珠穆朗玛峰保护地生态系统文化服务空间分布及评价

付 晶,高 峻,*,李 杰,张中浩,5,李巍岳,鲍燕妮,马施彤

1 上海师范大学环境与地理科学学院,上海 200234 2 上海师范大学城市发展研究院,上海 200234 3 上海师范大学生命科学学院,上海 200234 4 美国普渡大学林业与自然资源系,印第安纳州西拉法叶 47907 5 美国亚利桑那州立大学可持续发展学院,亚利桑那州坦佩 85287

珠穆朗玛峰(以下简称“珠峰”)位于青藏高原南缘,中国和尼泊尔两国交界处,北坡为中国珠穆朗玛峰国家级自然保护区(Mt. Qomolangma Nature Reserve),南坡为尼泊尔马纳斯鲁自然保护区(Manaslu Conservation Area)、朗塘国家公园(Langtang National Park)、高里三喀自然保护区(Gaurishankar Conservation Area)、萨加玛塔国家公园(Sagarmatha National Park)、马卡鲁坝润国家公园(Makalu Barun National Park)。这六处自然保护区和国家公园构成了覆盖珠峰南北坡的保护地,成为世界第一高峰重要的生态安全屏障,被认为是世界上海拔最高的保护地[1]。自20世纪80年代以来,珠峰南北坡逐步成为跨越喜马拉雅山脉的全球著名生态旅游地,其中萨加玛塔国家公园珠峰大本营徒步线(Everest Base Camp Trek,EBC)、珠峰自然保护区珠峰东-北坡徒步线(East & North Faces of Everest Trek,ENFE)等都是闻名世界的高山徒步线路。珠峰北坡所在的日喀则市积极推进以珠峰为特色的旅游业,2019年全年接待国内外旅游者871.39 万人次,比上年增长 25.43%[2];据尼泊尔国家旅游局统计，2018年进入珠峰南坡国家公园的徒步旅行客近8万人次,并有898人获得从南坡登顶珠峰的许可[3],生态旅游成为当地经济和社会发展的重要支柱。

随着人类活动越来越频繁地在此区域开展,珠峰面临着保护与发展协调的挑战,开展珠峰南北坡保护地生态系统服务研究,对于促进珠峰地区可持续发展具有重要意义。已有的研究表明,珠峰南北坡所处的青藏高原生态系统变化对全球环境演变和人类可持续发展起到了不可忽视的重要作用[4-8]。近年来,生态系统文化服务(Cultural ecosystem services, CES)在整个生态系统服务研究中变得越来越重要[9-11]。千年生态系统评估[12]将文化服务定义为生态系统提供的多种无形价值和收益,被认为是人类实现马斯洛需求层次理论的高级阶段,是人们通过精神丰富,认知发展,反思自省,游憩娱乐,审美体验等从生态系统中获得的非物质利益[13-14]。经过近10年在珠峰保护地的野外调查发现,该区域的自然和人文生态系统具有稀有性、唯一性、不可替代性等特点,人与环境相互作用产生的非物质收益具有独特性和无形性。因此,在珠峰保护地开展生态系统文化服务研究,需要采用遥感数据产品、网络大数据等来支持定量评价,这些数据可以帮助人们了解保存与保护标志性景观的多样性和重要性[15-16]。

运用生态系统服务制图方法对珠峰保护地开展生态系统文化服务研究,利用实地调查数据和网络大数据,重点研究珠峰保护地文化服务兴趣点(Points of interesting, POI)的空间分布、与保护地功能分区之间的关系、环境因子对文化服务POI的影响等,深入认识和理解珠峰保护地生态系统文化服务价值的空间分布特征,确定跨行政边界生态系统管理和恢复的优先对象[17-18],为进一步开展中国-尼泊尔在珠峰保护地的跨境合作,推进第三极生态安全屏障建设提供科学支持。

1 研究区概况

研究区珠峰保护地位于喜马拉雅山脉中段,北纬 27°32′26.88″—29°19′1.20″,东经84°26′36.35″—88°21′29.63″。该区域分布着全球14座8000 m以上高峰中的5座,包括世界第一高峰珠穆朗玛峰(8848.68 m)、第四高峰洛子峰(8516 m)、第五高峰马卡鲁峰(8463 m)、第六高峰卓奥友峰(8201 m)和第十四高峰希夏邦马峰(8027 m)。20世纪70年代以来,中国、尼泊尔两国政府陆续在该区域设立各类自然保护区和国家公园保护脆弱的高山生态系统。

