研制全球、中国、区域尺度三张地图：科学研究支撑荒野保护

图片来源：河北小五台山荒野景观（曹越摄）

导读

根据世界自然保护联盟（IUCN）的定义，荒野（Wilderness）是指大面积自然原貌得到基本保留或只被轻微改变的区域，其中没有永久或明显的人类聚居点。

荒野是人类文明的自然本底，是原真性最高的自然遗产，是国家公园等自然保护地中最具生态价值的精华，是最美丽的陆地和海洋区域，具有生态、社会、文化、精神、审美、经济等多重价值，能够提供经济、社会和城乡可持续发展必不可少的生态系统服务，也是应对生物多样性危机和气候变化的重要物质载体。

因此，开展多尺度荒野地空间识别和保护规划，对于生物多样性保护、缓解气候变化、支撑人类可持续发展至关重要！

本文总字数4457，阅读约16分钟。

作者简介：

曹越，2020年清华大学研究生特等奖学金候选人，建筑学院2014级直博生，师从杨锐教授，主要研究方向为荒野保护、国家公园与自然保护地。开展中国荒野保护的创新性研究，完成第一张中国国土尺度荒野地图，参加泰山、黄山、武夷山、三江源、滇西北等我国多处重要自然保护地的规划与研究工作。相关研究成果发表于《科学-进展》（Science Advances）、《景观与城市规划》（Landscape and Urban Planning）、《生物保护》（Biological Conservation）、《中国园林》等国内外顶级期刊上，服务于我国和全球的自然保护重大战略。

主要学术贡献

在清华大学景观学系主任、国家公园研究院院长杨锐教授的指导下，曹越及合作者开展了三种空间尺度上的荒野研究：

（1）全球尺度，基于空间荟萃方法，创新性的识别了全球尺度自然保护地优先扩展的区域，进而为全球195个国家设置了自然保护地目标规模与空间规划。这为未来30年全球自然保护地的扩展指明了方向，首次为195个国家提供了具体的保护地目标数字。该研究发表于Science Advances，审稿人认为可以为2021年联合国生物多样性大会做出重要贡献。这也是建筑学院第一次在科学子刊发表的论文，实现历史性突破。

（2）中国尺度，提出荒野制图的新方法，首次揭示了中国荒野地空间格局，完成了第一张高精度的中国荒野地图。该研究发表于风景园林学和城市研究领域的国际顶级期刊Landscape and Urban Planning。

（3）区域尺度，研究提出了荒野地网络规划的概念模型与规划方法。这种方法该能够在物种数据缺乏、需要快速评估的背景下高效的构建生态网络，并且特别适合物种数据缺乏的区域。并且推广到国土空间生态网络规划中。该研究发表在生物多样性保护领域的重要国际期刊Biological Conservation。

01

全球尺度：基于高效益低成本的全球陆域自然保护地优先扩展区域

——设定2020年后全球和国别目标

《基于高效益低成本的全球陆域自然保护地优先扩展区域——设定2020年后全球和国别目标》（Cost-effective priorities for the expansion of global terrestrial protected areas: Setting post-2020 global and national targets）一文的研究背景是：全球生物多样性下降导致严重的社会与生态危机。许多科学家和保护实践者呼吁在全球范围内扩展自然保护地，以应对这一危机。然而，目前尚不清楚应该在哪些地方设置新的自然保护地，才能以高效益、低成本的方式保护生物多样性。

为回答这一问题，该研究开展了空间荟萃分析，叠加了七个全球生物多样性保护优先区方案，综合识别出“保护优先区”（Conservation Priority Zones, CPZs)，进而与低人类影响区（Low Human Impact Areas, LIAs）叠加，识别出自然保护地认定的“高效益低成本区域”（Cost-Effective Zones，CEZs）。高效益低成本区域即为具有重要生物多样性保护价值，且同时适宜建立保护地的区域。研究发现，“高效益低成本区域”约占全球陆地面积的38%，但是全球有大面积的“高效益低成本区域”未受到保护——尽管全球已经有14.1%的陆地被认定为保护地，但只有24%的“高效益低成本区域”受到了保护，剩余的76%仍然位于保护地之外。为了填补这一空缺，我们不仅需要增加保护地的数量，更要在合适的地区提升保护的效益，从而整体提升保护地系统的质量。为了保护更多的 “高效益低成本区域”，研究提出三种保护情景——保守目标、中等目标和宏伟目标，分别需要保护全球陆地面积的19%，26%和43%。此外，研究为每个《生物多样性公约》缔约方制定了国家尺度的三种保护目标，并识别了具有明确空间边界的“高效益低成本区域”，为制定《2020年后全球生物多样性框架》提供了决策支持。

