楊志鵬, 許嘉巍, 馮興華, 郭蒙, 靳英華, 高雪嬌

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基于InVEST模型的東北地區(qū)土地利用變化對生境的影響研究

楊志鵬, 許嘉巍*, 馮興華, 郭蒙, 靳英華, 高雪嬌

東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 長春 130024

生境質(zhì)量是區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容之一。以東北地區(qū)為研究區(qū), 基于2005、2010、2015年三期的土地利用數(shù)據(jù), 對土地利用演變視角下的生境變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明: (1)2005—2015年, 耕地和建設(shè)用地分別增加0.77%和7.51%, 林地和草地分別減少0.30%和0.25%, 耕地有64.41%轉(zhuǎn)入面積來自林地和草地, 建設(shè)用地有85.21%轉(zhuǎn)入面積來自耕地和草地, 后五年的地類轉(zhuǎn)移程度大于前五年; (2)將生境質(zhì)量由高到底劃分為優(yōu)等、良好、中等、較差和差5個等級, 優(yōu)等的生境質(zhì)量面積減少0.93%, 差等的生境質(zhì)量面積增加1.34%, 區(qū)域生境質(zhì)量總體呈下降趨勢, 且2010—2015年的生境質(zhì)量下降幅度大于2005—2010年的生境質(zhì)量下降幅度; (3)生境質(zhì)量高低與土地利用類型空間布局的相關(guān)性明顯, 研究區(qū)邊緣半環(huán)狀地帶的主要土地利用類型是林地和草地, 生境質(zhì)量較高, 中部和東北部地區(qū)耕地與建設(shè)用地集中, 生境質(zhì)量較低; (4)城市周邊和水域附近的生境退化度較高, 建設(shè)用地擴(kuò)張和水域保護(hù)應(yīng)引起重視。

土地利用變化; 生境質(zhì)量; InVEST模型; 東北地區(qū)

1 前言

近年來, 人們對生態(tài)環(huán)境的重視程度不斷提高, 生態(tài)環(huán)境的保護(hù)被劃為生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容, 生境質(zhì)量的高低是衡量生態(tài)環(huán)境好壞的重要指標(biāo)。生境質(zhì)量是指生態(tài)系統(tǒng)提供適宜個體與種群持續(xù)發(fā)展生存條件的能力[1], 可以在一定程度上反映出區(qū)域的生物多樣性[2], 與區(qū)域內(nèi)的土地利用變化有著密切關(guān)系。土地利用變化蘊(yùn)含了大量的人類活動信息[3], 反映區(qū)域內(nèi)土地資源的特點和優(yōu)劣勢, 影響著生境斑塊之間的物質(zhì)流、能量流過程, 進(jìn)而改變區(qū)域生境分布格局和功能[4]。不同土地利用類型反映著人類對土地的利用強(qiáng)度, 生境質(zhì)量的高低與人類對土地的利用強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān), 土地利用強(qiáng)度增大, 生境質(zhì)量隨之衰退[5–6]。由于自然條件的變化和人類活動的影響, 土地利用格局也發(fā)生著劇烈的變化[7], 進(jìn)而會影響到區(qū)域的生境質(zhì)量?；谕恋乩米兓瘜ι迟|(zhì)量評價, 可以看出區(qū)域內(nèi)土地的利用方式和利用程度是否合理, 生態(tài)環(huán)境的變化有何趨勢, 對區(qū)域內(nèi)生態(tài)文明建設(shè)和土地的可持續(xù)利用具有重要意義。許多數(shù)字模型可應(yīng)用在生境質(zhì)量的評價上面, 如IDRISI軟件中生物多樣性評價模塊、生境適宜性模型HIS、InVEST模型等[8]。其中, InVEST模型具有空間分析能力強(qiáng)、評價結(jié)果精確度高、投入成本低等特點[9], 在生境質(zhì)量評價方面得到了較多的應(yīng)用, 所得結(jié)果更能準(zhǔn)確的反映實際生態(tài)環(huán)境狀況。

