技术领域
[0001] 本
发明属于环境保护与资源综合利用技术领域，尤其是涉及一种自然保护地体系整合及边界划定方法。
背景技术
[0002] 保护地包括自然保护区、
风景名胜区、天然林部分的国家森林公园以及世界自然与文化遗产地。截至2017年底，中国已有自然保护地10000余处，占中国地域面积的18％。
[0003] 然而，我国
正面临着严重的人口压
力和快速的经济发展给环境和
生态系统带来的严重挑战。而且，由于保护地经费短缺，管理混乱，有法不依或执法不严以及行政干扰，导致保护地的
生物多样性和文化遗产的丧失仍在继续。特别是当前混乱无序的
水电开发、旅游开发和矿产开发，使得我国一些重要的保护地的有效性面临空前的损害并有丧失的危险[0004] 随着我国的发展进入新的历史阶段，重塑自然保护地体系是我国生态文明建设中的关键环节和重要探索，其根本目的在于以其为抓手和契机破除造成目前保护地治理困境的各种机制体制弊端，重新实现以山水林田湖草作为生命共同体的系统保护。
[0005] 公开号为CN110196892A的中国
专利文献公开了一种基于
物联网的保护地综合监控平台，包括：卫星遥感
监控系统、地面
站点监控系统、实时视频监控系统和综合管理系统；所述卫星遥感监控系统、所述地面站点监控系统和所述实时视频监控系统均与所述综合管理系统相连；还公开了一种基于物联网的保护地综合监控方法，包括以下步骤：分别获取人类活动监控成果、生态系统状况监管成果和实时视频监控成果，综合分析所获取到的所有成果，形成成果报告。
[0006] 公开号为CN109657994A的中国专利文献公开了一种生态类自然保护地的保护成效评估方法及系统。该方法包括：获取自然保护地的第一时刻的状态和第二时刻的状态；第一时刻为监测评估周期的初期，第二时刻为监测评估周期的末期；获取表征第一时刻的状态和第二时刻的状态的指标；根据指标的变量，计算自然保护地保护成效评估的多种参数的变化率；将每种参数的变化率代入对应的预先构建的指数模型中，得到各种参数指标的保护成效指数；将各保护成效指数求和得到综合保护成效值。
[0007] 国内现阶段的研究主要是局限于对保护地的监控以及保护成效的评估，但是，针对当前我国的保护地管理中存在一系列问题：包括行政地域割裂造成的外部性问题，部
门分治、保护出发点与逻辑不同造成的保护地
孤岛化碎片化问题以及管理重叠混乱的问题，迫切需要设计一种自然保护地体系整合及边界划定方法，为自然保护地体系构建提供技术
支撑。
发明内容
[0008] 为解决
现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种自然保护地体系整合及边界划定方法，解决自然保护地冲突斑
块问题，形成科学合理、清晰明确的自然保护地边界。
[0009] 一种自然保护地体系整合及边界划定方法，包括以下步骤：
[0010] (1)确定保护地整合归并原则；
[0011] (2)对于待整合归并的区域，构建生态适宜性、耕地适宜性、建设适宜性评价指标体系并进行指标标准化处理和权重配赋；计算每一类用地的适宜性综合指数并构建冲突图斑适宜地类判别矩阵进行定性评价，绘制适宜地类
空间布局图；
[0012] (3)选取保护地边界优化的评定参考要素，包括资源本底特征、遗产资源特征和建设管理条件；
[0013] (4)评估资源本底特征并进行初次聚合优化，确定保护地初步候选范围；
[0014] (5)依据保护地遗产资源特征，提取现有元素与资源基底聚合结果进行相交优化，得到新的筛选范围；
[0015] (6)将上述结果与现有的建设管理条件进行衔接协调，综合划定新的保护地边界。
[0016] 本发明的方法基于“三线”协调思路，进行保护地范围初步候选区筛选的栅格评价；综合考虑资源本底特征、遗产资源特征、建设管理条件展开矢量综合评价，进行资源本底评估与初次聚合优化，提取保护地的现有元素与资源基底聚类结果进行相交优化，衔接协调既有建设管理条件，制定保护区边界冲突协同优化方案。
[0017] 步骤(1)中，所述的保护地整合归并原则包括：相邻保护地整合原则、重叠区域处理原则、空间体系整合评估原则。
[0018] 具体来说，优先整合处于同一地理单元且空间
位置相邻的保护地；优先整合生态系统连续完整、生态过程联系紧密，物种栖息地相通的保护地；优先整合保护对象类型属性与保护地设置目标相似的保护地；优先整合共同管理条件较为优良的保护地。
[0019] 相邻保护地整合后，重叠区域强度不减，同级别保护强度优先、不同级别低级别服从高级别；重叠区域面积不少，优先保障核心区、重点生态保育区、生态红线划定区域等底线性管控空间；重叠区域性质不变，设置优先序规则，确定重叠区域整合后的保护地主导功能。
