靳川平,劉曉曼,王雪峰,孫陽陽,付 卓,王 超,候 靜

生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心,北京 100094

自然保護地是中國自然生態(tài)空間中最重要和最精華的部分,在維護我國生態(tài)安全中占據(jù)首要地位[1]。經(jīng)過60多年的發(fā)展, 我國已形成十多類保護地在內的多層級、多類型的自然保護地體系[2], 總數(shù)量超過12000個,占國土面積的18%[3- 4]。但是我國保護地沒有經(jīng)過系統(tǒng)的整體規(guī)劃,在管理方面一直存在范圍交叉、多頭管理、界限不清、劃分不科學等多重問題[5- 6],在體系構建方面存在保護地破碎化嚴重、管理目標同質化、空間布局不合理等問題,分級分部門管理體制[7]、保護目標的不統(tǒng)一與兼顧失衡,是造成這種同區(qū)域疊加保護的根本原因[8]。因此,對保護地空間格局、空間重疊與交叉管理現(xiàn)狀進行梳理正是以國家公園為主體的自然保護地體系構建的重要基礎,更可以為國家公園體系構建的空間選址提供科學依據(jù)[3,9]。我國自然保護地有的處于試點階段,但是自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)、森林公園、地質公園、濕地公園等已形成較為成熟的體系[10],而水產種質資源保護區(qū)可列入以遺傳多樣性為保護對象的自然保護區(qū)[3],故本文主要針對上述6類自然保護地邊界進行探討。

近年來,我國將長江經(jīng)濟帶作為“生態(tài)文明建設的先行示范帶”,并定位為新一輪國家戰(zhàn)略[11],2016年中共中央對長江經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境保護做出“生態(tài)是壓倒一切的任務”的重要指示,其生態(tài)保護的戰(zhàn)略地位更加顯著[12],長江經(jīng)濟帶不同區(qū)域生態(tài)用地承擔著長江流域不同的生態(tài)功能,包括水源涵養(yǎng)、蓄水保土、物種保護、凈化環(huán)境、調節(jié)氣候等生態(tài)作用[13]。強化自然生態(tài)保護和科學布局國土生態(tài)空間,構建國家生態(tài)安全格局,已經(jīng)成為國家發(fā)展戰(zhàn)略和安全戰(zhàn)略的重要內容[14]。目前我國已開始啟動自然保護地優(yōu)化整合工作,如何對保護地進行優(yōu)化整合具有重要實用意義和及時性。

對于保護地空間重疊關系的研究,已有長足的進展。從保護地體系與綜合理論研究來看,唐芳林、唐小平等從整合優(yōu)化方案、體系頂層設計方面[1,15],彭建等從內涵、構成與建設路徑方面[16]進行了闡述。從具體研究來看,周語夏等從自然價值和空缺分析角度分析了秦巴山區(qū)國家公園體系建設[17],劉增力等通過保護對象、保護需求、資源本底和管理等角度對擬建國家公園進行了整合分析[18],何思源等從自然保護區(qū)和風景名勝區(qū)的功能區(qū)劃角度提出了國家公園功能區(qū)劃的邊界思考[19],都具有重要參考價值。馬童慧等通過對保護地點位進行核密度和地理集中指數(shù)分析,并綜合生物多樣性熱點區(qū)域得到整合分析對策,朱里瑩等、張卓然等利用最鄰近點指數(shù)分析保護地空間分布特征[9,20],姜超等利用基尼系統(tǒng)、綜合密度指數(shù)分析了我國5種自然保護地地理位置的空間格局[21],孔石等對國家級森林公園和國家級自然保護區(qū)的空間分布情況進行了量化比較[22],范紅蕾等對國家級地公園和城市濕地公園的空間分布特征進行了分析,并探討了兩者間的異同[23],楊振等選取東北地區(qū)林業(yè)系統(tǒng)保護地為主 要研究對象,解析了自然保護地的空間分布及重疊情況[24],陳冰等以云南省為案例,對國家級自然保護區(qū)與其他類型保護地之間的空間分布及管理權屬關系進行了分析[25],孫艷苓從保護地重疊數(shù)量和重疊成因等角度剖析了甘肅省自然保護地重疊問題[7],尚辛亥等從樂業(yè)縣保護地管理現(xiàn)狀出發(fā)對整合與可持續(xù)發(fā)展進行了探討[26]。這些研究從保護地質心坐標、點位或者管理方面來分析,取得了很大的研究成效。而保護地邊界范圍復雜,形狀多樣,點位抽象對于保護地重疊關系或者內部環(huán)境研究具有一定局限性,因此,深入探討保護地空間重疊關系并對重疊關系進行量化,能夠為以國家公園為主體的保護地體系建設以及保護地整合提供更加精準的參考。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

