统一管理能否提升跨界自然保护区的生态系统服务功能？以长白山国家级自然保护区为例进行的时空评估

《Journal of Cleaner Production》：Does unified management enhance ecosystem services in transboundary nature reserves? A spatio-temporal assessment of the Changbai Mountain National Nature Reserve

本研究以长白山国家级自然保护区为例，分析1985-2020年生态系统服务时空演变及统一管理效应。结果表明，2005年统一管理后水质、栖息地质量及土壤保持显著提升，但2015年后协同效应减弱，政策、地理、交通和经济是主要驱动因素，为跨国保护区管理提供参考模式。

　　自然保护区在全球生态系统保护中发挥着关键作用，但关于跨境生态保护区保护效果及其机制的研究仍然相对有限。现有研究较少关注单一跨境自然保护区内部行政区域之间生态系统服务的时空变化，也鲜少在跨境管理情景下使用InVEST模型来评估统一管理前后保护效果的变化。本研究聚焦于中国长白山国家级自然保护区（CMNNR）及其周边地区，分析了1985年至2020年间生态系统服务的变化及其驱动因素，特别关注了管理委员会成立和跨境管理实施后的生态影响。研究发现，统一管理显著提升了跨境自然保护区的生态系统服务，尤其是在2005年长白山管理委员会成立后，水产量、栖息地质量和土壤保持等指标均出现明显增长。从1985到2020年，CMNNR内的综合生态系统服务指数呈现出“下降后恢复”的趋势，特别是在2005年左右出现了一个明显的上升拐点，表明CMNNR在机构整合和环境治理方面的短期积极影响持续了五年。然而，从2015年到2020年，生态系统服务之间的协同效应和内部行政区域之间的协调度有所下降，这说明该保护区在促进生态系统服务协同和跨区域协调方面的效果存在波动。

本研究进一步指出，生态系统保护的效果主要受到政策、地理、交通和经济等因素的影响。长白山管理委员会的协调规划，结合当地的地形和降水等自然条件，对这些因素的放大效应起到了关键作用。然而，为了提升长白山管理委员会的长期管理效果，有必要在统一管理的短期效应之后加强政策引导。研究结果为全球跨境自然保护区提供了一个可复制、可操作的综合管理模式，并将CMNNR作为此类跨境综合管理实践的参考案例。

自然保护区的建立和管理对于保护生物多样性和维持关键生态系统服务至关重要，因此成为全球生态保护的重要议题。中国作为生物多样性丰富的国家，已建立了474个国家级自然保护区，并将生态文明理念纳入国家发展战略（Gao et al., 2019）。在全球化和气候变化等挑战日益加剧的背景下，生态系统服务的重要性愈发凸显，同时人类活动的流动性也在增强。因此，对大规模景观进行保护的需求不断上升，而跨境综合管理作为一种有效的策略，正在成为生物多样性保护和生态系统管理的关键手段。例如，蒙古-中国边境地区实现土地退化中性（Land Degradation Neutrality）的挑战和机遇，凸显了协调跨境治理框架对于应对共同生态挑战的必要性（Chan et al., 2023）。长白山国家级自然保护区（CMNNR）作为一个横跨多个行政边界的重要案例，为研究跨境生态保护区的管理效果提供了独特视角。通过对比CMNNR及其周边地区的生态系统服务演变，可以深入理解保护措施的有效性及其背后的驱动因素。这种认识对于推动跨区域生态资源整合、提升生态系统韧性、优化服务功能以及促进可持续发展具有重要意义。

生态保护区的保护效果研究涉及多个尺度，从全球到国家和区域层面。这些研究通常包括对生态系统（如森林、湿地、草原和沙漠）和物种保护的评估，覆盖国家、流域、岛屿、省份和城市等不同地理区域（Andam et al., 2008；Luo et al., 2024；Moreira et al., 2018；Zhu et al., 2023；Wu et al., 2024）。一项基于25年NDVI数据的综合研究评估了超过1000个大型保护区对植物生产力的维持能力，结果显示森林保护区的植物生产力通常高于周边地区，而非森林保护区则表现出较低的植物生长水平（Tang et al., 2011）。在县级层面，对黄土高原地区固原县的生态工程研究发现，植树造林项目显著提升了碳储存能力（Li et al., 2021a）。在巴西亚马逊地区的Acre州，关于不同保护强度对森林保护影响的研究表明，以可持续利用为目标的保护区能够带来最显著的保护效益。此外，研究还强调了管理实践和地理因素在决定保护区保护成效中的关键作用（Pfaff et al., 2014）。在坦桑尼亚，研究发现国家公园支持的大型植食动物种群密度高于保护措施较弱的区域，突显了这些保护区在保护成效方面的优势（Stoner et al., 2007）。

