“三江并流”区自然保护区对生物多样性和生态系统服务的维持作用

封志雪，杨飞龄，周 键，张 晨，王一婷，武瑞东**

(1.云南大学 生态与环境学院，云南 昆明 650500；2.云南大学 国际河流与生态安全研究院保护生物地理学研究组，云南 昆明 650500)

自然生态系统维持着人类不可或缺的生物多样性和基本的生命支持服务[1].人类活动造成的土地利用变化、入侵物种扩散、气候变化和环境污染等，不断增加对自然生态系统的威胁，致使生物多样性和生态系统服务急剧丧失[2-3].生物多样性是人类社会生存和发展必不可少的基础，生物多样性逐步退化导致生态系统的物质生产力和结构稳定性遭到破坏，人类福祉也因此受到影响[4-5].生态系统服务是人类从生态系统中获得的各种惠宜，不仅包括为人类提供的食物，药品以及许多保障工农业生产的原料，更重要的是支持着生命物质的生物地化循环与水文循环，维持生物物种与遗传多样性[6].

采用就地保护途径，即建立自然保护区，不仅能有效地保护生物多样性，对确保生态系统服务的可持续供给也有着重大意义[7-8].“生物多样性公约”第十次缔约方大会通过了“2011—2020 年生物多样性战略计划”，确定了爱知生物多样性目标11：到2020 年，至少有17%的陆地与内陆水域，尤其是对生物多样性和生态系统服务特别重要的区域，应通过有效管理得到保护[9].目前，全球保护地网络持续扩大，已经覆盖了全球陆地面积的15%[10].在保护地数量与面积不断增加的同时，越来越多的学者开始关注现有保护地对生物多样性和生态系统服务的保护效率，在国家尺度[11-12]和区域尺度[13-14]上开展了大量研究.明确保护地系统在支持和维护生物多样性和生态系统服务的过程中所发挥的效用，对于有效实施生态保护与可持续社会发展战略具有重要指导意义[13].

“三江并流”区生态系统极其脆弱，属全球生物多样性保护热点地区，也是“中国生物多样性保护行动计划”中所列举的17 个关键地区之一[15].该区作为备受关注的世界自然遗产地，对于研究生态系统完整性、生物多样性和可持续发展都起着重要作用[16].据统计，截至2016 年12 月底，该地区建立了各种类型、不同级别（国家级、省级和市县级）的自然保护区24 处，总面积约9 760km2[17].与2001年相比，增加了6 处自然保护区，占“三江并流”区总面积比从11.96%增长至14.58%[18].然而，自然保护区数量与面积的逐步增加，并不意味着该地区的生物多样性和生态系统服务得到了有效的保护，区域现有保护区系统的空间分布不均，缺乏系统的顶层设计，在经济开发活动的驱动作用下，已建保护区大多分布在偏远、高海拔、地形复杂、人口稀少及经济价值很低的地区，导致区域的生态保护未能全面地覆盖生物多样性保护对象[11,13].

综上，本研究在识别生态系统服务关键区的基础上，结合已有研究生成的生物多样性保护优先区，在ARCGIS 10.3 软件中应用空间分析方法，将生物多样性与生态系统服务的空间分布数据和自然保护区边界数据进行叠加分析，评估“三江并流”区国家级和省级自然保护区对亟需保护的生物多样性和生态系统服务的维持作用，以期为该地区保护地网 络的系统规划提供参考.

1 研究区概况

2 数据来源及方法

2.1 数据来源

2.1.1 自然保护区数据 自然保护区边界分布数据来源于《2016 年云南省自然保护区年报》[17].由于中国大多数省级以下自然保护区没有明确的边界数据且缺乏有效管理[24]，本研究选取研究区的4 个国家级和8 个省级自然保护区，收集整理了保护区的数量、面积、行政区域、类型和主要保护对 象等数据.

