曹 巍,黃 麟,*,肖 桐,吳 丹

1 中國科學院地理科學與資源研究所陸地表層格局與模擬重點實驗室, 北京 100101 2 環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心, 北京 100094 3環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所, 南京 210042

自然保護地是保護物種及其生境的一種重要途徑[1-2],是實現(xiàn)生物多樣性保護目標的一個有效指標[3-4],是最有效可行的一種就地保護手段[5]?？沙掷m(xù)發(fā)展的保護地體系對未來人類福祉起到至關(guān)重要的作用。目前,全球建立了自然保護地20多萬個,約占地球表面積的15.4%[6]。生物多樣性公約要求到2020年通過有效和公平地管理、生態(tài)代表和連接良好的保護區(qū)體系及有效措施保護全球17%的陸地和10%的海洋[7]。隨著保護區(qū)面積的不斷增加,對保護區(qū)的研究變得越來越重要[8]。然而,盡管保護地體系建設(shè)取得了相當大的進展,但生物多樣性持續(xù)下降,故而保護地覆蓋面積增加和生物多樣性負向發(fā)展趨勢之間的差異,使得如何提高保護地有效性再次成為焦點[9]。對于保護地的有效性歷來存在爭議[10-12],有研究通過對比相關(guān)指標在保護區(qū)內(nèi)、外的差異以評價保護區(qū)的有效性[13-15],特別是亞馬遜和剛果等生物多樣性豐富的熱帶雨林地區(qū)[16-17],這類指標比如森林減少速率或森林砍伐減少量[1,18]等等。

氣候變化和人類活動是影響生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務的重要因素[19-22]。未來氣候變化將改變重要物種在緯度和高度上的分布范圍[23-24],減小保護區(qū)的有效范圍[25],增加物種滅絕風險[26-27]。因此,保護區(qū)及其有效性受到氣候變化和人類活動的雙重威脅,然而,威脅的程度是未知的。城市化、森林砍伐、道路建設(shè)等減少了保護區(qū)的有效規(guī)模,導致原生棲息地破碎化和生物多樣性下降,嚴重影響保護區(qū)的保護有效性[28-29]。反過來,保護區(qū)還對周邊區(qū)域產(chǎn)生其他影響,比如維持傳統(tǒng)生計、保持水熱平衡、調(diào)節(jié)局地氣候、防止森林火災等[16]。研究發(fā)現(xiàn)保護區(qū)外鄰近地帶成為人類活動的熱點區(qū)域,即保護區(qū)被孤立從而產(chǎn)生溢出效應[16,29]。針對保護區(qū)溢出效應,巴西亞馬遜地區(qū)在生物多樣性熱點區(qū)域周邊留出大量的森林作為“綠色壁壘”[30-31]。

我國目前已建立自然保護區(qū)2740多個,總面積約占陸地國土面積的14.8%,保護了我國超過90%的陸地自然生態(tài)系統(tǒng)類型,約89%的國家重點保護野生動植物種類,以及大多數(shù)重要自然遺跡。自然保護區(qū)的數(shù)量、發(fā)展速度、面積均已經(jīng)達到國際前列,高于世界平均水平。然而,對于我國建立的可能是一些“紙上公園”的質(zhì)疑也越來越多[11-12]。采石、工礦建設(shè)、能源資源開發(fā)、違法無序旅游開發(fā)以及其他人工設(shè)施建設(shè)等已對自然保護區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成影響,氣候變化背景下,影響保護地功能發(fā)揮的驅(qū)動因素聚焦到人類活動。已有保護區(qū)研究多集中在單個保護區(qū)物種監(jiān)測、生物多樣性狀況、棲息地變化及對周圍區(qū)域經(jīng)濟社會的影響等[32- 34],無法了解我國自然保護區(qū)網(wǎng)絡的宏觀狀況。范澤孟等[35]、祝萍等[36]、Xu等[4]在大時空尺度開展了我國典型自然保護區(qū)土地利用變化、生境狀況變化的監(jiān)測,然而缺少人類活動對自然保護區(qū)影響的量化分析。

