保護地旗艦物種棲息地與社區生計空間關系識別的適宜性評價方法

彭婉婷

吳承照*

建立以國家公園為主體的中國特色自然保護地體系是新階段生態文明建設的重要內容，是重新認識人地關系、實現自然資源科學保護和合理利用的新契機[1]。聯合國《生物多樣性公約》第十五次締約方大會第一階段會議通過了《昆明宣言》，提出了全面實現“人與自然和諧共生”的愿景，為確定“2020年后生物多樣性框架”、扭轉當前生物多樣性喪失提出了新階段的新路徑與新要求[2]。中國國家公園和自然保護地具有社區居民數量多、人-自然互動關系悠久、人類活動影響深刻、生物保護與當地社區生產生活空間交叉重疊的特征[3]。張書杰等[4]對全國尺度自然保護地利用強度進行了量化分析，發現大多野生動物型自然保護地內都存在不同程度的建設用地和耕地，社區生產生活空間與保護空間重疊，因此忽視保護區內居民生產生活活動和生計需求的保護是不可行的。以往自然保護區過于籠統的“三圈”分區和“一刀切”的管理政策，違背了已經生活在核心區和緩沖區居民的現實情況，也忽略了人類活動對生態系統的良性干預和積極作用，導致物種保護與社區發展矛盾不斷激化。這些都表明，促進2020年后生物多樣性保護目標的實現，需要更加科學地認識主要保護對象的行為空間需求，協調物種保護與社區發展關系[5]，從而開展科學規劃和精準管理。

然而在現有研究和實踐中，往往將人類活動與物種保護空間簡單地重疊，缺乏對二者分布空間格局和特征的進一步分析和揭示。此外，合理、科學的自然保護地規劃不應僅局限于現狀，而應從早期規劃時就以保護目標為導向進行“理想”狀態分析，按照保護目標開展保護。國際上，如美國國家公園總體管理規劃(GMP)均采用以目標為導向的規劃方法，提前評估物種分布范圍和適宜性，識別保護和利用潛力，制定基于保護目標的規劃。本研究提供了一種以目標為導向，基于“理想”情況下的保護地適宜性分析方法，通過明晰保護對象棲息地適宜性，辨識居民生計活動所需的生產生活空間分布及特征，識別二者的空間格局特征和潛在錯位發展機會，為中國大量存在社區的國家公園和自然保護地如何在有限空間內保護物種、降低人類不良干擾，同時維持居民生計需求提供空間發展方向指導。從而，從規劃層面減少保護矛盾，識別二者共生與沖突空間，開展精準化管控，為實現人與自然和諧共生提供科學支撐[6-7]。

黑頸鶴(Grus nigricollis)是國家Ⅰ級重點保護野生動物，被《瀕危動植物國際貿易公約》(CITES)列為世界急需挽救的瀕危物種[8]，是高原濕地生態系統的旗艦物種。本研究選取黑頸鶴全球最重要的越冬棲息地之一[9]185、越冬遷徙東線上重要的中轉站——云南省大山包黑頸鶴國家級自然保護區(以下簡稱“大山包”)為研究區域，該地也是2016年云南省試點國家公園。大山包是為保護黑頸鶴及其越冬棲息地而設立的國家級自然保護區。大山包保護物種黑頸鶴保護價值突出，保護地內居民人口密度大，黑頸鶴棲息地與當地社區生產生活空間交叉重疊。因此該案例點的選擇對于本文研究問題的解決具有較強的代表性和典型性。黑頸鶴于每年10月底11月初飛抵大山包，次年3月末4月初飛離。研究表明，黑頸鶴植物性食源主要來源于當地居民社區耕地中秋收后殘留的傳統農作物；部分來自亞高山沼澤化草甸的野葉和根莖[9]190-193，這里也是當地社區重要的放牧場所。在整個越冬期，黑頸鶴覓食行為空間與當地居民生產空間(耕地、亞高山草甸牧場)重疊交錯。傳統農耕作物是黑頸鶴食物鏈的重要組成部分，是人鶴共生系統的基礎[10]。根據晝夜規律，黑頸鶴的越冬行為包括日間的覓食行為和夜間的夜棲(roosting)行為[11]。黑頸鶴對夜宿環境的安全性要求極高，通常選擇遠離人類干擾的沼澤淺水區群居。在人鶴系統中，隨著靠近夜宿地的當地居民生活空間不斷擴展，居民生活空間與黑頸鶴夜宿、覓食空間也呈現空間重疊，居民生活所產生的干擾，如噪聲、燈光等，是威脅黑頸鶴生態安全的主要原因[7]。本研究采用適宜性評價方法，以MaxEnt模型辨識黑頸鶴棲息地分布，運用層次分析法構建社區生產生活空間適宜性評價指標體系，基于二者的適宜性評價結果，運用空間自相關和橢圓標準差法，分析黑頸鶴棲息地保護空間、社區生產生活空間的熱點區域和分布方向特征，為協調空間矛盾、制定功能錯位發展、實現保護物種與當地社區空間協同發展提供科學依據。

