长江中游流域国家级自然保护地交叉重叠特征及其优化整合研究

唐晓岚，马 坤，任宇杰

(南京林业大学风景园林学院，南京林业大学中国特色生态文明建设与林业发展研究院，江苏 南京 210037)

自然保护地作为保护自然生态系统和自然遗产资源最重要的载体，是我国生态文明建设的核心，也是维护生态安全的基础[1]。自1956年建立首个自然保护区以来，我国先后建立了自然保护区、风景名胜区、森林公园、湿地公园、草原公园等各类各级保护地约1.18万个，占国土面积的18%，形成了类型丰富、功能多样的自然保护地体系[2]。然而，由于我国自然保护地缺乏总体发展战略与规划布局，出现个体面积小、破碎化、孤岛化、空间交叉重叠等问题，导致仍然有许多地区没有得到有效的保护地覆盖[3-4]。因此，如何从整体的角度解决空间交叉重叠问题，统筹规划自然保护地体系和提高保护效率成为目前的研究热点。

国外有关自然保护地空间格局的研究主要集中在对内部各类资源功能价值的保护与开发分析，如自然资源保护价值[5]、旅游资源开发价值[6]、生态系统服务功能[7]等方面，对保护地之间交叉重叠的研究极少。国内虽有众多学者针对自然保护地的空间分布进行了研究，但仅针对部分类型，例如：孔石等[8]比较分析了我国国家级自然保护区与森林公园之间的空间分布差异；姜超等[9]探讨了自然保护区、风景名胜区、森林公园、湿地公园和地质公园5种保护地的空间分布格局；杨振等[10]运用空间叠加技术定量研究了东北林业系统的自然保护区、森林公园和湿地公园；郭子良等[11]分析了我国国家湿地公园的建设现状、地理分布格局和发展动态。虽然也有学者针对全国各类型自然保护地空间交叉重叠进行了研究[12-13]，但由于研究范围较大，且数据精度较低，导致研究的全面性和准确性不足。因此，以区域为单元的各类自然保护地交叉重叠问题研究具有理论价值与现实意义。

长江中游流域涉及9省58个市，总面积约68万km2，自然生态系统完整多样，丰富的水域、湿地和森林及其生物多样性等自然资源，与极具特色的湖湘文化、赣文化、红色文化等人文景源，成为各类自然保护地规划发展的重要基础[14]。截至2019年12月，长江中游流域内已设立2处国家公园试点和各类各级自然保护地1 960多处，形成了“依山含水”的生态保护网络。因此，本研究选取长江中游流域6类661处国家级自然保护地为研究对象，定量梳理其交叉重叠情况，并结合GIS空间叠置分析技术进行可视化表达，最终提出空间优化整合策略，旨在为我国自然保护地的合理规划与布局提供科学信息，也为保护地体系优化整合策略的制定与为长江大保护战略的实施提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源与处理

1)自然保护地数据。自然保护区数据源自原环境保护部官网(http://www.zhb.gov.cn)，森林公园、湿地公园数据收集自自然资源部(http://www.mnr.gov.cn)、国家林业和草原局官网(http://www.forestry.gov.cn)与湿地中国网(http://www.shidi.org)，风景名胜区数据源自住房和城乡建设部官网(http://www.mohurd.gov.cn)；国家级水利风景区名录源自水利部官网(http://www.mwr.gov.cn)；地质公园数据源自《全国生态旅游发展规划(2016—2025)》(http://www.gov.cn)；各类国家级自然保护地地理边界数据源自各类自然保护地考察报告和总体规划项目书，数据截至2019年12月。本研究采用统一地理坐标系，人工矢量化了6类661处国家级自然保护地的地理边界矢量面数据，其中包括国家级自然保护区81处、国家级风景名胜区50处、国家级森林公园159处、国家级湿地公园197处、国家级水利风景区136处、国家级地质公园38处(图1)。

底图审图号：GS(2019)1719。下同。The same below

2)其他数据。长江中游流域边界线、二三级流域分区线、长江干流、水域矢量数据来自国家地球系统科学共享服务平台“湖泊-流域科学数据中心”(http://lake.geodata.cn)；行政区划矢量数据来自中国科学院资源环境数据云平台(http://www.resdc.cn)；生物多样性保护优先区来自原生态环境部官网(http://www.mee.gov.cn)；生态功能保护区矢量数据来自中国科学院资源环境数据云平台(http://www.resdc.cn)。