長江經(jīng)濟帶包括11個省市,其中西部地區(qū)包括重慶、四川、貴州、云南,中部地區(qū)包括安徽、江西、湖北、湖南,東部地區(qū)包括上海、江蘇、浙江,區(qū)域總面積約205萬 km2。長江經(jīng)濟帶生態(tài)系統(tǒng)類型豐富,生境類型地帶性明顯,生物多樣性程度極高,約有重要保護物種1398 種,因此生態(tài)環(huán)境區(qū)位重要。同時環(huán)境也受到較強的人類活動干擾,生態(tài)環(huán)境變化各地區(qū)差異較大[27]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

首先收集各類型保護地名錄數(shù)據(jù),主要收集于各主管部委公布的官方數(shù)據(jù)。自然保護區(qū)名錄來源于生態(tài)環(huán)境部,國家地質公園名錄收集于自然資源部,國家森林公園名錄收集自國家林業(yè)和草原局官網(wǎng) (http://www.forestry.gov.cn),國家級風景名勝區(qū)數(shù)據(jù)收集自國務院公布的國家級風景名勝區(qū)名單,國家濕地公園名錄收集于濕地中國網(wǎng)(http://www.shidi.org),國家級水產種質資源保護區(qū)數(shù)據(jù)收集自農業(yè)農村部官網(wǎng)(http://www.moa.gov.cn)。

其次為邊界數(shù)據(jù)的收集,本研究共獲取上述六類自然保護地邊界矢量共2383個。其中國家級自然保護地邊界1163個,而上述名錄中這六類國家級自然保護地總數(shù)達1406個,故本文收集的保護地邊界數(shù)量約占該區(qū)域國家級保護地總數(shù)的82%以上。除國家級保護地邊界外,本文另收集省級及以下各類型自然保護地邊界共1220個。其中自然保護區(qū)邊界來源于生態(tài)環(huán)境部,其他各級各類自然保護地邊界來源于各省份劃定生態(tài)紅線使用的數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

空間重疊保護地的界定:邊界與邊界之間的重疊關系實際上是一種不規(guī)則多邊形的交集與并集關系,因此本文據(jù)此構建邊界重疊模型,將不同類型的保護地間的重疊區(qū)域和重疊關系進行分析,重疊區(qū)域分析對應某一多邊形與其他多邊形的交集關系,重疊關系分析對應某一多邊形與其他多邊形的所有重疊區(qū)域的并集關系,具體關系表述如下：

1.3.1重疊區(qū)域分析

將具有重疊關系的兩個或多個保護地邊界稱之為該組保護地具有重疊區(qū)域,當發(fā)生一次重疊時,重疊區(qū)域為某個保護地與其他某個保護地邊界有共同區(qū)域,此時重疊區(qū)域涉及2個保護地邊界(圖1);發(fā)生兩次重疊,重疊區(qū)域為某個保護地邊界與其他某2個保護地邊界有共同區(qū)域,此時重疊區(qū)域涉及3個保護地邊界(圖1),依次類推。

