基于生态安全格局的国家公园边界划定研究

2023-05-30 10:48:04曾丽婷戴冰武曾毅吕焕哲谭畅王一淳
国土资源导刊 2023年1期
关键词:国家公园洞庭湖边界

曾丽婷 戴冰武 曾毅 吕焕哲 谭畅 王一淳

摘    要:國家公园边界的划定是公园设立、规划设计、实施管理的首要环节,对生态系统的完整性保护至关重要。现有研究多从定性角度对国家公园边界划定的原则、过程、影响因子进行分析。采用定量加定性的方式,基于生态系统原真性、完整性的同时考虑管理可行性划定国家公园边界的研究较少。本研究以拟建洞庭湖国家公园边界划定为例,提出一套基于生态安全格局结合管理可行性要素模拟划定国家公园边界的方法。研究结果显示:(1)优化后的洞庭湖国家公园边界面积约2 833 km2,占研究区总面积的6.11%;(2)优化后的洞庭湖国家公园范围以10个自然保护地为主要组成部分,包括了周边生态功能重要、生态系统脆弱、自然生态保护空缺的区域,各自然保护地之间的联接度较好;(3)拟建洞庭湖国家公园边界与现有自然保护地的边界及生态保护红线拟合度较高,可有效促进现有自然保护地的整合优化。

关键词:生态安全格局;国家公园;边界;洞庭湖

中图分类号:TU984.18           文献标识码:A           文章编号:1672-5603(2023)01-06-08

Research on Boundary Delimitation of National Park Based on Ecological Security Pattern

——Take the Proposed Dongting Lake National Park as an Example

Zeng Liting, Dai Bingwu, Zeng Yi, LvHuanzhe, Tan Chang, Wang Yichun

(1.Hunan Planning institute of Land and Resources, Changsha Hunan 410119;

2.Hunan Key Lab. of Land & Resource Evaluation & Utilization, Changsha Hunan 410119)

Abstract:The delimitation of the national park boundary is the primary link of the park establishment, planning, design, implementation and management, and is crucial to the integrity protection of the ecosystem. The existing research mostly analyzes the principles, processes and impact factors of boundary delimitation of national parks from a qualitative perspective. There are few studies on delimiting the boundaries of national parks based on the authenticity and integrity of the ecosystem and taking into account the feasibility of management by adopting quantitative and qualitative methods. The study proposes a set of method to simulate and delimit the boundary of national parks based on the ecological security pattern and the management feasibility factors. The results show that: (1) The boundary area of the optimized Dongting lake national park is about 2 833 square kilometers, accounting for 6.11% of the total area of the study area; (2) The scope of the optimized Dongting Lake National Park is mainly composed of 10 natural reserves, including areas with important ecological functions, fragile ecosystems, and gaps in natural ecological protection. The connection between the natural reserves is good; (3) The boundary of the proposed Dongting lake national park and the existing nature reserve and the ecological protection red line have a high fitting degree, which can effectively promote the integration and optimization of the existing nature reserve.

Keywords: ecological security pattern; national park; boundary;Dongting lake

0 引言

国家公园是国家生态安全的关键区域,是最重要的自然保护地类型[1-2],其边界的划定是公园设立、规划设计、实施管理的首要环节,对生态系统的完整性保护至关重要。王梦君等[3]提出了将自然地理、生物资源、旗舰动物物种、资源利用、资源管理、基础设施、社区作为国家公园范围划定中的主要因子。闵庆文[4]认为打破条块分割、破碎化严重的现象是国家公园体制试点的目的之一,行政边界应在可行范围内最大限度地服从于保护需求,国家公园边界划定须优先考虑生态系统完整性。刘增力[5]以拟建青海湖国家公园为例,在考虑自然地理、生物资源、重点保护物种等自然资源本底因素基础上,叠加管理可行性因素,划定国家公园边界。孙乔昀等[6]以拟建松嫩平原国家公园为例,选取生态系统完整性、自然本底原真性、管理可行性3个方面的指数,通过归一化叠加分析,模拟划定国家公园边界。目前我国已设立三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林、武夷山5大国家公园,对于国家公园边界的划定仍处于探索阶段,在划界过程中并无一套规范的流程和方法。现有研究多从定性角度对国家公园边界划定的原则、过程、影响因子进行分析。采用定量加定性的方式,基于生态系统原真性、完整性的同时考虑管理可行性划定国家公园边界的研究较少。

