三江源国家公园生态系统现状、变化及管理

第二次青藏高原综合科学考察研究丛书

三江源地处青藏高原腹地，是我国淡水资源的重要补给地，是高原生物多样性*集中的地区。为保护该地独特的生物多样性及生态系统，我国建立了**体制机制试点的三江源国家公园，为国家公园体系建设提供示范样板。《三江源国家公园生态系统现状、变化及管理》展示了三江源国家公园及其毗邻地区的生物多样性及分布格局、植被特征的遥感监测及变化解析、草地资源合理利用及野生动物及栖息地恢复、生态系统服务功能重要性分区及其空间差异、生态资产核算及生态补偿、生态承载力与区域生态安全评价和适应性管理模式及实践等方面的*新研究成果。

目录
第1章 总论 1
第2章 三江源国家公园概况 11
2.1 自然环境 12
2.1.1 地理位置 12
2.1.2 地质地貌 13
2.1.3 气候 13
2.1.4 水文 14
2.1.5 土壤 14
2.2 自然资源 15
2.2.1 土地资源 15
2.2.2 草地资源 15
2.2.3 水资源和湿地资源 16
2.2.4 森林资源 17
2.2.5 野生动植物资源 17
2.2.6 生态文化体验资源 18
2.3 动植物区系及生态系统 18
2.3.1 植物区系 18
2.3.2 动物区系 19
2.3.3 生态系统 20
2.3.4 土地利用现状 21
2.4 生态体验发展状态 24
2.4.1 黄河源园区 24
2.4.2 长江源园区 26
2.4.3 澜沧江源园区 28
2.5 体制机制试点目标及进展 29
2.5.1 体制机制试点目标 29
2.5.2 体制机制试点进展 29
参考文献 35
第3章 科学考察及评价方法 37
3.1 植被调查与监测方法 38
3.2 动物调查与监测方法 38
3.2.1 关键鸟类和兽类的调查 38
3.2.2 两栖类和爬行类的调查 39
3.2.3 基于无人机数据的典型区家畜遥感监测方法 40
3.2.4 基于卫星遥感像元的野生动物监测方法 40
3.2.5 基于野外调查的野生动物种群数量计算模型 41
3.3 草地质量指标遥感监测方法 42
3.3.1 基于光谱变异系数的草地物种多样性遥感监测方法 42
3.3.2 “天–地”一体化草地地上生物量遥感监测方法 45
3.3.3 草地植被营养 (含氮量 )成分遥感监测方法 47
3.4 植被特征生态参数标准化数据遥感监测方法 48
3.4.1 基于 SG滤波的归一化植被指数算法优化 48
3.4.2 基于像元二分模型的植被覆盖度监测算法 50
3.5 生态承载力与生态安全综合评价方法 51
3.5.1 基于指标体系法的生态承载力与生态安全的综合评价 51
3.5.2 基于草地畜牧业生产的生态承载力与生态安全评价方法 55
3.5.3 基于旅游承载力旅游区游客生态容量测算方法 57
3.6 N%核算方法 58
3.6.1 基于家畜和野生有蹄类食草动物营养生态位的理论N%核算 59
3.6.2 基于家畜和野生动物数量的现实 N%核算 59
3.6.3 基于当地牧民基本生活需求的预期 N%核算 59
3.6.4 区域耦合资源空间配置的优化 N%核算 59
3.7 生态资产评估方法 59
3.8 生态系统服务评估及重要性分级、分区方法 60
3.8.1 生态服务功能评估 60
3.8.2 生态服务功能重要性分级及分区方法 64
3.9 生态补偿计算方法 67
参考文献 68
第4章 三江源国家公园生物多样性及分布格局 71
4.1 植物物种多样性的现状与分布 72
4.1.1 三江源国家公园植物组成特征 72
4.1.2 基于光谱变异系数的草地物种多样性遥感监测 73
4.1.3 特有生境下几种植物物种的形成与维持机制 75
4.2 动物物种多样性的现状与分布 77
