中国森林生态和野生植物类型自然保护区分布的均衡性

徐道炜, 刘金福, 洪 伟, 何中声

(福建农林大学林学院/福建农林大学海峡自然保护区研究中心,福建 福州 350002)

中国森林生态和野生植物类型自然保护区分布的均衡性

徐道炜, 刘金福, 洪 伟, 何中声

(福建农林大学林学院/福建农林大学海峡自然保护区研究中心,福建 福州 350002)

以中国森林生态和野生植物类型自然保护区为研究对象，以各省森林面积、自然保护区数量和面积为指标，利用基尼系数和均衡系数探讨我国森林生态和野生植物类型自然保护区分布的均衡性，利用多维标度法探讨各省两类自然保护区建设的相似性.结果表明，西部省份保护区面积占全国比例远高于保护区个数比例，而沿海省份保护区面积占全国比例远低于保护区个数比例；保护区级别越集中，各省保护区面积分布越不均衡，而数量分布越均衡.全国森林生态和野生植物类型自然保护区建设情况可分为4种类型，东南沿海省份设置的两类自然保护区面积远低于全国平均水平，而西部地区则高于全国平均水平.

自然保护区; 基尼系数; 多维标度法; 均衡系数

建立自然保护区是保护生物多样性的重要手段，也是建设生态环境、维护生态安全的有效措施[1].截至2015年年底，全国已建立各种类型、不同级别的自然保护区2 740个，保护区总面积约14 702万hm2，保护区陆地面积约占国土面积的15.31%[2].目前，学者[3-5]基于生物多样性分布对我国自然保护区建设的合理性进行了广泛、深入的探讨，发现我国现有保护区网络尚不完善，在生态系统类型和物种多样性的保护上还有大量空白.但目前我国自然保护区建设是政府主导的行为，是以行政地理设置的，而不是基于生态地理[6].在未实现自然保护区全国统一规划指导建设的情况下，基于行政地理探讨自然保护区分布均衡性具有重要的现实意义.旷开金等[7]从定量角度探讨我国自然保护区数量与面积的均衡性，结果表明，九大类型自然保护区的区域分布差异明显，自然保护区数量(面积)与国土面积、保护区数量与面积的关系均呈现集中分布特征.孔石等[8]通过对比分析我国自然保护区与国家地质公园空间分布的差异，结果表明，自然保护区和国家地质公园在空间分布上呈现“东密西疏”格局.

但自然保护区设置主要受自然条件和资源凛赋的影响.我国自然保护区分为三大类，共9种类型[9]，不同类型保护区的主要保护对象不同，所保护的自然资源类型也不同.如果将不同类型自然保护区作为一个整体来分析其分布均衡性，只能得到片面的结果，无法揭示各种类型自然保护区分布特点及存在的问题.只有针对性地将各类型自然保护区与其所保护的自然资源结合起来研究，才能够真实反映不同类型自然保护区的分布特征.森林生态和野生植物类型自然保护区主要建立在森林生态系统中，只有基于森林资源对森林生态和野生植物自然保护区的均衡性进行研究，才能从宏观上对森林生态和野生植物类型自然保护区建设进行调控.

本文以我国森林生态和野生植物类型自然保护区为研究对象，以各省森林面积、自然保护区数量、自然保护区面积为指标，利用基尼系数和均衡系数探讨我国森林生态和野生植物类型自然保护区分布均衡性，利用多维标度法探讨各区域自然保护区建设的相似性.

1 研究方法

1.1 基尼系数

基尼系数是在洛伦茨曲线(Lorrenz)基础上提出的，也称为洛伦茨系数.洛伦茨曲线是将所有对象的收入按大小进行排列，编制组距变量数列，然后计算各收入组数量占所有对象比重以及每个收入组收入总额占所有收入总额的比重，再分别计算这2个比重的向上累积比重.以调查对象数量向上累积比重为横坐标，以收入向上累积比重为纵坐标作洛伦茨曲线.设洛伦茨曲线和收入分配绝对公平曲线间面积为A，洛伦茨曲线下方面积为B，以A/(A+B)表示收入的不公平程度，该数值称为基尼系数[10-11].

1.2 基于森林面积的自然保护区面积(数量)基尼系数

森林是建立森林生态和野生植物类型自然保护区的基础，假设具有一定比例的森林面积需要建立相同比例的自然保护区面积(数量)，通过构建基于森林面积的自然保护区面积(数量)基尼系数，反映各区域对森林环境的保护程度.若某区域自然保护区面积(数量)比例低于其森林面积占全国面积的比例，则属于相对较低保护程度，否则属于相对较高保护程度.采用均衡系数衡量，表示如下：

1.3 基尼系数的计算方法

依据基尼系数内涵，按照全国各省、自治区、直辖市(不包括台港澳)自然保护区面积(或数量)占全国比重与该地区森林面积占全国比重的比值进行排序，以自然保护区面积(或数量)累计比率为纵坐标，以森林面积累计比率为横坐标，制作洛伦茨曲线，计算基尼系数.采用估算面积的定积分方法[12]计算基尼系数：

式中：G为基尼系数，G(x)为洛伦茨曲线.G(x)可用曲线拟合法近似求得.

