区域尺度自然保护区网络空间信息库构建

胡佩君，武瑞东

1.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650091

2.云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室，云南 昆明 650091

区域尺度自然保护区网络空间信息库构建

胡佩君1,2，武瑞东1,2

1.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650091

2.云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室，云南 昆明 650091

各类自然保护区是全球保护生物多样性与维护自然资源可持续利用的关键战略。但目前的自然保护区数据库主要应用于单个保护区，区域尺度上自然保护区网络空间信息库的构建还非常缺乏。本文针对我国西南地区 7 个省份，通过系统收集整理自然保护区的基本信息及其包含的生物多样性信息，利用地理信息系统 (GIS) 技术对其空间分布图进行数字化采集，构建了覆盖本区域的较为全面的自然保护区属性信息与空间信息库。能够为区域尺度上的保护成效评估、保护区网络构建与可持续土地利用等方面的研究与实践工作提供科技支撑。

生物多样性；保护地；保护成效；GIS；西南地区

引言

全球范围内生物多样性的快速丧失已经成为人类社会面临的最大挑战之一。生物多样性不仅具有巨大的潜在经济价值，也是维持区域生态平衡、促进重要营养元素循环的主要因素[1]。因此，为了保护生物多样性, 各国相继制订了诸多保护政策和规划, 其中建立自然保护区是最直接有效的途径之一，是保护生物多样性的关键措施[2]。

中国是世界上生物多样性最丰富的国家之一，但由于人口压力和经济的高速发展，与发达国家相比，我国的生物多样性保护工作更具挑战性[3]。生物多样性的保护和利用必须以全面、准确的生态环境数据为依据，并积极推动自然保护区管理信息化建设。建立完善的自然保护区空间信息库，是开展区域尺度保护成效评估，进而构建起具有全面生态代表性、功能齐全、布局优化的保护区系统的重要基础[4]。

我国第一个自然保护区建立于 1956年。截至2015年底，共建立自然保护区 2740 个，总面积约为 14703 万公顷，其中覆盖陆地面积约为 14247 万公顷，占全国陆地总面积的 14.8%[5]。基本形成了布局较为合理、类型相对齐全、功能较完善的自然保护区网，对我国和世界的生物多样性保护工作起到了重要的推动作用[6]。但是，在抢救式保护的背景下，我国的自然保护区建设缺乏系统的规划过程，存在许多先天不足的问题[4]。甚至有的地方为了促进旅游业发展，争取国家的支持，而设置保护区，这些保护区的设置带有很大的盲目性[7]。

本文以我国西南地区为研究区，包括云南、四川、重庆、贵州、广西、青海和西藏七个省份，通过系统收集整理自然保护区的基本信息及其包含的生物多样性信息，并利用地理信息系统 (GIS) 技术对其空间分布图进行数字化采集，构建了覆盖本区域较为全面的自然保护区属性信息与空间信息库。能够为区域尺度上的保护成效评估、保护区网络构建与可持续土地利用等方面的研究与实践工作提供科技支撑。

1 自然保护区空间信息库构建综述

自然保护区的空间分布及其相关属性信息在生物多样性保护研究和保护区的管理实践中发挥着极为重要的作用, 这就要求加快自然保护区建设与管理的信息化、数字化进程[8]。

发达国家对自然保护区的信息收集始于 20 世纪60年代，第一份联合国保护地名录出版于 1962年。世界保护地数据库 (WDPA) 创建于 1981年，是联合国环境规划署 (UNEP) 和世界自然保护联盟 (IUCN)的联合项目。由联合国环境规划署保护监测中心(UNEP-WCMC) 与政府、非政府组织和学术界合作编制和管理的。建立该数据库的提议可追溯到 1959年，当时联合国经济与社会委员会要求建立各个国家的保护地数据集来汇编成联合国保护地名录，作为未来保护动植物与地质结构的重要区域，并指出它们具有一定经济和科学价值。WDPA 是全球海洋和陆地保护区最全面的数据库，包括相关属性数据和空间分布数据 (即分布边界和点)。它提供在线服务，其数据可在线查询和下载使用[9]。

