胡 豐， 張 艷， 郭 宇， 張盼盼， 呂 帥， 張長春

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源學(xué)院，河北 保定 071000；2.長安大學(xué)土地工程學(xué)院，陜西 西安 710000）

土地利用變化作為聯(lián)系人類社會經(jīng)濟(jì)活動與自然環(huán)境演變的重要紐帶，能夠直觀反映人類活動對地表系統(tǒng)的改造過程，是全球環(huán)境變化研究的核心內(nèi)容［1-2］。生境質(zhì)量指特定時空條件下生態(tài)系統(tǒng)為個體和種群提供生存繁衍所需資源的能力，是維護(hù)生物多樣性和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要因素［3-4］。通常土地利用狀況能夠體現(xiàn)生境質(zhì)量水平，兩者關(guān)系密切，分析土地利用時空變化特征可進(jìn)一步探究生境質(zhì)量變化規(guī)律及原因［5-6］。隨著土地利用變化動態(tài)建模技術(shù)的快速發(fā)展，眾多學(xué)者結(jié)合地理學(xué)、生態(tài)學(xué)等理論，預(yù)測土地利用變化并對未來生境質(zhì)量進(jìn)行評價［7-8］。

土地利用預(yù)測可通過多種模型實現(xiàn)，其中元胞自動機(jī)（Cellular automata，CA）作為諸多模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，經(jīng)過不斷發(fā)展形成了Logistic-CA［9］、CLUES［10］、FLUS［11］等模型，在生態(tài)紅線劃定、地貌演變分析和國土空間優(yōu)化等方面應(yīng)用廣泛，但這些模型在大尺度和多地類綜合模擬方面表現(xiàn)較弱［12］。而斑塊生成土地利用變化模擬（Patch-generating land use simulation，PLUS）模型通過引入用地擴(kuò)張分析策略和多類型隨機(jī)斑塊種子生成機(jī)制有效解決了上述問題，同時具有模擬精度高、數(shù)據(jù)處理快等優(yōu)勢，能有效地模擬多地類復(fù)雜演變的過程［13-15］。如Li等［15］耦合灰色多目標(biāo)優(yōu)化模型（GMOP）和PLUS 模型分析了2026年自然增長、生態(tài)優(yōu)先和生態(tài)-經(jīng)濟(jì)平衡3種模式下中國川滇地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演變特征；喇蕗夢等［13］采用生存可能性邊界（PPF）并結(jié)合PLUS模型探討了不同情景下秭歸縣各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡特征；陸羽等［16］利用PLUS 模型預(yù)測了2025 年常州市武進(jìn)區(qū)生態(tài)空間格局并進(jìn)行了生態(tài)功能分區(qū)，以上研究表明PLUS 模型具有良好的適用性。

土地利用變化影響著物質(zhì)流、信息流在生境各斑塊間的循環(huán)流動，進(jìn)而影響區(qū)域生境質(zhì)量水平，而生境質(zhì)量變化的研究能夠直觀反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能狀態(tài)和變化趨勢，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展意義重大［6,17］。目前，評估區(qū)域生境質(zhì)量常采用的模型有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評估（Integrated valuation of ecosystem services and trade-offs，InVEST）模型、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)人工智能（Artificial intelligence for eco-system services，ARIES）模型和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)社會價值評估（Social values for ecosystem services，SolVES）模型，其中InVEST 模型由于具有操作便捷、可視化能力強(qiáng)且理論體系較為完善等優(yōu)勢，應(yīng)用廣泛［18-19］。如馮舒等［20］運(yùn)用In-VEST 模型的生境質(zhì)量評價模塊評估了2000—2015年北京市的生境質(zhì)量退化程度和生境質(zhì)量變化情況；黃木易等［21］借助地形位和InVEST模型等進(jìn)行了大別山地區(qū)生境質(zhì)量時空格局演變與景觀格局互動分析；馮琰瑋等［22］在評價呼和浩特城市擴(kuò)展和生境質(zhì)量演變的基礎(chǔ)上，探討了生境質(zhì)量對城市用地擴(kuò)展的時空響應(yīng)機(jī)制。以往研究借助InVEST 模型開展了不同尺度的生境質(zhì)量測算與評估工作，有力論證了模型的科學(xué)性和適用性。

