基于系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃的三江平原濕地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化

曲 藝, 李佳珊, 王繼豐 , 崔福星 , 孫工棋, 欒曉峰, 倪紅偉, *

1 黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所, 濕地與生態(tài)保育國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室, 黑龍江省濕地與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱 150040 2 黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院, 哈爾濱 150040 3 北京林業(yè)大學(xué)自然保護(hù)區(qū)學(xué)院, 北京 100083

基于系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃的三江平原濕地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化

曲 藝1, 李佳珊2, 王繼豐1, 崔福星1, 孫工棋3, 欒曉峰3, 倪紅偉1, *

1 黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所, 濕地與生態(tài)保育國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室, 黑龍江省濕地與恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱 150040 2 黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院, 哈爾濱 150040 3 北京林業(yè)大學(xué)自然保護(hù)區(qū)學(xué)院, 北京 100083

綜合三江平原濕地不同層次、不同維度的生物多樣性特征，在系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃方法(Systematic Conservation Planning, SCP)框架下，以集水區(qū)為規(guī)劃單元，計(jì)算研究區(qū)域不可替代性指數(shù)，確定高保護(hù)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)體系，通過保護(hù)空缺分析對現(xiàn)有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，并評估優(yōu)化體系的有效性。結(jié)果表明：三江平原濕地高保護(hù)價(jià)值區(qū)域的分布呈現(xiàn)沿河流分布的特點(diǎn)；現(xiàn)有保護(hù)區(qū)中湖泊和目標(biāo)物種的保護(hù)狀態(tài)比較好；保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化后，沼澤濕地在保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的比重由22.88%重增加到50%以上；河流濕地由16.20%增加到33.92%；地下水資源在現(xiàn)有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的比重非常低，僅為2.01%，優(yōu)化后保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)比重增加到12.05%，因此在今后的保護(hù)區(qū)規(guī)劃中，應(yīng)該重視對地下水資源的保護(hù)和管理。另外本研究結(jié)合生態(tài)脆弱性對高保護(hù)價(jià)值的空缺設(shè)計(jì)3個(gè)情景方案，并根據(jù)生態(tài)威脅的種類和強(qiáng)度提出各優(yōu)先保護(hù)方案的保護(hù)建議，為保護(hù)管理決策提供依據(jù)。

三江平原濕地; 系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃; 不可替代性; 脆弱性; C-plan

中國自1956年至今，自然保護(hù)區(qū)的數(shù)量和面積飛速增長，但大多數(shù)保護(hù)區(qū)是在“搶救式”意識下建設(shè)[1]，并未全面有效地覆蓋生物多樣性豐富的地區(qū)，導(dǎo)致保護(hù)資源的浪費(fèi)，且隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，自然保護(hù)區(qū)與商業(yè)、社會占地的矛盾也日益顯現(xiàn)[1-2]。因此，運(yùn)用更加全面、系統(tǒng)化的方法確立保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)體系成為當(dāng)今生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的熱點(diǎn)。有效的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系應(yīng)該能夠以有限的資源最大限度地保護(hù)某一尺度區(qū)域內(nèi)的生物多樣性特征[3-4]，彌補(bǔ)當(dāng)前保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的空缺，優(yōu)化現(xiàn)有的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系[5-6]，并且能夠根據(jù)區(qū)域脆弱性特征確定優(yōu)先保護(hù)次序[7-8]。系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃(SCP)即是綜合目標(biāo)物種、生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)過程多層次和多尺度的生物多樣性特征，通過設(shè)定量化保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的方法，該方法不僅強(qiáng)調(diào)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系的優(yōu)化，更加重視保護(hù)行動的實(shí)施和保護(hù)價(jià)值的維持[9]。國際上系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃已經(jīng)得越來越多的應(yīng)用，并取得成效[10-11]。近年來，中國生物多樣性保護(hù)規(guī)劃開始重視SCP理念，并在一些地區(qū)進(jìn)行了嘗試[12-14]。

濕地提供了重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，是生物多樣性的搖籃，也是許多生物物種的重要棲息地[15]。三江平原濕地是我國最大的淡水沼澤集中分布區(qū)，經(jīng)過幾十年的開墾，濕地面積大面積消失衰退，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，亟待保護(hù)[16]。淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)雖然保有豐富的生物多樣性資源，但得到的關(guān)注卻遠(yuǎn)少于陸地/海洋生態(tài)系統(tǒng)，尤其是河流和地下水連接性在陸地生物多樣性保護(hù)中未得到應(yīng)有的重視[17-18]。生物圈中各類生態(tài)系統(tǒng)既存異，又有同，系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃在陸地生物多樣性中的廣泛應(yīng)用，預(yù)示著該方法在濕地生物多樣性保護(hù)中的重要應(yīng)用價(jià)值和深度發(fā)展趨勢。目前，一些學(xué)者開始深入研究適宜濕地保護(hù)的系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃方式，研究重點(diǎn)主要涉及河流濕地分類、濕地生態(tài)功能、濕地退化脆弱性模型及濕地生態(tài)系統(tǒng)多維性等方面的研究[13,19-21]，這些方面的深入研究剛剛起步，國內(nèi)相關(guān)研究甚少，今后必將成為濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃的研究熱點(diǎn)。

