森林自然保護區(qū)保護效果評價方法：挑戰(zhàn)與進展

周桔*，王麗娟

（1.中國科學(xué)院科技促進發(fā)展局，北京，100864 2.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京，100085）

森林自然保護區(qū)保護效果評價方法：挑戰(zhàn)與進展

周桔1*，王麗娟2

（1.中國科學(xué)院科技促進發(fā)展局，北京，100864 2.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京，100085）

建立自然保護區(qū)是保護生物多樣性的最有效的保護措施之一，但如何評估自然保護區(qū)保護效果一直是自然保護研究的難點。本文針對熱帶森林自然保護區(qū)保護效果評價方法進行綜述，分析熱帶森林自然保護區(qū)保護效果評價面臨的挑戰(zhàn)：空間不可比、時間不可比；明確了熱帶森林自然保護區(qū)保護效果評價可比性建立的基本模式：確定森林退化指標(biāo)，選擇協(xié)變量，平衡協(xié)變量，選擇對比方式，判斷并去除空間溢出的影響范圍；回顧了自然保護區(qū)保護效果評估常用統(tǒng)計方法：回歸評估法和匹配評估法。為了加強熱帶森林自然保護區(qū)保護效果評估，在今后評估方法選擇過程中建議：強化時空對比；強化多學(xué)科交叉方法的應(yīng)用；強調(diào)多維度評估指標(biāo)的選擇和應(yīng)用。

自然保護區(qū)；保護效果評估；森林生態(tài)系統(tǒng)

引言

建立自然保護區(qū)一直以來被公認為是保護生物多樣性的最有效的保護措施之一[1]。根據(jù)UNEP的《Protected Planet Report 2012》的報道，截至2012年，自然保護區(qū)已經(jīng)覆蓋了世界上陸地面積的12.7%。全球各種自然保護區(qū)的數(shù)量多，覆蓋面積也較大，但如何科學(xué)評估自然保護區(qū)建立的效果一直存在爭議[2]，并成為自然保護研究的熱點之一[2-4]，探討的議題主要有：①自然保護區(qū)管理的有效性；②自然保護區(qū)保護物種多樣性或者旗艦珍稀物種的有效性；③自然保護區(qū)保護生態(tài)系統(tǒng)完整性、維持生態(tài)平衡方面的效果。目前大多數(shù)這方面的研究是定性的主觀評價，如基于專家經(jīng)驗和問卷調(diào)查的結(jié)果[5]；定量評價開展較少，且大多是以森林退化為評價指標(biāo)[6]。熱帶森林雖然只占有全球陸地面積的10%，卻包含了世界上三分之二的動植物物種[7]，綜述熱帶森林自然保護區(qū)保護效果研究對于全球生物多樣性保護和維持全球生態(tài)平衡具有重要意義。

評價自然保護區(qū)保護效果很大程度上取決于對照的選擇，選擇一個可比性強的對照，才可能獲得可靠的評估結(jié)果。針對自然保護區(qū)保護效果的評估，可以比較在保護措施實施之前和實施之后的資源狀況，即：之前—之后—對照—影響分析的分析模式[11]。對比方式可以是保護之前和之后的對比，也可以是自然保護區(qū)內(nèi)外的對比。基于森林退化的熱帶森林自然保護區(qū)保護效果評估的總體思路是：若自然保護區(qū)的森林退化程度小于對比區(qū)域，說明自然保護區(qū)具有一定的保護效果；若自然保護區(qū)區(qū)域的退化程度比對比區(qū)域還要嚴(yán)重或者差不多，則自然保護區(qū)保護效果差[6]。目前針對熱帶森林自然保護區(qū)保護效果研究爭議最大的是可比性的問題，自然保護區(qū)功能的多樣性、建立的隨機性[8，9]以及其建立對周邊地區(qū)的影響[10]等因素，致使簡單的空間和時間尺度對比對自然保護區(qū)保護效果的評估存在顯著影響。本文重點探討熱帶森林自然保護區(qū)保護效果評估中可比性，以期為自然保護區(qū)保護效果評估提供參考。

1 保護效果評價面臨的挑戰(zhàn)