上述兩者模型應(yīng)用廣泛且效果良好，但耦合PLUS模型和InVEST模型來預(yù)測未來土地利用時空格局并探究區(qū)域生境質(zhì)量發(fā)展趨勢的研究較少。因此，本研究通過集成PLUS和InVEST模型，以渭河流域為研究區(qū)，對2000—2020年渭河流域土地利用和生境質(zhì)量的演變過程進(jìn)行分析，并對未來的生境質(zhì)量時空格局進(jìn)行預(yù)測，旨在探究渭河流域土地利用與生境質(zhì)量的演變機(jī)制，為流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境治理、保護(hù)以及推動地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展提供有效科學(xué)的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

渭河流域（104°00′～110°20′E，33°50′～37°18′N），是黃河流域的第一大子流域，地處我國西北地區(qū)，面積1.34×105km2，涉及陜西甘肅寧夏3 省13 市（圖1）。全域位于干旱半干旱地帶，雨熱同期，年均降水量為683.6 mm，年平均氣溫7.8～13.5 ℃，地形地貌復(fù)雜，地勢西高東低，土壤和植被類型豐富。流域內(nèi)自然條件差異明顯，西部、北部自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱且經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，含有六盤山集中連片特困地區(qū)，隨著脫貧攻堅和生態(tài)治理實施推進(jìn)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生態(tài)環(huán)境穩(wěn)步向好，但生態(tài)穩(wěn)定性仍需提高；中部是地勢平坦、區(qū)位優(yōu)越的平原地帶，人口集中且經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，人地矛盾突出；南部是秦嶺山區(qū)，植被覆蓋率高，生態(tài)環(huán)境狀況良好。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

在考慮模型精確性和現(xiàn)實性的基礎(chǔ)上，綜合自然和社會經(jīng)濟(jì)條件對土地利用的影響［23］，依據(jù)驅(qū)動因子可獲取性、時效性和顯著性原則，選取高程、人口等14 個因子作為影響土地利用變化的驅(qū)動因子。因此，本文使用的數(shù)據(jù)主要包括行政界限、土地利用數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及土地利用驅(qū)動因子空間數(shù)據(jù)構(gòu)成（表1）。同時為保證數(shù)據(jù)空間精度的一致性，利用ArcGIS 10.2的裁剪和重采樣工具對驅(qū)動因子、土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為90 m×90 m精度的柵格文件。

表1 數(shù)據(jù)來源信息表Tab.1 Data source information table

2 研究方法

2.1 PLUS模型

PLUS 模型是一個以元胞自動機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)建的新模型［14］。模型通過分析兩期土地利用數(shù)據(jù)間各類用地擴(kuò)張部分及驅(qū)動因子空間特征，采用隨機(jī)森林算法對土地利用擴(kuò)張部分進(jìn)行采樣計算逐一獲取各類用地發(fā)展概率；再基于輪盤賭的自適應(yīng)慣性競爭機(jī)制獲取土地利用變化綜合概率；最后結(jié)合隨機(jī)斑塊生成、過渡轉(zhuǎn)移矩陣和閾值遞減機(jī)制實現(xiàn)優(yōu)化，確定最終用地方式［12］。

2.1.1 適宜性概率計算在PLUS 模型用地擴(kuò)張分析策略模塊下，使用隨機(jī)采樣機(jī)制減少模型計算量的同時運(yùn)用能處理高維數(shù)據(jù)和解決驅(qū)動因子共線性的隨機(jī)森林算法挖掘土地利用轉(zhuǎn)移過渡規(guī)律，獲取各土地利用類型發(fā)展概率［24］，公式如下：

