羌塘高原自然保護地社會生態效果評價

徐增讓, 鄒秀萍

1 中國科學院地理科學與資源研究所, 北京 100101

2 中國科學院科技戰略咨詢研究院, 北京 100190

自然保護地(Protected Areas,PAs)指為了實現在生物、地質、經濟、社會、文化等方面的目標,通過法律法規等手段設定、管理,具有明確的地理范圍的受保護性區域,是保護生物多樣性、提供生態系統服務、維持社區生計的重要政策工具[1]。近幾十年來,自然保護地數量和面積增長快,但保護效果不顯著,許多保護地面臨資金不足、管理不到位、生態退化的困境[2],因此保護地效果評價愈顯重要[3]。國際大自然保護聯盟(IUCN)的保護地管理效果評價框架包含背景、規劃、投入、過程、產出和結果等6要素[4]。采用IUCN框架對厄瓜多爾南部自然遺產地(PANE)、森林保護地(ABVP)、私人保護區(PR)等3類自然保護地評價發現：PANE、PR的保護效果優于ABVP,主要是資源獲得性差異所致,從規劃、投入、影響力等方面提出改進建議[5]。但IUCN評估框架主要基于問卷調查,注重對管理過程及產出的評價,對保護地的生態、社會經濟效果綜合評價仍在探索中。采用SPOT NDVI殘差趨勢法比較了保護前后的草地長勢變化[6]。采用2002—2009年巴西塞拉多地區26個自然保護地的土地類型轉移減緩率量化了生態保護效果[4]。從問題識別出發,提出一個整合保護地設計、管理和生態完整性的保護地評價指標體系,并從景觀連通性、棲息地適宜性、景觀破碎度和人為擾動等方面量化生態完整性[7]。隨著保護投入增大、基礎設施改善,保護地周邊的人口增長較快[8],保護地與周邊社區的關系及社會經濟效果評價逐漸得以開展[9]。采用漁業生產、漁民福利、生態系統健康等指標,對全球12個大型海洋自然保護地的社會生態效果做了評價[10]。根據保護地性質和功能,IUCN自然保護地可分為兩類,I-IV類為嚴格保護型保護地,V-VI為多功能型保護地[4]。針對不同的管理目標和國情差異,應建立不同類型保護地的管理效果評估指標體系[11]。

新中國成立70 年來,我國自然保護地體系逐步完善,形成了由自然保護區、風景名勝區、森林公園、地質公園、自然文化遺產、濕地公園、水產種質資源保護區、海洋特別保護區、特別保護海島等組成的保護地體系,構建了重要生態功能區、生態脆弱區和生物多樣性保護區等生態保護紅線體系[12]。我國自然保護區屬于嚴格保護型保護地,生態功能區屬于多功能型保護地,發展方向和功能定位有所不同。自然保護區[13]、生態功能區自然本底較差[14],生態改善不明顯[15]。自2005年自然保護區建立后,三江源草地退化減緩,但因社區生計單一,草地壓力仍較大[16]。青藏高原既是典型高寒生態脆弱區[17]、國家重要生態安全屏障區[18],又是亞洲水塔[19],以自然保護區、生態功能區為主體的自然保護地本底脆弱、幅員遼闊、功能重要,評價自然保護地的社會生態效果具有重要理論和管理意義。本文構建了包括時序NPP、Fragstats景觀生態指數、人口密度、人均農業產值等在內的自然保護地社會生態效果評價指標體系,通過對羌塘國家自然保護區和羌塘高原荒漠國家生態功能區等兩類自然保護地的比較,自然保護地建立前后的比較,對自然保護地社會生態效果做了綜合評估,為高寒地區自然保護地優化管理提供決策參考。

