呼延佼奇, 肖 靜, 于博威, 徐衛(wèi)華,*

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學生物學院, 北京 100083； 2. 中國林業(yè)出版社, 北京 100714；3. 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100085)

我國自然保護區(qū)功能分區(qū)研究進展

呼延佼奇1, 肖 靜2, 于博威3, 徐衛(wèi)華3,*

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學生物學院, 北京 100083； 2. 中國林業(yè)出版社, 北京 100714；3. 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100085)

自然保護區(qū)功能分區(qū)是保護區(qū)規(guī)劃和科學管理的重要環(huán)節(jié)。我國自然保護區(qū)功能區(qū)劃主要采用國際“人與生物圈”計劃的“三區(qū)”劃分模式，即核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)。介紹了我國自然保護區(qū)的分區(qū)依據(jù)，在總結(jié)自然保護區(qū)功能分區(qū)方法研究進展上，分析了目前我國自然保護區(qū)功能區(qū)劃中存在的難點與問題，并對其進行了展望，以期為我國自然保護區(qū)功能區(qū)的科學劃分與完善提供依據(jù)。

自然保護區(qū); 功能區(qū)劃; 分區(qū)方法; 進展

自然保護區(qū)建立被認為是生物多樣性保護的有效途徑。截至2013年底，我國已建立各種類型、不同級別的自然保護區(qū)2697個，保護區(qū)總面積14631萬hm2，其中陸地自然保護區(qū)面積已占到國土面積的14.77%(http://jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/ 2013zkgb/)，初步形成了布局較為合理、類型較為齊全、功能比較健全的自然保護區(qū)網(wǎng)絡[1]，對維護生物多樣性和促進可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用?？茖W合理的功能區(qū)劃分是發(fā)揮自然保護區(qū)多重功能、提高自然保護區(qū)管理水平的關鍵[2]。我國目前自然保護區(qū)功能分區(qū)采用國際“人與生物圈”計劃生物保護區(qū)的基本模式，即將保護區(qū)劃分為核心區(qū)、緩沖區(qū)與實驗區(qū)的三區(qū)模式，并且在不同的功能區(qū)采取不同的經(jīng)營管理策略[3]，以實現(xiàn)生物多樣性保護與可持續(xù)發(fā)展的目的[4,5]。保護區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)以及珍稀、瀕危動植物的分布情況是分區(qū)的關鍵。但由于我國大部分自然保護區(qū)在建立之初本底不清，野生動植物空間分布等基礎數(shù)據(jù)條件不能充分滿足區(qū)劃的要求，加之受到分區(qū)方法與技術條件的限制，自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的主觀性較強，不利于自然保護區(qū)功能的發(fā)揮。本文在總結(jié)自然保護區(qū)功能區(qū)劃分方法研究進展上，概述了自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的難點與問題，探討了自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的對策，以期為我國自然保護區(qū)功能區(qū)的科學劃分提供依據(jù)。

1 自然保護區(qū)功能分區(qū)依據(jù)

我國目前自然保護區(qū)功能分區(qū)采用國際“人與生物圈”計劃生物保護區(qū)的基本模式，即“核心區(qū)-緩沖區(qū)-實驗區(qū)”三圈模式，并對各區(qū)的主要任務與保護方式做出了相關規(guī)定。我國1994年頒布的《中華人民共和國自然保護區(qū)條例》對三區(qū)的內(nèi)涵做了明確規(guī)定，成為自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的基本依據(jù)。其中，核心區(qū)是“自然保護區(qū)內(nèi)保存完好的天然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)以及珍稀、瀕危動植物的集中分布地”，禁止任何單位和個人進入；核心區(qū)外圍可以劃定一定面積的緩沖區(qū)，只準進入從事科學研究觀測活動。緩沖區(qū)外圍劃為實驗區(qū)，可以進入從事科學試驗、教學實習、參觀考察、旅游以及馴化、繁殖珍稀、瀕危野生動植物等活動。2008年國家林業(yè)局頒布了《自然保護區(qū)功能區(qū)劃技術規(guī)程》[6]，對自然保護區(qū)功能區(qū)劃的基本原則、依據(jù)、方法與功能區(qū)總體布局等做了原則性與技術性的要求，為目前自然保護區(qū)功能區(qū)劃分發(fā)揮重要指導作用。