因此,開展分析人類活動對自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)影響的量化分析,快速、科學評估存在問題,對于自然保護區(qū)監(jiān)管、自然保護區(qū)布局及保護重點調(diào)整,并有針對性地制定相關(guān)政策措施,具有極其重要的作用。因此,本文以國家級自然保護區(qū)作為研究對象,基于遙感信息提取、模型與方程估算、時間空間分析等方法獲取生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和關(guān)鍵服務的時空數(shù)據(jù)集,分析不同類型自然保護區(qū)與自然保護區(qū)不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)近15年的時空變化特征,利用土地覆蓋變化量化人類活動并進一步分析人類正面與負面活動對生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和關(guān)鍵服務的影響。本文擬解決以下兩個主要問題：1)2000—2015年國家級自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與服務如何變化？2)人類活動作為主要影響因素,如何從正面和負面影響國家級自然保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)？

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

我國的國家級自然保護區(qū)446個(截至2015年),占全國自然保護區(qū)總面積的65.9%。國家級自然保護區(qū)劃分為3大類別、9個類型[37],其中,自然生態(tài)系統(tǒng)類291個(包括森林生態(tài)系統(tǒng)類型205個、草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型4個、荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型13個、內(nèi)陸濕地和水域系統(tǒng)類型52個、海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型17個)、野生生物類135個(包括野生動物類型116個、野生植物類型19個)、自然遺跡類20個(包括地質(zhì)遺跡類型13個、古生物遺跡類型7個)。本文以446個國家級自然保護區(qū)作為主要研究對象(圖1),每個自然保護區(qū)劃分為核心區(qū)、試驗區(qū)、緩沖區(qū),同時設(shè)置自然保護區(qū)邊界外0—5 km緩沖帶、5—10 km緩沖帶、10—20 km緩沖帶。

圖1 國家級自然保護區(qū)空間分布Fig.1 The spatial distribution of national nature reserves

1.2 遙感信息提取

土地覆蓋及變化：研究區(qū)2000年和2015年土地覆蓋及變化數(shù)據(jù)來源于中國科學院土地利用/覆被變化數(shù)據(jù)庫的全國土地利用本底與動態(tài)成分數(shù)據(jù)及2000—2015年土地利用變化數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)集以陸地衛(wèi)星TM/ETM+遙感圖像為信息源,結(jié)合環(huán)境小衛(wèi)星、中巴資源衛(wèi)星等影像數(shù)據(jù),經(jīng)過影像配準、精校正和拉伸處理后,利用人工解譯方法獲得土地覆蓋類型及其變化[38]。土地覆蓋類型包括6個一級類型和25個二級類型。同時,利用全國10%縣數(shù)比例的野外調(diào)查資料開展質(zhì)量檢查和精度驗證[39],土地覆蓋一級類型的綜合評價精度達94.3%,二級類型達91.2%[38]。本文將二級土地覆蓋類型進一步劃分為林地、草地、耕地、濕地、水庫與坑塘、城鎮(zhèn)和居民點、工礦建設(shè)用地、沙地及其他未利用地等類型,以開展人類活動的量化。

植被覆蓋度(Fractional vegetation coverage, FVC)：收集研究區(qū)2000—2015年MODIS歸一化植被指數(shù)(Normalized difference vegetation index, NDVI)數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)空間分辨率1 km、時間分辨率16 d,經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換、重投影、拼接、重采樣和S—G濾波處理,采用最大合成法得到連續(xù)時間序列的半月NDVI數(shù)據(jù)。依據(jù)像元二分模型,一個像元的NDVI值由綠色植被部分與無植被覆蓋部分共同貢獻的信息組合而成,因此根據(jù)如下公式利用NDVI計算半月尺度的植被覆蓋度：

(1)

式中,Fc為植被覆蓋度,NDVIveg是純植被像元的NDVI值,NDVIsoil是完全無植被覆蓋像元的NDVI值,依據(jù)1 km柵格百分比土地利用類型數(shù)據(jù)確定純植被和完全無植被覆蓋的像元。

