摘 要：【目的】研究土地利用變化和生境質(zhì)量及兩者之間的聯(lián)系，為保持及提高區(qū)域生境質(zhì)量提供參考?！痉椒ā恳躁兾魇檠芯繉?duì)象，采用2005、2010、2015、2020年15年間四期的土地利用數(shù)據(jù)，應(yīng)用InVEST 模型的 Habitat Quality（生境質(zhì)量）模塊對(duì)陜西省生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。【結(jié)果】①2005—2020年間陜西省建設(shè)用地、林地、草地面積增加，耕地面積顯著減少；②陜西省高生境質(zhì)量區(qū)域分布于秦嶺山地部分及陜北山區(qū)，低生境質(zhì)量及較低生境質(zhì)量區(qū)域集中在關(guān)中西安市及周邊城市區(qū)域。【結(jié)論】生境質(zhì)量受人類活動(dòng)影響較大，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也應(yīng)注意生境質(zhì)量的保護(hù)和提升。

關(guān)鍵詞：生境質(zhì)量；土地利用類型；陜西省；InVEST 模型

中圖分類號(hào)：X321;F301.24" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2023）13-0099-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.13.020

Research on the Impact of Land Use Change and Habitat Quality in Shaanxi Province from 2005 to 2020

ZHANG Yuqing

（School of Land Engineering，Chang'an University，Xi'an 710054，China）

Abstract： [Purposes] This paper studies the land use change， habitat quality and the relationship between them to， provide a reference for maintaining and improving the quality of regional habitat.[Methods] Taking Shaanxi Province as the research object， using the land use data of four periods in 2005， 2010， 2015 and 2020， the Habitat Quality module of the InVEST model was used to evaluate the habitat quality of Shaanxi Province.[Findings] ①From 2005 to 2020， the area of construction land， forest land and grassland in Shaanxi Province increased， and the cultivated land area decreased significantly. ②The areas of high habitat quality in Shaanxi Province are distributed in the mountainous part of Qinling Mountains and the mountainous areas of northern Shaanxi， and the areas of low habitat quality and low habitat quality are concentrated in Xi'an City and surrounding urban areas in central China. [Conclusions] Habitat quality is greatly affected by human activities， and attention should be paid to the protection and improvement of habitat quality while carrying out economic development.

Keywords：habitat quality; land use type; Shaanxi Province; InVEST model

0 引言

土地利用變化是指人類在生產(chǎn)生活中為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展或者社會(huì)進(jìn)步，依據(jù)土地的自然屬性進(jìn)行的規(guī)律性或者穩(wěn)定性的經(jīng)營(yíng)改造活動(dòng)的變化，土地利用變化能夠直觀地反映人類活動(dòng)的信息；生境質(zhì)量是衡量一個(gè)區(qū)域?yàn)樘囟ǖ奈锓N提供生存及繁衍等功能的能力［1］，是研究生物多樣性的重要參考。土地利用類型的變化對(duì)生境質(zhì)量有較高權(quán)重的影響力，一個(gè)地區(qū)的土地利用變化可以驅(qū)動(dòng)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)演變［2］。目前評(píng)價(jià)生境質(zhì)量常用方法之一就是通過(guò)模型的建立來(lái)展開研究，常用模型有SolVES模型和InVEST模型等，其中，由于InVEST模型所需數(shù)據(jù)量相對(duì)于其他模型較少，獲取方式較為簡(jiǎn)單，因此應(yīng)用較廣。李晴等［1］基于InVEST模型，研究了1980—2100年長(zhǎng)江中下游地區(qū)動(dòng)植物生境質(zhì)量時(shí)空變化；劉漢儀等［2］耦合InVEST模型和土地利用變化，對(duì)粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變進(jìn)行分析，較為詳細(xì)地說(shuō)明了土地利用變化和生境質(zhì)量之間的密切關(guān)聯(lián)，證明土地利用變化能較好地反映研究區(qū)域的生境質(zhì)量變化。基于此，本研究利用2005—2020年4期的土地利用數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS 軟件和 InVEST 模型，采用土地利用矩陣及主成分分析方法，對(duì)陜西省土地利用變化特征及生境質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