圖1 重疊區(qū)域分析示意圖Fig.1 Schematic diagram of overlapping area analysis

據(jù)此能夠探析具有重疊區(qū)域的兩個或多個保護地之間的相互關系,可以用以下公式表達重疊區(qū)域：OAAB=A∩B,OAA—N=A∩B∩C……∩N。

1.3.2重疊關系分析

對于與某個保護地具有重疊關系的保護地面積計算,經(jīng)分析符合集合中的容斥原理,其表述如下：

式中,Ai代表與某保護地具有重疊關系的所有保護地邊界多邊形,左邊表達式表示幾個邊界多邊形取并集后的面積,右側為計算式。

重疊關系模型構建：與某保護地有重疊關系的所有重疊面積之和減去多次重疊的面積除以該保護地總面積,即所有與保護地具有相對重疊的不重復面積之和,可以描述復雜重疊關系,m為與該保護地重疊的保護地個數(shù)(圖2)。

圖2 重疊關系分析示意圖Fig.2 Schematic diagram of overlapping relationship analysis

此時上式容斥原理可以調整為：

其中OR表示該保護地的重疊率,分子為重疊面積,A表示該保護地的總面積。

2 結果與分析

2.1 保護地總體分布格局

從省份來看,在收集到的保護地邊界中,以湖北數(shù)量最多,共326個,其次為貴州、江蘇,上海數(shù)量最少,僅收集到4個自然保護區(qū),浙江、云南等省份數(shù)量也較少,見圖3。從保護地類型來看,以自然保護區(qū)數(shù)量最多,共有609個,其次為森林公園,共594個,濕地公園為457個;以地質公園數(shù)量最少,共95個,其次為水產種質資源保護區(qū),共247個。

從保護地面積來看,以自然保護區(qū)面積最大,占所有保護地面積的62.8%;以水產種質資源保護區(qū)面積最小,見表1。從自然保護地級別來看,國家級自然保護地共收集有1163個,省級自然保護地收集有984個,縣市級自然保護地收集有236個。

2.2 保護地空間重疊關系分析

2.2.1重疊區(qū)域分析

從省份來看,具有重疊區(qū)域的保護地呈現(xiàn)西部重疊面積大、數(shù)量多,中部重疊數(shù)量多,東部重疊面積小的特點。重疊所涉及自然保護地個數(shù)達1296個,占已獲取自然保護地邊界總數(shù)的54.4%。重疊區(qū)域面積為29728.4 km2,占所獲取保護地總面積的11.4%。西部尤其以四川、云南重疊面積最大,如貢嘎山、九寨溝、大理蒼山洱海、三江并流地區(qū)重疊面積均較大,中部以安徽、湖北重疊數(shù)量多,上海最少,見圖4。

圖3 長江經(jīng)濟帶不同省份自然保護地數(shù)量分布圖Fig.3 Distribution of natural reserves in different provinces of the Yangtze River Economic Belt

表1 本文收集到的各類型保護地數(shù)量及面積情況表(面積單位：km2)

重疊的空間結果,從具有一次重疊區(qū)域看,共有重疊1138組,重疊部分面積達34023.9 km2。各級各類自然保護地之間重疊組數(shù)最多的依次為保護區(qū)與風景名勝區(qū)、風景名勝區(qū)與森林公園、保護區(qū)與森林公園,而從重疊面積大小看依次保護區(qū)與風景名勝區(qū)、風景名勝區(qū)與地質公園、保護區(qū)與地質公園。而重疊數(shù)量和重疊面積均較小的依次為濕地公園與地質公園、水產種質資源保護區(qū)與地質公園、水產種質資源保護區(qū)與森林公園,見表2?？梢姳Ｗo對象相關性較小的保護地類型發(fā)生重疊的情況也較小,而對于以生態(tài)系統(tǒng)或景觀等保護對象占比較大的保護區(qū)、風景名勝區(qū)、森林公園等,除本身數(shù)量就很多外,其保護對象有重疊也是原因之一。

具有兩次重疊區(qū)域的有重疊組249組,重疊部分面積達4352 km2,其中以自然保護區(qū)-風景名勝區(qū)-地質公園,自然保護區(qū)-森林公園-風景名勝區(qū),森林公園-風景名勝區(qū)-地質公園這三類組合數(shù)量最多、面積最大。沒有出現(xiàn)二次重疊區(qū)域的保護地類型組合包括自然保護區(qū)-濕地公園-地質公園,濕地公園-地質公園-水產種質資源保護區(qū),見圖5。