植被凈初級生產(chǎn)力(Net primary production, NPP)：植被年NPP數(shù)據(jù)為美國蒙大拿大學發(fā)布的MOD17A3數(shù)據(jù)(https://ipdaac.usgs.gov),空間分辨率為1 km,時間分辨率為1 a。該產(chǎn)品基于MODIS/TERRA衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),通過參考BIOME-BGC模型模擬植被生理過程計算得到植被NPP數(shù)據(jù)。與美國國家航空航天局(National aeronautics and space administration, NASA)提供的年NPP數(shù)據(jù)相比,消除了云對植被葉面積指數(shù)和光合有效輻射值的影響,提高了數(shù)值精度。通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換、空間拼接與裁切、有效值提取得到研究區(qū)植被年NPP數(shù)據(jù)。

教育的中心是以人為本，這同樣適用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心幼兒園的教育。但目前呈現(xiàn)的趨勢是鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心幼兒園教師在教學過程中并不能全面做到以學生為本展開教育工作。究其原因在于鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心幼兒園的教育工作開展的每一步都需要嚴格遵循上級部門的指示，這嚴重限制了教師的教學。一旦教師的教學存在與上級部門硬性規(guī)定相背離的情況，就會馬上被相應的行政手段所干預，教師的教育熱情就在這過程中逐漸被削弱。同時鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心幼兒園缺乏對教師客觀、公平、統(tǒng)一的考量標準，使優(yōu)秀的教師不被鼓勵和認可，嚴重打擊了教師的工作積極性。

1.3 模型與方程估算

生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)：通過對比幾種水源涵養(yǎng)量估算方法在量級與變化趨勢上的差異,本文采用降水貯存量法[40]并改進了各項參數(shù),估算研究區(qū)森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量,表示為：

Q=M×J×R0

(2)

J=J0×K0

(3)

式中,Q為與裸地相比較,森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分的增加量(m3)；M為生態(tài)系統(tǒng)面積(hm2)；J為產(chǎn)流降水量(mm)；J0為年均降水量(mm)；K0為產(chǎn)流降水量占降水總量的比例；R0為與裸地相比較,生態(tài)系統(tǒng)減少徑流的效益系數(shù)。通過搜集已發(fā)表文獻的實測降雨產(chǎn)流臨界值,以臨近國家氣象臺站實測日降水數(shù)據(jù)修正同時期的TRMM逐日3 h降水量數(shù)據(jù),累積單次降雨量大于降雨產(chǎn)流臨界值的數(shù)值得到單點產(chǎn)流降雨量占降雨總量的比例,再與多年平均河川徑流系數(shù)建立線性關(guān)系,得到區(qū)域產(chǎn)流降雨量占降雨總量比例(K值)的空間分布。

生態(tài)系統(tǒng)土壤保持：采用修正通用土壤流失方程(Revised universal soil loss equation, RUSLE)估算研究區(qū)土壤水蝕模數(shù)(A)。土壤保持量為生態(tài)系統(tǒng)在極度退化狀況下的土壤流失量與現(xiàn)實狀況下土壤流失量的差值。

A=R×K×L×S×C×P

(4)

K=[2.1×10-4(12-OM)M1.14+3.25(St-2)+2.5(P-3)]/100×0.1317

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

式中,R是降雨侵蝕力因子,K為土壤可蝕性因子,L是坡長因子,S是坡度因子,C是覆蓋和管理因子,P為水土保持措施因子。R采用基于日降雨量資料的半月降雨侵蝕力模型[41]來估算。K采用Nomo圖法計算,其中,OM為土壤有機質(zhì)含量百分比(%),M為土壤顆粒級配參數(shù),即(粉粒+極細砂)與粘粒百分比之積,St為土壤結(jié)構(gòu)系數(shù),P為滲透等級,這些土壤屬性數(shù)據(jù)來源于1∶100萬中國土壤數(shù)據(jù)庫。L和S的估算基于McCool等[42]和劉寶元等[43-44]的方法,其中,λ為坡長(m),計算L時把生態(tài)系統(tǒng)類型邊界、道路、河流、溝塘湖泊等地表要素作為徑流的阻隔因素,改進了傳統(tǒng)算法中通過相鄰柵格間的坡向以及坡度變化率確定坡長終止點的方法,避免了坡長因子的高估。C根據(jù)蔡崇法[45]的方法計算確定。