国家公园作为自然生态系统中最重要、生物多样性最丰富的自然保护地类型,生态过程也最完整[7],而生态安全格局对维护和控制生态过程有着关键性的作用[8],是判别和建立生态系统完整性空间的重要依据[9],因此,通过生态过程的分析,构建生态安全格局,是判别国家公园生态系统完整性空间的重要手段。近年来,湖南省委、省政府积极推动设立洞庭湖国家公园[10]。研究借鉴已有自然保护区、国家公园划界方法,结合洞庭湖区实际,通过识别国家公园“伞护种”和“旗舰种”的重要栖息地,选取影响其生态过程的关键因子,利用最小累积阻力模型构建生态安全格局,判别生态安全关键性区域,并结合现行国土空间规划三条控制线等管理可行性要素,模拟划定洞庭湖国家公园边界,探讨国土空间规划体系下基于生态安全格局的国家公园划界的合理途径,对于湖南省洞庭湖国家公园边界划定具有重要实践意义。

1 研究方法

1.1 研究区概况

洞庭湖地处长江中游,湖南省东北部,由东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖组成,是我国第二大淡水湖、长江最重要的调蓄湖泊,被誉为“长江之肾”。本次研究范围包含东、南、西洞庭湖及周边河湖冲积平原、环湖丘陵岗地、低山区域,行政区划上包括益阳、常德、岳阳3市及长沙望城区(图1),共25个县(市、区),总面积约4.64万km2。研究区内现有东洞庭湖、西洞庭湖、壶瓶山、湘阴横岭湖等11个自然保护区和大通湖、大云山、石牛寨、老祖岩等75个自然公园,有中华鲟、长江江豚、胭脂鱼、大天鹅、小天鹅等多种国家一、二级保护物种,且原生性陆生维管植物众多[11],自然资源和生物多样性极为丰富。

1.2 數据来源

国土变更调查(2020年)、数字高程模型、永久基本农田、生态保护红线、城镇开发边界等数据来源于湖南省自然资源部门,自然保护区、森林公园、湿地公园等自然保护地数据来源于湖南省林业部门。研究统一采用2000国家大地坐标系和1985国家高程基准作为空间定位基础,采用50 m×50 m栅格。

1.3 研究方法

研究基于“源—汇”理论,识别洞庭湖区重要生态源地,根据已有相关研究及湖区实际选取洞庭湖区生态安全的主要影响因素作为阻力因子,利用层次分析法计算各阻力因子权重,并通过加权叠加形成综合阻力面,再利用最小累积阻力模型(minimum cumulative resistance,简称MCR)模拟洞庭湖区指示物种从重要生态源地扩散的生态过程,判别生态安全关键性区域,生成洞庭湖国家公园初始边界,保障生态系统完整性空间。在此基础上,结合永久基本农田、生态保护红线、城镇开发边界三条控制线及自然资源资产产权等管理可行性要素进行优化,形成洞庭湖国家公园边界。具体的技术路线如图2所示。

(1)识别重要生态源地。“源”在生态安全格局构建中一般特指指示物种或珍稀物种栖息地,是生态过程中物种扩散的源点。在国家公园的设立中,为提高生物多样性而确立的保护对象通常是多个物种,一般以伞护种和旗舰种为指示物种,它们所反映的对自然保护地的生境需求具有广泛的代表性。研究通过分析伞护种和旗舰种栖息地生境特征、文献综述研究、咨询生物学专家,结合洞庭湖区自然保护地现状确定重要生态源地。

