自然保护地整合优化中GIS技术应用探讨

张 好, 杨育林

(四川省林业科学研究院,四川 成都 610081)

1 引言

我国拥有丰富多样的自然资源和独特优美的环境条件。为保护自然生态系统，维护生物多样性，我国建立了自然保护区、风景名胜区、自然文化遗产、森林公园等不同类型、不同级别的自然保护地[1]。截至2018年末，我国不同类型的自然保护地共1.18万处[2]，但受多方面综合影响，现有保护地类型多，空间重叠，保护的生态系统不完整，保护有效性较差[3]。2019年起，为构建以国家公园为主体的自然保护地体系，根据中共中央办公厅和国务院办公厅印发的《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》[4]，全国各级政府均出台了具体的实施方案，积极开展了自然保护地整合优化工作，对交叉重叠、相邻相近的自然保护地进行了归并整合，对边界范围和功能分区进行合理调整，实事求是解决历史遗留问题，同时加大力度新建了一批自然保护地[5，6]。

自然保护地整合优化是一项涉及面广，矛盾冲突问题较多、任务重、耗费时间较长的一项工作。2021年8月，国家林业和草原局发布了《“十四五”林业草原保护发展规划纲要》，要求“推进自然保护地整合优化，科学界定范围和管控分区，组织勘界立标”[7]。在此过程中，GIS作为主要技术手段，在提高工作时效，全方位掌握保护地资源现状，科学调整保护地边界及功能分区等方面具有重要的意义，为下一步勘界立标和有效管理保护地资源提供技术支撑。

2 GIS技术的主要内容

GIS是一种对地理空间分布数据进行收集、分析、制图以及提供决策的空间信息系统。利用GIS技术，可以将森林、国土、区域发展规划、交通安全等多领域数据资源形成一套完整的信息管理系统，能快速进行信息检索、数据更新、运算分析、制图输出等基本操作，在保证精度的情况下，全面掌握资源分布信息，降低人力物力等资成本[8]。

在林业发展中，GIS主要被应用于林业调查规划以及林业资源管理等方面，相较于人工手绘制图，GIS在空间数据分析，制图可视化表达、图表交互式统计等方面具有显著优势[9]。利用GIS软件将自然保护地全部矢量化，把相关地理空间数据形成一个精确全面的专题数据库，为科学进行保护地规划和管理提供了基础性与实质性的保障，对于推进自然保护地整合优化以及管理工作具有重要意义[10]。

3 GIS技术在自然保护地整合优化中的具体应用

GIS作为自然保护地整合优化中使用的主要技术方法，在解决保护地之间交叉重叠问题、调整自然保护区边界范围、优化自然保护区功能分区等方面，凸现了其重要性。由于自然保护地优化整合工作仍在进行中，本文基于目前收集到的信息，以四川海子山国家级自然保护区为例，探讨GIS技术在解决自然保护地交叉重叠、边界调整、功能区优化及保护地资源管理方面的应用。

3.1 在解决保护地交叉重叠工作中的应用

自然保护地之间的交叉重叠问题，制约了保护地的科学发展以及保护成效，不能实现对自然生态的系统保护[11]。

以四川海子山国家级自然保护区为例，保护区优化整合前由2个保护地组成，分别为海子山自然保护区，级别为国家级；四川理塘格木自然保护区，级别为县级。通过收集两个保护区成立时被批复的边界范围矢量图层，利用Arcgis软件的空间分析功能，可以计算出2个自然保护地空间不交叉重叠面积38.39万hm2，占扣除交叉重叠后净面积45.59万hm2的84.20%；空间交叉重叠面积7.20万hm2，占扣除交叉重叠后净面积的15.80%(表1)。根据整合优化规则，不同级别低级别服从高级别的原则，将海子山保护区与格木保护区重叠部分整合至海子山国家级自然保护区，在数据库中更新对应小班的“调整后保护区名称”“调整后保护地类型”“调整后保护级别”等字段属性，完成2个保护区的整合工作(图1)。

表1 海子山国家级自然保护区归并整合面积统计

图1 海子山自然保护区归并整合方案

3.2 在调整自然保护地边界范围中的应用

自然保护区传统规划模式是在纸质地形图的基础上，以专业技术人员的现场调查和人为勘查测量绘制保护区边界范围，受人为勘测误差以及调查局限性的影响，自然保护地的规划历史遗留问题较多，如范围界线随意、不符合地形地貌等自然地理边界；保护地内保护与发展矛盾冲突问题较多、自然资源权属不清；保护对象不明确，保护地面积过大等，是制约我国自然保护地发展的重要因素[12]，因此需要对自然保护地边界范围进行科学调整。