2.1.2 領(lǐng)域權(quán)重設(shè)定領(lǐng)域權(quán)重主要用于反映不同土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)換的難易程度［26］，公式如下：

表2 領(lǐng)域權(quán)重參數(shù)Tab.2 Realm weight parameters

2.1.3 自適應(yīng)慣性系數(shù)計算自適應(yīng)慣性可根據(jù)土地數(shù)量預(yù)期需求和現(xiàn)有實際情況的差異在迭代過程進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使土地利用數(shù)量朝著預(yù)期目標(biāo)發(fā)展，從而實現(xiàn)空間用地類型變化的模擬［12］，公式如下：

2.1.4 隨機(jī)斑塊生成參數(shù)設(shè)定隨機(jī)斑塊生成機(jī)制能更好模擬現(xiàn)實土地利用變化過程中各土地利用類型的自然增長，同時為控制多類型土地利用斑塊的生成，該模型提出使用競爭過程的閾值下降規(guī)則，用以限制各土地利用類型的自發(fā)增長［12,24］，公式如下：

2.1.5 過渡矩陣及最終用地發(fā)展概率計算過渡矩陣用于定義地類之間是否可以轉(zhuǎn)換，能夠有效約束地類之間不合理的轉(zhuǎn)化，同時設(shè)定斑塊生成閾值衰減系數(shù)用以約束土地利用類型的自發(fā)增長過程，確定最終用地方式［12］，公式如下：

式中：N為土地利用類型總數(shù)；step 為PLUS 模型擬合土地利用需求需要的步長；l為閾值衰減步驟數(shù)；τ為土地利用增長閾值；δ為衰減閾值τ的衰減系數(shù)，介于0～1之間；R1為均值為1的正態(tài)分布；TMc,k為過渡轉(zhuǎn)移矩陣，定義用地類型c是否可以向k轉(zhuǎn)變，取值為1 表示允許轉(zhuǎn)變，取值為0 表示限制轉(zhuǎn)變，結(jié)合渭河流域土地利用變化特征及生態(tài)環(huán)境政策，設(shè)定過渡轉(zhuǎn)移矩陣（表3）。

表3 過渡轉(zhuǎn)移矩陣Tab.3 Transition matrix

2.2 生境質(zhì)量模型

本文利用InVEST模型的Habitat Quality 模塊進(jìn)行生境質(zhì)量的評估。生境質(zhì)量是反映環(huán)境提供給個體或種群生存發(fā)展所需的各類資源和條件狀況，當(dāng)生境質(zhì)量較好時，資源和條件得到滿足，生物多樣性發(fā)展得到保障［28］。在此基礎(chǔ)上，該模塊將人類活動干擾引入到對生境質(zhì)量評價當(dāng)中，當(dāng)人類活動強(qiáng)度加大時生境質(zhì)量水平明顯下降，其原理為結(jié)合外界威脅因子及強(qiáng)度和各土地利用類型對威脅因子的敏感度計算出生境質(zhì)量分值［29］，公式如下：

式中：Qik為地類k在空間單元i處的生境質(zhì)量，介于0～1 之間，值越高生境質(zhì)量越好；Hk為地類k的生境適宜度；Mik為空間單元i處生境退化度；z為模型默認(rèn)參數(shù)，值為2.5；K為半飽和系數(shù)，通常取生境退化度最大值的1/2；R為威脅因子個數(shù)；Yr為威脅層在地類圖層中的單元個數(shù)；wr為威脅因子權(quán)重；ry為威脅因子強(qiáng)度；irxy為威脅因子對生境的威脅水平；βx為法律保護(hù)程度；Skr為地類k對威脅因子的敏感程度。