(2)建立阻力面。物种扩散时实现对空间的控制和覆盖需要克服特定影响因素的阻力,这些影响因素构成了生态过程中物种扩散的阻力因子。科学构建生态安全阻力因子评价体系,对生态过程模拟、生物多样性保护及生态系统完整性具有重要意义。研究以现有伞护种和旗舰种对生境的要求,结合既有文献研究和洞庭湖区实际情况,选择土地利用类型、降水量、坡度、高程、距城镇的距离、距道路的距离、距河流的距离等生态安全影响因素作为阻力因子。土地利用类型决定了是否适合物种生存;高程和坡度影响物种的活动范围;降水量对重要生态源地的生态系统具有显著影响[12];距城镇、距道路的距离决定了物种活动受人类活动干扰程度,距河流的距离越近则越有利于生物活动[13-14]。利用层次分析法确定各阻力因子权重,根据各单因子内部要素对物种的影响,结合已有相关研究[15]确定各阻力因子的相对阻力值,将阻力值赋为5个等级(表1),数值越大表示对物种扩散的阻力越大。物种克服阻力因子形成空间运动趋势的时空连续体称为阻力面,相同阻力值的空间组成的等阻力线类似于等高线,阻力面类似于地形表面。通过Arc-GIS10.6提取单因子各要素形成单因子阻力面,根据各阻力因子权重采用栅格计算器综合叠加7个单因子阻力面,加权求和得到生态安全综合阻力面。

(3)判别初始边界。最小累积阻力模型是衡量物种在从重要生态源地到目的地运动过程中克服阻力所耗费代价的模型,该模型可通过Arc-GIS10.6中的成本距离分析模块实现。其最小累积阻力值的大小与物种距离重要生态源地的空间距离及其通过阻力面的阻力值大小正向相关,反映了物种扩散的趋势。最小累积阻力值可作为判断单元之间连通性与相似性的依据[16]。其基本公式如下:

式中,MCR表示从重要生态源地j在空间中扩散至某点的最小累积阻力值;f为MCR与变量间乘积(Dij×Ri)的函数;Dij表示重要生态源地j至其他重要生态源地i所经过的空间距离;Ri表示重要生态源地i在空间中某一方向上的扩散阻力系数。

基于最小累积阻力模型,利用成本距离工具,以重要生态源地为基础,综合阻力面为扩张耗费距离,形成最小累积阻力面。根据最小累积阻力值的门槛值,可以识别重要生态源地缓冲区及生态源地间的连接通道等空间位置与边界,判别生态安全关键性区域。拟定国家公园边界需要一个面积规模适宜、生态过程完整的大尺度闭合空间,洞庭湖区内作为重要生态源地的多个自然保护区相互独立,需考虑各重要生态源地之间的连通性。研究以现有国家政策、法律法规、技术标准为依据,借鉴已有国家公园划界方法,结合国家公园生态系统完整性、规模适宜性要求,拟提取最小累积阻力值发生急剧变化的门槛值所形成的区域,作为洞庭湖国家公园初始边界[16]。

(4)结合管理可行性优化边界。国家公园划界除考虑国家代表性、生态重要性特征外,基于资源保护及管理的角度,还应将自然资源资产产权、保护管理基础、全民共享等管理可行性要素纳入统筹考虑。永久基本农田、生态保护红线、城镇开发边界三条控制线是国土空间规划体系下国家保障粮食安全、生态安全、国土安全的刚性管控边界[17];现有自然保护区、湿地公园等自然保护地具备良好的保护管理基础;全民所有自然资源资产占主体有利于实现统一保护[18],对新设立国家公园具有积极推动作用。研究将永久基本农田、生态保护红线、城镇开发边界三条控制线、现有自然保护地范围、自然资源资产产权、保护管理基础作为管理可行性的主要考虑因素(表2),对初始边界方案进行优化,形成国家公园边界。

2 结果分析

2.1 重要生态源地的空间分布特征

研究选取白鹤、中华秋沙鸭、大鸨等伞护种和旗舰种的主要栖息地作为重要生态源地,包括东洞庭湖国家级自然保护区、西洞庭湖国家级自然保护区、南洞庭湖省级自然保护区、湘阴横岭湖省级自然保护区(图3)。从空间分布上看,重要生态源地以现有洞庭湖湖面及周边内陆滩涂、森林沼泽为核心,主要位于岳阳县、湘阴县、汉寿县、沅江市境内。东洞庭湖自然保护区位于岳阳县西北部、紧邻岳阳县中心城区,南洞庭湖省级自然保护区南部紧邻沅江市中心城区,受人类活动影响干扰程度较大。东洞庭湖、南洞庭湖、湘阴横岭湖自然保护区规模相对集中,连通性较好。西洞庭湖自然保护区相对独立,连通性较差,应重点关注与其他重要生态源地及生态脆弱地区的生态联系[19]。