利用GIS手段，可以将保护地批复边界图层、生态保护红线、高分资源卫星影像、国土空间规划、地形图、水系交通、其他相关地理要素等在同一地理坐标系下进行叠加，结合现场调查情况，对自然保护地边界进行科学划定。划定过程中，可以统筹考虑自然生态整体性和系统性[13]，对保护地边界矢量图层进行编辑，利用遥感影像，以山脉、河流、地貌单元等自然边界作为划界依据，沿地面标志物进行边界勾绘调整，同时充分考虑生态廊道的连通性，遵循自然资源分布情况，坚持生态优先，确保应划尽划；对于保护地内矛盾冲突地块，根据实际情况进行调出。对于保护地内人口密集点、国省干道及铁路等重大项目，在必要情况下，可以通过扣天窗的形式解决历史遗留问题和现实矛盾冲突。

以四川海子山国家级自然保护区为例，整合优化中，四川海子山国家级自然保护区共调出地块4个，面积55.93 hm2。其中，因永久基本农田调出地块2个，面积25.1 hm2；因村庄调出地块2个，面积30.83 hm2(表2)。对应更新数据库内调入调出小班的“调整类型”“调整原因”“备注”等相关属性字段，完成自然保护地边界范围优化工作(图2)。

表2 四川海子山国家级自然保护区范围调整统计

图2 海子山自然保护区边界调整方案

3.3 在优化自然保护区功能分区中的应用

原有自然保护区被划分为核心区、缓冲区和实验区三区，功能分区不够准确，分区管控措施针对性操作性不强，在此次优化整合中，将国家公园和自然保护区按核心保护区和一般控制区进行划分。

在GIS软件中叠加边界优化调整后的保护地边界及功能分区图层、生态保护红线、高分资源卫星影像、国土空间规划、地形图、水系交通、其他相关地理要素等，可通过多因素叠加计算的方式掌握自然保护地内资源分布情况、明确主要保护对象，对自然保护地分区界线的矢量图层进行编辑，将原实验区内无人为活动且具有重要保护价值的区域转为核心保护区，如森林、湿地资源等；将原核心保护区内人口密集区域、重大工程、重要人文景观及合法设施建筑等场所转为一般控制区，并根据山脉、河流、地形地貌等自然界线进行功能区边界修正及平滑。

以四川海子山国家级自然保护区为例，在整合优化中将原334983.3 hm2的核心区及缓冲区直接转化为核心保护区，原115015.56 hm2实验区直接转化为一般控制区。整合优化中，调整功能区地块共18个、面积5996.96 hm2，其中，核心区和缓冲区转一般控制区图斑18个、面积5996.96 hm2；无一般控制区转核心保护区图斑。按调整理由分类，因重大工程建设需要调整面积1151.73 hm2，因人为活动干扰排除需要调整面积4559.86 hm2，因涉密区域需要调整面积285.37 hm2(表3，图3)。

表3 海子山国家级自然保护区功能分区调整区域统计

图3 海子山自然保护区功能分区调整方案

3.4 在自然保护地资源管理中的应用

3.4.1 数据分析

利用GIS软件将保护地的空间分布数据形成专题信息管理系统，能快速统计出整合优化前后各自然保护地面积、功能分区面积、调入调出面积、功能区转换面积等；可以即时查询自然保护地功能区调整原因、备注情况；可以按需求统计一定范围内自然保护地类型、等级、数量、面积、保护对象类型、自然景观价值、土地权属等信息，全面掌握自然保护地体系建设工作成效[14]。

3.4.2 动态监测

目前GIS技术被广泛应用于森林资源动态监测工作，针对不同类型的自然保护地，GIS技术可以在森林资源、湿地及沙化资源、森林防灾、病虫害等不同方向发挥功能，构建资源管理及灾害监测体系，及时掌握各类保护地的资源及灾害信息的动态变化情况。

随着遥感技术的发展，GIS与遥感监测(RS)、无人机技术相互整合形成的有利于解决传统保护地管理中地广人少的问题。

3.4.3 可视化表达

利用GIS技术以相关的属性和数据，绘制专题图，如保护地现状图、调整后图、调整方案示意图、大范围内保护地分布一张图等，标注出公里网格、经纬度等精确地理信息，可以帮助全方位摸清保护地优化整合情况，同时，GIS技术还能提供动态化以及三维立体化的保护地图像展示，精确显示自然保护地的各种地理特征，以及自然资源分布情况，帮助建立直观的评价体系，为下一步编制更具可行性的保护制度以及保护条例提供技术支撑。

4 建议

GIS技术对于加快调整并确定保护地边界范围及功能分区具有重要作用，可以提高工作时效、增强保护地规划的精确性、全方位掌握保护地资源分布情况、进行科学有效的管理。在以后的自然保护地整合优化及管理工作中，提出以下建议。

(1)在功能区区划过程中，可以通过计算一定范围公里网格内各类资源的占比，如1 km网格内湿地面积占比、林地面积占比、泥炭资源占比等，再进行多要素叠加分析，平滑边界，经科学计算得出核心保护区。

(2)可以结合高分资源卫星影像，无人机技术，形成天空地一体化监督管理平台，为下一步组织勘界立标和科学管理评估工作提供系统保障。