本研究立足于我國現(xiàn)階段濕地保護(hù)戰(zhàn)略的迫切需求，選取具有高度典型性、生物多樣性豐富、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值巨大，同時(shí)又具有高度商品糧經(jīng)濟(jì)發(fā)展價(jià)值的三江平原淡水沼澤濕地為研究對象，在系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃框架下，運(yùn)用遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)和C-Plan保護(hù)規(guī)劃軟件，對研究區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化分析。本研究契合國家濕地資源環(huán)境保護(hù)與區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略需求，對濕地資源的保護(hù)具有重要意義，同時(shí)對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展決策和保護(hù)行動實(shí)施具有重要的指導(dǎo)作用，其研究成果也將進(jìn)一步豐富系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃的理論方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

三江平原濕地是由黑龍江、烏蘇里江和松花江匯流、沖積而成的低平沃土，是中國最大的淡水沼澤集中分布區(qū)。地理坐標(biāo)為北緯43°49′55″—48°27′40″，東經(jīng)129°11′20″—135°05′26″。三江平原位于中國東北角，西起小興安嶺東南端，東至烏蘇里江，北自黑龍江畔，南抵興凱湖，總面積10.89萬km2。區(qū)內(nèi)水資源豐富，總量187.64億m3。屬溫帶濕潤半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫為1.6—3.9 ℃，氣溫年差較大；雨量充沛，年降雨量500—700 mm，集中在夏、秋兩季；凍結(jié)期長達(dá)7—8個(gè)月，凍土層深度220 cm左右。主要地貌類型為Ⅰ級階地和河漫灘，地勢低平，各種類型低洼地廣泛發(fā)育，濕地集中連片，分布范圍廣。三江平原濕地現(xiàn)已建成6個(gè)國家級濕地自然保護(hù)區(qū)，其中3個(gè)被列為國際重要濕地名錄[21]，被譽(yù)為“三江平原野生生物特有基因庫”。

區(qū)內(nèi)共有縣市23個(gè)，總?cè)丝?62.5萬人，人口密度約79人/km2。三江平原經(jīng)過幾十年的開發(fā)，現(xiàn)已成為國家重要的商品糧基地和糧食戰(zhàn)略后備基地。過度開荒使三江平原天然濕地面積急速減少，由原來自然生態(tài)為主的環(huán)境系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱匀簧鷳B(tài)為主的環(huán)境系統(tǒng)，導(dǎo)致空氣濕度減少，降水量減少，氣溫增高，許多野生動物被迫遷徙他鄉(xiāng)，生物多樣性與生態(tài)服務(wù)功能正逐漸衰退。

1.2 數(shù)據(jù)收集與處理

三江平原目標(biāo)物種瀕危程度、棲息地特性、分布范圍等信息主要來自《中國瀕危動物紅皮書》[22]、《中國物種紅色名錄》[23]及文獻(xiàn)資料；90 m分辨率數(shù)字高程模型(DEM)為國際農(nóng)業(yè)研究咨詢顧問集團(tuán)(CGIAR)空間信息協(xié)會(CSI)處理后的全球無縫CGIAR-CSI SRTM數(shù)據(jù)；1∶25萬行政區(qū)劃道路、居民點(diǎn)、地形數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心；TM遙感影像(2009)來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺；濕地分布數(shù)據(jù)(2000)來源于中國濕地科學(xué)數(shù)據(jù)庫；1∶100萬中國植被圖(2001)來自中國科學(xué)院中國植被圖編輯委員會；土地利用圖由TM遙感影像解譯獲得；地下水資源數(shù)據(jù)由黑龍江省地下水資源分布圖數(shù)字化獲得。將以上數(shù)據(jù)利用GIS技術(shù)建立空間數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。利用DEM數(shù)據(jù)在ArcToolbox的Hydrology模塊中進(jìn)行河網(wǎng)提取，河網(wǎng)矢量化后通過Watershed模塊形成集水區(qū)柵格圖層，將柵格集水區(qū)專為面狀矢量圖層，最終形成2502個(gè)集水區(qū)作為研究區(qū)域的規(guī)劃單元；根據(jù)河流等級、水文狀況、流經(jīng)的地理單元所處的植被類型、海拔等指標(biāo)對河流進(jìn)行評估[19]；根據(jù)2009年TM影像對濕地分布數(shù)據(jù)(2000)、植被圖(2001)進(jìn)行修正；最終確定生態(tài)系統(tǒng)類保護(hù)對象為高保護(hù)價(jià)值的河流濕地和湖泊濕地，及8種沼澤濕地；鑒于生物多樣性的復(fù)雜性，很難收集所有目標(biāo)物種的信息，本研究綜合文獻(xiàn)資料和專家意見，選取濕地珍稀瀕危鳥類12種，獸類4種；綜合地下水資源分布、徑流模數(shù)、補(bǔ)給模數(shù)選取3個(gè)有效地下水分布區(qū)；根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)際情況和數(shù)據(jù)可獲得性，本研究選取農(nóng)業(yè)占地、公路、鐵路、城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)、水壩等社會經(jīng)濟(jì)因素評估生態(tài)脆弱性指數(shù)。

1.3 研究方法與技術(shù)