2.2 综合阻力面的空间分布特征

综合阻力面结果(图4)表明,区域内空间异质性显著,阻力低值区位于以东、南、西洞庭湖为核心的河湖冲积平原,高值区分布于人类活动密集的中心城区及坡度较大的丘陵岗地。值得注意的是,岳阳市中心城区、沅江市中心城区紧邻重要生态源地,阻力值较高,因此后续针对洞庭湖区生物多样性保护应重点关注其对国家公园边界划定的影响,考虑城市扩张需要,预留一定的发展空间。

2.3 初始边界的空间分布特征

分析结果(图5)显示,初始边界包括岳阳市西部、益阳市北部、常德市东部的部分区域,具有较高的完整性及连通性,总面积约3 309 km2,占研究区面积的7.14%。以东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖、横岭湖4个自然保护区为核心的区域间形成了连续的低阻力通道,源间联接度较好。该区域主要土地利用类型为内陆滩涂、湖泊水面、沼泽草地等,坡度在5°以内,距城镇、道路较远,是国家公园中伞护种和旗舰种的重要栖息地。

2.4 初始边界优化结果分析

东洞庭湖国家级自然保护区、西洞庭湖国家级自然保护区、南洞庭湖省级自然保护区、湘阴横岭湖省级自然保护区作为伞护种和旗舰种的主要栖息地,具有国家代表性,且生态系统原真性、完整性較好,有一定的保护和管理基础,应优先划入。初始边界东部边缘有岳阳市中心城区、南部边缘有沅江市中心城区,考虑到城镇发展的需要,预留一定的空间作为城镇扩张缓冲区。初始边界南北部边缘有大量集中连片的永久基本农田,应予以避让。考虑到保护的完整性、连续性,将与初始边界范围接壤的部分生态保护红线内用地优先纳入国家公园范围。同时,初始边界周边生态环境脆弱、需优先保护的国有土地也作为优先划入的一部分。

优化后的洞庭湖国家公园边界面积约2 833 km2(图6),占研究区总面积的6.11%。优化后的洞庭湖国家公园范围涉及东洞庭湖国家级自然保护区、西洞庭湖国家级自然保护区、南洞庭湖省级自然保护区、湘阴横岭湖省级自然保护区、大通湖国家湿地公园、汉寿息风湖国家湿地公园、汨罗江国家湿地公园、南洲国家湿地公园、琼湖国家湿地公园、龙虎山省级森林公园10个自然保护地,包括了周边生态功能重要、生态系统脆弱、自然生态保护空缺的区域,各自然保护地间的联接度较好。拟建洞庭湖国家公园边界与现有自然保护地的边界及生态保护红线拟合度较高,可有效促进现有自然保护地的整合优化。

3 讨论

研究利用最小累积阻力模型构建生态安全格局,判别初始边界,结合管理可行性要素进行优化,划定洞庭湖国家公园边界。研究选取的阻力因子主要侧重生态系统保护完整性方面,还不够全面、系统,且数据质量和处理方式也一定程度影响了分析结果。在结合管理可行性要素进行边界优化方面,因选取的生态保护红线、模拟城镇开发边界等数据为未批复的阶段性成果,一定程度上影响了最终边界的判定。研究主要侧重于从区域尺度及宏观视角进行边界判别及划定研究,最终的划界应结合现场踏勘进行确定。

当前国家公园体制刚刚建立,对于国家公园边界的划定仍处于探索阶段。国家公园的设立往往以现有一个或多个自然保护地为基础进行整合优化,而同一个地区内的多种自然保护地类型,通常存在权属界线交叉重叠,管理问题突出的情况。通过以生态系统完整性为首要原则,进行生态过程模拟,建立各自然保护地及生态脆弱地区间的生态联系,在此基础上结合管理可行性要素进行优化,从而划定国家公园边界的探索,对国土空间规划背景下需整合优化自然保护地的拟建国家公园划界具有重要借鉴意义。

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收稿日期:2023-01-10;                 改回日期:2023-02-22。

*基金项目:湖南省重点研发计划项目 (编号:2019SK2101)。

*第一作者简介:曾丽婷(1988—),女,硕士,工程师;从事国土空间规划工作;E-mail: 524880330@qq.com。

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