荒漠类型自然保护区空间布局及区划

范 琳, 刘 楠, 赵 力,2, 姜子夏, 刘虎祥†

(1.国家林业和草原局西北调查规划院,旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室,710048,西安;2.西安交通大学人居环境与建筑工程学院,710049,西安; 3.中国林业科学研究院林业科技信息研究所,100091,北京)

2019年,党中央国务院提出建立以国家公园为主体的自然保护地体系,全面创新中国自然保护地体制和机制。近60年来,我国建立了多种类型自然保护地,但由于设立管理机构、保护管理目标不同[1],有些还是“抢救式”策略指导下进行的,普遍存在范围交叉重叠[2]、空间布局不合理、保护与利用矛盾冲突等现象。荒漠类型自然保护区是我国自然保护区3类9型分类体系之一,主要保护我国干旱、半干旱区重要的荒漠自然生态系统及其珍稀濒危野生动植物的集中分布区。我国荒漠类型自然保护区,尽管在数量上比森林、湿地类型自然保护区少,但面积居国内自然保护区第1位,约占国土面积5%,占全国自然保护区总面积25%以上,对于维护荒漠生态系统稳定性、保护生物多样性和区域生态安全具有重要意义,对于西北干旱半干旱区水土保持与荒漠化防治具有现实意义。

近年来,国内外许多学者[3-5]从确定优先保护区、划定生态保护区、分析保护空缺等不同角度研究自然保护区体系构建,如郭子良等[6]全面研究了自然保护区体系构建方法,欧阳志云等[7]、唐小平[8]和陈雅涵等[9]提出自然保护区分布现状及体系建设方案;李霄宇[10]、孙锐等[11]和朱磊等[12]分析森林和湿地生态类型自然保护区空间布局及保护空缺,而针对荒漠类型自然保护区多是研究单体保护区植被恢复情况及保护管理成效等[13-16],荒漠类型自然保护区整体布局的合理性、荒漠区域自然生态系统保护的有效性研究较少。

鉴于此,笔者以我国荒漠类型自然保护区为研究对象,综合运用GIS空间分析技术和数理统计方法,开展荒漠区域自然保护地理区划,分析我国荒漠自然保护区空间分布格局及各自然保护地理区的保护空缺,旨在系统研究荒漠区域的自然生态保护空间,以期为我国荒漠类型自然保护区合理布局和荒漠资源高质量保护提供参考和借鉴。

1 研究区概况

我国荒漠区域西起塔里木盆地西端,东到松嫩平原西部,横跨东北、西北和华北地区[17],形成一条东西长4 500 km,南北宽600 km的弧形荒漠带,包括准噶尔盆地、塔里木盆地、阿拉善高原、河西走廊、柴达木盆地、青藏高原北部和西部、内蒙古高原、黄土高原北部以及辽西地区的个别区域,地理坐标E 73°34′58″～126°41′34″,N 27°16′05″～50°41′30″,区域总面积454.98万km2。

荒漠区域主要位于我国第1、第2级阶梯上,海拔基本在1 000 m以上,气候属于干旱、半干旱季风气候,年降水量一般在400 mm以下,蒸发量2 000～3 000 mm,干燥度指数通常为4～10,风大沙多,极易形成沙尘暴。水资源短缺,河流以内流区为主,境内湖泊、冰川众多。野生动植物资源极其贫乏,有种子植物82科484属1 704种,鸟类109种,哺乳动物45种,爬行动物16种,两栖动物2种[18]。优先保护的荒漠自然生态系统仅9类[19],有梭梭(Haloxylonammodendron)荒漠、柽柳(Tamarixchinensis)荒漠、泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)荒漠、膜果麻黄(Ephedraprzewalskii)荒漠、红砂(Reaumuriasoongorica)荒漠、沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)荒漠、籽蒿(Artemisia)荒漠、驼绒藜(Ceratoideslatens)荒漠和垫状驼绒藜(Ceratoidescompacta)高寒荒漠。国家重点保护动物有雪豹(Pantherauncia)、藏野驴(Equuskiang)、野牦牛(Bosmutus)、藏羚羊(Pantholopshodgsonii)、野骆驼(Camelusferos)、普氏原羚(Procapraprzewalskii)、北山羊(Caprasibirica)、棕熊(Ursusarctos)、猞猁(Lynxlynx)、藏原羚(Procaprapicticaudata)、岩羊(Pseudoisnayaur)、西藏盘羊(Ovishodgsom)、鹅喉羚(Gazellasubgutturosa)、荒漠猫(Felisbieti)等。区域内还分布有8大沙漠、4大沙地、新疆乌尔禾“风城”、西藏扎达土林、新疆罗布泊洼地、新疆天池、内蒙古月亮湖、内蒙古响沙湾、塔里木河、额尔齐斯河、玛纳斯盐湖、青海湖、沙漠胡杨林、柴达木魔鬼城、古丝绸之路等重要的景观遗迹。

