“三江并流”區自然保護區對生物多樣性和生態系統服務的維持作用

封志雪，楊飛齡，周 鍵，張 晨，王一婷，武瑞東**

(1.云南大學 生態與環境學院，云南 昆明 650500；2.云南大學 國際河流與生態安全研究院保護生物地理學研究組，云南 昆明 650500)

自然生態系統維持著人類不可或缺的生物多樣性和基本的生命支持服務[1].人類活動造成的土地利用變化、入侵物種擴散、氣候變化和環境污染等，不斷增加對自然生態系統的威脅，致使生物多樣性和生態系統服務急劇喪失[2-3].生物多樣性是人類社會生存和發展必不可少的基礎，生物多樣性逐步退化導致生態系統的物質生產力和結構穩定性遭到破壞，人類福祉也因此受到影響[4-5].生態系統服務是人類從生態系統中獲得的各種惠宜，不僅包括為人類提供的食物，藥品以及許多保障工農業生產的原料，更重要的是支持著生命物質的生物地化循環與水文循環，維持生物物種與遺傳多樣性[6].

采用就地保護途徑，即建立自然保護區，不僅能有效地保護生物多樣性，對確保生態系統服務的可持續供給也有著重大意義[7-8].“生物多樣性公約”第十次締約方大會通過了“2011—2020 年生物多樣性戰略計劃”，確定了愛知生物多樣性目標11：到2020 年，至少有17%的陸地與內陸水域，尤其是對生物多樣性和生態系統服務特別重要的區域，應通過有效管理得到保護[9].目前，全球保護地網絡持續擴大，已經覆蓋了全球陸地面積的15%[10].在保護地數量與面積不斷增加的同時，越來越多的學者開始關注現有保護地對生物多樣性和生態系統服務的保護效率，在國家尺度[11-12]和區域尺度[13-14]上開展了大量研究.明確保護地系統在支持和維護生物多樣性和生態系統服務的過程中所發揮的效用，對于有效實施生態保護與可持續社會發展戰略具有重要指導意義[13].

“三江并流”區生態系統極其脆弱，屬全球生物多樣性保護熱點地區，也是“中國生物多樣性保護行動計劃”中所列舉的17 個關鍵地區之一[15].該區作為備受關注的世界自然遺產地，對于研究生態系統完整性、生物多樣性和可持續發展都起著重要作用[16].據統計，截至2016 年12 月底，該地區建立了各種類型、不同級別（國家級、省級和市縣級）的自然保護區24 處，總面積約9 760km2[17].與2001年相比，增加了6 處自然保護區，占“三江并流”區總面積比從11.96%增長至14.58%[18].然而，自然保護區數量與面積的逐步增加，并不意味著該地區的生物多樣性和生態系統服務得到了有效的保護，區域現有保護區系統的空間分布不均，缺乏系統的頂層設計，在經濟開發活動的驅動作用下，已建保護區大多分布在偏遠、高海拔、地形復雜、人口稀少及經濟價值很低的地區，導致區域的生態保護未能全面地覆蓋生物多樣性保護對象[11,13].

綜上，本研究在識別生態系統服務關鍵區的基礎上，結合已有研究生成的生物多樣性保護優先區，在ARCGIS 10.3 軟件中應用空間分析方法，將生物多樣性與生態系統服務的空間分布數據和自然保護區邊界數據進行疊加分析，評估“三江并流”區國家級和省級自然保護區對亟需保護的生物多樣性和生態系統服務的維持作用，以期為該地區保護地網 絡的系統規劃提供參考.

1 研究區概況

2 數據來源及方法

2.1 數據來源

2.1.1 自然保護區數據 自然保護區邊界分布數據來源于《2016 年云南省自然保護區年報》[17].由于中國大多數省級以下自然保護區沒有明確的邊界數據且缺乏有效管理[24]，本研究選取研究區的4 個國家級和8 個省級自然保護區，收集整理了保護區的數量、面積、行政區域、類型和主要保護對 象等數據.

2.1.2 生物多樣性數據 采用植被類型、植物多樣性優先保護區和荒野區作為代表性生物多樣性保護對象.植被類型分布數據包括24 個亞型，來源于云南大學生態學與地植物研究所的1∶10 萬植被圖[25].植物多樣性優先保護區數據來源于Ma等[26]通過以瀕危物種和特有種建立植物多樣性數據庫，分析物種豐富度與棲息地空間格局之間的關系，評估得出的9 個植物多樣性優先保護區域，分布于貢山縣、玉龍縣、香格里拉市、德欽縣、大理市和福貢縣內.荒野區數據來源于Lin 等[19]基于5 個指標（人口密度、自然度、破碎度、偏遠性和堅固性）進行聚類分析，劃分為10 個荒野度等級，并將荒野度等級為1 且面積≥1 km2的斑塊選作荒野區.荒野區在迪慶州和怒江州分布面積大，分別占荒野區總面積的52.40%和35.60%，其次是麗江市（9.20%）和大理市（2.80%）.