在上述公式中，除需要土地利用數(shù)據(jù)之外，還需結(jié)合研究地區(qū)實際情況和已有研究成果對脅迫因子、土地利用類型生境適宜性和對脅迫因子的敏感度進(jìn)行設(shè)定。在參考現(xiàn)有研究成果和軟件使用手冊后［3,30-31］，將耕地、建設(shè)用地和未利用地作為威脅因子，設(shè)定其權(quán)重、最大影響距離和退化類型（表4）；并進(jìn)一步設(shè)定各土地類型的生境適宜性及對威脅因子的相對敏感性（表5）。

表4 脅迫因子最大影響距離及權(quán)重Tab.4 Maximum influence distance and weight of stress factor

表5 各土地利用類型對生境威脅因子的敏感度Tab.5 Sensitivity of land use types to habitat threat factors

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

渭河流域土地利用以耕地、草地和林地為主，面積占比超90%，其中耕地占比超40%（圖2）。2000—2020 年土地利用變化明顯，流域西部、北部破碎化程度較高的耕地逐漸轉(zhuǎn)為草地；子午嶺、六盤山地區(qū)林地面積略微提升；關(guān)中平原建設(shè)用地向外擴(kuò)張現(xiàn)象突出，涇河谷地建設(shè)用地略微增長。

圖2 2000—2020年渭河流域土地利用空間分布Fig.2 Spatial distributions of land use in Weihe River Basin from 2000 to 2020

耕地是流域內(nèi)面積占比最高的地類，但20 a 間面積持續(xù)下降，由2000 年的5.89×104km2減少到2020年的5.44×104km2，耕地保護(hù)形勢嚴(yán)峻。林地面積先增后減，總體呈上升趨勢，面積增加993.38 km2。草地、建設(shè)用地、水域和未利用地面積持續(xù)增長，面積增加量依次為1682.68 km2、1729.62 km2、49.01 km2和43.78 km2，其中建設(shè)用地增長幅度達(dá)48%，是漲幅最高的土地類型?？傮w來看，流域內(nèi)土地利用變化呈現(xiàn)“一減多增”的變化趨勢，即耕地面積減少，其他用地類型面積增加（圖3）。

圖3 2000—2020年渭河流域各類型土地利用面積Fig.3 Land use area of various types in Weihe River Basin from 2000 to 2020

3.2 土地利用預(yù)測

利用預(yù)測的2020 年土地利用數(shù)據(jù)與實際情況進(jìn)行對比，通過計算總體精度和Kappa 系數(shù)來評價模型精度。結(jié)果表明，總體精度為0.893，Kappa 系數(shù)為0.819，模擬結(jié)果空間一致性程度高，PLUS模型在本研究中具有較好的適用性。

以2020 年土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，逐一預(yù)測2030—2050年土地利用空間格局（圖4）。分析預(yù)測結(jié)果可知，渭河流域未來土地利用空間格局將延續(xù)現(xiàn)有土地利用變化特征，體現(xiàn)生態(tài)退耕和經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩大主題，西部、北部地區(qū)耕地繼續(xù)向草地發(fā)展，林地、水域和未利用地相對穩(wěn)定，關(guān)中平原地區(qū)的建設(shè)用地呈集聚性擴(kuò)張。隨著時間推移，渭河流域生態(tài)脆弱區(qū)的穩(wěn)定性將進(jìn)一步提高，以西安為核心形成的關(guān)中城市群發(fā)展格局將進(jìn)一步顯化。

圖4 2030—2050年渭河流域土地利用空間分布預(yù)測Fig.4 Spatial distribution prediction of land use in Weihe River Basin from 2030 to 2050

