張建亮,錢者東,徐網(wǎng)谷,張 慧,王 智

環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,南京 210042

國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局十年變化(2000—2010年)評估

張建亮,錢者東,徐網(wǎng)谷,張 慧,王 智*

環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,南京 210042

為揭示國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局構(gòu)成及變化狀況,基于2000年和2010年319個國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型與分布數(shù)據(jù),根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)化及其轉(zhuǎn)化幅度,考慮自然保護(hù)區(qū)各功能區(qū)的重要性,構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù),分析國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局動態(tài)變化。結(jié)果表明,國家級自然保護(hù)區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)面積最大,2000年和2010年分別占全國國家級自然保護(hù)區(qū)總面積的57.88%和57.74%,其次為荒漠生態(tài)系統(tǒng),兩期占比約17%,其他依次是濕地、森林、灌叢、農(nóng)田、冰川/永久積雪、海洋、城鎮(zhèn)等生態(tài)系統(tǒng)類型。2000—2010年,國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)森林、濕地面積明顯增加,城鎮(zhèn)有一定程度擴(kuò)張,冰川/永久積雪略微減少?？傮w上,國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局基本保持穩(wěn)定,基本維持的保護(hù)區(qū)數(shù)量219個,占國家級自然保護(hù)區(qū)總數(shù)的68.65%,生態(tài)系統(tǒng)格局改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量略多于退化的數(shù)量,10年來國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局保護(hù)取得一定效果。國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局在基本維持的基礎(chǔ)上,表現(xiàn)出一定的地域不平衡性。生態(tài)系統(tǒng)改善的保護(hù)區(qū)多分布在秦嶺、大巴山、大婁山、南嶺一帶,而東部省份、內(nèi)蒙古高原、東北平原一帶生態(tài)系統(tǒng)退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量較多,主要是荒漠、內(nèi)陸濕地和水域、野生動物、自然遺跡等類型自然保護(hù)區(qū)。最后,提出3點建議為提高國家級自然保護(hù)區(qū)管理水平提供參考。

自然保護(hù)區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)格局；十年變化；遙感

自然保護(hù)區(qū)是保護(hù)生物多樣性的國家戰(zhàn)略基礎(chǔ)[1- 2],是保護(hù)生物多樣性最直接、最有效的手段[3- 5]。我國是世界上生物多樣性最豐富的國家之一,建立并管理好自然保護(hù)區(qū),對我國乃至全球生物多樣性的保護(hù)均具有非常重要的意義[6]。作為自然保護(hù)區(qū)最精華的部分,國家級自然保護(hù)區(qū)在保護(hù)我國自然資源和生態(tài)環(huán)境、維護(hù)國家生態(tài)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著極為重要的作用。

2000年以來,生態(tài)系統(tǒng)評估得到了世界各國的高度重視,美國、英國以及澳大利亞等都在省、州尺度開展生態(tài)系統(tǒng)評估[7- 9]。國際上,生態(tài)系統(tǒng)評估已成為將生態(tài)學(xué)與自然科學(xué)研究成果應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)與政治決策的橋梁[10]。為全面掌握全國生態(tài)環(huán)境狀況,環(huán)境保護(hù)部和中國科學(xué)院于2012年啟動了“全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估”項目[11],結(jié)果表明全國生態(tài)系統(tǒng)類型復(fù)雜多樣,10年間生態(tài)系統(tǒng)格局局部變化劇烈,重點生態(tài)功能區(qū)等重要生態(tài)保護(hù)區(qū)域受到人類活動的威脅不斷增加[12]。Laurance 等研究表明,全球僅有20%—50%的保護(hù)區(qū)是有效的[13]。自然保護(hù)區(qū)作為生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵形式,是否面臨同樣的威脅,威脅程度多大成為亟待回答的問題。自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化,將直接影響自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)效果[14- 15]。目前,相關(guān)報道主要集中在對單個自然保護(hù)區(qū)的研究[16-20],全國尺度上研究國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局及其變化則相對較少。鄭姚閩[21- 22]等利用中國濕地遙感制圖數(shù)據(jù)研究了91個國家級濕地自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)效果,但其研究方法和結(jié)論存在不少爭議[23- 24]。因此,急需在全國尺度上研究自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局構(gòu)成及其動態(tài)變化,對于掌握自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)存在問題并針對性提出保護(hù)對策,提高自然保護(hù)區(qū)整體管理水平有著重要意義。