系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃方法，以不可替代性為中心概念，表達(dá)一個(gè)規(guī)劃單元在實(shí)現(xiàn)整體保護(hù)目標(biāo)中的重要性。本研究選取三江平原濕地有代表性的生境及生態(tài)系統(tǒng)和物種作為保護(hù)對象(conservation features)，根據(jù)每個(gè)保護(hù)對象的瀕危程度、棲息地特性等設(shè)定量化保護(hù)目標(biāo)(targets)，以集水區(qū)為研究區(qū)域的規(guī)劃單元(planning units)，利用C-Plan保護(hù)規(guī)劃軟件提供的統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算整個(gè)區(qū)域各個(gè)單元的不可替代性指數(shù)(irreplaceability)，從而確定高不可替代性區(qū)域作為保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，并與現(xiàn)有保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)對比，進(jìn)行保護(hù)空缺分析(gap analysis)，同時(shí)根據(jù)農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿?、公路、鐵路、城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)、水壩等社會經(jīng)濟(jì)因素評估生態(tài)脆弱性(vulnerability)，結(jié)合脆弱性對高保護(hù)價(jià)值的空缺設(shè)計(jì)3個(gè)情景方案：以保護(hù)價(jià)值優(yōu)先的保護(hù)方案，以搶救優(yōu)先的保護(hù)方案，及以經(jīng)濟(jì)避讓優(yōu)先的保護(hù)方案，為決策者提供依據(jù)。

1.3.1 保護(hù)對象選取與保護(hù)目標(biāo)設(shè)定

本研究在生態(tài)系統(tǒng)層次，選取8種沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)類型，全部湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)，并根據(jù)河流流經(jīng)的地理單元高程、植被類型及水文狀況確定高保護(hù)價(jià)值地理單元作為河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)對象；目標(biāo)物種層次選取13種國家Ⅰ級保護(hù)鳥類及被列為IUCN紅色名錄中的珍稀瀕危鳥類，4種瀕危獸類作為補(bǔ)充；垂直維度上選擇3個(gè)有效地下水分布區(qū)。

保護(hù)目標(biāo)的設(shè)定對結(jié)果影響很大，本文通過對幾組保護(hù)目標(biāo)設(shè)定得出的結(jié)果進(jìn)行對比分析，并與三江平原濕地實(shí)際情況比較，確定生態(tài)系統(tǒng)、目標(biāo)物種、地下水資源的保護(hù)目標(biāo)。

(1)生態(tài)系統(tǒng)類型保護(hù)目標(biāo)的確定

河流高保護(hù)價(jià)值單元已經(jīng)根據(jù)賦分法確定，因此目標(biāo)保護(hù)分布面積的80%；湖泊生態(tài)系統(tǒng)在三江平原具有非常高的生態(tài)功能價(jià)值，且目前收到嚴(yán)重的威脅干擾，確定其保護(hù)目標(biāo)為70%；沼澤生態(tài)系統(tǒng)由于人類近幾十年來的開發(fā)，面積迅速減少，所有類型沼澤面積僅占三江平原總面積的7%左右，并且面臨繼續(xù)減少的威脅，出于對三江平原生態(tài)環(huán)境科學(xué)持續(xù)發(fā)展的考慮，確定其保護(hù)目標(biāo)為現(xiàn)有面積的80%。

(2)目標(biāo)物種保護(hù)目標(biāo)的確定

主要依據(jù)為瀕危等級、生存范圍、數(shù)量增減趨勢。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：A瀕危等級,屬于國家Ⅰ級保護(hù)物種賦予2分，Ⅱ級1分；B生存范圍,較大2分，較小1分；C數(shù)量增減趨勢,減少和平穩(wěn)2分，增加1分。最后求積，規(guī)定：若ABC=8，則保護(hù)總面積的60%；若ABC=4，則保護(hù)40%；若ABC=2或1，則保護(hù)20%。另外所有分布面積超過10000 km2的物種，都按10000 km2計(jì)算保護(hù)百分比；分布面積小于100 km2的物種則全部保護(hù)。

有效地下水分布區(qū)按地下水資源徑流模數(shù)、補(bǔ)給模數(shù)設(shè)定保護(hù)目標(biāo)，較高的為現(xiàn)有面積的30%；一般的為20%；較低的為10%。

1.3.2 河流保護(hù)價(jià)值評估

由于河流在大尺度地理分布中以線狀分布，尤其是在以沼澤濕地和濕地鳥類為主要保護(hù)對象的三江平原，選擇具有生物多樣性代表性的河流流經(jīng)地理單元作為保護(hù)對象，比將河流本身作為保護(hù)對象更具有實(shí)際保護(hù)意義[19]。本研究根據(jù)研究資料和專家建議以植被類型、土壤類型和海拔等級疊加后的斑塊作為評估單元，根據(jù)賦分法對其進(jìn)行評估，確定高保護(hù)價(jià)值的河流流經(jīng)地理單元。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ級河流5分，Ⅱ級3分；植被類型按照生態(tài)功能價(jià)值賦分，沼澤、湖泊、草原、灌叢、森林、農(nóng)田依次為5、5、4、3、3、1；海拔以地貌類型為依據(jù)分為3類，<200 m、200—500 m，>500 m，依次賦分5、3、1；土壤類型按照適宜不同生態(tài)系統(tǒng)類型發(fā)展程度賦分，沼澤土、白漿土、草甸土、暗棕壤、棕鈣土、水稻土、黑土依次為5、4、4、3、2、1、1；水文狀況則按照主要河流的流域面積、長度賦分，黑龍江、松花江、烏蘇里江、穆棱河、撓力河、倭肯河、其他河流依次為5、4、3、3、2、2、1。最后計(jì)算每個(gè)地理單元平均值，確定值高的地理單元為高保護(hù)價(jià)值河流分布區(qū)。