[0020] 步骤(2)中，根据不同的冲突类型，采用极值线性标准化方法进行指标标准化处理，标准化为0～100之间的无量纲数值，公式如下：
[0021] Hi＝(Zi-Zmin)/(Zmax-Zmin)×100
[0022] 其中，Hi为标准化值；Zi、Zmin、Zmax分别为指标计算值、指标最小值和指标最大值。
[0023] 采用层次分析法AHP进行权重配赋，通过对指数、分指数、分指数指标相对重要性进行判断，组成判断矩阵，计算权重值。
[0024] 考虑限制性因素、适宜性因素和邻域影响因素的综合作用，所述的适宜性综合指数计算公式为：
[0025]
[0026] 式中：Si表示冲突图斑对于第i种地类的适宜性，i代表生态用地、耕地、建设用地中的某种用地；Ci、Ti、Ni分别代表限制性因素、适宜性因素、邻域影响因素得分；ci，j表示第j个限制性因子对于第i种用地的限制类型，取值0代表限制第i种地类存在，取值1代表不限制第i种地类存在；ti,k表示第j个适宜性因子对于第i种用地的适宜性程度，对于正向相关指标，ti,k为第k项指标的归一化值，对于反向相关指标，ti,k为100与第k项指标归一化值的差值； 表示第k个适宜性因子的权重，由层次分析法得到；ni,l表示第l个邻域因子对于第i种用地的影响程度，对于正向相关指标， 表示第l个邻域影响因子的权重，由层次分析法得到；j、k、n分别代表限制性因子、适宜性因子和邻域影响因子的个数。
[0027] 绘制适宜地类空间布局图的具体过程为：
[0028] 采用自然断点法(Natural Break)将定性评价结果分为竞争力强、中、弱三个类型等级，通过统计图表表示各类用地适宜性等级的数量结构，通过空间分布图表示各类用地竞争力等级的分布特征，运用适宜地类判别矩阵计算各冲突图斑的适宜地类，将归类后的冲突图斑和原有图斑归并，生成的各类用地分布图。
[0029] 步骤(3)中，资源本底特征包括两方面要素：
[0030] ①地形
地貌单元。关注地貌单元与地质构造单元的相对一致性与完整性，分地形地貌条件与地质条件提取可能对自然保护地边界产生影响的基本要素。
[0031] ②自然资源区划。关注区域内基本自然资源的空间分布情况与区划特征，分水文流域、
土壤条件、植被条件三方面提取可能对自然保护地边界产生影响的基本要素。
[0032] 遗产资源包括三方面因素：
[0033] ①生态系统完整性保护。提取生态系统斑块、廊道、基质三方面空间要素对保护地边界划定进行指导与规范。生态系统斑块关注生态源地、生态脆弱区与敏感区的分布，生态系统廊道关注水系等重要的生态系统物质
能量联系通道，生态系统基质则关注足够支持某一个或几个核心生态系统完整性的自然环境本底的范围界限。
[0034] ②生态物种多样性保护。提取物种保护的核心斑块与廊道，保障物种结构的复杂度与完整度不被保护地边界切割破坏，即要求垂直或水平谱。物种保护核心斑块关注重点保护动
植物分布的高
密度区和重要栖息地，物种保护廊道关注重点保护动物迁徙或溯洄的通道，二者都可能具有季节性，可探索设置季节性管制分区划定制度。
[0035] ③特色景观遗迹保护。从自然景观与人文景观两方面出发提取可能对自然保护地边界产生影响的要素。其中自然景观重点关注特色自然遗迹和自然景观的密集分布区，并考虑各个自然遗迹或自然景观点之间的内在联系性和空间分异特征。文化景观同样关注其密集分布区、内部连通廊道和文化生态分区情况。
[0036] 建设管理条件包括两方面因素：
[0037] ①建设管理的延续性，考虑既有保护地设置的边界与分区管制边界、保护地内土地权属边界、自然资源开发经营权属边界、旅游游憩特许经营权权属边界、行政边界及高等级道路的围限切割作用。
[0038] ②建设管理的协调性，考虑保护地边界优化过程中可能与其他类型空间管制制度产生的冲突，尽可能避免将严重冲突区划入保护地边界或核心保护区边界内。其中在土地利用现状方面，可提取保护地内部或周围乡镇、行政村和自然村建设布局、历史文化遗址保护区、永久基本农田、生态保护红线、探矿权采矿权等的设置情况，在未来的国土空间规划方面还应考虑近期重大项目规划情况和重要管制线划定情况等。
[0039] 选取保护地边界优化的评定参考要素选取原则包括；
[0040] ①矢量特征。提取的参考要素具有明晰边界的斑块、走向清晰线型廊道、异质性显著的分区。
[0041] ②相对
稳定性。提取的参考要素应尽量基于在空间上相对稳定存在的地物生成。
[0042] ③现实可操作性。提取的参考要素应为定义准确清晰且具有共识的、基于现有地理空间测绘手段或国土空间