2000—2010年,是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長、城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快的十年,也是資源開發(fā)力度不斷加強(qiáng)、生態(tài)環(huán)境受到巨大沖擊的十年[11]。但同時我國自然保護(hù)區(qū)建設(shè)也取得明顯進(jìn)展,國家級自然保護(hù)區(qū)數(shù)量由155個增加至319個,增加了164個,面積由5518萬hm2增加至9267萬hm2。鑒于2000—2010年增加的164個國家級自然保護(hù)區(qū)在建立之前均已是省級自然保護(hù)區(qū),2000年之后這些保護(hù)區(qū)陸續(xù)晉升為國家級自然保護(hù)區(qū),為從全國尺度上摸清自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境變化,揭示自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局總體構(gòu)成及其近年來的變化狀況,本文以2010年的319個國家級自然保護(hù)區(qū)(包括10年期間晉升的自然保護(hù)區(qū))為研究對象,在全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析這些國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局的動態(tài)變化,明確我國新時期自然保護(hù)區(qū)面臨的問題,并有針對性地提出對策建議,為我國自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境管理、生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)補(bǔ)償?shù)忍峁┘夹g(shù)支持。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

利用2000年和2010年全國生態(tài)系統(tǒng)類型與分布數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)由“全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估”項目組提供。該數(shù)據(jù)集的生態(tài)系統(tǒng)分類結(jié)果經(jīng)逐省(自治區(qū)、直轄市)逐點對接,并利用3萬多個獨立地面調(diào)查樣點進(jìn)行精度評估,分類精度達(dá)86%以上[12]?；?010年319個國家級自然保護(hù)區(qū)空間矢量數(shù)據(jù),裁剪獲取2000年和2010年國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型及分布數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

1.2.1 生態(tài)系統(tǒng)類型劃分

根據(jù)我國土地覆被及自然保護(hù)區(qū)植被類型特征[25- 28],以生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,將生態(tài)系統(tǒng)劃分為10種類型,包括森林、灌叢、草地、濕地、農(nóng)田、城鎮(zhèn)、荒漠、冰川/永久積雪、裸地9種陸域生態(tài)系統(tǒng)類型和海洋1種海域生態(tài)系統(tǒng)類型。

1.2.2 生態(tài)系統(tǒng)格局變化評估方法

根據(jù)2000—2010年自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)化及其轉(zhuǎn)化幅度情況,結(jié)合自然保護(hù)區(qū)各功能區(qū)的相對重要性,對全國國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局進(jìn)行定量評價。構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)量化自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局的變化趨勢,計算公式(1)如下：

(1)

(2)

式中：VI為生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)；VI′為歸一化生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù),采用min-max標(biāo)準(zhǔn)化方法將值域轉(zhuǎn)換至[0,100]；Wj為功能區(qū)系數(shù),j取1—3時,分別代表實驗區(qū)、緩沖區(qū)和核心區(qū),對應(yīng)Wj取值分別為1,3,5；Ti為轉(zhuǎn)類指數(shù),即某一生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為另一生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)賦值；Ei為轉(zhuǎn)化幅度指數(shù),即某一生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為另一生態(tài)系統(tǒng)的幅度對應(yīng)的賦值；m為生態(tài)系統(tǒng)之間相互轉(zhuǎn)化的種類數(shù)。