2.1.3 生態系統服務數據 選取林世偉[27]根據相關生物物理模型和社會經濟統計資料，進行模擬和估算，所得出的3 類（調節服務、文化服務和供給服務）共5 種生態系統服務物質量的空間分布數據，為分辨率100 m×100 m 的柵格數據，分別是固碳服務、土壤保持服務、碳存儲服務、自然游憩服務、水源供給服務.

2.2 生態系統服務關鍵區選取對5 種生態系統服務，使用最大最小歸一化方法[28]將各生態系統服務供應值歸一化到0～1 之間的范圍內.以云南省生態保護紅線劃定目標（31%）為參考，將生態系統服務供給的關鍵區定義為供給量最高的累計前3 1%的地區[29-30].

2.3 自然保護區對生物多樣性與生態系統服務的維持作用評估根據張燕妮等[25]對“三江并流”區優先保護植物群落類型的綜合評價，所得出的一級保護植被亞型1 類（季風常綠闊葉林）；二級6 類（高山、亞高山草甸，寒溫性針葉林，溫涼性針葉林，亞高山沼澤草甸，寒溫性灌叢，山地濕性常綠闊葉林），從植被類型數據提取這些植被類型，得到優先保護植被亞型圖層.

對各波浪要素下的進入航道的沙量進行加權平均后得到兩個方案沿航道年回淤厚度（圖4）。綠線為方案1，紫線為方案2，最大淤積厚度均出現在防波堤前沿。從年均回淤厚度結果來看，方案1大于方案2，且最大淤厚位置靠近河口，最大淤厚為1.86m/yr。方案2與方案1相比，最大淤厚位置更靠近外海，最大淤厚為2.69m/yr。平均淤厚為0.46m/yr（方案1）和0.33m/yr（方案2）。全航道由于底沙推運造成的回淤量分別為248.53和172.25萬立方米。

然后將植被類型、優先保護植被亞型、植物多樣性優先保護區、荒野區和生態系統服務關鍵區數據分別與自然保護區邊界進行矢量疊加運算，統計24 種植被亞型、各生物多樣性優先區和生態系統服務關鍵區在自然保護區內的受保護面積.計算得出自然保護區對各生物多樣性優先區和生態系統服務關鍵區的保護率，以及其受保護面積占自然保護區總面積的比例.將保護率與自然保護區對研究區的平均覆蓋比例（12.65%）、愛知生物多樣性目標（17%）和云南省生態保護紅線劃定目標（31%）進行對比研究，以評估保護狀況.

3 研究結果

3.1 現有自然保護區特征“三江并流”區包括4 個國家級和8 個省級自然保護區，自然保護區總面積約8 475km2，占研究區總面積的12.65%（圖1）.按自然保護區類型劃分，蒼山洱海國家級自然保護區同時屬于森林生態與濕地生態類型.野生動物類型包括云龍天池國家級自然保護區和白馬雪山國家級自然保護區，主要保護對象是滇金絲猴及其棲息環境.高黎貢山國家級自然保護區屬于森林生態類型，是12 個自然保護區中面積最大的，分布于貢山縣、福貢縣與瀘水市內，占總保護區面積的38.06%.賓川 縣和鶴慶縣沒有國家級和省級自然保護區分布.

圖1 “三江并流”區國家級與省級自然保護區分布Fig.1 Spatial distributions of national and provincial nature reserves in Three Parallel Rivers Region