1.4 多维标度法

多维标度法是一种在低维空间展示“距离”数据结构的多元数据分析技术，表示研究对象间的相似性[13].以自然保护区个数、自然保护区面积、森林面积为指标，构建各区域间相关系数矩阵；利用多维标度法确定各区域在二维空间中的相对坐标感知图；利用感知图中的相对位置可以直观揭示各区域自然保护区建设情况的相似性.

1.5 数据来源与处理

根据自然保护区名录[14]收集整理了截至2015年年底我国各省、自治区、直辖市(不包括港澳台)设立的市县级、省级、国家级森林生态和野生植物类型自然保护区的数量和面积；根据统计年鉴[2]收集整理了2015年各地区森林面积.数据处理采用Excel和SAS(9.4)软件.将森林生态和野生植物类型自然保护区作为整体研究，简称为两类自然保护区.

2 结果与分析

2.1 森林生态类型和野生植物类型自然保护区数量与面积的分布特征

各省两类自然保护区的面积和数量的Pearson相关系数为0.075，表明各区域两类自然保护区面积与数量占全国的比例极不匹配.由图1可知，沿海省份NABC大于1，表明保护区个数占全国比例远高于保护区面积比例；而西部省份NABC小于1，表明保护区面积占全国比例远高于保护区个数比例.其中，天津、安徽、江苏自然保护区面积占全国的比例为0.68%，而保护区个数比例为6.27%；西藏、青海、新疆自然保护区面积占全国的比例为28.51%，而保护区个数比例仅为1.49%.

图1 各省森林生态和野生植物类型自然保护区面积与数量的分布比例Fig.1 Proportion of area and quantity of provincial ecological forestry and wildlife nature reserves

2.2 2种类型自然保护区面积分布的均衡性特征

由图2可知，全国各级自然保护区、国家级省级自然保护区、国家级自然保护区面积基尼系数分别为0.32、0.43、0.55，表明保护区级别越集中，各省单位森林面积上不同级别自然保护区面积越不均衡.

图2 不同级别保护区面积的洛伦茨曲线Fig.2 Lorenz curve for the area of nature reserves at different grades

截至2015年年底，我国森林生态和野生植物类型保护区的建设总面积约为3.25×107hm2，其中国家级保护区面积约1.31×107hm2，占40.28%.四川、云南、内蒙古、西藏自然保护区总面积均大于2.35×106hm2；总面积约1.46×107hm2，占全国自然保护区总面积的44.93%；国家级省级自然保护区面积约为1.28×107hm2，占相应级别总面积的47.90%；国家级自然保护区面积约8.10×106hm2，占相应级别总面积的61.78%；上述4个省份森林总面积占全国森林面积的35.47%.上海、天津、江苏、浙江保护区面积均小于1.00×105hm2，总面积约为1.26×105hm2，面积相对较小，仅占全国2种类型保护区总面积的0.39%；国家级省级的建设面积约8.20×104hm2，占相应等级总面积的0.31%；国家级建设面积约为7.11×104hm2，仅占相应总面积的0.54%；而上述4个省森林面积占全国森林面积的3.76%.因此，我国自然保护区级别越集中，基尼系数越大，单位森林面积上2种类型的自然保护区面积分布越不均衡.

2.3 2种类型自然保护区数量分布均衡性特征

从图3可知，全国各级自然保护区、国家级省级自然保护区、国家级自然保护区数量基尼系数分别为0.41、0.38、0.32，表明保护区级别越分散，各省单位森林面积上不同级别自然保护区数量越不均衡.

图3 不同级别保护区数量洛伦茨曲线Fig.3 Lorenz curve for the quantity of nature reserves at different grades

截至2015年年底，我国两种类型自然保护区总数为1548个，集中分布在广东、江西、贵州、云南、湖南，这5个省份两种类型保护区的数量均大于100个，总数达736个，占全国总数的47.6%；国家级省级的数量达174个，占相应级别总数量的28.06%；国家级的数量达49个，占相应级别总数的25.65%.而这5个省份的森林面积仅占全国森林面积的25.42%.上海、天津、青海、宁夏、新疆、江苏这6个省份的两种类型保护区数量均小于10个，总数为31个，数量相对较少，仅占全国建设总数量的2.00%，国家级省级的数量为27个，占相应级别数量的4.35%；国家级数量为8个，占相应级别数量的4.42%.而这6个省份的森林面积却占全国森林面积的6.18%.因此，级别越分散，两种类型自然保护区的累计百分比与森林面积比例差距越大，基尼系数也越大，我国单位森林面积上两种类型的自然保护区数量的分布越不均衡.

2.4 各省两类自然保护区设置相似性分析

由多维标度法分析结果可知，散点图线性拟合优度达到0.989，模型拟合效果很好.从表1可知，将我国各区域森林生态和野生植物自然保护区建设情况划分为4种类型:(Ⅰ)保护区总面积相对较小，数量相对较少，ABC<1，NBC<1；(Ⅱ)保护区总面积相对较小，数量相对较多，ABC<1，NBC>1；(Ⅲ)保护区总面积相对较大，数量相对较少，ABC>1，NBC<1；(Ⅳ)保护区总面积相对较大，数量相对较多，ABC>1，NBC>1.

