基于生态保护加权的普达措国家公园功能分区研究

王子芝，李 玥，华世明，周俊宏，刘文斗，廖声熙*

(1.中国林业科学研究院资源昆虫研究所,云南 昆明 650224；2.西南林业大学地理与生态旅游学院，云南 昆明 650224；3.国家林业和草原局昆明勘察设计院，云南 昆明 650216)

国家公园是指国家划定的需要特殊保护、管理和利用的自然区域，用以保护一个或多个典型生态系统的完整性，为环境保护、生态旅游和科研宣教提供场所，其与自然保护区、自然公园组成为我国的自然保护地。1832年George Catlin首次阐述了国家公园的一些特征，提出了国家公园由政府通过保护政策设立，开启了设立国家公园的篇章[1-2]。此后很多国家依据国情及生态资源情况来定义、规划和建设国家公园，但在国家公园建设过程中，往往存在保护管理与开发利用之间的矛盾，因此，国家公园的功能区划成为平衡自然与社会利益的重要环节。从1983年起，国外对国家公园功能分区提出了区划的理念、思路以及一些基本的原则和步骤，如同心圆式功能分区模式[3]、五圈层国家公园旅游分区模式[4]及ORRRC分区模式[5]。同一时期，国内学者也在国家公园的功能区划原则、依据及方法上给出了相应的功能区划建议[6-7]。呼延佼奇等[8]指出中国自然保护地功能区划缺乏统一方法，功能区划的衔接性与整体性不够并提出了建议；唐芳林等[9]分析了试点国家公园功能分区的划分原则方法及管控措施，探讨了功能分区模式。国家公园功能分区分为定性和定量研究，定性研究主要应用于国家公园发展模式、规划、运营管理等方面，而空间叠置法、多元分析法、GIS/RS技术、建模法、条件价值评估法等[10-12]定量方法则用于国家公园的发展规划及管理实施方案，随着国家公园的快速发展，定性与定量两者之间的结合日趋紧密。国内目前相关的功能分区方法多元化，但存在着方法描述模糊[13]、没有确定的体系[14]等问题，缺乏直观且可操作性强的分区方法，随着国家建立以国家公园为主体的自然保护地体系，迫切需要加强该方面的研究。

普达措国家公园位于青藏高原东南缘“三江并流”世界自然遗产中心地带，生物多样性极其丰富，是中国大陆率先进行国家公园建设的探索试水区[15]。根据《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》[16]，现在的功能分区由原来的严格保护区、生态保育区、游憩展示区、传统利用区4个分区调整为核心保护区、一般控制区2个管控区。本研究以普达措国家公园为研究对象，在定量评价公园内自然生态系统重要保护级别的基础上，侧重对园内重要自然生态系统、自然遗迹、自然景观和生物多样性的保护，协调生态为民的原则，权衡农业、社区、交通、人口等因子对重要生态系统保护目标的影响，采用保护加权空间叠置法进行功能区划，进一步探讨生态系统保护与利用的协调发展适合度问题，为国家公园在功能分区上的划分提供技术支持和理论借鉴，促进滇西北重要生态系统和生物多样性的保护与发展。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

普达措国家公园是2006年我国首批建立的国家公园之一，隶属云南省迪庆藏族自治州香格里拉市(99°52′17″～100°11′38″E，27°43′56″～28°04′28″N)，位于青藏高原东南边缘横断山纵向岭谷区中段，“三江并流”世界自然遗产范围内。海拔2 308～4 550 m，高差2 242 m，属高原季风气候，年均气温5.4 ℃，年均降水量606～700 mm。普达措是中国种子植物特有属、种集中分布的地区之一，包含种子植物140科、568属、2 275种，其中特有种占54.2%，为1 232种[15]。普达措国家公园植被以云、冷杉林和硬叶常绿阔叶林为主，保存了发育良好的森林、湿地、草甸生态系统。

1.2 数据来源及处理

本研究地理空间范围基础数据来源于香格里拉普达措国家公园管理局，数据投影为UTM，WGS84坐标系。自然资源调查数据来源于香格里拉市林业和草原局提供的2016年迪庆州森林资源规划设计调查数据，从国土部门获得乡镇和行政村人口数量、位置和国土资源现状，结合了实地调研，收集主要农业生产活动点及水系、道路分布数据。生态系统特征以及生态功能数据来自碧塔海自然保护区科学考察报告、《香格里拉普达措国家公园总体规划(2019—2025年)》以及政府公报等图件和统计数据。将以上数据进行分类整理，确定各类地块的面积、利用类型和空间邻近关系，同时对各矢量进行几何精校正，根据研究区的矢量数据，建立空间基础数据库。