2 自然保護區(qū)功能分區(qū)主要方法與軟件

我國自然保護區(qū)的功能區(qū)劃分，經(jīng)歷了從人為定性劃分到計算機模擬輔助決策劃分的過程。早期建立的保護區(qū)，因保護區(qū)自然資源狀況本底數(shù)據(jù)不足，加之保護區(qū)技術條件落后，又缺乏相應的區(qū)劃方法與手段，故往往根據(jù)經(jīng)驗在圖紙上進行勾繪，將保護物種常出現(xiàn)的地點圈為核心區(qū)[7]，其它區(qū)域則視情況劃為緩沖區(qū)與實驗區(qū)，主觀隨意性較大[8]。隨著科學技術的發(fā)展，特別是地理信息系統(tǒng)、遙感、全球定位系統(tǒng)技術的發(fā)展與普及，基于計算機輔助決策的功能區(qū)劃分越來越客觀與合理[9]。目前用于自然保護區(qū)功能區(qū)劃的方法主要包括物種分布模型法、景觀適宜性評價法、聚類分析法、最小費用距離計算法和不可替代性計算法等。

2.1 主要方法簡介

(1) 物種分布模型法

珍稀物種的空間分布是功能區(qū)劃分的基礎，往往通過模型模擬來進行確定。物種分布模型法就是通過物種分布模型，結(jié)合研究物種的生境破碎化程度、巢域面積以及景觀連接度等指標確定自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的方法。對于以珍稀瀕危物種為主要保護對象的保護區(qū)，運用物種分布模型法來進行功能分區(qū)直接有效，尤其適合核心區(qū)的確定。Li等[8]以GIS為平臺，構建邏輯回歸模型對丹頂鶴(Grusjaponensis)的棲息地分布進行了預測，并在此基礎上劃分出中國鹽城生物圈自然保護區(qū)的最小核心區(qū)。李行等[2]用遙感、海圖與野外調(diào)查數(shù)據(jù)構建了空間模糊物種分布模型，模擬了關鍵鳥類的空間分布，在此基礎上建立了大河口區(qū)淤漲型自然保護區(qū)的功能區(qū)劃框架，并利用這個模型研究了崇明東灘鳥類國家級自然保護區(qū)的功能區(qū)劃。

(2) 景觀適宜性評價法

景觀適宜性評價就是根據(jù)不同景觀因子對于研究物種的重要性(或影響程度)來確定不同景觀因子對研究物種的權重。然后，根據(jù)不同景觀因子的權重評價各種景觀因子的空間組合對物種的景觀適宜性。該方法適合于野生生物類保護區(qū)的功能區(qū)劃。陳利頂?shù)萚10]以臥龍大熊貓自然保護區(qū)為例，運用GIS技術在對景觀適宜性進行評價的基礎上提出了自然保護區(qū)內(nèi)部結(jié)構設計的基本原則與方法，通過確定核心斑塊的大小與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，結(jié)合大熊貓的家域大小，提出了臥龍自然保護區(qū)的核心區(qū)與緩沖區(qū)的設計方案。

(3) 最小費用距離計算法

最小費用距離(least-cost distance)反映的是一種可達性[11]，從生物保護的角度說就是指物種由“源”經(jīng)過不同阻力的景觀介質(zhì)所耗費的費用。一個自然保護區(qū)內(nèi)，物種在實驗區(qū)內(nèi)移動所需要克服的景觀阻力最大，緩沖區(qū)其次，核心區(qū)最小[12]。利用最小費用距離確定功能分區(qū)中3個功能區(qū)在空間上不同的阻力閾值，并最終實現(xiàn)功能分區(qū)的目的。此方法主要適于野生生物類保護區(qū)的功能區(qū)劃。李紀宏與劉雪華首次在國內(nèi)探討最小費用距離計算法在自然保護區(qū)功能分區(qū)上的可行性，并以老縣城大熊貓自然保護區(qū)為例闡述了最小費用距離計算法實現(xiàn)功能區(qū)劃的具體步驟和方法[13]。徐衛(wèi)華等[14]以秦嶺山系為例，運用最小費用距離計算法，結(jié)合生境評價，對大熊貓自然保護區(qū)群進行了功能分區(qū)，探討了自然保護區(qū)群功能區(qū)優(yōu)化的程序與方法。

