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本文發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊Journal of Environmental Management 2021年第299卷，第一作者為清華大學(xué)建筑學(xué)院博士生彭欽一，通訊作者為清華大學(xué)國(guó)家公園研究院院長(zhǎng)、建筑學(xué)院景觀學(xué)系主任楊銳。本研究提出了一種在大尺度區(qū)域內(nèi)定量評(píng)價(jià)生物多樣性保護(hù)與人類活動(dòng)沖突風(fēng)險(xiǎn)的新方法。以往關(guān)于保護(hù)沖突的評(píng)估主要使用疊圖法和基于參與式制圖的定量方法，不利于進(jìn)一步精細(xì)化的保護(hù)沖突管理。本研究從沖突風(fēng)險(xiǎn)的定義入手，在IUCN物種紅色名錄空間分布數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化中國(guó)境內(nèi)分布的2493種瀕危脊椎動(dòng)物的適宜棲息地，使用Zonation軟件計(jì)算中國(guó)陸域范圍的生物多樣性保護(hù)價(jià)值，再結(jié)合人類活動(dòng)強(qiáng)度，得到“潛在沖突強(qiáng)度”和“偏好沖突”兩個(gè)指標(biāo)，形成中國(guó)陸域保護(hù)沖突風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，從而繪制中國(guó)陸域生物多樣性保護(hù)沖突的連續(xù)譜地圖，識(shí)別國(guó)家、省域、區(qū)縣尺度的沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)區(qū)域。研究認(rèn)為32.86%的中國(guó)陸域面積需要在不同級(jí)別的行政管理中特別關(guān)注保護(hù)沖突的管理。通過(guò)系統(tǒng)的文獻(xiàn)檢索，收集了中國(guó)國(guó)內(nèi)實(shí)際發(fā)生生物多樣性保護(hù)沖突的96處案例點(diǎn)，對(duì)沖突風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。研究提出的生物多樣性保護(hù)沖突定量評(píng)價(jià)方法，能夠識(shí)別不同尺度的行政單元內(nèi)保護(hù)沖突管理的重點(diǎn)區(qū)域，為有針對(duì)性的自然保護(hù)地管理、國(guó)土空間規(guī)劃提供參考，并為中國(guó)2020年后生物多樣性保護(hù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以及中國(guó)的可持續(xù)城鎮(zhèn)化提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，該方法具有一定的普適性，因此有潛力推廣運(yùn)用于其他國(guó)家，以及全球尺度的保護(hù)沖突研究。

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研究背景

全球生物多樣性下降促使人們呼吁制定雄心勃勃的生物多樣性保護(hù)和保護(hù)區(qū) (PA) 覆蓋目標(biāo)，以解決擴(kuò)大生物多樣性的需求，保護(hù)一些由人類主導(dǎo)的景觀。在《生物多樣性公約》中提出要保護(hù)至少30%的地球，重點(diǎn)關(guān)注的是對(duì)生物多樣性特別重要的地區(qū)。人類活動(dòng)被視為生物多樣性的主要威脅，并可能在土地利用和人與野生動(dòng)物相互作用等領(lǐng)域引發(fā)生物多樣性保護(hù)沖突，確定生物多樣性保護(hù)可能與當(dāng)前人類活動(dòng)發(fā)生沖突的地方對(duì)于這些地區(qū)的主動(dòng)規(guī)劃和管理非常重要。

在空間上評(píng)估這些沖突最廣泛使用的方法是重疊法（常與土地利用適宜性或土地利用變化分析相結(jié)合，可大規(guī)模應(yīng)用，只能產(chǎn)生定性結(jié)果）和來(lái)自公眾參與 GIS 數(shù)據(jù)的沖突二維模型（PPGIS）（僅限于具有離散和不完整輸出的局部規(guī)模）。由于人類活動(dòng)的強(qiáng)度是連續(xù)的，每一塊土地都在一定程度上受到人類活動(dòng)的影響。同時(shí)，每塊土地都有其對(duì)生物多樣性的價(jià)值。因此，保護(hù)沖突的風(fēng)險(xiǎn)也被視為一個(gè)連續(xù)體。然而，仍然缺乏揭示大范圍地區(qū)沖突風(fēng)險(xiǎn)連續(xù)性的定量方法。填補(bǔ)這一研究空白的意義重大，特別是對(duì)于決策者確定需要特別關(guān)注的區(qū)域并正確實(shí)施保護(hù)行動(dòng)。