自然保護區(qū)保護效果評估面臨的挑戰(zhàn)之一就是空間不可比性，即對比區(qū)域與自然保護區(qū)差異的可比性，因此需要選擇一個有可比性的區(qū)域，定量確定沒有保護措施條件下的森林退化程度?；谧匀槐Ｗo區(qū)概念以及目標(biāo)的廣泛性，自然保護區(qū)的建立并不是隨機的，而是因為某些目標(biāo)[9]。一些研究表明：在自然保護區(qū)地點選擇上，自然保護區(qū)分布是非隨機的，通常是建立在土地價格和土地需求低的邊緣或偏遠地區(qū)[9,12]，因此自然保護區(qū)的地理位置、可接近性、土地生產(chǎn)力等都會影響對比方式的科學(xué)性。例如，王偉等的研究發(fā)現(xiàn)自然保護區(qū)外圍的森林恢復(fù)很好，這不是因為自然保護區(qū)保護效果不好，而是因為自然保護區(qū)處在人煙稀少的山區(qū)以及政府實施了造林政策[2]。另外，自然保護區(qū)建立后，人們對土地利用的改變就都集中在自然保護區(qū)周邊[10]，這會影響自然保護區(qū)的保護效果評估。所以評估自然保護區(qū)保護效果的對比方式就不能是簡單的自然保護區(qū)內(nèi)外對比，這可能會高估自然保護區(qū)的保護效果[8]。

自然保護區(qū)保護效果評估面臨的另一挑戰(zhàn)就是時間不可比，即：森林退化率的影響因素并不是不變的，而是會隨著時間的變化而變化?？梢员容^自然保護區(qū)建立前后的狀態(tài)，這樣就可以排除上述自然保護區(qū)建立的非隨機性以及空間外溢的影響了。然而，森林退化并不是一直保持不變的，人類的影響以及氣候環(huán)境等的改變可以使森林演替發(fā)生天翻地覆的改變[13]，退化隨著時間以及不同驅(qū)動因素的變化而變化，導(dǎo)致自身不同時期的對比方式存在更大的影響。例如，自然保護區(qū)本底較好或者自然保護區(qū)建立之前處于自然演替的初期，但是自然保護區(qū)建立之后，自然演替到了頂級群落狀態(tài)，這些與自然保護區(qū)的建立沒有關(guān)系，可能是因為隨著時間遷移，該地區(qū)自然發(fā)展的結(jié)果。因此，建立前后的對比方式也是當(dāng)前一大挑戰(zhàn)[14]。

2 保護效果評價方法的建立

綜合近年來針對熱帶森林自然保護區(qū)保護效果研究，要使自然保護區(qū)保護效果評估更加準(zhǔn)確，就得使參與比較的一對樣本具有可比性，要求我們控制一些可比性的因素。然后在控制這些因素之后，建立或者選擇可比性強的對比區(qū)域，再進行森林退化的對比，從而評估自然保護區(qū)的保護效果。

首先，森林退化指標(biāo)的確定。選擇能夠量化森林退化的指標(biāo)，如森林面積變化、土地利用變化、火災(zāi)發(fā)生率、森林破碎化指標(biāo)以及生物量等。這些能夠可獲得的、能定量表征森林退化變化的指標(biāo)就是我們進行比較的因變量。

第二，選擇協(xié)變量（控制變量）。選擇對森林退化有影響的因素，選擇變量的標(biāo)準(zhǔn)有：①根據(jù)研究地的實際情況；②根據(jù)研究地的歷史情況；③其他選擇：初始的森林面積、高程、坡度、人口密度、土壤類型，以及自然保護區(qū)距離主道路、森林邊緣、城市等的距離等。例如，王偉等在海南島的研究就選擇2000年的森林面積、高程、坡度和自然保護區(qū)邊緣到主要道路的距離四個作為評估森林面積變化的協(xié)變量[2]；Nelly等根據(jù)研究地的文獻等，選擇了自然保護區(qū)的大小和建立時間、所處的行政區(qū)、海拔、坡度以及最大月溫度等作為控制變量[15]；Adam等根據(jù)Costa Rica的自然保護區(qū)的歷史資料以及熱帶森林退化的文獻研究，選擇土地利用生產(chǎn)力（以氣候、土壤和坡度為基礎(chǔ)）、到森林邊緣、道路、最近的主要城市的距離作為主要變量[9]。

第三，協(xié)變量平衡。通過平衡第一步選擇的協(xié)變量，創(chuàng)建一個比較區(qū)域或者選擇一個和自然保護區(qū)相似的比較區(qū)域來進行對比。協(xié)變量平衡可以通過一般線性模型或者傾向性評分方法等。通過數(shù)學(xué)方法，來減少自然保護區(qū)位置隨機化的影響，從而使兩個區(qū)域可比。如：王偉等[2]首先根據(jù)文獻選擇2000年的森林面積、高程、坡度和自然保護區(qū)邊緣到主要道路的距離四個影響因素作為協(xié)變量，然后使用偏相關(guān)分析來測量每一個協(xié)變量與森林面積變化的關(guān)聯(lián)程度，使用皮爾遜相關(guān)分析評估協(xié)變量之間的關(guān)系，再使用主成分分析轉(zhuǎn)換存在相關(guān)關(guān)系的變量為線性不相關(guān)的變量，最后使用一般線性模型來進行自然保護區(qū)內(nèi)外森林面積的比較，從而評估了2000 到2010年海南島28個森林類型自然保護區(qū)的保護效果。

