湖北神农架生态保护优先区识别及空缺分析.pdf

No.3FORESTRESOURCESMANAGEMENT第3期June2023林业资源管理2023年6 月湖北神农架生态保护优先区识别及空缺分析张平,碧霄?，肖杨萍3,王丽4，卢渊，徐健楠？，邹尚伯，邹全程（1.国家林业和草原局重点国有林区森林资源监测中心，黑龙江加格达奇1 6 50 0 0；2.国家林业和草原局林草调查规划院，北京100714；3.神农架国家公园管理局，湖北神农架4 4 2 4 0 0；4.新疆维吾尔自治区天然林保护中心，乌鲁木齐8 30 0 0 0；5.国家林业和草原局森林草原火灾预防监测中心，北京1 0 0 7 1 4；6.黑龙江省东宁市林业和草原局，黑龙江东宁1 57 2 99)摘要：湖北神农架生物多样性丰富、保护价值高，在全球范围内具有极强的不可替代性。为更精准地保护神农架的重要生态资源，提高保护效率，通过构建湖北神农架生态保护优先区识别模型，识别区域保护优先区并进行保护空缺分析。结果表明：湖北神农架的生态价值总体较高，生态保护重要性空间分布格局以“省道31 8 一国道2 4 2 一省道31 8”为分界线，北部生态保护重要性显著弱于南部；神农架生态保护优先区主要位于自然度高、人为干扰较低的区域，包括太阳坪、猴子垭、神农顶等。生态保护优先区已基本纳入自然保护地及自然保护小区管理范围，但在竹溪县柳树坪、房县红岩寨、神农架林区黑沙屿、兴山县黄祁和太皇山仍存在部分保护空缺。建议依托国家公园体制试点区设立神农架国家公园，进一步整合优化区域内的自然保护地，在保证高生态价值区域纳入保护范围的基础上，提高整体保护效果。关键词：自然保护地；自然保护小区；生态保护重要性；保护优先区；保护空缺中图分类号：S759.9；X36文献标识码：A文章编号：1 0 0 2-6 6 2 2(2 0 2 3)0 3-0 0 1 5-0 6D0I:10.13466/ki.lyzygl.2023.03.003Identification and Gap Analysis of Priority Areas forEcological Protection in Shennongjia of Hubei ProvinceZHANG Ping,CHAO Bixiao,XIAO Yangping,WANG Lit,LU Yuan,XU Jiannan?,ZOU Shangbo,ZOU Quancheng(1.Key Forest Resources Monitoring Centre in National Forest Areas,National Forestry and Grassland Administration,Jiagedaqi,Heilongjiang165002,China;2.Academy of Forestry Inventory and Planning,National Forestry and Grassland Administration,Beijing 100714,China;3.Shennongjia National Park Administration,Shennongjia,Hubei 442400,China;4.Xinjiang Uygur Autonomous Region Natural ForestProtection Center,Urumqi 830000,China;5.Forest and Grassland Fire Prevention and Monitoring Center,National Forestry and GrasslandAdministration,Beijing 100714,China;6.Forestry and Grassland Bureau of Dongning City,Dongning,Heilongjiang 157299,China)Abstract:Shennongjia of Hubei Province is rich in biodiversity and has high conservation value,which ishighly irreplaceable worldwide.In order to more accurately protect important ecological resources inShennongjia and improve protection efficiency,this study built an ecological protection priorityareaidentification model for Shennongjia of Hubei Province,and conducted protection priorityareaidentification and protection gap analysis for its regions.The results showed that the overall ecological收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 1；修回日期：2 0 2 3-0 4-2 5作者简介：张平（1 96 9），男，甘肃平?