本研究提出了一種新的量化模型來(lái)衡量生物多樣性保護(hù)與當(dāng)前人類活動(dòng)之間的沖突風(fēng)險(xiǎn)，主要探討以下問(wèn)題：

（1）建立和驗(yàn)證大范圍地區(qū)沖突風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的量化模型，并以中國(guó)為例對(duì)沖突風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化；

（2）探索中國(guó)沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)的空間格局；

（3）評(píng)估潛在沖突的影響，為中國(guó)的空間規(guī)劃和保護(hù)規(guī)劃提供建議。

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沖突風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的量化模型流程圖

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研究材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)收集和處理

（1）生物多樣性：利用DEM數(shù)據(jù)和土地覆蓋數(shù)據(jù)繪制了分布在中國(guó)的600個(gè)哺乳動(dòng)物、372個(gè)兩棲動(dòng)物、268個(gè)爬行動(dòng)物和1253個(gè)鳥(niǎo)類的適宜棲息地，稱為棲息地區(qū)域（AOH）；剪裁了分布在中國(guó)的42個(gè)生態(tài)區(qū)，分配了每種土地覆蓋類型的自然度值（即農(nóng)田 = 0.2；森林 = 1；草地 = 0.9；灌木地 = 0.9；濕地 = 1；水 = 1；苔原 = 1；不透水表面 = 0.05；裸地= 0.9；雪/冰 = 1)。

（2）人類活動(dòng)：從荒野連續(xù)統(tǒng)圖中推導(dǎo)出人類活動(dòng)強(qiáng)度（HAI）指標(biāo)，綜合公路/鐵路密度、居民點(diǎn)密度、人口密度、土地利用的生物物理自然性、距居民點(diǎn)距離、距公路/鐵路距離。

（3）保護(hù)區(qū)：改進(jìn)了來(lái)自世界保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù) （WDPA）的保護(hù)區(qū)分布數(shù)據(jù)，通過(guò)比較從政府收集的 PA 邊界。合并重疊特征后，共收集到 848 個(gè)保護(hù)區(qū)，占中國(guó)陸地面積的 14.77%。

數(shù)據(jù)處理和分析在ArcGIS 10.2 中使用 Albers 等面積圓錐投影進(jìn)行。所有柵格文件的像素大小為 1 km × 1 km。

2.2 評(píng)估生物多樣性保護(hù)價(jià)值（BCV）

使用 Zonation 繪制了中國(guó)的BCV。

2.3 評(píng)估生物多樣性保護(hù)與人類活動(dòng)之間的沖突風(fēng)險(xiǎn)

每個(gè)網(wǎng)格單元的沖突風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(CRI)由潛在沖突強(qiáng)度(PCI)和偏好沖突(PC)確定。PC 得分反映了行政單位在保護(hù)方面的分歧程度，而PCI反映了潛在沖突的嚴(yán)重程度。為了評(píng)估 PCI 得分，我們將每個(gè)網(wǎng)格單元的HAI 和 BCV 總結(jié)為：

PC 得分的評(píng)估從測(cè)量每個(gè)單元中保護(hù)的潛在支持和反對(duì)開(kāi)始。我們認(rèn)為 BCV較高的地區(qū)更需要保護(hù)，而 HAI較高的地區(qū)的保護(hù)更有可能受到更高成本和保護(hù)反對(duì)的阻礙。對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格單元，通過(guò)使用自然斷點(diǎn)法對(duì)BCV 進(jìn)行切片來(lái)確定潛在支持的得分，而通過(guò)切片 HAI 來(lái)確定潛在反對(duì)的得分。為了減少與切片數(shù)量（N）相關(guān)的不確定性，我們使用蒙特卡羅方法生成每個(gè)網(wǎng)格單元的 PC 得分 500 次。在每一代中，N 是一個(gè)從 100到 10,000 的隨機(jī)數(shù)。然后，通過(guò)以下公式計(jì)算每一代的 PC得分：