第四，選擇對比方式。根據(jù)平衡協(xié)變量的方法不同，選擇的對比方式也不同。比較自然保護區(qū)的森林退化率的對比方式有：與外圍緩沖區(qū)對比（比較自然保護區(qū)和緊接著的鄰近地區(qū)的森林退化，也就是建立外圍緩沖區(qū)，外圍緩沖區(qū)的距離從幾千米到幾十千米不等）、與外圍非保護區(qū)域?qū)Ρ龋▽⑸滞嘶谧匀槐Ｗo區(qū)與整個非保護區(qū)區(qū)域進行對比，非保護區(qū)區(qū)域可以是所在的地區(qū)、行政區(qū)域或者整個國家或者景觀相似的地區(qū)）、與自身不同時期對比（比較在建立自然保護區(qū)之前和之后，森林退化率的改變），也可以是這幾種方式的結(jié)合。Mas等[8]的研究就是使用回歸分析法，他們提出了相似緩沖區(qū)（similar buffer area）的概念，認為緩沖區(qū)類型有兩種：標(biāo)準(zhǔn)緩沖區(qū)和相似緩沖區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)緩沖區(qū)（standard buffer area）指的是只以相對于自然保護區(qū)的距離遠近為基礎(chǔ)建立的。相似緩沖區(qū)是指控制一些環(huán)境變量（土壤類型、自然保護區(qū)相對于道路和居民區(qū)的距離、高程、坡度等）的影響下創(chuàng)立的緩沖區(qū)。發(fā)現(xiàn)保護區(qū)內(nèi)部森林退化率0.3%/年，標(biāo)準(zhǔn)緩沖區(qū)1.3%/年，相似緩沖區(qū)0.6%/年。從而得出自然保護區(qū)的保護效果。

第五，判斷空間溢出的影響范圍并去除。空間溢出的影響范圍是指自然建立自然保護區(qū)將其受到的影響轉(zhuǎn)移到其鄰近地區(qū)或者其他非保護區(qū)域的距離。將自然保護區(qū)內(nèi)部和外圍不同距離緩沖區(qū)的人類影響與更遠的區(qū)域的人為影響進行比較，如果自然保護區(qū)的人為影響減小了，然而緩沖區(qū)的人為影響增加了，則說明出現(xiàn)了空間外溢，并判斷其大小，具體可參見Ewers等[16]的研究。如果存在大的空間溢出影響，我們將這部分距離的緩沖區(qū)去除，選擇剩余的部分進行對比。

最后，通過上述處理，我們就可以根據(jù)對比區(qū)域的森林退化的大小來判定自然保護區(qū)是否取得了應(yīng)有的保護效果。

3 保護效果評價常用統(tǒng)計方法

現(xiàn)在使用最多的用于自然保護區(qū)保護效果評估可比性建立的方法有兩種：一是回歸評估法（regression estimators）；二是匹配評估法（matching estimators）。這兩種方法相比于上述的簡單內(nèi)外對比來說有以下三個優(yōu)點[30]：①自然保護區(qū)自動和有同樣特征的非保護區(qū)域進行對比，因此控制了地點選擇的非隨機性的影響。②回歸模型的使用能夠允許影響森林退化的潛在驅(qū)動因素被評估到。③模型預(yù)測自然保護區(qū)有效性的精度可以預(yù)測到。這兩種方法在數(shù)學(xué)上沒有較大差異[17]，但是在自然保護區(qū)保護效果的評估上還是有一定區(qū)別的[9]。

回歸評估法通過在協(xié)變量上回歸結(jié)果來評估在觀察到的數(shù)據(jù)上的處理效應(yīng)，包括處理狀態(tài)的指示變量以及處理變量和每一個協(xié)變量的交互作用[17]。在自然保護區(qū)保護效果評估上是指利用相關(guān)的分析方法（偏相關(guān)分析、皮爾遜相關(guān)分析、主成分分析）等將相關(guān)變量進行相關(guān)性分析，然后利用一般線性模型（general linear model）控制變量影響的情況下來進行自然保護區(qū)內(nèi)外對比，這種方法對自然保護區(qū)與緩沖區(qū)或者非保護區(qū)域的對比研究有一定的作用。

根據(jù)以往文獻的研究，選擇與研究地土地利用有關(guān)系的環(huán)境變量（高程、坡度、土壤、自然保護區(qū)與道路和居民區(qū)的距離），然后利用卡方檢驗（Chi-square test）和邏輯斯蒂回歸來檢驗所選5個空間變量和森林退化的關(guān)系，然后基于上述變量來創(chuàng)立一個與自然保護區(qū)相似的緩沖區(qū)來進行對比。最后，發(fā)現(xiàn)土壤類型、自然保護區(qū)與道路和居民區(qū)的距離是主要影響因素，因此在Calakkmul地區(qū)的相似緩沖區(qū)就主要控制這三個變量[9]。

