我国自然保护区经过 60 余年建设,在维护国家生态安全、保护生物多样性、保存自然遗产和改善生态环境质量等方面发挥着重要作用.研究系统整理了我国现有 2672 个自然保护区空间分布数据,形成了较为完整的空间信息数据库,从发展历程、保护类型、建设规模等方面进行了特征统计.运用地理集中指数和核密度指数等方法,对全国自然保护区从海陆分布、省级分布、时空分布、集聚分布等不同维度进行了空间分布特征分析.结果表明:(1)我国自然保护区数量和类型丰富,大致经历了"起步-停滞缓慢发展-稳步发展-快速发展-稳固完善"的 5 个发展阶段,以中小型的森林生态系统、野生动物、内陆湿地和水域生态系统自然保护区为主;(2)空间上为集聚分布,省域分布差异悬殊,沿"胡焕庸线"呈"西少东多、西聚东散"的特点;(3)不同类型和管理级别的自然保护区分布集群态势差异明显,形成了黄山-怀玉山、粤东北丘陵、南岭、武夷山等 11 个显著聚集区;(4)建设规模和连片聚集效应自西向东呈递减趋势,与我国地形的三级阶梯构造变化趋势存在紧密联系.最后,本文讨论了形成我国现有自然保护区空间格局的主要原因,包括客观自然条件及主观人为等因素,并结合我国自然保护区空间分布和建设发展中存在的问题进行了分析,从建立布局完善和海陆统筹的保护区网络,科学界定保护地类型,逐步优化自然保护区边界及稳步提升科研监测成效等方面提出了发展建议.在我国自然保护地体系由自然保护区向国家公园为主体的全面深化改革阶段,本研究弥补了现有研究成果的局限性和时效性问题,以期为未来自然保护区的空间布局优化及发展提供科学参考.

湿地保护边界划定是维护湿地可持续发展的基础前提,也是协调湿地保护与农地利用、城镇发展土地配置与空间布局的必经途径.研究从湿地保护边界的“源-汇”生态景观互动视角着眼,明晰了湿地保护源及保护优先等级,建构了空间约束评价与生态断界来刻画汇景观空间层次分异,借助最小累积阻力模型测度与划分了湿地保护边界及其类型.研究发现:(1)基于多重因素的空间约束评价与湿地生态断界的划分,通过最小阻力模型有效地刻画外部因子集成对湿地保护的限制及差异,以量化方式描绘湿地保护所处阻力最小地带,为湿地保护边界划分提供了新的思路.(2)杭州湾南岸生态断界与中高约束的区域占据研究区52.69％比例,无约束地域仅为12.79％,奠定了综合因素空间约束强势的基本格局.加之低度约束区域占据34.53％,显示杭州湾南岸区域多介于高低空间约束性势转换或过渡阶段,压缩了湿地保护的空间.(3)研究划分湿地保护边界范围与缓冲区带为49.11、24.07km2,面积总和仅占据杭州湾南岸5.47％,湿地保护拓展和弹性调整空间极为有限.除生态断界提供湿地保护的天然边界外,湿地保护界限表现为保育林区、农地延伸型和水源保护型三类.

基于系统保护规划的理论和方法,以长江流域湿地为研究区,构建了基于气候、地貌分异的湿地生态地理综合分类单元,并将其作为宏观尺度湿地生态系统保护目标,同时考虑以湿地鸟类为代表的物种保目标,依托Marxan系统保护规划工具,确定了长江流域湿地保护具有不可替代性的优先保护格局.该格局能以最小的社会经济和土地资源代价最大程度的保护湿地生物多样性,对比现有湿地保护格局,最终确定了游离于现有保护体系外的湿地保护空缺.研究结果表明:长江流域源区和长江三角洲地区的湿地保护体系完善,无需新建保护区;金沙江流域湿地保护空缺主要分布在现有保护区周围,可以适当扩充保护区外围或调整边界;嘉陵江流域和长江上游干流流域的保护空缺严重,大面积集中在重庆西北部,乌江流域的贵州省习水县北部湖泊湿地存在保护空缺,这些区域建议适当新建保护区或者保护小区;长江中下游湿地保护空缺主要分布在湖北、湖南、江西与安徽境内的沿江湖泊湿地,建议建立湿地公园及合理进行河流岸坡修复.研究结果可为长江流域湿地保护体系调整、保护规划制定提供参考依据,从宏观层面上为长江流域湿地统筹保护及合理开发利用提供科学依据.