2.1.2 生物多样性数据 采用植被类型、植物多样性优先保护区和荒野区作为代表性生物多样性保护对象.植被类型分布数据包括24 个亚型，来源于云南大学生态学与地植物研究所的1∶10 万植被图[25].植物多样性优先保护区数据来源于Ma等[26]通过以濒危物种和特有种建立植物多样性数据库，分析物种丰富度与栖息地空间格局之间的关系，评估得出的9 个植物多样性优先保护区域，分布于贡山县、玉龙县、香格里拉市、德钦县、大理市和福贡县内.荒野区数据来源于Lin 等[19]基于5 个指标（人口密度、自然度、破碎度、偏远性和坚固性）进行聚类分析，划分为10 个荒野度等级，并将荒野度等级为1 且面积≥1 km2的斑块选作荒野区.荒野区在迪庆州和怒江州分布面积大，分别占荒野区总面积的52.40%和35.60%，其次是丽江市（9.20%）和大理市（2.80%）.

2.1.3 生态系统服务数据 选取林世伟[27]根据相关生物物理模型和社会经济统计资料，进行模拟和估算，所得出的3 类（调节服务、文化服务和供给服务）共5 种生态系统服务物质量的空间分布数据，为分辨率100 m×100 m 的栅格数据，分别是固碳服务、土壤保持服务、碳存储服务、自然游憩服务、水源供给服务.

2.2 生态系统服务关键区选取对5 种生态系统服务，使用最大最小归一化方法[28]将各生态系统服务供应值归一化到0～1 之间的范围内.以云南省生态保护红线划定目标（31%）为参考，将生态系统服务供给的关键区定义为供给量最高的累计前3 1%的地区[29-30].

2.3 自然保护区对生物多样性与生态系统服务的维持作用评估根据张燕妮等[25]对“三江并流”区优先保护植物群落类型的综合评价，所得出的一级保护植被亚型1 类（季风常绿阔叶林）；二级6 类（高山、亚高山草甸，寒温性针叶林，温凉性针叶林，亚高山沼泽草甸，寒温性灌丛，山地湿性常绿阔叶林），从植被类型数据提取这些植被类型，得到优先保护植被亚型图层.

对各波浪要素下的进入航道的沙量进行加权平均后得到两个方案沿航道年回淤厚度（图4）。绿线为方案1，紫线为方案2，最大淤积厚度均出现在防波堤前沿。从年均回淤厚度结果来看，方案1大于方案2，且最大淤厚位置靠近河口，最大淤厚为1.86m/yr。方案2与方案1相比，最大淤厚位置更靠近外海，最大淤厚为2.69m/yr。平均淤厚为0.46m/yr（方案1）和0.33m/yr（方案2）。全航道由于底沙推运造成的回淤量分别为248.53和172.25万立方米。

然后将植被类型、优先保护植被亚型、植物多样性优先保护区、荒野区和生态系统服务关键区数据分别与自然保护区边界进行矢量叠加运算，统计24 种植被亚型、各生物多样性优先区和生态系统服务关键区在自然保护区内的受保护面积.计算得出自然保护区对各生物多样性优先区和生态系统服务关键区的保护率，以及其受保护面积占自然保护区总面积的比例.将保护率与自然保护区对研究区的平均覆盖比例（12.65%）、爱知生物多样性目标（17%）和云南省生态保护红线划定目标（31%）进行对比研究，以评估保护状况.

3 研究结果

3.1 现有自然保护区特征“三江并流”区包括4 个国家级和8 个省级自然保护区，自然保护区总面积约8 475km2，占研究区总面积的12.65%（图1）.按自然保护区类型划分，苍山洱海国家级自然保护区同时属于森林生态与湿地生态类型.野生动物类型包括云龙天池国家级自然保护区和白马雪山国家级自然保护区，主要保护对象是滇金丝猴及其栖息环境.高黎贡山国家级自然保护区属于森林生态类型，是12 个自然保护区中面积最大的，分布于贡山县、福贡县与泸水市内，占总保护区面积的38.06%.宾川 县和鹤庆县没有国家级和省级自然保护区分布.

图1 “三江并流”区国家级与省级自然保护区分布Fig.1 Spatial distributions of national and provincial nature reserves in Three Parallel Rivers Region

