中国自然遗产地的森林损失和人为压力分析

张少宇，朱岚巍，邹时林

(1.东华理工大学 测绘工程学院，江西 南昌 330013；2.中国科学院 空天信息创新研究院，北京100094)

自然遗产是世界遗产的一种，世界遗产还主要包括文化遗产、混合遗产.自然遗产代表地球演化历史中重要阶段的突出例证；代表着进行中的重要地质过程、生物演化过程以及人类与自然环境相互关系的突出例证；独特、稀有或绝妙的自然现象、地貌或具有罕见自然美地域[1].自然遗产其突出普遍价值(Outstanding Universal Value，OUV)选择标准共为四个，vii(具有高级别的自然景观)、viii(具有历史演化的重要地貌)、ix(丰富的生态系统)、x(原始动植物生物圈)[2].由此可知自然遗产在地球生态系统中占据重要组成部分，世界遗产中心早期就提倡从全球角度对遗产价值和遗产保护现状进行深入、全面地审视与评估，并应对各遗产类型及其地域分布进行均衡性改善[3].而森林在自然遗产价值中占据非常高的地位，同时在地球生态系统以及生态循环中至关重要[4].森林损失和人类活动的干扰一直都是自然遗产所面临的较大威胁，因此如果能够量化自然遗产地的森林损失程度和分析自然遗产的人类活动干扰，对于自然遗产的保护研究具有重要意义[5].

中国自然遗产地中有9处包含奇特的自然景观(vii)属性，其中较为著名的有九寨沟风景区、黄龙风景区、武陵源风景区、三清山风景区等.因其自然遗产包含多种属性，中国自然遗产地中有8处包含其定义标准中生物多样性(x)属性，梵净山以其单一生物多样性属性成功入选，此外还有四川大熊猫栖息地、黄山、武夷山等.其中仅包含唯一定义标准viii(化石遗迹)的是澄江化石地，这些自然遗产都包含大面积的森林覆盖，也为本文研究提供了基础.鉴于以上研究背景，本文将从森林损失和人为压力两个大的方面对中国自然遗产地进行分析研究，以探索近些年来中国的自然遗产地森林损失状况以及其所处的人为压力状态.

1 数据与方法

1.1 研究区概况

截止2018年7月4日第42届世界遗产大会结束，中国世界遗产总数为53处，仅次于意大利，世界排名第二；其中自然遗产13处，混合遗产4处，本文研究对象为自然遗产加混合遗产共17处，下文统称自然遗产地.中国自然遗产地主要分布在西南部、中东部以及东南部等地区[6]，如表1所示.

表1 中国自然遗产地相关信息

1.2 资料来源

本文使用的数据有全球森林变化数据、全球人为压力数据、各遗产地边界等数据.全球森林变化数据来源于Hansen等[7]的研究，空间分辨率30 m，时间范围2001年～2017年.此数据具有较高精度和代表性，Tropek等[8]认为Hansen等[7]研究的森林数据产品在热带雨林地区会低估10%的森林损失，但同时Mcroberts等[9]也认为森林数据产品仍是森林损失计算精度最高的全球产品.人为压力数据采用Venter等[10-12]研发的全球人为压力数据，空间分辨率1 km，时间年份分为1993年、2009年；以及Kennedy等[13]研发的2016年全球人类改造数据.遗产地边界矢量数据来源于世界保护区官方网站[14]，但由于梵净山自然遗产地于2018年最新入选，暂时未能获取官方划定范围，本文采用的高德地图梵净山风景区POI数据.

1.3 研究方法

1.3.1 遗产区和缓冲区分析

2008年，在瑞士达沃斯举办了世界遗产和缓冲区的国际专家会，从而进一步肯定了缓冲区对于世界遗产保护不可或缺的重要性[15]；同时，本文考虑各遗产地缓冲区范围不固定，以及数据空间分辨率的原因，本文将对中国每个自然遗产建立10 km的外围缓冲区，同时对各自然遗产地的遗产区和缓冲区之间的变化情况进行对比分析.