目前多采用比较保护地建立前后时间序列上或与邻近区域比较的方法判断保护地的保护成效,而未充分考虑保护地的空间邻近效应和空间异质性,因此影响了其准确性.为进一步改进自然保护地保护成效评估技术方法,识别辨析人为保护管理措施在高寒草地-沼泽湿地区域气候变化背景下的景观生态学效应,以四川若尔盖湿地国家级自然保护区为案例,采用“BACI”试验设计思路,以斑块密度、最大斑块指数和蔓延度指数等景观格局指数等为指标,定量分析若尔盖保护区的空间邻近效应和保护成效.结果显示:(1)保护区内湿地面积呈缩减趋势,灌丛、草地和建设用地面积增加,但沙化地面积减少;(2)若尔盖保护区存在空间邻近效应,为泄漏效应;(3)若尔盖湿地整体上仍呈破碎化趋势,但若尔盖自然保护区内大斑块面积减少趋势得到延缓,斑块间连通性降低趋势减小.本研究表明保护区的保护管理减缓了边界范围内景观破碎化趋势,取得保护成效;建议在进一步加强保护区内人为活动管控的同时,强化邻近区域的保护,以消除正在出现的孤岛化现象.

水生植物是湿地生态系统重要组成部分,研究水生植物多样性分布格局及其影响因素对地区水生植物资源保护具有重要意义.通过野外调查并结合气候等环境因素,研究了河西走廊主要水生植物群落类型、数量特征、水生植物多样性分布格局及影响因素,并对中域效应假说进行了验证.研究结果表明:(1)河西走廊地区共有水生植物29科42属84种,群落的聚类分析可将河西走廊水生植物群落划分为15个主要群落类型;(2)河西走廊水生植物群落类型主要受到水温、海拔、经纬度等环境因子影响,群落物种多样性指数与盐度以及溶解性固体总量呈显著性相关;(3)河西走廊水生植物多样性空间格局呈现出“∩”型的单峰格局,中域效应模型能较好地解释该地区水生植物多样性水平的纬度格局及海拔垂直分布格局,对该区域水生植物物种丰富度在纬度和海拔梯度上的变异解释率分别为57.56％、63.5％.分析表明,河西走廊水生植物物种丰富度格局由几何(边界)限制和随机过程及其他未知因素共同控制,且几何(边界)限制和随机过程贡献率较大;同时本研究中未考虑的环境异质性、气候、人为干扰等因素也对河西走廊水生植物多样性空间分布产生重要影响.

东北虎(Panthera tigris altaica)是我国国家一级重点保护野生动物,现主要分布在张广才岭、老爷岭和完达山等地的几个自然保护区内.在这些自然保护区周边还分布有大量的森林公园、风景名胜区、湿地公园等不同类型的自然保护地,这些自然保护地在一定程度上也可为东北虎提供栖息场所,但管理目标、管理体制等原因造成了人为的范围隔离、空间重叠等各种乱象.为响应我国建立以国家公园为主体的自然保护地体系,为东北虎豹国家公园建设提供支撑,本文基于44个东北虎分布点信息和11个相关环境因子,利用MaxEnt模型对东北虎的潜在栖息地进行了预测.基于东北虎栖息地范围内的国家级自然保护区、国家森林公园,国家湿地公园等自然保护地与东北虎栖息地的适宜性等级分布格局,利用成本距离法对东北虎栖息地范围内的自然保护地进行了整合研究.结果 发现:(1)东北虎在我国的潜在适宜分布区主要集中在穆棱市、珲春市、敦化市、宁安市、延吉市、海林市、东宁县、汪清县、饶河县、宝清县,共约10000 km2,占黑龙江、吉林二省总面积的1.5％;(2)东北虎潜在扩散区共约51000 km2,占黑龙江、吉林二省总面积的8％;(3)以成本距离图中等值线值为0.5作为边界,将30个自然保护区及周边47个其他类型的自然保护地划分为9个自然保护地群,总面积为77818.7 km2,以供未来东北虎的保护和自然保护地整合中参考.