2020—2050年耕地面積繼續(xù)減少，雖減少速度降低，但未來耕地保護(hù)形勢依然嚴(yán)峻；林地面積略微下降；草地面積增長速度降低，新增面積趨于穩(wěn)定，其超過耕地成為流域內(nèi)面積占比最大的土地利用類型，下一步需要重視對草地生態(tài)的保護(hù)工作，充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自恢復(fù)力的作用；水域面積穩(wěn)定增長，趨勢向好；建設(shè)用地繼續(xù)保持增長，但增長幅度逐年降低，不過城市擴(kuò)張占用耕地問題依然嚴(yán)重；未利用地得到充分開發(fā)和利用，面積持續(xù)減少?？傮w來看，2020—2050年渭河流域土地利用變化情況同2000—2020年基本一致，但土地利用變化強(qiáng)度明顯減弱，土地利用結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定（圖5）。

圖5 2000—2050年渭河流域各土地利用類型面積變化Fig.5 Area changes of land use types in Weihe River Basin from 2000 to 2050

3.3 生境質(zhì)量變化

結(jié)合渭河流域生境質(zhì)量整體情況，利用自然斷點(diǎn)法，將渭河流域生境質(zhì)量劃分為5 個等級：低（0.0～0.3）、較低（0.3～0.5）；中等（0.5～0.7）、較高（0.7～0.9）、高（0.9～1.0）。從面積占比變化情況來看（表6），不同生境質(zhì)量等級的面積變化明顯且差異顯著，兩極化發(fā)展趨勢明顯。低生境質(zhì)量區(qū)域面積占比最高且持續(xù)增長，20 a面積共增加1799.71 km2，占比上升1.34%。較低生境質(zhì)量區(qū)域面積變化劇烈，共減少面積4688.63 km2，占比下降3.49%。中等生境質(zhì)量區(qū)域面積占比不足1%，面積小幅度增加。較高生境質(zhì)量區(qū)域面積上漲1785.41 km2，占比提升至37.94%。高生境質(zhì)量區(qū)域面積總體上漲，增加1051.76 km2，占比提高0.78%。2000、2010、2020 年渭河流域生境質(zhì)量平均分值分別為0.6113、0.6206、0.6225，生境質(zhì)量整體屬于中等偏上水平且呈現(xiàn)不斷提升的趨勢，流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境治理成效顯著。

表6 2000—2020年渭河流域各生境質(zhì)量等級面積及占比Tab.6 Area and proportion of habitat quality grades in Weihe River Basin from 2000 to 2020

從空間分布來看（圖6），高生境質(zhì)量的區(qū)域主要集中在秦嶺北麓、六盤山和子午嶺等山區(qū)，土地利用類型以林地為主，自然生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定且受人類活動干擾較小。較高生境質(zhì)量的區(qū)域主要集中在山腳緩沖帶。中等生境質(zhì)量等級的區(qū)域主要分布在流域北部和關(guān)中平原內(nèi)部河道周圍，以草地和水域為主。較低生境質(zhì)量等級區(qū)域破碎化程度高，集中在流域西部、西北部區(qū)域。低生境質(zhì)量區(qū)域高度集中在關(guān)中平原內(nèi)部，地類以耕地和建設(shè)用地為主?？傮w來看，流域內(nèi)部主要以低生境質(zhì)量和高生境質(zhì)量區(qū)域為主，區(qū)域差異明顯，地形、氣候、土壤等自然條件不適合人類進(jìn)行生產(chǎn)生活的區(qū)域，常以較高生境質(zhì)量為主；而自然和區(qū)位條件較好的區(qū)域，人類活動強(qiáng)度較大，以較低生境質(zhì)量為主。

圖6 2000—2020年渭河流域生境質(zhì)量空間分布Fig.6 Spatial distributions of habitat quality in Weihe River Basin from 2000 to 2020

為進(jìn)一步分析生境質(zhì)量空間變化情況，將生境質(zhì)量進(jìn)行疊加分析，得到渭河流域生境質(zhì)量變化（圖7）。根據(jù)生境質(zhì)量變化幅度進(jìn)行如下劃分：生境質(zhì)量明顯改善（＞0.2）、生境質(zhì)量微幅上漲（0.0～0.2）、生境質(zhì)量保持穩(wěn)定（0.0）、生境質(zhì)量輕微下降（-0.2～0.0）、生境質(zhì)量退化嚴(yán)重（＜-0.2），在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計不同變化程度的生境質(zhì)量面積及占比（表7）。