1.3.3 不可替代性指數(shù)計(jì)算

不可替代性在生物多樣性保護(hù)規(guī)劃中，是將具有重要生態(tài)功能的生態(tài)系統(tǒng)、對生物多樣性有重要貢獻(xiàn)的物種以及生態(tài)過程作為生物多樣性保護(hù)的主要保護(hù)對象，根據(jù)保護(hù)對象的空間分布計(jì)算每個(gè)規(guī)劃單元在實(shí)現(xiàn)這些保護(hù)對象的保護(hù)目標(biāo)過程中的重要性，即特定規(guī)劃單元實(shí)現(xiàn)保護(hù)目標(biāo)的可能性。不可替代性指數(shù)(IRR)是0—1之間的連續(xù)值，值越高，代表所在規(guī)劃單元的保護(hù)價(jià)值越高，能夠替代該單元完成保護(hù)目標(biāo)的其他規(guī)劃單元數(shù)量越少，較稀少的生物多樣性特征所在的規(guī)劃單元的不可替代性往往要高于一般生物多樣性特征[24]。根據(jù)選取的保護(hù)對象及其量化保護(hù)目標(biāo)，按照C-Plan數(shù)據(jù)格式制作規(guī)劃單元位點(diǎn)表、規(guī)劃單元×保護(hù)對象矩陣和保護(hù)對象屬性表。將以上基礎(chǔ)表格輸入表格編輯器生成C-Plan數(shù)據(jù)庫，計(jì)算不可替代性指數(shù)分布，與ArcGIS連接后可以直觀地表達(dá)出高保護(hù)價(jià)值區(qū)域的分布。

1.3.4 脆弱性指數(shù)計(jì)算

脆弱性一般用于風(fēng)險(xiǎn)評估，在保護(hù)規(guī)劃領(lǐng)域被Pressey等學(xué)者定義為現(xiàn)有或潛在威脅過程導(dǎo)致生物多樣性喪失的可能性[25]。根據(jù)三江平原的生態(tài)環(huán)境特征及文獻(xiàn)資料，本研究將農(nóng)業(yè)占地、公路、鐵路、城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)、水壩等確定為研究區(qū)域的生態(tài)威脅因素。各個(gè)因子之間的權(quán)重根據(jù)層次分析法(AHP)確定。生態(tài)威脅過程由威脅源向外輻射，其外沿緩沖區(qū)形成威脅源影響域，不同等級的威脅源對生物多樣性的影響范圍也不同。本研究根據(jù)不同的威脅源確定其影響范圍，并以如下公式計(jì)算每個(gè)規(guī)劃單元的脆弱性指數(shù)：

VIi=∑WijPij

式中，VIi為第i個(gè)規(guī)劃單元的脆弱性指數(shù)，Wij為在第i個(gè)規(guī)劃單元中第j個(gè)生態(tài)威脅指標(biāo)的權(quán)重，Pij為在第i個(gè)規(guī)劃單元中第j個(gè)生態(tài)威脅指標(biāo)所占的面積百分比。

1.3.5 保護(hù)空缺分析與優(yōu)先保護(hù)方案

利用C-Plan保護(hù)規(guī)劃軟件計(jì)算不可替代性，根據(jù)不可替代性值的大小，分為5個(gè)等級，進(jìn)而得到不同優(yōu)先等級的熱點(diǎn)地區(qū)圖。通過與現(xiàn)有保護(hù)區(qū)分布圖對比，確定現(xiàn)有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)空缺。最后結(jié)合每個(gè)規(guī)劃單元的脆弱性指數(shù)(VI)，針對高保護(hù)價(jià)值的空缺設(shè)計(jì)3個(gè)情景方案：以保護(hù)價(jià)值優(yōu)先的保護(hù)方案，以搶救優(yōu)先的保護(hù)方案，及以經(jīng)濟(jì)避讓優(yōu)先的保護(hù)方案，為決策者提供依據(jù)。保護(hù)價(jià)值優(yōu)先的方案不考慮脆弱性，以高保護(hù)價(jià)值區(qū)域建立優(yōu)先保護(hù)網(wǎng)絡(luò)；搶救優(yōu)先的保護(hù)方案以脆弱性高的高保護(hù)價(jià)值區(qū)域建立優(yōu)先保護(hù)網(wǎng)絡(luò)；經(jīng)濟(jì)避讓優(yōu)先的保護(hù)方案則將人類經(jīng)濟(jì)活動強(qiáng)度高的地區(qū)剔除，即以脆弱性低而保護(hù)價(jià)值高的區(qū)域建立優(yōu)先保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。并在此基礎(chǔ)上對不同保護(hù)方案提出進(jìn)一步的保護(hù)行動建議。

