王成武，張 旭，汪宙峰，靳 鑫，洪 星

西南石油大學地球科學與技術學院，四川 成都610500

引言

2019 年，中共中央印發(fā)了《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》，提出要全面建設中國特色自然保護地體系，明確了自然保護地的功能定位、創(chuàng)新機制、管理措施，規(guī)定了階段性的任務。為落實這一指導意見，我國自然保護地的研究工作需要進一步加強，特別是應加強對自然保護地空間格局分布及時間演化特征方面的基礎研究。通過對自然保護地時空分布演化的分析，不僅能夠全面理清現(xiàn)有自然保護地的空間分布特征，還可以了解其變化趨勢[1]。

根據(jù)世界自然保護聯(lián)盟（International Union for Conservation of Nature,IUCN）的分類標準，地質(zhì)公園與自然保護區(qū)均屬于自然保護地范疇[2-3]。地質(zhì)公園是具有特殊地質(zhì)科學意義的自然區(qū)域，它由具有稀有的自然屬性和較高的美學觀賞價值的地質(zhì)遺跡構(gòu)成，同時融合了其他自然與人文景觀。由于地質(zhì)公園是地質(zhì)遺跡景觀和生態(tài)環(huán)境的重點保護區(qū)域，是地質(zhì)科學研究與普及基地，同時兼具接待游客的功能，因此，2000 年，中國成立了國家地質(zhì)公園評審委員會和國家地質(zhì)公園領導小組，同步開展地質(zhì)公園的申報審批工作[4]。同時，中國生物多樣性的豐度長期位于世界前列[5]，然而近年來，由于人類活動的影響，生物多樣性逐漸降低，目前已成為備受關注的生態(tài)問題之一[6]。從1956 年我國開始建立自然保護區(qū)以保護自然資源環(huán)境和生物多樣性以來，我國自然保護區(qū)的數(shù)量與面積增長迅速，逐漸形成了多類型、多層級的自然保護區(qū)體系[7]。各類自然保護區(qū)的建立，有效緩解了生態(tài)系統(tǒng)退化的問題，同時也避免了珍稀瀕危物種的滅絕[8-9]。由于地質(zhì)公園與自然保護區(qū)都具有重要的生態(tài)環(huán)境保護功能，因此可將二者統(tǒng)稱為生態(tài)功能類自然保護地。

目前，我國學者已對自然保護地的空間分布特征進行了多方面的探索。從研究范圍來看，多數(shù)集中在全國尺度或者地級市尺度，以省級尺度進行研究的較少；從研究對象來看，多數(shù)學者以單一的保護地類型進行研究，如國家濕地公園[10]、國家森林公園[11]、國家級自然保護區(qū)[12]、國家級風景名勝區(qū)[13]、國家水利風景區(qū)[14]、國家礦山公園[15]、國家地質(zhì)公園[2]、A 級旅游景區(qū)[16-17]等，這些研究雖偶有針對兩種保護地類型空間分布特征的比較，但鮮有分析地質(zhì)公園和自然保護區(qū)兩種生態(tài)功能類保護地的空間分布。在研究方法上，多采用數(shù)理模型和GIS 分析技術進行定量分析。

基于上述情況，本研究擬采用多種地理方法探究四川省行政區(qū)內(nèi)生態(tài)功能類自然保護地的時空分布演變特征并對其影響因素進行定性分析，以為四川省制定合理的自然保護地空間規(guī)劃方案、提升自然保護地的生態(tài)功能、響應國家公園體系建設提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 四川省概況

四川省位于中國西南地區(qū)，介于東經(jīng)92.35°～108.20°和北緯26.05°～34.32° 之間，幅員遼闊，土地面積48.6 萬平方千米，與重慶、貴州、云南、西藏、青海、甘肅、陜西等7 ?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）接壤。全省地貌東西差異大，地形復雜多樣，位于我國大陸地勢三大階梯中的第一級和第二級交界處，高差懸殊，具有明顯的西高東低特點：西部為海拔4 000 米以上的高原、山地；東部為海拔1 000 米到3 000 米不等的盆地、丘陵。此外，不同的區(qū)域具有不同的氣候特征，如：四川盆地為亞熱帶濕潤氣候，川西南山地為亞熱帶半濕潤氣候，川西北為高山高原高寒氣候。地形以及氣候的多樣性，在四川省內(nèi)形成了多種地質(zhì)地貌景觀和豐富珍稀的自然資源，為保護這些珍貴的自然資源，四川省建立了相應類型的保護地。