轉(zhuǎn)類指數(shù)Ti采用動態(tài)賦分法進(jìn)行賦值。首先,根據(jù)國家級自然保護(hù)區(qū)保護(hù)對象及其生境特征,確定自然保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的相對重要性,將自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)劃分為最重要生態(tài)系統(tǒng)(Ⅰ)、次重要的生態(tài)系統(tǒng)(Ⅱ)、其他重要生態(tài)系統(tǒng)(Ⅲ)、一般負(fù)面生態(tài)系統(tǒng)(Ⅳ)以及重度干擾生態(tài)系統(tǒng)(Ⅴ)5種類型。最重要生態(tài)系統(tǒng)是自然保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對象或保護(hù)對象最重要生境的生態(tài)系統(tǒng)類型,如森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)中的森林和濕地；次重要和其他重要生態(tài)系統(tǒng)是除最重要生態(tài)系統(tǒng)外,能夠作為主要保護(hù)對象生境的其他生態(tài)系統(tǒng)類型,如森林生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)中將灌叢劃分為次重要生態(tài)系統(tǒng),草地、冰川/永久積雪劃分為其他重要生態(tài)系統(tǒng)；一般負(fù)面生態(tài)系統(tǒng)指一定程度上能夠為主要保護(hù)對象提供棲息地或食物來源的生態(tài)系統(tǒng),如農(nóng)田。重度干擾生態(tài)系統(tǒng)是對自然保護(hù)區(qū)保護(hù)對象及其生境干擾較大的生態(tài)系統(tǒng)類型,如由居住用地、交通用地等建設(shè)用地構(gòu)成的城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)。

其次,根據(jù)不同重要性級別的生態(tài)系統(tǒng)類型兩兩轉(zhuǎn)化情況進(jìn)行賦值(表1)。生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化分正向轉(zhuǎn)化和逆向轉(zhuǎn)化兩種情況,當(dāng)重要性級別較低的生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為重要性級別相對較高的生態(tài)系統(tǒng)時為正向轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)類指數(shù)為正值,反之為逆向轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)類指數(shù)為負(fù)值。如森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)中森林轉(zhuǎn)化為農(nóng)田時,即

表1 自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)類指數(shù)賦值表

Ⅰ: 最重要生態(tài)系統(tǒng) The most important ecosystem,Ⅱ: 次重要生態(tài)系統(tǒng) The secondary important ecosystem,Ⅲ: 其他重要生態(tài)系統(tǒng) Other important ecosystem,Ⅳ: 一般負(fù)面生態(tài)系統(tǒng) The general negative ecosystem,Ⅴ: 重度干擾生態(tài)系統(tǒng) The seriously interfered ecosystem

最重要生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一般負(fù)面生態(tài)系統(tǒng),根據(jù)表1中的賦值,轉(zhuǎn)類指數(shù)為-7；當(dāng)保護(hù)區(qū)加強(qiáng)保護(hù)管理,開展退耕還林或還濕時,農(nóng)田轉(zhuǎn)化為森林或濕地,由一般負(fù)面生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為最重要生態(tài)系統(tǒng)類型,轉(zhuǎn)類指數(shù)賦值為7。

轉(zhuǎn)化幅度指數(shù)指某一生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為另一生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化幅度所對應(yīng)等級的賦值。轉(zhuǎn)化幅度是指生態(tài)系統(tǒng)類型兩兩轉(zhuǎn)化時,相對重要的生態(tài)系統(tǒng)面積增加或減少的百分比。鑒于轉(zhuǎn)類指數(shù)已能夠反映生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)化的方向性(正向和逆向),轉(zhuǎn)化幅度指數(shù)的賦值只進(jìn)行正向賦值。根據(jù)319個國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣計算結(jié)果,通過專家咨詢決策方式,劃分3個等級進(jìn)行賦值。轉(zhuǎn)化幅度指數(shù)賦值分重要生態(tài)系統(tǒng)面積比例≥80%和<80%兩種情況,重要生態(tài)系統(tǒng)包括最重要(Ⅰ)、次重要(Ⅱ)和其他重要(Ⅲ)3種生態(tài)系統(tǒng)類型。當(dāng)重要生態(tài)系統(tǒng)面積比例<80%時,考慮到重要生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)具有較高的提升空間,適度增加其他生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為相對重要生態(tài)系統(tǒng)的幅度比例,即當(dāng)自然保護(hù)區(qū)重要生態(tài)系統(tǒng)面積比例≥80%時,轉(zhuǎn)化幅度指數(shù)分別賦值為1、3和5時,相對重要的生態(tài)系統(tǒng)增加比例為0—0.1%、0.1%—0.5%和>0.5%,而當(dāng)重要生態(tài)系統(tǒng)面積比例<80%時,轉(zhuǎn)化為相對重要的生態(tài)系統(tǒng)的比例提高到0—0.2%、0.2%—1.0%和>1.0%,見表2。

