喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈生態區類型與保護地空間分布格局

高 峻,李 杰,付 晶,鮑燕妮,馬施彤,李巍岳,郭 鑫

1 上海師范大學環境與地理科學學院,上海 200234 2 上海師范大學城市發展研究院,上海 200234 3 上海師范大學生命科學學院,上海 200234 4 美國普渡大學林業與自然資源系,印第安納州西拉法葉 47907

以青藏高原為核心的第三極[1]以及受其影響的東亞、南亞、中亞、西亞、中東歐等泛第三極地區是地球上生態環境最脆弱和人類活動最強烈的地區,面積廣達2000多萬km2[2],其中喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區則是泛第三極的重要組成部分。這個地區位于青藏高原的邊緣地帶,受大斷裂控制,由一系列高大山系和山脈組成[3],生態環境極其獨特,集聚了全球所有14座海拔8000 m以上的高峰,是地球上最壯觀的高山景觀,平均海拔都在4500 m以上,眾多世界大河或者國際河流皆出于此。這個區域涵蓋了全球34個生物多樣性熱點地區中的3個,屬于多種地理成分的動植物交匯過渡地帶[4]。

復雜的生態環境、過渡地帶特征、政治邊界的分割,使得喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區作為一個地理區域在全球尺度上難以區劃。Schultz將其北部劃為干旱中緯度的荒漠和半荒漠,南部則劃為夏季濕潤熱帶或中年濕潤熱帶,未能對內部結構細分[5]；Bailey只能將其粗略劃分為山地草原、山地荒漠和山地稀樹草原[6]。Olson等提出的以多套生物群區為基礎的,自下而上的全球陸地生態區劃[7- 8],較好地將生物地理分區與生態功能單元相銜接,著重強調地理單元中生態系統特征分異,形成具有相對同質性的以植被為基礎的生態系統組合-生態區(ecoregion)的概念,被世界野生生物基金會和大自然協會采用,為本地區生態系統保護發揮了關鍵的空間指引作用[9]。

從20世紀30年代開始,特別是80年代以來,中國以及周邊國家在此建立了多個國家公園和自然保護區,有效地促進了喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區生態環境的保護。隨著本地區跨國合作和大尺度景觀保護的需求增加,連續性保護理念在跨國項目中體現為跨界保護理念[10],跨界自然保護區作為跨界資源管理的一種典型方式正成為研究熱點[11],加強國際間或國家內不同行政區之間的合作來保證資源的可持續利用可能是必然的選擇。喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區包含東喜馬拉雅山、干城章嘉等跨境景觀[12],當前主要研究包括整合地理空間數據進行生物多樣性和物種信息保護、應用跨界景觀方法保護文化遺產、總結跨界保護合作機制及管理經驗等[13- 20]。盡管在部分熱點區域已進行跨界研究,但目前缺少從喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區的角度對涉及的7個國家進行全面評估的研究,因此厘清本區域生態區劃特征和主要類型,闡明保護地現狀及其空間分布規律,掌握保護地與生態區之間的相互關系,有利于未來更好地確定喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地跨境合作的重點區域和建設路徑,促進泛第三極(Pan-TPE)地區的可持續發展。

1 區域簡介

喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區位于24°0′31.76″—39°5′38.97″N,71°16′3.23″—99°56′41.77″E之間,涵蓋了中國、阿富汗、巴基斯坦、印度、尼泊爾、不丹和緬甸等7個國家的邊境山地,全長約2500 km,寬200—300 km[21]?？錾矫}是世界山岳冰川最發達的高大山脈,位于中國、塔吉克、阿富汗、巴基斯坦和印度等國的邊境上,包括東延部分(西藏高原的羌臣摩山和潘頓山)在內的喀喇昆侖山,寬度約為240 km,長度為800 km,平均海拔超過5500 m,是世界上高山和高緯度之外最長的冰川最集中的地區。喜馬拉雅山脈西起巴屬克什米爾境內的南迦帕爾巴特峰,山麓有印度河上游大峽谷圍繞,東至南迦巴瓦峰,有雅魯藏布江下游圍繞作急轉彎南流而形成的舉世聞名的大拐彎峽谷,主體由四列大致平行的山脈組成,呈向南凸出的弧形,從南至北被命名為外喜馬拉雅山脈、小喜馬拉雅山脈、大喜馬拉雅山脈和西藏喜馬拉雅山脈。本地帶北接青藏高原,南連恒河、印度河平原,喜馬拉雅山連綿成群的高峰擋住了從印度洋上吹來的濕潤氣流,喜馬拉雅山脈南坡雨量充沛,植被茂盛,而北坡的雨量較少,植被稀疏,形成鮮明的對比。