我国自然保护区数据库建设始于 20 世纪 80年代，到 90年代有了较大发展。特别是随着 3S 技术的不断发展，自然保护区的信息资源管理也有了新的进展。自然保护区含有大量的空间信息，需要 GIS 的支持才能实现其高效管理。GIS 在自然保护区的建设和管理中应用广泛，它是集采集、存储、处理分析和输出自然保护区地理信息于一体的管理决策支持系统，是以自然保护区信息数据化为基础，采用地理模型分析方法，提供多种基于空间位置的动态信息，为自然保护区管理部门提供决策管理并向社会提供服务的计算机技术系统[10]。

目前，GIS 在自然保护区的应用主要包括以下几个方面：(1) 保护区自然环境、生物多样性以及社会经济信息与数据的管理，(2) 保护区珍稀濒危物种的保护，(3) 保护区生物多样性空间分布特征研究，(4)保护区生境评价，(5) 保护区规划与发展[11]。

基于 GIS 技术的自然保护区信息系统不断发展，为自然保护区管理和研究提供了更好的支持。已有的研究有周静等[8]基于 ArcGIS 的中国自然保护区数字化信息系统设计，该系统实现了对自然保护区属性、空间数据的浏览、管理和分析功能；张永宏等[12]基于 ArcGIS Server 的自然保护区信息管理系统实现了地理信息发布、生物多样性、巡护监测及巡护统计等保护区迫切需要的功能；邓越等[13]基于Geodatabase 模型的数字自然保护区空间数据库建设，该数据库将 Geodatabase 模型应用于数字自然保护区空间数据库建设，进行了数据库设计；张洪吉等[14]基于 GIS 的自然保护区特色资源信息系统设计与实现，该系统包括了基本的 GIS 功能、数据管理功能、信息查询功能、数据统计功能以及系统维护功能。

现有的自然保护区信息库在设计上大多注重技术开发，建立了较完善的数据收集和空间查询平台。但其应用主要针对单个自然保护区，不能支持区域尺度上保护区网络的数据管理与分析功能。当前在区域或国家尺度上，主要采用简单的自然保护区名录来管理保护区信息。但其属性信息非常有限，且缺乏空间分布数据。因此，本文针对区域尺度保护区网络成效评估与规划设计的重要需求，构建了包括自然保护区名录、属性信息和空间分布数据的保护区信息库。

2 区域尺度自然保护区空间信息库构建

2.1 建库目标

本信息库建立的目标主要是，利用计算机相关技术，对西南地区自然保护区的基本信息及空间分布信息进行系统整理和总结，提供区域尺度上全面完善的自然保护区信息，为更好地开展生物多样性保护，生态安全等学科研究提供依据和背景资料，为自然保护区的网络构建、资源科学化管理、政策制定等提供科学依据，并与国际自然保护区数据管理接轨，方便更好地交流与合作。

2.2 信息库结构与功能

自然保护区空间信息库是由自然保护区名录、空间分布数据及其属性信息组成。可以利用 GIS 系统对其进行查询、修改及分析处理等操作。自然保护区网络空间信息库系统结构图见图1。

图1 区域尺度自然保护区网络空间信息库结构Fig.1 The structure of the regional spatial database on nature reserves database

2.2.1 自然保护区网络空间信息库的名录库

自然保护区空间信息库中的名录库采用 Excel 表格管理，名录库中包含自然保护区基本信息，如面积、始建年代、所在地等，各功能区面积，以及生物多样性信息，如动植物种类数，所在地社会信息，如人口等，共计 40 余项。名录库中除了此类基础属性字段，还增加了对各保护区面积、功能区、边界以及是否撤销等动态变化信息进行记录的字段，为研究自然保护区的动态变化情况提供相应的数据资料。名录库的具体字段及其说明见表1。

