2011和2019年生物多样性维护型国家重点生态功能区状态及变化评估

栗忠飞,刘海江

1 西南林业大学生态与环境学院, 昆明 650224 2 中国环境监测总站, 北京 100012

国家重点生态功能区包括水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性维护等4种类型,占国土面积的比例已经达到了当前的53%[1],其中,生物多样性维护功能区达到13个。重点生态功能区是国家构建生态安全、打造绿色生态空间的重要生态屏障体系,其生境质量变化是中央财政转移支付资金拨付的重要依据[2]。

当前,面向重点生态功能区已经开展的众多研究,主要集中在3个方面：(1)转移支付、生态效益补偿及产业发展等领域[3-6]；(2)生态功能区的生态系统服务、生态安全评估等领域[7-11]；(3)生态功能区生态环境质量状况、变化等领域的评估研究,但评估时段主要是2010年及以前至2015年前后,诸如集中在防风固沙区[5,8,12-14]、水土保持区[9,15]、水源涵养区[16-17],以及包括了各类型功能区的综合评估研究[5,11,18-21]。为数不多的面向生物多样性维护功能区的相关研究,同样也是针对上述时段内的变化评估[19,22-23]。由此可见,在国家财政转移支付政策实施十多年后的今天,亟待全面、实时的了解生物多样性维护型重点生态功能区的当前状况,以及其生物多样性维护生态功能的变化特征,面向生物多样性维护生态功能区的评估研究显得尤为迫切而重要。

当前,生物多样性持续减退已经成为气候变化后的另一个对人类构成严重威胁的全球环境问题[24-25],由此推动的生物多样性评估研究成为生物多样性保护的关键科学问题而受到高度重视。然而,综合的生物多样性评估重视环境变化的影响,尤其是人类活动产生的压力[26],其评估指标体系的构建尤为复杂而关键。国际上,CBD制定了7个领域、22个指标框架,涉及社会、经济已经生物多样性组分等内容,并尤其强调了胁迫因素和响应措施[27]。2015年,国家环境保护部发布了《生态环境状况评价技术规范》(HJ/T192—2015),提供了较为系统、全面的生物多样性维护生态功能区评估指标体系[28]。此后,研究人员以此指标体系为基础,开展了一系列面向生物多样性维护型国家重点生态功能区的相关评估研究[19,23,29-30]。

基于上述研究现状,本文面向全国13个生物多样性维护型重点生态功能区,以国家县域财政转移支付政策实施起始阶段的2011年为基准年份,以2019年作为代表当前状况年份,参照相关行业部门标准以及相关研究成果,构建综合评估指标体系,对各区域生物多样性维护生态功能状况进行综合评估,以期为生物多样性维护国家重点生态功能区的保护措施及财政转移支付决策等提供及时的科学支撑。

1 研究区域及研究方法

1.1 研究区域

研究区为当前国家发布的13个生物多样性维护型重点生态功能区,共涉及183个县区(图1),广泛分布于全国各个区域,气候、生态系统类型以及社会环境条件等复杂多样。

图1 生物多样性维护型国家重点生态功能区分布图

1.2 研究方法

1.2.1生物多样性评估指标体系的构建及赋权

理想的评估指标应涵盖生物多样性各个层次及所有属性特征,但实际研究中受到多种因素的限制,只能筛选若干具代表性和可操作性的关键指标[27,31-32]。本研究基于《生态环境状况评价技术规范》(HJ/T192—2015)中的生物多样性评估指标体系,结合“十三五”国家重点生态功能区县域生态环境质量监测评价与考核指标[2],参考重点生态功能区生物多样性评估相关研究进展[10,33-34],同时考虑全国尺度上数据的可获得性等问题,以及重点生态功能区保护与开发的突出矛盾问题[35],从外界压力对生态系统的影响,以及生物多样性对生态系统本身状态的响应入手,运用频度统计法和专家咨询法[22,36],重点考虑生态胁迫因素、生态系统结构与功能因素、人类社会响应因素3个层面选取评估指标。

生态胁迫因素选取人口密度、路网密度、人类干扰指数、GDP年增长率和生态空间破碎度指数作为指标；生态结构与功能因素选取生境质量指数、生物丰度指数、林地、草地覆盖度、水域湿地面积比等指数；人类社会响应因素选取受保护区面积比指数,2011年为各区域内各类自然保护地总面积比,2019年为各区域内生态保护红线区域总面积比(表1)。指标的赋权,一方面参照《生态环境状况评价技术规范(HJ192—2015)》,另一方面邀请生物多样性保护、生态环境监测、生态系统服务等领域的专家学者,进行专家咨询赋权,最终获得评估指标体系的权重(表1)。