陜西省具有獨(dú)特的自然地理?xiàng)l件，南北地勢(shì)高，中部地區(qū)地勢(shì)低，位于我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)，擁有高原、山地、平原以及盆地等多種地形。北山和秦嶺將陜西省劃分為三個(gè)自然區(qū)，分別為陜北、關(guān)中、陜南三個(gè)自然區(qū)。其中，陜北黃土高原地區(qū)包括榆林市和延安市，海拔900～1 900 m，約占全省土地總面積的40%；關(guān)中平原地區(qū)包括寶雞市、咸陽(yáng)市、西安市、銅川市和渭南市，海拔為460～850 m，約占全省土地總面積的36%；陜南秦巴山區(qū)則涵蓋漢中市、安康市和商洛市，海拔1 000～3 000 m，約占全省土地總面積的36%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用的數(shù)據(jù)類型、名稱及來(lái)源見表1。

2 研究方法

本研究利用 InVEST 模型的 Habitat Quality （生境質(zhì)量）模塊進(jìn)行對(duì)特定區(qū)域生境質(zhì)量的評(píng)估。此模型將使用四個(gè)因子的威脅數(shù)據(jù)圖層來(lái)對(duì)不同土地利用類型的降解程度進(jìn)行評(píng)估。第一個(gè)因子是指不同種威脅的相對(duì)影響［3］。第二個(gè)因子是生境柵格與威脅之間的距離，威脅所帶來(lái)的影響。威脅r在柵格x的生境對(duì)柵格y的影響（ry）用ir_xy表示，如式（1）和式（2）。

除需要土地利用數(shù)據(jù)之外，還需設(shè)定土地利用類型生境適宜性、對(duì)脅迫因子的敏感度和脅迫因子。在參考InVEST軟件使用手冊(cè)后，將耕地、建設(shè)用地和未利用地作為本研究中的威脅因子，設(shè)定其權(quán)重、最大影響距離和退化類型（見表2）；同時(shí)根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況設(shè)定不同土地類型的生境適宜性及對(duì)威脅因子的相對(duì)敏感性（見表3）。

3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果及分析

3.1 土地利用變化

3.1.1 土地利用變化幅度。土地利用變化的幅度能體現(xiàn)特定研究時(shí)段內(nèi)土地利用的絕對(duì)變化量，見式（5）。

根據(jù)陜西省15年間土地利用類型數(shù)據(jù)提取出陜西省2005、2010、2015、2020年各年各類土地的數(shù)量，如圖1所示。

由圖1可知，2005—2015年，陜西省耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地及未利用地的數(shù)量分布規(guī)律相同，均為草地gt;耕地gt;林地gt;未利用地gt;建設(shè)用地gt;水域；2020年為草地gt;耕地gt;林地gt;建設(shè)用地gt;未利用地。

利用式（5）分別計(jì)算研究區(qū)域2010—2020年間三個(gè)階段各類土地變化幅度，結(jié)果見表4。

2005—2010年，耕地、草地、水域、未利用地均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，林地及建設(shè)用地呈增加趨勢(shì)。其中，耕地面積在5年間減少了182 km² ，草地面積減少了2 km² ，水域面積減少了23 km²，未利用地面積減少了88 km²，建設(shè)用地面積增加89 km²，林地面積增加了206 km²。

2010—2015年，耕地、林地、草地、未利用地土地利用變化情況均為減少，建設(shè)用地及水域用地面積增加。在這5年間，減少面積數(shù)量最多的用地類型為耕地，減少數(shù)量為437 km²，林地面積減少了94 km²，草地面積減少了408 km²，水域面積增加了59 km²，建設(shè)用地面積增加了936 km²，未利用地減少面積了56 km²。

2015—2020年，耕地、水域、未利用地土地利用變化情況均為減少，林地、草地、建設(shè)用地面積增加。其中，耕地面積在這5年間減少了2 838 km²，水域面積減少了100 km²，未利用地面積減少了246 km²，林地面積增加了987 km²，草地面積增加了1 355 km²，建設(shè)用地面積增加了843 km²。

3.1.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。本研究借助ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算［5］，通過(guò)計(jì)算得到陜西省2005—2020年各時(shí)間段的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（見表5至表7）及生成土地利用轉(zhuǎn)移弦圖（見圖2）。

