一种自然保护区空间优化分区方法

摘要

本发明属于环境保护与资源综合利用技术领域，且公开了一种自然保护区空间优化分区方法，包括以下步骤：S1、依据自然保护区利益相关者分析选择核心利益相关者进行生态系统服务功能问卷调查，分析得到自然保护区核心利益相关者最为关注的典型生态系统服务功能；根据自然保护区生态保护目标。本发明通过在自然保护地调整的阶段，本发明将利益相关者和生态系统服务功能纳入空间优化分区方法，以生态系统服务权衡分析指导自然保护区空间优化工作，有效填补了对利益相关者和生态系统服务功能的综合考量的空白，提供了分区方法缺乏定量化的方法，对指导自然保护区空间优化分区与生态保护管理等有着现实的指导意义，有着明显的进步。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护与资源综合利用技术领域，具体为一种自然保护区空间优化分区方法。

背景技术

自然保护区是对重要的自然生态系统、自然遗迹、自然景观及其所承载的自然资源、生态功能和文化价值实施长期保护的陆域或海域，它的建立是实现自然生态系统和生物多样性保护的有效途径。

目前的自然保护区功能分区方法主要有物种分布模型法、种群生存力法、景观适宜性评价法、最小费用距离计算法、聚类分析法、不可替代性计算法等。其中，物种分布模型法是以重要物种栖息地的景观破碎度、连通度以及面积等指标为基础，结合物种分布模型确定保护区功能分区的方法，种群生存力法是通过理想种群模型下濒危物种最小种群数量和该物种在野外生境中实际分布密度计算出实际种群数量，从而得到核心区所需最小面积，这两种方法适用于珍稀濒危物种为主要保护对象的自然保护区；景观适宜性评价法是通过构建物种栖息地适宜性的影响因子体系及其权重，结合ArcGIS等空间分析工具得出保护区功能分区的方法，最小费用距离计算法是依据物种从源经过不同阻力的景观介质所耗费的费用不同，结合最小费用距离计算法，得到功能区不同阻力阈值，从而得到保护区功能分区的方法，这两种方法适用于以野生生物类为主要保护对象的自然保护区；聚类分析法是从数学角度出发，分析保护区不同景观斑块的生物多样性特征，结合保护区实际情况进行功能分区的方法，不可替代性计算法是通过评价每个规划单元对整体保护目标的重要性，结合保护区实际情况进行功能分区的方法，这两种方法适用于以野生生物类以及生态系统类型为主要保护对象的自然保护区。

目前我国自然保护区功能分区缺乏对利益相关者和生态系统服务功能的综合考量，分区方法缺乏定量化的方法，本发明对指导自然保护区空间优化分区与生态保护管理等均具有重要的现实指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自然保护区空间优化分区方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自然保护区空间优化分区方法，包括以下步骤：

S1、依据自然保护区利益相关者分析选择核心利益相关者进行生态系统服务功能问卷调查，分析得到自然保护区核心利益相关者最为关注的典型生态系统服务功能(大于两种生态系统服务功能)。

S2、根据自然保护区生态保护目标，从S1步骤中的典型生态系统服务功能中确定自然保护区主导生态系统服务功能(一种生态系统服务功能)，即主导功能；将典型生态系统服务功能分为主导生态系统服务功能和其余生态系统服务功能。

S3、对S2中的两类生态系统服务功能进行功能值量化分析，得出典型生态系统服务功能空间分布图。

S4.采用Pearson相关性值分析主导生态系统服务功能与其余各生态系统服务功能间的权衡/协同关系，依据Pearson相关性值的大小与正负结果，将其余生态系统服务功能分为三类：第一类是与主导生态系统服务功能权衡的生态系统服务功能，即权衡功能；第二类是与主导生态系统服务功能高协同的生态系统服务功能，即高协同功能；第三类是与主导生态系统服务功能低协同的生态系统服务功能，即低协同功能。

S5、明确自然保护区功能分区方案为核心区、缓冲区和实验区，根据S4生态系统服务功能的权衡/协同关系分析结果，按照高协同功能得到更多保护，权衡功能得到较少保护的原则，确定典型生态系统服务功能在空间优化分区方案中所要实现保护目标比例。然后将典型生态系统服务功能所要实现的保护目标分配到自然保护区不同功能分区，制定自然保护区空间优化分区的多情景方案，情景设置遵循从严格保护到多功能混合的逻辑进行设置，通过改变实现保护目标在功能区的占比，达到情景设置的目的，基于此制定三种情景即严格保护情景、适当利用情景、充分利用情景。其中具体的方案制定方法为：

根据自然保护区区域特征，确定功能分区所承担的典型生态系统服务功能，如核心区为湖泊和滩涂湿地，适宜鸟类生存，核心区则承担着生物多样性保护的功能。在此基础上，完全保护情景是将主导功能和高协同功能所要实现的保护目标100％分配到核心区，其余生态系统服务功能将100％保护目标分配到各功能区，如缓冲区以森林为主，那么固碳和水源涵养的功能所要实现的保护目标100％分配到缓冲区。适当利用情景是在完全保护情景的基础上将主导功能与高协同功能保护目标的30％从核心区分配到缓冲区，缓冲区中的低协同功能保护目标的30％分配到核心区，实验区中低协同功能保护目标的30％分配到缓冲区；在分配过程中遵循“权衡功能与主导功能避让”的原则，即缓冲区与实验区中的权衡功能不能将保护目标在核心区实现，权衡功能的分配方案与严格保护情景一致；