随着研究的深入，生态保护区的保护范围已从内部区域扩展到周边区域。例如，通过持续追踪多个自然保护区之间的野生动物迁徙模式，可以评估整个网络的保护效果，包括相互连接的走廊（Wang et al., 2014）。在中国武夷山国家公园及其周边地区（WNPSA）的研究中发现，景观生态学中的高风险区域向国家公园的外围延伸，而低风险区域则逐渐与周边低风险区域隔离，导致这些区域的压缩和碎片化（Liu et al., 2024）。在方法论方面，研究主要采用遥感与GIS结合的方式进行生态土地管理（Azad et al., 2025）。此外，远程传感生态指数（Zhang et al., 2022）、生态系统服务功能模型（Daneshi et al., 2021）和景观生态风险指数（Chen et al., 2020a）等工具被广泛用于评估生态效益。不同生态系统和土地类型对生态结果的影响则通过生态足迹贡献指数（Li et al., 2014）、生态系统服务价值变化矩阵、地图叠加分析（Guo et al., 2022；Jiang et al., 2023；Long et al., 2023）和SPASS相关系数（Li et al., 2023）等方法进行分析。此外，“空间化”和“模型化”已成为生态效应研究的重要趋势。以大规模流域（如黄河）为例，网络分析方法被用于追踪生态系统服务的流动，对理解社会-生态互动和优化管理策略以解决供需空间错配问题具有重要作用（Ji et al., 2024）。

生态保护区的保护效果受到多种因素的影响，可以大致分为四类：自然要素（包括气候、水文、土壤和生物多样性）、地理位置属性（如地理位置、地形和与邻近生态系统的连接）、社会经济因素（如人口压力和经济增长）以及政策维度（如法律、资金分配和机构治理）。主成分分析显示，在宁夏黄河都市带，植被覆盖率较高的地区表现出优越的供给服务（如粮食生产）和调节服务（如碳封存）（Lyu et al., 2019）。通过地理探测器，研究人员发现GDP、人口密度、地形高程和年平均温度是北京及其周边地区生态系统服务（ES）空间分布的关键决定因素（Chen et al., 2020b）。地理加权回归显示，土地利用是福州城市生态系统服务强度的主要影响因素（Hu et al., 2015）。偏最小二乘法显示，在葡萄牙阿维河盆地，不充分的城镇污水管理是水体质量下降和生态完整性破坏的主要驱动因素，而农业污染和土地利用纠纷的影响相对较小（Ferreira et al., 2017）。

从行政边界的视角来看，研究强调了这些边界在塑造跨境自然保护区空间网络结构中的重要作用。这些边界会干扰网络内部游客和资源的流动，特别是跨境旅游活动受到边界屏蔽效应的显著影响（Peng et al., 2014）。此外，行政边界对跨省旅游区域的影响比跨县区域更为明显（Yang et al., 2010）。为了减轻这些因素对自然环境的影响，区域管理机构和系统被建立起来，以优化调控并推动可持续管理（Li et al., 2024b）。自然保护区，特别是通过专门的管理委员会和多维框架的建设，已成功保护和管理自然资源（Arroyo et al., 2019）。这些努力结合了当地居民和其他利益相关方的决策，但后续研究发现，保护区内管理存在代表不足、参与不均和沟通不透明等问题（Schéré et al., 2023）。

目前的研究主要集中在土地利用、生物多样性和生态系统服务的演变，以及不同自然保护区之间的比较。然而，较少有研究探讨单一跨境自然保护区内部行政区域之间生态系统服务功能的时空差异。此外，对整体保护效果的综合评估仍然有限，尤其是在统一管理委员会建立前后生态系统服务功能的垂直比较方面。此前采用InVEST模型的研究主要集中在单一区域内的生态系统服务功能计算，而未考虑跨境管理情景下的整体保护成效。这种方法论上的局限性阻碍了对跨境保护区管理效果的验证，进一步凸显了当前研究的不足。因此，提出了几个关键问题：跨境自然保护区内部及周边的生态系统服务在时空上有哪些演变特征？统一管理委员会的协调管理是否能够提升这些保护区的生态系统服务？影响生态保护效果的主要因素有哪些，这些因素之间又如何相互作用？

本研究选择长白山国家级自然保护区（CMNNR）作为跨境自然保护区的代表性案例。CMNNR管理委员会的成立旨在实现跨行政边界的生物多样性保护、维护生态平衡和推动可持续发展。然而，目前尚缺乏对CMNNR实施统一管理后整体保护成效的评估。因此，本研究整合InVEST模型和随机森林模型，以解决这一研究空白。具体而言，InVEST模型被用于量化CMNNR内部及外部生态系统服务功能的时空变化，从而实现统一管理前后管理效果的垂直比较，并填补了关于“管理前后生态效应比较”的研究空白。同时，随机森林模型被应用于识别影响生态保护成效的关键因素，并解析“内部-外部”之间以及“功能区-行政区”之间的生态互动链条。通过这种整合，InVEST模型从单纯的生态服务评估工具演变为支持跨境生态治理的实用框架。最终，本研究揭示了CMNNR生态系统服务的时空演变机制，为管理优化和政策制定提供了科学依据，同时也为全球跨境自然保护区的保护实践提供了可借鉴的范式。