圖4 長江經(jīng)濟帶自然保護地重疊區(qū)域分布圖Fig.4 Distribution map of the overlapping areas of protected area in the Yangtze River Economic Belt

表2 各級各類自然保護地具有一次重疊的組數(shù)及重疊面積統(tǒng)計(面積單位：km2)

圖5 各級各類自然保護地二次重疊數(shù)量情況 Fig.5 Number of secondary overlaps of all kinds of protected areas at all levelsA:自然保護區(qū), Nature reserve; B:森林公園, Forest park;C:濕地公園, Wetland park;D:地質公園, Geological park;E:水產種質資源保護區(qū), Aquatic germplasm reserve;F:風景名勝區(qū), Scenic spot

具有三次重疊區(qū)域出現(xiàn)的仍有重疊組17組,重疊面積較大的區(qū)域位于重慶萬盛、安徽萬佛山、丹江口庫區(qū)等區(qū)域的保護地。未出現(xiàn)三次重疊的類型組合包括自然保護區(qū)-森林公園-風景名勝區(qū)-地質公園,自然保護區(qū)-水產種質資源保護區(qū)-森林公園-風景名勝區(qū),自然保護區(qū)-水產種質資源保護區(qū)-森林公園-地質公園,見表3。

各級各類保護地沒有四次重疊或以上的區(qū)域出現(xiàn)。

2.2.2重疊關系分析

從與其他保護地重疊的個數(shù)來看,最多的達到15個,為安徽大別山國家地質公園,與9個保護地有重疊的有2個,與5個及以上保護地有重疊的共有56個保護地,這些保護地主要分布在四川西部、北部,重慶東部、南部,貴州北部、云南西北部、湖北西部、湖南西部、安徽中南部、江西北部、浙江西部和江蘇北部,具有集中連片的特點,以分布于各省交界處居多,見圖6。

從重疊率來看,重疊率較高的保護地與重疊個數(shù)、重疊次數(shù)多的區(qū)域具有較高的一致性。而重疊率較低的區(qū)域主要分布在川西、滇中、沿海等區(qū)域的自然保護地。

3 討論與結論

3.1 討論

通過以上結果和分析,本文將具有邊界重疊的保護地作為主要研究對象,并主要參考《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》(以下簡稱《指導意見》)和其他標準法規(guī)。

3.1.1高聚集性與綜合性重疊

通過重疊區(qū)域和重疊關系的分析,長江經(jīng)濟帶自然保護地空間重疊關系復雜,《指導意見》指出：整合各類自然保護地,解決自然保護地區(qū)域交叉、空間重疊的問題,將符合條件的優(yōu)先整合設立國家公園。并明確了國家公園、自然保護區(qū)與自然公園分別保護綜合生態(tài)系統(tǒng)服務、支持服務、文化服務[28]。即國家公園應具備綜合生態(tài)系統(tǒng)服務功能,而對于本文所涉及的六類自然保護地類型,當重疊類型為濕地類自然保護區(qū)、濕地公園、水產種質資源保護區(qū)時,其仍可能不具備綜合生態(tài)系統(tǒng)服務功能。故本文將邊界重疊個數(shù)多于3個的情況作為高聚集性或綜合性區(qū)域,并從區(qū)域角度和服務功能角度對不同類型自然保護地進行類型整合[29]。

表3 具有三次重疊區(qū)域的保護地及重疊面積表(面積單位：km2)

3.1.2多強度多級別重疊

對于重疊個數(shù)少于或等于3個的情況,如果具有不同保護強度或保護級別,按照《指導意見》中“同級別保護強度優(yōu)先、不同級別低級別服從高級別的原則進行整合,做到一個保護地、一套機構、一塊牌子?！闭?如國家濕地公園與國家級自然保護區(qū)重疊,且不具有相似性,則歸并為自然保護區(qū);國家森林公園與市縣級自然保護區(qū)重疊,若保護區(qū)具有珍稀動植物分布,則應考慮按照棲息地范圍進行范圍調整,如果不具有則直接將自然保護區(qū)歸并到國家森林公園,這類歸并我們可稱之為吸收合并。