2 研究方法

2.1 研究區概況

羌塘高原指岡底斯山—念青唐古拉山脈以北、昆侖山脈以南、東迄91°E、西止國境線、面積60萬km2的高原內流區,屬西藏自治區的那曲、阿里兩地區管轄[20]。羌塘自然保護區始建于1993年,2000年升級為國家級,是以荒漠草原生態系統和野生動物為主要保護對象的特大型國家自然保護區。保護區邊界清晰,實驗區、核心區、緩沖區功能分區明確。保護區管理局、管理分局、管理站三級管理體系初步建立,在崗管護員780名[21]。同時,藏西北羌塘高原是25個國家生態功能區之一,涵蓋班戈、尼瑪、革吉大部及日土、改則、雙湖南部(圖1)。2008年國家重點生態功能區轉移支付開始試點[22]。2013—2017年6縣國家重點生態功能區財政轉移支付資金年均4300萬元(表1),主要用于基礎設施建設、環境整治、生態工程、生態環境監測網絡建設等方面。

表1 羌塘高原主要自然保護地Table 1 The main protected areas in Chang tang plateau

2.2 生態效果評價

(1)生態系統初級生產力：采用2000—2015年MOD17A3H 500m NPP[23]時間序列數據,在國家自然保護區、生態功能區各布設7個樣方 (圖1)。樣方大小為30×30柵格,相當于15km×15km。樣方盡可能選在地帶性植被地區,以弱化生態本底的影響。在TimeSAT[24]中提取歷年保護地樣方尺度的NPP值。每個樣方理論上有900個柵格點(含有部分非植被點,主要指MOD17A3H數據中值為32762(城鎮)、32763(淹水地)、32764(永久冰雪地)、32765(裸地)、32766(水域)、32767(背景值)的格點),以剔除非植被點外的有效格點數nj為權重,求7個樣方的NPP加權平均值作為保護地的NPP均值(公式1)。計算獲取歷年羌塘自然保護區、生態功能區的NPP均值,圖2顯示了2004—2015年兩類自然保護地的NPP時間序列。

(1)

圖1 羌塘高原主要自然保護地及NPP樣方布設Fig.1 NPP sampling in protected areas of Chang tang plateau

圖2 2004—2015年羌塘自然保護區、生態功能區樣方尺度NPP時間序列Fig.2 NPP time series in protected areas of Chang tang plateau during 2004—2015 NNR (National Nature Reserve),國家自然保護區; NEA (National Ecological functional Area),國家生態功能區

NPPi為第i年某自然保護地的NPP均值,NPPj為第j個樣方的NPP均值,nj為第j個樣方中的有效格點數。

(2)生態景觀指數：采用歐空局(ESA)CCI-LC 300m土地覆被時序數據[25],在生態景觀格局分析模型Fragstats 4.2中提取了1992年、2015年羌塘國家自然保護區、生態功能區的主要生態景觀指數,分析其變化過程。主要生態景觀指數包括：景觀類型面積比重PLAND可反映景觀類型組成及優勢度,斑塊分維數PAFRAC表征斑塊幾何形狀復雜程度,斑塊最鄰近距離ENN表征景觀類型空間分布的集聚程度,連通性COHESION反映景觀斑塊物理連通程度,景觀多樣性SHDI反映景觀類型的多樣化程度。公式如下：

(2)

PAFRAC為斑塊分維數,aij為斑塊ij的面積(m2),pij為斑塊ij的周長(m),ni為第i種景觀類型中的斑塊數量。1≤PAFRAC≤2,PAFRAC越大,斑塊形狀越復雜。當斑塊數ni< 10或所有斑塊形狀相同時PAFRAC無意義(表示為N/A)[26]。

(3)

COHESION為景觀連通性,pij*為以柵格數表示的斑塊ij周長,aij*為以柵格數表示的斑塊ij的面積,Z為景觀柵格總數。0

(4)