1.4 時空趨勢分析

人類活動時空變化特征分析：根據(jù)國家級自然保護區(qū)近年監(jiān)測,我國自然保護區(qū)內(nèi)存在不同程度的人類活動,有的明顯甚至劇烈,主要人類活動表現(xiàn)為農(nóng)田開墾、居民點修建、采石、工礦建設(shè)、能源資源開發(fā)、違法無序旅游開發(fā)以及其他人工設(shè)施建設(shè)等。這些人類活動導致土地覆蓋發(fā)生變化,因此本文利用土地覆蓋變化分析研究區(qū)近15年人類活動時空變化特征。產(chǎn)生負面影響的人類活動表示為耕地、水庫與坑塘、城鎮(zhèn)和居民點、工礦建設(shè)用地的增加,而產(chǎn)生正面影響的則表示為林地、草地、濕地的增加。

生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與服務指標：利用植被覆蓋度和凈初級生產(chǎn)力評價研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量狀況,以水源涵養(yǎng)、土壤保持作為主要的生態(tài)系統(tǒng)服務指標。同時,采用最小二乘法分析植被覆蓋度的年際變化趨勢,計算公式為：

(10)

式中,i為2000年到2015年的年序號,某柵格像元的趨勢線是這個像點的值用一元線性回歸模擬出來的一個總的變化趨勢,slo即這條趨勢線的斜率,斜率為正,說明此像元在該時間段的變化趨勢是增加,反之則是減少。

2 結(jié)果與分析

2.1 國家級自然保護區(qū)人類活動時空變化特征分析

林地、草地、濕地面積類型轉(zhuǎn)換可以反映出氣候變化背景下人類活動的正面影響。2000—2015年,國家級自然保護區(qū)范圍內(nèi)(表1),林地面積凈減少145.8 km2,其中,新增林地面積392.7 km2,主要來源于退耕還林和未利用地造林,分布在哈納斯、黃河首曲、大別山、雪寶山、習水中亞熱帶常綠闊葉林等自然保護區(qū),林地減少538.5 km2,主要分布在太白山、榮成大天鵝、車八嶺、輝河、塔里木胡楊等自然保護區(qū)；草地凈減少1531.5 km2,其中新增草地面積1048.3 km2,主要分布在烏蘭壩、哈納斯、會澤黑頸鶴、敦煌陽光、黃連山、錫林郭勒草原、烏蘭特梭梭林等自然保護區(qū),草地減少2579.9 km2,主要分布在秦園、青海湖、阿爾金山、黃河首曲、鹽池灣、沙坡頭等自然保護區(qū)；濕地凈增加280.99 km2,其中新增濕地面積1614.8 km2,主要分布在青海湖、寬闊水、阿魯科爾沁、安徽清涼峰、九宮山、青龍河、贛江源等自然保護區(qū),濕地減少1333.8 km2,主要分布在內(nèi)伶仃島—福田、湛江紅樹林、壺瓶山、鹽池灣、三江源等自然保護區(qū)(圖2)。