珠峰北坡为中国珠穆朗玛峰国家级自然保护区,成立于1988年,1994年晋升为国家级自然保护区,2004年加入联合国教科文组织生物圈保护区。保护区内有着丰富多彩的高山、冰川地貌类型,独特和完整的喜马拉雅山脉南北坡高山生态系统,区域旗舰物种雪豹,以及其他珍稀野生动植物资源,并保存着瑰丽的藏族文化和生活方式[1,19]。珠峰自然保护区在空间上覆盖了日喀则地区的定结县、定日县、聂拉木县和吉隆县,形成保护地与当地村镇混合分布的格局。考虑到珠峰保护区内有较多的城镇和居民点,因此功能分区中设置了核心区、缓冲区和实验区3种类型。2018年经国务院批准,保护区调出部分县乡镇所在地,并调入叶如藏布源头湿地、多布扎湖及周边地区,保持总面积33819 km2不变,核心区为10094.42 km2,缓冲区为5928.39 km2和实验区为17796.19 km2(表1和图1)[20]。

表1 珠穆朗玛峰保护地面积/km2

珠峰南坡尼泊尔一侧为喜马拉雅山脉湿润山地森林生态系统[19],自西向东分布着马纳斯鲁自然保护区(1998年建立)、朗塘国家公园(1976年建立,缓冲区设立于1998年)、高里三喀自然保护区(2010年建立)、萨加玛塔国家公园(1976年建立,缓冲区设立于2002年)、马卡鲁坝润国家公园(1992年建立,缓冲区设立于1999年),北与中国珠穆朗玛峰自然保护区衔接,形成喜马拉雅山脉南坡最重要的国家公园群,保护地面积均值为1640 km2,比较紧凑,管理有效性较好。萨加玛塔国家公园位于珠峰南坡核心地段,1979年被联合国教科文组织列入世界自然遗产名录,是尼泊尔仅有的4个世界自然遗产之一。依据保护地管理目标的不同,珠峰南坡保护地分为自然保护区和国家公园两种类型,其中国家公园内保留当地夏尔巴人村落,成为徒步旅行者最重要的食宿点,夏尔巴村民是珠峰南坡生态旅游发展的重要支撑；国家公园外侧设立缓冲区,主要目的是管理自然资源,鼓励生态友好型土地使用方式,并积极推动当地人参与生态保护,以实现长期可持续性发展[21](表1和图1)。

图1 珠穆朗玛峰保护地区位及其包含的自然保护区和国家公园Fig.1 Protected areas of Mt. Qomolangma location in Asia and region, the nature reserves and national parks in the study area

目前,珠峰保护地范围内的中国一侧道路系统包括318国道至珠峰北坡大本营112 km 的车行道路,同时,318国道经聂拉木县至樟木口岸,216国道经吉隆县至吉隆口岸;尼泊尔一侧除连接中国这两个口岸和加德满都的公路外,大部分地区因为地处国家公园和自然保护区,没有公路通达。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

2.1.1自变量选取依据

地形因子是多数涉及山地研究、国家公园和自然保护区研究时首先考虑的环境因子[15,22-24]。本研究区是全球平均海拔最高的区域,高海拔是形成地貌变化的重要因素,高程和坡度很大程度上限制了高山徒步的范围,因此地形因子是本文考虑选择的自变量。保护地的自然状态是另一个值得考虑的环境因子,土地利用数据常被运用于表征这个因子[22-24],而近年来的研究表明,珠穆朗玛峰地区的植被长势趋好[25-27],所以本文选取植被生长指数来表示保护地的自然状态。从生态系统文化服务的角度来看,高程(Elevation)、坡度(Slope)和植被归一化指数(NDVI)3个环境因子可能对文化服务产生比较直接的影响。

2.1.2数据获取与处理

(1)DEM数据

本文采用美国地质勘探局(USGS)2010年发布的全球多分辨率高程数据模型GMTED2010,WGS- 1984地理坐标投影,分辨率为30弧秒。经过阿尔伯斯等积投影纠正,使用填洼工具(Hydrology-Fill)对DEM数据进行填洼处理,利用表面分析模块,获得研究区域范围内高程和坡度数据。

