自然保護地整合優化中GIS技術應用探討

張 好, 楊育林

(四川省林業科學研究院,四川 成都 610081)

1 引言

我國擁有豐富多樣的自然資源和獨特優美的環境條件。為保護自然生態系統，維護生物多樣性，我國建立了自然保護區、風景名勝區、自然文化遺產、森林公園等不同類型、不同級別的自然保護地[1]。截至2018年末，我國不同類型的自然保護地共1.18萬處[2]，但受多方面綜合影響，現有保護地類型多，空間重疊，保護的生態系統不完整，保護有效性較差[3]。2019年起，為構建以國家公園為主體的自然保護地體系，根據中共中央辦公廳和國務院辦公廳印發的《關于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導意見》[4]，全國各級政府均出臺了具體的實施方案，積極開展了自然保護地整合優化工作，對交叉重疊、相鄰相近的自然保護地進行了歸并整合，對邊界范圍和功能分區進行合理調整，實事求是解決歷史遺留問題，同時加大力度新建了一批自然保護地[5，6]。

自然保護地整合優化是一項涉及面廣，矛盾沖突問題較多、任務重、耗費時間較長的一項工作。2021年8月，國家林業和草原局發布了《“十四五”林業草原保護發展規劃綱要》，要求“推進自然保護地整合優化，科學界定范圍和管控分區，組織勘界立標”[7]。在此過程中，GIS作為主要技術手段，在提高工作時效，全方位掌握保護地資源現狀，科學調整保護地邊界及功能分區等方面具有重要的意義，為下一步勘界立標和有效管理保護地資源提供技術支撐。

2 GIS技術的主要內容

GIS是一種對地理空間分布數據進行收集、分析、制圖以及提供決策的空間信息系統。利用GIS技術，可以將森林、國土、區域發展規劃、交通安全等多領域數據資源形成一套完整的信息管理系統，能快速進行信息檢索、數據更新、運算分析、制圖輸出等基本操作，在保證精度的情況下，全面掌握資源分布信息，降低人力物力等資成本[8]。

在林業發展中，GIS主要被應用于林業調查規劃以及林業資源管理等方面，相較于人工手繪制圖，GIS在空間數據分析，制圖可視化表達、圖表交互式統計等方面具有顯著優勢[9]。利用GIS軟件將自然保護地全部矢量化，把相關地理空間數據形成一個精確全面的專題數據庫，為科學進行保護地規劃和管理提供了基礎性與實質性的保障，對于推進自然保護地整合優化以及管理工作具有重要意義[10]。

3 GIS技術在自然保護地整合優化中的具體應用

GIS作為自然保護地整合優化中使用的主要技術方法，在解決保護地之間交叉重疊問題、調整自然保護區邊界范圍、優化自然保護區功能分區等方面，凸現了其重要性。由于自然保護地優化整合工作仍在進行中，本文基于目前收集到的信息，以四川海子山國家級自然保護區為例，探討GIS技術在解決自然保護地交叉重疊、邊界調整、功能區優化及保護地資源管理方面的應用。

3.1 在解決保護地交叉重疊工作中的應用

自然保護地之間的交叉重疊問題，制約了保護地的科學發展以及保護成效，不能實現對自然生態的系統保護[11]。

以四川海子山國家級自然保護區為例，保護區優化整合前由2個保護地組成，分別為海子山自然保護區，級別為國家級；四川理塘格木自然保護區，級別為縣級。通過收集兩個保護區成立時被批復的邊界范圍矢量圖層，利用Arcgis軟件的空間分析功能，可以計算出2個自然保護地空間不交叉重疊面積38.39萬hm2，占扣除交叉重疊后凈面積45.59萬hm2的84.20%；空間交叉重疊面積7.20萬hm2，占扣除交叉重疊后凈面積的15.80%(表1)。根據整合優化規則，不同級別低級別服從高級別的原則，將海子山保護區與格木保護區重疊部分整合至海子山國家級自然保護區，在數據庫中更新對應小班的“調整后保護區名稱”“調整后保護地類型”“調整后保護級別”等字段屬性，完成2個保護區的整合工作(圖1)。

表1 海子山國家級自然保護區歸并整合面積統計

圖1 海子山自然保護區歸并整合方案

3.2 在調整自然保護地邊界范圍中的應用

自然保護區傳統規劃模式是在紙質地形圖的基礎上，以專業技術人員的現場調查和人為勘查測量繪制保護區邊界范圍，受人為勘測誤差以及調查局限性的影響，自然保護地的規劃歷史遺留問題較多，如范圍界線隨意、不符合地形地貌等自然地理邊界；保護地內保護與發展矛盾沖突問題較多、自然資源權屬不清；保護對象不明確，保護地面積過大等，是制約我國自然保護地發展的重要因素[12]，因此需要對自然保護地邊界范圍進行科學調整。