近年來, 國內(nèi)外許多學(xué)者基于InVEST模型對生境質(zhì)量進(jìn)行了評價, 研究了土地利用空間格局對生境質(zhì)量的影響。Mdk等研究了加納和科特迪瓦不同時期內(nèi)兩個國家基于土地利用變化的生境質(zhì)量變化, 闡述了這兩個國家生境質(zhì)量的總體概況[10]; 吳健生等利用InVEST模型分析了京津冀地區(qū)2000—2010年土地利用變化引起的生境質(zhì)量的時空演變, 得到京津翼地區(qū)生境質(zhì)量高低分布狀況, 分析了區(qū)域生境質(zhì)量退化的原因[11]; 劉智方等以福建省為研究區(qū), 利用InVEST模型分析土地利用變化引起的生境質(zhì)量的時空變化, 并且結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)深入闡述了福建省生境質(zhì)量變化的原因[12]?，F(xiàn)有研究主要集中在建設(shè)用地擴(kuò)張與區(qū)域生境質(zhì)量之間的相互關(guān)系, 研究區(qū)域多為沿海地區(qū)或城市群系統(tǒng); 而缺乏對國家生態(tài)屏障區(qū)多重土地利用類型變化下的生境質(zhì)量總體考量與空間差異性比較。研究選擇林地和草地集中且對生態(tài)環(huán)境有重要影響、建設(shè)用地不斷擴(kuò)張的東北地區(qū)作為研究對象, 可兼顧各種土地利用類型轉(zhuǎn)換對區(qū)域生境質(zhì)量影響進(jìn)行時空維度分析。

東北地區(qū)是我國重要的生態(tài)屏障區(qū), 區(qū)內(nèi)土地利用類型豐富, 林地、草地所占比重較大, 二者對生態(tài)屏障區(qū)生物多樣性、水源涵養(yǎng)等生態(tài)功能提升具有至關(guān)重要的作用。同時, 東北地區(qū)作為老工業(yè)基地, 近年來, 其經(jīng)濟(jì)經(jīng)歷了發(fā)展、衰落到振興的一個過程, 工礦業(yè)及城鎮(zhèn)化都得到發(fā)展, 土地利用格局發(fā)生了不同程度的變化[13]。2005—2015年間, 東北地區(qū)林地和草地面積呈減少趨勢, 分別減少了0.30%和0.25%; 耕地面積不斷增加, 增幅為0.77%; 建設(shè)用地迅速擴(kuò)張, 增幅達(dá)8.56%。各地類面積的變化以及相互間的轉(zhuǎn)換, 使得生境狀況也發(fā)生著顯著變化。本研究從土地利用格局演變視角對東北地區(qū)的生境質(zhì)量變化進(jìn)行深入分析, 以期為東北地區(qū)土地的合理利用和生境質(zhì)量的保護(hù)提供參考意見。

2 研究區(qū)概況

東北地區(qū)位于中國的東北部(115°E—135°E, 38°N—56°N), 是我國邊疆地區(qū)完整的自然地理單元, 在行政范圍內(nèi)包括遼寧、吉林、黑龍江三省和內(nèi)蒙古蒙東地區(qū)的五盟市, 即赤峰市、通遼市、呼倫貝爾市、興安盟和錫林郭勒盟。東北地區(qū)幅員遼闊, 占地約152萬平方千米, 總?cè)丝跀?shù)超過2億。東北地區(qū)自南向北跨暖溫帶、中溫帶和寒溫帶, 自西向東從濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)過渡到半干旱區(qū), 氣候類型屬于溫帶季風(fēng)性氣候, 四季分明, 夏季溫?zé)岫嘤? 冬季寒冷干燥。東北地區(qū)地形地貌多樣, 北部有大興安嶺和小興安嶺山脈, 東部有長白山山脈, 中部分布有松嫩平原和遼河平原, 西部則分布有呼倫貝爾草原。另外, 遼河、黑龍江、松花江等江河貫穿于東北大地。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)中心, 選取的是2005, 2010, 2015年1:10萬的土地利用數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)分辨率為1 km×1 km。用ArcGIS軟件加載土地利用數(shù)據(jù), 對屬性表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總, 將三級地類匯總為二級地類, 建立土地利用二級分類體系。通過ArcGIS軟件進(jìn)一步對土地利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類, 提取出耕地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地、工礦用地的矢量數(shù)據(jù)作為InVEST模型影響生境質(zhì)量的威脅源。