在這種合并中,會出現(xiàn)不同強度不同級別的保護地具有相似的保護對象或目標,如我國各類型自然保護地大多按照保護對象進行了小類的劃分,自然保護區(qū)分為生態(tài)系統(tǒng)類、生物保護類、自然遺跡類三大類9小類保護類型(《自然保護區(qū)類型與級別劃分原則》(GB/T 14529- 93),森林公園按照地貌景觀分為山岳型、江湖型等10個類型[30]等,對于這些保護地發(fā)生重疊后,可根據(jù)其所保護對象、管理目標進行梳理調整和歸類,如濕地公園、水產種質資源保護區(qū)或濕地生態(tài)類保護區(qū)重疊則進行合并,森林公園與森林生態(tài)類保護區(qū)重疊則進行合并,這類可稱之為同類合并。

圖6 長江經(jīng)濟帶自然保護地重疊個數(shù)及重疊率空間分布關系Fig.6 Spatial distribution of the number and rate of the overlap of the protected areas in the Yangtze River Economic Belt

3.1.3其他性質重疊

除上述幾種情況外,仍然有同級別且同強度的自然保護地重疊,如同級別的森林公園、地質公園、濕地公園和水產種質資源保護區(qū),對此《指導意見》指出,“合理調整自然保護地范圍并勘界立標,制定自然保護地范圍和區(qū)劃調整辦法,依規(guī)開展調整工作”,故這類重疊可進行范圍調整。

長江經(jīng)濟帶各級各類自然保護地小范圍重疊占有一定比例,如相對重疊面積小于2 km2的保護地組數(shù)接近總重疊組數(shù)的一半。這類邊界很可能因為早期技術有限,邊界落圖不夠精準,或者基礎數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、不詳實,劃定過程不規(guī)范等造成[7]。根據(jù)《指導意見》第十二條,可以制定自然保護地邊界勘定方案等,開展自然保護地勘界定標并建立矢量數(shù)據(jù)庫,確因技術原因引起的數(shù)據(jù)、圖件與現(xiàn)地不符等問題可以按管理程序一次性糾正,故這類小范圍重疊可在勘界立標過程中一次性調整過來并形成準確矢量。

綜上討論,本文整合對策的思路如圖7所示。

圖7 保護地重疊區(qū)域整合流程圖Fig.7 Flow chart of integration of overlapping areas of protected areas

3.2 結論

長江經(jīng)濟帶自然保護地重疊關系呈現(xiàn)西部重疊面積大、數(shù)量多,中部重疊數(shù)量多,東部重疊面積小的特點。重疊所涉及自然保護地個數(shù)達1296個,占已獲取自然保護地邊界總數(shù)的54.4%。重疊區(qū)域面積為29728.4 km2,占所獲取保護地總面積的11.4%。具有一次重疊區(qū)域的共重疊1138組,重疊二次區(qū)域的有249組,重疊三次區(qū)域的有17組,可見長江經(jīng)濟帶自然保護地分布具有較為聚集的現(xiàn)象。從某自然保護地與其他自然保護地具有絕對重疊的個數(shù)來看,最多的達到15個,與其他自然保護地絕對重疊5個以上的自然保護地有56個,可見自然保護地存在重疊的熱點區(qū)域,這些熱點區(qū)域往往是生態(tài)系統(tǒng)多樣性、景觀豐富的地區(qū),所以才出現(xiàn)了各個類型保護地重復設置的情況,所以這些具有綜合服務功能的區(qū)域應作為設立國家公園的優(yōu)先地區(qū)。