4.2.1 主要大型野生有蹄类动物种群数量及分布特征 79
4.2.2 主要鸟类物种种群数量及分布特征 85
4.2.3 主要两栖、爬行类物种种群数量及分布特征 87
4.2.4 气候变化下青藏高原特有两栖类动物的遗传多样性 89
4.3 重要微生物类群及其功能特征 91
4.3.1 典型草地类型土壤细菌群落分布特征 92
4.3.2 典型草地类型土壤菌根真菌群落分布特征 94
4.3.3 参与土壤氮循环过程的土壤微生物群落特征 97
参考文献 103
第5章 植被特征的遥感监测及变化解析 107
5.1 草地质量指标遥感监测与验证 108
5.1.1 “天–地”一体化草地地上生物量遥感监测 108
5.1.2 草地植被营养成分遥感监测 111
5.2 近 30年三江源地区土地覆被遥感监测结果分析 112
5.3 草地生产力变化及其与生态工程和气候变化的关系 115
5.3.1 经济社会发展及气候变化对三江源草地生产力的影响 115
5.3.2 三江源生态工程和放牧活动对草地生产力的影响 118
参考文献 122
第6章 草地资源合理利用及野生动物栖息地恢复 125
6.1 三江源区野生动物栖息地保护 126
6.1.1 三江源区生物多样性保护现状 126
6.1.2 野生动物生态廊道设计 126
6.1.3 野生动物栖息地保护保障措施 128
6.2 野生动物栖息地生态恢复技术 131
6.2.1 野生动物栖息地退化现状及成因 131
6.2.2 三江源区退化草地自然恢复技术 133
6.2.3 退化草地近自然恢复与重建技术 134
6.2.4 生态恢复成效监测评估 138
6.3 天然草地合理利用技术 138
6.3.1 三江源区天然草地合理放牧强度 138
6.3.2 天然草场季节放牧优化配置技术 143
6.4 放牧草场返青期休牧技术 144
6.4.1 返青期休牧对群落结构的影响 144
6.4.2 休牧期放牧家畜舍饲技术 146
参考文献 147
第7章 生态系统服务功能重要性分区及其空间差异 149
7.1 生态系统服务功能状况变化 150
7.1.1 支持功能的变化及分析 150
7.1.2 水源涵养服务的变化分析 151
7.1.3 水土保持服务的变化分析 152
7.1.4 防风固沙服务的变化分析 154
7.2 生态系统服务功能重要性分级 154
7.2.1 三江源地区生态系统服务功能重要性分级 155
7.2.2 三江源国家公园黄河源园区生态系统服务功能重要性分级 155
7.2.3 三江源国家公园长江源园区生态系统服务功能重要性分级 156
7.2.4 三江源国家公园澜沧江源园区生态系统服务功能重要性分级 158
7.3 生态服务功能重要性分区及其空间差异 160
7.3.1 三江源地区生态服务功能重要性分区及其空间差异性 160
7.3.2 三江源国家公园黄河源园区生态服务功能重要性分区及其空间差异性 161
7.3.3 三江源国家公园长江源园区生态服务功能重要性分区及其空间差异性 164
7.3.4 三江源国家公园澜沧江源园区生态服务功能重要性分区及其空间差异性 165
参考文献 167
第8章 生态资产核算及生态补偿 171
8.1 生态资产价值监测与评估 172
8.1.1 生态资产评估方法体系的建立 173
8.1.2 生态资产类型与面积的确定 174
8.1.3 生态资产质量的评估标准 175
8.2 生态资产及其变化特征 177
8.2.1 生态资产*新现状 177
8.2.2 生态资产的时空变化 179
8.2.3 生态资产的变化成因 179
8.2.4 生态资产变化的机制 180
8.3 生态补偿及实现途径 183
8.3.1 生态补偿政策概述及实施的必要性 183
