湖南省自然保护地空间分布特征及其重叠关系分析

李永进，汤玉喜，黎 蕾，李华军，唐 洁，杨 艳

(湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004)

自然保护地在保护珍稀、濒危物种、重要自然生态系统、自然遗迹和自然景观等方面具有重要价值[1-3]。2019年，我国自然保护地总数超过12 000个，覆盖面积占陆域国土面积的18%，形成了涵盖自然生态环境、生物多样性、历史文化遗产和旅游资源开发在内的保护框架体系[4]。但我国的自然保护地还存在划定不科学、交叉重叠、多头管理、权责不清等问题，导致自然资源保护成本增加、保护成效降低[5-6]。2019年6月15日，中共中央办公厅、国务院办公厅颁布实施《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》(以下简称《指导意见》)，明确提出建立以国家公园为主体的自然保护地体系，并在“保护面积不减少、保护强度不降低、保护性质不改变”的原则下对原有自然保护地进行优化整合[7]。

近年来，自然保护地空间分布、生物多样性空间格局以及生态系统服务功能评价逐渐成为研究热点[8-17]。国内学者也对全国及各省范围内的单一或多种类型的自然保护地空间分布特征开展了研究[17-23]。湖南省作为长江中游最具自然保护价值的典型地区之一，全面调查省内自然保护地现状和空间分布格局，系统探讨自然保护地空间重叠和存在的问题，对湖南省自然保护地优化整合的顺利开展，构建以国家公园为主体的自然保护地体系起着重要作用。目前，有关湖南省自然保护地的研究只是针对某个或者某一类自然保护区[24-25]，而对全省所有类型自然保护地的空间分布、交叉重叠方面的研究鲜有报道。笔者基于2020年5月湖南省林业主管部门摸底调查收集的自然保护地信息资料，采用最邻近点指数、地理集中指数和ArcGIS空间分析等技术对全省自然保护地的空间布局、重叠关系进行分析，以期为开展湖南省自然保护地优化整合、构建科学合理的保护地布局提供参考。

1 研究区概况

湖南省(24°38′～30°08′ N，108°47′～114°15′ E)位于我国长江中游，总面积21.18万km2。境内东有罗霄山脉，南有南岭山脉，西有武陵—雪峰山脉，北有洞庭湖，还有湘江、资江、沅江和澧水流经全境，形成了“一湖三山四水”的地理空间格局。湖南属于亚热带季风气候区，水热条件充沛、地形复杂多样，生境类型地带性明显，孕育了典型的中亚热带亚高山、沟谷森林以及湿地等生态系统类型，是《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030年)》中的生物多样性保护优先区域。

2 研究方法

2.1 数据来源

数据来源于2020年1—5月湖南省林业和草原局组织开展的自然保护地整合优化摸底调查，数据包括国家公园(试点)、自然保护区、森林公园、风景名胜区、湿地公园、地质公园、石漠公园、水产种质资源保护区和野生植物原生境保护区9种类型的自然保护地的面积、保护级别、主要保护对象、所在行政区域、边界资料等。空间矢量边界数据来源于湖南省测绘地理信息网(http:∥www.hnch.org.cn)和国家基础地理信息中心(http:∥www.ngcc.cn)。

2.2 数据处理

2.2.1最邻近点指数

利用ArcGIS 10.2空间分析软件建立各种类型自然保护地的空间点分布图层并分别叠加于1∶20 000 的湖南省行政区划底图上，然后利用Spatial Statistics Tools模块中的最邻近点指数(nearest neighbor index，R)进行计算。当R=1时，表明保护地分布类型为随机型；当R>1时，保护地趋于均匀分布；当R<1时，表明保护地趋于聚集分布[26]。

2.2.2地理集中指数

地理集中指数(geographic concentration index，G)是研究地理要素在一定区域范围集中程度的重要指标，用来衡量湖南省各类保护地与14个市(州)保护地的集中程度，其计算公式[13]为

(1)

(2)

2.2.3相交重叠区域分析

利用ArcGIS 10.2空间分析软件对具有相交重叠关系的自然保护地进行图层叠加，相交重叠区域为某个保护地与另一个或多个保护地间的共同交集区域。然后，采用集合容斥原理计算自然保护地之间的交叉重叠面积，其计算公式[27]为

(-1)m-1|A1∩A2∩A3…∩Am|。

(3)