表2 自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化幅度指數(shù)賦值表

1.2.3 不同類型自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化分析

根據(jù)自然保護(hù)區(qū)分類標(biāo)準(zhǔn)《自然保護(hù)區(qū)類型與級別劃分原則》[29],我國自然保護(hù)區(qū)劃分為自然生態(tài)系統(tǒng)類(森林生態(tài)系統(tǒng)類型、草原草甸生態(tài)系統(tǒng)類型、荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型、內(nèi)陸濕地和水域生態(tài)系統(tǒng)類型、海洋與海岸生態(tài)系統(tǒng)類型)、野生生物類(野生動物類型、野生植物類型)和自然遺跡類(地質(zhì)遺跡類型、古生物遺跡類型)等3大類別9種類型。本文按照森林、草原草甸、荒漠、內(nèi)陸濕地和水域、野生動物、野生植物、自然遺跡8種類型,根據(jù)1.2.2中公式(1)和(2)計算自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù),分析每種類型自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化狀況。

2 結(jié)果分析

2.1 國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局構(gòu)成及變化總體情況分析

全國319個國家級自然保護(hù)區(qū)包括了所有10種類型生態(tài)系統(tǒng)。國家自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)組成中,草地面積最大,2000年和2010年分別為552282.83 km2和550932.93 km2,分別占全國國家級自然保護(hù)區(qū)總面積的57.88%和57.74%(表3)。國家級自然保護(hù)區(qū)各功能區(qū)中也以草地生態(tài)系統(tǒng)面積占比最高,其次為荒漠,兩期荒漠面積均占到國家級自然保護(hù)區(qū)總面積的17%左右,其他生態(tài)系統(tǒng)面積從大到小排序依次為濕地、森林、灌叢、農(nóng)田、冰川/永久積雪、海洋、城鎮(zhèn)和裸地,其中城鎮(zhèn)和裸地面積較小,2010年占比僅為0.16%和0.04%。

2000—2010年間,國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)森林、濕地、城鎮(zhèn)面積增加,分別由73293.18、74190.55、1173.55 km2增加至74111.01、76034.06、1548.00 km2,占比分別由7.68%、7.78%、0.12%增加至7.77%、7.97%和0.16%(表3)。其中,濕地面積增加最多,增加了1843.51 km2,主要由草地、荒漠和農(nóng)田轉(zhuǎn)化而來,三者轉(zhuǎn)化面積分別為2157.99、1033.37、559.05 km2(表4)；森林增加817.83 km2,主要是由灌叢和農(nóng)田轉(zhuǎn)化而來,轉(zhuǎn)化面積分別為1179.30 km2和441.89 km2；城鎮(zhèn)面積有一定程度擴(kuò)張,面積增加374.45 km2,增加了近32%。灌叢、草地、荒漠、海洋面積均有減少,其中草地面積減幅較大,下降0.14個百分點,減少1349.90 km2,主要轉(zhuǎn)化為濕地(表4)；海洋面積減少幅度不大。冰川/永久積雪略微減少,總計減少78.66 km2。保護(hù)區(qū)及各功能區(qū)內(nèi)農(nóng)田、裸地面積及占比基本保持穩(wěn)定,總體變化不大。

表3 國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成情況

表4 國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣/km2

2.2 國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化分析

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)總體情況

對全國319個國家級自然保護(hù)區(qū)歸一化生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)VI′值進(jìn)行頻數(shù)分布統(tǒng)計,并進(jìn)行正態(tài)分布檢驗。結(jié)果表明：319個國家級自然保護(hù)區(qū)VI′值不屬于正態(tài)分布(P<0.01),偏度系數(shù)SK為-1.06,為負(fù)偏態(tài)分布峰值右移,VI值集中分布在65—75之間(圖1)。