8.3.2 生态补偿的成效评估及存在问题 186
8.3.3 生态补偿机制的实现途径 190
参考文献 196
第9章 生态承载力与区域生态安全评价 199
9.1 基于指标体系法的生态承载力与生态安全综合评价 200
9.1.1 基于层次分析赋权重法的三江源地区生态承载力综合评价 201
9.1.2 基于综合均衡整合法的三江源地区生态承载力综合评价 201
9.1.3 基于*小值整合法的三江源地区生态承载力综合评价 202
9.1.4 三江源地区生态安全评价结果 205
9.2 基于草地畜牧业生产的生态承载力与生态安全评价 206
9.2.1 基于理论载畜量的三江源地区生态安全评估 207
9.2.2 基于草地畜牧业的人口承载力情景分析 208
9.2.3 考虑野生有蹄类食草动物的草地承载力分析 210
9.3 基于旅游承载力的三江源旅游区游客生态容量评估 214
9.3.1 三江源地区旅游业概况 215
9.3.2 三江源区游客生态容量测算结果 216
参考文献 218
第10章 适应性管理模式及实践 221
10.1 生态系统适应性管理理论及途径 222
10.1.1 生态系统适应性管理基本概念 222
10.1.2 生态系统适应性管理的基本特征 223
10.1.3 生态系统适应性管理的框架及模式 224
10.1.4 三江源国家公园生态系统适应性管理实现途径 225
10.2 基于N%原理的国家公园管理框架设计及实践 228
10.2.1 N%概念 228
10.2.2 N%核算依据 228
10.2.3 理论、现实、预期和优化的N% 233
10.2.4 三江源国家公园自然比例及其影响因素 236
10.2.5 基于生物多样性、生态系统服务评估的生态区域社会–生态系统自然比例 237
10.3 国家公园功能优化模式构建 238
10.3.1 三江源地区可持续发展分区模式 238
10.3.2 三江源国家公园功能优化框架 239
10.3.3 三江源国家公园功能分区和定位 245
10.4 资源空间优化配置的三区耦合模式及应用 248
10.4.1 三江源国家公园区域草地资源现状 248
10.4.2 三江源国家公园区域对灾害天气应对能力 249
10.4.3 草地和食草动物平衡是三江源国家公园建设的核心 250
10.4.4 三区耦合模式是三江源国家公园可持续发展的有效途径 251
10.4.5 以外围支撑区为纽带的三江源国家公园资源空间优化配置 252
10.5 对策与建议 252
10.5.1 因地制宜、分区指导，优化草地保护功能区划 253
10.5.2 遵循自然规律、保证草地可持续利用 253
10.5.3 基于区域耦合、发展草地保护新范式 253
10.5.4 优化生态补偿、充分调动牧民参与积极性 253
10.5.5 国家公园原真性和完整性的认识和评价技术体系的研发 253
10.5.6 国家公园原真性和完整性保护和维持的技术与方法 254
10.5.7 国家公园自然–社会–经济系统可持续管理模式与绿色发展路径 254
10.5.8 国家公园原真性和完整性适宜性评估 254
参考文献 254

第1章 总论
　　党的十八大提出“五位一体”的治国方略，十八届三中全会提出“建立国家公园体制”，这是落实生态文明建设的重大举措，十九大报告提出“建立以国家公园为主体的自然保护地体系”，这是建设美丽中国的重要组成部分。2015年12月中央全面深化改革领导小组审议通过《三江源国家公园体制试点总体方案》，2016年3月中共中央办公厅、国务院办公厅联合下文启动国家公园试点工作，2018年国家发展和改革委员会颁布了《三江源国家公园总体规划》。三江源国家公园是我国体制机制试点的**国家公园，将为我国国家公园建设提供示范和参考样板。