(4) 聚類分析法

自然保護區(qū)內(nèi)的生物多樣性存在空間分異現(xiàn)象，這也是自然保護區(qū)功能區(qū)劃分的理論基礎。聚類分析法是一種從數(shù)學角度分析各景觀斑塊的生物多樣性梯度，從而劃分自然保護區(qū)功能區(qū)的方法。聚類分析法適合于野生生物與生態(tài)系統(tǒng)類型保護區(qū)的功能分區(qū)，是目前應用較為廣泛的一類分區(qū)方法[3,15- 18]。周世強等[3]運用歐式最短距離法進行臥龍自然保護區(qū)各景觀的聚類分析，在繪制聚類圖的基礎上劃分了功能區(qū)。史軍義等[16]在大量調(diào)查、計算和分析的基礎上，采用模糊數(shù)學中的最大數(shù)方法進行聚類分析，將聚類結(jié)果投影在單元劃分圖上，參考臥龍自然保護區(qū)的實際自然情況進行了功能區(qū)的模糊劃分。陶晶等[17]明確保護區(qū)各森林小斑的立地條件、林分特征、權屬、人類干擾等10多項自然與社會屬性，在聚類分析的基礎上，通過保護區(qū)相關利益群體的廣泛參與，明確了保護區(qū)功能區(qū)界，同時使功能區(qū)劃分結(jié)果最大限度地平衡各方面的訴求。

(5) 不可替代性計算法

不可替代性是生物多樣性保護規(guī)劃中一個較新概念，表達一個規(guī)劃單元在實現(xiàn)整體保護目標中的重要性，能夠反映生物多樣性保護價值的空間分異規(guī)律，通過與人類活動干擾指數(shù)結(jié)合，可以用來實現(xiàn)保護區(qū)功能分區(qū)[19]。該方法適于野生生物及生態(tài)系統(tǒng)類保護區(qū)的功能區(qū)劃。曲藝等在明確三江源自然保護區(qū)主要保護對象空間分布的基礎上，基于不可替代性和人類活動提出功能區(qū)劃的調(diào)整方案，與現(xiàn)有的功能區(qū)劃相比，調(diào)整方案能大大增加保護區(qū)的保護貢獻率[19]。

除了上述方法以外，王娟等以生態(tài)敏感性評價為基礎，探討了青藏高原工布自然保護區(qū)的功能區(qū)劃[20]，唐博雅等通過保護行動計劃CAP軟件，探討了濕地類保護區(qū)功能區(qū)劃方法[21]，Zhang[22]與陶晶[17]探討了參與式方法在功能區(qū)劃分中的應用，這些對于完善整個自然保護區(qū)功能區(qū)劃方法體系都具有重要意義。

2.2 不同方法的比較

不同的方法對資源利用與保護的重點存在差異。物種分布模型法與景觀適宜性評價法強調(diào)對資源的保護，及核心區(qū)的劃分與設計，對人類活動及資源利用的情況考慮較少。另外2種方法都將資源利用情況作為重要因子予以考慮。在最小費用距離計算法中，將人類活動因子在阻力層計算時得以考慮；聚類分析法將人類干擾作為聚類的因子之一；而不可替代性計算法則通過單獨計算人類活動指數(shù)來進行區(qū)劃。

不同的區(qū)劃方法適用于不同的保護區(qū)類型。物種分布模型法與景觀適宜性評價法適于野生生物類保護區(qū)，最小費用距離計算法適于野生生物類中的野生動物類保護區(qū)，聚類分析法與不可替代性計算法適于野生生物及生態(tài)系統(tǒng)類型的保護區(qū)。

在實際規(guī)劃過程中，不同的方法并不一定截然分開。通過物種分布模型得到的物種生境分布，往往是最小費用距離計算法與不可替代性計算法運行的數(shù)據(jù)基礎；物種分布模型得到生境利用與環(huán)境因子的關系，亦可為景觀適宜性評價法、最小費用距離計算法與聚類分析法中不同因子權重的確定提供依據(jù)。

2.3 主要相關軟件

近些年來，隨著計算機技術的快速發(fā)展，以及遙感及其它空間數(shù)據(jù)可獲得性的提高，大大加強了物種分布模型、系統(tǒng)保護規(guī)劃模型及相關軟件的應用，為科學合理的功能區(qū)劃分奠定了良好的基礎，為功能區(qū)劃的實現(xiàn)提供了可操作的工具。主要的相關軟件介紹如下。