表1 名录库字段表Table 1 The attributes in nature reserve list

名录库采用简单的表格形式，使保护区的各类信息一目了然，同时方便进行查询、修改和统计。名录库全面收集了七个省份自然保护区的大量数据，可作为区域尺度上自然保护区网络的构建和管理、自然保护区保护成效评估、生态补偿机制以及人类活动对生境影响等研究的基础数据。

2.2.2 自然保护区空间信息库的空间分布数据及其属性信息

在 GIS 系统中，对自然保护区的相关分布数据进行数字化采集后，建立了自然保护区的空间分布数据库。根据所收集的数据不同，将自然保护区分为点状数据、线状数据和多边形数据。每种类型的数据都具有独立的属性表。

部分自然保护区从成立之初至今，进行过一次或多次面积和功能区调整，对每次调整后的保护区空间分布图依次进行数字化采集，并根据保护区边界及功能分区所建年份命名。

多边形数据和线状数据按省份分别设置目录，每个省目录下包括该省自然保护区的 shp.类文件、原始空间分布图、经地理配准后的空间分布图，每个保护区的相关文件统一命名；七个省的点状数据则合并于一个 shp.文件。

(1) 多边形数据

多边形数据包含保护区的面状边界信息，部分含有功能区划信息。收集的纸质空间分布图通过扫描等方式进行矢量化。

部分自然保护区虽未能收集到详细的空间分布资料，但可根据相应的范围描述，依据已有的居民点、县界以及河流流域图等数据，人工绘制出保护区的大致边界范围。多边形数据属性表见表2。

(2) 线状数据

西南七省中有少数自然保护区的保护范围是江河及其水生生物，如长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区等，此类保护区作为线状数据进行数字化及信息采集。线状数据属性表见表3。

(3) 点状数据

西南七个省的自然保护区中，大部分市、县级自然保护区由于管理相对薄弱，保护区的空间分布图等图像资料不尽完善。因此，在保护区经纬度四至或小地名等信息完整的条件下，将此类保护区采集为点状数据。点状数据属性表见表4。

表2 多边形数据属性表Table 2 The attribute table of Polygon data

表3 线状数据属性表Table 3 The attribute table of Line data

表4 点状数据属性表Table 4 The attribute table of point data

2.3 数据采集方法与标准

数据资料是数据库建设的基础，数据的准确性及质量优劣，直接影响着自然保护区信息库的建立。因此，必须对所收集的数据资料进行整理、分析和判断，并且结合名录库、空间分布数据及其属性库对原有资料进行处理[15]。所采用数据必须来源于政府相关部门发布的正式文件或相关科研文献，仔细分析和检查每个处理环节，严格保证数据的质量。

信息库数据资料包括两个部分：名录库数据资料和空间分布数据及其属性信息资料。

(1) 名录库数据

数据来源于各省环境保护厅、林业厅等政府部门网站发布的相关文件、公告、数据库；各自然保护区官网发布的保护区基本信息；相关科研文献；通过走访相关政府部门咨询、收集部分公开资料；相关研究机构发布的数据库、书籍、论文、报告等。最后，根据数据的不同来源，对比可信度和准确度，选择质量最优的数据，并在名录库的备注 (Note) 字段中注明各属性元素来源。

(2) 空间分布数据及其属性信息

数据来源于环境保护部、各省环境保护厅发布的文件、公告等，部分自然保护区官方网站公布的数据，相关文献以及相关机构发布的数据库、报告、论文等。所采用数据需在空间分布数据库的备注 (Note)字段中注明来源，方便查询。

3 自然保护区空间信息库的特点与应用

3.1 信息库的特点

本文构建的自然保护区网络空间信息库以西南地区为研究区，但也可应用到全国尺度。在总结已有数据库现状和特点的基础上，设计了具有一定针对性的信息库，具有以下特点：

(1) 信息全面：名录库中包含的字段全面概括了自然保护区的基本情况和生态环境状况，不仅包含保护区的现状，还体现了保护区自建立年代起的动态变化情况。可针对不同的研究方向提供基本数据资料。空间分布数据及其属性库将自然保护区的地理位置、功能区划等信息集合于一体，并且尽可能收集各自然保护区的详细空间数据资料。