数据库可明确提取的、技术处理方法较为成熟的要素。
[0043] 步骤(4)的具体步骤如下：
[0044] 依据资源本底单元区划，综合考虑地貌、土壤和植被特征，使得具有相似特征的地貌、土壤和植被的分析单元形成聚类并进行分级；将确定的保护地划定候选区域划分为位于原有保护地以内的区域PIN和位于原有保护地范围之外的区域POUT，将资源本底特征分级赋值，分别统计PIN和POUT各个资源本底特征的平均值；
[0045] 依据资源本底特征相似性，对所有位于原有保护地之外图斑进行重新的归类，分为潜在保护地图斑和非保护地图斑两类，确定保护地初步候选范围；相似性按照下列公式计算：
[0046]
[0047] 上式中，Vmp代表图斑m的第p个特征的值，VTp则是PIN或者POUT的第p个特征的平均值。
[0048] 步骤(5)中，所述的现有元素包括保护对象类要素和管制条件类要素；
[0049] 其中，保护对象类要素具体为保护地内各类重要自然生态系统、重要野生动植物栖息地、重要地质遗迹、重要自然景观的分布数量、保护价值与地理分布。结合保护地的主要功能
定位与核心保护目标，确定保护目标遗产资源特征提取的优先级，优先保障核心保护目标的完整性、原真性、连通性和系统性，进而分生态系统特征、重要动植物分布特征和特色景观遗迹分布特征三方面提取参考要素，对保护地边界进行聚合、平滑与二次优化。
[0050] 管制条件类要素具体为保护地范围内的矿产、
林场、牧场、果园、鱼塘、养殖场开发生产活动的空间分布与用地权限信息。整合上述建设管理
基础资料并提取或重新划定将对保护地空间管制产生重要影响的空间边界，与调整优化后的保护地空间边界进行有机衔接协调。
[0051] 步骤(6)的具体包括以下几个方面：
[0052] ①搜集全国第三次土地利用调查中提供的土地利用现状信息与拟建保护地空间地域进行
叠加核对，重点协调居民点建设用地、历史文化遗址保护区、永久基本农田、生态保护红线、探矿权采矿权，识别冲突区并明确冲突处理中的优先级规则与兼容性管控条件，对边界进行再次优化。
[0053] ②叠加现状重要道路交通与线性基础设施分布图，重点分析穿行于保护地中的线性基础设施的切割强度与穿行等级，依照具有强切割围限作用的线性基础设施进行保护地边界的微调。
[0054] ③将保护地初步划界图与国土空间规划图及重大项目规划图进行等权叠加，将农用地、矿产及重大项目等用地尽可能排除于保护地初步边界范围之外，并按照规划中已划定的重要管制线对边界进行微调。
[0055] 通过上述步骤，调整步骤(5)中的筛选结果，划定新的保护区边界。
[0056] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0057] 1、本发明的自然保护地体系整合及边界划定方法，依据我国国土空间开发保护制度建设要求，基于“三线”协调思路进行保护区范围初步候选区筛选的栅格评价，为边界冲突协同优化方案的制定奠定基础。
[0058] 2、本发明的自然保护地体系整合及边界划定方法，通过可量化的评价指标，对冲突图斑的生态用地需要、耕地需要、城市发展需要进行评价和比较，解决冲突图斑的规划方向问题，为自然保护地边界优化提供了强有力的技术支持；
[0059] 3、本发明的自然保护地体系整合及边界划定方法清晰，技术可行，所需数据资料易获取，为该方法的应用推广提供了有力的支撑。
附图说明
[0060] 图1为本发明一种自然保护地体系整合及边界划定方法的整体流程示意图；
[0061] 图2为本发明
实施例中耕地、建设用地和生态用地的适宜性评价及等级划分图；
[0062] 图3为本发明实施例中适宜地类空间布局图；
[0063] 图4为本发明实施例中保护地候选范围图；
[0064] 图5为本发明实施例中叠加保护地要素后形成的候选范围图；
[0065] 图6为本发明实施例中江郎山风景区周边图斑剔除原因分类图；
[0066] 图7为本发明实施例中仙霞岭自然保护区周边图斑剔除原因分类图；
[0067] 图8为本发明实施例中仙霞森林公园周边图斑剔除原因分类图；
[0068] 图9为本发明实施例中江山港湿地公园周边图斑剔除原因分类图；
[0069] 图10为本发明实施例中金钉子地质遗迹公园周边图斑剔除原因分类图；
[0070] 图11为本发明实施例中浮盖山地质公园周边图斑剔除原因分类图；
[0071] 图12为本发明实施例中新划定的保护地与原有保护地的空间分布图。
具体实施方式
[0072] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0073] 本实施例以衢州江山为例，结合附图1-11，对本发明作进一步的详细说明。
