基于生态服务功能和人类足迹的自然保护区分类

黄木娇, 杨 立, 唐小平, 李学武, 栾晓峰

(1.北京林业大学自然保护区学院，北京 100083；2.国家林业局调查规划设计院，北京 100714)

自然保护区是我国最重要的自然保护载体[1].截至2015年底，我国已建立自然保护区2 740个，占全国陆域面积的14.8%[2].然而，建立自然保护区并不能确保生物多样性得到长期的保护，实现保护目标的关键在于实施有效的管理[3]，而科学合理的自然保护区分类体系是有效管理的前提和基础.

我国现有的分类标准沿用早期的分类依据[8]，即根据保护对象的自然属性将自然保护区划分为3个类别9个类型[6-8].该方法较稳定，操作简便.但随着我国自然保护区建设由数量型向质量型转变，该分类标准逐渐呈现出类别不明[9]、管理目标不明确、性质混乱、多重功能难以充分发挥等局限性[10]，而且它无法体现不同自然保护区的重要程度，从而削弱保护成效.自国际自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature and Natural Resources, IUCN)保护地分类指南出版以来[11-12]，我国自然保护区类型划分重点逐步转为基于管理目标的分类[13-21].夏友照等[19]建议将自然保护区分为4种类型，分别是严格保护类、栖息地/物种管理类、自然公园类和多用途类.环境保护部建议将自然保护区划分为3类，分别与IUCN的严格保护地、国家公园和资源管理类相似[21].现有研究主要应用聚类分析法对类型进行定性描述，定量分类研究较少[17-18].该方法在指标的选择和评估方面主要依赖定性描述和专家打分，具有一定的主观性[17]，样本量及聚类方法的选择也会对聚类结果产生影响[18]，难以反映实际情况，推广性弱.

划分自然保护区管理类型，即对自然保护区进行功能定位，并协调保护和利用的关系.作为生态系统服务功能的主体，自然保护区在生物多样性保护、水源涵养、保障区域生态安全等方面发挥着重要作用.因此，准确定位自然保护区的生态服务功能有利于明确管理目标，确定管理方向，从而发挥自然保护区的最大功能，实现有效管理[22].我国早期自然保护区实行抢救式建设，其中一部分并非真正意义上的生态保护关键区[23]，在经济发展的冲击和统一的严格保护管理方式下，保护与利用的矛盾日益加剧[24]，制约着自然保护区的发展.可见，当前无差别的管理方式已无法满足自然保护区可持续发展的需求，应当充分考虑人类影响和生态功能发挥，探索保护与社区发展共赢的自然保护区管理模式，以此制定分类标准，并明确相应的管理目标.为此，本研究基于自然保护区管理目标，借助生态服务功能重要性、人类足迹数据及现有分类体系对我国自然保护区进行重新分类，以期为完善我国自然保护区体系，提高管理效率提供参考.

1 研究方法

1.1 数据来源

自然保护区基本信息来自环境保护部公布的《2015年全国自然保护区名录》[25]，国家级自然保护区矢量数据基于国家级自然保护区综合科考报告和总体规划获取最新规划图，再对其边界进行数字化，省级和市县级自然保护区矢量数据来自世界保护地数据库(WDPA，2017)和国家标本平台(http://www.nsii.org.cn/)，再对两者进行交叉验证以确定保护区范围.生态服务功能重要性数据来自中国科学院生态环境研究中心的中国生态功能区划数据库[26]，包括水源涵养功能重要性、防风固沙功能重要性、土壤保持功能重要性、生物多样性维持与保护功能重要性5个栅格数据.人类足迹数据来自哥伦比亚大学社会经济数据及应用中心(SEDAC)[27]，可有效度量自然保护区内及周边人类影响程度[28-29].自然保护区矢量数据为实时更新数据，生态系统服务功能和人类足迹数据截至2005年.