1.2 數(shù)據(jù)來源

四川省地質(zhì)公園和自然保護區(qū)數(shù)據(jù)來源于中華人民共和國自然資源部、中華人民共和國生態(tài)環(huán)境局、中國自然保護區(qū)標本資源共享平臺以及四川省自然資源廳公布的地質(zhì)公園名錄和自然保護區(qū)名錄。位置信息通過高德開發(fā)平臺搜索相應的自然保護地名稱獲取?；谒鸭降臄?shù)據(jù)及資料，建立四川省生態(tài)功能類自然保護地數(shù)據(jù)庫，內(nèi)容包括保護地名稱、保護地類型、確立年份。四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布情況如圖1 所示。

1.3 研究方法

圖1 2015 年四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布圖

為全面了解四川省生態(tài)功能類自然保護地的空間分布格局現(xiàn)狀及其演化特征，本研究利用計量地理學和GIS 空間分析方法，探求四川省生態(tài)功能類自然保護地的空間集聚型特征、均衡性特征、密度分布及其重心遷移軌跡。具體而言，主要采用了平均最近鄰指數(shù)、基尼系數(shù)、核密度分析方法、平均中心方法來進行衡量與計算。

1.3.1 平均最近鄰指數(shù)

平均最近鄰指數(shù)用于判別空間要素間的集聚情況，其通過計算“平均觀測距離”與“預期平均距離”的比率來實現(xiàn)。平均觀測距離是實際觀測的近鄰要素間的平均距離，預期平均距離是假設隨機分布中的近鄰要素間的平均距離。如果指數(shù)小于1，所表現(xiàn)的模式為聚類；如果指數(shù)大于1，則所表現(xiàn)的模式趨向于離散或競爭。其理論公式如下：

其中：ANN為最近鄰比率；為平均觀測距離，為期望平均距離，di為自然保護地i到其最近鄰自然保護地之間的測量距離，n為自然保護地的數(shù)量，A為研究區(qū)域面積。當ANN≥1 時，自然保護地為隨機分布；當ANN＜1 時，自然保護地為集聚分布。

1.3.2 基尼系數(shù)

基尼系數(shù)原本是經(jīng)濟學用于衡量一個國家或地區(qū)居民收入差距的常用指標。本研究中，基尼系數(shù)用來度量四川省21 個地市州所擁有的生態(tài)功能類自然保護地數(shù)量的差距，其公式如下[18]：

其中：Gini 代表基尼系數(shù)，l為四川省地市州數(shù)量21，Wi為累計數(shù)量占總數(shù)量的比重。Gini 的值介于0～1 之間，其值越小，代表四川省21 個地市州擁有的自然保護地數(shù)量越平均，差距越小；反之亦然。

1.3.3 核密度分析

核密度反映了要素在一定區(qū)域內(nèi)的具體空間分布狀況。本研究通過分析生態(tài)功能類自然保護地的核密度，可以得出其具體的分布情況。核密度的計算公式如下：

其中：k稱為核密度函數(shù)；h＞0，為帶寬；m是在帶寬范圍內(nèi)的已知自然保護地數(shù)目；x?X1表示自然保護地點x到事件X1處的距離。

1.3.4 重心分布軌跡

應用重心研究物質(zhì)能量的遷移是地學分布研究中的常用方法[19]。由于每一個地質(zhì)公園與自然保護區(qū)相較于整個四川省而言面積較小，其在空間上的表達可被認為是點狀要素，是一種均質(zhì)分布，因此不需要將權(quán)數(shù)納入考慮范圍。重心理論公式如下：

其中：Xi、Yi代表該年度自然保護地分布重心的經(jīng)緯度坐標，n為該年度自然保護地數(shù)量的總和，xi、yi為第i個自然保護地的經(jīng)緯度坐標。