2021年将在中国昆明召开《生物多样性公约》第15届缔约方大会（COP15），为国际社会提供了一个独特且具有历史意义的契机，让各利益相关方共聚一堂，共同开辟一条实现人与自然和谐相处的道路。此次大会以“生态文明：共建地球生命共同体”为主题，并将制定《2020年后全球生物多样性框架》。本文的研究结果，在国际层面将为全球制定《2020年后全球生物多样性框架》提供决策支持和科学依据；在国家层面将为195个《生物多样性公约》缔约国开展自然保护地空间规划和更新“国家生物多样性保护战略与行动计划”提供技术支持。

图1 全球高效益低成本区域和现有保护地叠加情况

0２

中国尺度：中国荒野制图——比较并整合布尔叠加法和加权线性叠加法

《中国荒野制图——比较和整合布尔叠加法和加权线性叠加法》（Mapping wilderness in China: Comparing and integrating Boolean and WLC approaches）一文提出了一种荒野制图的新方法，首次揭示中国荒野地空间格局，该文在1km的高精度下识别了中国86090个荒野地斑块，为中国开展荒野保护奠定扎实的数据基础，可以为中国国土空间规划、国家公园总体布局等提供重要基础。

在第六次物种大灭绝和人类世的时代，荒野保护变得越来越重要。绘制人类对景观改变程度的连续带谱，可以为荒野保护提供关键信息。但是，通过对荒野连续谱进行重新分类来识别荒野，可能存在不确定性。在这项研究中，将布尔叠加法和加权线性叠加法整合在一起，用于识别离散的荒野地斑块，并评估他们的相对荒野质量。将此方法应用于中国，分辨率为1km2。首先使用布尔叠加法识别荒野地斑块，该方法为土地利用、距居民点距离、距道路距离设置离散的阈值。然后使用加权线性叠加法，结合六个荒野质量指标以创建荒野质量指数（Wilderness Quality Index），包括生物物理自然度、人口密度、距居民点的距离、距公路/铁路的距离、居民点密度和道路/铁路密度。然后，通过整合布尔叠加法和加权线性叠加法来创建综合荒野地图。研究发现，中国是荒野景观的大国，存有86,000多个荒野地斑块，这些斑块的相对荒野质量各异，总计约占42％的中国陆地区域。现有荒野地斑块中约有77％未被自然保护区覆盖，这表明中国的荒野地存在较大的保护空缺。本文提供的荒野地图可以用于认定新的荒野保护区、连通性保护和荒野质量变化监测。这种综合的荒野制图方法对其他国家进行荒野地存量调查和制定荒野保护政策也具有重要作用。

在中国，荒野程度较高的区域主要分布于西藏北部、新疆南部、青海西部、内蒙古西部等，包括羌塘、阿尔金山、可可西里、塔克拉玛干沙漠、罗布泊等区域，其中西藏羌塘仍保存着大约30万平方公里的无人区。中等程度与低程度的荒野地分布于全国各个省份，例如秦岭、神农架、滇西北、武夷山等。虽然中国中部与东部的荒野具有破碎化的特点，但受各种环境因素影响，它们比西部荒野具有更高的物种丰富度，并为周边的大量城市人口提供着重要的生态系统服务，因此仍具有很高的保护价值。

占国土面积18%的中国自然保护地体系，已经覆盖了很多高质量的荒野地区。然而，在经济高速发展和快速城镇化进程中，中国的荒野保护面临诸多挑战，主要包括城市和农业用地扩张、机动车道路与水库大坝等基础设施建设、管理不当的旅游活动、偷猎盗猎、采矿等。随着荒野地的减少，生物多样性与生态系统功能也受到严重损害。尽管存在诸多挑战，中国荒野保护也正在迎来前所未有的历史性机遇：在观念层面，生态文明建设强调“尊重自然、顺应自然、保护自然”，以及“山水林田湖草是生命共同体”的环境伦理观念，这与荒野保护所蕴含的“生态整体主义”紧密契合；在制度层面，建立“以国家公园为主体的自然保护地体系”已经成为党的十九大以来我国生态文明建设的核心任务之一，这些都为荒野保护提供了适宜、适时的前提条件。