(2)植被指数数据产品

植被对于生物多样性保护和自然景观塑造至关重要,是产生文化服务的另一个环境影响因子。植被归一化指数(NDVI)可以指示植被生长状态,以及植被覆盖度,是应用较为广泛的植被指数之一。珠峰自然保护区的植被覆盖度总体特征是南部和北部高,中部低,并可推断保护区成立对植被恢复起到了显著作用[22]。本文采用中分辨率成像光谱仪MODIS植被指数产品MOD13Q1,空间分辨率250 m,时间为2020年1月。

以上遥感数据产品经过数据检查与预处理后,统一为0.025°栅格分辨率,WGS84 地理坐标投影。

2.1.3文化服务POI数据库

根据研究团队在珠穆朗玛峰自然保护区历时10年的野外考察,选择山峰、冰川、温泉、沙丘土林、观景点、居民点、寺庙等,共116个POI作为文化服务研究的具体对象。首先选取在陈塘-嘎玛沟、绒辖沟、樟木沟、吉隆沟、珠峰北坡大本营等地开展调查中形成的资源图志中三级以上的旅游资源点,结合猫途鹰、马蜂窝、定结县政府新闻网、定日县政府新闻网、聂拉木县政府新闻网、吉隆县政府新闻网等网站中,旅行者和当地政府上传的照片和文字材料,确定76处珠峰北坡文化服务POI。珠峰南坡境内的文化服务POI是通过选取在尼泊尔萨加玛塔国家公园野外科学考察时记录的资源点,并结合Tripadvisor和Flickr网站中,当地国家公园管理部门和旅游者提供的相关照片和文字材料,确定尼泊尔境内3个国家公园共40处珠峰南坡文化服务POI。每一处文化服务POI均配有5张以上图像,通过考察队自己拍摄的照片,或网络照片大数据,共获得有效图像合计834张。运用谷歌虚拟地球对上述文化服务POI进行地理标签验证,确认经纬度位置,再通过图像识别地理特征,如植被类型、土地覆被类型、地貌形态、水文、野生动物生境等,初步构建珠峰保护地文化服务POI数据库。

2.2 研究方法

2.2.1文化服务空间制图

在Brown和Reed对国家森林公园文化服务的研究中,形成了文化服务的13种具体价值类型[28],用于对美学、游憩、遗产等文化服务进行较为全面地量化制图,并被吸收开发为生态系统服务社会价值评估模型，该模型被国内外同类研究CES 所使[29-31]。根据珠峰保护地文化服务的多元表现形式,确定研究区生态系统文化服务评价指标体系,共12种价值类型(表2)。

表2 珠穆朗玛峰保护地文化服务评价指标体系

本次调查通过访谈方式开展,被访谈人须具有去过珠峰南坡或北坡旅行的背景,熟悉该区域国家公园和自然保护区旅行方式、管理模式、资源价值等方面,于2019年11月至2020年4月当面或在线视频访谈了7位专家。本次调查打分采用0—5级的分级定量方式,其中0=没有价值,1=价值非常低,2=价值较低,3=价值中等,4=价值较高,5=价值非常高。

在访谈准备阶段,由访谈人向被访谈人解释调查目的与文化服务价值类型,通过测试以确定被访谈人能较好地理解12种文化服务价值的含义后,开始正式访谈,一次访谈时长在2小时左右。首先由被访谈人根据亲身体验感受,辅助现场照片,为曾经到达过的POI所提供的12种文化服务价值类型进行评价；然后被访谈人根据POI的照片对未曾到达的地点进行相应评价。在访谈过程中,访谈人会与被访谈人确认POI具体所指的景观类型,每位专家需对所有POI进行两次打分；最后由访谈人核对分值,求得两次打分的平均值作为这位专家的打分结果。评分表完成度为100%。

根据7份专家打分结果,计算每个POI的每一种文化服务价值的平均值,再累加每个点的12种服务类型,求得每个POI的文化服务总价值。

2.2.2线性回归模型

本文利用线性回归模型分别建立文化服务POI与三个环境因子之间的回归关系,因变量设定为每个兴趣点的文化服务单项价值(yi)和总价值(ytotal),当最小值为0时,表示该网格中没有文化服务价值,最大值为同一个点上文化服务价值的累加,该变量不会出现负数。自变量是环境因子(xk)。回归模型如下所示：

yi=β0+βkxk+εi

式中,yi是第i个文化服务单项价值或总价值,β0为常数项,βk为回归系数,xk是第k个环境因子,εi是残差项。回归系数的绝对值越大,则说明环境因子对文化服务价值相关作用越强,正值表示为正向相关,负值表示为负向相关。