3.2 生態系統服務關鍵區空間分布固碳服務關鍵區總面積約20 152 km2，從南向北分布面積逐漸減少.在云龍縣分布面積最大，占固碳服務關鍵區總面積的12.82%，其次是玉龍縣（12.01%）和寧蒗縣（9.99%）.按固碳服務關鍵區占市縣土地按面積的比例計算，以瀘水市最高（60.76%），其次分別是麗江市（58.82%）、云龍縣（58.71%）和劍川縣（55.57%）；自然游憩服務關鍵區總占地面積為20 156.60km2，分布面積從西北地區向東南地區逐漸減少.在香格里拉市分布面積最大，占自然游憩服務總面積的25.43%，其次是德欽縣（18.26%）和貢山縣（14.48%）.按自然游憩服務關鍵區占市縣土地面積的比例計算，以貢山縣最高，為66.48%，其次分別是德欽縣（50.73%）、福貢縣（45.24%）和瀘水市（37.98%）；水源供給服務關鍵區總占地面積為20 156.80km2.在云龍縣分布面積最大，占水源供給服務關鍵區總面積的13.64%，其次是蘭坪縣（12.56%）和香格里拉市（11.71%）.按水源供給服務關鍵區占市縣土地面積的比例計算，以云龍縣最高，為62.48%，其次分別是瀘水市（62.36%）、蘭坪縣（57.79%）和福貢縣（46.58%）；土壤保持服務關鍵區總占地面積為19 532.6km2，在香格里拉市分布最多，占土壤保持服務關鍵區總面積的16.88%，其次是寧蒗縣（10.88%）和玉龍縣（9.95%）.按土壤保持服務關鍵區占市縣土地面積的比例計算，以瀘水市最高，為43.91%，其次分別是云龍縣（40.59%）、福貢縣（40.31%）和寧蒗縣（35.44%）；碳存儲服務關鍵區碳存儲服務關鍵區總占地面積為29 301.10 km2，從西北地區向東南地區分布面積逐漸減少.在香格里拉市分布最多，占碳存儲服務關鍵區總面積的26.60%，其次是德欽縣（16.69%）和貢山縣（11.09%）.按碳存儲服務關鍵區占市縣土地面積的比例計算，以貢山縣最高，為74.02%，其次分別是香格里拉市（68.22%）、德欽縣（67.42%）和福貢縣（59.57%）（圖2）.

圖2 “三江并流”區生態系統服務關鍵區空間分布Fig.2 Spatial distributions of the key areas for ecosystem services in Three Parallel Rivers Region

3.3 植被類型保護現狀“三江并流”區24 種植被亞型中未被自然保護區覆蓋的植被亞型僅有暖熱性灌草叢，在瀘水市和蘭坪縣有少量分布，占植被亞型總面積的0.08%.有14 種植被亞型的覆蓋率大于自然保護區對研究區的平均覆蓋比例（12.65%），受到了較好的保護，其中，有10 種植被亞型覆蓋率高于愛知生物多樣性目標（17%），分別為山地濕性常綠闊葉林、寒溫性灌叢、溫涼性針葉林、積雪、亞高山沼澤草甸、裸巖、水體、竹林、季風常綠闊葉林和干熱河谷硬葉常綠闊葉林.覆蓋率高于云南省生態保護紅線劃定目標（31%）的僅有積雪、水體和季風常綠闊葉林3 種，說明自然保護區對其保護充分（圖3）.

圖3 自然保護區對植被亞型的覆蓋率Fig.3 Coverage of nature reserves for vegetation subtypes

干熱河谷硬葉常綠闊葉林僅被白馬雪山國家級自然保護區覆蓋，受保護面積占總保護區面積的0.05%，且被自然保護區覆蓋的區域僅分布在德欽縣境內.竹林、季風常綠闊葉林都只被高黎貢山國家級自然保護區覆蓋，受保護面積占總保護區面積的比例分別為0.31%和0.06%.覆蓋率最低的是城鎮居民點，僅為0.60%，僅在蒼山洱海國家級自然保護區分布了0.35km2，其余19 種受保護的植被亞型均至少被兩個保護區覆蓋.水體的覆蓋率最高，為51.77%，在云龍天池國家級保護區、碧塔海省級自然保護區和納帕海省級保護區中無分布，在其余9 個自然保護區中均有不同程度的分布，分布面 積占總保護區面積的3.46%.

3.4 生物多樣性保護優先區保護現狀優先保護植被亞型總面積約29 413km2，占“三江并流”區總面積的43.92%，覆蓋現有保護區5 936.69km2，這部分面積分別占優先保護植被亞型總面積的20.18%，占自然保護區總面積的70.06%.其中，一級保護植被亞型總面積約10.50km2，覆蓋現有保護區的4.83km2，這部分面積僅占自然保護區總面積的0.06%；二級保護亞型總面積約29 402.50 km2，覆蓋現有保護區的5 931.86km2，占自然保護區面積的70%.一級保護植被亞型僅在高黎貢山國家級自然保護區有分布，二級保護植被亞型在除劍川劍湖濕地省級自然保護區外的11 個自然保護區內均有不同程度的分布.