2 数据与方法

2.1 数据来源

1)自然保护区数据。自然保护区数据引自我国环境保护部公布的《2017年全国自然保护区名录》,并补充收集各级自然保护区的设立申报书、范围调整报告、科学考察报告、总体规划报告等相关资料,建立荒漠类型自然保护区空间数据库。

2)专题数据。空间行政边界矢量数据来源1∶400万我国基础地理信息数据库,荒漠自然生态系统来源于1∶400万植被图,全国生态功能区、生物多样性优先保护区、生物多样性关键区均来源于相关规划的纸质数据矢量化。

2.2 研究方法

1)使用GIS 10.2进行数据处理,矢量化全国荒漠类型自然保护区,建立空间数据库,包括名称、所属省(自治区)、批准时间、面积、级别、主要保护对象等基本信息。

2)矢量化相关自然地理区划图层[20-23],借助GIS直观重叠技术,利用地形、水系、气候、植被、沙漠、沙地等分布数据,结合地貌完整性、荒漠植被分布差异性、自然保护区建设布局等情况,开展荒漠区域自然保护地理区划。

3)矢量化我国相关生物多样性优先保护专题图层数据,通过叠加赋值,确定荒漠类型自然保护区建设的关键区域。

4)结合荒漠类型自然保护区建设的关键区域,筛选各自然保护地理小区中存在保护空缺以及保护有效性较低的地理单元,提出我国荒漠类型自然保护区优化布局方案。

3 结果与分析

3.1 荒漠区域自然保护地理区划

自然保护地理区划是研究荒漠区域自然生态保护空间的基础。笔者将我国荒漠区域分为5个自然保护地理区、17个自然保护地理亚区、58个自然保护地理小区三级。

3.1.1 东北松辽平原区 位于我国东北部的部分区域,在西辽河上游科尔沁沙地以北,锡林郭勒草原以东,松嫩平原以西,土地总面积2 983.03万hm2。海拔800 m以下,年均降水量200～400 mm,山区降水较多,区内分布有科尔沁沙地。区域分为大兴安岭南部、西辽河平原和松嫩平原西部3个自然保护地理亚区3个自然保护地理小区(图1)。

ⅠA1 大兴安岭南部森林草原区 The forest-grassland area in the south of the Great Xing′an Mountains ⅠB1 西辽河平原上游草原区 The grassland area in the upper reaches of the West Liaohe River Plain ⅠC1 松嫩平原西部草甸草原区 The meadow grassland in western Songnen Plain图1 东北松辽平原区自然保护地理分区面积图Fig.1 Geographical area map of nature protection in Northeast Songliao Plain

3.1.2 内蒙古高平原区 位于我国北部边疆,北与俄罗斯和蒙古的边境线相邻,西起阴山沿乌兰布和沙漠东缘至贺兰山西麓一带,东接呼伦贝尔草原和锡林郭勒草原,东南抵陕北高原、山西高原,土地总面积为5 777.70万hm2。地处我国第2阶梯,属典型高原地貌,地势平坦,海拔多在1 000～1 500 m,降水少,蒸发快,年均降水量150～400 mm。本区有呼伦贝尔沙地、浑善达克沙地和毛乌素沙地3大沙地,是京津和华北地区重要沙源地,极易形成沙尘暴。区域分为内蒙古高平原东部和内蒙古高平原西部2个自然保护地理亚区9个自然保护地理小区(图2)。