圖1 東北地區(qū)概況圖

3.2 研究方法

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 東北地區(qū)土地利用格局在2005—2015年間發(fā)生了巨大變化, 通過ArcGIS軟件分析2005—2010年、2010—2015年間的土地利用格局變化。通過InVEST模型分別分析東北地區(qū)2005年、2010年、2015年的生境質(zhì)量狀況。將土地利用格局變化的結(jié)果與生境質(zhì)量狀況的結(jié)果進(jìn)行分析, 研究二者之間的相關(guān)關(guān)系。

3.2.1 土地利用類型轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)

運(yùn)用ArcGIS軟件中的空間疊置功能, 分別對東北地區(qū)2005年與2010年、2010年與2015年的各土地利用類型的交互情況進(jìn)行處理, 得到土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。同時, 引入“土地利用轉(zhuǎn)移流”指標(biāo), 對各土地利用類型的“轉(zhuǎn)出流”、“轉(zhuǎn)入流”進(jìn)行測算, 并借助社會網(wǎng)絡(luò)分析工具Ucinet軟件對其進(jìn)行可視化, 理清東北地區(qū)各類用地的轉(zhuǎn)移交互方向和數(shù)量[14]。

式中,L為土地利用轉(zhuǎn)移流;L為轉(zhuǎn)出流;L為轉(zhuǎn)入流;L為土地轉(zhuǎn)移流凈值, 其值為正時, 表示凈流入, 其值為負(fù)時, 則表示凈流出。

3.2.2 生境質(zhì)量模型

InVEST (Integrated Valua-tion of Environ-mental Services and Tradeoffs)模型是由美國斯坦福大學(xué)、世界自然基金會(World Wildlife Fund)和大自然保護(hù)協(xié)會(Nature Conser-vancy)共同開發(fā), 從生物多樣性的角度對生境質(zhì)量進(jìn)行量化評估[15–17](。該模型數(shù)據(jù)需求量相對較少, 計算結(jié)果可視性較強(qiáng), 具有很強(qiáng)的空間分析能力[18–19]。InVEST 模型中的生境質(zhì)量模塊(Habitat Quality model)將土地利用/覆蓋圖與威脅源建立聯(lián)系, 根據(jù)不同生境對威脅源的響應(yīng)程度, 評估不同景觀格局下的生境分布和退化情況, 計算得到的生境質(zhì)量和稀缺程度可以反映該區(qū)域的生物多樣性[20], 進(jìn)而可以看出土地利用格局變化對生境質(zhì)量的影響。

生境質(zhì)量的分析是運(yùn)用InVEST模型中的生境質(zhì)量模塊進(jìn)行的。這種分析方法的主要思路是不同的土地利用類型可能作為威脅源破壞生境質(zhì)量, 將生境質(zhì)量與威脅源建立聯(lián)系, 研究威脅源對生境質(zhì)量的影響。基于威脅-暴露原理可知, 生境質(zhì)量不僅與威脅源及其影響距離密切相關(guān), 還與區(qū)域土地利用強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。我們選取相應(yīng)的土地利用類型作為威脅源, 不同的威脅源有不同的影響權(quán)重以及最大影響范圍。本研究參照肖明[21], 吳健生等[11], 陳妍等[22]的研究并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)及實地情況選取耕地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點用地和工礦用地作為威脅源, 并參考模型推薦的數(shù)值[23]以及考慮實地情況對這四類威脅源的影響權(quán)重和最大影響距離進(jìn)行賦值(表1)。

此外, 每種土地利用類型作為生境類型還與自身的生境適宜度和其對威脅源的敏感性有關(guān)。生境類型的適宜度越高, 其生境質(zhì)量表現(xiàn)越優(yōu)越。生境類型對威脅源的敏感性越強(qiáng), 其抗干擾能力越低, 生境質(zhì)量也會越差。通過參考模型的推薦值, 綜合相關(guān)文獻(xiàn)[24–26](Nelson E., 2009; 余新曉等, 2012; 白楊等, 2013)和相關(guān)專家的意見, 確定生境類型的生境適宜度和其對威脅源的敏感性(表2)。

表1 威脅源的權(quán)重和最大影響距離

表2 不同土地利用類型生境適宜度及其對各威脅源的敏感度

通過計算威脅源對生境的負(fù)面影響, 可以得到生境退化度, 將生境的退化度與生境的適宜情況進(jìn)行綜合計算, 得到生境質(zhì)量的高低。生境質(zhì)量的衡量包含4個要素: 各威脅的相對影響、各生境對各威脅因子的相對敏感性、生境與威脅源距離及土地受合法保護(hù)的水平。生境對威脅因子的敏感度越高, 該因子對生境退化的影響越大, 假定柵格 x處的用地或生境類型為j, 則該點的生境退化度(Dxj)可表示為:

式中,為威脅因子,為威脅因子總量,為威脅因子?xùn)鸥駡D層中的單個柵格,Y為威脅因子圖層中的柵格總和,W為歸一化威脅權(quán)重,r用于判斷柵格是否為威脅因子的來源地,i為生境與威脅因子之間的距離函數(shù),表示在社會、法律等保護(hù)狀態(tài)下威脅源到柵格的可達(dá)性水平,S表示土地覆被類型對于威脅因子的敏感性, 則處土地覆被類型的生境質(zhì)量(Q)為:

式中,H為地類的生境適宜度,為半飽和常數(shù), 通常取0.5。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用變化分析

4.1.1 土地利用格局演變分析

東北地區(qū)耕地面積呈連續(xù)遞增趨勢, 2010—2015年間的耕地面積增加幅度大于2005—2010年間的增幅, 說明東北地區(qū)的耕地得到不斷地開墾。有研究表明, 東北地區(qū)氣溫呈增加趨勢, 使水田得到大面積開發(fā)[27]。林地面積不斷減少, 林地的減少集中分布在大、小興安嶺林區(qū), 這與林業(yè)職工和部分外地人員伐林種地有關(guān)[27]。草地面積先增加后減少, 并且前五年增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于后五年的減少幅度, 整體呈減少趨勢。種植業(yè)短期內(nèi)收益較高的利益驅(qū)動使得大量草地被開墾為耕地, 造成草地的減少。建設(shè)用地呈連續(xù)遞增趨勢, 前五年增幅小于后五年增幅。建設(shè)用地的增加與城市擴(kuò)張有密不可分的關(guān)系, 后五年的城市擴(kuò)張進(jìn)程大于前五年。未利用地面積不斷減少, 很多未利用地被開墾為耕地(表3)。

表3 2005—2015年東北地區(qū)各土地利用類型面積(萬km2)

4.1.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移變化分析

土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)可以直觀具體地表明土地利用類型間的相互轉(zhuǎn)換情況, 有助于揭示一段時期內(nèi)土地利用類型的轉(zhuǎn)移方向和空間演化進(jìn)程。本文對東北地區(qū)2005年、2010年和2015年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后, 得到土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)圖(圖2)。

圖2 不同時期東北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)(km2)

圖2(a)顯示, 2005—2010年間, 東北地區(qū)轉(zhuǎn)出最多的土地利用類型是耕地, 主要轉(zhuǎn)向了林地、建設(shè)用地和草地, 耕地的轉(zhuǎn)出受到退耕還林還草以及城市建設(shè)用地快速擴(kuò)張的影響; 轉(zhuǎn)出面積次之的土地利用類型是未利用地, 主要轉(zhuǎn)向了草地和耕地; 林地和草地主要轉(zhuǎn)向了耕地, 說明林地和草地被開墾為耕地的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。同時, 轉(zhuǎn)入最多的土地利用類型是耕地, 與東北地區(qū)耕地的增長現(xiàn)狀相吻合; 建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入中71.5%的面積來自耕地, 說明城市的擴(kuò)張占用的主要土地利用類型還是耕地。

圖2(b)顯示, 2010—2015年間, 草地轉(zhuǎn)出最多, 主要轉(zhuǎn)為了耕地和建設(shè)用地, 說明草地除了被開墾為耕地外, 還為城市的擴(kuò)張?zhí)峁┙ㄔO(shè)用地; 轉(zhuǎn)出次之的未利用地主要轉(zhuǎn)為了耕地和草地; 耕地主要轉(zhuǎn)為了建設(shè)用地, 林地主要轉(zhuǎn)為了耕地。這五年內(nèi), 轉(zhuǎn)入最多的土地利用類型依舊是耕地, 建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積較2005—2010年有較大幅度增長, 表明城市擴(kuò)張加劇; 建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入有50%來自耕地, 33.4%來自于草地, 建設(shè)用地占用草地的現(xiàn)象在這一時期尤為明顯。