1.2 分类方法

对我国自然保护区总体规划中的管理目标进行整理，将其归纳为生物多样性保护、生态安全维持、物种及栖息地保护、生态系统保护及游憩、自然特征保护和资源的可持续利用6个管理目标，分别对应生物多样性保护类(Ⅰ)、生态安全管理类(Ⅱ)、栖息地及物种管理类(Ⅲ)、自然景观类(Ⅳ)、自然遗迹类(Ⅴ)和资源管理类(Ⅵ)自然保护区.

参考中国生态功能区划数据库[26]将生态服务功能重要程度分为4个等级，分别是极重要、重要、中等重要和一般地区.根据ArcMap的自然间断点法将人类足迹分为5个等级：极低：0.00～15.57、较低：15.57～24.43、一般：24.43～31.71、较高：31.71～44.16、极高：44.16～71.72.

以管理目标为主要依据，结合生态服务功能重要性、人类足迹和现有分类体系对我国自然保护区进行重新分类.类型划分标准为：(1)生物多样性保护极重要/重要区域且人类足迹较低及以下的自然保护区划分Ⅰ类；(2)生态系统类中处于洪水调蓄、防风固沙、水源涵养和土壤保持功能极重要区域的自然保护区划分为Ⅱ类；(3)上述类型外的野生生物类型自然保护区划分为Ⅲ类；(4)上述类型外的生态系统类型中人类足迹一般及以下的自然保护区划分为Ⅳ类；(5)上述类型外的自然遗迹类自然保护区划分为Ⅴ类；(6)上述类型外的生态系统类型中人类足迹较高或极高的自然保护区划分为Ⅵ类.

1.3 数据处理

收集的数据包括自然保护区的名称、地区、类型、级别和面积大小，自然保护区生态服务功能和人类足迹数据在ArcGIS 10.2、Geospatial Modelling Environment、R、SPSS 23.0和Excel 2013进行数据提取和统计分析.统计结果进行单因素方差分析及Q检验，分析生态服务功能和人类足迹在不同地区、级别、类型和规模的差异性以及新类型在生态服务功能和人类足迹方面的情况.

2 结果与分析

2.1 自然保护区生态服务功能重要性情况

位于生物多样性保护极重要、重要、中等和一般重要地区的自然保护区数量分别为56、167、184和337，各占样本量的7.53%、22.45%、24.73%和45.30%.其中生物多样性极重要和重要地区的保护区主要分布在四川(42个)、广西(36个)和云南(25个)(图1A)，以国家级和省级为主，主要保护对象为森林生态系统和野生动物(表1).不同地区、级别、类型和规模的自然保护区在生物多样性保护重要性方面差异极显著(P<0.01).广西自然保护区的生物多样性保护的重要性显著高于其他省份，青海和四川其次；华北和华东地区的自然保护区生物多样性保护重要性较低(图1A).野生动物类型自然保护区生物多样性保护价值最高，其次为森林生态系统和荒漠生态系统类型，生物多样性保护重要性较低的是古生物遗迹、海洋海岸和草原草甸类型；保护区级别和规模与生物多样性保护重要性呈正比(表1).

A:生物多样性保护极重要和重要地区的自然保护区分布情况及各省重要性均值;B:水源涵养极重要地区的自然保护区分布情况及各省重要性均值;C:防风固沙极重要地区的自然保护区分布情况及各省重要性均值;D:人类足迹极高和较高的自然保护区分布情况及人类足迹均值.图1 自然保护区高级别生态服务功能和人类足迹分布情况Fig.1 Ecological service function and human footprint in the nature reserves of various provinces