耕地、水庫/坑塘、城鎮(zhèn)/居民點、工礦建設(shè)用地的面積增加反映了人類活動對保護區(qū)的負面影響。耕地面積凈增加了894.8 km2,其中,新增耕地面積1319.4 km2,主要來源于草地和濕地開墾,分布在黃河首曲、鹽池灣、習水中亞熱帶常綠闊葉林、榮成大天鵝、太白山等自然保護區(qū),耕地減少424.5 km2,主要分布在哈納斯、丹霞山、南岳衡山、內(nèi)蒙古賀蘭山、波羅湖、白音敖包等自然保護區(qū)；水庫/坑塘面積凈增加了290.4 km2,其中,新增水庫/坑塘368.0 km2,主要來源于濕地開發(fā),分布在鹽池灣、黑茶山、丹霞山、董寨、秦園、松花江三湖、大明山等自然保護區(qū),水庫/坑塘減少77.7 km2,主要分布在八岔島、古牛峰、塔里木胡楊、麻陽河、太子山、天寶巖等自然保護區(qū)；城鎮(zhèn)/居民點、工礦建設(shè)用地分別凈增加了51.3 km2和169.1km2,其中,新增城鎮(zhèn)/居民點主要分布在內(nèi)蒙古賀蘭山、南岳衡山、秦園、東寨港、安南壩野駱駝、古牛峰、會澤黑頸鶴、花萼山等自然保護區(qū),新增工礦建設(shè)用地主要分布在波羅湖、寧夏羅山、內(nèi)蒙古賀蘭山、習水中亞熱帶常綠闊葉林、黃河首曲、東寨港、五峰后河等自然保護區(qū)(圖2)。

表1 國家級自然保護區(qū)土地覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣/km2

圖2 國家級自然保護區(qū)人類活動變化空間分布Fig.2 The spatial variation of anthropogenic activities in thenational nature reserves

2.2 不同類型國家級自然保護區(qū)人類活動變化特征分析

圖3 不同類型國家級自然保護區(qū)人類活動量化統(tǒng)計Fig.3 The statistics of anthropogenic activities in thenational nature reserves

2.3 人類活動對國家級自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的影響分析

2000—2015年,國家級自然保護區(qū)的各分區(qū)與保護區(qū)外的緩沖帶植被覆蓋度主要呈現(xiàn)上升趨勢,特別是20 km緩沖帶,少部分區(qū)域表現(xiàn)為植被覆蓋度下降(圖4,表2)。其中,草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型、海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型、野生動物類型的保護區(qū),其核心區(qū)植被覆蓋度上升趨勢高于其他分區(qū)；荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型保護區(qū)的緩沖區(qū)上升最多,其他類型保護區(qū)內(nèi)的植被覆蓋度趨勢則低于保護區(qū)外的緩沖帶。由此說明,人類活動雖然影響土地覆蓋變化,但是對植被覆蓋度的影響不大。

圖4 2000—2015年國家級自然保護區(qū)植被覆蓋度與凈初級生產(chǎn)力變化空間分布Fig.4 The spatial distribution of fractional vegetation coverage and net primary production changes in the national nature reserves in 2000—2015

統(tǒng)計范圍Statistical zones核心區(qū)Core zone試驗區(qū)Experimental zone緩沖區(qū)Buffer zone5 km緩沖帶5 km buffer strip10 km緩沖帶10 km buffer strip20 km緩沖帶20 km buffer stripFVC/%NPPFVC/%NPPFVC/%NPPFVC/%NPPFVC/%NPPFVC/%NPP森林生態(tài)系統(tǒng)類型Forest ecosystem type0.09-0.54 0.05-0.99 0.05-0.92 0.08-0.83 0.10-0.76 0.12-0.55 草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型Grassland and meadow ecosystem type0.652.26 0.511.73 0.521.94 0.592.07 0.561.99 0.501.88 荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型Desert ecosystem type-0.01-0.05 0.010.04 0.060.06 0.030.04 0.040.05 0.050.06 內(nèi)陸濕地和水域系統(tǒng)類型Inland wetlands and water system type0.10-0.12 0.10-0.07 0.04-0.11 0.10-0.10 0.10-0.11 0.12-0.10 海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型Marine and coastal ecosystem type0.39-0.71 0.22-0.28 0.34-0.42 0.27-0.02 0.290.04 0.320.04 野生動物類型Wild animal type0.060.11 0.060.04 0.020.07 0.050.16 0.050.19 0.060.27 野生植物類型Wild plant type0.04-0.09 0.06-0.48 0-0.22 0.09-0.38 0.12-0.46 0.13-0.57 地質(zhì)遺跡類型Geological relics type0.12-1.63 0.14-1.71 0.19-0.75 0.21-0.83 0.26-0.70 0.27-0.67 古生物遺跡類型Paleontological vestiges type0.03-1.65 -0.03-2.88 -0.20-3.98 0.04-2.21 0.07-2.01 0.13-1.52 全部Total0.07-0.10 0.04-0.08 0.05-0.13 0.07-0.15 0.08-0.16 0.10-0.12