ⅡA 内蒙古高平原东部 The eastern area of Inner Mongolian High Plain ⅡA1 呼伦贝尔草原区 Hulun Buir Grassland ⅡA2 锡林郭勒草原区 Xilin Gol Grassland ⅡA3 内蒙古高原东部荒漠草原区 The desert steppe area in eastern Inner Mongolian Plateau ⅡA4 阴山山地灌丛草原区 The bushland in the Yinshan Mountains ⅡA5 坝上高原草原区 The grassland area in Bashang Plateau ⅡA6 鄂尔多斯高原东部草原区 The eastern grassland area of Ordos Plateau ⅡB 内蒙古高平原西部 The western area of Inner Mongolian High Plain ⅡB1 鄂尔多斯高原西部草原区 The grassland area in the west of Ordos Plateau ⅡB2 贺兰山地荒漠草原区 The desert steppe area in the Helan Mountains ⅡB3 陇中高原北部荒漠草原区 The desert steppe area in northern Longzhong Plateau图2 内蒙古高平原区自然保护地理分区面积图Fig.2 Geographical area map of nature protection in Inner Mongolia High Plain

3.1.3 黄土高原丘陵区 位于长城沿线以南,渭北旱塬以北,吕梁山以西,祁连山脉东段以东,土地总面积1 513.04万hm2。地处黄土高原丘陵沟壑区,海拔为1 000～1 300 m,年均降水量250～500 mm,光温较充足、昼夜温差大,是黄土高原水土流失最严重的地区之一。区域分为晋北陕北陇东高原丘陵1个自然保护地理亚区3个自然保护地理小区(图3)。

ⅢA1 晋北山地丘陵草原区 The grassland area in mountains and hills in northern Shanxi ⅢA2 陕北黄土丘陵草原区 The grassland area in loess hills in northern Shaanxi ⅢA3 陇东黄土丘陵草原区 The grassland area in loess hills in eastern Gansu图3 黄土高原丘陵区自然保护地理分区面积图Fig.3 Geographical area map of nature protection in the hilly region of Loess Plateau

3.1.4 西北高原盆地区 位于我国西北部,阿拉善高原以西,阿尔金山、昆仑山和祁连山北侧,地处我国第2阶梯,土地总面积1亿7 234.08万hm2。海拔在1 000～3 000 m,年均降水量200 mm以下,四周多为高山,气候干燥,海洋气流很少能达,降水区域差异明显。区内有塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和乌兰布和沙漠5大沙漠,是我国西北和华北地区的沙尘暴发源地之一。区域分为阿拉善与河西走廊、阿尔泰山地与塔城盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地与吐鲁番盆地4个自然保护地理亚区20个自然保护地理小区(图4)。

ⅣA 阿拉善与河西走廊 Alxa and the Hexi CorridorⅣA1 北山山地灌半灌木荒漠区 The shrub and subshrub desert area in the Beishan MountainsⅣA2 阿拉善西北部矮半灌木荒漠区 The dwarf subshrub desert area in northwestern AlxaⅣA3 巴丹吉林沙漠荒漠区 Badain Jaran Desert areaⅣA4 阿拉善东部灌木半灌木草原化荒漠区 The shrub and subshrub steppe desert area in eastern AlxaⅣA5 腾格里沙漠草原化荒漠区 The steppe desert area in Tengger DesertⅣA6 河西走廊荒漠绿洲区 The desert oasis area in the Hexi CorridorⅣB 阿尔泰山地与塔城盆地 The Altai Mountains and Tacheng BasinⅣB1 阿尔泰山地森林区 The forest area in the Altai MountainsⅣB2 额尔齐斯-乌伦古河荒漠草原区 The Irtysh-Ulungur River desert grassland areaⅣB3 准噶尔盆地西部山地草原区 The upland meadow area in western Junggar BasinⅣC 准噶尔盆地 Junggar BasinⅣC1 准噶尔盆地西缘荒漠绿洲区 The desert oasis area in the western margin of Junggar BasinⅣC2 准噶尔盆地东部灌木荒漠区 The shrub desert area in eastern Junggar BasinⅣC3 准噶尔盆地南部灌木半灌木荒漠绿洲区 The shrub and subshrub desert oasis in southern Junggar BasinⅣC4 天山山地北坡荒漠草原区 The desert grassland area on the northern slope of Tianshan MountainsⅣC5 准噶尔盆地中部沙漠荒漠区 The desert area in central Junggar BasinⅣD 塔里木盆地与吐鲁番盆地 Tarim Basin and Turpan BasinⅣD1 天山南坡荒漠草原绿洲区 The desert steppe oasis on the southern slope of the Tianshan MountainsⅣD2 吐鲁番-哈密盆地荒漠绿洲区 The Turpan-Hami Basin desert oasis areaⅣD3 东疆戈壁沙漠荒漠区 The Gobi Desert area in eastern XinjiangⅣD4 塔里木盆地北部荒漠绿洲区 The desert oasis area in northern Tarim BasinⅣD5 塔克拉玛干沙漠荒漠区 Taklamakan Desert areaⅣD6 塔里木盆地南部荒漠绿洲区 The desert oasis area in southern Tarim Basin图4 西北高原盆地区自然保护地理分区面积图Fig.4 Geographical area map of nature protection in Northwest Plateau Basin