表1 生物多样性维护型国家重点生态功能区评估指标体系

1.2.2指标的标准化及生物多样性综合评估指数的计算

采用极差标准化法对数据进行标准化处理,标准化后的指标标准值处于0—1之间[36]。

生物多样性维护型生态功能区综合评估指数(以下简称生物多样性指数,BDI)的计算公式如下：

BDI=∑WiIi

式中,Wi表示指标i的权重值,Ii表示第i种指标的标准化值。

1.2.3BDI分级

参照文献[22,37]以及《生态环境状况评价技术规范(HJ192—2015)》等,将BDI的值划分为优、良、中、差、劣5个等级：

(1)优：0.8

(2)良：0.6

(3)中：0.5

(4)差：0.3

(5)劣：0

2 数据来源

主要包括上述指标体系涉及的数据：(1)2011和2019年县域人口和GDP年增长率数据来源于《中国县域统计年鉴》(https://cyfd.cnki.com.cn)；(2)2011和2019年土地覆被数据(Landsat TM/ETM,空间分辨率30 m)由中国环境监测总站提供；(3)生物多样性维护型国家重点生态功能区数据利用1∶100万全国县域数据和《国家重点生态功能区名录》生成；(4)路网密度、人类干扰指数、生态空间破碎度指数、生境质量、林地覆盖率、草地覆盖率和水域湿地面积比数据由上述土地覆被数据提取获得；(5)2011及2019年受保护区域面积比数据由中国环境监测总站及相关行业主管部门获得。

3 研究结果

3.1 2011和2019年各功能区指标的变化特征

人口密度、路网密度、人类干扰指数、GDP年增长率、生态空间破碎度指数为负向指标(表1、表2)。

表2显示,2011和2019年各生态功能区人口密度最高的为长岛海岛功能区,其标准值得分最低,最低为藏东南高原边缘森林生态功能区。10年间,藏东、川西南山地、滇西山地和武陵山区等功能区人口密度出现不同程度的上升,而长岛海岛、秦巴、三江平原湿地、准格尔等功能区呈现下降,其它生态功能区基本保持不变。

表2 2011和2019年生物多样性维护型国家重点生态功能区负向指标标准化值

路网密度指标上,长岛海岛最高,藏东南高原边缘、博斯腾湖、川滇森林、准格尔盆地西部等功能区均相对较低。2011—2019年,所有功能区的路网密度都呈显著增加特征,增加最显著的依次为长岛海岛、海南岛热带岛屿、秦巴、三江平原湿地、武陵山区、川西、滇西等功能区(表2)。

人类干扰指数上,2011—2019年,藏东和秦巴功能区呈下降特征,其它的多数呈现加强特征,尤其是博斯腾湖、长岛海岛、准格尔盆地西部、三江平原湿地等功能区。此外,三江平原湿地功能区的人类干扰指数最大,藏西北羌塘高原荒漠生态功能区最小(表2)。

GDP年增长率方面,仅长岛海岛生态功能区2019年GDP增长率高于2011年,其他功能区GDP年增长率均呈现下降特征,较为显著的有川滇森林、准格尔盆地西部、博斯腾湖等区域(表2)。此外,GDP年增长率最低的为长岛海岛区域,最高的2011年为滇西山地、准格尔盆地西部、川滇森林等区域,2019年为川西南山地生态功能区(表2)。

生态空间破碎度指数上,从2011年到2019年,藏东、藏西北羌塘高原、滇西山地、秦巴等功能区均呈微弱下降特征,景观斑块密度下降,而长岛海岛、武陵山区、博斯腾湖、三江平原、武陵山区、准格尔盆地西部等区均有明显的增加趋势(表2)。生态空间破碎度指数尤其以长岛海岛、滇西山地、海南岛热带岛屿、秦巴等区域为最高(表2)。