表1 基于森林面积、自然保护区面积和数量相似度的分类结果Table 1 Classification based on forest area, and the quantity and area of nature reserves

4种类型的划分具有区域集中特性，类型Ⅰ主要集中于北部、中部和西南部分区域，类型Ⅱ主要集中于东南沿海区域，类型III主要集中于西部省份，形成这种格局不仅与自然条件和资源凛赋有关，而且与区域经济发展相关.由表2可知，每单位国土面积的森林资源从高到低依次为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅳ，其中类型Ⅰ和Ⅱ的森林面积占全国森林总面积的77.60%，但保护区面积占全国的比例为53.00%，面积均衡系数ABC分别为0.72和0.58，低于全国平均水平；类型Ⅲ和Ⅳ占全国森林资源的22.40%，保护区面积占全国保护区面积的47.00%，面积均衡系数ABC分别为2.25和1.63，高于全国平均水平.类型Ⅱ设置的自然保护区数量远超过全国平均水平，与类型Ⅲ形成鲜明的对比.东南部省份虽然具有丰富的森林资源，但森林生态和野生植物类型自然保护区面积设置水平远低于西部地区.由此可知，基于国土面积分析可得，保护区面积设置水平为Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅳ，且各水平间差异不明显；而基于森林面积分析结果可得，ABC表现为Ⅲ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅱ，各水平间差异悬殊.

3 讨论

本研究结果表明，西部省份保护区面积占全国比例远高于保护区个数比例，而沿海省份情况保护区面积占全国比例远低于保护区个数比例；保护区级别越集中，各省森林生态和野生植物类型自然保护区面积分布越不均衡，而数量分布越均衡，这与旷开金等[7，15]的研究结果类似.但旷开金等[7]研究得到的全国、国家级省级、国家级面积及数量的基尼系数与本文得到的基尼系数差异很大，主要有以下2个方面原因：(1)自然资源是建立自然保护区的决定因素，基于国土面积比较均衡性，没有考虑到建立自然保护区所必须满足的特有资源因素；(2)不同类型自然保护区设置标准以及管理方式、经费投入不同，将所有类型的自然保护区作为一个整体进行研究，研究对象的针对性不强，包含了各类型自然保护区分布的异质性，总体上既不能准确反映自然保护区的均衡性，也无法反映各类型自然保护区实际分布情况.

表2 4种类型的相关指标Table 2 Relevant indexes for 4 categories of nature reserves

[1] 徐道炜,刘金福,洪伟.近20年中国林业系统自然保护区投入产出效率评价[J].福建农林大学学报(自然科学版),2015,44(3):276-281.

[2]中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴——2016[M]. 北京: 中国统计出版社, 2016: 262.

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[4] WU R D, ZHANG S, YU D W, et al. Effectiveness of China′s nature reserves in representing ecological diversity[J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2011,9(7):383-389.

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[8] 孔石,付励强,宋慧,等.中国自然保护区与国家地质公园空间分布差异[J].东北农业大学学报,2014,45(9):73-78.

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[14] 中华人民共和国环境保护部. 全国自然保护区名录[DB/OL]. 2016-11-08[2017-03-01].http://sts.mep.gov.cn/zrbhq/zrbhq/．

[15] 赵广华,田瑜,唐志尧,等.中国国家级陆地自然保护区分布及其与人类活动和自然环境的关系[J].生物多样性,2013,21(6):658-665.

(责任编辑:叶济蓉)

Distribution balance on forest ecology and wild plants nature reserves in China

XU Daowei, LIU Jinfu, HONG Wei, HE Zhongsheng

(College of Forestry/Cross-Strait Nature Reserve Research Center， Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

To investigate distribution balance and similarity among nature reserves in China, Gini coefficient, balance coefficient and multidimensional scaling were used to evaluate data on total forest area, the quantity and area of nature reserves. The results showed that the ratio of nature reserve areas in the western provinces to nationwide was significantly higher than the quantity in the western provinces, which was the opposite in the coastal provinces. The more intensive the level of nature reserve was, the more imbalance it distributed, which was the opposite situation in quantity. Nature reserves in China can be classified into 4 categories based on development condition. Total area of nature reserves in the coastal provinces was under national average, while total area in the western provinces was above the average.

nature reserve; Gini coefficient; multidimensional scaling; balance coefficient

2016-08-11

2016-10-15

福建农林大学校重点项目建设专项(6112C035C);福建农林大学海峡自然保护区建设专项(6112C2301).

徐道炜(1981-),男,讲师,博士研究生.研究方向:森林经理和自然保护区管理.通讯作者刘金福(1966-),男,教授,博士生导师.研究方向:野生动植物保护与利用.Email:fjljf@126.com.

Q16

A

1671-5470(2017)03-0265-05

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.03.006