SHDI為香農多樣性指數,Pi為第i種景觀類型的比重,SHDI≥0。

2.3 社會經濟效果評價

選取人口密度、人均農林牧漁業產值2指標,在縣域尺度基于統計數據對自然保護地社會經濟效果進行評價。1)1990—2015年縣域相應指標按自然保護區與生態功能區進行比較;2)對自然保護區和生態功能區建立前后進行比較。NPP0、NPP1為國家自然保護區建立前、后,NEA0、NEA1為國家生態功能區建立前、后。自然保護區代表性縣為雙湖、改則和日土,生態功能區代表性縣為班戈、尼瑪和革吉。在SPSS中采用獨立樣本T檢驗、單因素方差分析Duncan檢驗等進行差異顯著性分析[27]。人口密度采用1988—2015年縣區人口總數、總面積計算,歷年人均農林牧漁業產值(簡為人均農業產值,PAV)采用1990—2015年6縣的農林牧漁業產值、2015年農林牧漁業從業人員計算。其中縣區人口總數、農林牧漁業從業人員數、農林牧漁業產值來自歷年西藏統計年鑒,縣域面積根據西藏政區數據在Arcgis中計算。

3 研究結果

3.1 自然保護地生態效果

3.1.1自然保護地生態系統凈初級生產力變化

對2000—2015年羌塘自然保護區、藏西北羌塘高原生態功能區近16年、7個樣方的凈初級生產力(NPP)均值差異進行T檢驗,發現羌塘自然保護區NPP均值顯著低于生態功能區(α= 0.05),且自然保護區的NPP僅相當于生態功能區的85%。羌塘自然保護區建立后(2000—2015年)NPP年均增長率為-1.9%。羌塘生態功能區建立前(2000—2007年)NPP年均增長率為-4.0%,生態功能區建立后(2008—2015年)NPP年均增長率為-0.4%(表2)。可見,近十年來,羌塘自然保護地的NPP呈現不同程度的下降趨勢,但保護地建立后NPP下降趨勢有所減緩。

表2 2000—2015年羌塘高原自然保護地樣方尺度NPP/(g C m-2 a-1)Table 2 NPP in protected areas in sample scale during 2000—2015

3.1.2自然保護地生態景觀變化

1992—2015年羌塘自然保護區生態景觀變化：按照“三生”空間劃分原則[28],羌塘高原生態用地包括冰川雪地、裸地、稀疏植被、灌叢、森林及水域,生產用地包括草場及農田,生活用地包括城鎮用地。自然保護區的主導景觀類型為生產用地中的草地,其次為生態用地中的裸地,生活用地比重極小。1992—2015年,生態用地由36%增加到38%,生產用地則由64%下降到62%。草地斑塊數由9620個增加為11401個,斑塊平均粒度由2023hm2縮小為1653hm2。10種景觀類型(圖3)總斑塊數由51978個增加為56004個,斑塊平均粒度由589hm2縮小為546hm2(表3)。景觀多樣性指數SHDI由0.979增加為1.015。景觀尺度的斑塊分維數PAFRAC由1.472增加到1.499,除水域外,其它景觀類型的斑塊PAFRAC均增加。景觀尺度的空間最鄰近距離ENN由1256m下降到1203m,其中,草地、農田、城鎮等人類主導的生態景觀[29]的ENN下降明顯,反映了人類活動的集聚性增加;而冰川雪地的ENN顯著增加,印證了冰川退化的趨勢。景觀連通性COHENSION略下降。自然保護區的生態用地比重增加,生產用地比重下降,反映了自然生態得以一定的恢復;景觀破碎度增加、斑塊幾何形態復雜化,反映人為活動影響依然較大。

表3 1992、2015年羌塘高原自然保護地景觀特征變化Table 3 Change of landscape characteristics of protected areas of Chang tang in 1992, 2015, respectively

圖3 基于ESA土地覆被數據的羌塘高原自然保護地的生態景觀類型(2015年)Fig.3 Ecological landscape in class scale of Chang tang plateau in 2015 based on the ESA CCI_LC