考察历时三年，考察范围聚焦三江源国家公园，涉及整个青海三江源区39.5万km2，行程约1.52万km。考察报告《三江源国家公园生态系统现状、变化及管理》三十多万字，分析和回答了三江源地区和国家公园以下五个方面的科学和区域可持续发展的问题：①物种多样性分布、现状及保护对策；②植被生产力及质量变化、草地资源的合理利用与栖息地修复技术；③生态系统服务功能、生态资产核算及生态补偿；④生态承载力与生态安全；⑤生态系统管理理论与实践。这对将三江源国家公园建成青藏高原生态保护修复示范区、民族团结及人与自然和谐先行区、青藏高原自然环境展示和生态文化传承区以及国家生态文明先行区都具有重要的支撑作用。
　　第一部分三江源国家公园概况、物种多样性分布、现状及保护对策。①位置及范围。三江源国家公园位于青海省南部，由长江源、黄河源、澜沧江源3个园区组成，即“一园三区”，涉及治多、曲麻莱、玛多、杂多四县和可可西里自然保护区管辖区域，共12个乡镇、53个行政村，总面积12.31万km2，占三江源区面积的31.16%，包括三江源***自然保护区的扎陵湖–鄂陵湖、星星海、索加–曲麻河、果宗木查、昂赛5个保护分区和可可西里***自然保护区。②地质地貌。三江源国家公园地形地貌以高原和高山峡谷为主。海拔4000～5800m的高山是三江源国家公园地貌的主要骨架，主要山脉有昆仑山主脉及其支脉可可西里山、巴颜喀拉山及唐古拉山等，山系绵延，地势高耸，地形复杂。③气候特征。三江源国家公园属青藏高原气候系统，具有典型高原大陆型气候特征。主要特征为冷暖两季、雨热同期、冬长夏短，无四季之别，日照时间长、辐射强烈，风沙大，植物生长期短。降水主要受到印度洋西南季风和太平洋东南季风的影响，多年平均降水量经向上呈现出自东向西减少的特点，纬向上呈现自北向南增加的特点。④水文。园区河流众多，湖泊星罗棋布，辫状水系十分发达，是世界上海拔*高、数量*多、面积*大的高原湖群区之一。作为长江、黄河、澜沧江的发源地，园区水资源丰富。多年平均地表水资源量为84.35亿m3，水质优良，水能资源理论蕴藏量为1603.71MW。⑤生态系统。国家公园自然资源丰富，其中草地是三江源国家公园面积*大、分布范围*广的土地类型和生态系统，草地总面积8.68万km2，占国家公园总面积的71%。草地类型有高寒草甸、高寒草原、高寒沼泽、高山灌丛草甸等。林地资源总面积为495.23km2，面积相对较小，仅占园区总面积的0.4%，林地主要有高寒灌丛和亚高山森林。⑥物种多样性。公园内共有维管束植物756种(变种)，分属53科224属，野生植物形态以矮小的草本和垫状灌丛为主，高大乔木仅有大果圆柏(Sabinatibetica)、青海云杉(Piceacrassifolia)等。其中，长江源园区共有植物40科149属348种(变种)；黄河源园区共有植物40科153属431种(变种)；澜沧江源园区共有植物47科199属555种(变种)。公园内长江源园区、黄河源园区和澜沧江源园区分别有陆生脊椎动物238种、127种和167种，大多为青藏高原特有种，且种群数量大。长江源园区以寒温带动物区系和高原高寒动物区系青藏类为主，其中国家一级重点保护动物有雪豹(Pantherauncia)、白唇鹿(Przewalskiumalbirostris)、藏野驴(Equuskiang)、野牦牛(Bosmutus)等16种，国家二级保护动物53种。黄河源园区的127种陆生脊椎动物中，兽类38种、鸟类87种、爬行类2种。其中，国家一级保护动物9种，国家二级保护动物23种。澜沧江源园区的167种陆生脊椎动物中，兽类44种、鸟类115种、两栖类5种、爬行类3种。其中，国家一级保护动物11种，国家二级保护动物35种。三江源国家公园内共有家畜约116.70万羊单位(SHU)。