圖1 國家級自然保護(hù)區(qū)歸一化生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)VI′頻數(shù)分布Fig.1 The frequency distribution of VI′for national nature reserves

根據(jù)VI′的分布特征,確定國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化程度劃分標(biāo)準(zhǔn),劃分為明顯退化、輕微退化、基本維持、輕微改善和明顯改善5個級別,見表5。

表5 歸一化生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)分級

全國319個國家級自然保護(hù)區(qū)中,219個國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局基本維持,占保護(hù)區(qū)總數(shù)的68.65%(表6)；52個保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局改善,其中明顯改善的18個,占5.64%,如四川花萼山、重慶大巴山等自然保護(hù)區(qū),輕微改善的34個,占10.66%；48個自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局退化,其中27個(占8.46%)輕微退化,21個(占6.58%)明顯退化,如吉林大布蘇、江蘇鹽城濕地等自然保護(hù)區(qū)。

表6 國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化程度

2.2.2 不同類型自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)分析

2010年我國國家級自然保護(hù)區(qū)類型組成見表7。由表7可知,森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)數(shù)量最多,占總數(shù)的43.89%；其次為野生動物類型81個,占總數(shù)的25.39%；草原草甸類型自然保護(hù)區(qū)數(shù)量最少,僅3個。從面積組成來看,荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)面積最大,占39.20%；其次是野生動物類型和內(nèi)陸濕地生態(tài)系統(tǒng)類型；自然遺跡類型(地質(zhì)遺跡和古生物遺跡)自然保護(hù)區(qū)面積最小,僅占0.34%。

表7 2010年國家級自然保護(hù)區(qū)分類型統(tǒng)計情況

不同類型自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化程度總體上為表現(xiàn)為基本維持,其中3個草原草甸類型自然保護(hù)區(qū)均為基本維持,森林、荒漠類型自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局轉(zhuǎn)化程度表現(xiàn)為基本維持的數(shù)量占比均占75%(圖2)。森林、海洋海岸、野生植物類型自然保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)格局改善的數(shù)量多于退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量,荒漠、內(nèi)陸濕地和水域、野生動物、自然遺跡類型自然保護(hù)區(qū)退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量多于改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量,其中趨于退化的自然遺跡類型自然保護(hù)區(qū)數(shù)量占比達(dá)31.25%,其中明顯退化的占12.5%,輕微退化占18.75%；荒漠類型自然保護(hù)區(qū)中有25%明顯退化。

圖2 不同類型、不同區(qū)域國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化程度分級Fig.2 The degree of ecosystem pattern variation in different types of national nature reserves in different regionsⅠ—Ⅷ：自然保護(hù)類型,Nature reserve Types；Ⅰ：森林生態(tài),Forest；Ⅱ：草原草甸,Steppe and meadow ；Ⅲ：荒漠生態(tài),Desert；Ⅳ：內(nèi)陸濕地,Inland wetland；Ⅴ：海洋海岸,Ocean and seacoast；Ⅵ：野生動物,Wild animal；Ⅶ：野生植物,Wild plant；Ⅷ：自然遺跡,Natural monument

2.2.3 不同地區(qū)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化指數(shù)分析

10年來,國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局在基本維持的基礎(chǔ)上,表現(xiàn)出一定的地域不平衡性(圖2、圖3)。東北、華北、華東地區(qū)退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量多于改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量；華中、華南、西南、西北地區(qū)則相反,改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量略多于退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量。東北、華東地區(qū)退化較為明顯,其中東北地區(qū)自然保護(hù)區(qū)退化率最高,退化保護(hù)區(qū)數(shù)量占27.09%；華東地區(qū)退化率為22.50%,以江蘇、安徽、浙江三省最為明顯,其中江蘇省3個國家級自然保護(hù)區(qū)(鹽城濕地、泗洪洪澤湖、大豐麋鹿)均出現(xiàn)明顯退化跡象(圖3)。華中、華南地區(qū)改善較為明顯,其中華中地區(qū)改善率達(dá)到31.14%,以湖北、湖南兩省較為顯著,如湖南17個國家級自然保護(hù)區(qū)中,有6個自然保護(hù)區(qū)趨于改善,8個表現(xiàn)為基本維持,僅3個保護(hù)區(qū)輕微退化；華南地區(qū)改善率達(dá)到22.22%,以海南、廣西兩省較為明顯。