1.3.2 森林损失分析

本文主要通过(Google Earth Engine，GEE)快速提取中国自然遗产地2001年～2017年的森林损失，确定森林损失在2001年～2017年期间内的变化趋势，并确定森林损失程度较高的遗产地.在数据处理过程中发现，森林增加的部分非常之少，因此本文不再考虑森林增加的研究内容.本文根据精度较高的数据产品，完全自动化非人工手动提取，具有较高提取精度.

1.3.3 人为压力分析

Venter等[10-11]利用Sanderson等[12]提出的方法，根据人为干扰类型对陆地表面的影响程度，对全球陆地环境进行人为压力计算，并发布了1993年和2009年两期数据.数据包含七种人为干扰类型，分别为建筑、农业、牧场、人口密度、夜间灯光、主要道路网和通水河道.同时，Kennedy等[13]根据上述方法计算了2016年全球人为压力状态.下文通过对1993年、2009年、2016年三期数据进行标准化处理，结果范围为0～1；每个自然遗产地的人为压力取平均值，对每个自然遗产地在1993年～2016年期间所发生的人为压力变化进行研究.

1.3.4 影响因子相关性及综合分析

为了研究自然遗产地中各影响因子之间的相关性，以及影响因子对自然遗产地的综合影响；研究挑选了自然遗产地的几个特征要素变量，分别为遗产区森林覆盖(CFC)、缓冲区森林覆盖(BFC)、遗产区森林损失(CFL)、缓冲区森林损失(BFL)、遗产区人为压力变化(CHP)、缓冲区人为压力变化(BFP).下文采用经典的Pearson相关性[16]对各影响因子进行相关性研究，同时为了研究自然遗产地的综合因子变化；首先对变量进行标准化，然后采用标准化后的平均值进行衡量：

x′=x-μ/σ

(1)

Z=1/4(CFL′+BFL′+CHP′+BFP′)

(2)

式(1)中x代表CFL、BFL、CHP、BFP的原始值，μ代表各自的平均值，σ代表各自的方差；式(2)中CFL′、BFL′、CHP′、BFP′分别各自的标准化后的值，Z为四个变量平均后的综合因子指数.

2 结果与分析

2.1 中国自然遗产地森林损失

2.1.1 遗产区森林损失分析

在2001年～2017年期间，中国17个自然遗产地的遗产区森林损失面积差异较大；其中遗产区森林损失面积较大的自然遗产地为三江并流、四川大熊猫栖息地、武夷山，损失面积分别为87.353 km2、37.830 km2、12.606 km2；其中森林损失面积较小的自然遗产地为澄江化石地、黄龙风景区、武陵源风景区，损失面积分别为0.003 km2、0.146 km2、0.354 km2；此外，青海可可西里几乎没有发生森林损失，反而具有少量的森林覆盖面积增加，增加面积约0.035 km2，中国各自然遗产地遗产区森林损失面积如图1所示.

为了更好地确定每个遗产地遗产区的森林损失面积对整个遗产区森林覆盖的影响大小，下文采用森林损失面积占2000年遗产区森林覆盖面积的比例即森林损失率进行比较，每个遗产地森林损失率范围分布见表2.遗产区森林损失率较高的自然遗产地有武夷山、中国丹霞、梵净山，森林损失率分别为1.704%、1.621%、1.486%.其他自然遗产地的森林损失率主要集中在0.5%～1.5%，青海可可西里、湖北神农架森林损失率几乎为0，可忽略不计.研究发现，三江并流森林损失面积尽管较大，但其森林损失率较低，对于三江并流遗产区的OUV状态影响较小.

图1 中国自然遗产地2001年～2017年遗产区森林损失面积Fig.1 The forest loss area of natural heritage sites of China from 2001 to 2017

表2 中国自然遗产地遗产区2001年～2017年森林损失率

2.1.2 缓冲区森林损失分析

中国17个自然遗产地中缓冲区森林损失面积较大的有中国丹霞、三江并流、武夷山，损失面积分别为382.000 km2、278.746 km2、223.504 km2；缓冲区森林损失面积最小是黄龙风景区，损失面积仅为0.500 km2.总体来看，缓冲区的森林损失面积远大于遗产区森林损失面积，中国各自然遗产地缓冲区森林损失面积如图2所示.另一方面，缓冲区森林损失率较高的有武夷山、中国丹霞、中国南方喀斯特，森林损失率分别为16.034%、11.966%、4.196%.缓冲区森林损失率较低的有青海可可西里、湖北神农架，森林损失率几乎为零，可忽略不计.其他自然遗产地缓冲区森林损失率主要集中在1%～2%之间.