1.2 研究方法

1.2.1 保护地交叉重叠分析方法

自然保护地交叉重叠主要包括两个方面：一是同一个自然保护地存在多个名称或挂牌，即一地多名，根据长江中游流域各个国家级自然保护地的名称和地理位置信息，提取各自然保护地所在山川河流的通俗地名，如“武当山”“衡山”“陆水湖”等标签，若具有相同地名标签，初步判定为同一生态系统，再结合保护地面积和获批时间等信息进一步手动查询、核对、复选和归类；二是空间上存在边界与边界之间的交叉重叠关系，主要可以分为内嵌和相交(图2)。其中内嵌是指一个自然保护地边界完全处于更大的自然保护地之中；相交是指2个或2个以上自然保护地边界之间存在部分重叠。本研究根据矢量化的661个国家级自然保护地地理边界数据，结合自然保护地面积和地理位置信息，同时运用GIS空间叠置分析法和地名区域标签提取法进行初步筛选，然后再通过相关文献资料进一步核实。

图2 自然保护地边界交叉重叠模式及其次数核定

1.2.2 Kernel 核密度指数

Kernel核密度指数主要是从宏观层面分析保护地的密度大小在空间上的分布特征，通过输入长江流域国家级保护地数据来计算其在整个区域的聚集特征[15]，计算公式为：

式中：f(x,y)是指位置(x,y)的核密度值；n为自然保护地出现交叉重叠情况的数量；h为带宽；L为核函数；dj为位置(x,y)距第j个观测位置的距离。该值越高，表明长江中游流域国家级自然保护地交叉重叠数量越多，反之则越小。

2 结果与分析

2.1 长江中游自然保护地交叉重叠数量特征

长江中游流域共214处交叉重叠的国家级自然保护地，占661处国家级自然保护地总数的32.4%，涉及面积约34.9×103km2，占自然保护地总面积的51.5%。其中，水利风景区交叉重叠数量最多，为46处，但重复率最高的为风景名胜区和地质公园，为68.0%和68.4%(表1)。

表1 长江中游流域国家级自然保护地交叉重叠统计

一地多名情形，共涉及66处国家级自然保护地，占总数的10.0%，涉及面积11.3×103km2，占总面积的16.7%，其中风景名胜区数量最多(15处)，重复率最高(30%)，涉及面积最大(3.4×103km2)；相交情形，共涉及122处国家级自然保护地，占总数的18.5%，涉及面积24.3×103km2，占总面积的35.9%，其中湿地公园数量最多(28处)、地质公园涉及面积最大(6.5×103km2)；内嵌情形，共涉及68处国家级自然保护地，占6类自然保护地总数的10.3%，涉及面积8.9×103km2，占总面积的13.1%，其中森林公园数量最多(18处)、风景名胜区涉及面积最大(3.6×103km2)。

2.2 长江中游自然保护地交叉重叠空间特征

由于一地多名的自然保护地实际为一个自然保护地多个名称或挂牌，因此，为避免对内嵌和相交自然保护地进行空间分析时造成重复误差，首先将66处一地多名自然保护地进行合并处理，最终获得长江中游流域空间交叉重叠自然保护地共161处。通过ArcGIS 10.2软件中核密度工具分析，研究区交叉重叠国家级自然保护地形成了多个高密度集聚区域(图3)，包括鄱阳环湖[平均核密度(fmean)=7.9、最大核密度(fmax)=9.0]、大别山南部(fmean=6.2、fmax=7.8)、武陵山脉(fmean=6.5、fmax=8.9)和伏牛山(fmean=7.8、fmax=8.6)等区域。

为深入探究长江中游流域自然保护地优先整合区域划定方法，进一步叠加分析了我国行政区划、流域区划、生物多样性保护优先区和生态功能保护区，结果见图3。从行政区划来看(图3A)，长江中游流域各省交界处涉及的交叉重叠国家级自然保护地共103处，占交叉重叠总数量的近一半(48.1%)，其中湖北与江西交界25处(6号集聚地)、江西与湖南交界20处(10、11号集聚地)、贵州与湖南交界18处(8号集聚地)、安徽与湖北交界14处(3号集聚地)、陕西与河南交界11处(1号集聚地)。从二级流域区划来看(图3B)，长江中游流域共126处交叉重叠国家级自然保护地主要集中分布在流域区划边界，超过了交叉重叠总数量的一半(58.9%)，其中鄱阳湖水系流域与干流流域交界25处、鄱阳湖水系流域与洞庭湖水系流域20处。该分布特征与行政区划基本一致，这主要是因为长江中游流域内行政区划多以作为流域分水岭的重要山脉和山体位置进行划分。而作为流域区划依据的汉江、沅江、赣江和湘江4条一级支流周边出现自然保护地交叉重叠相对较少，且均以保护水资源为目的的自然保护地类型存在交叉重叠现象，例如湿地公园与水利风景区。从生物多样性优先保护区(图3C)来看，长江中游流域9处生物多样性优先保护区共涉及83处交叉重叠自然保护地，占交叉重叠总数的38.7%。其中，南岭生物多样性保护优先区内交叉重叠自然保护地最多，共23处，占生物多样性保护优先区内交叉重叠保护地总数的27.7%。从生态功能保护区(图3D)来看，长江中游流域10处生态功能保护区共涉及69处交叉重叠自然保护地，占交叉重叠总数的32.2%。其中，南水北调中线工程水源区生态功能保护区内交叉重叠自然保护地数量最多，共18处，占生态功能保护区内交叉重叠保护地总数的26.1%。