图2 中国荒野地图

0３

区域尺度：连接荒野制图与连通性建模——一种荒野地网络规划的方法论框架

《连接荒野制图与连通性建模——一种荒野地网络规划的方法论框架》（Linking wilderness mapping and connectivity modelling: A methodological framework for wildland network planning）一文的研究背景是：自然栖息地的破碎化是全球生物多样性丧失的主要驱动力之一。在气候变化和人类活动增强的背景中，通过构建生态网络来保护和恢复景观的连通性，已经成为当前自然保护中一项最核心的策略。然而，以往多数的连通性建模是基于焦点物种的方法，存在着物种数据难以获得、在大尺度上计算成本较高等局限性。

本研究则从“景观自然度”和“生态完整性”的角度切入，提出了一种荒野地网络规划的方法，使用荒野度的数据代替物种数据，使用荒野地图的结果数据作为连通性建模的输入数据，应用最小阻力模型和电路理论模型，采用Linkage Mapper和Circuitscape软件，将荒野地作为“源斑块”，基于荒野度生成“阻力值”，从而构建荒野地之间的生态廊道和生态网络，同时可以识别生态廊道中的关键瓶颈点，以作为生态修复的目标区域。本研究以中国大太行区域为案例，构建了荒野地网络（包括源、阻力面、生态廊道、廊道中的关键瓶颈点）。研究认为，荒野地网络可以作为对于“栖息地网络”和“自然保护地网络”的一种有效且高效的替代方法，特别是在物种数据缺乏或需要开展快速评估时，这一方法具有独特的优势。

本研究提出的荒野地网络规划方法，有潜力应用于我国国土空间生态保护和修复，作为规划和构建区域尺度生态网络的一种新方法，能够快速模拟生态廊道，并识别生态廊道中的关键瓶颈点。通过构建生态廊道，有助于完善国土生态安全格局、减少栖息地破碎化对生物多样性产生的负面影响，并为可持续人居环境提供生态保障。由于该方法具有一定的普适性，因此也有潜力推广应用于世界各国的破碎化景观之中。

图3 大太行区域荒野地网络及其中的关键瓶颈点

0４

结语

上述研究工作也得到了一些认可，曹越受邀参加全球自然保护领域最重要机构——世界自然保护联盟的荒野专家组和再野化专家组。

此外，曹越坚持把论文写在祖国大地上，参加16项重要研究课题和实践项目，包括国家自然科学基金面上项目《国家公园背景下中国荒野地空间格局与保护机制优化研究》、国家林草局委托研究课题《中国自然保护地现状评估、问题分析与改革建议》、国家发改委委托课题《中国国家公园体制建设指南》，以及我国重要自然保护地规划实践项目《泰山风景名胜区总体规划》、《黄山世界自然与文化遗产保护管理规划》、《武夷山国家公园与自然保护地群落规划研究》、《滇西北国家公园发展规划战略研究》等。

相关研究成果的影响也扩展到学术界之外，得到光明日报等媒体广泛报道，促进荒野保护走入公众视野；此外，对政府部门也产生了积极影响，促进了“再野化”的先进理念被纳入我国生态保护修复工程指南中。

未来，我们将继续开展多尺度荒野研究与保护实践工作，为美丽中国、生态文明建设贡献智慧！

参考文献

[1]Yang R*, Cao Y, Hou S, Peng Q, Wang X, Wang F, Tseng T, Yu L, Carver S, Convery I, Zhao Z, Shen X, Li S, Zheng Y, Liu H, Gong P*, Ma K*. Cost-effective priorities for the expansion of global terrestrial protected areas: Setting post-2020 global and national targets. Science Advances, 2020, 6, eabc3436.

[2]Cao Y, Carver S, Yang R*. Mapping wilderness in China: Comparing and integrating Boolean and WLC approaches. Landscape and Urban Planning, 2019, 192: 103636.

[3]Cao Y, Yang R*, Carver S., Linking wilderness mapping and connectivity modelling: A methodological framework for wildland network planning. Biological Conservation, 2020, 251:108679.

[4]曹越, 杨锐*.中国荒野研究框架与关键课题[J].中国园林, 2017(6):10-15.

[5]杨锐, 曹越. 以国家公园为契机, 推动中国荒野保护[N]光明日报, 2018-9-22(7).

文稿｜曹　越

编辑｜高松龄 邱雨浩 李艳文 周圣钧

审核｜赵　鑫 张可人