結(jié)合上文圖表可得如下結(jié)論。

①2005—2010年，耕地面積的減少是凈轉(zhuǎn)向了林地（107 km2）、建設(shè)用地（70 km2）和草地（20 km2）；水域的減少主要主要凈轉(zhuǎn)向了耕地；未利用的減少主要凈轉(zhuǎn)向了草地（80 km2）；建設(shè)用地的增加主要來(lái)自耕地；林地的增加的部分主要來(lái)自耕地和草地的轉(zhuǎn)化；草地面積變化不大。

②2010—2015年，耕地減少是凈轉(zhuǎn)向了建設(shè)用地（569 km2）和水域（62 km2）；林地減少主要凈轉(zhuǎn)向了耕地（35 km2）、未利用地（27 km2）和建設(shè)用地（26 km2）；草地的減少主要是凈轉(zhuǎn)向了建設(shè)用地（252 km2）、耕地（104 km2）和未利用地（58 km2）；未利用地的減少主要凈轉(zhuǎn)向了建設(shè)用地（84 km2）和耕地（52 km2）；建設(shè)用地和水域呈增加趨勢(shì)。

③2015—2020年，耕地減少是凈轉(zhuǎn)向草地（1 832 km²）、林地（586 km²）、建設(shè)用地（484 km²）和未利用地（29 km²）；水域的減少主要凈轉(zhuǎn)向草地（70 km²）、耕地（22 km²）；未利用地的減少主要凈轉(zhuǎn)向了草地（116 km²）、建設(shè)用地（117 km²）、耕地（29 km²）；林地、草地、建設(shè)用地呈增加趨勢(shì)。

3.1.3 主成分分析。土地利用類型的變化是多種驅(qū)動(dòng)力因子共同作用的成果。在實(shí)際考慮陜西省特定的自然條件和經(jīng)濟(jì)條件下，基于數(shù)據(jù)可獲取性和可計(jì)量性，從經(jīng)濟(jì)、人口、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平中選取14個(gè)指標(biāo)，通過(guò)SPSS軟件19.0進(jìn)行相關(guān)性分析后，排除掉相關(guān)性不高的指標(biāo)，最終選取第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（X₁）、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（X₂）、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（X₃）、人口總數(shù)（X₄）、城鎮(zhèn)人口比重（X₅）、GDP（X₆）、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力（X₇）、化肥施用量（X₈）七個(gè)指標(biāo)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行主成分分析。

分析結(jié)果顯示，第一、二主成分的特征值均大于1且累積貢獻(xiàn)率分別為55.62%及84.88%；從得到的因子碎石圖（見圖3）也可看出此次模型結(jié)果第一主成分和第二主成分之間波動(dòng)較大，第一、二主成分之后的第三至第八主成分均小于1且呈平緩變化

趨勢(shì)，說(shuō)明提取的第一、二主成分對(duì)初始變量影響較大，具有較為詳細(xì)闡述原變量變化的能力，而其余變量則反之。

主成分分析結(jié)果中，因子載荷矩陣（見表8）顯示，第一主成分跟人口總數(shù)（X₄）、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（X₂）、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（X₃）有較強(qiáng)相關(guān)性；第二主成分跟農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力（X₇）、化肥施用量（X₈）有較高相關(guān)性。因此，土地利用變化與各產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與人口發(fā)展程度有較為緊密的聯(lián)系。

3.2 生境質(zhì)量變化

結(jié)合陜西省2005—2020年生境質(zhì)量總體情況，利用ArcGIS軟件中的自然斷點(diǎn)法，將陜西省生境質(zhì)量劃分為五個(gè)等級(jí)［6］：低生境質(zhì)量（0）、較低生境質(zhì)量（0.0～0.5）、中等生境質(zhì)量（0.5～0.8）、較高生境質(zhì)量（0.8～0.9）、高生境質(zhì)量（0.9～1）［7］。具體面積占比變化情況見表9，生境質(zhì)量等級(jí)分布情況如圖4所示。從2005—2020年，陜西省低質(zhì)量生境區(qū)域面積呈逐年遞增趨勢(shì)，共增加1 868 km²；較低生境質(zhì)量區(qū)域面積逐年減少，共減少3 376 km²；中等生境質(zhì)量區(qū)域面積呈逐年減少趨勢(shì)，共減少2 644 km²；較高生境質(zhì)量區(qū)域面積總體上漲，增加2 957 km²；高生境質(zhì)量區(qū)域面積增加1 105 km²?？傮w來(lái)說(shuō)，陜西省生境質(zhì)量在15年間總體呈現(xiàn)不斷提升的趨勢(shì)，但低質(zhì)量的生境區(qū)域存在比例較高且在15年間一直呈上升趨勢(shì)。因此，對(duì)低質(zhì)量生境區(qū)域的治理還有更多提升的空間。