3.2 生态系统服务关键区空间分布固碳服务关键区总面积约20 152 km2，从南向北分布面积逐渐减少.在云龙县分布面积最大，占固碳服务关键区总面积的12.82%，其次是玉龙县（12.01%）和宁蒗县（9.99%）.按固碳服务关键区占市县土地按面积的比例计算，以泸水市最高（60.76%），其次分别是丽江市（58.82%）、云龙县（58.71%）和剑川县（55.57%）；自然游憩服务关键区总占地面积为20 156.60km2，分布面积从西北地区向东南地区逐渐减少.在香格里拉市分布面积最大，占自然游憩服务总面积的25.43%，其次是德钦县（18.26%）和贡山县（14.48%）.按自然游憩服务关键区占市县土地面积的比例计算，以贡山县最高，为66.48%，其次分别是德钦县（50.73%）、福贡县（45.24%）和泸水市（37.98%）；水源供给服务关键区总占地面积为20 156.80km2.在云龙县分布面积最大，占水源供给服务关键区总面积的13.64%，其次是兰坪县（12.56%）和香格里拉市（11.71%）.按水源供给服务关键区占市县土地面积的比例计算，以云龙县最高，为62.48%，其次分别是泸水市（62.36%）、兰坪县（57.79%）和福贡县（46.58%）；土壤保持服务关键区总占地面积为19 532.6km2，在香格里拉市分布最多，占土壤保持服务关键区总面积的16.88%，其次是宁蒗县（10.88%）和玉龙县（9.95%）.按土壤保持服务关键区占市县土地面积的比例计算，以泸水市最高，为43.91%，其次分别是云龙县（40.59%）、福贡县（40.31%）和宁蒗县（35.44%）；碳存储服务关键区碳存储服务关键区总占地面积为29 301.10 km2，从西北地区向东南地区分布面积逐渐减少.在香格里拉市分布最多，占碳存储服务关键区总面积的26.60%，其次是德钦县（16.69%）和贡山县（11.09%）.按碳存储服务关键区占市县土地面积的比例计算，以贡山县最高，为74.02%，其次分别是香格里拉市（68.22%）、德钦县（67.42%）和福贡县（59.57%）（图2）.

图2 “三江并流”区生态系统服务关键区空间分布Fig.2 Spatial distributions of the key areas for ecosystem services in Three Parallel Rivers Region

3.3 植被类型保护现状“三江并流”区24 种植被亚型中未被自然保护区覆盖的植被亚型仅有暖热性灌草丛，在泸水市和兰坪县有少量分布，占植被亚型总面积的0.08%.有14 种植被亚型的覆盖率大于自然保护区对研究区的平均覆盖比例（12.65%），受到了较好的保护，其中，有10 种植被亚型覆盖率高于爱知生物多样性目标（17%），分别为山地湿性常绿阔叶林、寒温性灌丛、温凉性针叶林、积雪、亚高山沼泽草甸、裸岩、水体、竹林、季风常绿阔叶林和干热河谷硬叶常绿阔叶林.覆盖率高于云南省生态保护红线划定目标（31%）的仅有积雪、水体和季风常绿阔叶林3 种，说明自然保护区对其保护充分（图3）.

图3 自然保护区对植被亚型的覆盖率Fig.3 Coverage of nature reserves for vegetation subtypes

干热河谷硬叶常绿阔叶林仅被白马雪山国家级自然保护区覆盖，受保护面积占总保护区面积的0.05%，且被自然保护区覆盖的区域仅分布在德钦县境内.竹林、季风常绿阔叶林都只被高黎贡山国家级自然保护区覆盖，受保护面积占总保护区面积的比例分别为0.31%和0.06%.覆盖率最低的是城镇居民点，仅为0.60%，仅在苍山洱海国家级自然保护区分布了0.35km2，其余19 种受保护的植被亚型均至少被两个保护区覆盖.水体的覆盖率最高，为51.77%，在云龙天池国家级保护区、碧塔海省级自然保护区和纳帕海省级保护区中无分布，在其余9 个自然保护区中均有不同程度的分布，分布面 积占总保护区面积的3.46%.

3.4 生物多样性保护优先区保护现状优先保护植被亚型总面积约29 413km2，占“三江并流”区总面积的43.92%，覆盖现有保护区5 936.69km2，这部分面积分别占优先保护植被亚型总面积的20.18%，占自然保护区总面积的70.06%.其中，一级保护植被亚型总面积约10.50km2，覆盖现有保护区的4.83km2，这部分面积仅占自然保护区总面积的0.06%；二级保护亚型总面积约29 402.50 km2，覆盖现有保护区的5 931.86km2，占自然保护区面积的70%.一级保护植被亚型仅在高黎贡山国家级自然保护区有分布，二级保护植被亚型在除剑川剑湖湿地省级自然保护区外的11 个自然保护区内均有不同程度的分布.