图2 中国自然遗产地2001年～2017年缓冲区森林损失面积Fig.2 The forest loss in buffer zone in natural heritage sites of China from 2001 to 2017

2.1.3 遗产区和缓冲区森林损失对比分析

对中国17处自然遗产地2001年～2017年期间遗产区和缓冲区森林损失面积统计分析，中国自然遗产地在遗产区的森林损失面积趋势较为平缓，17 a来几乎保持平衡状态，具体如下图3所示；在2008年森林损失面积略有增高达到13.428 km2，随后下降，在近两年又逐渐呈现增加的态势.2001年和2017年对比分析可以得出，经过17 a的变化中国自然遗产地在遗产区森林损失面积总量达到163.807 km2，森林损失率为1.002%.研究发现，2001年遗产区和缓冲区受到的损失面积相差较小；17 a中，尽管遗产区内部森林损失面积处于较为稳定状态，但缓冲区的森林损失面积却随着时间遭受到大幅度增加，由此可知缓冲区的森林覆盖比遗产区的森林覆盖破坏较严重.

缓冲区的森林损失面积比遗产区的森林损失面积趋势波动较为明显，在2001年～2017年期间，2008年达到最大，中国自然遗产地缓冲区森林损失总面积为127.412 km2.与此同时，该年份四川大熊猫栖息地受到巨大的森林覆盖面积损失，面积高达55.181 km2；调查可知，2008年汶川地震的确导致了四川大熊猫栖息地大面积的森林损失，这一结果也与申国珍等人[17]研究结果一致.此外，2008年汶川地震对大熊猫栖息地遗产区和缓冲区都造成巨大影响.

图3 中国自然遗产地遗产区和缓冲区2001年～2017年森林损失面积趋势Fig.3 The forest loss trends in heritage zone and buffer zone in natural heritage sites of China from 2001 to 2017

中国自然遗产地缓冲区的森林损失率平均约为遗产区森林损失率的4.5倍以上，例如：武夷山缓冲区的森林损失率约为遗产区森林损失率的9.4倍，中国丹霞缓冲区森林损失率约为遗产区森林损失率7.4倍；各遗产地缓冲区的森林损失率明显高于在遗产区的森林损失率，说明自然遗产地缓冲区的保护力度相较于遗产区仍需要加强，各自然遗产地森林损失率在缓冲区和遗产区的对比如图4所示.

图4 遗产区和缓冲区森林损失率对比Fig.4 The comparison of forest loss rate in heritage zone and buffer zone

2.2 中国自然遗产地人为压力分析

2.2.1 遗产区人为压力分析

参考Kennedy[12]等人的研究，人为压力可分为四个等级，分别为低等级(0

表3 中国自然遗产地1993年人为压力等级

研究发现，中国自然遗产地遗产区在1993年～2009年与2009年～2016年期间，超过80%的遗产地都存在人为压力增加现象图5.总体来看，在2009年～2016年期间自然遗产地的人为压力增加幅度要高于在1993年～2009年期间，表明2009年以来人为活动对自然遗产地的影响要高于2009年之前.两个时间段人为压力值变化差异较大的有新疆天山、峨眉山、武陵源风景区、中国南方喀斯特、泰山等；泰山在1993年～2009年期间仅增加0.018 2，但在2009年～2016年期间增加0.283 6，且一直处于高等级的人为压力状态.1993年～2009年期间，澄江化石地人为压力增加为0.076 9，在2009年～2016年期间也出现大幅度增加，具体增加为0.140 9，且一直处于高等级人为压力状态.此外，在2009年之前出现人为压力下降的中国丹霞、峨眉山、武夷山，在2009年～2016年期间又出现大幅度地增加，表明在2009年之后人类活动增强，自然遗产地的人类干扰没有得到较好的控制.相反，新疆天山、九寨沟、黄龙风景区在2009年～2016年期间人为压力的减少值要大于其在1993年～2009年的增加值，表明在2009年后这三个遗产地的自然状态出现一定程度的恢复，但总体人为压力等级没有发生变化，仍维持原来的人为压力状态.