图3 长江中游交叉重叠国家级自然保护地与各类区划空间关系

2.3 长江中游自然保护地交叉重叠类型特征

进一步对长江中游流域各类自然保护地交叉重叠情况统计可知，不同类型国家级自然保护地交叉重叠情况较为复杂，其中湿地公园与水利风景区之间交叉重叠数量最多，共29处，包括8处一地多名、17处相交和4处内嵌情况；其他依次分别为风景名胜区与森林公园(22处)、地质公园与森林公园(16处)、森林公园与自然保护区(15处)。由此可知，可以充分结合流域特征，实现以水生态系统服务功能为主导的不同类型自然保护地优先进行类型整合。

为了进一步探究自然保护地交叉重叠的空间分布情况，分别在三级流域区生物多样性优先保护区、生态功能区提取不同类型自然保护地交叉重叠次数最多的区域进行比较，结果如图4所示。不同类型自然保护地在各类区划内的交叉重叠情况差异显著。其中与水资源保护最为直接的是湿地公园和水利风景区，分别表现为洞庭环湖、湘江衡阳以下流域内交叉重叠最多，但在生物多样性优先保护区与生态功能保护区内，均在南岭区域交叉重叠最多。因此，可以优先整合南岭地区的湿地公园与水利风景区，其他不同类型自然保护地之间的整合可以参照不同区划内的交叉重叠特征依次进行。

图4 长江中游各类国家级自然保护地在不同区划内的交叉重叠类型分布特征

2.4 长江中游自然保护地优化整合目标及对策

2.4.1 自然保护地优化整合目标

根据《建立国家公园体制总体方案》《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》(简称《指导意见》)和《关于加强和规范自然保护地整合优化预案数据上报工作的函》(简称《工作函》)可知，要建立以国家公园为主体、自然保护区为基础、风景名胜区为特色、各类自然公园为补充的自然保护地体系[16]。因此，自然保护地优化整合主要可以从4个目标进行(图5)。

图5 长江中游不同类型国家级自然保护地优化整合示意

1)以类型整合为目标，旨在打造国家公园。即在交叉重叠保护地较为密集的区域，综合分析各个保护地的生态系统功能与自然资源本底，在保证生态系统的原真性和完整性的前提下，优化整合生物多样性富集、自然遗产珍贵、自然景观独特的保护地(图6)。如图6中号神农架地区，各类自然保护地交叉重叠情况严重，涉及面积较大，约2 000 km2，是亚热带、热带山地针叶林和草丛生态系统的重要分布地，野生动植物、地质遗迹和自然景观资源极其丰富，具备整合成为国家公园的基本条件。

2)以吸收合并为目标。以风景名胜区为主，该类保护地出现交叉重叠问题最多，但根据《工作函》可知，风景名胜区作为最具中国特色的保护地，不参与整合优化，其名称、范围不变。因此，对其应以吸收合并为目标，与之交差重叠的自然保护地应严格按照风景名胜区的红线范围进行配合调整。如图6中④号九江市庐山地区，虽然各类保护地交叉重叠情况较为严重，但庐山风景名胜区作为核心，面积约300 km2，占该地区总面积的75%，可以将其红线范围内其他保护地进行整合，范围外其他保护地按照保护需求进行重新划定，或进行整合并纳入庐山风景名胜区外围保护带。

3)以范围调整为目标。以自然保护区为主，即基于优先保护原有典型自然生态系统、珍稀濒危野生动植物或特殊自然遗迹资源，整合其他以提供支持服务功能为主的自然保护地[17]。如图6中⑧号宜春市九岭山国家级自然保护区和⑨号永州市都庞岭国家级自然保护区，与它们交叉重叠的保护地均为森林公园，可分别进行整合。

图6 长江中游交叉重叠国家级自然保护地示意详图

4)以同类合并为目标。以自然公园为主，综合分析区域内以各类景观为主要保护对象、以文化服务为主要生态系统功能的保护地进行优化整合，包括森林公园、湿地公园、水利风景区、地质公园等[18]。如图6中⑦号黄冈市大别山区域，交叉重叠的保护地类型较多，主要以自然生态系统、野生动植物和自然遗迹保护为主，且涉及面积约400 km2，但缺少成为国家公园具备的综合生态系统服务功能和体量。因此，可以保留湖北大别山国家级自然保护区范围不变，将周边所有其他保护地整合成为自然公园。