1 研究區域和方法

1.1 研究區概況和目標物種選擇

大 山 包(東 經103 ° 1 4 ′ 5 5 ″～103°23′49″，北緯27°18′38″～27°29′15″)位于云南省昭通市(圖1)。為保護國家Ⅰ級保護動物黑頸鶴及其越冬棲息地，于1994年被建立為省級自然保護區；2003年被國務院批準晉升為國家級自然保護區；2004年被列入“國際重要濕地”名錄；2016年曾被云南省政府列為云南省國家公園試點項目。保護地內社區多，居住有110個自然村，人口密度大(約99人/km2)，是全國野生動物型自然保護地社區人口密度的9倍[4]。

圖1 云南省大山包黑頸鶴國家級自然保護區區位

在大山包生態系統中，黑頸鶴屬于食物鏈的二級消費者，沒有動物天敵；除黑頸鶴外，另有鳥類14目18科47種，多是黑頸鶴的伴生種，包括7種國家Ⅱ級重點保護動物，如灰鶴(Grus grus)、黑鳶(Milvus migrans)等。黑頸鶴不僅是大山包生態系統中的旗艦物種，也是該生態系統中的傘護物種(umbrella species)，其個體最大，活動范圍和生境范圍要求也最廣，綜合了灰鶴、黑鳶等其他物種的生境需求。因此在保護黑頸鶴生境的同時，還能夠保護大山包生態系統中的其他伴生和低等生物，最大限度地實現對整個生態系統的保護。

1.2 適宜性評估框架與空間分析

中國諸多保護地融合了生態保護和當地社區生產生活功能。在大山包，黑頸鶴及其越冬棲息地是最重要的保護空間。農耕和放牧是大山包居民兩大主要生計行為，也是與黑頸鶴越冬最密切相關的行為空間。農田生態系統和草甸生態系統構成了大山包居民的生產空間，居民點則是主要的生活空間。本研究選取子流域單元作為大山包保護地評價和分析的基本生態單元。

1.2.1 黑頸鶴棲息地適宜性評價

黑頸鶴棲息地適宜性評價采用目前性能最佳、運用最廣泛的物種分布模型之一——MaxEnt模型[12-13]。該模型是一種基于生態位原理的模型，采用機器學習技術，利用物種“出現點”數據和與物種分布相關的環境預測因子來建立物種棲息地適宜性分布的概率模型[12，14]。通過野外調查樣線法，記錄到1 102只黑頸鶴和114個出現位點[10]。調查中發現，保護區外東北處也有黑頸鶴分布，為了保證棲息地評價的完整性，將該區域也納入黑頸鶴棲息地評價。環境變量選擇與黑頸鶴分布密切相關的物理環境因素和人類干擾因素等11個變量[10]。

1.2.2 社區生產-生活空間適宜性評價體系

研究區內生產空間主要涉及耕地和牧場。由于耕地和牧場的建立均受土壤自然條件的限制，并受到利用條件和區位條件影響[15]，因此統一考慮耕地和牧場適宜性評價指標體系。耕地和牧場適宜性評價指標的選擇參照前人研究[15-17]、《耕地后備資源調查與評價技術規程》(TD/T 1007—2003)和美國農業部“土地評價與立地評價”(LESA)等規范，從土壤理化性質、利用條件和區位條件3個方面構建準則層和11個指標層(表1)。