圖3 國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化程度分布圖Fig.3 The distribution of ecosystem pattern transfer degree in national nature reserves

3 討論

從國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局總體構(gòu)成來看,國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)草地生態(tài)系統(tǒng)面積最大,其次是荒漠和濕地生態(tài)系統(tǒng)。這主要與不同類型自然保護(hù)區(qū)組成及其生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成有關(guān)。從2010年319個國家級自然保護(hù)區(qū)組成來看,荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)數(shù)量雖然僅占3.76%,但其面積最大,占比39.20%,其次為野生動物類型、內(nèi)陸濕地和水域生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)(表7)?；哪?、野生動物、內(nèi)陸濕地和水域3種類型自然保護(hù)區(qū)面積占比達(dá)85%,而這3種類型自然保護(hù)區(qū)草地生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)均占優(yōu)勢,這就決定了國家級自然保護(hù)區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)面積最大的組成格局。如荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型分布在我國干旱和半干旱地區(qū),西北地區(qū)占多數(shù),其中西藏羌塘國家級自然保護(hù)區(qū)是我國面積最大的自然保護(hù)區(qū),達(dá)298000 km2,主要以獨特的高寒生態(tài)系統(tǒng)及藏野驢(Equuskiang)、藏羚(Pantholopshodgsonii)等多種大型有蹄類動物為保護(hù)對象,保護(hù)區(qū)內(nèi)絕大部分都是高寒草原和稀疏草地,達(dá)80%以上；野生動物類型中的青?？煽晌骼飮壹壸匀槐Ｗo(hù)區(qū)總面積45000 km2,高寒草原和稀疏草地的面積接近一半,其次是荒漠生態(tài)系統(tǒng)；內(nèi)陸濕地和水域生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)全國范圍分布較廣,面積較大的則集中分布在西北和西南地區(qū),如青海三江源、四川若爾蓋、海子山等國家級自然保護(hù)區(qū),這些自然保護(hù)區(qū)主要是以草地生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)為主,其中若爾蓋自然保護(hù)區(qū)中草地生態(tài)系統(tǒng)占57.92%,而草本沼澤、湖泊、河流等組成的濕地生態(tài)系統(tǒng)則有41.23%。

從生態(tài)系統(tǒng)變化總體情況來看,國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)森林、濕地明顯增加,城鎮(zhèn)有一定程度擴(kuò)張,冰川/永久積雪略有減少。(1)森林、濕地面積增加明顯,表明我國2000—2010年10年間實施的天然林保護(hù)、退耕還林、全國濕地保護(hù)等一系列生態(tài)建設(shè)和保護(hù)工程取得一定成效[30- 33]。2002年,在四川、陜西、甘肅3省退耕還林試點基礎(chǔ)上,國家全面啟動退耕還林工程[34],如四川花萼山、米倉山、重慶大巴山等國家級自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)面積增加明顯。全國濕地保護(hù)工程于2005年啟動,根據(jù)《全國濕地保護(hù)工程實施規(guī)劃》,2005—2010年5年間國家投資90億元實施濕地保護(hù)、濕地恢復(fù)等4項重點建設(shè)子工程,使我國50%的自然濕地、70%的重要濕地得到有效保護(hù)[35],如黑龍江八岔島、東方紅濕地自然保護(hù)區(qū)大面積耕地轉(zhuǎn)變?yōu)闈竦?濕地生態(tài)系統(tǒng)得到有效保護(hù)。(2)近10年來,青海、西藏、新疆等西部地區(qū)草地、荒漠轉(zhuǎn)變?yōu)闈竦?濕地面積增加,一定程度上則是由于由氣候變化、冰川/永久積雪融化所致,從西藏羌塘自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化分析結(jié)果來看,保護(hù)區(qū)內(nèi)冰川/永久積雪減少近2000 hm2。(3)保護(hù)區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)面積出現(xiàn)一定程度擴(kuò)張,表明一些地區(qū)自然保護(hù)區(qū)仍然面臨著人類開發(fā)活動的威脅。如天津古海岸與濕地,寧夏白芨灘、沙坡頭,湖北長江新螺段白鱀豚等自然保護(hù)區(qū),城鎮(zhèn)用地(主要是居住用地、旅游用地和交通用地)增加明顯。(4)保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)田面積總體上保持基本穩(wěn)定,但存在區(qū)域差異性。根據(jù)表4,保護(hù)區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)類型的轉(zhuǎn)化中,仍有大面積濕地變更為農(nóng)田,主要集中在東部地區(qū),如近十年江蘇鹽城濕地自然保護(hù)灘涂圍墾,圍墾濕地面積超過2萬hm2。