植物多樣性保護優先區總面積約13 837.50 km2，占“三江并流”區面積的20.66%，覆蓋現有保護區4 160.45 km2，這部分面積分別占植物多樣性保護優先區總面積的30.07%，占自然保護區總面積的49.10%.在云龍天池國家級自然保護區、納帕海省級自然保護區、瀘沽湖省級自然保護區、劍川劍湖濕地省級自然保護區和蘭坪云嶺省級自然保護區中無分布.

荒野區總面積約16 938.30 km2，占“三江并流”區面積的25.29%，覆蓋現有保護區5 242.61 km2，這部分面積分別占荒野區總面積的30.95%，占自然保護區總面積的61.87%.荒野區被除拉市海省級自然保護區和劍川劍湖濕地省級自然保護區以外的10 個自然保護區覆蓋，在高黎貢山國家級自然保護區內分布面積最大，約為2 601 km2，其次是白馬雪山國家級自然保護區，分布面積約為1 732 km2，分別占荒野區總面積的15.36%和10.23%.

由此可見，3 個生物多樣性優先區的覆蓋率均高于自然保護區對研究區覆蓋比例（12.65%）和愛知生物多樣性目標（17%），得到了較好的保護.但三者的覆蓋率均低于云南省生態保護紅線劃定目標（31%），其中，植物多樣性優先區和荒野區的覆蓋率接近31%，受到了較為充分的保護（圖4）.

圖4 自然保護區對生物多樣性保護優先區的覆蓋率Fig.4 Coverage of nature reserves for biodiversity priority conservation areas

3.5 生態系統服務關鍵區保護現狀“三江并流”區的自然游憩服務和水源供給服務覆蓋率分別為25.30%和21.65%，高于愛知生物多樣性目標（17%），但低于云南省生態保護紅線劃定目標（31%），得到了自然保護區較好的保護.固碳服務和土壤保持服務覆蓋率分別為7.46%和10.56%，均低于12 個自然保護區對研究區國土面積的覆蓋比例12.65%，保護狀況不佳.碳存儲服務覆蓋率為20.66%，自然保護區對其保護情況也較好（圖5）.

圖5 自然保護區對生態系統服務關鍵區的覆蓋率Fig.5 Coverage of nature reserves for the key areas of ecosystem services

在12 個自然保護區中，高黎貢山國家級自然保護區對5 種生態系統服務關鍵區的覆蓋率均是最高的，分別是固碳服務（2.76%）、自然游憩服務（12.59%）、土壤保持服務（4.37%）、水源供給服務（9.46%）和碳存儲服務（9.47%）.固碳服務關鍵區未被納帕海省級自然保護區覆蓋，劍川劍湖濕地省級自然保護區中沒有碳存儲服務關鍵區的分布，其余服 務類型在各保護區中有不同程度的分布.

3.6 自然保護區對生物多樣性保護優先區和生態系統服務關鍵區的保護空缺劍川劍湖濕地省級自然保護區對我們所選取的3 個生物多樣性優先區無覆蓋，其余11 個自然保護區均至少同時保護2 種生物多樣性和4 種生態系統服務關鍵區（圖6）.其中，高黎貢山國家級自然保護區、白馬雪山國家級自然保護區、蒼山洱海國家級自然保護區、玉龍雪山省級自然保護區、哈巴雪山省級自然保護區和碧塔海省級自然保護區覆蓋了全部生物多樣性優先區和生態系統服務關鍵區種類.云龍天池國家級自然保護區、瀘沽湖省級自然保護區和蘭坪云嶺省級自然保護區均覆蓋了共7 種生物多樣性優先區和生態系統服務關鍵區，但是都對植物多樣性優先區存在保護空白.拉市海省級自然保護區則是對荒野區存在保護空白，對其他7 種優先區和關鍵區都有覆蓋.

圖6 自然保護區對生物多樣性保護優先區和生態系統服務關鍵區的空間覆蓋Fig.6 Coverages of nature reserves for biodiversity priority conservation areas and key areas of ecosystem services

4 討論與結論

4.1 討論建立自然保護區是保護生態環境最為直接有效的途徑[31].本研究表明國家級和省級自然保護區在“三江并流”區的覆蓋比例（12.65%）明顯高于云南全省（7.30%）[17]，體現出“三江并流”區對于維持云南省生物多樣性和生態系統服務發揮了十分顯著的作用.該覆蓋比例與“生物多樣性公約”中“到2020 年至少保護17%的陸地和內陸水域”的戰略目標仍然存在較大差距[9]，以自然保護區為主體的保護地體系尚需優化.

