,因此在進一步的研究中,需要對此進行改進。二是生態系統完整性遠程評價多針對于陸地自然生態系統,用到地上生物量、植被覆蓋度、NPP等生態指標和參數,但研究區域有大量的湖泊、河流、永久冰川積雪,這些生態系統的完整性難以通過上述生態指標評估,受數據制約,缺乏可替代的評估方法；研究中考慮到青藏高原湖泊、河流、永久冰川積雪受人類干擾較小,基本維持在自然狀態,而且具有極其重要的水源涵養和水文調蓄功能,因此,評估中直接將這類生態系統的完整性賦值為1；但實際上,在一些人口密集區,這類生態系統也或多或少受到人類活動的干擾,該部分缺乏實際量化分析。三是研究方法有待進一步改進。研究通過遙感、地理信息的方式從宏觀的角度對生態系統完整性進行初步評價；而限于數據可獲取性,實地驗證數據較為缺乏,未從微觀角度對小區域生態系統完整性進行論證。但隨著第二次青藏科考工作的推進,一些野外調查數據將日漸完備,后續研究中,可以借鑒TLA評估框架中的快速評估方法,建立遙感指標和地面調查指標相結合的評估方法,從而得到更貼近實際的結果。