人，工程师，主要研究方向：林草资源调查监测评估及工程咨询设计。Email:通讯作者：邹全程（1 98 4），男，山东海阳人，教授级高级工程师，博士，主要研究方向：林草规划设计、森林经营与管理。Email:16第3 期林业资源管理value of Shennongjia in Hubei Province was relatively high,and the spatial distribution pattern ofecological protection importance was divided by provincial highway 318-national highway 2422provincial highway 318.The ecological protection importance in the north was significantly weaker thanthat in the south;The priority area for ecological protection in Shennongjia was mainly located in areaswith high degree of naturalness and low human interference,including Taiyangping,Houziya,Shennongding,and other areas.However,there were still gaps in the protection of Liushuping in ZhuxiCounty,Hongyanzhai in Fangxian County,Heishayu in Shennongjia forest region,Huangqiya in XingshanCounty,and Taihuang Mountain.The priority areas for ecological protection had basically been included inthe management scope of natural protected areas and nature reserves,but there were still some gaps inprotection.It is suggested that the opportunity of establishing Shennongjia National Park can be used tofurther integrate and optimize the regional nature reserve system,and improve protection efficiency on thebasis of ensuring that areas with high ecological value are included in the protection scope.Key words:natural protected area;small nature reserve;importance of ecological protection;conservationpriority areas;conservation gap生物多样性及其生态过程是人类赖以生存和发展的重要物质基础1)，在维持生态系统平衡与稳定方面具有不可替代的作用 2。人类活动是影响生物多样性的重要因素，随着其干扰程度不断加剧将会造成生境破碎、生物栖息地丧失等生态问题，最终将导致物种灭绝 3。生物多样性“热点地区”，即对生物多样性保护具有突出贡献的区域 4，通过识别该区域并采取更具针对性的优先保护措施，可以大幅度提高区域保护效率，完善区域保护网络 5。目前，在进行生态保护优先区识别时，大多结合地理信息系统等现代技术手段，通过将区域保护价值空间化、定量化，得到相对明确的保护优先区位置分布(6-8)。人口密度和道路可作为人类活动干扰强度的判断指标 9,通过与自然环境影响因子结合，综合识别人类活动影响下的区域生态保护优先区。神农架位于鄂西渝东交界地带，是长江与汉江的分水岭，独特的自然地理条件和较低的人为干扰使这里具有丰富的动植物多样性和独特的生物生态过程，其保护价值在全球范围内具有极强的不可替代性1 0-1。本研究选取湖北神农架作为研究范围，综合选取自然和人类活动影响因子构建生态保护优先区识别模型，通过叠加湖北自然保护地及自然保护小区分布数据，识别当前保护空缺区域，以期为湖北神农架重要生态资源的精准保护和自然保护地体系规划提供理论参考。