(2) 数据准确性高：信息库中的数据全部来自于官方及政府部门发布的文件，以及相关科研文献中的数据，并对所收集的数据进行甄别、对比、分析，最终输入信息库的数据准确度得到大大地提高，名录库和空间分布数据及其属性库中都需要详细填写每个数据的来源，方便日后查询、核对与修改。

(3) 可提供区域尺度的数据支持：我国现有的自然保护区信息库多针对单个自然保护区，缺乏区域尺度上的自然保护区网络信息库。本文的研究成果能够为区域尺度的保护区空间分布格局分析、保护成效评估、保护区网络规划等研究与实践工作提供科学支撑。

(4) 统一的数据格式：目前，我国自然保护区的各类数据分散在不同管理部门，这些数据的类型、所包含的信息以及存储格式都不尽相同，这为保护区之间的交流和资源共享制造了困难，不利于对自然保护区信息的综合管理和决策。本文所构建的信息库全面收集前人的研究成果，整合于一张表格中，统一了其表达方式及存储格式，为资源共享提供了一个良好的平台。

3.2 应用领域

本信息库为保护区的基本情况、野生动植物、生态环境、保护区内人口等基础数据提供了统一的储存、管理和维护平台。充分利用这些信息能够为自然保护区有效管理提供有力的支持，是实现自然资源可持续管理利用的要求[7]。

区域尺度上自然保护区网络构建在生物多样性保护和保障生态系统服务功能等方面具有重要的意义。自然保护区空间信息库的建立则能够对区域自然保护区网络的构建提供科学支持和指导。通过对自然保护区数据的收集和整合，利用 GIS 技术、空缺分析和热点地区分析等方法从庞大的数据中发现规律和结论，作为相关学科研究的基础数据支持。如生态保护区与建设工程对生态安全格局的影响；判识生态安全格局关键区域的保护空缺；结合生物多样性、生态系统服务和关键生态安全区域的空间分布与形成机制，阐明生态保护建设工程对区域生态安全格局的影响机制等。

4 结束语

区域尺度自然保护区网络空间信息库的构建需要集成大量的保护区属性信息和空间分布信息。在后续的工作中，需要进一步完成自然保护区数据的收集与整合，使其具有广泛的应用性。进一步对信息库中的大量数据进行相关分析，例如保护区空间分布格局分析，人类活动 (城市扩展、资源开发、重大公路工程建设与水利水电工程建设、生态保护与建设等) 对自然保护区发展的影响，经济发展对生态保护、保护区管理的影响等。

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Establishment of the Regional-Scale Spatial Database on Nature Reserves

Hu Peijun1,2, Wu Ruidong1,2
1.Institute of International Rivers and Eco-security, Yunnan University, Kunming, Yunnan 650091, China
2.Yunnan Key Laboratory of International Rivers and Transboundary Eco-security, Yunnan University, Kunming, Yunnan 650091, China

All kinds of reserves are the key strategies for protecting global biodiversity and sustaining natural resources.However, the current spatial databases on nature reserves are mainly developed for single reserve, while the establishment of regional-scale database is very limited.With the 7 provinces in southwest China as study area, this paper systematically collected the information on nature reserves as well as the biodiversity, digitized the spatial data using GIS tools, and established a comprehensive regional-scale spatial database on nature reserves.This work can provide significant supports for the related studies or practices on the regional-scale assessment of conservation effectiveness, establishment of reserve network, and sustainable land-use planning.

biodiversity; protected areas; conservation effectiveness; GIS; Southwest China

10.11871/j.issn.1674-9480.2017.03.008

国家重点研发计划 (2016YFC0502103)；国家自然科学基金 (31670539)

2017年1月10日

胡佩君：云南大学国际河流与生态安全研究院，硕士研究生，研究方向为自然保护区空间格局。

E-mail:peijun_1993@163.com

武瑞东：云南大学国际河流与生态安全研究院，副研究员，研究方向为保护生物地理学、生态系统服务、系统保护规划。

E-mail:rdwu@ynu.edu.cn