2 研究結(jié)果

2.1 不可替代性指數(shù)分析

三江平原濕地不可替代性指數(shù)的分布規(guī)律如圖1所示，該指數(shù)是連續(xù)值，被分為5個(gè)等級(表1)： 0≤IRR≤0.2，0.20.8)面積約為1.74萬km2，占三江平原濕地總面積的16.02%；較高保護(hù)價(jià)值區(qū)域(0.6

表1 三江平原不可替代性等級

圖1 三江平原不可替代性指數(shù)分布Fig.1 Irreplaceability distribution of Sanjiang Plain

2.2 優(yōu)化保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系評估

本研究將現(xiàn)有保護(hù)區(qū)以外的保護(hù)價(jià)值高，且分布集中的集水區(qū)規(guī)劃單元選取為保護(hù)空缺，并對現(xiàn)有保護(hù)區(qū)和優(yōu)化后的保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)中涵蓋的河流濕地生態(tài)系統(tǒng)、湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)、沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)、地下水資源和目標(biāo)物種所占的比重進(jìn)行了對比分析。

通過表2可以看出，現(xiàn)有保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)體系中，湖泊濕地和目標(biāo)物種在保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中所占的比重分別為83.90%和81.25%，說明現(xiàn)有保護(hù)區(qū)中湖泊和目標(biāo)物種的保護(hù)狀態(tài)比較好，優(yōu)化后其保護(hù)比重能夠達(dá)到86.65%和100%，增長幅度不大。

沼澤濕地總體上在現(xiàn)有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的比重為22.88%，在優(yōu)化后保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中比重增加到50%以上；其中淺洼地蘆葦潛育沼澤、深洼地毛果苔草潛育沼澤、淺洼地甜茅潛育沼澤、淺洼地苔草-小葉章潛育沼澤保護(hù)狀況比較好，均達(dá)到30%左右，而其他類型的沼澤類型保護(hù)比重非常小，未來的濕地保護(hù)管理中，應(yīng)將關(guān)注重點(diǎn)轉(zhuǎn)向這些沼澤濕地類型，尤其是深洼地漂筏苔草-泥炭沼澤、烏拉苔草苔草-小葉章潛育沼澤及毛果烏拉苔草泥炭沼澤，受保護(hù)比例僅在5%左右，通過對保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系的優(yōu)化，各類沼澤類型中，有6類沼澤濕地的保護(hù)比例達(dá)到50%以上，其他兩類也提高到30%左右，烏拉苔草苔草-小葉章潛育沼澤經(jīng)過優(yōu)化后可以達(dá)到82.28%。目前，三江平原沼澤濕地面積為0.98 km2，僅占三江平原總面積的8.20%，即使經(jīng)過優(yōu)化后受保護(hù)的沼澤濕地也只占三江平原總面積的5%左右，因此對于三江平原沼澤濕地不僅急需保護(hù)，還應(yīng)該采取有效的措施進(jìn)行管理和恢復(fù)，本研究選取集水區(qū)作為規(guī)劃單元，在一定程度上為濕地的恢復(fù)創(chuàng)造了條件。

河流濕地在現(xiàn)有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的比重為16.20%，優(yōu)化后保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)比重增加為33.92%；地下水資源在現(xiàn)有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的比重非常低，僅為2.01%，優(yōu)化后保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)比重增加到12.05%，因此在今后的保護(hù)區(qū)規(guī)劃中，應(yīng)該重視對地下水資源的保護(hù)和管理。

2.3 優(yōu)先保護(hù)方案

通過脆弱性分析，三江平原生態(tài)威脅較高的區(qū)域在行政區(qū)劃上主要分布在佳木斯市，鶴崗市南部，雙鴨山市北部，雞西市北部，樺南縣中部，蘿北縣中部，富錦市與綏濱縣交界處；在自然分布上主要沿松花江、穆棱河、倭肯河兩岸分布。

結(jié)合脆弱性與不可替代性，將高保護(hù)價(jià)值的空缺設(shè)計(jì)為3個(gè)情景方案(圖2)：以保護(hù)價(jià)值優(yōu)先的保護(hù)方案，以搶救優(yōu)先的保護(hù)方案，及以經(jīng)濟(jì)避讓優(yōu)先的保護(hù)方案。

保護(hù)價(jià)值優(yōu)先的保護(hù)方案：該方案不考慮人類干擾，以所有高保護(hù)價(jià)值區(qū)域建立優(yōu)先保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，即上文所述的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)涵蓋所有保護(hù)對象且保護(hù)效率較高。深洼地漂筏苔草泥炭沼澤、潛洼地苔草小葉樟淺育沼澤、烏拉苔草小葉樟淺育沼澤等7類沼澤濕地，丹頂鶴、白枕鶴、紫貂等14種物種，各等級地下水資源均達(dá)保護(hù)目標(biāo)的80%以上。該方案的保護(hù)措施主要以新建、擴(kuò)建保護(hù)區(qū)為主，位于保護(hù)區(qū)內(nèi)的居民點(diǎn)可以考慮適當(dāng)遷出。