其中 PCi 是第 i 代（i ≤ 500）中每個(gè)網(wǎng)格單元的偏好沖突指數(shù)，Psi 是歸一化為 0-1 后潛在支持的得分，Poi 是歸一化為 0-1 后潛在反對(duì)的得分。

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中國(guó)的生物多樣性保護(hù)價(jià)值和人類活動(dòng)強(qiáng)度圖。(a)由分區(qū)法評(píng)估的生物多樣性保護(hù)價(jià)值；(b)由荒野連續(xù)圖得出的人類活動(dòng)強(qiáng)度

2.4 評(píng)估生物多樣性保護(hù)與人類活動(dòng)之間的沖突風(fēng)險(xiǎn)

采用了經(jīng)典定義，即風(fēng)險(xiǎn)是通過(guò)后果的概率和嚴(yán)重程度來(lái)衡量的。因此，CRI得分通過(guò)以下公式計(jì)算：

其中 CRIi 是第i 代每個(gè)網(wǎng)格單元的沖突風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，PCi 是第 i 代每個(gè)網(wǎng)格單元的偏好沖突指數(shù)。最后，將 500 個(gè)結(jié)果的平均值作為每個(gè)網(wǎng)格單元的沖突風(fēng)險(xiǎn)：

2.5 評(píng)估模型的敏感性和準(zhǔn)確性

對(duì)于敏感性分析，由于CRI連續(xù)譜圖的不確定性主要來(lái)自每一代 N 的數(shù)量，計(jì)算了 500 個(gè)CRI 結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以顯示模型的整體敏感性。

為了驗(yàn)證沖突風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性，在知網(wǎng)中進(jìn)行了相關(guān)文獻(xiàn)檢索。收集了96 個(gè)具有發(fā)生沖突的特定位置信息的參考站點(diǎn)。為了反映不同治理水平下沖突管理的缺位區(qū)域，采用自然斷點(diǎn)法將CRI連續(xù)圖分為4類（最高沖突風(fēng)險(xiǎn)、高沖突風(fēng)險(xiǎn)、低沖突風(fēng)險(xiǎn)和最低沖突風(fēng)險(xiǎn)）。將沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)定義為在任何一個(gè)尺度上被確定為最高沖突風(fēng)險(xiǎn)和高沖突風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域。為了減少參考點(diǎn)位置不準(zhǔn)確帶來(lái)的誤差，認(rèn)為如果參考點(diǎn)的2 km緩沖區(qū)中存在沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)，則該參考點(diǎn)可以被成功識(shí)別。

2.6 評(píng)估潛在沖突的影響

首先計(jì)算了有多少人和物種生活在沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)地區(qū)，以揭示這些地區(qū)在空間規(guī)劃中的重要性。然后，用PAs覆蓋熱點(diǎn)地區(qū)，評(píng)估在熱點(diǎn)地區(qū)設(shè)置PAs的可行性，并探討PAs的大小與CRI平均得分(MCRI)之間的關(guān)系。最后，為了進(jìn)一步說(shuō)明潛在沖突對(duì)生物多樣性保護(hù)的影響，采用等面積法將BCV劃分為10個(gè)級(jí)別，并計(jì)算了MCRI和沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)在每個(gè)BCV級(jí)別中所占的比例，以顯示MCRI與BCV之間的關(guān)系，為2020年后生物多樣性保護(hù)策略提供參考。

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研究結(jié)果

3.1 沖突風(fēng)險(xiǎn)在中國(guó)的分布

中國(guó)的CRI平均得分為0.255，最高得分為3.656。從空間格局來(lái)看，CRI得分較高的區(qū)域主要分布在沿海地區(qū)、臺(tái)灣島、海南島、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和四川盆地周邊地區(qū)。CRI得分高的地區(qū)與中國(guó)“十四五”規(guī)劃提出的城市化愿景有著相似的空間格局，尤其是黃河以南城市群。