2 四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的演化特征

2.1 空間分布的類型變化

本研究利用ArcGIS10.2 中的“平均最近鄰要素”工具對四川省1965 年至2015 年每10 年確立的生態(tài)功能類自然保護地進行統(tǒng)計計算，結(jié)果如表1 所示。通過對表1 的分析可知：目前四川省生態(tài)功能類自然保護地的空間分布類型以集聚型為主。當然，在研究時間范圍內(nèi)，空間分布包含隨機和集聚兩種類型：1975 年之前為集聚分布，1975—1995年為隨機分布，1995 年之后轉(zhuǎn)變?yōu)榧鄯植?。也就是說，四川省生態(tài)功能類自然保護地的空間分布集聚程度變化幅度較大。通過對最鄰近比率ANN進行分析可知：1965—1975 年，ANN遠小于1，表明在這期間，四川省生態(tài)功能類自然保護地在空間上呈顯著集聚分布。究其原因，這是由于在1975年前僅有6 個自然保護區(qū)被確立，且都分布在阿壩州及其周邊地區(qū)，自然保護區(qū)之間的距離較近。1975—2000 年期間，四川省生態(tài)功能類自然保護地開始有了明顯的發(fā)展，各地市州均相繼確立了一些自然保護區(qū)，此時間范圍內(nèi)的自然保護地空間分布情況呈現(xiàn)出隨機性。2000 年后，四川省內(nèi)多處國家地質(zhì)公園相繼被確立，其自然保護地的空間分布狀況開始向集聚型發(fā)展，最鄰近比率ANN也從最高值1.14 緩慢下降到目前的0.81，并具有繼續(xù)緩慢下降的趨勢。

表1 四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的平均最近鄰指數(shù)表

2.2 空間分布的均衡性變化

按照四川省21 地市州擁有的生態(tài)功能類自然保護地數(shù)量由低到高排序，計算每個地市州的自然保護地數(shù)量占四川省總數(shù)量的比重，并帶入基尼系數(shù)公式計算，可以得出每10 年的基尼系數(shù)。結(jié)果如表2 所示。

表2 基尼系數(shù)分級結(jié)果

根據(jù)表2 的基尼系數(shù)可以看到，四川省生態(tài)功能類自然保護地在21 個地市州的空間均衡度差距在逐漸減小。同時，基尼系數(shù)的值都大于0.4，可見四川省21 個地市州所擁有的生態(tài)功能類自然保護地數(shù)量差距明顯。具體來講，1965 年基尼系數(shù)為0.905，表明該時期四川省生態(tài)功能類自然保護地的空間分布差距懸殊；2015 年基尼系數(shù)為0.492，接近0.4，代表四川省生態(tài)功能類自然保護地在該時期的空間分布接近相對合理，但差距仍然較大。從均衡程度類型來看，1965—2015 年的均衡度變化呈現(xiàn)出從差距懸殊到差距較大趨勢，目前正逐漸向相對合理方向發(fā)展。

具體而言，四川省生態(tài)功能類自然保護地的空間分布均衡度演化過程可概括為兩個時間段和一個時間轉(zhuǎn)折點：兩個階段分別為1965—1975年和1975 年至今，一個轉(zhuǎn)折時間點為1975 年。1965—1975 年屬于無變化階段。在此期間，經(jīng)過10 年的發(fā)展，基尼系數(shù)值僅下降了0.007，說明四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布均衡程度幾乎沒有發(fā)生變化。

從1975 年開始，四川省生態(tài)功能類自然保護地穩(wěn)定地向絕對平均發(fā)展，基尼系數(shù)值每10 年下降0.1，不均衡程度不斷下降。2005 后，基尼系數(shù)更是從“差距懸殊”變?yōu)椤安罹噍^大”，并具有繼續(xù)下降的趨勢。

2.3 空間分布的密度變化

利用ArcGIS10.2，本研究對1965 年至2015 年間四川省每10 年的生態(tài)功能類自然保護地空間分布狀況做核密度分析，得到其密度演化圖（圖2）。從圖2 可以看出：四川省生態(tài)功能類自然保護地具有明顯的階段性核密度變化特征。

圖2 四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的密度演化

1965—1975 年期間為單主核分布格局，高密度區(qū)域數(shù)量基本保持不變。1965 年，四川省被確立的自然保護地僅有6 處，分布在阿壩州北部區(qū)域以及成都、雅安、阿壩交匯處，同時在三地交界區(qū)域形成一個高密度主核。到了1975 年，四川省僅增加了1處生態(tài)功能類自然保護地，即白水河自然保護區(qū)，位于成都市北端，加速了成都市密度主核的形成。

1975—1985 年期間為單主核分布格局，高密度區(qū)域數(shù)量不斷增加。1975 年之后，四川省自然保護地數(shù)量開始逐漸增多，具有穩(wěn)定發(fā)展的趨勢，并形成了多個高密度區(qū)域，是以后自然保護地密度變化的主要地區(qū)，具體集中在綿陽—阿壩區(qū)域、廣元市、樂山市以及甘孜州。其中，綿陽—阿壩區(qū)域呈現(xiàn)出發(fā)展成為第二個密度主核的趨勢。