土地利用數據從國家林業和草原局昆明勘察設計院提供的2017年大山包土地利用數據庫中提取。土壤數據取自昭通地區第二次土壤普查和相關科研報告，坡度、坡向和地形位置指數利用DEM數據提取。利用條件考慮到道路通達性、中心城鎮、鎮農貿市場對區域農產品和生產資料的影響，生產地道路通達性越高、離中心城鎮和農貿市場越近，越利于農業生產。道路、中心城鎮和農貿市場等數據以土地利用數據庫為基礎，運用GIS歐氏距離法計算距道路、中心城鎮及鎮農貿市場的距離。為了保證評價過程規范和數據統一性，將耕地和牧場適宜性評價指標分為5個等級，并賦予相應的作用分值，分值為0～100分(表1)，等級越高(一級)分值越高。

社區生活空間適宜性評價參照國內外前人研究[18-20]，同時考慮大山包高原山地特有的自然和區位特征，最終從自然條件、社會經濟條件和社區價值三方面篩選出9個指標構建大山包居民點用地適宜性綜合評價指標體系。自然條件選擇坡度、海拔、水土流失風險3個因素。水土流失風險采用美國農業部(USDA)的通用水土流失方程USLE模型估算土壤流失量。社會經濟條件考慮人口密度、道路通達性、教育資源可達性和中心村鎮影響，并參照《傳統村落評價認定指標體系(試行)》，從大山包居民點的審美和游憩價值、研究和文化價值、精神和遺產價值對社區價值進行評價。

1.2.3 權重和綜合值計算

采用層次分析法根據重要性排序建立判斷矩陣，確定權重系數。生產空間評價指標權重得分如表1所示。所有評價指標層進行柵格化處理轉換為30m×30m的柵格網格單元。運用柵格計算器，計算每個指標層和該圖層對應權重的加權綜合分，最終計算得出適宜性綜合值S，計算公式如下：

式中，Wi表示第i個指標/指數的權重；Ci表示第i個指標/指數的評價作用分。

根據natural break將各適宜性綜合值劃分為4個等級：一級，最適宜區；二級，適宜區；三級，較適宜區；四級，不適宜區。

1.2.4 多功能空間的格局分析

采用空間自相關分析的Moran's I指數表征研究區內的平均集聚程度，采用Gi＊系數識別各功能空間適宜綜合值的熱點地區。以上分析采用ArcGIS 10.6軟件中的Spatial Autocorrelation(Global Moran's I)和Hot Spot Analysis(Getis-Ord Gi＊)工具完成。采用標準差橢圓探測每種功能空間的方向分布，并計算平均中心、空間范圍和主導方向。橢圓標準差的計算公式如下：

式中，xi和yi表示要素i的坐標；表示要素的平均中心；n表示要素總數。

2 結果和討論

2.1 黑頸鶴棲息地適宜性評價結果

MaxEnt模型AUC值為0.838，大于0.7，說明該模型對黑頸鶴越冬棲息地分布預測效果良好，結果也與多年長期觀測結果一致。模型表明(圖2)，黑頸鶴高適宜性區域主要集中在大海子水庫、跳墩河水庫和殷家碑海子夜棲地附近，這與黑頸鶴越冬習性和能量消耗限制密切相關：大山包越冬黑頸鶴傾向于在沼澤淺水區夜棲[21-22]，并且其白天的活動范圍受到飛行距離和寒冷天氣能量消耗的限制[23]，因此覓食地多分布在距離夜棲地2km以內區域[10]。同時，黑頸鶴在居民居住點附近斑塊出現的概率較大，這與居民點附近耕地的糧食供給相關[10]，也反映出黑頸鶴與社區生產存在依存關系[7，10]。由黑頸鶴棲息地適宜性評價結果發現，保護區核心區覆蓋了73.2%的黑頸鶴棲息地適宜區(OP≥33%)，涵蓋了整個自然保護區最適宜和適宜面積的88.3%和79.0%。值得注意的是，保護區外的殷家碑海子周圍也存在黑頸鶴最適宜棲息地，建議劃入保護區開展保護。