2 數據與方法

2.1 數據來源與處理

本文所使用的生態區數據來源于Olson等基于生物地理區劃的全球陸地生態區劃方案[7],數據來自于世界自然基金會網站(https://www.worldwildlife.org/biome-categories/terrestrial-ecoregions)。該數據對全球陸地、淡水和海洋三大主要生境類型進行生物多樣性區域分析得出陸地包含26種棲息地類型(Habitat types),用于描述全球具有相似的環境條件、棲息地結構和生物復雜性模式,并包含相似的群落和物種適應性的不同區域。為了代表世界各大洲和海洋的獨特動植物,每種生境類型都進一步細分為7個生物地理區：埃塞俄比亞界、澳新界、東洋界、新北界、新熱帶界、大洋界、古北界。最后在每個生物地理領域內,將物種豐富度、分類學唯一性、生態或進化現象、稀有性等作為參數,選擇確定代表主要生境類型的867個生態區。

國家公園和自然保護區位置、面積、設立時間、級別等數據來自于研究區涉及的7個國家政府網站的公開數據,包括中國生態環境部(http://www.mee.gov.cn/)、阿富汗野生動物保護組織(https://afghanistan.wcs.org/)、巴基斯坦野生動物網(http://www.wildlifeofpakistan.com/)、聯合國教科文組織世界遺產中心(https://whc.unesco.org/en/list/)、印度政府環境、森林和氣候變化部自治機構(https://wii.gov.in/)、尼泊爾國家森林與環境部(http://www.dnpwc.gov.np/)、不丹森林和公園服務部(http://dofps.gov.bt/)、世界保護區數據庫(https://www.protectedplanet.net/)等。

2.2 研究方法

2.2.1空間分布均衡性分析

(1)地理集中指數

用來衡量保護地在各個國家之間的集中程度。計算公式為[22]：

(1)

式中,E為地理集中指數,Pi為i國家內保護地的個數,S為保護地的總數,n為研究區內國家的個數,即n=7。E值越大,保護地分布越集中。若研究區中的保護地完全平均分布于各個國家內,則其集中指數為：

(2)

(2)不平衡指數

不平衡指數采用來衡量保護地各規模級分布的齊全程度,采用羅倫茲曲線中計算集中指數的公式,計算式為[23]：

(3)

式中,B為不平衡指數；Ci為各研究單元保護地的數量占總樣本數量的比重,把各個研究單元的比重從大到小排列后求累計百分比,Ci為排在第i位的累計百分比；n為研究單元的個數。如果保護地平均分布在不同等級中,則B=0；如果保護地分布極不平衡,集中在一個規模級,則B=1。

2.2.2空間核密度估計法

核密度估計法的基本思想在于地理事件在空間點密度大的區域發生的概率大,在空間點密度低的區域發生的概率低[24]。核密度估計法的原理是以P點為圓心,閾值r為半徑,統計以P、r為圓的范圍內保護地分布的數量,并除以圓的面積。一般以P點為圓心的保護地的核密度為:

(4)

式中,n表示距離尺度范圍內所包含的內保護地分布的數量；K(·)表示核密度函數。h表示距離閾值,即核密度估計法的尺度,d(x,xi)表示兩點之間的歐式距離。

本文的核密度估計借助ArcGIS 10.7的密度分析工具,對保護地空間分布進行分析。

3 結果與分析

3.1 保護地與生態區關系緊密,跨界特征明顯

喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區是全球兩大重要生物地理區,古北界和東洋界的過渡地帶。根據Olson等對陸地生態區的分類[7],在古北界中,主要為溫帶針葉林和山地草原和灌叢二大群落,合計有7個生態區,面積為572058.50 km2,占總面積的63.36%。在東洋界中,則有熱帶和亞熱帶濕潤闊葉林、熱帶和亞熱帶針葉林、溫帶闊葉和混交林、溫帶針葉林等四大群落,合計7個生態區,面積為330785.26 km2,占總面積的36.64%。在合計面積902843.76 km2的范圍內分布有55處國家公園和自然保護區(表1,表2,圖1)。高海拔造成植被垂直帶分帶明顯,自下而上從熱帶、亞熱帶、溫帶以至寒帶等各種景觀交替出現；在水平方向上,喜馬拉雅山脈的南北向山谷使得印度洋暖濕氣流得以通達,南北動植物也借此遷移運動,形成交匯過渡地帶。高海拔的山地使得本地區植被類型極其豐富,為各類動植物生存棲息提供了多樣化的生境,成為全球重要的生物多樣性熱點地區。