表7 2000—2020年渭河流域生境質(zhì)量變化面積及占比Tab.7 Change area and proportion of habitat quality in Weihe River Basin from 2000 to 2020

圖7 2000—2020年渭河流域生境質(zhì)量空間變化Fig.7 Spatial variation of habitat quality in Weihe River Basin from 2000 to 2020

2000—2010年生境質(zhì)量總體以上升為主，穩(wěn)定區(qū)域面積占比超50%，主要位于秦嶺北麓、子午嶺和關(guān)中平原地區(qū)，用地類型穩(wěn)定；微幅上漲區(qū)域面積31081.59 km2，集中在東部、北部的黃土高原丘壑區(qū)；明顯改善區(qū)域面積3814.37 km2，分布較為分散，與退耕還草區(qū)域高度契合；輕微下降區(qū)域面積24096.28 km2，主要集中城市建成區(qū)外圍；退化嚴(yán)重區(qū)域主要為建設(shè)用地擴(kuò)張而直接影響的區(qū)域，面積為2823.54 km2。2010—2020 年生境質(zhì)量穩(wěn)定區(qū)域面積略微降低，但占比依舊第一，空間布局變化微弱；生境質(zhì)量微幅上漲區(qū)域面積略微增加，達(dá)32676.06 km2；生境質(zhì)量輕微下降區(qū)域破碎化程度明顯提升，在西部、西北部均有分布，與生境質(zhì)量微幅上漲、明顯改善區(qū)域相互交織、聯(lián)系緊密，其面積占比下降至11.89%。退化嚴(yán)重區(qū)域面積急劇增加，達(dá)8100.23 km2，亟需采取有效措施改善生境質(zhì)量。結(jié)合土地利用變化可知，2000—2020 年流域西部、北部生態(tài)脆弱區(qū)在開展生態(tài)退耕的同時，高度重視已退耕區(qū)域的生態(tài)保護(hù)和植被恢復(fù)，生境質(zhì)量日益好轉(zhuǎn)；但受耕地后備資源開發(fā)、農(nóng)田整治等工作影響，部分區(qū)域的生境質(zhì)量略微下降。

3.4 生境質(zhì)量模擬

基于土地利用預(yù)測結(jié)果，利用InVEST模型處理得到2030—2050年渭河流域生境質(zhì)量等級分布（圖8）。2030—2050年生境質(zhì)量空間格局相對穩(wěn)定，生境質(zhì)量總體水平不斷上升但增長幅度逐漸減緩，2030、2040 年和2050 年生境質(zhì)量平均分值分別為0.6237、0.6251 和0.6265，相 較 于2020 年 提 升0.0033。

圖8 2030—2050年渭河流域生境質(zhì)量空間分布預(yù)測Fig.8 Spatial distribution prediction of habitat quality in Weihe River Basin from 2030 to 2050

2030—2050 年各生境質(zhì)量等級面積變化幅度降低（圖9）。低生境質(zhì)量區(qū)域在2030—2050年內(nèi)面積持續(xù)減少，但減少幅度逐漸下降，30 a 面積減少915.99 km2，占比降至40.98%。較低生境質(zhì)量區(qū)域擴(kuò)張趨勢也得以轉(zhuǎn)變，變化劇烈程度顯著下降，2030—2050 年面積先增后減，總體面積減少138.72 km2。中等生境質(zhì)量區(qū)域面積繼續(xù)保持微幅增長趨勢，面積微弱上漲38.01 km2。較高生境質(zhì)量區(qū)域面積增加1026.97 km2，但增長幅度放緩。高生境質(zhì)量區(qū)域面積減少10.27 km2，變化微弱。