表2 三江平原濕地現(xiàn)有/優(yōu)化保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)對象所占比重

搶救優(yōu)先的保護(hù)方案：該方案以脆弱性高的高保護(hù)價(jià)值區(qū)域建立優(yōu)先保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，主要目的是搶救受潛在威脅的高保護(hù)價(jià)值區(qū)域，包含的保護(hù)對象主要有深洼地毛果烏拉泥炭沼澤等4類沼澤濕地，丹頂鶴、白枕鶴等9種濕地鳥類棲息地及梅花鹿棲息地，穆棱河沿岸高保護(hù)價(jià)值河流流經(jīng)地理單元，以及補(bǔ)給模數(shù)和徑流模數(shù)最高的地下水資源；生態(tài)威脅主要是附近鐵路可能產(chǎn)生的噪聲干擾、粉塵污染等，尤其是穆棱河與河岸并行的鐵路沿線，對附近的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，另外該方案高保護(hù)價(jià)值區(qū)兩側(cè)土地利用類型均為農(nóng)田，具有很高的被轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)用地的潛在威脅，急需針對可能的潛在生態(tài)威脅采取相應(yīng)的保護(hù)管理措施，如在鐵路兩側(cè)建防護(hù)林以隔離噪聲和粉塵，建立完善的規(guī)章制度控制農(nóng)田擴(kuò)張等。

經(jīng)濟(jì)避讓優(yōu)先的保護(hù)方案：該方案將人類經(jīng)濟(jì)活動強(qiáng)度高的地區(qū)剔除，以脆弱性低而保護(hù)價(jià)值高的區(qū)域建立優(yōu)先保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展可同步進(jìn)行。方案幾乎涵蓋了所有保護(hù)對象，但保護(hù)效率一般，保護(hù)比例較高的包括深洼地漂筏苔草泥炭沼澤、潛洼地苔草小葉章潛育沼澤等4類沼澤濕地，白枕鶴、白頭鶴等8種濕地鳥類及東北虎、原麝、梅花鹿、紫貂4種獸類棲息地，松花江、穆棱河與三江平原邊界交界處的高保護(hù)價(jià)值河流流經(jīng)地理單元，各等級補(bǔ)給模數(shù)和徑流模數(shù)的地下水資源均有分布；該方案高保護(hù)價(jià)值區(qū)主要分布在三江平原的邊緣地區(qū)，距離城鎮(zhèn)、基礎(chǔ)設(shè)施分布密集的地區(qū)較遠(yuǎn)，主要生態(tài)威脅是低等級公路影響和較低的農(nóng)業(yè)占地威脅，對瀕危物種影響不大，通過建立保護(hù)區(qū)控制進(jìn)一步的基礎(chǔ)設(shè)施與農(nóng)業(yè)擴(kuò)張即可。

圖2 結(jié)合脆弱性的3種保護(hù)方案Fig.2 Three conservation scenarios combined with vulnerability

2.4 結(jié)論

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，三江平原濕地高保護(hù)價(jià)值區(qū)域的分布呈現(xiàn)沿河流分布的特點(diǎn)，現(xiàn)有保護(hù)區(qū)中湖泊和目標(biāo)物種的保護(hù)狀況較好；保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化后，沼澤濕地在保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的比重由22.88%增加到50%以上；河流濕地由16.20%增加到33.92%；地下水資源在現(xiàn)有保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的比重非常低，僅為2.01%，優(yōu)化后保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)比重增加到12.05%，說明三江平原的保護(hù)規(guī)劃對沼澤濕地和地下水資源的重視程度還有待提高。另外，對于生態(tài)脆弱性較高的保護(hù)空缺，應(yīng)針對其生態(tài)威脅盡快制定具體保護(hù)管理措施，防止各種威脅因子對生物多樣性造成不良影響。

基于不可替代性的生物多樣性保護(hù)規(guī)劃方法針對濕地特征，將保護(hù)對象、保護(hù)目標(biāo)和保護(hù)貢獻(xiàn)整合在同一系統(tǒng)，并以量化形式表達(dá)，使保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的確定和優(yōu)化更加科學(xué)、直觀，為今后濕地自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的建立和優(yōu)化提供了可行的方法和流程參考。

3 討論

本研究綜合三江平原濕地不同層次、不同維度的生物多樣性特征，在系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃方法(SCP)框架下，以集水區(qū)為規(guī)劃單元，計(jì)算研究區(qū)域不可替代性指數(shù)，以高不可替代性區(qū)域建立新的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，作為原保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系，并在此基礎(chǔ)上，評估優(yōu)化后體系的有效性。結(jié)合脆弱性與不可替代性，將高不可替代性的空缺設(shè)計(jì)為3個(gè)情景方案：以保護(hù)價(jià)值優(yōu)先的保護(hù)方案，以搶救優(yōu)先的保護(hù)方案，及以經(jīng)濟(jì)避讓優(yōu)先的保護(hù)方案，并針對各方案提出保護(hù)管理措施。

以往基于系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃的研究多將研究區(qū)域各類生態(tài)系統(tǒng)綜合考慮，很少有對濕地生態(tài)系統(tǒng)的專門性研究，本文針對三江平原濕地生態(tài)系統(tǒng)獨(dú)有的特征考慮保護(hù)對象到選擇，使得該系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃在生物多樣性研究中進(jìn)一步深化，研究結(jié)果也更科學(xué)、更有針對性。