式(3)中，A为自然保护地交叉重叠面积，km2；i、j、k为与某个自然保护地重叠的保护地个数；Am为具有交叉重叠关系的自然保护地面积，km2。

3 结果与分析

3.1 自然保护地分布格局

3.1.1自然保护地数量及面积

截至2020年，湖南省已建立国家公园(试点)、自然保护区和森林公园等9种类型自然保护地582个(表1)。在各级自然保护地中，国家级自然保护地数量最多、面积最大，分别占全省保护地总数的47.25%和总面积的57.21%，而市县级自然保护地数量最少、面积最小，仅占全省保护地总数的4.40%和总面积的14.20%。在各类自然保护地中，自然保护区数量最多、面积最大，分别占全省自然保护地总数的32.79%和总面积的41.30%，但远低于全国自然保护区，约占全国自然保护地总面积的70%[23]；其次，森林公园的数量较多，有135个；风景名胜区面积较大，有6 895.48 km2；而野生植物原生境保护区面积最小，仅占全省保护地面积的0.06%。

表1 湖南省各级各类自然保护地数量及面积Table 1 The number and area statistics of various types of natural protected area in Hunan Province

3.1.2自然保护地区域分布

从表2和图1可以看出，武陵—雪峰山地、南岭山地等区域是湖南省自然保护地集中分布区域，这些区域保护地数量占全省自然保护地总数的61.41%，而湘中丘陵盆地较小，仅占7.26%。在14个行政区中，永州市、湘西土家族苗族自治州(简称“湘西州”)、怀化市和邵阳市等市(州)的自然保护地数量较多，占全省保护地总数的44.33%；岳阳市、湘西州和邵阳市自然保护地面积较大，分别占全省保护地总面积的13.24%、12.70%和11.05%；而湘潭市保护地数量和面积均低于其他行政区，仅占全省保护地总数的1.89%和总面积的1.36%。从地理集中指数看，永州市、湘西州、怀化市、邵阳市的保护地地理集中指数较高，表明这些地区自然保护地的地理集中程度高于其他地区。

表2 湖南省各市州自然保护地数量及面积Table 2 The statistics of number and area for natural protected areas in cities and prefectures of Hunan Province

3.2 重叠自然保护地分布特征

通过对矢量边界数据叠加发现，湖南省自然保护地中有262处存在空间重叠，重叠数量占全省自然保护地总数的45.02%，远高于全国自然保护地18%的平均重叠率(表3)。

表3 不同级别自然保护地重叠数量及比例Table 3 Number and proportion of different levels of overlapping protected area

在各级自然保护地中，国家级自然保护地重叠数量最多，有119个，占全省重叠保护地总数的45.42%；在各类自然保护地中，自然保护区交叉重叠数量最多，有94处，占全省重叠保护地数量的35.88%；其次为森林公园和风景名胜区，分别有54和46处，而野生植物原生境保护区、国家公园与其他自然保护地之间无重叠现象。

在14个市(州)中(图2)，自然保护地重叠面积存在较大差别，其中邵阳市自然保护地重叠面积最大，为1 498.18 km2；其次为岳阳市，保护地重叠面积为1 180.34 km2；湘潭市、长沙市和娄底市较小。从重叠率来看，张家界市自然保护地重叠率最高，为53.68%；邵阳市次之，重叠率为38.57%；而常德市自然保护地重叠率最低，为14.63%。

3.3 自然保护地交叉重叠特征

在相互交叉重叠的自然保护地中(表4)，交叉重叠1次的自然保护地数量为204组，其中自然保护区与森林公园、自然保护区与风景名胜区、自然保护区与湿地公园、森林公园与风景名胜区的重叠组数较多，自然保护区与森林公园、自然保护区与风景名胜区的重叠面积较大，而自然保护区与石漠公园、森林公园与石漠公园、自然保护区与水产种质资源保护区、湿地公园与水产种质资源保护区、地质公园与石漠公园、湿地公园与地质公园的1次交叉重叠组数和面积均较小。相互交叉重叠2次的自然保护地有50组(图3)，重叠面积达682.55 km2，其中风景名胜区、地质公园与森林公园，自然保护区、地质公园与风景名胜区，自然保护区、湿地公园与森林公园这3种类型重叠较多，而自然保护区、石漠公园与森林公园，水产种质资源保护区、地质公园与自然保护区重叠类型没有出现2次交叉重叠。

表4 自然保护地一次重叠组数及面积Table 4 The statistics of number and area for natural protected areas with one overlap