(1)物種分布模型軟件

物種分布是功能區(qū)規(guī)劃的基礎。目前主要應用的物種分布模型多數(shù)為生態(tài)位模型，從統(tǒng)計學上探求物種出現(xiàn)點與所在的生物地理環(huán)境因子之間的關系，從而預測物種出現(xiàn)的概率。這類模擬對數(shù)據(jù)來源有嚴格的要求，有的既需要“物種出現(xiàn)”(presence)數(shù)據(jù)又需要“物種不出現(xiàn)”(absence)數(shù)據(jù)的，如GRASP、GARP；有的只需要“物種出現(xiàn)”(presence-only)數(shù)據(jù)，如MAXENT、BIOCLIM與Biomapper等，其中，MAXENT是預測能力最高的模型之一。有關物種分布模型與軟件的詳述參見Elith等[23]、李國慶等[24]的有關綜述。

(2)系統(tǒng)保護規(guī)劃軟件

保護區(qū)功能區(qū)劃的目的是為了協(xié)調(diào)生物多樣性保護與資源利用的矛盾。因此，有關的系統(tǒng)保護規(guī)劃軟件基本可以應用于保護區(qū)功能區(qū)劃分。系統(tǒng)保護規(guī)劃的基本原理是，在兼顧保護成本與保護目標的前提下，通過選址優(yōu)化算法來實現(xiàn)有限保護資源的配置。目前應用較廣的系統(tǒng)保護規(guī)劃軟件有C-Plan、MARXAN、ZONATION，還有SITES、WORLDMAP 、PANDA等。有關系統(tǒng)保護規(guī)劃的模型與軟件的詳細描述參見Matthew等[25]、張路等[26]的有關文獻。

3 目前自然保護區(qū)功能區(qū)規(guī)劃面臨的主要問題與對策

3.1 主要問題

(1) 功能區(qū)劃缺乏統(tǒng)一的方法

我國有關法規(guī)與規(guī)程為保護區(qū)功能分區(qū)提供了重要參考依據(jù)。然而，在具體的功能規(guī)劃實踐中，往往由于各保護區(qū)的自然地理和社會經(jīng)濟狀況千差萬別，難以依據(jù)相關法規(guī)條例的簡單規(guī)定對功能區(qū)進行明確的分區(qū)。

(2) 保護區(qū)本底資料不足

自然保護區(qū)主要保護對象的空間分布是功能區(qū)劃分的基礎，但目前我國自然保護區(qū)本底不清的情況仍很嚴重，極大影響到功能區(qū)劃的效果與保護對象的有效保護。據(jù)調(diào)查，四川省的166個自然保護區(qū)中，60%左右的自然保護區(qū)沒有本底考察成果。在本底不清的基礎上完成的功能區(qū)劃存在一定的盲目性，導致核心區(qū)內(nèi)分布有農(nóng)耕區(qū)和居民點，而主要保護對象的重點分布區(qū)卻分布在核心區(qū)之外，致使主要保護對象難以得到有效保護，同時在保護管理的過程中不得不頻繁調(diào)整和優(yōu)化功能分區(qū)[27]。

(3)靜態(tài)的功能分區(qū)模式所帶來的問題

受國際“人與生物圈”計劃的生物圈保護區(qū)區(qū)劃模式的影響，我國自然保護區(qū)的功能區(qū)劃多采用三區(qū)劃分的靜態(tài)區(qū)劃思想。這對于森林生態(tài)系統(tǒng)等比較穩(wěn)定的保護區(qū)來說較為合適。但對于濕地類型的保護區(qū)，由于受潮汐、鳥類遷徙等因素的影響[2,28]，保護區(qū)主要保護對象的空間分布季節(jié)性差異較大，目前靜態(tài)的自然保護區(qū)分區(qū)管理模式難以滿足保護的需求。

(4)自然保護區(qū)之間的銜接性與整體性不夠

自然保護區(qū)的設計與研究應從整個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)及保護對象來考慮。但在規(guī)劃實踐中，因不同自然保護區(qū)建立的年代不一，或者過分強調(diào)“核心區(qū)-緩沖區(qū)-實驗區(qū)”的同心圓三區(qū)模式，相鄰自然保護區(qū)之間協(xié)調(diào)性往往考慮不周。例如，秦嶺山系以大熊貓保護為主要保護對象的16個邊界相鄰的自然保護區(qū)，其核心區(qū)并未互相連接，被分隔為相對獨立的20個區(qū)塊，大大降低了保護區(qū)的保護效果[12]。