2.4.2 自然保护地空间优化整合对策

生态、行政等不同类型区划及其空间异质性特征共同作用是导致各类自然保护地出现交叉重叠的重要原因之一，即长江中游流域自然保护地交叉重叠现象主要集中在大型湖泊区、大型山脉区、重要生物多样性保护优先区、行政交界区、地势阶梯过渡区等位置。例如，大型湖泊区主要有洞庭环湖和鄱阳环湖区，大型山脉区主要有武陵山脉、秦岭、南岭等，重要生物多样性保护优先区主要有鄱阳湖、大别山等，行政交界区主要在湖南与湖北交界处。保护地边界的设置多依据这些区划界线，因此不同异质空间单元的组合与拆分造成了保护地空间上的交叉重叠[19]。因此，针对研究区交叉重叠国家级自然保护地提出以下3个方面的空间优化整合策略。

1)打破行政区划桎梏、重视流域区划特性。根据本研究结果可知，交叉重叠保护地多集中分布在各省市交界处(图2)，其根本原因在于原主管部门依据单一生态要素作为保护对象而设置，且部门之间批建无协调，导致部门之间存在资源管理分割，造成保护地所在生态系统交叉管理现象[20]。因此，保护地优化整合应打破行政区划界限，遵循《指导意见》中的原则和要求，按照自然生态系统的原真性、整体性、系统性及各自保护地保护对象的资源属性和价值属性进行整合。

2)秉持重要生态保护区优先原则。生物多样性保护优先区、生态功能保护区均是生物多样性富集区、典型生态系统与关键物种分布区，也是生态功能重要区与生态环境脆弱区，对我国生态文明建设具有重要意义[21]。因此，本研究认为，长江中游流域国家级自然保护地交叉重叠应优先针对鄱阳湖、秦岭东部、大别山、武陵山脉东南部生物多样性优先保护区进行整合。

3)按照整合工作的难易度，可将出现“一地多名”—“内嵌”—“相交”—“相接”—“邻近”的空间现象依次进行优化整合。本研究认为，保护地优化整合可以先对出现 “一地多名”的保护地进行整理，实现数量上去交叉重叠化，归避重复计算所带来的工作误差；其次，从空间上准确筛选出“内嵌”的自然保护地，并依据每个保护地所保护的具体对象进行合并处理；最后，未来依据我国国土空间规划体系成果，通过建立用地分类标准、自然资源确权等级的综合性基础数据库，运用统一坐标系，就能全面精准掌握各类出现“相交”“相接”“邻近”空间现象的保护地，结合其价值、特色、资源权属、用地性质和保护强度等要求进行优化整合。

3 结 论

以长江中游流域6类661处国家级自然保护地边界矢量数据为基础，采用统一地理坐标系，揭示了其交叉重叠现状，并通过空间核密度指数分析，探讨了其与行政区划、流域区划、生物多样性优先保护区和生态功能保护区之间的空间关系，最后结合交叉重叠类型特征，提出优化整合目标与空间对策。

1)数量方面，长江中游流域交叉重叠的国家级自然保护地共214处，占总数的32.4%。其中，一地多名保护地共66处，占总数的10.0%；内嵌保护地共68处，占总数10.3%；相交保护地共122处，占总数18.5%。

2)空间方面，长江中游流域交叉重叠自然保护地空间呈现多地集聚特征。从自然地貌特征来看，集聚区主要分布在鄱阳环湖、大别山南部、武陵山脉和伏牛山区域；从行政区划角度来看，共103个交叉重叠国家级自然保护地分布在省级区划交界处，湖北与江西交界处数量最多，共25个；从流域区划角度来看，共 126处交叉重叠国家级自然保护地分布在流域分水岭处，鄱阳湖水系流域与干流流域交界处数量最多，共25处；近一半数量的交叉重叠自然保护地分布在生物多样性优先保护区内，其中南岭生物多样性保护优先区内交叉重叠自然保护地最多，共23处；近一半数量的交叉重叠国家级自然保护地分布在生态功能保护区内，其中南水北调中线工程水源区生态功能保护区内交叉重叠自然保护地最多，共18处。此外，不同类型交叉重叠自然保护地在不同区划内空间分布特征差异较大。

3)类型方面，湿地公园与水利风景区之间交叉重叠数量最多，共有29处，其次是风景名胜区与森林公园(22处)、地质公园与森林公园(16处)。

4)自然保护地优化整合应以国家公园、风景名胜区、自然保护区和自然公园为主体，分别进行类型整合、吸收合并、范围调整与同类合并，先行整合“一地多名”和“内嵌”自然保护地，未来借助国土空间规划体系成果整合“相交”“相接”“邻近”现象。