生境质量指数、林地覆盖率、草地覆盖率、水域湿地面积比、受保护区域面积比为正向指标(表1、表3)。

表3显示,从2011年到2019年,藏东、海南岛热带岛屿、武陵山区、准格尔盆地西部、博斯腾湖、三江平原等功能区生境质量下降,而藏东南、藏西北羌塘高原荒漠、长岛海岛功能区微弱上升。秦巴功能区是生境质量指数最高的区域,其次为藏东南高原边缘、川西南山地、武陵山区、川滇森林等区域,最低的分别为博斯腾湖、藏西北羌塘高原荒漠、三江平原、准格尔盆地西部功能区(表3)。

表3 2011年和2019年生物多样性维护型国家重点生态功能正向评估指标标准化值

林地覆盖率方面,从2011到2019年,藏东南、藏东、藏西北羌塘高原功能区显著下降,但草地覆盖率显著上升(表3),长岛海岛的林地覆盖率明显增加,但草地覆盖率显著下降了(表3)。此外,藏东南水域湿地面积有明显的增加,但仍处于所有功能区中的最低水平(表3)。

受保护区域面积比方面,除长岛海岛功能区外,其它功能区均出现较大幅度的增加(表3)。此外,从2011年到2019年,博斯腾湖、武陵山区等受保护区域面积比增加最为显著(表3)。

3.2 2011年生物多样性维护型国家重点生态功能区BDI值

图2显示,2011年,13个生物多样性维护型国家重点生态功能区的BDI值处于0.406—0.756范围,平均值为0.582,总体位于中等级以上。各生态功能区BDI值均分布差、中、良等级之中,其中5个功能区处于差等级,占比38.5%,依次分别为三江平原湿地、博斯腾湖、滇西山地、准噶尔盆地西部和长岛海岛功能区；2个处于中等级,分别为海南岛热带岛屿和藏西北羌塘高原功能区；6个处于良等级,占比46.2%,分别为秦巴、藏东南高原边缘森林、川滇森林、川西南山地、武陵山区、藏东功能区,且秦巴和藏东南功能区均达到了0.7以上。各功能区的BDI均未达到优等级。

图2 2011年生物多样性维护型国家重点生态功能区BDI值

3.3 2019年各生物多样性维护型国家重点生态功能区BDI值

图3显示,2019年各功能区BDI值范围为0.390—0.795,平均值达到0.606,跨入良等级。2019年,各生态功能区BDI值同样分布于差、中、良等级之中,其中仍有3个功能区处于差等级,占比23.1%。依次分别为长岛海岛、三江平原湿地和准噶尔盆地西部功能区,比2019年减少了2个；3个处于中等级,分别为海南岛热带岛屿、滇西山地、博斯腾湖生态功能区；7个功能区处于良等级,占比53.8%,分别为秦巴、藏东南高原边缘森林、川滇森林、川西南山地、武陵山区、藏西北羌塘高原、藏东等功能区,比2011年增加了1个。

图3 2019年生物多样性维护型国家重点生态功能区BDI值

3.4 2011到2019年各功能区BDI变化趋势

图4显示,从2011年到2019年,13个生物多样性维护型国家重点生态功能区BDI值,总体上呈现增加趋势,其平均值从0.582增加到了0.606,,从中等级提升到了良等级。其中,BDI呈上升趋势的有11个功能区,占比84.6%。BDI值上升幅度最大的依次为滇西山地、博斯腾湖、藏西北羌塘高原、川滇森林等功能区,分别上升了14.75%、14.73%、10.56%、8.95%,上升幅度最小的是三江平原、海南岛热带岛屿和武陵山区生态功能区,分别为0.99%、2.19%和2.42%(图4)。博斯腾湖和滇西山地2个功能区实现了等级跨越,从差等级提升到了良等级,而川滇森林区从中等级提升到了良等级(图4)。此外,长岛海岛和藏东功能区呈下降特征,分别下降了20.08%和2.78%(图4)。

图4 2011到2019年各生态功能区BDI变化趋势

4 讨论

4.1 指标间关联性特征及其对生态功能的影响

压力-状态-响应(PSR)模型引入因果关系,能直观地反映生物多样性压力、状态和及其响应的关系链,受到广泛应用[22,34,36,38]。本研究中,评估指标体系基本体现了PSR模型的3个方面(表1),但没有将其划分为压力、状态和响应3个项目层,而是将所有指标作为平行指标处理并赋权,由此强调了各评估指标在生物多样性维护功能中的同等重要性作用。