[0074] 如图1所示，一种自然保护地体系整合及边界划定方法，主要按照以下步骤进行：
[0075] 步骤1，构建生态适宜性、耕地适宜性、建设适宜性评价指标体系并进行指标标准化处理及权重配赋；计算各类用地适宜性综合指数，构建冲突图斑适宜地类判别矩阵进行定性评价并绘制适宜地类空间布局图；
[0076] 参考自然资源部关于资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南，对于不同边界划定参考依据及其边界冲突类型和特征进行详细研究和分析，根据不同的冲突类型，结合江山市数据可及性，选取差异化指标。具体如下表1、2、3所示，表1为生态适宜性评价指标体系，表2为耕地适宜性评价指标体系，表3为建设用地适宜性评价指标体系。
[0077] 表1
[0078]
[0079]
[0080] 表2
[0081]
[0082]
[0083] 表3
[0084]
[0085] 将用地竞争力评价指标分值的多种计量单位进行指标标准化处理，标准化为0～100之间的无量纲数值。一般采用极值线性标准化，标准化公式如下：
[0086] Hi＝(Zi-Zmin)/(Zmax-Zmin)×100
[0087] 其中，Hi为标准化值；Zi、Zmin、Zmax分别为指标计算值、指标最小值和指标最大值。
[0088] 采用层次分析法(AHP)，通过对指数、分指数、分指数指标相对重要性进行判断，组成判断矩阵，计算权重值。使用层次分析法，要求判断矩阵必须通过一致性检验。
[0089] 考虑限制性因素、适宜性因素和邻域影响因素进行各类用地适宜性综合指数计算，公式为：
[0090]
[0091] 式中：Si——冲突图斑对于第i种地类的适宜性，i代表生态用地、耕地、建设用地中的某种用地；
[0092] Ci、Ti、Ni——分别代表限制性因素、适宜性因素、邻域影响因素得分；
[0093] ci，j——第j个限制性因子对于第i种用地的限制类型，是取值0或1的二分变量。取值0代表限制第i种地类存在，取值1代表不限制第i种地类存在；
[0094] ti，k——第j个适宜性因子对于第i种用地的适宜性程度，对于正向相关指标，ti，k＝第k项指标的归一化值，对于反向相关指标，ti，k＝(100-第k项指标的归一化值)；
[0095] ——第k个适宜性因子的权重，由层次分析法得到；
[0096] ni，l——第1个邻域因子对于第i种用地的影响程度，对于正向相关指标，ti，k＝第k项指标的归一化值，对于反向相关指标，ti，k＝(100-第k项指标的归一化值)；
[0097] ——第1个邻域影响因子的权重，由层次分析法得到；
[0098] j、k、n——分别代表限制性因子、适宜性因子和邻域影响因子的个数。
[0099] 采用冲突图斑适宜地类判别矩阵对冲突图斑的适宜地类进行定性评价，表4为适宜地类判别矩阵。
[0100] 表4
[0101]
[0102]
[0103] 计算每一类用地的适宜性，采用自然断点法(Natural Break)将评价结果分为竞争力强、中、弱三个类型等级，如图2所示。通过统计图表表示各类用地适宜性等级的数量结构，通过空间分布图表示各类用地竞争力等级的分布特征。运用适宜地类判别矩阵计算各冲突图斑的适宜地类，将归类后的冲突图斑和原有图斑归并，生成的各类用地分布图，参见图3。
[0104] 步骤2，选取保护地边界优化的评定参考要素，保护地边界优化的评定参考要素包括资源本底特征、遗产资源特征、建设管理条件，具体如下表5所示。
[0105] 表5
[0106]
[0107]
[0108] 步骤3，依据资源本底单元区划，综合考虑地貌、土壤和植被特征，使得具有相似特征的地貌、土壤和植被的分析单元能够形成聚类，进行资源本底评估与初次聚合优化。
[0109] ①对地形地貌单元进行评估，以保证由相似结构和相对连续特征构成的区域地形地貌完整性。选取林业调查单元作为基本的统计单元，对每个单元的地貌条件、土壤条件和植被条件进行分类或者分级。
[0110] ②叠加对土壤条件的分析聚合结果，对上述单元区进行整合优化。
[0111] ③叠加对植被条件的分析聚合结果，对上述单元区进行整合优化。
[0112] ④将确定的保护地划定候选区域(即生态适宜性用地)划分为两部分：位于原有保护地以内的区域(PIN)和位于原有保护地范围之外的区域(POUT)。对资源本底各个特征的分级按照从低到高到低的顺序分别赋值1,2,3,4,5，非等级属性，如分类属性也已1,2,3…n代替。分别统计PIN和POUT各个资源本底特征的平均值.