比较项位于生物多样性保护极重要和重要地区自然保护区个数比例/%均值样本标准偏差自然保护区级别国家级 14364.132.981.92省级 6026.912.881.93市级 62.692.081.47县级 146.282.301.67自然保护区类型野生动物 7031.393.271.98森林生态 11652.022.921.90荒漠生态 31.352.621.41野生植物 114.932.511.82内陆湿地 167.172.251.70地质遗迹 41.792.231.70海洋海岸 31.352.121.73古生物遗迹00.001.420.80草原草甸 00.001.000.00自然保护区规模特大型 52.243.431.48大型 2712.113.002.08中大型 13259.192.961.92中型 5223.322.711.84中小型 73.141.901.45

位于水源涵养极重要、重要、中等和一般重要地区的自然保护区数量分别为82、45、22和595，各占样本量的11.02%、6.05%、2.96%和79.97%.位于水源涵养极重要地区的保护区主要分布在陕西(18个)、内蒙古(13个)、黑龙江(6个)、四川(6个)和甘肃(5个)等重要水源地(图1B)，以国家级为主，主要保护对象为森林生态系统和野生动物(表2).不同级别自然保护区间的水源涵养重要性差异极显著(P<0.01)，级别越高，水源涵养重要性越高(表2)，在类型和规模上无极显著差异(P>0.01).

表2 各级别、类型和规模的自然保护区水源涵养重要性Table 2 Important value of water conservation for different levels, types and scales of nature reserves

位于防风固沙极重要、重要、中等重要和一般地区的自然保护区数量分别为50、30、94和570，各占样本量的6.72%、4.03%、12.63%和76.61%.防风固沙极重要地区的保护区主要分布在河北(15个)、北京(14个)和内蒙古(10个)(图1C)，以国家级和省级为主，主要保护对象为森林生态系统(表3).防风固沙重要性在类型和规模上差异极显著(P<0.01)，草原草甸和荒漠生态系统类型的防风固沙重要性显著高于其他类型，大型和特大型自然保护区防风固沙重要性显著高于面积较小的自然保护区.

表3 各级别、各类型自然保护区防风固沙重要性Table 3 Important value of windbreak and sand fixation for different levels, types and scales of nature reserves

位于土壤保持极重要、重要、中等重要和一般地区的自然保护区数量分别为2、31、145和566，各占样本总数的0.27%、4.17%、19.49%和76.08%.土壤保持极重要地区的保护区为甘肃铁木山和礼县香山，均为省级的森林生态系统类型自然保护区.土壤保持重要性在地区、级别和类型上差异极显著(P<0.01)，在规模上无显著差异(P>0.01).

位于洪水调蓄极重要、重要、中等重要和一般地区的自然保护区数量分别为：1、6、22和715个，各占样本量的0.13%、0.81%、2.96%和96.10%.位于极重要地区的为湖北洪湖自然保护区，为国家级的内陆湿地类型的自然保护区.

2.2 自然保护区人类足迹情况

自然保护区人类足迹等级划分情况为：极高24个，占样本量的3.23%；较高136个，占18.28%；一般258个，占34.68%；较低268个，占36.02%；极低58个，占7.80%.人类足迹极高和较高的自然保护区主要分布在辽宁(16个)、河北(13个)、四川(13个)和广东(11个)(图1D)，以国家级和省级为主，主要保护对象为森林生态系统、野生动物和内陆湿地(表4).人类足迹在地区、级别、类型和规模上差异极显著(P<0.01).我国东部沿海地区如山东、辽宁、江苏、天津和福建的自然保护区人类足迹较高，西部地区如四川、新疆、青海和西藏的自然保护区人类足迹较低(图1D)；古生物遗迹类型平均人类足迹最高，达到39.70±18.34，荒漠生态系统类型自然保护区最低，仅为17.88±12.95；自然保护区级别和规模与人类足迹呈负相关关系(表4).

2.3 自然保护区类型划分结果

从表5可得，自然景观类数量最多，生物多样性保护类面积最大.生物多样性保护类、物种及栖息地管理类和自然景观类保护区在数量和面积上均大于生态安全管理类、资源管理类和自然遗迹类.