不可替代性分析與以往多種指標(biāo)反映一個(gè)地區(qū)的生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)的方法不同，它是以一個(gè)綜合的指標(biāo)反映保護(hù)規(guī)劃單元在完成整體保護(hù)目標(biāo)中的重要性。不可替代性指數(shù)主要受其研究區(qū)域的生物多樣性特征及其保護(hù)目標(biāo)驅(qū)動，對于不同的區(qū)域，所選的保護(hù)對象應(yīng)該具有典型性和代表性，能夠反映當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有蕴攸c(diǎn)。本研究針對三江平原濕地的特點(diǎn)，所選取的保護(hù)指標(biāo)主要以濕地生態(tài)系統(tǒng)和濕地鳥類居多，因而濕地分布區(qū)的不可替代性指數(shù)相對較高，森林、灌叢、草原等其他生態(tài)系統(tǒng)類型并不突出。由此可見，基于不可替代性的生物多樣性保護(hù)具有很高的靈活性，尤其對于具有多維度和連接方向性的濕地生態(tài)系統(tǒng)類型，應(yīng)針對其特征進(jìn)行更深入的分析，專門針對淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃開始逐漸成為生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的熱點(diǎn)研究趨勢[18,26-27]。

目前，對于淡水濕地的保護(hù)研究中，河流的保護(hù)受到的關(guān)注很少，通常只有對陸地生物多樣性保護(hù)非常重要時(shí)，才被包含在陸地生態(tài)系統(tǒng)評估中[18]。本研究在濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)中，著重考慮了河流等級、水文狀況、所處海拔、周圍植被、地形等條件，并且考慮了垂直維度的地下水資源狀況，而對河流上下游集水區(qū)、河濱洪泛平原的退化等與連接性相關(guān)的主要過程[26]并未涉及。在未來的保護(hù)規(guī)劃研究中，應(yīng)完善濕地保護(hù)的連接性問題，重視濕地橫向連接性、縱向連接性、垂向連接性，即其3D連接性[13]，同時(shí)結(jié)合物種分布，建立更有效的基于3D連接性的濕地優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)體系。

濕地生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)先保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系的優(yōu)化不僅與生物多樣性豐富程度密切相關(guān)，還與濕地生態(tài)系統(tǒng)所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、氣候變化趨勢、建設(shè)保護(hù)區(qū)的成本等有緊密的聯(lián)系[13,28]。在未來的生物多樣性保護(hù)規(guī)劃研究中，應(yīng)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和建立保護(hù)區(qū)的成本(土地購置成本、機(jī)會成本等)納入系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃，分別構(gòu)建與生物多樣性保護(hù)相結(jié)合的優(yōu)先保護(hù)體系，為決策者提供不同條件下的保護(hù)方案，為保護(hù)行動提供參考。

生態(tài)脆弱性與生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的結(jié)合是生物保護(hù)具有重要意義。本研究由于資料限制，只選取農(nóng)業(yè)占地、公路、居民點(diǎn)等社會經(jīng)濟(jì)因子作為脆弱性評估的主要因素。實(shí)際上全面的生態(tài)脆弱性評估應(yīng)該涉及自然(氣候、水資源、森林覆蓋率等)、社會(人口密度、人均耕地等)、經(jīng)濟(jì)(人均GDP、人均收入等)、污染狀況(碳負(fù)荷、氮負(fù)荷等)以及累計(jì)環(huán)境影響[29-31]，另外還應(yīng)該考慮潛在的放牧、采伐、農(nóng)業(yè)擴(kuò)張、城鎮(zhèn)化、外來物種入侵等威脅過程的影響范圍及其強(qiáng)度，不同影響因素會產(chǎn)生不同的結(jié)果[7,32]。在今后的保護(hù)規(guī)劃研究中，應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的特點(diǎn)，盡量全面的選取生態(tài)脆弱性指標(biāo)，建立合理有效的生態(tài)脆弱性評估體系。

綜合本文研究結(jié)果，提出建議：(1)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)不可替代性和生態(tài)脆弱性對三江平原濕地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化體系進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以增加保護(hù)區(qū)的保護(hù)效率。(2)保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和決策需求確定，分期調(diào)整。搶救優(yōu)先的保護(hù)方案，生態(tài)脆弱性較高，應(yīng)及時(shí)建立保護(hù)區(qū)，并針對生態(tài)威脅進(jìn)行嚴(yán)格的管理，制定完善的管理策略，避免農(nóng)業(yè)占地、基礎(chǔ)設(shè)施及城鎮(zhèn)化擴(kuò)張引起的生物多樣性喪失；保護(hù)價(jià)值優(yōu)先的保護(hù)方案，未考慮人類影響，該方案的保護(hù)措施主要以新建、擴(kuò)建保護(hù)區(qū)為主，位于保護(hù)區(qū)內(nèi)的居民點(diǎn)可以考慮適當(dāng)遷出，可以根據(jù)資源、資金情況延緩建立保護(hù)區(qū)的時(shí)限，但必須制定相應(yīng)的措施控制生態(tài)威脅的進(jìn)一步發(fā)展；經(jīng)濟(jì)避讓優(yōu)先的保護(hù)方案，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)分布在三江平原邊界地區(qū)，人煙稀少，生態(tài)環(huán)境保持在原始狀態(tài)，這些保護(hù)空缺應(yīng)給予長期監(jiān)測，盡量維持其現(xiàn)有的生物多樣性水平。