图5 遗产区1993年～2009年和2009年～2016年人为压力变化Fig.5 The changes of human pressure in heritage zone from 1993 to 2009 and from 2009 to 2016

2.2.2 缓冲区人为压力分析

研究发现，中国自然遗产地缓冲区在1993年～2009年期间，只有中国丹霞、黄山、武夷山人为压力值减小，人为压力值变化分别为-0.021 8、-0.010 9、-0.001 9；其他自然遗产地缓冲区人为压力增加较多的有澄江化石地、泰山、武陵源风景区，人为压力变化分别为+0.066 7、+0.067 7、+0.056 7.在2009年～2016年期间，有14个自然遗产地缓冲区人为压力值增加，相比1993年～2009年期间明显增加较多，表明这些自然遗产地在2009年～2016年期间人类活动强度要高于1993年～2009年期间.其中缓冲区人为压力在2009年后增加较多的自然遗产地有泰山、澄江化石地、武陵源风景区，人为压力值变化为+0.260 7、+0.220 5、+0.201 8(见图6).澄江化石地、泰山、武陵源风景区自然遗产地缓冲区在两个时间段都出现较大的人为压力值增加，表明上述自然遗产地在缓冲区的人类活动强度一直很高.此外，峨眉山、中国丹霞自然遗产地缓冲区在1993年～2009年期间人为压力减小，但在2009年～2016年期间人为压力值增大，表明上述遗产地缓冲区在2009年之前人类活动较少，但人类活动在2009年没有得到很好控制.

2.2.3 遗产区和缓冲区人为压力对比分析

1993年～2016年期间，有14个自然遗产地的遗产区和缓冲区人为压力值都出现不同程度的增加，仅有新疆天山自然遗产地在遗产区和缓冲区人为压力值出现减少；由于新疆天山周围紧靠天山山脉人类活动较少，因此新疆天山遗产区和缓冲区处于较为稳定的状态.位于图7中45°射线以下的自然遗产地，例如：峨眉山、澄江化石地、武夷山等，人为压力在遗产区的变化要小于在缓冲区的变化，表明上述自然遗产地在遗产区的OUV状态要优于缓冲区的状态.三江并流、黄山、梵净山在遗产区和缓冲区的人为压力增加幅度基本相同；四川大熊猫栖息地、峨眉山在缓冲区人为压力值的增加要远高于其在遗产区的增加.黄龙风景区、九寨沟在遗产区的人为压力值出现轻微的下降，但在缓冲区出现约0.004 7的增加，表明黄龙风景区、九寨沟在1993年～2016年期间自然遗产状态维持稳定，未受到大量人类活动影响.

图6 缓冲区1993年～2009年与2009年～2016年人为压力变化Fig.6 The changes in human pressure in buffer zone in 1993～2009 and 2009～2016

2.3 中国自然遗产地森林损失与人为压力相关性分析

2.3.1 影响因子相关性分析

通过对1.3.4中的六个影响因子采用经典的Pearson相关分析法进行相关性分析并可视化，BFC与CFC、BHP与CHP的相关系数>0.8，表明遗产区森林覆盖和缓冲区森林覆盖存在极强相关性，遗产区人为压力和缓冲区人为压力存在极强相关性.BFL与CFL的相关系数>0.6，说明遗产区森林损失与缓冲区森林损失存在较强相关性；CFL与CHP、BFL与BFP的相关系数>0.2，说明遗产区森林损失与遗产区人为压力、缓冲区森林损失与缓冲区人为压力相关性为正，但存在弱相关性.此外，BFL与CHP的相关系数为0.06，相关性为正，但相关系数<0.2，相关性较弱或不存在相关性，即遗产区人为压力与缓冲区森林损失几乎没有直接相关性.根据2.1.2可知，由于大熊猫栖息地受到地震的影响，在2008年森林损失面积的突然加剧从而导致中国自然遗产地在2008年森林损失面积整体急剧增加，因此可知中国自然遗产地所遭受的森林损失主要是由自然因素造成，人为活动所导致的森林损失程度较小；其他影响因子之间的相关性见图8.