圖2(c)為2005—2015年間土地利用類型整體轉(zhuǎn)移情況。在這十年間, 耕地、林地和草地三種土地利用類型的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出都較多, 這三種土地利用類型之間的轉(zhuǎn)移占明顯優(yōu)勢; 建設(shè)用地的轉(zhuǎn)出較少, 轉(zhuǎn)入較多, 說明建設(shè)用地處在有一個不斷增長的趨勢; 相對于其他土地利用類型的轉(zhuǎn)移, 水域較為穩(wěn)定, 轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入數(shù)量都相對較少。

4.2 生境質(zhì)量分析

生境質(zhì)量高低在InVEST模型中表現(xiàn)為0—1之間連續(xù)變化的值, 值越接近1, 生境質(zhì)量越高, 土地開發(fā)利用強(qiáng)度越弱, 土地呈現(xiàn)出來的生態(tài)效益也就越好。土地開發(fā)利用強(qiáng)度越大, 便會導(dǎo)致威脅源的增多和威脅范圍的擴(kuò)大, 進(jìn)而使土地的生境質(zhì)量降低。為更好地分析土地利用類型變化對生境質(zhì)量的影響, 對生境質(zhì)量值進(jìn)行量化劃分, 在0-1的范圍內(nèi)劃分為0—0.2, 0.2—0.4, 0.4—0.6, 0.6—0.8和0.8—1五個區(qū)間, 分別對應(yīng)差、較差、中等、良好和優(yōu)等五個等級的生境質(zhì)量, 并統(tǒng)計了各個等級的生境質(zhì)量所占的面積。

從時間變化來看, 生境質(zhì)量差的區(qū)域面積先小幅度減少后大幅度增加, 生境質(zhì)量較差的區(qū)域面積在十年內(nèi)一直增加, 生境質(zhì)量較差和差的區(qū)域面積總體呈增長趨勢, 后五年的增加幅度大于前五年; 生境質(zhì)量優(yōu)等和良好的區(qū)域面積總和在前五年基本保持沒變, 在后五年呈減少趨勢, 這表明東北地區(qū)的生境質(zhì)量在不斷惡化, 并且后五年的惡化程度更為嚴(yán)重(表4)。

從空間格局來看, 生境質(zhì)量優(yōu)等區(qū)主要分布在地區(qū)邊緣地帶, 呈半環(huán)狀分布, 該地帶以林地為主, 生物多樣性豐富, 人類活動少, 生態(tài)保護(hù)程度較高; 生境質(zhì)量良好區(qū)主要分布在研究區(qū)域西部以及生境質(zhì)量優(yōu)等區(qū)的周圍, 這些地區(qū)以草地為主, 生物多樣性較豐富, 生態(tài)良好; 生境質(zhì)量中等區(qū)與東北地區(qū)的河流分布具有明顯的相關(guān)性; 生境質(zhì)量較差區(qū)集中連片分布在研究區(qū)域的中部和東北部, 這兩個地區(qū)以耕地為主, 農(nóng)村居民點集中分布, 人類活動產(chǎn)生較多干擾, 生態(tài)遭到破壞; 生境質(zhì)量差區(qū)呈散點狀分布, 可分為兩類情況: 一類是區(qū)域內(nèi)的大中小城市, 以建設(shè)用地為主, 生物多樣性單一, 人類活動頻繁, 干擾嚴(yán)重; 另一類是沙地、鹽堿地、裸土地等未利用地, 由于人為干擾、地形和氣候原因, 生態(tài)環(huán)境惡化(圖3)。

表4 2005—2015年東北地區(qū)各等級生境所占面積(萬km2)