圖2 大山包黑頸鶴棲息地適宜性分布

2.2 社區生計空間適宜性評價結果

研究區社區生計單一，農耕和放牧是當地居民最主要的生計行為，也是與黑頸鶴最密切相關的社區生計空間。耕地秋收后殘留的馬鈴薯(Solanum tuberosum)、蕎麥(Fagopyrum tataricum)、燕麥(Avena sativa)是黑頸鶴重要的植物性食源。亞高山沼澤化草甸的野葉、根莖，以及濕地中昆蟲、小魚、蚯蚓等也是黑頸鶴越冬的食物來源。從研究區社區生計空間適宜性評價結果看(圖3-1、3-2)，牧場的最適宜區和適宜區所占面積最大，廣布于整個研究區，分別占整個保護區總面積的13.3%和12.2%。耕地高適宜區面積相對牧場較少，占保護區總面積的9.4%，集中在金沙江流域的大海子水庫和跳墩河水庫附近，也是黑頸鶴重要的覓食分布區。值得注意的是，黑頸鶴保護與社區生計之間的作用關系不是一成不變的，存在動態特征。越冬初期和中期，黑頸鶴主要在耕地取食秋收后殘留的糧食，同時可以幫助耕地松土、減少蟲害，與社區生計存在共生互利的關系。但每年2—3月春耕時節，正值居民播種期，也是黑頸鶴越冬后期，黑頸鶴準備長距離的遷徙，需要攝入大量食物儲存能量。在此期間，它們的主要食物來源是當地農民播下的馬鈴薯種薯和燕麥種子，給農戶造成大量損失，人鶴沖突明顯。

從居民點適宜性評價結果分析(圖3-3)，高適宜區集中分布在大山包鎮中心，但該區域并不屬于黑頸鶴棲息地適宜區，未形成明顯空間沖突。但部分分布在大海子和跳墩河附近的居民點適宜區與黑頸鶴適宜區重疊，且一部分居民點緊鄰黑頸鶴夜棲地，對黑頸鶴夜棲安全產生隱患。

圖3 大山包生產生活空間適宜性評價圖3-1 耕地適宜性評價圖3-2 牧場適宜性評價圖3-3 居民點適宜性評價

2.3 多功能空間格局分析結果

空間自相關的Global Moran's I指數在黑頸鶴棲息地保護空間-社區生產生活適宜性空間接近1，P＜0.01，呈顯著聚散特征。Gi＊系數識別了黑頸鶴棲息地-社區生產生活適宜性空間熱、冷點區，發現大山包保護地不同功能空間的適宜性熱點區雖然存在部分重疊(圖4)，但發展方向和范圍具有差異，具備錯位發展潛力(圖5)。從分布方向看(圖5)，黑頸鶴棲息地保護空間集中在東北-西南方向，生產空間(耕地、牧場)呈南-北走向，生活空間為西北-東南走向。這一結果表明(表2，圖5)，當地居民生產生活空間與黑頸鶴棲息地在東北-西南方向區域存在重疊交互關系，因此該區域需要明晰保護對象需求與居民生產生活的作用關系。對于要求絕對安全、無人為干擾的黑頸鶴夜宿區，應避免居民活動，建議對居民點進行逐步搬遷，這一區域僅占保護區面積的0.8%，涉及162人。對于黑頸鶴與居民生產重疊的區域，由于二者一定程度上存在共生關系，耕地上生產的栽培植物是黑頸鶴食物鏈的重要組成部分，因此該區域可劃定為生境維持區，引導和鼓勵居民維持傳統的糧食生產方式，居民無須全部搬遷，并給予適當的黑頸鶴肇事補貼，維護人鶴共生系統的動態平衡。在西北-東南方向，是黑頸鶴-居民生產生活共存且交互影響較小的區域，占保護區面積的54.0%，具備維持社區生計空間的潛力，居民無須全部搬遷，培養可持續產業和保護地品牌產品，改善居民生計，但需嚴格控制原住民生產空間擴張，維持保護地生態系統的健康安全。

表2 研究區沖突、共生、共存空間保護需求和居民點管控要求統計

圖4 大山包黑頸鶴棲息地和社區生產生活空間適宜性熱、冷點區分布圖4-1 耕地適宜性熱、冷點區分布圖4-2 牧場適宜性熱、冷點區分布圖4-3 居民點適宜性熱、冷點區分布圖4-4 黑頸鶴棲息地分布適宜性