1研究区概况神农架（30 57 32 1 5 N1092911156E）地处鄂西山区，南北跨度1 4 3km,东西长约1 51 kml12。神农架为大巴山脉东段中山地貌，地势险峻，大部分海拔为1 50 0 2 50 0 m，形成了由下而上分别具有亚热带、温带、寒温带气候特征的垂直立体气候和山地黄壤、山地黄棕壤、山地棕壤、山地暗棕壤、山地灰化暗棕壤等完整的山地土壤类型。神农架地处我国亚热带和暖温带天然分界线上，年均气温1112，年降水量8 0 0 2 50 0 mm。主要生态系统类型为暖温带和亚热带山地落叶阔叶林、北亚热带常绿落叶阔叶混交林，也分布有多种针叶林及部分常绿阔叶林。神农架动植物资源丰富，分布有高等植物2 56 科1 2 38 属398 9种，脊椎动物35目129科7 2 9种。目前境内已有2 1 处自然保护地和10处保护小区，包括自然保护区、湿地公园、森林公园、地质公园等多种类型2研究方法2.1数据来源原生生态系统数据来源于2 0 1 5年中国陆地生态系统类型空间分布数据（30 m分辨率）；生态服务功能重要性数据（水土保持功能重要性、水源涵养17张平等：湖北神农架生态保护优先区识别及空缺分析第3期功能重要性和生物多样性维护与保护功能重要性）来源于中国生态功能区划数据库（http：/w w w.e c o-）；土地利用数据来源于第三次全国国土调查（以下简称国土三调）数据；生物多样性保护分级数据来源于典型区域综合生态数据库(http:/)。2.2生态保护优先区识别模型构建2.2.1模型指标体系及权重确定本研究在以生物多样性为主要保护目标的传统理念基础上，综合考虑生态系统本身和人类活动两个因素的影响，通过建立生态系统保护、人类影响和生物多样性保护三个准则层，参考相关研究确定指标体系与权重（表1)【1 3-1 4,并结合区域实际情况，构建生态保护优先区识别模型。利用ArcGIS软件进行区域空间叠加分析，计算生态保护重要性得分，识别湖北神农架生态保护优先区范围。该识别模型的构建可以使识别结果更具整体性，更能体现评估范围的整体生态状况。表1神农架生态保护优先区识别模型指标体系及权重Tab.1 Index system and weight of identification model for priority areas of ecological protection in Shennongjia准则层一级指标A（权重）二级指标A2（权重)指标层组合权重原生生态系统（50%）16.65%水土保持功能重要性（33.3%）5.54%生态系统保护（33.3%）重要生态功能区（50%）水源涵养功能重要性（33.3%）5.54%生物多样性维护与保护功能重要性（33.3%）5.54%土地利用类型（4 0%）13.32%人类影响（33.3%）距道路距离（30%）9.99%距居民点距离（30%）9.99%生物多样性保护（33.3%）生物多样性保护分级（1 0 0%）33.33%2.2.2数据处理综合考虑神农架区域范围，本研究栅格数据分辨率为1 0 0 m100m。为保证各项评价指标的量纲一致，因此采用式（1)对其进行归一化处理，使其数值在0 1 之间。XiN=X(1)imax式中：N，为第i个评价指标第j项的归一化处理结果；X，为第i个评价指标第j项的原始值；Ximax为第i个评价指标中的最大值。2.2.3原生生态系统在中国陆地生态系统数据库中，将森林、灌丛、草地和湿地生态系统进行整合，作为湖北神农架原生生态系统分布范围，原生生态系统区域赋值为1，其余区域赋值为0。2.2.4重要生态功能区中国生态功能区划数据库中，将生态服务功能重要性数据划分为一般地区、中等重要、重要和极重要四个等级，分别赋值为1,3,5,7。将水土保持功能重要性、水源涵养功能重要性和生物多样性维护与保护功能重要性3个数据进行叠加，并通过式（1）进行标准化。2.2.5土地利用类型土地利用类型被认为是定量描述人类干扰强度的重要指标，因此本研究将识别范围内的土地利用类型分为“自然”与“人为”两部分，并认为“人为”地块上受到的人类活动影响较大。在进行数据处理时，根据识别区域内土地利用类型的实际分布情况，将“林地、草地、河流湖泊、湿地”作为“自然”土地类型，赋值为1；其余区域作为“人为”土地类型，赋值为0。2.2.6距道路距离人类活动范围在很大程度上会影响某一地块受到人类干扰的强度，因此作为土地利用类型数据的补充，本次规划从国土三调数据中筛选出道路的相关数据，利用欧氏距离计算每个栅格到最近道路所在栅格的距离 1 5】式（2），利用ArcGIS中的模糊隶属工具对其进行无量纲标准化处理。18第3期林业资源管理d=+d2(2)式中：d为栅格到目标栅格的欧氏距离；d，d,为栅格的行、列差。