2.3.1 生物多样性保护类 生物多样性保护类自然保护区主要分布在四川、广西和云南(图2A)，以中大型规模保护区(80.39%)为主，保护对象以森林生态系统(50.33%)和野生生物(35.95%)为主，具有极高的生物多样性和较低的人为干扰.主要管理目标是长期维持该区丰富的生物多样性和遗传资源，维持当地物种和生态系统不受干扰，并为科学研究、环境监测和教育提供自然环境的本底.对该区实行严格的管理，区内资源除环境监测和科学研究外不得用于其他用途，公众只能在经过审批后进入特定区域.生物多样性保护类代表性自然保护区有甘肃祁连山、广东南岭、广西大瑶山和弄岗、贵州雷公山、黑龙江呼中、湖南八大公山、四川雪宝顶和海子山、云南白马雪山和高黎贡山.

表4 各级别、类型、规模自然保护区人类足迹Table 4 Human footprint for different levels, types and scales of nature reserves

表5 自然保护区类型划分结果Table 5 Classification of nature reserves

2.3.2 生态安全管理类 生态安全管理类自然保护区位于洪水调蓄、防风固沙、水源涵养和土壤保持的极重要区域，主要分布在内蒙古自治区、东北、河北和新疆(图2B)，以中大型规模保护区(72.15%)为主，保护对象主要为森林生态系统(77.22%).主要管理目标是在维持生物多样性的基础上，更注重水源涵养等多种生态服务功能的发挥，为人们提供赖以生存和发展的自然生态环境条件.建议采取一定的人工措施以提高生态系统的调节能力，对生态调节情况进行长期评估和动态监测，对自然保护区内资源的利用采取必要的限制.代表性保护区有湖北洪湖、甘肃铁木山和礼县香山、河北围场红松洼和内蒙古赛罕乌拉等.

2.3.3 物种及栖息地管理类 物种及栖息地管理类自然保护区主要分布在四川、黑龙江和湖北(图2C).在面积上，新疆、西藏和甘肃较大.该类自然保护区的管理目标为保持和恢复珍稀濒危或有重要价值的动植物种群及其栖息地，允许采取积极的人工管理措施，在物种及其栖息地保护状况良好的前提下，可适度开展科研、教育、旅游和资源的可持续利用.代表性自然保护区有安徽铜陵淡水豚、甘肃盐池湾、广东惠东港口海龟、海南大田坡鹿和河南东寨等.

2.3.4 自然景观类 自然景观类自然保护区主要集中在黑龙江，云南和江西(图2D)，以中大型保护区为主(68.18%)，森林生态系统、内陆湿地、荒漠生态、海洋海岸、草原草甸类型分别占了78.51%、16.12%、3.31%、0.41%和1.65%.该类自然保护区拥有完整的生态系统，且受人类干扰较少，主要管理目标是在保持生态系统完整性和自然性的前提下为人们提供欣赏自然的机会，允许开展低强度的游憩活动，除了必要的旅游设施，不允许大型建设活动以及改变土地利用类型的农业生产活动.代表性自然保护区有安徽金寨天马和清凉峰，北京百花山、福建梁野山和梅花山、甘肃兴隆山和太子山、广西九万山、贵州威宁草海、海南尖峰岭、河北青崖寨和小五台山，河南宝天曼等.

A:生物多样性保护类自然保护区个数;B:生态安全管理类自然保护区个数;C:物种及栖息地管理类自然保护区个数;D:自然景观类自然保护区个数;E:自然遗迹类自然保护区个数;F:资源管理类自然保护区个数.图2 各类型自然保护区分布情况Fig.2 Distribution of various types of natural reserves

2.3.5 自然遗迹类 自然遗迹类自然保护区主要分布在东北三省、广东、内蒙古、天津和云南(图2E)，保护区规模差异较大，最小只有1.41 km2(湖南火岩)，最大的达1 008 km2(黑龙江五大连池).其管理目标是保护当地特殊的自然特征及相关的生物多样性，鼓励与当地自然特征有关的访问和游憩，并开展相关科研和监测活动.代表性自然保护区有福建深沪湾海底古森林遗迹、广东丹霞山和湖光岩、河南南阳恐龙蛋化石群，黑龙江茅兰沟和五大连池等.