圖3 東北地區(qū)生境質(zhì)量空間分布

圖4 2005—2015年間生境質(zhì)量變化情況

為更好地研究生境質(zhì)量的變化, 將2005年、2010年、2015年三個年份生境質(zhì)量圖分別疊加后相減, 得到2005—2010年、2010—2015年和2005—2015年三個時期的生境質(zhì)量變化情況(圖4)。紅色區(qū)域是生境質(zhì)量變差的區(qū)域, 藍(lán)色區(qū)域是生境質(zhì)量變好的區(qū)域, 綠色區(qū)域是生境質(zhì)量沒有發(fā)生變化的區(qū)域。從圖中可以看出, 2005—2015年間, 絕大部分區(qū)域的生境質(zhì)量沒有發(fā)生變化, 變化區(qū)域零星存在, 生境質(zhì)量變差的區(qū)域面積大于變好的區(qū)域; 在這十年間, 后五年生境質(zhì)量變化的區(qū)域比前五年多, 尤其是生境質(zhì)量變差的區(qū)域明顯增多, 說明后五年生境質(zhì)量的變化更為劇烈, 生境質(zhì)量下降也更為嚴(yán)重。2005—2010年間, 生境質(zhì)量變差的區(qū)域集中分布在三江平原和內(nèi)蒙古錫林郭勒草原, 這些地區(qū)過度墾殖、不合理利用土地導(dǎo)致草地和耕地的退化、沙化和鹽堿化。2010—2015年間, 內(nèi)蒙古錫林郭勒草原仍存在大面積的生境質(zhì)量變差現(xiàn)象, 草地遭到了嚴(yán)重的破壞; 三江平原和大興安嶺地區(qū)生境質(zhì)量也在變差, 生境質(zhì)量的保護(hù)重視度不夠。

東北地區(qū)生境質(zhì)量整體上存在很大程度的下降, 生境質(zhì)量下降的區(qū)域說明生態(tài)環(huán)境正在遭受破壞, 生境退化度可以反映出生境質(zhì)量的下降程度。圖5表示東北地區(qū)2005、2010、2015年三個年份生境退化度情況, 從圖中可以看出, 生境退化度最高的區(qū)域出現(xiàn)在城市周邊和各個流域, 城市的擴(kuò)張致使城市周邊的耕地和其他土地利用類型變?yōu)榻ㄔO(shè)用地, 對生態(tài)環(huán)境的破壞最為嚴(yán)重, 尤其以沈陽、長春和哈爾濱三大中心城市為代表, 周邊的生境質(zhì)量存在嚴(yán)重的破壞, 流域附近的生態(tài)環(huán)境比較脆弱, 受到外界干擾后容易被破壞, 生境退化嚴(yán)重; 生境退化度較高的區(qū)域集中分布在東北地區(qū)的中部和東北部, 這些地區(qū)地勢平坦, 土地利用類型以耕地為主, 分布有大量的居民點, 生態(tài)環(huán)境遭到破壞主要受人類活動的影響; 在東北地區(qū)的邊緣部分, 土地利用類型以草地和林地為主, 生境質(zhì)量退化并不顯著。

5 結(jié)論與討論

本研究以東北地區(qū)為研究區(qū)域, 選取2005年、2010年和2015年的土地利用數(shù)據(jù), 通過ArcGIS軟件分析處理得到2005—2015年間三個不同時期土地利用變化情況; 選取耕地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點和工礦用地作為威脅源, 通過InVEST模型運(yùn)算得到2005、2010和2015三個年份的生境質(zhì)量和生境退化度情況, 進(jìn)行深入分析。主要結(jié)論如下:

(1)2005—2015年, 東北地區(qū)耕地和建設(shè)用地呈不斷增長趨勢, 耕地和建設(shè)用地后五年增速明顯快于前五年, 而林地和未利用地總體呈不斷縮減趨勢; 耕地、林地和草地相互間的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出最為活躍, 建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入也比較多, 轉(zhuǎn)入的最大來源是耕地和草地, 轉(zhuǎn)出較多的土地利用類型還有未利用地, 大部分轉(zhuǎn)為耕地。

(2)東北地區(qū)的生境質(zhì)量呈現(xiàn)中部地區(qū)低邊緣地區(qū)高的分布格局, 生境質(zhì)量總體呈下降趨勢, 后五年的下降幅度快于前五年; 草原和平原上生境退化度較高, 城市的周邊以及流域附近生境質(zhì)量的退化尤為明顯。

東北地區(qū)生境質(zhì)量與土地利用類型存在顯著的相關(guān)性, 林地和草地的生境質(zhì)量高, 而耕地和建設(shè)用地的生境質(zhì)量低。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展, 耕地和建設(shè)用地增加, 林地和草地減少, 土地利用格局發(fā)生了變化, 生境質(zhì)量也隨之改變。