利用GIS手段，可以將保護地批復邊界圖層、生態保護紅線、高分資源衛星影像、國土空間規劃、地形圖、水系交通、其他相關地理要素等在同一地理坐標系下進行疊加，結合現場調查情況，對自然保護地邊界進行科學劃定。劃定過程中，可以統籌考慮自然生態整體性和系統性[13]，對保護地邊界矢量圖層進行編輯，利用遙感影像，以山脈、河流、地貌單元等自然邊界作為劃界依據，沿地面標志物進行邊界勾繪調整，同時充分考慮生態廊道的連通性，遵循自然資源分布情況，堅持生態優先，確保應劃盡劃；對于保護地內矛盾沖突地塊，根據實際情況進行調出。對于保護地內人口密集點、國省干道及鐵路等重大項目，在必要情況下，可以通過扣天窗的形式解決歷史遺留問題和現實矛盾沖突。

以四川海子山國家級自然保護區為例，整合優化中，四川海子山國家級自然保護區共調出地塊4個，面積55.93 hm2。其中，因永久基本農田調出地塊2個，面積25.1 hm2；因村莊調出地塊2個，面積30.83 hm2(表2)。對應更新數據庫內調入調出小班的“調整類型”“調整原因”“備注”等相關屬性字段，完成自然保護地邊界范圍優化工作(圖2)。

表2 四川海子山國家級自然保護區范圍調整統計

圖2 海子山自然保護區邊界調整方案

3.3 在優化自然保護區功能分區中的應用

原有自然保護區被劃分為核心區、緩沖區和實驗區三區，功能分區不夠準確，分區管控措施針對性操作性不強，在此次優化整合中，將國家公園和自然保護區按核心保護區和一般控制區進行劃分。

在GIS軟件中疊加邊界優化調整后的保護地邊界及功能分區圖層、生態保護紅線、高分資源衛星影像、國土空間規劃、地形圖、水系交通、其他相關地理要素等，可通過多因素疊加計算的方式掌握自然保護地內資源分布情況、明確主要保護對象，對自然保護地分區界線的矢量圖層進行編輯，將原實驗區內無人為活動且具有重要保護價值的區域轉為核心保護區，如森林、濕地資源等；將原核心保護區內人口密集區域、重大工程、重要人文景觀及合法設施建筑等場所轉為一般控制區，并根據山脈、河流、地形地貌等自然界線進行功能區邊界修正及平滑。

以四川海子山國家級自然保護區為例，在整合優化中將原334983.3 hm2的核心區及緩沖區直接轉化為核心保護區，原115015.56 hm2實驗區直接轉化為一般控制區。整合優化中，調整功能區地塊共18個、面積5996.96 hm2，其中，核心區和緩沖區轉一般控制區圖斑18個、面積5996.96 hm2；無一般控制區轉核心保護區圖斑。按調整理由分類，因重大工程建設需要調整面積1151.73 hm2，因人為活動干擾排除需要調整面積4559.86 hm2，因涉密區域需要調整面積285.37 hm2(表3，圖3)。

表3 海子山國家級自然保護區功能分區調整區域統計

圖3 海子山自然保護區功能分區調整方案

3.4 在自然保護地資源管理中的應用

3.4.1 數據分析

利用GIS軟件將保護地的空間分布數據形成專題信息管理系統，能快速統計出整合優化前后各自然保護地面積、功能分區面積、調入調出面積、功能區轉換面積等；可以即時查詢自然保護地功能區調整原因、備注情況；可以按需求統計一定范圍內自然保護地類型、等級、數量、面積、保護對象類型、自然景觀價值、土地權屬等信息，全面掌握自然保護地體系建設工作成效[14]。

3.4.2 動態監測

目前GIS技術被廣泛應用于森林資源動態監測工作，針對不同類型的自然保護地，GIS技術可以在森林資源、濕地及沙化資源、森林防災、病蟲害等不同方向發揮功能，構建資源管理及災害監測體系，及時掌握各類保護地的資源及災害信息的動態變化情況。

隨著遙感技術的發展，GIS與遙感監測(RS)、無人機技術相互整合形成的有利于解決傳統保護地管理中地廣人少的問題。

3.4.3 可視化表達

利用GIS技術以相關的屬性和數據，繪制專題圖，如保護地現狀圖、調整后圖、調整方案示意圖、大范圍內保護地分布一張圖等，標注出公里網格、經緯度等精確地理信息，可以幫助全方位摸清保護地優化整合情況，同時，GIS技術還能提供動態化以及三維立體化的保護地圖像展示，精確顯示自然保護地的各種地理特征，以及自然資源分布情況，幫助建立直觀的評價體系，為下一步編制更具可行性的保護制度以及保護條例提供技術支撐。

4 建議

GIS技術對于加快調整并確定保護地邊界范圍及功能分區具有重要作用，可以提高工作時效、增強保護地規劃的精確性、全方位掌握保護地資源分布情況、進行科學有效的管理。在以后的自然保護地整合優化及管理工作中，提出以下建議。

(1)在功能區區劃過程中，可以通過計算一定范圍公里網格內各類資源的占比，如1 km網格內濕地面積占比、林地面積占比、泥炭資源占比等，再進行多要素疊加分析，平滑邊界，經科學計算得出核心保護區。

(2)可以結合高分資源衛星影像，無人機技術，形成天空地一體化監督管理平臺，為下一步組織勘界立標和科學管理評估工作提供系統保障。