圖9 2030—2050年渭河流域生境質(zhì)量面積Fig.9 Habitat quality area of Weihe River Basin from 2030 to 2050

4 討論

4.1 土地利用變化原因

渭河流域土地利用變化是諸多因素共同作用的結(jié)果。從土地利用變化分析來看，耕地面積持續(xù)減少，這與我國推行的退耕還林還草政策密切相關(guān)；另外各城市經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展對建設(shè)用地的需求明顯上升，大量城郊耕地被占用，該現(xiàn)象在自然和區(qū)位條件較好的平原地區(qū)極為突出；同時值得注意是，脫貧攻堅時期積極的土地政策拓寬了補(bǔ)充耕地的渠道，耕地減少趨勢有所減緩。林地和草地作為重要的生態(tài)用地，對流域內(nèi)生態(tài)脆弱區(qū)的水土流失、土地沙化治理具有重要作用，在退耕還林還草政策積極施行的同時，政府通過設(shè)立自然保護(hù)區(qū)和森林公園、引導(dǎo)發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)等舉措推動著對林地和草地資源的合理開發(fā)與保護(hù)，草地和林地面積有所上升。隨著建設(shè)用地節(jié)約集約利用意識的提升以及空間規(guī)劃的剛性約束，以及地方政府推動著對廢棄、閑置建設(shè)用地的二次開發(fā)與利用，建設(shè)用地擴(kuò)張速度得以有效控制。水域?qū)S護(hù)區(qū)域水生態(tài)平衡意義重大，在地方政府開展河道、灘區(qū)治理并建立河長制等措施下，形成了以渭河濕地走廊、涇河濕地公園為代表的各類水域濕地，有效保障了水域面積。

4.2 生境質(zhì)量變化原因

渭河流域生境質(zhì)量與土地利用格局密切相關(guān)。生境質(zhì)量水平的不斷提高得益于渭河流域秦嶺、六盤山等地高覆蓋度的林地支撐和近些年積極開展的生態(tài)退耕、封山育林、種草固沙等重大生態(tài)修復(fù)及治理措施。流域南端的秦嶺地區(qū)作為我國重要的生態(tài)安全屏障，生境質(zhì)量水平較高且比較穩(wěn)定；流域西部、北部的黃土高原丘陵溝壑區(qū)作為生態(tài)治理和修復(fù)的重點(diǎn)對象，生態(tài)環(huán)境日益好轉(zhuǎn)，生境質(zhì)量逐漸提升；而中間海拔較低、區(qū)位優(yōu)越的平原地帶，是我國關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)的位置所在，城市數(shù)量眾多且經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，區(qū)域人為擾動劇烈，生境質(zhì)量水平較差，這是導(dǎo)致流域生境質(zhì)量空間格局呈現(xiàn)兩邊高中間低、西部高東部低的主要原因。流域中部平原地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的擴(kuò)張推動著用地類型的轉(zhuǎn)變，其中建設(shè)用地的發(fā)展導(dǎo)致了低生境質(zhì)量區(qū)域面積的上漲；但整體來看，在生態(tài)補(bǔ)償策略和生態(tài)治理措施推動下，西部、北部的耕地向高生態(tài)適宜度的草地、林地轉(zhuǎn)化，生態(tài)環(huán)境逐漸好轉(zhuǎn)，生境質(zhì)量總體呈上升趨勢。

4.3 對策建議及展望

渭河流域作為我國西部大開發(fā)的戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)，在統(tǒng)籌推進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)等方面具有重要意義，從土地利用和生境質(zhì)量變化的分析來看，還存在一些需要關(guān)注的問題。在土地利用上，建設(shè)用地擴(kuò)張占用優(yōu)質(zhì)耕地和城市發(fā)展不均衡問題突出，需要進(jìn)一步推行節(jié)約集約的用地政策和挖掘現(xiàn)有建設(shè)用地內(nèi)涵，明確城市定位和分工，科學(xué)引導(dǎo)城市擴(kuò)張和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。在生境質(zhì)量上，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高且人口集中的平原地區(qū)生境質(zhì)量水平較差且退化趨勢嚴(yán)重，需要引起高度重視，可通過建設(shè)生態(tài)景觀廊道、增加城市綠化面積等改善生境質(zhì)量。