致謝：中國科學(xué)院長春地理研究所提供的數(shù)據(jù)支持，洪河自然保護(hù)區(qū)工作人員提供幫助，特此致謝。

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SCP (systematic conservation planning) optimization for a wetland conservation network system on Sanjiang Plain, China

QU Yi1, LI Jiashan2, WANG Jifeng1, CUI Fuxing1, SUN Gongqi3, LUAN Xiaofeng3, NI Hongwei1,*

1NationalandLocalJointLaboratoryofWetlandandEcologicalConservation,KeyLaboratoryofWetlandandRestorationEcology,HeilongjiangAcademyofsciences,InstituteofNaturalResources,Harbin150040,China2HeilongjiangAcademyofForestryDesign,Harbin150040,China3CollegeofNatureReserve,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China

This study optimized an existing conservation network system using SCP and gap analysis while evaluating the effectiveness of the new system. The process of establishing high-value conservation networks took into account biodiversity features of different levels and dimensions in the Sanjiang Plain. The process also accounted for the irreplaceability of catchments, since these planning units fall under the framework of SCP. In the horizontal dimension, we had two conservation level objectives, one for the ecosystem level and one for the species level. Eight types of marsh wetland systems, all lake ecosystems, and high conservation value river wetland systems were selected as ecosystem level conservation surrogates. Thirteen endangered birds and four endangered mammals were selected as species level conservation surrogates. In the vertical dimension, we chose 3 effective underground water distribution areas. Ecosystem conservation targets were set based on ecological function value, rarity and threat trends. Species conservation targets were set based on level of endangerment, scope for survival, and population growth/decline trends. Protection targets were set for water resources according to their runoff modulus and recharge modulus. SCP utilizes the key concept of irreplaceability, which is a measure, varying from zero to one, indicating the importance of an area (planning unit) for the achievement of regional conservation targets. A map of irreplaceability values is therefore a base map of conservation planning. Finally, we combined irreplaceability values with vulnerability factors (factors threatening the ecology of the region) to design different planning options.Results were as follows:(1) High conservation value areas accounted for about 16% of the whole region and were generally distributed along river and lake ecosystems. Specifically, at headwater intersections, such as the intersection of the Heilongjiang and Wusulijiang, the junction of the Tongjiang and Fuyuan, the marsh wetlands between Fujin and Baoqing, the waterfront in Hulin, and the middle part of Luobei, the northeast Hegang, northeast of Yilan, and the south Muling.(2) Lake ecosystems and target species were well-protected in existing conservation areas. They accounted for 83.90% and 81.25% of the whole conservation network respectively. After the prioritization, these percentages increased only slightly to 86.65% and 100%.(3) Marsh, riverine and wetland ecosystem protection by the existing conservation network was less effective. Prioritization would afford an increase in marsh wetlands (from 22.88% to more than 50%), riverine wetlands (from 16.20% to 33.92%), and underground water resources (from just 2.01% to 12.05%).(4) Vulnerability analysis showed high vulnerability areas on the Sanjiang Plain were mainly distributed in Jiamusi, south of Hegang, north of Shuangyashan and Jixi, the middle of Huanan and Luobei, and the intersection of the Fujin and Suibin.The work detailed above indicates that future conservation planning must continue to preserve well-protected ecosystems and species and emphasizes the need for protection and management of marsh, riverine and wetland ecosystems, especially underground water resources. Quantification of resource irreplaceability and vulnerability were evaluated as a supplement to this future conservation planning. The authors combined irreplaceability and vulnerability indexes to propose three scenarios (the ecological value prioritized scenario, the rescue prioritized scenario and the economic avoidance prioritized scenario), and provide recommendations for decision-makers under each scenario in terms of ecological threats.This irreplaceability-based biodiversity conservation planning method integrates protected objects, conservation targets and contributions into one framework and expresses the information in a quantified form. Quantifications enables conservation planning and prioritizing work to be more scientific and better visualized, providing a feasible and effective framework for natural reserve network establishment and prioritization.

wetlands in Sanjiang Plain; systematic conservation planning (SCP); irreplaceability; vulnerability; c-plan

國家自然科學(xué)基金(C030801); 黑龍江省基礎(chǔ)青年基金項(xiàng)目(JC03-09)

2014-02-18; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2014-12-04

10.5846/stxb201402180281

*通訊作者Corresponding author.E-mail: nihongwei2000@163.com

曲藝, 李佳珊, 王繼豐, 崔福星, 孫工棋, 欒曉峰, 倪紅偉.基于系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃的三江平原濕地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系優(yōu)化.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(19):6394-6404.

Qu Y, Li J S, Wang J F, Cui F X, Sun G Q, Luan X F, Ni H W.SCP (systematic conservation planning) optimization for a wetland conservation network system on Sanjiang Plain, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(19):6394-6404.