[0113] ⑤依据资源本底特征相似性，对所有位于原有保护地之外图斑进行重新的归类，分为潜在保护地图斑和非保护地图斑两类。相似性按照下列公式计算：
[0114]
[0115] 上式中Vmp代表图斑m的第p个特征的值，VTp则是PIN或者POU的第p个特征的平均值。则对于当前待考察图斑m，分别计算其与PIN和POU的相似性，将相似性高的作为当前考察图斑m的归类依据，新筛选的保护地候选范围C1如图4所示。
[0116] 步骤4，提取保护地现有元素与资源基底聚类结果进行相交优化。
[0117] 结合江郎山风景名胜区的具体情况和数据的可得性，将以下保护地要素与资源本底进行叠加：
[0118] 1)原来划定的各种类型保护地边界，包括江郎山分景区，江山港湿地公园，金钉子自然保护区，仙霞岭自然保护、仙霞森林公园和浮盖山地质公园；
[0119] 2)自然遗迹(江山市区边缘地质遗迹、城北地质遗迹、江郎山地质遗迹、浮盖山地质遗迹)，人文景观(现有江郎山国家级风景名胜区总规划文本中确定的一级、二级、三级和四级人文景观源)以及历史文化遗迹；
[0120] 3)具有重要生态价值和维护生态安全的图斑：提取林业调查数据中林地
覆盖度大于65，保护等级最高，且群落结构完整的图斑和重要的重要水源地；
[0121] 4)具有完整物种群落结构的区域(以植被群落完整性代替)；将上述元素1)，2)，3)与候选范围合并，合并后与4)中筛选的图斑进行相交，得到新的筛选范围C2，如图5所示。
[0122] 步骤5，将上述分析结果与既有建设管理条件进行衔接协调，综合划定新的保护地边界。
[0123] 1)结合二调土地利用调查数据，如果考察图斑与采矿权用地、城市、建制镇、水工建筑用地、设施农用地、茶园、果园用地存在相交，则该图斑被剔除保护地候范围，形成新的筛选范围C3；
[0124] 2)剔除归个人所有的自然资源经营权区域(以林权代替)，形成新的筛选范围C4；
[0125] 3)剔除由上述步骤产生的碎小独立的图斑，或者图斑簇内图斑个数小于10，以尽量保证图斑的连通性，形成新的筛选范围C5；
[0126] 4)考虑重要道路交通、河
流线和行政区界限的围限与切割情况，采用人工判别的方式，进行斑块的剔除。例如沿着主干道狭长分布的斑块，易受交通环境的影响，应该被剔除；斑块面积较小，且覆盖多个行政区，给管理带来困难，也应该被剔除；被河流和行政区界限围切形成的图斑孤岛，被剔除。
[0127] 图6-11显示了江山市现有保护地周边图斑的筛选过程，其中，图6为江郎山风景区周边图斑剔除原因分类；图7为仙霞岭自然保护区周边图斑剔除原因分类；图8为仙霞森林公园周边图斑剔除原因分类；图9为江山港湿地公园周边图斑剔除原因分类；图10为金钉子地质遗迹公园周边图斑剔除原因分类；图11为浮盖山地质公园周边图斑剔除原因分类。
[0128] 经过上述筛选后，最终形成的新的保护地范围，如图12所示。
[0129] 以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何
修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