總體上,2000—2010年10年來國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局得以維持,趨于改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量略多于退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量,表明我國國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局的保護(hù)取得一定效果。不同類型自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局在基本維持的基礎(chǔ)上,生態(tài)系統(tǒng)格局的保護(hù)效果表現(xiàn)出不同特征。森林、海洋海岸、野生植物類型自然保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)格局改善的數(shù)量多于退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量,而荒漠、內(nèi)陸濕地和水域、野生動物類型自然保護(hù)區(qū)退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量多于改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量。如內(nèi)蒙古輝河、江蘇泗洪洪澤湖、河南新鄉(xiāng)黃河濕地鳥類等濕地類型自然保護(hù)區(qū),內(nèi)蒙古鄂爾多斯遺鷗、遼寧雙臺河口、江蘇鹽城濕地珍禽等野生動物類型自然保護(hù)區(qū)退化明顯。此外,自然遺跡類型自然保護(hù)趨于退化的數(shù)量也較多,如吉林大布蘇、浙江長興地質(zhì)遺跡等自然保護(hù)區(qū),主要是由于自然遺跡類型自然保護(hù)區(qū)中人類活動較頻繁,干擾較強(qiáng)的原因。徐網(wǎng)谷等研究表明古生物遺跡類自然保護(hù)區(qū)平均人口密度最高,達(dá)2.36人/hm2,而地質(zhì)遺跡類自然保護(hù)區(qū)人口密度0.21人/hm2,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國0.1人/hm2的平均水平[36]；張昊楠等在研究國家級自然保護(hù)區(qū)旅游活動時,分析結(jié)果也表明地質(zhì)遺跡類型自然保護(hù)區(qū)雖然數(shù)量少,但旅游接待人數(shù)和平均收入都處于較高水平[37]。

從空間分布上來看,退化的保護(hù)區(qū)多分布在東部省份、內(nèi)蒙古高原、東北平原一帶,改善的保護(hù)區(qū)多分布在秦嶺、大巴山、大婁山、南嶺一帶。東部省份保護(hù)區(qū)退化數(shù)量較多,主要是因為這些區(qū)域人口稠密,區(qū)域經(jīng)濟(jì)開發(fā)建設(shè)對自然保護(hù)區(qū)的干擾較大；東北平原保護(hù)區(qū)退化主要由于該區(qū)域農(nóng)田開墾壓力增大；內(nèi)蒙古高原保護(hù)區(qū)退化,主要由礦產(chǎn)資源開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致,如內(nèi)蒙古西鄂爾多斯、哈騰套海等自然保護(hù)區(qū)采礦用地和交通用地增加明顯。生態(tài)系統(tǒng)格局改善的保護(hù)區(qū)多處于省、市、區(qū)交界處,人煙稀少,加上近年來退耕還林、天然林保護(hù)等工程的實施,生態(tài)系統(tǒng)格局得到有效保護(hù)。