3.1.5 青藏高原区 位于我国西南部,北以昆仑山、阿尔金山及祁连山为界,南至喜马拉雅山,土地总面积1亿7 341.08万hm2。地处我国第1阶梯,地势险峻,海拔平均4 500 m以上,年均降水量400 mm以下,是全球海拔最高的高原,区域气温低、日照充足,干湿季分明,降水稀少,大部分区域曾被称为“无人区”。区域分为昆仑山地、藏西阿里山地、羌塘高原、藏南山地和柴达木盆地、青东祁连山地、青南江河源区7个自然保护地理亚区、23个自然保护地理小区(图5)。

3.2 荒漠类型自然保护区分布格局

1982年,甘肃省建立首个荒漠类型自然保护区——民勤连古城国家级自然保护区,随后在20世纪80年代,陆续建立了宁夏白芨滩、新疆甘家湖梭梭林、新疆塔里木胡杨等9处;90年代进入发展阶段,相继设立了内蒙古额济纳胡杨林、西藏羌塘、内蒙古巴丹吉林等13处;进入21世纪之后进入快速增长阶段,先后设立了青海柴达木梭梭林、甘肃金昌市芨芨泉等17处。近40年来,荒漠类型自然保护区在匀速建设和发展。

3.2.1 自然保护区空间特征 截至2020年底,我国现已建成各级荒漠类型自然保护区40处,面积4 100.71万hm2,占全国自然保护区总数量的1.45%和总面积的27.83%,占荒漠区域面积的9.14%。荒漠类型自然保护区数量少,面积占国内自然保护区比例最大。从级别看,国家级、省级和市县级分别为14、16和10处,数量基本均衡;面积分别为3 717.92万、361.55万和21.24万hm2,省级和国家级是主体,面积比例达99%以上。从规模看,以大型、超大型为主,合计12处,面积比例达96.45%;而小型、中型数量多,合计28处,面积仅占3.55%。

就主要保护对象而言,主要保护以梭梭、胡杨(Populuseuphratica)、绵刺(Potaniniamongolica)、沙冬青、四合木(Tetraenamongolica)、半日花(Helianthemum songaricum)等为主的典型高寒荒漠特有植被、以藏羚羊(Pantholopshodgsonii)、藏野驴、野牦牛、雪豹、荒漠猫等珍稀野生动植物及其栖息地。在40处中,除西藏羌塘和新疆阿尔金山2处国家级自然保护区主要保护以大型有蹄类野生动物为主的高原荒漠自然生态系统;其余38处均是保护以珍稀荒漠植被及其生境为主的荒漠自然生态系统,其面积均在100万hm2以下,平均面积17.49万hm2。

3.2.2 自然保护区地理分布 我国荒漠类型自然保护区主要分布在陕西、甘肃、青海、内蒙古、新疆、西藏、宁夏等7省(自治区),各省区分布不均。其中内蒙古数量最多,达23处,其余6省数量1～5处;西藏面积最大,为2 974.56万hm2,占荒漠类型自然保护区总面积的72.54%。各荒漠类型保护区对其省域面积的保护比例差异很大,西藏的保护比例达到25.44%,内蒙古、新疆、宁夏和甘肃保护比例在3%～4%,而青海、陕西不足1%,陕西荒漠区域面积少,青海荒漠类型自然保护区较少。