通過分析東北地區(qū)土地利用變化對生境質(zhì)量的影響, 可得到優(yōu)化東北地區(qū)土地利用格局和提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的啟示, 為東北地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)、全力打造“五位一體”的區(qū)域發(fā)展格局作進(jìn)一步探討。生境質(zhì)量的降低與林地、草地的減少有密切關(guān)系, 應(yīng)加大政策實施力度, 如建立“林長制”, 分區(qū)管理區(qū)域林地、草地等生境質(zhì)量優(yōu)質(zhì)地區(qū), 進(jìn)一步完善生態(tài)屏障區(qū)資源保障責(zé)任體系; 進(jìn)一步加強(qiáng)對土地利用類型間的轉(zhuǎn)換控制, 減緩轉(zhuǎn)換速度, 減少對生境質(zhì)量好的土地利用類型的破壞, 防止區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量的降低; 加強(qiáng)景觀斑塊連續(xù)性, 降低區(qū)域斑塊的破碎度, 形成地類的集聚分布, 對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有著重要的作用; 就生境退化度而言, 在城市的周邊以及流域附近生境質(zhì)量的退化程度尤為明顯, 對城市的擴(kuò)張要進(jìn)行合理的規(guī)劃和控制, 對流域要進(jìn)行特殊的保護(hù), 獲得更大的生態(tài)效益?？傊? 東北地區(qū)在未來土地利用格局規(guī)劃中, 要特別注意對林地和草地的保護(hù), 合理控制耕地和建設(shè)用地的數(shù)量, 優(yōu)化林地、草地、耕地、建設(shè)用地等景觀格局, 在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時也要注重生態(tài)效益, 做到人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

本文僅從土地利用視角對生境質(zhì)量進(jìn)行分析, 得到了一些有益于區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的結(jié)論。但生境質(zhì)量作為分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境的重要方面, 其內(nèi)容包含多個方面, 如: 水源涵養(yǎng)、水土保持、碳儲量等; 而威脅源不僅是人類經(jīng)濟(jì)活動影響, 還包含了不穩(wěn)定因素下的自然災(zāi)害。多元生態(tài)功能下的生境質(zhì)量綜合評價模型構(gòu)建、多重威脅源影響下的生境質(zhì)量變化如何將是今后需做改進(jìn)和深入研究的方向。

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Effects of land use change on habitat based on InVEST model in Northeast China

YANG Zhipeng, XU Jiawei*, FENG Xinghua, GUO Meng, JIN Yinghua, GAO Xuejiao

School of Geographical Sciences, Northeast Normal University, Changchun 130024, China

Research on habitat quality is one of the important contents of regional ecological civilization construction. Taking Northeast China as the research area, this study analyzed habitat quality change in the perspective of land use evolution based on land use data of 2005, 2010 and 2015. The results are as follows. (1) From 2005 to 2015, cultivated land and construction land increased by 0.77% and 7.51%, respectively, while forest land and grassland decreased by 0.30% and 0.25%, respectively. 64.41% of the newly added cultivated land was transferred from forest land and grassland, and 85.21% of the newly added construction land was transferred from cultivated land and grassland. The degree of land type transfer in the last five years was significantly greater than that in the first five years. (2) The habitat quality was divided into 5 grades: excellent, good, medium, relatively bad, bad. The area of excellent quality habitat decreased by 0.93%, while the area of bad quality habitat increased by 1.34%. The overall quality of regional habitat was declining, and habitat quality decline in 2010-2015 was greater than that in 2005-2010. (3) The correlation between the quality of habitat and the spatial distribution of land use type was significant. The main types of land use in the semi-annular belt at the edge of the area were forest land and grassland, with better habitat quality; in the central and northeastern regions, cultivated land and construction land were concentrated, and habitat quality was lower. (4) Habitat degradation was high around the city and in the vicinity of waters. Expansion of construction land and protection of waters should be paid attention to.

land use change; habitat quality; InVEST model; Northeast China

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.06.018

X826

A

1008-8873(2018)06-139-09

2017-11-25;

2017-12-19

國家自然科學(xué)基金項目( 41171072; 41571078)

楊志鵬(1992—), 男, 碩士研究生, 從事土地利用變化研究, E-mail: yangzp315@nenu.edu.cn

許嘉巍, 男, 博士, 教授, 從事自然地理學(xué)研究, E-mail: xujw634@nenu.edu.cn

楊志鵬, 許嘉巍, 馮興華, 等. 基于InVEST模型的東北地區(qū)土地利用變化對生境的影響研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(6): 139-147.

YANG Zhipeng, XU Jiawei, FENG Xinghua, et al. Effects of land use change on habitat based on InVEST model in Northeast China[J]. Ecological Science, 2018, 37(6): 139-147.