通過對重疊次數(shù)、重疊數(shù)量和重疊性質的分析,按照自然保護地整合流程,最終得到整合對策結果,如圖8所示。

(1)對于存在重疊個數(shù)多于3個的地區(qū),進行類型整合,并篩選出其中的重疊熱點地區(qū)作為重點整合或者國家公園設立的重點區(qū)域。其中川西北、滇西北、神農架已經(jīng)設立國家公園試點,其他則可作為后續(xù)重點關注地區(qū),如大別山-天柱山、金佛山、皖南山區(qū)的九華山、黃山等區(qū)域(圖8A-K),保護地重疊個數(shù)較多,重疊次數(shù)多,邊界關系錯綜復雜、生態(tài)系統(tǒng)類型多樣,具有極高的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務功能,可作為國家公園的優(yōu)先考慮區(qū)域。如黃山地區(qū)與黃山國家森林公園重疊的保護地類型包括地質公園、濕地公園、自然保護區(qū)、風景名勝區(qū),邊界關系復雜,具有極強的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務功能,具有較強的整合意義。

圖8 長江經(jīng)濟帶重疊自然保護地整合對策分布圖Fig.8 Distribution map of integrated countermeasures for overlapping protected areas in the Yangtze River Economic Belt

(2)將具有不同級別或不同保護強度的重疊自然保護地按照同級別保護強度優(yōu)先、不同級別低級別服從高級別的原則進行整合,這類吸收合并除上海外,在各省分布均較為廣泛,尤其以保護地數(shù)量和級別較豐富的四川、湖北居多。如宜昌玉泉寺國家森林公園與玉泉山省級風景名勝區(qū)重疊區(qū)域占各自保護地面積的83%和67%,通過吸收合并后可作為國家森林公園,合并后重疊交叉問題將得以解決。

(3)將保護對象、生態(tài)系統(tǒng)類型、保護目標相似的區(qū)域進行同類合并,如濕地公園與水產種質資源保護區(qū)重疊情況較多,可考慮合并為一個自然公園,如森林公園與森林生態(tài)類自然保護區(qū)重疊,可考慮合并為森林生態(tài)類保護區(qū)。如洞庭湖區(qū)和鄱陽湖區(qū)的保護地,雖然重疊個數(shù)也很多,重疊面積也很高,但是保護地類型以濕地生態(tài)類自然保護區(qū)、濕地公園和水產種質資源保護區(qū)為主,故這類高重疊但保護對象和生態(tài)系統(tǒng)類型相似的區(qū)域可合并為具有支持服務的自然保護區(qū)。

(4)對于保護強度相當、級別相同的重疊自然保護地則進行范圍調整,如地質公園和森林公園、森林公園和風景名勝區(qū)的重疊情況較為普遍,主要位于山區(qū)較為集中的區(qū)域,具有豐富的生態(tài)系統(tǒng)類型和景觀類型,所以重疊幾率也更高。如織金洞地質公園和百里杜鵑國家森林公園,瑯琊山國家級風景名勝區(qū)和瑯琊山國家森林公園,現(xiàn)有重疊率均占各自面積的20%以上,可通過范圍調整理清邊界重疊問題。

(5)特別的,對于需要范圍調整的重疊面積較小的自然保護地可通過勘界立標直接解決,因為早期劃定的保護區(qū)邊界較粗糙,在本次保護地整合過程中可將這類歷史遺留問題解決。這類區(qū)域主要分布在地形復雜、技術條件落后的西南山區(qū)和湘鄂西部山區(qū)等地。如湖南西部的嵩云山國家森林公園與沅水特有魚類國家級水產種質資源保護區(qū)的重疊部分均只占各自面積的1%以下,并且只是邊緣部分,通過勘界即可解決重疊問題。

3.3 不足與建議

本文對整合對策的探索主要針對具有重疊關系的自然保護地邊界,以期為多頭管理、權限不清提供參考,為自然保護地邊界調整提供理論支撐,而對于相鄰但無重疊的自然保護地間的關系未能深入探討,故下一步可對具有臨近關系的保護地進行分析,以完善保護地的整合策略。其次,本文重點探索的是邊界重疊的幾何關系與管理類型,未對保護地內部的生態(tài)系統(tǒng)類型或保護對象進行更深層次的研究。