1.3 研究方法

1.3.1 确立自然资源保护评价指标及生态保护目标权重值

依据已有研究[17]和普达措国家公园建设目标，以自然资源保护、社区经济、基础设施、独特自然景观的空间分布规律为基础，根据自然资源的原真性、稀缺程度、景观完好性、保护价值等因素，通过层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)[18]将普达措自然资源划分为3个层次，即重要保护资源、一般保护资源和其他类。结合德尔菲专家打分法[7]进行权重评价，依据不同层次生态系统资源类型的保护价值进行初始权重赋值：首先将保护等级权重初始值总和设定为“1”，因“重要保护生态系统”的保护等级属于需要保护的最高层，权重赋值应大于中值，经专家打分取值为0.55，第2、3层次权重赋值之和≤0.45，其中第2层次经专家打分取值为0.35，因此“耕地”等第3层赋值≤0.1。

1.3.2 分析生态保护影响因素的干扰程度和空间影响范围

国家公园保护对象受到社会、经济等因素的干扰影响，常会使独特的自然生态系统缺乏有效保护。因此，分析对生态保护目标权重结果产生负面影响的空间干扰因素，划分出导致降低生态保护权重的主要影响因子，根据人为活动频度和对重点保护对象的干扰程度分别设定高、中、低指标和50～2 000 m宽影响范围，确定村落、放牧点、水网、路网、现存牧区、农田等因素对保护目标的影响范围和程度。在ArcGIS 10.4 中对相关图件进行空间地理配准并数字化，得到研究区各图件的矢量数据，再运用栅格计算工具得到以上各影响因子的空间分布图，如图1所示。

1.3.3 自然资源类型保护协调适合度综合分析及功能分区

国家公园的首要功能是对具有国家代表性的重要自然生态系统进行原真性、完整性和系统性保护，而功能区划是实现这一首要功能的前提[9]。为了使功能分区结果达到自然保护与社区利用和谐发展，对重要生态系统保护目标层与影响因子层进行空间加权叠置分析，得到自然资源保护与利用的协调适合度图，以此保护权重适合度值的高低，区划保护目标分布区，按“高权保护、集中连片、自然分界、规范分区”原则划出核心保护区，其余区域划为一般保护区，进一步得出国家公园功能分区结果。具体加权叠置分析方法如下：

通过数学关系建立不同数据层面进行叠加运算，以揭示保护目标与影响因子关系的空间现象或空间过程。功能区划过程是经过多次生态保护目标图层(ecosystem coverage，EC)与影响因子图层(disturbing factors coverage，DC)叠加运算，生成生态系统保护协调适合度图(ecosystem protection fitness，EP)，栅格数据层的叠加逻辑法则为EPab=ECab∪DCmn。式中：EPab为生态系统保护权衡结果；ECab为生态系统保护类型图层；a为生态系统资源类型；b为保护权重初始值；DCmn为影响因子图层；m为影响因子；n为影响程度。

其中，各自然生态系统保护的协调适合度值运算方法为：T(i)=∑w(i)·E(j)。式中：T(i)为第i类保护对象的最终权重值，即协调适合度值；w(i)为自然资源的权重初始值，i为生态系统资源类型(重要保护资源、一般保护资源和其他类)；E(j)为对保护对象的干扰程度，j为干扰因素(农田、牧场、畜牧点、村落、水网、路网等)。综上，本研究基于重要生态系统保护目标权重的空间叠置方法如图2所示。

图2 普达措国家公园功能分区技术路线图Fig.2 Technology roadmaps for the functional zoning of Potatso National Park

2 结果与分析

2.1 自然资源生态保护目标评价指标与权重构建结果

通过普达措国家公园野外调查，确定自然生态系统类型的重要性，根据公园内自然资源保护目标权重总和“1”进行分层赋值。首先，寒温带针叶林群落、亚高山暗针叶林群落等9类重要保护生态系统在没有干扰的情况下应优先划入核心保护区域，其保护等级权重赋值最高；其次，将有一定保护价值的自然资源，如次生生态群落、灌木林、牧草地、水体等保护权重赋值中等偏上，该类资源处于既可保护也可利用之间，如果有特殊保护物种或对象分布，可通过正向权重影响纳入核心保护范围；其余资源如经济林、村庄、道路、耕地等赋值最小，是因为此类资源存在着保护管理与开发利用的矛盾，所以权重最低，正常情况下纳入一般控制区，用以平衡公园发展方的利益。重点保护生态目标评价指标与权重构建详见表1。

表1 普达措国家公园各重要保护生态系统类型及一般保护目标确定

表1(续)

2.2 自然生态系统保护目标加权的空间影响权衡结果

为了自然生态系统保护与社区利用的多目标协调发展，实现功能分区合理化，经空间加权叠置分析，得到生态系统保护协调适合度图，如图3所示。从图3可以看出自然资源与人类活动之间的空间相关关系，适合度高则反映了生态环境与社区发展关系和谐，自然生态系统的保护权重高，需要加以重点保护。其中，普达措生态系统保护适合度最高的有两个片区，尼汝东北部扎诺一带保存有原始的寒温带针叶林群落，植被覆盖度高；碧塔海片区包括湖泊及森林、草甸，云冷杉林保存较完好，为水源涵养的重要区域；其次，在保护适合度中等的生态地带范围，包括普拉—神嘎等带状片区涉及的水网、路网及农田周边，对生态保护目标存在一定影响；最后，在属都湖等湖泊周边分布着众多的牧区、村落及畜牧点，呈现出较低的生态保护适合度，一般保护目标集中分布于此区域。总之，普达措国家公园生态系统保护整体上呈现出较高的适合度。