2.2.7生物多样性保护分级典型区域综合生态数据库将全国生物多样性保护功能划分为四个等级，即：一般、中等重要、重要和极重要，分别赋值为1,2,3,4；之后通过式（1）进行标准化处理。2.3保护优先区识别和保护空缺分析通过生态保护优先区识别模型，进行保护优先区识别和保护空缺分析，具体步骤如下：1)将评价指标进行加权求和，根据各评价指标及其权重计算准则层得分 式（3），然后根据准则层权重及其得分计算湖北神农架保护重要性得分 1 6【式（4)。2)通过“自然间断点分级法（Jenks）”,按照其保护重要性得分高低划分为五类即：A类 0.7 5,1.0 0、B类 0.6 0,0.7 5）、C类0.40,0.60】、D 类 0.2 0,0.4 0】、E类 0,0.2 0)。该方法运用了聚类思维，以保证组内的相似性最大，而组间的的相异性最大，同时不同组的要素范围和个数尽量相近。3)对生态保护重要性评估结果进行核密度分析，将保护热点区域识别为生态保护优先区。核密度分析以概率理论为基础，可计算点状目标的空间分布聚集区，一般定义为：设x1，x，是从分布密度函数f的总体中抽取的独立同分布（IndependentlyIdenticallyDistribution，IID）样本，估计f在某点x处的值,通常用Rosenblatt-Parzen核估计 1 7】式（5）。4)将现有自然保护地及自然保护小区范围与生态保护优先区空间分布格局叠加，识别保护空缺区域。M,=XX.W,(3)j=1式中：M,为一级指标i的评分值；X，为一级指标i中二级指标i的评分；W为i因子的权重值。3M=M.W,(4)i=1式中：M为保护重要性分值；W，为一级指标i的权重值。1f.(x)=k(x-x;)/h(5)nh=1式中：（x-x,）/h 为核密度函数;h为带宽，且h0；（x-x）为估计点到样本x处的距离;n为样本数量。3结果与分析3.1生态保护重要性空间分布格局湖北神农架生态价值总体较高（图1），生态保护重要性A类区域 0.7 5,1.0 0 面积约为394 1 7 8 hm，B类区域 0.6 0,0.7 5）面积约为4 4 4 56 8 hm，两类区域面积约占湖北神农架总面积的7 5.9%，以斑块形式间隔分布。生态保护重要性C类区域 0.4 0,0.6 0)面积约为1 6 4 939hm,D类区域 0.2 0,0.4 0）面积约为73371hm,E类区域 0,0.2 0)面积约为2 8 1 91 hm。湖北神农架生态保护重要性空间分布格局以“省道318一国道2 4 2 一省道31 8 为分界线，北部生态保护重要性显著弱于南部。ND类E类7%2%C类A类15%36%B类40%生态保护重要性A类 0.7 5,1.0 0 B类 0.6 0,0.7 5C类 0.4 0,0.6 0 D类 0.2 0,0.4 0 012.5 2550E类 0,0.2 0)L图1湖北神农架生态保护重要性空间分布格局Fig.1 Spatial distribution pattern of ecological protectionimportance in Shennongjia of Hubei Province3.2生态保护优先区识别对生态保护重要性结果进行核密度分析，得到湖北神农架生态保护优先区分布图（图2）。湖北神农架生态保护优先区主要位于自然度高、人为干扰较低的区域，包括竹溪县的罗家湾、光顶山、太阳坪、猴子垭，竹山县的三宝寨、百里河，房县的白岩尖、洞沟、鱼鳃村，神农架林区的神农顶、老君山、青龙坡，以及巴东县的月亮垭等区域。19张平等：湖北神农架生态保护优先区识别及空缺分析第3期N罗家湾洞沟娅鱼鳄村光顶山三宝寨百里河太阳坪自岩尖青龙坡猴子证老君山神农顶月亮。生态保护优先区生态保护热度值0.011.0012.5.2550kmL图2湖北神农架生态保护优先区分布图Fig.2 Distribution map of ecological protectionpriority areas in Shennongjia of Hubei Province3.3保护空缺分析湖北神农架共建立有自然保护地2 1 处，另设有10处自然保护小区，其范围存在交叉重叠现象（表2）。表2 洁湖北神农架自然保护地Tab.2 Natural protected areas in Shennongjia ofHubei Province自然保护序号等级保护地名称地类型1湖北神农架国家级自然保护区2湖北巴东金丝猴国家级自然保护区3湖北堵河源国家级自然保护区国家级4湖北十八里长峡国家级自然保护区堵河龙背湾段多鳞白甲鱼国家级水产种质5自然保护区资源保护区6湖北神农架大九湖湿地省级自然保护区7湖北三峡万朝山省级自然保护区省级8湖北八卦山省级自然保护区9湖北野人谷省级自然保护区10湿地公园国家级湖北神农架大九湖国家湿地公园11神农架国家森林公园12龙门河国家森林公园国家级13湖北九女峰国家森林公园森林公园14湖北诗经源国家森林公园15湖北上省级森林公园16省级湖北保康尧治河省级森林公园17国家级神农架国家地质公园18地质公园竹溪长峡省级地质公园19省级湖北竹山堵河源省级地质公园20湖北房县野人谷省级地质公园21风景名胜区省级神农架省级风景名胜区注：不含自然保护小区将自然保护地及自然保护小区数据进行融合处理后，总面积约34 2 58 6 hm，涵盖生态保护重要性A类区域1 6 38 6 5hm（占4 7.8%）和B类区域143963hm（占4 2.8%）。