3 结果与讨论

3.1 珠峰保护地文化服务POI与保护地功能分区关系

从珠峰南北坡保护地生态系统文化服务POI空间分布可以看出,北坡保护地内POI比南坡保护地的数量多(表3和图2)。珠峰北坡保护地的文化服务POI共76处,其中分布于定结县3处、定日县56处、聂拉木县5处、吉隆县12处,定日县成为珠峰保护区内最重要的区域,占总数的73.68%；珠峰南坡保护地的文化服务POI共40处,都分布在国家公园内,其中朗塘国家公园有8处,萨加玛塔国家公园有25处,缓冲区内2处,马卡鲁坝润国家公园有5处,其中萨加玛塔国家公园文化服务POI占总数的67.5%。因此,珠峰自然保护区定日县和尼泊尔萨加玛塔国家公园是珠峰保护地文化服务POI最重要的集中区域。

从与珠峰南北坡保护地功能分区的关系来看,南坡保护地的POI分布集中,北坡保护地的POI分布均衡(表3和图2)。在北坡珠峰自然保护区境内,文化服务POI在核心区内分布有28处,在缓冲区内分布有23处,在实验区内分布了25处,核心区内的POI占总数的36.84%,POI在3个功能分区中占比比较均等。南坡保护地内,文化服务POI在缓冲区内分布了2处,95%的文化服务POI都分布在国家公园核心地带。因此,珠峰南北坡保护地的核心区也是文化服务价值最高的地区,成为珠峰生态旅游最集中的地点。

表3 珠穆朗玛峰保护地文化服务POI在保护地功能分区中的数量

珠峰南北坡保护地的文化服务POI类型多样,自然类文化服务POI有11种类别,合计64处,其中在北坡境内有42处,在南坡境内有22处；人文类文化服务POI有7种类别,52处,其中在北坡境内有34处,在南坡境内有18处(表4)。珠峰景色雄伟壮观,观景点有13处,兼具观景功能的垭口和居民点共14处,合计27处可观景的地点,占总数的23.28%。这其中有11处兼具观景功能的居民点均分布于南坡保护地内,因此,这些居民点可以为徒步客提供多种文化服务功能。北坡保护地内承担观景功能的地点是观景点和垭口,由于功能单一,所能提供的文化服务功能也不够多样化。

表4 珠穆朗玛峰保护地文化服务POI类型空间分布

图2 珠穆朗玛峰保护地文化服务POI的空间分布Fig.2 Spatial distribution of points of interesting(POI) of culture ecosystem services (CES) in the protected areas of Mt. Qomolangma

3.2 珠峰南北坡文化服务POI的价值评估

对珠峰南北坡保护地生态系统文化服务116处POI的12种文化服务类型进行评估(图3),从总分值中可以看到,得分为30分以上的有6处,分别是珠穆朗玛峰(37分),卓奥友峰(32分)、Gokyo(32分)、马卡鲁峰(31分)、晓乌错(30分)、汤湘观景台(30分)。得分为20—29分之间的有25处,得分为10—19分之间的有51处,得分为10分以下的有34处。

珠峰南坡境内的POI文化服务价值总体高于北坡境内。珠峰南坡境内的POI有15处文化服务得分高于20分,加上南北坡共享的珠穆朗玛峰、马卡鲁峰、洛子峰和卓奥友峰,合计为19处,占南坡POI总数的43.18%。珠峰北坡有16处POI的文化服务得分高于20分,占北坡POI总数的21.05%。可见珠峰南坡境内POI的总体质量较好,形成了小而集中的紧凑形态。

从文化服务功能单项值的总和来看,该区域的文化服务价值排序为美学价值(280分)>经济价值(213分)>信仰价值(200分)>治疗价值(188分)>游憩价值(169分)>生命可持续价值(114分)>生物多样性价值(106分)>历史价值(102分)>学习价值(96分)>未来价值(82分)>文化价值(75分)>生计价值(71分)。在珠峰北坡境内的单项值排序为：美学价值>经济价值>信仰价值>治疗价值>游憩价值>历史价值>生命可持续价值=生物多样性价值>学习价值>未来价值>文化价值>生计价值；珠峰南坡境内的单项值排序为：美学价值>游憩价值>经济价值>治疗价值>信仰价值>生命可持续价值=生计价值>生物多样性价值>学习价值>未来价值>文化价值>历史价值。