本研究中,一方面受限于数据获取的问题,另一方面,也是为了更加直观的探讨揭示人类活动形成的胁迫、人类社会的响应等因素,在生物多样性维护功能上所产生的作用,因此诸如污染、物种尺度上的多样性等数据未被列入指标体系,本文所选取的指标也是生物多样性维护生态功能变化的快速响应指标。

研究发现,人口密度与路网密度存在密切的一致性变化趋势,而与受保护区面积呈反向变化趋势(表2,表3)。2011和2019年,各功能区内人口密度总体上呈微弱下降特征,而人类干扰指数呈总体上升特征(表2,表3)。人口密度是国家生态功能区内重点调控的因素[39],但本研究发现,仍有4个功能区的呈上升趋势,占比达到30.8%,这需要相关功能区继续整治并严格控制。此外,人类干扰指数的空间分布也存在一定的规律特征,即：藏西北、藏东南、藏东等区域内相对较低,而长岛海岛、海南岛热带岛屿、滇西山地和三江平原湿地等区域内先对较高。相关研究显示,2000—2010年间,三江平原、海南岛、武陵山区等人类干扰指数上升[19],结合本研究结果表明,这些区域内近20年来,来自于人类活动对生物多样性产生的压力仍然在持续增加。

4.2 各生态功能区2011到2019年BDI值的变化特征

研究发现,长岛海岛区受到人口密度、路网密度的影响相对最高,导致其BDI相对较低,尤其是2019年,其路网密度增加至所有功能区中最高状态,生态破碎度显著升高,加之原本较低的受保护区面积比更出现下降(表2、表3),最终导致其BDI值出现下降的趋势(图2、图3)。此外,BDI值下降的还有藏东生态功能区,其人口密度和路网密度呈现增加,尤其是大量林地转化为草地,水域湿地面积下降,生境质量指数呈现下降(表2、表3),其BDI值最终呈现下降趋势(图4)。

研究显示,博斯腾湖、滇西山地、藏西北羌塘高原3个功能区的生境质量等级出现了提升(图2—图4),关键与其受保护区面积比的显著上升,以及GDP增长率的下降,生境质量提升等因素有关(表2、表3)。此外,三江平原湿地生态功能区的BDI增加值最小(图4),其林、草覆盖率、生境质量均呈现下降特征,人类干扰指数增加(表2、表3),相关研究显示,2010—2015年,三江平原、秦巴功能区的生态用地呈现下降[40]。由此可见,国家重点生态功能区域的建设,今后仍需重点关注生境质量的建设,尤其是需要加大保护区面积与保护力度。

5 结论与建议

5.1 主要结论

(1)2011—2019年13个生物多样性维护型国家重点生态功能区的人口密度总体呈下降特征,总体表明,经过多年的保护建设,各功能区人口以迁出为主。

(2)2011—2019年路网密度的增加,以及人类干扰指数的上升,导致了区域内生态空间破碎度的上升,对区域内生物多样性保护形成了持续的胁迫与压力。

(3)2011—2019年在国家财政转移支付政策的支撑下,经过各类生态保护与建设措施的实施,各生态功能区生物多样性维护功能持续向好,BDI平均值从0.582上升到了0.606,处于中、良等级的功能区从61.5%提升到了76.9%。

5.2 政策建议

(1)一套指标体系的建立很难普适于全国众多的、不同生态系统类型的生物多样性维护生态功能区。国家相关部门或当地政府部门,有必要分别构建面向不同生物多样性维护区域的评估指标体系及评估方法体系,形成面向不同生物多样性维护型生态功能区的动态评估机制。

(2)本评估指标体系中,受保护区域面积以及生境质量指数,在评估中体现了重要位置及影响作用,而负面的影响指标中,路网密度和生境破碎化问题尤显突出。基于此,各级政府部门应抓住当前生态保护红线划定、国家公园建设等机遇,重构自然保护地体系,整合破碎的、孤岛化的生物多样性维护区。与此同时,进一步严控功能区内的人口数量、路网建设、农田扩展等。

(3)仅仅局限于自然保护地的保护方式,已经无法应对生物多样性维护功能区日益增大的生态压力,无法实现有效的生物多样性保护,而应当建立全域性的生物多样性保护,即绿色发展政策框架；其次,在当前国土空间规划中,将生物多样性保护的理念和目标全面融入生产、生活和生态空间,使国土空间的每一寸土地兼具保护和发展的功能。