表1 喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地現狀統計表

編號No.保護地名稱Name成立時間Time of establishment面積Area/km2毗鄰國家Adjoining countriesNP-11Rara 國家公園1976106.00—NP-12Shivapuri Nagarjun國家公園2002159.00—NP-13Banke國家公園2010550.00—NP-14Chitwan國家公園(世界自然遺產)1973952.63印度NP-15Parsa國家公園1984627.39—NP-16Bardiya國家公園1976968.00—BT-1Jigme Khesar Strict自然保護區2010609.51中國、印度BT-2Jigme Dorji國家公園19744319.00中國BT-3Wangchuck Centennial國家公園20084914.00中國BT-4Jigme Singye Wangchuck國家公園19951730.00—BT-5Phrumsengla國家公園1998905.00—BT-6Royal Manas國家公園19641057.00印度MM-1Hkakaborazi國家公園19983812.46中國合計Total國家公園 41自然保護區 14—159063.30—

圖1 喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區生態區與保護地分布圖Fig.1 Distribution of ecoregions and protected areas in Karakoram-Himalaya region

喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區是全球保護地的集中區域。對中國、阿富汗、巴基斯坦、印度、尼泊爾、不丹和緬甸等7國在此地區的保護地進行統計分析,可以看到這個地區已經形成一個舉世聞名的保護地集聚帶(表3, 圖1)。初步統計共有55處國家公園和自然保護區,合計面積為159063.30 km2,占總面積的17.62%。這55個保護地全部覆蓋14處生態區,其中有22處涵蓋2—5個生態區,占總數的40%,某些保護地更是跨越了古北界和東洋界兩大生物地理區單元,充分顯示本區域生態環境復雜多樣性,過渡性強的特征。從各保護地中生態區的數量統計看(表4),同時跨5個生態區有尼泊爾安納普爾納保護區,其正處于東、西喜馬拉雅生態區交匯處；跨4個生態區的有印度干城章嘉國家公園、不丹旺楚克百年國家公園和吉格·辛格·旺楚克國家公園；跨3個生態區的保護地數量最多,達到10個,其中尼泊爾數量最多達到6個；跨2個生態區的保護地為8個,中國占其中3個。

表3 喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區各國保護地統計表

表4 喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區單個保護地中生態區數量統計表/個

喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區55處保護地中,有25處與其他國家毗鄰(表5),占總數的45.45%,其中中國塔什庫爾干野生動物自然保護區和阿富汗瓦罕國家公園2個保護地同時與3個國家相鄰；印度干城章嘉國家公園、尼泊爾阿皮南帕自然保護區、尼泊爾干城章嘉自然保護區、不丹吉格梅·凱薩爾嚴格自然保護區等4個保護地同時與二個國家相鄰；19個保護地與一個國家相接,其中中國的珠穆朗瑪峰自然保護區同時與尼泊爾的薩加瑪塔國家公園、馬卡魯貝潤國家公園、朗塘國家公園、高里三喀自然保護區和馬納斯魯自然保護區等5個保護地接壤,形成由6個保護地組成的規模巨大的世界第一高峰保護地集群。