由此可得,美学价值是该区域提供的最重要的文化服务类型,其次是经济价值,珠峰北坡境内的POI提供的信仰价值和治疗价值较高,珠峰南坡境内提供的游憩服务价值则高于治疗价值和信仰价值。

图3 珠穆朗玛峰保护地文化服务POI价值评估矩阵Fig.3 Assessment matrix of POI of culture ecosystem services (CES) in the protected areas of Mt. Qomolangma

3.3 环境因子对珠峰南北坡保护地文化服务价值的影响

通过皮尔森显著性检验结果可以看到(表5),高程(Elevation)对文化服务总价值影响表现为高相关性(P=0.004)；植被归一化指数(NDVI)对文化服务总价值(P=0.137)和坡度(Slope)对文化服务总价值(P=0.124)的影响不显著。

从单项价值来看,美学价值、生计价值、游憩价值和未来价值与三个环境因子的相关性均较为显著(P<0.05)。信仰价值与高程的相关性很高(P=0.002)。生命可持续性价值、治疗价值、文化价值和学习价值与NDVI和高程的相关性较为显著(P<0.1)。

从环境因子对文化服务价值类型的影响来看,高程与美学价值、生命可持续价值、生计价值、治疗价值、信仰价值、游憩价值、文化价值、学习价值、未来价值的回归结果可信度较高。其中高程与生计价值、文化价值的回归结果为负相关,说明海拔越高,可获得维持生活来源的基本食物越有限,生计价值越低,同时,高海拔也影响了科学考察开展的可能性,因此海拔位置越高,文化价值越低。高程与美学价值、生命可持续价值、治疗价值、信仰价值、游憩价值及未来价值都表现出了较强的正相关,海拔越高,人们获得这些类型的价值也越高,这与该区域独特的海拔高度特征一致。

NDVI与美学价值、生命可持续价值、生计价值、文化价值、历史价值和未来价值的回归结果可信度较高,并与其中四种文化服务单项值呈负相关,与总文化服务价值也呈负相关,可见在该区域植被覆盖度并不重要。NDVI与美学价值呈负相关,说明该区域更吸引人的景观是山峰、冰川等没有植被覆盖的地表；与生命可持续价值呈负相关,说明植被覆盖度高,才能净化水、空气、土壤等环境要素；与生计价值、文化价值呈正相关,与高程相反,说明有植被覆盖的地方才能供给稳定的人类活动场所；与学习价值、未来价值呈负相关,也与高程相反,说明高海拔带来的价值在该区域更加明显。

坡度因子与文化服务单项值的回归结果在美学价值、生计价值、游憩价值和未来价值中表现的可信度较高(R2<0.25),呈现为正相关。其中坡度与游憩价值的R2为0.246,表现为坡度越缓,游憩价值更容易获得。

表5 珠穆朗玛峰保护地文化服务价值类型与环境因子回归分析结果

由上述分析可见,在所选的3个环境因子中,文化服务总价值及其各个方面的价值受高程因子的影响最为显著,也证明了高程是影响该区域文化服务价值高低的特征因子,高程变化造就的独特景观特征是该区域文化服务价值所在；NDVI的影响次之,坡度的影响最小。

4 结论与建议

珠穆朗玛峰保护地是跨越喜马拉雅山脉,闻名全球的高山生态旅游目的地,虽然中国和尼泊尔两国在设置保护地方面有较大的不同,但珠峰南北坡提供的文化服务价值类型几乎相同,该区域共同为游客提供精神享受,包括美学及信仰实现。同时,高海拔是影响该区域文化服务价值高低的特征因子。

通过实证研究发现,利用网络大数据获取POI数据,采用访谈法调查文化服务价值,两者相结合的方法可以获得较好的可信数据,以满足文化服务的研究具有多重维度和主观性的数据特征。

当前,进一步加强珠穆朗玛峰保护地生态系统服务的研究,对于积极落实联合国2030可持续发展议程,促进中尼两国国家公园和自然保护区跨境合作,加强自然保护,发展地方经济,培育和平与友好文化,促进珠穆朗玛峰地区的可持续发展具有重要的意义和作用。

致谢：感谢尼泊尔向导和背夫在萨加玛塔国家公园调查时给予的协助,感谢珠穆朗玛峰自然保护区管理局、定日县人民政府和吉隆县人民政府的帮助。