相互交叉重叠3次的自然保护地组合有11组(表5)，重叠面积为36.23 km2，其中主要重叠类型为自然保护地、风景名胜区、森林公园与湿地公园，自然保护地、风景名胜区、森林公园与地质公园，而水产种质资源保护区、野生植物原生境保护区和石漠公园与其他自然保护地均未出现3次交叉重叠类型。4次交叉重叠的自然保护地组合有4个，重叠面积19.18 km2，主要分布在长沙市、永州市和益阳市3个行政区域。5次以上交叉重叠有2个，均分布在张家界市。

表5 各类各级自然保护地3次以上重叠情况Table 5 Statistics of the overlapping natural protected areas with more than three overlaps

4 讨论与结论

自然保护地优化整合是建立以国家公园为主体的自然保护地体系的重要基础，摸清与分析现有自然保护地的现状和空间分布格局，厘清不同类型自然保护地之间的空间关系，可为自然保护地优化整合提供依据[17,23,27]。笔者对湖南省582个自然保护地空间分布及交叉重叠特征进行综合分析，发现湖南省自然保护地整体上呈现出集中分布格局且交叉重叠现象严重，其中武陵—雪峰山地、南岭山地是自然保护地分布密集区域，湘西土家族苗族自治州、怀化市、邵阳市和永州市等市(州)是自然保护地数量最多、地理集中度较高的行政区；湖南省自然保护地重叠现象突出，重叠保护地数量占全省自然保护地总数的45.02%，远高于全国自然保护地18%的重叠平均值，这与国内其他学者对自然保护地空间分布格局及重叠特征的研究结果相一致[17]。造成这种现象的主要原因一方面与分布区的自然资源集中、生物多样性丰富、生境类型多样、自然景观独具特色以及人为干扰较小有关，另一方面是由于在保护地建设中一个区域不同主管部门针对不同的保护对象或功能建立了几个不同的保护地类型[14,22]。

自然保护地优化整合是一项系统性、科学性、综合性的工作。按照《指导意见》的精神，在不减少保护面积、不降低保护强度、不改变保护性质的前提下，在分析湖南省自然保护地基本现状、保护地自然资源价值的基础上，建议从以下几个方面对湖南省自然保护地进行优化整合：

(1)优化整合交叉重叠自然保护地。遵循同级别保护地保护强度高者优先、不同级别保护地低级别者服从高级别的原则，湿地公园、风景名胜区等保护地与国家级或省级自然保护区的重叠部分整合到自然保护区，例如大围山省级自然保护区与大围山省级风景名胜区重叠部分可以整合成保护区；湿地公园、森林公园、风景名胜区等保护强度、级别相同的重叠保护地可调整保护地范围，例如柘溪国家森林公园与雪峰湖国家地质公园重叠部分可调整保护范围。而市县级自然保护区与其他自然保护地重叠，需根据自然保护区保护对象分布情况进行归并、整合。

(2)归并整合相邻相连自然保护地。打破行政区划界限，归并整合同一地理单元和生态过程紧密、类型基本一致的相邻、相连的自然保护地，并按照国家公园、自然保护区和自然公园的分类体系对各类保护地进行重新架构。例如以都庞岭、九嶷山等国家级自然保护区为主体，将月岩国家森林公园、千家峒国家森林公园、永明河国家湿地公园、九嶷山国家地质公园、九嶷山国家湿地公园、湘江源国家森林公园等自然保护地整合为南岭国家公园；将永州市东安舜皇山国家自然保护区和邵阳市绥宁舜皇山国家级自然保护区归并成一个国家级自然保护区或归并到南山国家公园试点区。

(3)补充自然保护空缺。按照《湖南省自然保护地保护空缺分析技术指南》，梳理出生物多样性丰富、生态系统脆弱、自然资源价值高、尚未得到保护的空白区。对于生态地理分区和生态系统类型相同、主要保护对象一致的保护空缺地可补充并入周边自然保护地，也可以对规模较大的保护空缺地设立新的自然保护地。

(4)适当调整保护地边界范围。因边界落图不够精准、划定范围不规范等原因造成的保护地重叠问题以及保护地内的村镇、农田等历史遗留问题，应对自然保护地进行科学评估，重新勘界立标，科学调整范围，并探讨科学合理的处理方式，切实维护居民的合法权益及社会稳定，实现“以保护促发展，以发展促保护”的良性循环。

此外，该研究分析了湖南省自然保护地空间分布和重叠关系，尚未就人类活动、管理体制等对自然保护地生态系统、植被、景观等保护对象的影响进行讨论，今后应加强这方面的研究。