对三江源国家公园区域内常见野生有蹄类动物种群数量的调查发现，藏原羚(Procaprapicticaudata)、藏野驴、藏羚、白唇鹿和野牦牛分别为6万只、3.6万头、6万只、1万只和1万头。另外，基于卫星遥感估算出的三江源国家公园核心保育区2.33万km2内野生有蹄类动物藏羚、藏原羚和藏野驴分别共有37197只、35499只和17480头。⑦区域功能划分及其保护对策。将每个园区进一步分为核心保育区和一般管控区。其中，核心保育区，是维护自然生态系统功能，实行更加严格保护的基本生态空间，限制人类活动。一般管控区实施严格的禁牧、休牧、轮牧，保持草畜平衡，逐步减少人类活动。针对三江源区食草野生动物生境破碎化问题，通过考察提出了三江源国家公园生态廊道设计方案及生物多样性保护保障措施；针对野生动物栖息地的退化现状及成因，集成了不同退化程度栖息地自然、近自然生态恢复技术体系，*后提出了高寒天然草地合理放牧利用和放牧草场返青期休牧技术。区域适宜的栖息地保护与生态修复技术、草地资源合理利用技术，将为系统解决三江源区生物多样性保护所面临的不合理放牧、栖息地破碎化及退化等问题，提供技术支撑和解决方案，从而为三江源国家公园生物多样性保护和栖息地生态修复及维持提供有效技术途径和举措。在有效实现保护环境的同时，实现了生态经济的发展，促成了人与自然和谐相处。⑧科考方法。采用了*新技术、新方法及评价方法，包括植被调查与监测、动物调查与监测、植被特征生态参数标准化数据遥感监测、生态承载力与生态安全综合评价、区域功能优化自然比例(nature%，N%)核算、生态服务功能及其重要性分级、分区等方法。主要建立了基于光谱变异系数的草地物种多样性遥感监测理论模型，构建了“天–地”一体化草地地上生物量遥感监测方法和草地含氮量遥感监测方法，探索了草地质量指标遥感监测方法在三江源国家公园的应用，完善了植被特征生态参数标准化数据遥感监测方法，包括草地其他生态参数标准化数据遥感监测方法研究和基于冠层分层的植被覆盖度改进算法，设计了基于野外调查的野生动物种群数量计算模型，可用于评估和预测野生动物分布与数量，以及给出了基于食草动物的食谱资源和农牧民生活需求的N%的核算方法。
　　第二部分植被生产力及质量变化、草地资源的合理利用与栖息地修复。利用遥感监测及地面草地样方观测数据，分析了三江源国家公园草地类型、草地地上生物量、草地营养(氮含量)等草地质量指标的变化规律，发现：①三江源地区1988～2018年草地地上生物量呈现增加的趋势，且自2005年三江源生态保护和建设工程实施以来，三江源地区草地的地上生物量明显增加，工程实施后的2005～2012年的草地平均地上生物量比工程实施前1988～2004年的平均地上生物量提高了30.31%。在气候变暖变湿的背景下，三江源国家公园草地生产力整体呈现增加的趋势，但变化速率趋于变小。2000～2018年草地地上生物量有上升趋势，且在2000～2012年有明显的增加趋势，而在2012年之后有稍微下降的趋势，三个分区草地地上生物量的变化趋势与三江源国家公园整体变化趋势类似。草地地上生物量空间分布呈现自东南向西北逐渐减少的趋势，其减少趋势的区域主要发生在人类活动较为密集的区域，其中长江源园区的中西部有增加趋势，而在东部有减少趋势；澜沧江源园区中西部有减少趋势，黄河源园区中部有增加趋势。②三江源地区草甸至高寒草原草地植被含氮量有逐渐减少的趋势，分析发现生态保护和建设工程实施后，三江源全区草地产草量普遍提高，主要归因于生态保护和建设工程的实施以及气候暖湿化。③减畜工程实施后，三江源全区载畜压力明显减轻，2003～2012年平均载畜压力指数比1988～2002年平均载畜压力指数下降了36.1%，表明减畜工程对减轻草地载畜压力产生了积极的影响；但减畜措施后的2003～2012年三江源平均载畜压力指数为1.46，即草地超载约46%，表明三江源地区草地仍处于超载状态。同时，草地退化态势好转仅表现在长势上，群落结构并未发生好转，且实施减畜措施后的三江源地区草地仍处于超载状态。