1985—1995 年期間形成了雙主核分布格局，高密度區(qū)域數(shù)量平穩(wěn)增加。1995 年，阿壩—綿陽區(qū)域生態(tài)功能類自然保護地數(shù)量發(fā)展迅猛，形成了穩(wěn)定的、高密度的自然保護地分布高密度核心。同時，原先的成都—阿壩—雅安三地交匯處的高密度主核區(qū)域向東北方向發(fā)生小距離的遷移，演變成以成都—阿壩—德陽三地交匯區(qū)域為生態(tài)功能類自然保護地的高密度分布主核區(qū)域并趨于穩(wěn)定。其他各地市州（如達州、廣元、攀枝花、樂山、宜賓、瀘州等）高密度區(qū)域也在不斷擴張，說明四川省生態(tài)功能類自然保護地的數(shù)量在不斷地增加并逐漸在空間上趨于平衡發(fā)展。至此，以雙密度主核為引領、多個區(qū)域共同發(fā)展的四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布格局初步形成。

1995—2005 年期間為雙主核為引領、多個高密度片區(qū)共存的格局，同時高密度區(qū)域開始爆發(fā)式增長。從2000 年開始，四川省生態(tài)功能類自然保護地數(shù)量開始爆發(fā)式增長，一系列的地質(zhì)公園與自然保護區(qū)被確立。成都—阿壩—德陽和綿陽—阿壩兩高密度主核區(qū)域范圍不斷擴張，其他高密度區(qū)域繼續(xù)擴大，并與周圍的其他高密度區(qū)域逐漸相連，從單獨的高密度區(qū)域向高密度片區(qū)發(fā)展。甘孜州、雅安地區(qū)從原先零星分布的高密度區(qū)域發(fā)展成了甘孜東西高密度片區(qū)以及雅安南北高密度片區(qū)。同時，川東北、川東南區(qū)域的生態(tài)功能類自然保護地高密度區(qū)域也逐漸開始擴張。

2005—2015 年期間為多核、多片區(qū)帶分布格局，高密度區(qū)域穩(wěn)定快速發(fā)展。原成都—阿壩—德陽高密度主核與阿壩—綿陽高密度主核的區(qū)域范圍繼續(xù)擴大，并逐漸擴展到廣元地區(qū)。另外，原甘孜東西高密度片區(qū)與雅安南北高密度片區(qū)繼續(xù)擴大并發(fā)展成為新的高密度核，并與另外兩個高密度核相連。四川省形成了環(huán)四川盆地的高密度核區(qū)域。川南地區(qū)、川東南地區(qū)以及川東地區(qū)也逐漸形成了生態(tài)功能類自然保護地分布高密度片區(qū)帶。至此，四川省生態(tài)功能類自然保護地形成了以環(huán)四川盆地的高密度核區(qū)域與高密度片區(qū)帶為主導，川西、川西南地區(qū)高密度片區(qū)呈帶狀的空間分布格局。

2.4 空間分布的重心遷移變化

運用ArcGIS10.2，本研究對四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的重心以及四川省的幾何中心進行分析，并計算每一年自然保護地重心相對于四川省幾何中心的偏移距離，結(jié)果如表3 所示。

表3 四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的重心參數(shù)

根據(jù)表3 的重心遷移軌跡可以發(fā)現(xiàn)，四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的重心呈現(xiàn)出向西南、東南方向遷移的階段性特征，總體趨勢則為向南遷移。具體來講，1965—1985 年，重心由綿陽市北川羌族自治縣向西南方向遷移至阿壩州理縣；1985—1995 年，重心由阿壩州理縣向東南方向遷移至阿壩州汶川縣；1995—2015 年，重心再次向西南方向移動，最終到達成都市崇州市。

同時，在研究時間范圍內(nèi)，四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的重心區(qū)域較為穩(wěn)定，主要分布在三縣一市：三縣分別為北川羌族自治縣、理縣和汶川縣，一市為崇州市。另外，重心坐標數(shù)值的范圍區(qū)間不大，說明四川省生態(tài)功能類自然保護地呈現(xiàn)集中分布的特點。從每10 年的空間重心分布坐標數(shù)據(jù)來看，1965—2015 年間的重心坐標均在103.981 7°E ～103.355°E、32.011 7°N～30.791 2°N范圍變動。與四川省幾何中心（104.433 8°E、32.234 1°N）相比，自然保護地的重心坐標均在四川省幾何中心的西北方向，東西方向偏移最大的年份為1985 年，南北方向偏移最大的年份為1965 年。從偏移距離來看，四川省每10 年的生態(tài)功能類自然保護地的重心與四川省幾何中心都較為接近，偏移距離最大年份在1965 年，為208.267 6 千米；最小的則在2015 年，為120.584 3 千米。偏移距離逐年下降，說明四川省生態(tài)功能類自然保護地的分布重心正在逐漸向四川省幾何中心靠近。