盡管國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局總體上基本維持,趨于改善的保護(hù)區(qū)數(shù)量略多于退化的保護(hù)區(qū)數(shù)量,但仍然有48個自然保護(hù)區(qū)趨于退化,其中21個明顯退化,須引起管理部門的重視。據(jù)此,提出3點建議：(1)詳細(xì)核查生態(tài)系統(tǒng)格局明顯退化國家級自然保護(hù)區(qū),尤其是近幾年來生態(tài)系統(tǒng)格局的變化情況,梳理存在的問題；(2)加大對東部省份、內(nèi)蒙古高原、東北平原一帶荒漠、內(nèi)陸濕地和水域、野生動物、自然遺跡類型自然保護(hù)區(qū)遙感監(jiān)測力度,及時發(fā)現(xiàn)并解決自然保護(hù)區(qū)存在的問題；(3)建立國家級自然保護(hù)區(qū)衛(wèi)星遙感巡查、地面跟蹤詳查的自然保護(hù)區(qū)人類活動天地一體化遙感監(jiān)測機(jī)制,形成對國家級自然保護(hù)區(qū)違規(guī)人類活動“早發(fā)現(xiàn),早動手、早解決”的監(jiān)管工作機(jī)制。

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Ecosystempatternvariationfrom2000to2010innationalnaturereservesofChina

ZHANG Jianliang, QIAN Zhedong, XU Wanggu, ZHANG Hui, WANG Zhi*

NanjingInstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEnvironmentalProtection,Nanjing210042,China

Nature reserves provide the cornerstone of most national strategies to conserve biodiversity, and establishing nature reserves is perhaps the most important of all conservation tools focused on the preservation of wildlife habitat. Human encroachments and threats are generally perceived to be very common in many nature reserves. Therefore, it is necessary to assess variation in the ecosystem patterns of national nature reserves. To reveal ecosystem composition structure and its variation in national nature reserves of China, based on the ecosystem transition types and extents, and considering the importance of different functional zones in the nature reserve, we developed an ecosystem pattern variation index to examine the dynamic change of the ecosystem pattern, using ecosystem distribution data collected in 2000 and 2010 for 319 national nature reserves. The results showed that the grassland ecosystem accounted for the largest area, comprising 57.88% and 57.74% of the total area of the ecosystem in national nature reserves in 2000 and 2010, respectively, followed by the desert ecosystem, accounting for about 17% both in 2000 and 2010, and then wetland, forest, shrub, field, glacier and permanent snow, marine and town ecosystems successively. From 2000 to 2010, the area of forest and wetland ecosystems showed obvious increases, and the town expanded to some extent, but the glacier and permanent snow ecosystem decreased appreciably in the national nature reserves. Overall, the ecosystem pattern of nature reserves essentially remained stable. There were 219 nature reserves that showed stability, accounting for 68.65% of the total. The number of nature reserves tending to improve was slightly higher than the number of those tending to degenerate. These results reflect the fact that ecosystem conservation in national nature reserves has been effective to a certain extent. The improved nature reserves were mostly distributed in Qin Mountain, Daba Mountain, Dalou Mountain and South Mountain, while the degenerated nature reserves were mostly distributed in the eastern provinces, Inner Mongolian Plateau and the northeast plain. The degenerated nature reserves were mainly desert ecosystems, inner wetland and aquatic ecosystems, reserves for the protection of wild animals, and natural monuments. Finally, we put forward three suggestions to improve the management level for national nature reserves.

nature reserve; ecosystem pattern; ten-years variation; remote sensing

國家公益性行業(yè)科研專項-自然保護(hù)區(qū)動態(tài)監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(201509042)；全國生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評估(STSN- 7)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(2015)

2016- 10- 08; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 08- 14

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wangzhi@nies.org

10.5846/stxb201610082018

張建亮,錢者東,徐網(wǎng)谷,張慧,王智.國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局十年變化(2000—2010年)評估.生態(tài)學(xué)報,2017,37(23):8067- 8076.

Zhang J L, Qian Z D, Xu W G, Zhang H, Wang Z.Ecosystem pattern variation from 2000 to 2010 in national nature reserves of China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(23):8067- 8076.