充分利用情景是在适当利用情景的基础上，将实验区中低协同功能所要实现的保护目标按照一定比例分配原则分别分配到核心区、缓冲区和实验区，从而实现在各个功能区中均有该功能，充分利用保护区资源，此情景中的权衡功能的30％保护目标分配到实验区。

采用MarxanWith Zones方法对S5制定的多情景方案进行分析制图，得出不同情景方案下功能分区结果，最后为便于保护区管理方进行管理，各功能分区需是均质连续的没有细碎斑块的面状数据，因此将功能分区结果的栅格数据转换为面状矢量数据(Shapfile)，然后计算得出面状矢量数据的各斑块面积，最后对面状矢量数据中的小于一定面积的小型斑块合并到周边大型板块中，最终得到各功能区均是连续完整的功能分区多情景方案，自然保护区管理方可以根据实际工作需要确定其中一个分区方案。

本发明的有益效果如下：

本发明通过在自然保护地调整的阶段，本发明将利益相关者和生态系统服务功能纳入空间优化分区方法，以生态系统服务权衡分析指导自然保护区空间优化工作，有效填补了对利益相关者和生态系统服务功能的综合考量的空白，提供了分区方法缺乏定量化的方法，对指导自然保护区空间优化分区与生态保护管理等有着现实的指导意义，有着明显的进步。

附图说明

图1为本发明为一种自然保护区空间优化分区方法流程图；

图2为本发明安徽升金湖国家级自然保护区典型生态系统服务空间分布图；

图3为本发明安徽升金湖国家级自然保护区各典型生态系统服务功能间的相关性图；

图4为本发明安徽升金湖国家级自然保护区情景方案设定图；

图5为本发明安徽升金湖国家级自然保护区功能分区结果图；

图6为本发明安徽升金湖国家级自然保护区功能分区结果修正图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图6所示，本发明实施例中，一种自然保护区空间优化分区方法，以安徽升金湖国家级自然保护区为研究案例地，根据核心利益相关者分析，制定针对不同利益相关者的调查问卷，确定生物多样性功能、作为典型生态系统服务功能。

基于安徽升金湖国家级自然保护区生物多样性保护目标，确定生物多样性为主导功能，则防洪蓄水功能、水源涵养功能、固碳功能、食物生产功能、社会文化功能为其余功能。

对S2中的两类生态系统服务功能进行功能值量化分析，并得出各类生态系统服务功能空间分布栅格图，如图2所示。

根据Pearson相关性值分析主导功能与其余功能的权衡/协同关系。首先，计算生物多样性功能与防洪蓄水功能、水源涵养功能、固碳功能、食物生产功能、社会文化功能之间的Pearson相关性值(如图3所示)，生物多样性功能与防洪蓄水功能的Pearson相关性值大于0.4，因此确定防洪蓄水功能为高协同功能。生物多样性功能与水源涵养功能、食物生产功能、社会文化功能的Pearson相关性值为小于0.4的正值，因此确定水源涵养功能、食物生产功能、社会文化功能为低协同功能。生物多样性功能与固碳功能的Pearson相关性值为负值，因此确定固碳功能为权衡功能。

安徽升金湖自然保护区功能分区为核心区、缓冲区与实验区。生物多样性保护是保护区最重要也是最基础的服务需求，因此，将生物多样性的保护目标设置为100％，以确保保护区以鹤类为代表的典型珍稀保护物种得到最大程度的保护。根据保护区典型生态系统服务权衡/协同关系的分析以及与生物多样性权衡/协同关系的分类结果，按照高协同关系得到更多保护，权衡关系得到较少保护的原则，将防洪蓄水功能保护目标设置为70％，水源涵养、食物生产、社会文化等功能保护目标设置为50％，固碳保护目标设置为30％。

生物多样性功能和防洪蓄水功能更多的是在核心区，水源涵养功能与固碳功能则主要是在缓冲区，食物生产功能与社会文化功能主要集中在实验区。基于此，制定三种情景方案，即严格保护情景、适当利用情景、充分利用情景。严格保护情景是将生物多样性功能和防洪蓄水功能100％的保护目标分配到核心区，固碳功能和水源涵养功能100％的保护目标分配到缓冲区，社会文化功能和食物生产功能100％的保护目标分配到实验区。适当利用情景是在严格保护情景的基础上，将生物多样性功能和防洪蓄水功能30％的保护目标分配到缓冲区，水源涵养功能30％的保护目标分配到核心区，社会文化功能和食物生产功能30％的保护目标分配到缓冲区，固碳功能保护目标分配方案与严格保护情景一致。充分利用情景在适当利用情景的基础上，将水源涵养功能在核心区和缓冲区中实现的保护目标比例均分出20％到实验区，即水源涵养功能20％的保护目标在实验区实现，将社会文化服务功能和食物生产功能10％的保护目标从实验区分配到核心区，固碳功能的30％保护目标分配到实验区，情景方案如图4所示。

利用MarxanWith Zones方法得出不同情景方案下的安徽升金湖国家级自然保护区功能分区图，如图5所示。根据管理的需求，将功能分区结果中细小、破碎的斑块合并到连续较大的斑块中，最终得到不同情景方案下安徽升金湖国家级自然保护区功能区划图，如图6所示。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。