表5 喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地毗鄰國家數量統計表/個

3.2 保護地在不同生態區內密度差異較大

喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區自然環境的復雜多樣,造就了多個生態區跨越不同國家,不同國家在這些生態區中典型地段布局保護地的格局(表6)。在14個生態區中,共有3個布局了10處及以上保護地,只有3個功能區僅有1處保護地。從每萬平方千米生態區內保護地數量來看,東喜馬拉雅亞高山針葉林(IM0501)生態區密度最高,包括印度、尼泊爾、不丹3個國家的14個保護地,每萬平方千米達到5.10個；喜馬拉雅亞熱帶闊葉林(IM0115)生態區和東喜馬拉雅闊葉林(IM0401)生態區密度次之,均達到1.57個/萬hm2；東喜馬拉雅高山灌叢和草地(PA1003)生態區則涵蓋5個國家的16處保護地,數量最多,密度達到1.32個/萬hm2。每萬平方千米內保護地不到0.5個的生態區分別為：東北喜馬拉雅亞高山針葉林(PA0514)生態區覆蓋中國雅魯藏布大峽谷自然保護區和察隅慈巴溝自然保護區,密度0.43個/萬hm2；雅魯藏布干旱草原(PA1022)生態區覆蓋中國珠穆朗瑪峰自然保護區,密度0.17個/萬hm2；怒江瀾滄江峽谷高山針葉林和混交林(PA0516)生態區覆蓋中國高黎貢山自然保護區,密度0.12個/萬hm2。這些保護地密度過低的生態區應該是今后著重布局保護地的區域。

3.3 保護地空間結構呈現集聚性分布

將研究區中的保護地按照建立時間共分為3個批次,分別是第一批次(1936—1984年)、第二批次(1985—1999年)和第三批次(2000—2014年),分別計算喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區的國家公園、自然保護區和保護地的地理集中指數以及不均衡指數,結果如表7所示,表中的保護地的數量為國家公園與自然保護區數量的總和。

國家公園與自然保護區的地理集中指數(E)都大于完全平均分布值(37.796),說明研究區各類保護地分布不均衡,且呈集中分布的趨勢,但自然保護區的集中指數都在65以上,分布不均衡度大于國家公園。而第一批次的自然保護區地理集中指數更是達到了峰值100,因為1936—1984年期間只有中國建立了2個自然保護區。

從不均衡指數(B)看,保護地的不平衡指數大多數在0.36—0.50波動,說明保護地在喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區空間分布不均衡。第一批次的自然保護區不均衡指數為1,是因為在第一批次中僅中國建立了2個自然保護區,與其他5個國家比不均衡；第二批次的自然保護區B值為0,因為中國和尼泊爾各建立了3個自然保護區,平均分布在兩個國家。在喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區,國家公園主要分布在印度、尼泊爾兩個國家,自然保護區主要分布在中國和尼泊爾。總體看來,研究區中的不均衡指數為0.45,還是呈集中分布的趨勢。

表6 喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地密度表

表7 保護地分布的地理集中指數和不均衡指數

圖2中顯示了喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地的空間分布情況。將保護地空間分布的核密度分析共分為9個級別,從綠色到紅色集中程度逐漸增加,其中綠色區域為密度最小地區,紅色區域為密度最高地區。從圖中可以明顯看出喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區的保護地主要集中分布在三個區域(核密度在6.0512×10-5—9.0768×10-5之間),分別是不丹境內,共包含6個保護地(5個國家公園和1個自然保護區)；尼泊爾-中國邊境環珠峰地區,包含11個保護地(7個國家公園和4個自然保護區)；印度-中國邊境普蘭、札達縣,包含12個保護地(11個國家公園和1個自然保護區)。而緬甸與中國藏南及云南部分所分布的保護地核密度最低。巴基斯坦、阿富汗與中國新疆塔什庫爾干縣所在地區中的保護地的核密度中等?？偟膩碚f,喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地呈集中分布的趨勢,具有很明顯的不均衡性。

圖2 喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地核密度分析圖Fig.2 Kernel density estimation of protected areas in Karakoram-Himalaya region

3.4 各國采取靈活策略,設置多樣化的保護地

1936年,印度成立喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區第一個國家公園-吉姆庫柏國家公園(,從20世紀60年代開始,各國在邊境地區紛紛開始建立各類保護地,至今已有55處(表1),其中國家公園有41處,占總數的74.55%,其余14處為自然保護區。在41處國家公園中,最多的是印度,計有15處,尼泊爾有11處,巴基斯坦有8處,不丹有5處,阿富汗和緬甸各有1處,中國尚沒有國家公園。截止2020年3月,該地區共有5處世界遺產,涉及6個國家公園。除印度干城章嘉國家公園是自然和文化雙重遺產外,印度大喜馬拉雅山脈國家公園、花谷國家公園、楠達戴維國家公園和尼泊爾薩加瑪塔國家公園、奇特旺國家公園均為世界自然遺產。