2.3.6 资源管理类 资源管理类自然保护区主要分布在我国东部沿海地区、长江和黄河流域(图2F).在数量上，辽宁最多(10.26%)，广东和河北其次；在面积上，辽宁的面积最大(30.83%)，山东和湖南其次.以中型(38.46%)和中大型(48.72%)为主，主要保护对象为森林(56.41%)、内陆湿地(24.36%)和海洋海岸生态系统(15.38%).主要管理目标是在保护当地生态系统的前提下促进自然资源的可持续利用.采取积极的管理手段，帮助社区居民探索符合当地实际的资源利用模式，如可持续的采集、捕捞、狩猎、农业生产等，实现保护和利用的双赢，在管理中注重对资源的管理和监测.代表性自然保护区有广东省黄杨山和新港、吉林六顶山和鹿场、辽宁白清寨和大伙房水库水源、山东崂山、山西绵山和内蒙古白音敖包等.

2.3.7 生态服务功能和人类足迹类型显著性比较 单因素方差分析发现各类型自然保护区在生态服务功能和人类足迹方面差异极显著(P<0.01).生物多样性保护类自然保护区的生物多样性保护重要性显著高于其他类型(图3A)，生态安全管理类的水源涵养(图3B)和防风固重要性(图3C)显著高于其他类型.自然保护区的洪水调蓄和土壤保持重要性普遍较低，各类型之间没有显著差异(图3D、3E).资源管理类和自然遗迹类自然保护区的人类足迹显著高于其他类型，生物多样性保护类的人类足迹最低(图3F).

不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.01，Q检验)A:生物多样性保护重要性;B:水源涵养重要性;C:防风固沙重要性;D:洪水调蓄重要性;E:土壤保持重要性;F:人类足迹.图3 各类型自然保护区生态服务功能和人类足迹Fig.3 Ecological service function and human footprint of different types of nature reserves

3 讨论

在我国自然保护区数量和规模实现实质性增长的背景下，如何实现自然保护区的有效管理成为当前工作的重点.我国现有自然保护区分类标准无法充分体现保护区不同的管理目标，对所有自然保护区实行“严格的保护”，难以实现保护区的科学管理和保护成效的发挥.因此，本研究基于我国现有自然保护区分类体系，综合考虑自然保护区生态服务功能重要性和人类足迹情况，对我国自然保护区进行重新分类，并提出各类型的管理目标和管理方法.为弥补珍稀物种分布数据的不足[30]及增强保护区分类的实用性和推广性，部分类型的划分参考我国现有自然保护区类型.定量与定性相结合的分类方法存在一定的主观性，但与现有保护区分类方法相比，分类结果的可靠性有所增强，在对我国现有分类体系进行优化的同时避免了对我国现有类型造成大幅变动.新类型明确了各类型的管理目标和管理重点，有利于自然保护区管理效率的提高和不同功能的发挥，对我国自然保护区管理和保护体系优化具有实际指导作用.在管理上，在主管单位不发生改变的前提下，建议针对各个类型的自然保护区制定相应的管理标准，从而实现更好的监管和管理指导，并逐步引入政府委托第三方治理、联合治理等创新治理模式[31].

后续研究可集中于几点：(1)评估自然保护区对我国珍稀濒危物种的重要栖息地的保护绩效；(2)增强生态服务功能对自然保护区分类的代表性；(3)探讨物种及栖息地管理类、自然景观类和自然遗迹类自然保护区与我国国家公园的关系，及其能否作为我国国家公园体制建设的选址对象.

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