当前湖北神农架高生态保护重要性区域（A类区域和B类区域）已基本纳人自然保护地和自然保护小区范围，但在竹溪县柳树坪、房县红岩寨、神农架林区黑沙屿、兴山县黄祁垭和太皇山还存在保护空缺（图3）。N红装寨柳树坪沙太山黄祁城。保护空缺自然保护地生态保护热度值0.011.0012.52550km图3湖北神农架生态保护空缺分布图Fig.3 Distribution map of ecological protection gapin Shennongjia of Hubei Province4讨论自然保护地作为实现区域自然资源及生态系统服务和文化价值长期保护的重要途径，对保护生物多样性、保障国家生态安全具有至关重要的作用 1 8。根据自然保护地分类分级【1 9，自然保护地按照自然属性、生态价值和保护强度高低依次分为国家公园、自然保护区和自然公园等3类，其中自然公园又分为生态自然公园和风景名胜区。据不完全统计，我国建立的自然保护地总数超过1 2 0 0 0 0 处，面积超过2 0 0 万km，占国土面积的2 0%2 0】，存在单个自然保护地面积较小、空间重叠严重等问题，无法形成合理完整的空间网络 2 1。O本研究发现，目前湖北神农架区域现有自然保护地已涵盖了约90%的高生态保护重要性区域，仅20第3 期林业资源管理存在小部分区域尚未纳人保护范围。对自然保护地空间数据进行分析，仅该区域内自然保护地数量已达到2 1 个，另包含有1 0 余处自然保护小区，总面积达到4 8.6 5万hm。通过对自然保护地空间范围进行融合，该区域自然保护地及自然保护小区实际覆盖面积为34.58 万hm，存在较大重叠部分，实际保护效率还具有一定提升空间。目前湖北省已在该区域开展神农架国家公园体制试点，建议借助国家公园的设立进一步优化区域自然保护地体系，整合破碎化和孤岛化保护地，加强区域生物多样性保护，完善生态保护网络22-23O5结论湖北神农架生态保护价值总体较高，生态保护高重要性区域（A类区域和B类区域）以斑块形式间隔分布在“省道31 8 一国道2 4 2 一省道31 8”南部地区，其中生态保护优先区主要集中在太阳坪、猴子垭、神农顶等自然度高、人为干扰较低的区域，基本已纳入自然保护地及自然保护小区管理范围，仅在竹溪县柳树坪、房县红岩寨、神农架林区黑沙屿、兴山县黄祁垭和太皇山存在部分保护空缺。建议：依托国家公园体制试点区设立神农架国家公园，进一步整合优化区域自然保护地，在保证高生态价值区域纳人保护范围的基础上，提高整体保护效率；从生态系统完整性保护角度出发，应着重关注国家生态安全的大局和自然保护地体系的战略布局，从而实现神农架生态系统完整性的长效保护参考文献：1 Chapin F,Zavaleta E,Eviner V,et al.Consequences of changingbiodiversityJ.Nature,2000,405:234-242.2 Costanza R,DArge R,De Groot R,et al.The value of the worldsecosystem services and natural capital J.Ecological Economics,1998,25(1):3 15.3 Arneth A,Shin Y J,Leadley P,et al.Post2020 biodiversity targetsneed to embrace climate change J.Proceedings of the NationalAcademy of Sciences,2020,117(49):30882-30891.4 Myers N.Threatened biota:Hotspots in tropical forestsJ.Envi-ronmentalist,1988,8(3):187-208.5 Canadas E,Fenu G,Penas J,et al.Hotspots within hotspots:Endemicplant richness,environmental drivers,and implications for conserva-tionJ.Biological Conservation,2014,170:282-291.【6 肖能文，赵志平，李果，等.中国生物多样性保护优先区域生物多样性调查和评估方法 J.生态学报,2 0 2 2,4 2（7）：2 52 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