1992—2015年羌塘生態功能區生態景觀變化：生態功能區的主導景觀也為草地和裸地,城鎮用地比重極小。生態用地由20.9%下降到20.4%,生產用地則由79.1%增加到79.6%,尤其是草地面積比重由77.5%增加到78.2%。城鎮用地面積明顯增加,比重達0.01‰。草地斑塊數由2373個增加為2707個,斑塊平均粒度由6056hm2縮小為5356hm2。10種景觀類型總斑塊數由31199個增加為32245個,斑塊平均粒度由594hm2縮小為575hm2。景觀多樣性指數SHDI由0.841下降為0.826。景觀尺度的PAFRAC由1.451增加到1.487,除過水域外,其它景觀類型的斑塊PAFRAC也都在增加。景觀尺度的ENN由1439m下降到1393m,其中,草地、農田、城鎮等人類主導的土地利用類型的ENN下降明顯,反映了人類活動的集聚性增加。景觀連通性COHENSION略下降,但灌叢和稀疏植被景觀連通性提高。僅部分偏遠地區人類活動對自然景觀影響較小,以自然恢復為主。生態功能區生態用地比重下降,生產用地比重增加,尤其是草地的比重增加較多,其景觀優勢度增強,草地、農田、城鎮等人類主導景觀集聚性增強。

3.2 自然保護地的社會經濟效果

3.2.1自然保護地的人均農業產值

1990—2015年自然保護區人均農業產值均值為11404.4元、生態功能區為6683.7元。經獨立樣本T檢驗,人均農業產值自然保護區顯著大于生態功能區(α= 0.01)(表4)。自然保護區的人均農業產值為生態功能區的1.7倍,但其農業產值總量僅為生態功能區的3/4。自然保護區位于北羌塘,自然條件嚴酷、人口稀少、社會經濟欠發達;而生態功能區位于南羌塘,是傳統牧區,人口相對稠密,雖人均農業產值較低,但農業產值總量較大。

表4 1990—2015年不同自然保護地人均農業產值T檢驗Table 4 T test of agriculture output value per capita in protected areas in counties scale during 1990—2015

自然保護地建立后人均農業產值顯著增大。自然保護區建立前后人均農業產值由5000.1元顯著增加到17055.2元,生態功能區人均農業產值由4941.8元顯著增加到10602.8元(α=0.05)。保護地建立以前自然保護區和生態功能區的人均農業產值沒有顯著差異 (表5);保護地建立后人均農業產值普遍增加,尤其是自然保護區人均農業產值增加更顯著(圖4)。

表5 自然保護地建立前后人均農業產值Duncan檢驗Table 5 Duncan test of agriculture output value per capita before and after protected areas established

3.2.2自然保護地的人口密度

1988—2015年自然保護區人口密度均值為0.133人/km2,生態功能區為0.389人/km2,生態功能區顯著高于自然保護區(α= 0.01)(表6)。自然保護地建立后,人口密度有不同程度增加。自然保護區建立前人口密度為0.122人/km2,建立后人口密度為0.142人/km2,增加不顯著。生態功能區建立前人口密度0.254人/km2,建立后為0.694人/km2,增加顯著(α=0.05)(表7,圖4)。

圖4 羌塘高原自然保護地建立前后人均農業產值、人口密度Fig.4 Agriculture output value per capita, population density before and after protected areas established of Chang tang plateau

表6 1988—2015年自然保護地縣級尺度人口密度T檢驗Table 6 T test of population density in protected areas during 1990—2015

表7 自然保護地建立前后人口密度Duncan檢驗Table 7 Duncan test of population density before and after protected areas established

4 討論

藏北高原是典型的高寒生態脆弱區,近30年來以自然保護區、生態功能區為主要形式的保護地體系逐步建立。自然保護地評價是檢驗管理有效性的重要手段[11]。受氣候變化[30]、人類活動等因素的影響[31-32],自然保護地生態社會效果評估的不確定性較大。