长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis)是生活在中国长江的珍稀濒危鲸类动物, 自然栖息地破坏是造成其种群衰退的重要原因.目前中国已经在长江中下游流域建立了8个长江江豚自然保护区.然而, 早期保护区的功能区划随经济发展和生态保护的现实矛盾日渐突出, 按照现行法规对保护区难以实行有效管理, 迫切需要进行优化调整.文章基于国家政策、长江江豚生物学特点及分布规律, 兼顾航运等重大经济发展需求,提出了长江豚类自然保护区调整的原则和建议: (1)将长江江豚喜好的近岸水域及一定范围的重要江滩和洲滩湿地, 及江心洲汊江一侧水域划入核心保护区; (2)将中间主航道水域以及长江大堤至核心区边界之间的水域划入一般控制区; (3)兼顾历史遗留问题, 细化不同区域的管控措施.该调整方案一方面使保护区功能区划更加符合长江江豚的分布特征和偏好生境, 有利于对其自然种群和重要栖息地的有效保护.另一方面也有助于理顺自然保护区管理上存在的法律障碍, 为长江江豚自然保护区建设、规划和管理提供新的思路和模式.

基于遥感和GIS技术,并结合有关调查数据,采用LDI方法对云南苍山洱海国家级自然保护区1984、1994、2000、2014、2016、2019年6个时期的生态系统健康变化进行研究.结果表明,研究期内,苍山片区建设用地面积明显增加,农用地面积大幅减少,休闲用地面积有所增加,人为干扰区域主要位于苍山四周低海拔区域,LDI值处于1.21—1.25之间,生态系统处于"健康"状态,但随时间的推移干扰持续增强,边界内侧300 m缓冲区的生态系统健康状况不佳;洱海片区建设用地、林地及休闲用地面积呈增加趋势,但受洱海保护政策的改变而有不同程度的变化,农用地及湿地面积大幅减少,整体上洱海四周受居民、游客的干扰程度较大,LDI值处于1.26—1.91之间,生态系统处于"健康"状态,但较靠近"一般"等级,自2000年以后整体健康水平有所改善,边界内侧350 m缓冲区的生态系统健康状况有较长时间处于"一般"等级.

为探讨山水林田湖草系统治理策略,实现生态系统服务价值的综合提升,以黑龙江省小兴安岭—三江平原区为研究对象,在分析研究区不同土地利用类型变化的基础上,基于不同土地利用类型的生态服务价值的变化,识别其面临的主要生态环境问题,提出研究区开展生态保护修复的策略.研究结果表明:(1)2005—2015年,小兴安岭—三江平原区耕地面积持续增加,林地、草地和湿地的面积持续下降,土地利用结构失衡.耕地面积主要由林地和草地转入,且主要分布在三江平原东部;(2)研究区生态系统服务价值从2005年的519.47亿元下降至2015年的495.71亿元.其中生物多样性以及土壤保持功能下降最为严重.土地利用类型的急剧变化,导致区域生态系统出现供给服务失衡、土壤保持和生物多样性功能下降及黑土退化等生态环境问题;(3)研究区山水林田湖草保护修复需突破行政边界的限制,合理规划工程布局,建立科学的评价体系和完善的监管制度;同时,需关注区域农田土壤质量变化,突出黑土地作为珍稀自然资源在山水林田湖草生态系统中的重要性.

自然生态空间用途管制,既是建设美丽国土,也是发展绿色经济,更是塑造美好生活.以新时代生态文明理念为指导,对市域尺度自然生态空间用途管制的关键技术进行深入探索.创建了以"双评估"为基础,空间聚合优化模型为载体的自然生态空间边界划定方法,形成了"自上而下"的自然生态空间用途管制二级分区模式,两项技术在长沙市的实证研究中得到了科学验证.结果表明:(1)长沙市自然生态空间总量约为5791.08 km2,占国土面积的48.96％,主要由林地、草地、湿地、荒地等地类构成;(2)自然生态空间边界范围内,刚性区域共1116.79 km2,弹性区域共4674.29 km2,两者分别占国土面积的9.44％及39.52％;(3)刚性自然生态空间下,生态红线核心区共565.51 km2,生态红线重要区共551.28 km2,刚性区域实行正面清单管控,严禁开发建设;(4)弹性自然生态空间下,生态保育缓冲区共2625.96 km2,生态复合发展区共2724.72 km2,弹性区域实行负面清单管控,允许适度利用.