植物多样性保护优先区总面积约13 837.50 km2，占“三江并流”区面积的20.66%，覆盖现有保护区4 160.45 km2，这部分面积分别占植物多样性保护优先区总面积的30.07%，占自然保护区总面积的49.10%.在云龙天池国家级自然保护区、纳帕海省级自然保护区、泸沽湖省级自然保护区、剑川剑湖湿地省级自然保护区和兰坪云岭省级自然保护区中无分布.

荒野区总面积约16 938.30 km2，占“三江并流”区面积的25.29%，覆盖现有保护区5 242.61 km2，这部分面积分别占荒野区总面积的30.95%，占自然保护区总面积的61.87%.荒野区被除拉市海省级自然保护区和剑川剑湖湿地省级自然保护区以外的10 个自然保护区覆盖，在高黎贡山国家级自然保护区内分布面积最大，约为2 601 km2，其次是白马雪山国家级自然保护区，分布面积约为1 732 km2，分别占荒野区总面积的15.36%和10.23%.

由此可见，3 个生物多样性优先区的覆盖率均高于自然保护区对研究区覆盖比例（12.65%）和爱知生物多样性目标（17%），得到了较好的保护.但三者的覆盖率均低于云南省生态保护红线划定目标（31%），其中，植物多样性优先区和荒野区的覆盖率接近31%，受到了较为充分的保护（图4）.

图4 自然保护区对生物多样性保护优先区的覆盖率Fig.4 Coverage of nature reserves for biodiversity priority conservation areas

3.5 生态系统服务关键区保护现状“三江并流”区的自然游憩服务和水源供给服务覆盖率分别为25.30%和21.65%，高于爱知生物多样性目标（17%），但低于云南省生态保护红线划定目标（31%），得到了自然保护区较好的保护.固碳服务和土壤保持服务覆盖率分别为7.46%和10.56%，均低于12 个自然保护区对研究区国土面积的覆盖比例12.65%，保护状况不佳.碳存储服务覆盖率为20.66%，自然保护区对其保护情况也较好（图5）.

图5 自然保护区对生态系统服务关键区的覆盖率Fig.5 Coverage of nature reserves for the key areas of ecosystem services

在12 个自然保护区中，高黎贡山国家级自然保护区对5 种生态系统服务关键区的覆盖率均是最高的，分别是固碳服务（2.76%）、自然游憩服务（12.59%）、土壤保持服务（4.37%）、水源供给服务（9.46%）和碳存储服务（9.47%）.固碳服务关键区未被纳帕海省级自然保护区覆盖，剑川剑湖湿地省级自然保护区中没有碳存储服务关键区的分布，其余服 务类型在各保护区中有不同程度的分布.

3.6 自然保护区对生物多样性保护优先区和生态系统服务关键区的保护空缺剑川剑湖湿地省级自然保护区对我们所选取的3 个生物多样性优先区无覆盖，其余11 个自然保护区均至少同时保护2 种生物多样性和4 种生态系统服务关键区（图6）.其中，高黎贡山国家级自然保护区、白马雪山国家级自然保护区、苍山洱海国家级自然保护区、玉龙雪山省级自然保护区、哈巴雪山省级自然保护区和碧塔海省级自然保护区覆盖了全部生物多样性优先区和生态系统服务关键区种类.云龙天池国家级自然保护区、泸沽湖省级自然保护区和兰坪云岭省级自然保护区均覆盖了共7 种生物多样性优先区和生态系统服务关键区，但是都对植物多样性优先区存在保护空白.拉市海省级自然保护区则是对荒野区存在保护空白，对其他7 种优先区和关键区都有覆盖.

图6 自然保护区对生物多样性保护优先区和生态系统服务关键区的空间覆盖Fig.6 Coverages of nature reserves for biodiversity priority conservation areas and key areas of ecosystem services

4 讨论与结论

4.1 讨论建立自然保护区是保护生态环境最为直接有效的途径[31].本研究表明国家级和省级自然保护区在“三江并流”区的覆盖比例（12.65%）明显高于云南全省（7.30%）[17]，体现出“三江并流”区对于维持云南省生物多样性和生态系统服务发挥了十分显著的作用.该覆盖比例与“生物多样性公约”中“到2020 年至少保护17%的陆地和内陆水域”的战略目标仍然存在较大差距[9]，以自然保护区为主体的保护地体系尚需优化.