匹配評估法（matching estimators）是一個在經(jīng)濟評估政策影響中廣泛使用的數(shù)據(jù)影響評估技術(shù)，可減少一個處理的非隨機應(yīng)用的影響；是指通過選擇匹配點（保護區(qū)外）來和控制點（保護區(qū)內(nèi)）的配對來進行比較，每一個匹配點都和控制點有一定數(shù)量的因素控制。此方法逐漸被用于非實驗數(shù)據(jù)中來建立原因—結(jié)果關(guān)系的一種方法，其目的在于使保護地和非保護地之間的相關(guān)變量分布相似[14]?？偟膩碚f，就是在自然保護區(qū)外面選擇與自然保護區(qū)內(nèi)相似的點來進行對比。Andam等[9]對Costa Rica在1960—1997年期間超過150個保護地的研究使用了匹配評估法。他們主要控制每個地點到道路、森林邊界、最近主要城市的距離、土地利用能力等級以及一些未達成一致意見補充變量，如到鐵路和河流的距離、人口密度、移民比例、教育水平、貧窮以及行政區(qū)的大小。嘗試了多種對等對比法后，選擇了帶來最好變量平衡的方法——根據(jù)馬氏距離度量（Mahalanobis distance metric）選擇最鄰近相關(guān)變量對等法（nearestnrighbor covariate matching），從而創(chuàng)造了一個更有代表性的控制點，從而使配對對比的點相似程度高。使用“Caliper”技術(shù)來在對等法中設(shè)置最小可接受相似性，并且使用同樣的對等方法來測量空間溢出（spillovers）。

4 研究展望

自然保護區(qū)保護效果的科學(xué)性研究對于自然保護區(qū)管理具有重要意義。將來這方面的研究需要從以下方面強化：

（1）強化時空對比的可比性。要保證空間對比的對等性，包含的變量除了地理變量，將來基于森林退化的自然保護區(qū)有效性研究應(yīng)該包括更多的控制變量，如生態(tài)系統(tǒng)的獨特性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，當(dāng)?shù)氐墓芾砟芰?、資金水平、政策的實施、自然保護區(qū)的類型以及社區(qū)的參與等[6]。要保證時間尺度上更加對比，自然保護區(qū)一定要持續(xù)進行資源記錄，才能使對比更加有效，如果時間和空間尺度相結(jié)合，自然保護區(qū)的保護效果評估能更加準(zhǔn)確。

（2）探索多種評估方法。使用不同的自然保護區(qū)保護效果評估方法將會得到不同的保護效果，應(yīng)該應(yīng)用不同學(xué)科的優(yōu)秀方法或者多個學(xué)科的研究方法相結(jié)合，從而使自然保護區(qū)的保護效果的評估方法更加科學(xué)。

（3）綜合采用多個評價指標(biāo)。森林退化只能定量評價自然保護區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)格局，將來的研究可以從森林生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量、功能、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等多個方面同時評估。

總之，隨著自然保護區(qū)保護效果研究方法的不斷深入和完善，自然保護區(qū)效果評估將更加規(guī)范、科學(xué)和簡便，從而為自然保護區(qū)高效管理奠定方法基礎(chǔ)。

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Conservation Effect Assessment Methods of Forest Nature Reserves: Challenges and Research Progress

ZHOU Ju1*, WANG Lijuan2
( 1. Bureau of Science & Technology Department, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864; 2. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085 )

One of the most common conservation strategies in the protection of biodiversity is the establishment of protected areas (PAs), but how to evaluate protected areas’ protection effect is always the difficulty of natural conservation research. We summarize the protective effect assessment methods of tropical forest PAs, and analyze the challenges of tropical forest PAs’ protection effect evaluation: space and time are not comparable; We clarify the basic pattern of comparability build for tropical forest PAs’ protection effect evaluation: determine the forest degradation index, select and balance covariates, choice comparative ways, judge and remove the influence of space spillover; Then we review the statistical methods: regression and matching methods. In order to strengthen the evaluation of tropical forest PAs’ protection effect, we suggest that we should strengthen the spatial-temporal contrast and the application of multidisciplinary methods and emphasize the selection and application of multi dimension evaluation index in the future.

nature reserve; conservation effect assessment; forest ecosystem

X36；TU982.2

1674-6252（2017）01-0059-04

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.059

*責(zé)任作者： 周桔（1974—），男，副研究員，博士，中國科學(xué)院科技促進發(fā)展局，主要從事資源環(huán)境領(lǐng)域科研管理，E-mail: zhouju@cashq.ac.cn。