FVC：植被覆蓋度 Fractional vegetation coverage,NPP：凈初級生產(chǎn)力 Net primary production

近15年,國家級自然保護區(qū)的植被凈初級生產(chǎn)力則主要表現(xiàn)為下降趨勢,特別是5—10 km緩沖帶(圖4,表2)。其中,內(nèi)陸濕地與水域系統(tǒng)類型、海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型的核心區(qū),森林生態(tài)系統(tǒng)類型和地質(zhì)遺跡類型的試驗區(qū),古生物遺跡類型的緩沖區(qū),植被NPP下降趨勢最明顯。然而,草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型、荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型和野生動物類型等保護區(qū)的NPP則表現(xiàn)為增加趨勢。

2.4 人類活動對國家級自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務的影響分析

2000—2015年,國家級自然保護區(qū)核心區(qū)與保護區(qū)外緩沖帶的平均生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量呈現(xiàn)微弱增加趨勢,而保護區(qū)試驗區(qū)和緩沖區(qū)呈現(xiàn)減少趨勢(表3)。其中,森林生態(tài)系統(tǒng)類型、野生植物類型保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量皆增加,草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型、野生動物類型、地質(zhì)遺跡類型多表現(xiàn)為增加；荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型、內(nèi)陸濕地與水域系統(tǒng)類型保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量皆減少,海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型、古生物遺跡類型多表現(xiàn)為減少。

近15年,國家級自然保護區(qū)各分區(qū)和保護區(qū)外緩沖帶的生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量皆呈現(xiàn)較為明顯的增加趨勢(表3),特別是地質(zhì)遺跡類型、森林生態(tài)系統(tǒng)類型、內(nèi)陸濕地與水域系統(tǒng)類型保護區(qū)。古生物遺跡類型保護區(qū)則表現(xiàn)為下降趨勢。

圖5 2000—2015年國家級自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)與土壤保持服務變化空間分布Fig.5 The spatial distribution of water conservation and soil conservation changes in the national nature reserves in 2000—2015

區(qū)域核心服務森林生態(tài)系統(tǒng)類型草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型內(nèi)陸濕地和水域系統(tǒng)類型海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型野生動物類型野生植物類型地質(zhì)遺跡類型古生物遺跡類型全部核心區(qū)水源涵養(yǎng)0.03 0.04 -0.01 -0.02 0.11 0.02 0.0030.08 0.03 0.002土壤保持0.58 0.25 0.08 0.41 0.03 0.31 0.0010.24 -0.04 0.33 試驗區(qū)水源涵養(yǎng)0.02 0.09 -0.01 -0.02 0.18 -0.03 0.03 0.06 -0.13 -0.01 土壤保持0.50 0.32 0.05 0.36 0.06 0.04 -0.02 1.17 -0.52 0.14 緩沖區(qū)水源涵養(yǎng)0.02 -0.09 -0.02 -0.12 -0.86 0.02 0 -0.12 -0.08 -0.02 土壤保持0.44 0.29 -0.05 0.15 0.06 0.23 -0.07 1.18 -0.36 0.13 5 km緩沖帶水源涵養(yǎng)0.03 0.03 -0.01 -0.03 -0.60 0.01 0.0020.03 -0.07 0.004土壤保持0.54 0.33 0.02 0.33 0.15 0.32 0.11 0.70 -0.34 0.27 10 km緩沖帶水源涵養(yǎng)0.03 0.04 -0.01 -0.03 -0.40 0.01 0.0020.05 -0.07 0.002土壤保持0.57 0.40 0.02 0.32 0.13 0.42 0.20 0.90 -0.34 0.33 20 km緩沖帶水源涵養(yǎng)0.03 0.04 -0.01 -0.02 -0.16 0.02 -0.05 0.03 -0.08 0.01 土壤保持0.62 0.50 0.03 0.30 0.17 0.52 0.30 0.98 -0.34 0.39