3.2 主要對策

(1)根據(jù)不同類型保護區(qū)建立相應方法

我國目前的自然保護區(qū)分區(qū)，基本都是采用國際“人與生物圈”計劃的“三區(qū)”區(qū)劃模式。然而，我國的自然保護區(qū)類型多樣，有森林、草原、濕地、荒漠等，其地形地貌也多種多樣，有湖泊、平原、丘陵、高原、高山峽谷等，各種不同類型的保護區(qū)有不同的保護對象，其對功能區(qū)劃的要求亦各不相同，如大中型獸類比小型獸類要求更大的活動范圍。因此，在進行保護區(qū)功能區(qū)劃時，應根據(jù)不同保護對象、保護區(qū)的功能及管理目標，制定因地制宜的區(qū)劃方法。

(2)加大保護區(qū)內(nèi)本底調(diào)查與監(jiān)測力度

對于自然保護區(qū)功能區(qū)劃而言，最基本和最首要的就是要對保護區(qū)內(nèi)的物種和生態(tài)系統(tǒng)狀況進行全面詳盡的調(diào)查。保護區(qū)的本底調(diào)查報告在一定程度上反映了保護區(qū)的主要保護對象的種類、數(shù)量、分布以及受威脅狀況等信息，是保護區(qū)功能區(qū)劃的重要依據(jù)。建議對尚未進行本底調(diào)查的保護區(qū)開展補查，對本底清楚的保護區(qū)定期進行監(jiān)測，動態(tài)掌握保護對象的狀態(tài)，完善保護區(qū)功能區(qū)劃。

(3)改變單一靜態(tài)的功能區(qū)劃模式

保護區(qū)功能區(qū)劃應根據(jù)保護對象的特點，采取靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合的功能區(qū)劃模式。例如，對于以候鳥為主要保護對象的保護區(qū)，可以采取季節(jié)性核心區(qū)的思路，在不同的季節(jié)采取相應的管理對策。

(4)整體考慮保護區(qū)的規(guī)劃與建設

進行保護區(qū)規(guī)劃與建設時，既要認識到保護區(qū)內(nèi)生物之間和生物與環(huán)境之間的關系，又要認識到保護區(qū)內(nèi)生物和環(huán)境與社會經(jīng)濟之間的關系。對于保護對象相同或類似的保護區(qū)，應盡量邊界相連，核心區(qū)盡可能相通，以提升自然保護區(qū)對生態(tài)系統(tǒng)與物種的整體保護效果。

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Research progress in function zoning of nature reserves in China

HUYAN Jiaoqi1，XIAO Jing2, YU Bowei3, XU Weihua3,*

1CollegeofBiologicalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China2Chinaforestrypress,Beijing100714,China3StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

function zoning of nature reserves is a very important process in nature reserves construction and management. Currently function zones of nature reserves in China adopt in mode of “core zone-buffer zone -experimental zone” suggested by Man and Biosphere Reserve. In this paper, progress summarization about function zoning method, problems and difficulties in function zoning were analyzed. Currently five types of function zoning method, containing species distribution modeling (SDM), landscape suitability evaluation (LSE), cluster analysis, least-cost distance analysis and irreplaceability analysis, were introduced. Different methods had different application scopes. SDM an LSE emphasized on natural resources and biodiversity conservation, without consideration on human activity and resources utilization. The other three methods considered both biodiversity conservation and resources utilization. Some problems existed in current function zoning practices. One was lacking effective method of function zoning for different types of nature reserves in different area. Another one was inadequate background data and material for function zoning. The other was static function zoning patterns, and inharmony between nature reserves. Measures corresponding to these problems were also proposed. Analysis in this paper will provide scientific basis for improvement of function zoning in Chinas′ nature reserves.

nature reserves; function zoning; zoning method; progress

國土資源部公益性行業(yè)科研專項資助項目(201011018)

2013- 09- 12;

2014- 10- 31

10.5846/stxb201309122256

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xuweihua@rcees.ac.cn

呼延佼奇, 肖靜, 于博威, 徐衛(wèi)華.我國自然保護區(qū)功能分區(qū)研究進展.生態(tài)學報,2014,34(22):6391- 6396.

Huyan J Q，Xiao J, Yu B W, Xu W H.Research progress in function zoning of nature reserves in China.Acta Ecologica Sinica,2014,34(22):6391- 6396.