從空間分布看，高質(zhì)量的生境質(zhì)量區(qū)域主要分布在漢中市、安康市、寶雞市、延安市及西安市的山區(qū)部分，這類區(qū)域的土地利用類型以林地為主，建設(shè)用地比例較小，能夠?yàn)樯锷嫣峁┹^好的現(xiàn)實(shí)環(huán)境；低生境質(zhì)量區(qū)域集中分布在西安市及周邊城鎮(zhèn)群，這是由于西安市及其周邊城鎮(zhèn)群地理位置及區(qū)位條件優(yōu)越，且擁有適合人類發(fā)展居住的地形地質(zhì)條件，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，建設(shè)用地?cái)?shù)量較多，生境質(zhì)量受人類活動(dòng)影響大，呈現(xiàn)出較低或低生境質(zhì)量的特征。

4 結(jié)論

本研究從陜西省近15年間土地利用變化入手分析，結(jié)論如下。

①耕地?cái)?shù)量的減少是多種因素共同影響的結(jié)果。一方面是15年間經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)對(duì)建設(shè)用地的需求大幅增加，城市郊區(qū)或是鄰近鄉(xiāng)村有相當(dāng)一部分用地類型由耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；另一方面是陜西省自1999年起在全國(guó)范圍內(nèi)率先開展退耕還林還草試點(diǎn)工作，效果良好，近年來(lái)已經(jīng)有部分耕地轉(zhuǎn)化為林地草地。

②林地和草地有良好的生態(tài)修復(fù)價(jià)值，在退耕還林還草政策影響下，隨著近年來(lái)人們生態(tài)保護(hù)意識(shí)的提高，這類土地得到了很好的保護(hù)和恢復(fù)。

③盡管對(duì)建設(shè)用地的需求不斷增加，但是在生態(tài)保護(hù)政策背景下，農(nóng)村部分建設(shè)用地成為耕地占補(bǔ)平衡補(bǔ)充耕地?cái)?shù)量的來(lái)源之一，城鎮(zhèn)建設(shè)用地的需求受到抑制，近15年來(lái)區(qū)域建設(shè)用地不斷增加的趨勢(shì)得到有效的控制。

一個(gè)特定的地區(qū)生境質(zhì)量的高低和當(dāng)?shù)赝恋乩妙愋妥兓敲懿豢煞值模?］。例如，林地草地?cái)?shù)量越多的地區(qū)，生境質(zhì)量越高，生境質(zhì)量受建設(shè)用地影響最大，人們?cè)谶M(jìn)行生產(chǎn)生活建設(shè)時(shí)對(duì)建設(shè)用地的擴(kuò)張使得生物生存環(huán)境質(zhì)量下降，兩者呈負(fù)相關(guān)。因此，提高生境質(zhì)量的關(guān)鍵要從生態(tài)文明建設(shè)及保護(hù)林地草地入手。土地利用活動(dòng)要平衡各類用地的數(shù)量，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)上留存合理的生態(tài)用地。

InVEST 模型的使用為評(píng)估特定地區(qū)生境質(zhì)量提供了一種現(xiàn)實(shí)可能性，但實(shí)際上由于模型本身存在局限性，比如威脅源的選取和權(quán)重賦值帶有主觀性，且現(xiàn)實(shí)生活中還有其他威脅源存在，因此難以計(jì)量并未納入本次研究中，雖然對(duì)結(jié)果本身沒(méi)有太大影響，但若要提供更好更精確的參考還需優(yōu)化這部分的參數(shù)設(shè)置。

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