1)自然保護地的生態效果及管理有效性。本研究顯示2000年以來羌塘高原自然保護地景觀破碎度增加,NPP呈下降趨勢。羌塘自然保護區生態用地比重增加,自然生態得到一定的恢復;生態功能區生態用地比重下降、生產用地比重增加,人類活動強度加大;同時草地、農田及城鎮等人類主導用地的集聚性增強,這一方面使得局地人類活動影響加大,另一方面可能有利于區域尺度對人類活動影響的控制。據對1982—2009年5km NPP數據分析,羌塘自然保護區建立后(1993—2009年)NPP呈下降態勢[13]。比較若爾蓋濕地國家自然保護區建立前后(1975—1996年,1996—2015年)發現,濕地面積縮減,灌叢、草地和建設用地面積增加,大斑塊面積縮減趨勢減緩,斑塊連通性降低趨勢減緩,景觀破碎化趨勢減緩,取得一定保護成效[33]。

2)自然保護地社會經濟發展及政策干預。自然保護區位于北羌塘,自然條件嚴酷、人口稀少、社會經濟欠發達,但人均農業產值高,對部分牧民具有吸引力,生態風險仍然不小。國家重點生態功能區既是國家生態安全屏障,又是傳統牧區,人口密度較高,生態保護政策在一定程度上限制了產業發展機會[34],導致人均農業產值較低、社會經濟發展緩慢。應該繼續完善生態功能區轉移支付等生態補償體系。

3)社會生態綜合評價仍具有挑戰。自然保護地評價應該從生態、經濟和社會等多個維度,把自然過程與人文過程相結合,定性與定量方法相結合[35],融合大數據、空天地一體化等新技術,實現生態環境多要素、多尺度、全過程的監測模擬,為綜合評價提供數據支撐[36]。實際上,社會生態綜合評價難度較大的原因之一是自然生態數據與社會經濟數據時空尺度不匹配,且早期數據精度較低。隨著技術進步,年度300—500m柵格數據甚至更高時空精度的生態環境數據日漸豐富,但社會經濟數據仍為年度縣域統計數據,目前鄉級統計數據的可獲得性仍較差,遑論更精細的統計單元。

5 結論

自然保護地一般都是生態本底脆弱、生態功能重要、社會經濟欠發達地區,對保護地建立后的生態、社會經濟效果進行評價有助于進一步完善自然保護地體系。本文采用植被初級生產力、景觀生態指數等指標對羌塘國家自然保護區、藏西北羌塘高原荒漠生態功能區等自然保護地的生態效果進行評價,以人口密度、人均農業產值為指標,對其社會經濟效果進行評價。發現：1)自然保護地生態效果：自然保護地的NPP呈現不同程度的下降趨勢,但保護地建立后NPP下降趨勢有所減緩。自然保護區的生態用地比重增加、生產用地比重下降,自然景觀得到一定恢復;同時景觀破碎度增加、斑塊形態復雜化。生態功能區生態用地比重下降、生產用地比重增加,尤其是草地優勢度進一步增大,草地、農田、城鎮等人類活動主導型景觀集聚性增強。除部分偏遠地區人類影響減小外,大部分自然保護地人為活動擾動依然較強。2)自然保護地社會經濟效果：自然保護區人口密度顯著低于生態功能區,保護地建立后人口密度有所增加,尤其生態功能區人口密度增加更顯著。1990—2015年農業產值總量自然保護區小于生態功能區,但人均農業產值自然保護區顯著大于生態功能區。保護地建立后人均農業產值增加,尤其是自然保護區人均農業產值增加更顯著。今后,對自然保護區要強化管理、進一步控制人類活動,對生態功能區要兼顧自然保護與居民生計的多功能性,明晰生態功能區財政轉移支付的針對性,探索保護地自然資源持續利用與切實保護相協調的新途徑。

致謝：本研究的野外調查得到西藏自治區那曲市林草局毛世平科長的大力支持,在此謹致謝忱!