在5个荒漠区域自然保护地理区中,除黄土高原丘陵区无荒漠类型自然保护区外,其余4个自然保护地理区均分布有荒漠类型自然保护区,数量 6～16 处之间;但保护比例差异很大,其中荒漠自然保护区对青藏高原区的保护比例最高,达20.14%;其次为西北高原盆地区和内蒙古高平原温带区,保护比例各为2.79%和1.94%;最低为东北松辽平原区,保护比例仅0.47%。西北高原盆地区分布的荒漠类型自然保护区数量最多,但青藏高原区保护比例最高,说明在不同自然保护地理区,荒漠类型自然保护区数量与对区域国土面积的保护比例之间不存在明显的正相关关系,而主要与各区域单体自然保护区建设规模有关。

荒漠类型自然保护区主要分布在昆仑山地、羌塘高原、内蒙古高平原西部、阿拉善与河西走廊区域,有18.05%的自然保护地理亚区尚未布局建设荒漠类型自然保护区;有很多自然保护地理单元虽建有荒漠类型自然保护区,但保护比例极低,保护有效性较差,约42%的自然保护地理亚区的保护比例在0～2%。尤其是典型荒漠区域的内蒙古高平原东部、准噶尔盆地、塔里木盆地与吐鲁番盆地和柴达木盆地等自然保护地理亚区,保护比例偏低。

3.2.3 荒漠区域的保护空缺 现有荒漠自然保护区对荒漠自然生态系统的保护和荒漠自然保护建设的关键区域,超过60%的自然保护地理亚区占其陆域国土的保护比例不足2%,笔者识别23个保护空缺,以补充保护的荒漠资源和提高荒漠自然地理区的保护比例(表1)。

表1 各自然保护地理小区的保护空缺区域特征统计Tab.1 Statistical description of protection gap area characteristics of each nature conservation geographical district

3.3 荒漠自然保护区空间布局

分析现有荒漠自然地理区的保护空缺及各类自然保护区保护管理有效性,结合新型自然保护地体系建设相关政策,确定荒漠自然保护区空间布局原则。

3.3.1 空间布局原则

1)处于识别的各自然保护地理区保护空缺中,布局尚未得到优先保护的荒漠自然生态系统或保护比例低于10%的区域。

2)处于各荒漠区域自然保护地理区内建荒漠类型自然保护区总面积占其在地理区面积比例不低于5%或数量不少于2处。

3)处于关键区域的自然保护地理区,未受到现有荒漠类型自然保护区保护的荒漠植被和国家重点保护动物,可在分布区新建自然保护区或晋升省级、国家级。

4)对于处于同一自然地理单元、相邻相连的自然保护区,存在多个交叉重叠的自然保护区,若主要保护对象一致,为保持自然生态系统完整性、物种栖息地连通性、保护管理统一性,可合并为同一自然保护区。

5)对于原县级自然保护区,若不在荒漠区域自然保护地理区或自然保护区建设的关键区域内,主要保护对象发生变化或保护价值不高,且存在人为干扰、土地属性争议等现实矛盾冲突的,可以撤销。

6)对于不在自然保护区建设的关键区域,也尚未保护重要的荒漠自然生态系统,保护管理目标发生变化的,可转为沙漠公园等其他类型自然保护地。

3.3.2 空间布局方案 根据荒漠类型自然保护区空间布局方法,结合现有荒漠类型自然保护区分布格局及荒漠区域的保护空缺,确定各自然保护区的设立、晋升、合并、撤销和转类,构建完善的荒漠自然保护区新体系。

1)设立。规划在新疆、内蒙古、甘肃、青海等4省(自治区)17个市(县)14个自然地理保护小区新建15处荒漠类型自然保护区,补充优先保护的梭梭荒漠、红砂荒漠、白刺(Nitrariatangutorum)荒漠和膜果麻黄荒漠等荒漠生态系统及重要野生动物保护比例,总计面积约323万hm2,将填补或提升9个自然保护地理区的保护比例及有效性(表2)。