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中國(guó)的沖突風(fēng)險(xiǎn)連續(xù)圖

模型的靈敏度和準(zhǔn)確性500代的標(biāo)準(zhǔn)偏差，最大標(biāo)準(zhǔn)偏差約為 0.017，因此非常低。這表明CRI評(píng)分幾乎不受N個(gè)數(shù)的影響。在96個(gè)參考站點(diǎn)中，83個(gè)站點(diǎn)，即86.46%的站點(diǎn)被完全識(shí)別為沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)（56個(gè)被識(shí)別為1級(jí)沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)），表明我們結(jié)果的準(zhǔn)確性很高。

3.2 中國(guó)沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)空間格局

沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)占中國(guó)陸地面積的32.86%，主要分布在胡煥庸線東南側(cè)。沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)可分為2個(gè)等級(jí)，1級(jí)（四川盆地周邊地區(qū)和沿海地區(qū)）和2級(jí)（南方）沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)分別占8.13%和24.73%，保護(hù)與開(kāi)發(fā)之間的權(quán)衡可能特別復(fù)雜。

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中國(guó)一級(jí)和二級(jí)沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)空間分布

3.3 潛在保護(hù)沖突的影響

超過(guò) 5.86 億人生活在沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)地區(qū)，占中國(guó)人口的42.98%，超過(guò)2.28億人生活在1級(jí)熱點(diǎn)地區(qū)。沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)地區(qū)有2456種物種有合適的棲息地。其中，88種僅分布在熱點(diǎn)地區(qū)。與保護(hù)區(qū)和中國(guó)陸地的平均物種豐富度相比，沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)（每平方公里128.77種）和一級(jí)熱點(diǎn)（每平方公里130.56種）的物種豐富度要高得多。

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沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)對(duì)社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響。(a) 沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)地區(qū)的人口  (b) 沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)地區(qū)的生物多樣性

3.4 潛在保護(hù)沖突的影響

沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)的保護(hù)區(qū)覆蓋率僅為10.69%，在中國(guó)仍存在重要的保護(hù)空白。在現(xiàn)有的保護(hù)區(qū)中，長(zhǎng)江流域和東部沿海的保護(hù)區(qū)通常具有較高的 MCRI 分?jǐn)?shù)（圖6a）。此外，當(dāng) PA尺寸減小時(shí)，PA 的 MCRI 分?jǐn)?shù)正在增加（圖6b）。由于沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)占保護(hù)區(qū)總面積的23.81%，存在于91.53%的保護(hù)區(qū)，因此生物多樣性保護(hù)與人類活動(dòng)之間的潛在沖突在保護(hù)區(qū)內(nèi)較為普遍。

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中國(guó)沖突風(fēng)險(xiǎn)與保護(hù)區(qū)的關(guān)系。（a）PA 的 MCRI 分?jǐn)?shù)；(b) MCRI 分?jǐn)?shù)和 PA 大小之間的散點(diǎn)圖（使用常用對(duì)數(shù)計(jì)算后）

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討  論

4.1 研究的改進(jìn)之處

本研究為量化生物多樣性保護(hù)與當(dāng)前大范圍人類活動(dòng)之間的沖突風(fēng)險(xiǎn)提供了一個(gè)量化且廣泛適用的模型，中國(guó)的例子證明了該模型的高精度和低靈敏度。與重疊方法相比，該模型不僅可以生成潛在沖突的分類圖，還可以生成沖突風(fēng)險(xiǎn)的連續(xù)圖。

模型產(chǎn)生的 CRI得分可以比較任意兩個(gè)網(wǎng)格單元之間的沖突風(fēng)險(xiǎn)，并降低與分類相關(guān)的不確定性。與沖突的二維模型相比，我們的模型使用連續(xù)數(shù)據(jù)作為輸入，從而可以量化大尺度區(qū)域內(nèi)每個(gè)網(wǎng)格單元的CRI得分。更重要的是，使用二維模型的沖突評(píng)估通常分辨率較低，受數(shù)據(jù)質(zhì)量的限制而該模型可以提高評(píng)估的分辨率。CRI連續(xù)統(tǒng)圖可以在不同的尺度上使用，以識(shí)別在不同治理水平上需要特別關(guān)注的區(qū)域，與單一尺度的評(píng)估相比。