圖5 大山包多種功能空間適宜性分布方向(5-1)和沖突、共生、共存區示意(5-2)

3 結論與建議

野生動物棲息地保護存在2個層面的科學問題：一是野生動物生存空間的識別，二是生存空間的可持續性保障。本文以黑頸鶴為例，建立了2套適宜性評價體系：一是野生動物適宜生存空間識別，包括夜宿、覓食行為空間等；二是原住民生活生產空間。二者存在沖突、共生、共存的空間關系模式。自然保護地是為保護生物多樣性和生態系統為目標的自然地域，必須堅持保護第一的理念。對于沖突性的空間關系，原住民必須遷移；對于共生性的空間關系，原住民不需要全部遷移，維持野生動物與原住民的生態共生關系；對于共存性的空間關系，需要嚴格控制原住民生產空間的發展，保護自然生態系統，維持保護地生態系統的結構安全?？傮w來看，適宜性評價是一種比較可行的物種與人類棲息地的識別方法，但要實現保護地的管理目標，還需要解決棲息地生態安全保障、適宜的人口規模、生活生產方式及保護地生態系統的整體性和原真性等問題。對于黑頸鶴來說，湖岸淺水濕地生態環境是最適宜的棲息地，但要保障濕地環境的可持續性，必須保證上游流域的生態穩定性，才能保障水源供給的穩定性，這也是今后需要進一步深入探討的課題。

就目前分析結果來看，研究區黑頸鶴棲息地與當地社區生計空間整體呈現出共生共存的狀態，但在部分黑頸鶴夜宿敏感區及黑頸鶴遷飛前農民春耕播種時節，依然存在明顯的沖突，二者之間共生與沖突關系并存且動態變化。值得注意的是，隨著保護力度的加大，越冬黑頸鶴種群數量由保護區初建立時的不足200只，增長至2021年的1 926只[24]。數量顯著增長的越冬黑頸鶴對棲息地和食源的需求也呈顯著增長趨勢。目前的保護范圍、食源供給能力能否滿足不斷增長的黑頸鶴種群保護需求？隨著越來越多當地社區居民外出打工或搬離導致的耕地荒棄[25]，如何維持黑頸鶴與當地社區的共生關系？這些都是未來亟待解決的問題。

國家公園和自然保護地是人與自然耦合系統[5-6]，中國國家公園具有居民眾多、保護物種與社區生存空間交叉重疊的特點。新時期建設以國家公園為主體的中國特色保護地體系，其目標之一就是協調保護地和周邊居民發展，實現人與自然和諧共生?；诒狙芯浚岢鲆韵抡呓ㄗh：1)精準識別保護動物棲息地需求，明晰其與當地社區適宜生產生活空間的關系和格局特征，從規劃層面最大化減少保護矛盾，為科學制定規劃打好基礎；2)基于科學的保護物種棲息地和社區生產生活空間分析，細化保護地功能分區[7]，制定精準化、適應性的分級分區管控措施和社區正負行為清單，促進保護與社區協調發展；3)開展適應性管理，根據物種保護需求與社區生計需求，以及空間分布的共生和沖突關系，制定適時、適地、適策的適應性管理策略，并提出針對性動態監測體系，促進人與自然和諧共生[5-6]。

本研究以保護地旗艦物種黑頸鶴為例探究了物種生存適宜性、社區生計適宜性、人鶴共生適宜性的評價方法及其適宜生境空間的識別方法，未來需要進一步深化人鶴共生的內在機制、可調控韌性空間范圍和適應性管理對策研究，選擇更多典型案例開展實證研究，完善優化適宜性評價方法，建立適宜性評價工具包，以適應不同保護地人與野生動物關系協調的需要，為國家公園人與自然和諧共生理想目標的實現提供有力的科學支撐。

注：文中圖片均由作者繪制。

致謝：衷心感謝大山包黑頸鶴國家級自然保護區管理委員會孫榮、周雄、羅顯雄、盧楚雄、王遠劍、趙子蛟對本文調研和資料收集的大力支持與幫助。