3 討論與結(jié)論

本文分析了不同類型國家級自然保護區(qū)以及自然保護區(qū)不同區(qū)域2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和關(guān)鍵服務的時空變化特征,量化了人類活動并分析了這些人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的正向和負向作用。得到主要結(jié)論如下：

(1)國家級自然保護區(qū)明顯的土地覆蓋變化表明存在不同程度的人類活動,總體表現(xiàn)為保護區(qū)外比保護區(qū)內(nèi)劇烈,說明自然保護區(qū)對生態(tài)系統(tǒng)具有明顯保護作用。濕地面積凈增加281 km2,林地、草地面積凈減少145.8 km2和1531.5 km2,反映了濕地保護、退田還湖等措施的積極作用,然而退耕還林、退牧還草局限于部分保護區(qū)。農(nóng)田開墾、居民點修建、工礦建設(shè)、能源資源開發(fā)等人類活動對保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響,草地和濕地開墾導致耕地面積凈增加894.8 km2,濕地開發(fā)從而新增水庫坑塘面積290.4 km2,侵占草地為主的城鎮(zhèn)居民點與工礦建設(shè)用地擴張達到51.3 km2和169.1 km2。

(2)森林生態(tài)系統(tǒng)類型國家級自然保護區(qū)內(nèi)的土地覆蓋變化遠遠低于保護區(qū)外,退耕還林等具有正面作用而同時其工礦建設(shè)等也有所增強。草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型核心區(qū)與緩沖區(qū)人類活動極少,然而實驗區(qū)和緩沖帶耕地面積增加、草地面積減少,說明草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)有待加強保護力度。荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型的草地、沙地及其他未利用地的面積大幅減少,而耕地、水庫坑塘、城鎮(zhèn)居民點和工礦建設(shè)用地的面積皆增加,說明人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的負面作用較大。內(nèi)陸濕地和水域系統(tǒng)類型的濕地、林地和草地面積皆減少,說明該類型保護區(qū)有待加強保護力度。海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型的圍海造地影響較大。野生動物類型的人類活動以農(nóng)田開墾為主,需要遏制。野生植物類型、地質(zhì)遺跡類型和古生物遺跡類型保護成效較好。

(3)國家級自然保護區(qū)的植被覆蓋度主要呈現(xiàn)上升趨勢,特別是草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型、海洋和海岸生態(tài)系統(tǒng)類型、野生動物類型的保護區(qū)；植被NPP主要表現(xiàn)為下降趨勢,然而草原與草甸生態(tài)系統(tǒng)類型、荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型和野生動物類型等保護區(qū)的NPP則表現(xiàn)為增加趨勢；保護區(qū)核心區(qū)與緩沖帶的平均生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量呈現(xiàn)微弱增加趨勢,而試驗區(qū)和緩沖區(qū)呈現(xiàn)減少趨勢；生態(tài)系統(tǒng)土壤保持皆呈現(xiàn)較為明顯的增加趨勢。

(4)氣候變化是自然保護區(qū)植被覆蓋度微弱上升、凈初級生產(chǎn)力下降、生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量微弱增加、土壤保持量明顯增加的主要原因,人類活動僅在局部對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

雖然我國自然保護區(qū)的數(shù)量與面積、發(fā)展速度均已經(jīng)達到國際前列,但是現(xiàn)行管理體制以及相關(guān)法規(guī)制度的缺失,使得人類活動對保護區(qū)的干擾不斷,制約了保護區(qū)成效的發(fā)揮。因此,為了推動我國自然保護區(qū)體系的完善和保護作用的發(fā)揮,需要統(tǒng)一保護區(qū)體系及其標準,完善自然保護區(qū)相關(guān)的法律制度,積極開展保護區(qū)的基礎(chǔ)科學研究。