中國是本地區最早成立自然保護區的國家,重點保護青藏高原特有的高寒自然生態系統和生物多樣性。1983年在新疆喀喇昆侖山和帕米爾高原地區建立了塔什庫爾干野生動物國家級自然保護區,1988年在西藏建立了跨越定日縣、定結縣、聶拉木縣和吉隆縣等四縣的珠穆朗瑪峰國家級自然保護區。此后又建立了主要保護山地亞熱帶森林生態系統及扭角羚(Budorcastaxicolor)、孟加拉虎(Pantheratigristigris)等瀕危動物的察隅慈巴溝自然保護區,主要保護喜馬拉雅山脈東端南坡山地垂直帶帶譜及野生動植物的雅魯藏布大峽谷自然保護區[25]。在現有的8處自然保護區中,國家級自然保護區有6處。雖然數量不多,但總面積達到70227.93 km2,是喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區保護地面積最大的國家。

印度的15處保護地成立于1936—2010年,形成了以“國家公園為核心區,野生動植物保護區、保護預留地、社區保護地、森林保護地為緩沖區或廊道”的保護地體系[26]。截止2019年7月,印度已建有104個國家公園、551個野生動物保護地、88個保護區、127個社區保護地,共計870個自然保護地[27],本論文梳理了印度在喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區的國家公園。印度國家公園總面積為14329.24 km2,位列喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區第四,占9.01%,其中還有4個被列入聯合國教科文組織世界遺產名錄。

自1973年成立第一個國家公園——奇特旺國家公園以來,尼泊爾建立了20個由“國家公園—野生動物保護地—自然保護區—狩獵保護區”組成的保護地網絡。喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區16個保護地由11處國家公園和5處自然保護區組成,面積為26910.02 km2,占16.92%。其中薩加瑪塔國家公園、奇特旺國家公園為世界自然遺產。尼泊爾保護地設立的特點就是集中在尼泊爾和中國邊境的喜馬拉雅山區,相互毗鄰,單個面積不大,便于靈活管理。既相互銜接,又獨立管理,與珠峰北側中國境內覆蓋四個縣的珠穆朗瑪峰自然保護區相比,類型多樣,既有以嚴格保護為主的自然保護區,也有可供開展生態旅游的國家公園,同時由于面積都不大,對周邊城鎮影響較小,自然保護具有更好的操作性。

4 結論

通過上述分析,可以看到喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區各國經過多年的建設,已經初步建成類型多樣,設置靈活的自然保護地體系,中國-尼泊爾交界處的珠穆朗瑪峰地區,以及中國-巴基斯坦交界處的喀喇昆侖山地區是本地區自然保護地分布較為集中的區域,具備較好的保護地跨境合作基礎。2010年頒布的《中國生物多樣性保護戰略與行動計劃(2011—2030年)》中,提出中國將在新疆紅其拉甫山口、西藏珠峰等地區研究建立跨國界保護區。2011年,為了應對喀喇昆侖-帕米爾跨界景觀保護面臨的挑戰,保護馬可波羅盤羊(Ovisammonpolii)這一帕米爾高原的特有種和旗艦種,中國和巴基斯坦學者共同提出《促進中巴跨界合作的喀喇昆侖山-帕米爾景觀規劃綱要草案》,以保護生活在兩國毗鄰保護地中野生動物[28]。

2019年中國政府發布《關于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導意見》,明確將從2020年設立國家公園,并將自然保護地按生態價值和保護強度高低依次分為國家公園、自然保護區和自然公園,形成完整的自然保護地體系。中國也希望借鑒國際經驗,注重與國際自然保護體系對接,積極參與全球生態治理,共謀全球生態文明建設[29]。同年,西藏宣布啟動地球第三極國家公園群建設,青藏高原將規劃布局一批以保護具有國家代表性的自然生態系統的國家公園群,對于加強青藏高原生態安全屏障建設,提高當地居民福祉水平、促進區域綠色發展、增強可持續性能力, 促進青藏高原進入高質量的自然和人文生態系統良性循環過程具有重要意義[30]。因此未來中國將在邊境地區加強國家公園建設,也有利于進一步推進國家公園跨境合作。通過跨境合作,進一步加強喀喇昆侖山-喜馬拉雅山脈地區各國的生物多樣性和生態環境保護,更好地應對全球氣候變化,更好地落實聯合國2030年可持續發展目標,促進當地社會經濟發展。