從預(yù)測結(jié)果來看，2020—2050年渭河流域土地利用變化趨勢穩(wěn)定，生境質(zhì)量水平穩(wěn)定上升。結(jié)合《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》《陜西省秦嶺生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例》等政策來看，生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)依舊是渭河流域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的時代主題。繼續(xù)推進(jìn)流域內(nèi)黃土高原丘陵溝壑區(qū)、秦嶺南麓和子午嶺等地區(qū)的生態(tài)治理和保護(hù)，在筑牢生態(tài)本底和增強(qiáng)生態(tài)屏障質(zhì)量效能上的同時，為構(gòu)建西部大開發(fā)新格局、“一帶一路”經(jīng)濟(jì)帶及鄉(xiāng)村振興提供良好的生態(tài)安全保障。

本研究在分析渭河流域土地利用及生境質(zhì)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，綜合利用PLUS 模型和InVEST 模型預(yù)測未來土地利用和生境質(zhì)量時空格局，為渭河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)和參考。同時，研究過程為渭河流域生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好的形勢提供了有力證據(jù)，流域內(nèi)生態(tài)脆弱區(qū)、秦嶺水土涵養(yǎng)區(qū)生境質(zhì)量發(fā)展向好，與前人研究結(jié)論高度契合［28］。但由于土地利用變化受多種因素影響，一些影響因子由于受數(shù)據(jù)獲取難度大、難以計量的原因未被考慮在內(nèi)，未來將繼續(xù)深化研究以提高PLUS模型預(yù)測精度。另外，在利用InVEST模型進(jìn)行生境質(zhì)量測算時，缺乏科學(xué)準(zhǔn)確、統(tǒng)一的參數(shù)設(shè)置體系，在接下來的工作中可重點(diǎn)探究優(yōu)化參數(shù)設(shè)置的有效途徑。

5 結(jié)論

（1）2000—2020年渭河流域建設(shè)用地和草地面積逐年增加，林地面積略微增長，耕地面積持續(xù)減少。建設(shè)用地發(fā)展迅速，20 a 面積增加接近一倍。耕地流失嚴(yán)重，主要向草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化。林地面積先增后減但總體呈增長趨勢，減少部分主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸亍?/p>

（2）PLUS模型預(yù)測結(jié)果表明，2020—2050年土地利用變化情況同2000—2020年基本一致，但土地利用變化劇烈程度明顯降低。建設(shè)用地擴(kuò)張趨勢有所減緩，耕地減少幅度下降，草地面積持續(xù)增長，面積占比超過耕地躍居第一。

（3）生境質(zhì)量計算結(jié)果表明，2000—2020 年流域內(nèi)生境質(zhì)量兩極分化趨勢明顯，低生境質(zhì)量和高生境質(zhì)量區(qū)域面積有所增加，中等生境質(zhì)量的面積減少，整體生境質(zhì)量水平呈上升趨勢。從生境質(zhì)量變化來看，生境質(zhì)量上升區(qū)域主要集中在西部和北部的黃土高原丘陵溝壑區(qū)，生境質(zhì)量下降區(qū)域則集聚在西安都市圈周圍。

（4）2020—2050年生境質(zhì)量水平逐年上升但增幅放緩，生境質(zhì)量變化強(qiáng)度下降，生境質(zhì)量空間格局變化微弱。低生境質(zhì)量區(qū)域面積逐漸減少，中等生境質(zhì)量面積保持穩(wěn)定，高生境質(zhì)量面積有所增長。