4.2 對(duì)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的影響

（1）為實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)，MCRI得分較高的單位應(yīng)分配更多的單位面積管理資源。由于小型保護(hù)區(qū)更容易受到潛在沖突的影響，因此需要更具創(chuàng)新性和包容性的管理。

（2）沖突風(fēng)險(xiǎn)高的地區(qū)通常不適合設(shè)立保護(hù)區(qū)。在大多數(shù)沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)地區(qū)，設(shè)置保護(hù)區(qū)可能會(huì)影響到許多人類利益并引發(fā)激烈的爭(zhēng)議，然而缺乏保護(hù)措施可能會(huì)對(duì)重要的生物多樣性特征造成破壞，這是一種困境。為實(shí)現(xiàn)2020年后生物多樣性目標(biāo)，沖突風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)，特別是一級(jí)熱點(diǎn)，應(yīng)優(yōu)先納入國(guó)家生物多樣性戰(zhàn)略和行動(dòng)計(jì)劃，并在相應(yīng)層次的空間規(guī)劃中予以強(qiáng)調(diào)。

（3）應(yīng)制定積極的戰(zhàn)略以防止沖突爆發(fā)并實(shí)現(xiàn)保護(hù)和發(fā)展的雙贏局面，例如，其他有效的基于區(qū)域的措施(OECM) 、土地利用、參與式治理、生態(tài)走廊建設(shè)和多功能景觀。

（4）由于氣候變化可能會(huì)改變生物多樣性的分布和人類活動(dòng)的方式，同時(shí)土地覆被變化受到復(fù)雜驅(qū)動(dòng)因素的影響，綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在熱點(diǎn)地區(qū)對(duì)于了解土地利用變化的機(jī)制具有重要意義，并有助于動(dòng)態(tài)治理。

（5）CRI得分高的區(qū)域與城市群具有相似的空間格局，因此需要更加關(guān)注。尤其是珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲，它們承受著城市擴(kuò)張的巨大壓力。對(duì)于中央政府來(lái)說(shuō)，一些行政單位的空間規(guī)劃，如長(zhǎng)三角城市群的縣以及廣東省應(yīng)格外重視。

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不足與展望

在本研究中，雖然將 IUCN的分布數(shù)據(jù)細(xì)化為AOH，這是在大范圍地區(qū)可獲得的最佳數(shù)據(jù)，但不可避免地存在誤差。CRI 分?jǐn)?shù)只反映了當(dāng)前人類活動(dòng)下發(fā)生沖突的可能性。CRI 得分高的地區(qū)面臨更高的沖突風(fēng)險(xiǎn)，但在當(dāng)?shù)厝嗣窈驼呐ο?，也很有可能成為和諧景觀。實(shí)際上，一些熱點(diǎn)已經(jīng)得到了成功的治理，已經(jīng)成為人與自然和諧相處的景觀原型。

未來(lái)有必要進(jìn)一步探索熱點(diǎn)地區(qū)土地覆被變化的復(fù)雜機(jī)制，總結(jié)出考慮社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性的有效治理模式。預(yù)測(cè)不同氣候變化和土地利用情景下沖突風(fēng)險(xiǎn)的空間分布，對(duì)于實(shí)踐也具有重要意義。本研究收集了盡可能多的實(shí)際發(fā)生沖突的參考站點(diǎn)，以顯示評(píng)估的高精度，盡管它可能仍然不全面。未來(lái)關(guān)于特定沖突案例的數(shù)據(jù)收集和研究可以幫助驗(yàn)證和改進(jìn)評(píng)估。

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Peng, Q., Yang, R., Cao, Y., Wang, F., Hou, S., Tseng, T.-H., Wang, X., Wang, P., Zhao, Z., Yu, L., Locke, H., 2021. One-third of lands face high conflict risk between biodiversity conservation and human activities in China. Journal of Environmental Management 299, 113449.