图8 自然遗产地不同影响因素之间的相关性Fig.8 The correlations between influencing factors of natural heritage sites

2.3.2 综合分析

根据1.3.4中的式(1)～式(2)计算可得各自然遗产地的综合因子影响等级；17个自然遗产地中16个综合因子指数为正，表明这些自然遗产地出现不同程度的外界因素影响.其中，受到综合影响最大的是武夷山，综合影响因子指数为0.124 6，受到综合影响最小的是青海可可西里，综合影响因子指数为0.001 3，几乎接近自然遗产地原始OUV状态.仅有黄龙风景区的综合因子指数为负，说明黄龙风景区自然遗产地OUV状态出现轻微的好转.同时可知，在中国自然遗产地未来保护工作中，最值得增强管理和加大保护力度的自然遗产地应该为武夷山、中国丹霞、泰山等.中国各处自然遗产地受到综合影响等级排序见图9，综合因子指数越高表明该处自然遗产地相较于中国其他自然遗产地受到的综合影响程度越高，越值得广泛关注.

图9 中国自然遗产地综合因子指数Fig.9 The comprehensive factor index of natural heritage sites of China

3 讨论

文中结果表明，武夷山受到的综合影响等级最高，李明阳等[18]在之前的研究也曾指出，武夷山由于人类活动不断增加，破碎化趋势越来越明显.经过调查发现，中国很多其他自然遗产地都存在一定的潜在威胁因素，例如：澄江化石地由于工业开采、遗产地内部的大面积土地扩张，导致遗产地的原始地表覆盖逐渐减少；武陵源风景区由于游客较多以及早期的规划不周，现遗产地内部存在大量的酒店宾馆等服务业设施；丹霞地质更是出现游客践踏地质地貌、水土流失等现象导致几千年的地质环境难以恢复；九寨沟也曾遭遇地震灾害的影响，但经过近些年的人为干预和治理已经出现逐渐改善.因此，本文从整体上对中国自然遗产地之间的森林损失与人为压力变化进行对比研究，定量刻画了每个遗产地具体的森林损失面积以及人为压力变化；但每个自然遗产地的OUV价值都各有差异，如需具体掌握每一个自然遗产地的OUV价值变化，需要对每个遗产地进行更详尽的监测.遗产监测对于遗产保护是非常重要的渠道，可以根据遗产地自身属性和包含指标进行多方面的监测；目前相关学者根据自然遗产地的本体特征对相关自然遗产地的监测进行初步探索，通过构建监测指标体系的方式监控自然遗产地的现状.此外，既要突出自然遗产的经济价值，又不能有损自然遗产的OUV价值，自然遗产地的可持续发展也是未来研究的重点内容.

4 结论

2001年～2017年期间各自然遗产地在遗产区遭受到的森林损失率不超过2%；但在缓冲区的森林损失程度普遍高于遗产区，缓冲区森林损失率最高达到16%.此外，中国自然遗产地缓冲区的整体森林损失面积在2001年～2008年期间逐渐增加，2008年达到最高为127.412 km2，2008年后出现下降趋势.

在1993年，仅有泰山处于高等级的人为压力状态，青海可可西里处于低等级的人为压力状态；中国东南地区的自然遗产地遭受的人类活动强度明显高于西南地区的自然遗产地.1993年～2016年期间中国80%的自然遗产地的人类活动有增加，其中增加幅度较高的为泰山、武陵源风景区、澄江化石地.

不同影响因子之间存在不同的相关性，森林损失与人为压力存在正相关，但相关性不强属于弱相关；根据综合因子指数，发生变化较大自然遗产地的分别为武夷山、中国丹霞、泰山、中国南方喀斯特.