傳統的自然保護區側重于保護生物多樣性，往往忽略對生態系統服務的維持功能[32].此前，“三江并流”區的相關研究重點關注生物多樣性保護優先區識別[25-26,33]，生態系統服務關鍵區識別的研究較少.然而，將生物多樣性和生態系統服務整合到自然保護區系統規劃過程中所產生的綜合效益，能使當地居民和政府更容易接受相關的生態保護政策[34].例如，云南省共有29 處自然保護區開展了不同形式的生態旅游活動，以景觀游覽、民俗體驗、郊野游憩、科學考察等方式為主[17]，提供了大量的文化服務.據此，我們確定了包括自然游憩服務在內的5 種重要生態系統服務關鍵區分布.

隨著自然保護區面積的逐步擴大和保護優先區相關研究的增多，提高現有自然保護區對保護優先區的保護效率無疑是評價和完善保護體系的重要一環[31].我們同時考慮了自然保護區對維持生物多樣性和生態系統服務所做的貢獻，在前人工作的基礎上展開分析，為進一步優化“三江并流”區的自然保護區建設和保護政策的制訂提供參考.

對疊加結果進行分析的過程中，我們發現研究區分別以17.73%和24.34%的自然保護區面積，覆蓋了7.46%的固碳服務和10.56%的土壤保持服務，保護狀況不佳.調節服務中覆蓋率為20.66%的碳存儲服務，受保護面積占保護區總面積的71.45%.自然游憩服務和水源供給服務的覆蓋率均高于17%，同時，它們的受保護面積分別占自然保護區總面積的60.19%和51.51%.生物多樣性優先區中保護狀況良好的植物多樣性優先區和荒野區，在保護區內分布范圍不及優先保護植被亞型的受保護面積，覆概率卻高于優先保護植被亞型.因此，我們建議，不僅要考慮擴大保護區網絡以增加對重要生物多樣性和生態系統服務區域的覆蓋，對保護區邊界進行變更時，應使用更有效的選址方法，提高自然保護區的保護效率.

生物多樣性和生態系統服務在空間上的分布，往往受到它們之間潛在的權衡與協同關系的影響，這對自然保護區達到同時覆蓋兩者優先保護區的目標增加了難度，影響保護效率[35].本文選取的12個國家級和省級自然保護區中，有11 個同時保護了生物多樣性和生態系統服務且覆蓋的優先區和關鍵區種類至少為6 個，這對“三江并流”區的自然保護區后續的規劃來說是一個好的基礎.部分自然保護區對我們選取的生物多樣性優先區和生態系統服務關鍵區存在保護空白，這是由于保護優先區與自然保護區空間上的不匹配和主要保護對象存在差異.

本研究初步揭示了“三江并流”區現有自然保護區對生物多樣性和生態系統服務的維持作用，但仍有一定的局限性.生物多樣性數據來源于已有研究，包括植物多樣性以及具有豐富物種多樣性的荒野區，但尚缺乏典型的動物多樣性保護優先區，希望通過后續對動物物種數據進行收集和判識動物物種保護優先區，再評估自然保護區對其的保護效率，彌補研究的不足.

4.2 結論本研究在識別生態系統服務關鍵區的基礎上，通過將生物多樣性優先區和生態系統服務關鍵區與自然保護區進行空間疊加分析，得出以下結論：

（1）在24 種植被亞型中，有14 種的自然保護區覆蓋率超過12.65%，覆蓋率大于17%的有10 種，覆蓋率大于31%的有3 種.3 種生物多樣性優先區的保護現狀較好，自然保護區覆蓋率均大于17%，受保護面積占自然保護區面積的比例也較大.

（2）自然保護區對調節服務的保護效率有待提高，固碳服務與土壤保持服務的自然保護區覆蓋率低于12.65%，僅碳存儲服務的覆蓋率高于17%.供給服務和文化服務的自然保護區覆蓋率均高于17%，但是都低于31%，保護狀況較好，仍存在較大的提升空間.

（3）除劍川劍湖濕地省級自然保護區對生物多樣性優先區均未保護外，研究區內大部分保護區至少同時保護2 種生物多樣性優先區和4 種生態系統服務關鍵區，12 個自然保護區中，有6 個保護了全部種類的生物多樣性優先區和生態系統服務關鍵區.植物多樣性優先區在3 個自然保護區內無分布，存在明顯保護空缺.