3 四川省生態(tài)功能類自然保護地空間分布的影響因素

3.1 自然資源因素

從自然資源稟賦上來看，四川省位于我國地勢三大階梯中的第一級和第二級交界處，地形復雜多樣：東部是完整的四川盆地，西部是高山、高原，西南部是中山、寬谷、山原和盆地。三者地勢高差懸殊，地貌特征差異明顯，具有建立自然保護地的有利條件。在盆地地區(qū)，底部低陷，海拔200～700 米；盆周山地挺立，海拔1 500～3 000 米；兩列北東向山脈（龍泉山和華鎣山）將盆底分為盆西平原、盆中丘陵和盆東平行嶺谷三個次級單元。盆周山地的構(gòu)造基礎是盆地邊緣褶皺斷裂帶，山地中河流切割較強，地貌成層現(xiàn)象明顯，在碳酸鹽巖出露處，發(fā)育出各種喀斯特地貌[20]。這種特殊的地質(zhì)構(gòu)造造就了自然保護地空間分布的基礎。具體來看，川東地區(qū)自然保護地的空間分布呈現(xiàn)出明顯的環(huán)四川盆地的高密度分布格局。川西地區(qū)海拔多在4 000 米以上，地勢高亢，高原為高山鑲嵌，高山夾持著高原。谷地、山原、高山、冰川、湖泊、高寒喀斯特地貌等豐富的自然資源是川西自然保護地建立的基礎，但在空間分布上并無明顯特征。川西南地區(qū)多為中山、寬谷、山原和盆地，海拔1 000～4 000 米，地勢北高南低。山地多為南北向分布，山地中河谷深切，發(fā)育出斷陷谷地與斷陷盆地。這種南北走向的地貌結(jié)構(gòu)是川西南地區(qū)自然保護地空間分布呈南北走向分布的主要原因。

3.2 社會經(jīng)濟發(fā)展概況

從社會經(jīng)濟發(fā)展來看，川東盆地地區(qū)有利于人們生活生產(chǎn)，是四川人口分布最為密集的區(qū)域，但是生態(tài)環(huán)境破碎化嚴重，因此只能建立大量的小塊保護地。這是川東地區(qū)保護地數(shù)量密集的重要原因。同時，由于川東盆地地區(qū)人類活動頻繁，大量人文保護地也一同發(fā)展，由此也增加了此地區(qū)自然保護地的數(shù)量。另外，由于生態(tài)功能類自然保護地兼具生態(tài)環(huán)境保護和游客接待功能，需要與人口密集區(qū)有合適的距離[21]，故環(huán)川東盆地地區(qū)是最適合做到既能有效保護自然資源又能合理開發(fā)的自然保護地建設區(qū)域。

4 結(jié)語

4.1 基本結(jié)論

本研究基于1965—2015 年間四川省生態(tài)功能類自然保護地時空截面數(shù)據(jù)，運用計量地理學以及GIS 空間分析等方法，以每10 年的變化為研究時間節(jié)點，探究了四川省的地質(zhì)公園和自然保護區(qū)這兩種生態(tài)功能類自然保護地的空間分布類型、空間分布均衡度、空間分布密度及其演化特征，同時也分析了自然保護地的重心遷移過程及規(guī)律，并在此基礎上分析了影響該空間格局演化的主要因素。希望本研究成果能加強各界對四川省生態(tài)功能類自然保護地現(xiàn)狀的認識，同時，也可為四川制定合理的自然保護地體系規(guī)劃方案、促進國家公園體系建設提供一定的參考。

4.2 對未來研究的建議

本研究利用多種地理學方法定量分析了四川省生態(tài)功能類自然保護地的空間分布及其演化特征，但理論分析較為欠缺，定性分析內(nèi)容較少，需在后續(xù)研究中采用定性定量相結(jié)合的方式進一步探討。在對影響因素的分析中，定性方面的分析較多，定量分析的內(nèi)容較少，缺乏利用回歸分析等定量方法對四川省生態(tài)功能類自然保護地分布演化現(xiàn)象的深層原因進行挖掘，有待開展進一步的研究加以完善。