　　青藏高原独特的地理气候条件决定了其生态系统初级生产力低、生态系统脆弱。这里野生动物面临着草场过牧超载、栖息地退化、冰川退缩等自然环境变化的威胁。为了给野生动物创建一个和谐、健康的自然环境，建议采取有效措施，恢复退化的野生动物栖息地、增加栖息地的连通性、减少牧民所承包草场的载畜量，以缓解国家公园内野生动物种群密度较大地区的草地承载压力。基于三江源区面临天然草场超载过牧、栖息地破碎化等威胁，尤其是三江源区域道路对野生动物迁徙和栖息地破碎化造成的影响，提出了三江源国家公园生态廊道这一野生动物栖息地免破碎化关键技术及保障举措，设计了野生动物通道；提出了逐步拆除三江源国家公园草地围栏，加强技术支撑体系建设和重视传统文化的积极作用等三江源国家公园生物多样性保护保障举措。分析了野生动物栖息地退化现状及成因，发现超载过牧是草地退化的主要原因。研发总结了三江源区轻度、中度退化草地围栏封育自然恢复技术，重度退化草地近自然恢复与重建技术，以及生态恢复成效监测评估和天然草地合理利用技术。进行天然草场季节放牧优化配置技术研发，包括放牧草场返青期休牧技术和休牧期放牧家畜舍饲技术。同时，针对野生动物栖息地的退化现状及成因，集成了不同退化程度栖息地自然、近自然生态恢复技术体系。根据天然草地退化演替程度不同，通过封育、松耙补播、施肥、防除毒杂草和鼠害防治等技术措施集成，快速恢复退化草地植被和提高初级生产力，以遏制退化草地的发展和蔓延。针对三江源区分布面积*广的植被——高寒草地，提出了未退化高寒草地合理放牧利用技术和放牧草场返青期休牧技术。
　　第三部分生态系统服务功能、生态资产核算及生态补偿。生态系统服务功能是指生态系统和生态过程所形成与维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，代表了人类从生态系统和生态过程中获得的惠益。从生态系统结构和功能保护的角度出发，结合三江源国家公园生态系统特点和现状，对2000～2017年三江源生态系统支持功能、水源涵养、水土保持、防风固沙等四类服务功能变化情况进行了分析，发现这期间三江源国家公园生态系统各关键服务功能表现出不同程度的增强，其中以水土保持服务功能增强*明显。基于评估结果进行重要性分级时，首先对三江源自然保护区全区的生态系统服务功能重要性进行分级，从而从整体上把握三江源国家公园各个园区不同生态系统服务功能重要性的侧重，再逐个有针对性地对三个园区生态系统服务功能的重要性进行分级。*后依据不同区域主导生态系统服务功能重要性，统筹兼顾地形地貌、行政区划等，遵循完整性、等级性、相似性与差异性、发生学原则，将三江源国家公园生态系统服务功能重要性划分成4个级别区，分别为一般重要区、较重要区、重要区和极重要区，为引导区域资源的分类管理、开展针对性保护和合理利用奠定了基础。
　　基于生态资产面积和质量两个参数所构建的生态资产评价体系方法，对三江源面上的生态资产进行了评估。三江源生态资产总面积为29.67万km2，其中森林面积0.09万km2(0.32%)、灌丛面积1.47万km2(4.97%)、草地面积24.10万km2(81.21%)、湿地面积4.01万km2(13.50%)。总体上，当地生态资产质量较好，优级和良级占生态资产总面积的55.06%，主要分布在黄河源园区和澜沧江源园区。另外，三江源国家公园核心保育区生态资产状况也明显改善，其中黄河源园区核心保育区生态资产指数增加*大(5.02)，澜沧江源园区核心保育