表2 新建荒漠类型自然保护区统计Tab.2 Statistics of newly-established desert nature reserves

2)晋升。建议将内蒙古额济纳旗梭梭林县级自然保护区晋升为省级自然保护区。该自然保护区主要保护梭梭、白刺为主的荒漠生态系统及野骆驼、双峰驼(Camelusbactrianus)、阿拉善马鹿(Cervuscanadensisalashanicus)、荒漠猫等野生动物;其属西北高原盆地区—阿拉善与河西走廊区,处于我国的黑河流域防风固沙区,区域保护典型且完整的荒漠自然生态系统,面积超过9万hm2,建议晋升为省级。

3)合并。建议将内蒙古巴丹吉林沙漠湖泊和内蒙古巴丹吉林2处省级自然保护区归并为内蒙古巴丹吉林国家级自然保护区。2处自然保护区均位于阿拉善右旗境内西北高原盆地温带暖温带区—阿拉善与河西走廊的巴丹吉林沙漠荒漠小区,地域上相邻相连;均是保护巴丹吉林沙漠自然景观及古地质、古生物化石及其赖以生存的珍稀物种,主要保护对象一致;均是省级自然保护区,级别相同,建议将2处自然保护区归并为1处自然保护区。

4)撤销。建议撤销内蒙古开鲁县太平沼、保安沼和陕西大荔县沙苑两处县级自然保护区。内蒙古开鲁县太平沼、保安沼县级自然保护区原设立时主要保护湖泊、沙漠生态系统,现因该自然保护区涉及9个自然村、4个牧场以及周边的永久基本农田、耕地等矛盾冲突,合计占其总面积的95%以上,扣除生产生活空间,区域仅有小片裸地,依据“三条控制线”不交叉、不重叠原则,建议撤销。陕西大荔县沙苑县级自然保护区,不属于荒漠区域,且区域涉及6个自然村以及周边的永久基本农田、耕地和商品林等矛盾冲突,合计占到其保护区面积的98%以上,建议撤销。

5)转类。建议将科左后旗阿古拉沙带、库伦旗额勒顺天然林、库伦旗塔敏查干沙带、奈曼旗大沁他拉、奈曼旗白音大沁他拉北沙带、奈曼旗大沁他拉东哈拉、奈曼旗古桥河母树林场海力白等7处县级自然保护区转为沙漠公园。以上7处集中分布在东北松辽平原区-西辽河平原自然保护地理小区,区域以草原生态系统为主,保护广泛分布的荒漠、草原植被及具有生态保护、植被恢复、科研教育、生态体验等可持续利用的区域,从保护管理目标看,更适宜建设沙漠公园,建议转为沙漠公园。

4 结论

1)截至2020年底,我国已建荒漠类型自然保护区40处,面积达万4 100 hm2,占全国自然保护区总面积27.83%,位居第1。国家级、省级面积占到99%以上,规模上以大型、中型为主,荒漠类型自然保护区占我国荒漠区域总面积的9.14%,保护荒漠区域9.89%的重要荒漠自然生态系统。

2)荒漠区域自然保护地理区划共划分为5个自然保护地理区、17个自然保护地理亚区、58个自然保护地理小区。全国荒漠类型自然保护区主要集中分布在青藏高原的羌塘高原、昆仑山地和西北高原盆地的阿拉善与河西走廊地区,对各省国土面积覆盖呈现西高东低的趋势。

3)超过60%自然保护地理亚区的保护比例低于2%,全国重要的荒漠生态系统未得到有效保护,在荒漠区域中识别了23个自然保护地理小区的保护空缺。

4)优化布局荒漠区域的荒漠自然保护区,建议优先新建15处地方级,晋升1处县级为省级,合并2处省级为1处国家级,撤销2处县级,转类7处县级自然保护区为沙漠公园,调整后荒漠类型自然保护区数量由40处升至45处,面积由4 100万hm2增加到4 408万hm2,将填补或提升9个自然保护地理区的保护比例,对荒漠区域的保护比例由9.14%提升至9.83%,优先保护的荒漠生态系统比例由9.89%提升至14.47%。优化布局后荒漠类型自然保护区将全面有效保护高原脆弱荒漠生态系统和国家重点保护野生动植物。