传统的自然保护区侧重于保护生物多样性，往往忽略对生态系统服务的维持功能[32].此前，“三江并流”区的相关研究重点关注生物多样性保护优先区识别[25-26,33]，生态系统服务关键区识别的研究较少.然而，将生物多样性和生态系统服务整合到自然保护区系统规划过程中所产生的综合效益，能使当地居民和政府更容易接受相关的生态保护政策[34].例如，云南省共有29 处自然保护区开展了不同形式的生态旅游活动，以景观游览、民俗体验、郊野游憩、科学考察等方式为主[17]，提供了大量的文化服务.据此，我们确定了包括自然游憩服务在内的5 种重要生态系统服务关键区分布.

随着自然保护区面积的逐步扩大和保护优先区相关研究的增多，提高现有自然保护区对保护优先区的保护效率无疑是评价和完善保护体系的重要一环[31].我们同时考虑了自然保护区对维持生物多样性和生态系统服务所做的贡献，在前人工作的基础上展开分析，为进一步优化“三江并流”区的自然保护区建设和保护政策的制订提供参考.

对叠加结果进行分析的过程中，我们发现研究区分别以17.73%和24.34%的自然保护区面积，覆盖了7.46%的固碳服务和10.56%的土壤保持服务，保护状况不佳.调节服务中覆盖率为20.66%的碳存储服务，受保护面积占保护区总面积的71.45%.自然游憩服务和水源供给服务的覆盖率均高于17%，同时，它们的受保护面积分别占自然保护区总面积的60.19%和51.51%.生物多样性优先区中保护状况良好的植物多样性优先区和荒野区，在保护区内分布范围不及优先保护植被亚型的受保护面积，覆概率却高于优先保护植被亚型.因此，我们建议，不仅要考虑扩大保护区网络以增加对重要生物多样性和生态系统服务区域的覆盖，对保护区边界进行变更时，应使用更有效的选址方法，提高自然保护区的保护效率.

生物多样性和生态系统服务在空间上的分布，往往受到它们之间潜在的权衡与协同关系的影响，这对自然保护区达到同时覆盖两者优先保护区的目标增加了难度，影响保护效率[35].本文选取的12个国家级和省级自然保护区中，有11 个同时保护了生物多样性和生态系统服务且覆盖的优先区和关键区种类至少为6 个，这对“三江并流”区的自然保护区后续的规划来说是一个好的基础.部分自然保护区对我们选取的生物多样性优先区和生态系统服务关键区存在保护空白，这是由于保护优先区与自然保护区空间上的不匹配和主要保护对象存在差异.

本研究初步揭示了“三江并流”区现有自然保护区对生物多样性和生态系统服务的维持作用，但仍有一定的局限性.生物多样性数据来源于已有研究，包括植物多样性以及具有丰富物种多样性的荒野区，但尚缺乏典型的动物多样性保护优先区，希望通过后续对动物物种数据进行收集和判识动物物种保护优先区，再评估自然保护区对其的保护效率，弥补研究的不足.

4.2 结论本研究在识别生态系统服务关键区的基础上，通过将生物多样性优先区和生态系统服务关键区与自然保护区进行空间叠加分析，得出以下结论：

（1）在24 种植被亚型中，有14 种的自然保护区覆盖率超过12.65%，覆盖率大于17%的有10 种，覆盖率大于31%的有3 种.3 种生物多样性优先区的保护现状较好，自然保护区覆盖率均大于17%，受保护面积占自然保护区面积的比例也较大.

（2）自然保护区对调节服务的保护效率有待提高，固碳服务与土壤保持服务的自然保护区覆盖率低于12.65%，仅碳存储服务的覆盖率高于17%.供给服务和文化服务的自然保护区覆盖率均高于17%，但是都低于31%，保护状况较好，仍存在较大的提升空间.

（3）除剑川剑湖湿地省级自然保护区对生物多样性优先区均未保护外，研究区内大部分保护区至少同时保护2 种生物多样性优先区和4 种生态系统服务关键区，12 个自然保护区中，有6 个保护了全部种类的生物多样性优先区和生态系统服务关键区.植物多样性优先区在3 个自然保护区内无分布，存在明显保护空缺.