图3 普达措国家公园生态系统保护协调适合度图Fig.3 Suitability map of ecosystem protection coordination in Potatso National Park

2.3 普达措国家公园功能分区结果

按照普达措国家公园的资源分布、环境特征和发展需求，依据协调适合度图3分析结果，利用高权保护、集中连片、自然分界、规范分区等原则区划功能分区。此外，为了与公园外界干扰留出足够间隔空间，在公园边界与核心区外围重叠处设立生态缓冲单元，普达措国家公园核心保护区、一般控制区如图4所示，分别用紫色、黄色表示。公园总面积60 210 hm2，其中核心保护区包括扎诺和碧塔海两个片区，面积32 124.66 hm2，占公园总面积的53.35%;一般控制区为28 085.35 hm2，占总面积的46.65%。

图4 普达措国家公园功能分区结果图Fig.4 The functional zoning map of Potatso National Park

2.3.1 核心保护区

核心保护区位于公园的东北中上部和西南中部及下部，集中分布了第四纪冰川遗迹、高山亚高山原始寒温性森林以及“寒温性针叶林-沼泽-草甸”复合生态系统，主要以硬叶常绿阔叶林和草甸为主，云冷杉林群落、黄背栎林、高山杜鹃群落作为该区主要森林植被，为棕熊、黑颈鹤等野生动物提供了重要的栖息地。

2.3.2 一般控制区

一般控制区位于核心保护区外围，包括了大面积的寒温性针叶林和硬叶常绿阔叶林、灌草丛、湖泊、草地，以及相互交错的牧场、农田、园地等传统生产区域，属于生态工程建设、生产生活、科教监测等活动允许的区域，兼顾了普达措自然资源保护和经济发展的需求。

3 讨 论

国家公园是中国最重要的自然保护地类型之一，其合理的功能区划有利于更好地保护和利用自然资源，实现科学的多目标管理，对保护生物多样性和促进生态文明建设有着重要意义。本研究以普达措国家公园为研究对象，利用权重空间叠置法进行空间分析，探讨普达措人类活动与保护目标之间的保护协调适合度，依此对普达措国家公园进行功能分区，结论如下：①采用基于重要生态系统保护目标权重的空间叠置法对普达措国家公园进行功能分区，生态保护权重值的设定突出了自然生态系统的重要保护性质，人类活动与保护目标之间的保护协调适合度运算能权衡公园相关利益主体的目标权益，该方法操作性强，优化了功能分区过程。②普达措国家公园划分为2个功能区，其中，核心保护区占总面积的53.35%，一般控制区占46.65%；核心区内重要生态系统占比高、分布集中，得到了有效保护。依据协调适合度划分的结果有效避免了分区范围的破碎化，一定程度上提高了功能分区的精准度和生态单元区划的合理性。③普达措功能分区结果既保护了重要的生态系统类型，又兼顾了社区发展，增强了功能区区划的科学性；研究结果可为国家公园功能分区提供新的理论方法，为自然保护地建设规划和保护利用提供参考与借鉴。

近年来，国家公园的保护及发展一直受到广泛关注[19-22]，科学合理的功能区划是国家公园建设的关键。前人的研究中，主要采用不同区划方法探究国家公园的功能分区，例如，付梦娣等[7]构建了黄河源区公园功能分区的评价指标体系，利用层次分析与专家打分及综合指数法将其划分核心保育区、生态保育修复区、传统利用区、居住和游憩服务区4个区；虞虎等[21]利用高程、土地利用及居民点和道路分布数据，采用Arc GIS软件叠加分析将钱江源国家公园划为核心保护区、生态保育区、游憩展示区和传统利用区4个区；吴承照等[22]则从保护对象的多维度行为分析法把大山包国家公园划分为荒野保护区、生态保育区、传统利用区、风景展示区、综合服务区5个区。可以看出，以上研究分别从生态环境、土地利用、生态游憩等不同角度完成功能区划分，其分区结果并不统一，分区标准也缺乏普适性。随着国家公园成为自然保护地建设体系的主体，为了更好地实现自然生态系统保护和国家公园科学发展，功能分区下一步将重点关注生态系统保护目标的重要性，本研究提出的“保护权重空间叠置法”能做到理论结合实际，探究自然保护、社区发展与国家公园建设目标在分区后的实施效果，进而推动各类自然保护地科学设置，逐步建成中国特色自然保护地体系。