基于InVEST模型的未利用地開(kāi)發(fā)前后生境質(zhì)量評(píng)價(jià)*
——以唐縣為例

陳雅倩，趙 麗，陶金源，張蓬濤

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院 保定 071000)

生境質(zhì)量指環(huán)境(自然環(huán)境)為個(gè)體和種群的持續(xù)生存與發(fā)展提供適宜條件的能力，生境質(zhì)量的優(yōu)劣決定人類(lèi)與自然及其他種群的可持續(xù)發(fā)展與和諧發(fā)展[1]。目前，生境質(zhì)量由于人類(lèi)活動(dòng)的影響而不斷受到威脅，因此，評(píng)估生境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)對(duì)研究生物多樣性及其保護(hù)工作尤其重要。王玉等[2]采用SolVES 模型對(duì)濕地森林公園的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行研究，從而評(píng)估出不同服務(wù)的社會(huì)價(jià)值重要性為美學(xué)＞歷史＞生物多樣性＞娛樂(lè)＞文化＞康體健身；孟慶林等[3]運(yùn)用HSI 模型，對(duì)吉林省東部地區(qū)生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析了變化原因，得出土地覆被變化是導(dǎo)致生境質(zhì)量變化的主要原因；劉園等[4]基于InVEST 模型，研究長(zhǎng)江中下游經(jīng)濟(jì)帶生境質(zhì)量時(shí)空分異特征及地形梯度效應(yīng)，得出1995—2015年平均生境質(zhì)量下降，且隨地形梯度的上升，高等級(jí)生境質(zhì)量面積增加。運(yùn)用數(shù)字模型評(píng)價(jià)雖然存在一些局限性，如SolVES 模型中的問(wèn)卷調(diào)查涉及不同受訪者的理解程度[3]；HSI 模型通常需要假設(shè)物種與環(huán)境之間存在線性關(guān)系[5]；InVEST 模型在評(píng)估生境質(zhì)量時(shí)，根據(jù)研究區(qū)域的不同，要設(shè)置不同的參數(shù)。但相對(duì)于通過(guò)野外數(shù)據(jù)測(cè)量的方法來(lái)說(shuō)，運(yùn)用模型評(píng)價(jià)優(yōu)勢(shì)明顯，其操作簡(jiǎn)單快捷，不需要進(jìn)行野外實(shí)地測(cè)量來(lái)獲取數(shù)據(jù)，因此被廣泛運(yùn)用。目前最為常用的是InVEST 模型(Integrated Valuation of Environmental Services and Tradeoffs)，它由美國(guó)斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)和世界自然基金會(huì)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，InVEST 模型對(duì)數(shù)據(jù)量的需求較低，并且其計(jì)算結(jié)果空間可視化較強(qiáng)、評(píng)估精度較高，能夠反映出不同景觀格局下的生境分布情況[6]。因此本文參考相關(guān)文獻(xiàn)資料并對(duì)研究區(qū)進(jìn)行充分調(diào)研基礎(chǔ)上，設(shè)置合理參數(shù)，選用InVEST 模型對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建設(shè)用地與耕地占補(bǔ)平衡的矛盾日益加劇，未利用地作為重要的土地后備資源，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為解決土地需求的一種重要途徑。然而，土地開(kāi)發(fā)改變土地利用方式，因此對(duì)生境斑塊之間的物質(zhì)流、能量流的循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生影響，繼而對(duì)生境質(zhì)量和分布格局產(chǎn)生影響[7-8]。在未利用地開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們的首要目的是增加可用土地面積，近期利益的吸引導(dǎo)致許多不合理的開(kāi)發(fā)，從而引發(fā)許多生態(tài)問(wèn)題，使得生境退化、生境質(zhì)量下降。因此，探討未利用地開(kāi)發(fā)對(duì)生境質(zhì)量的影響，對(duì)生物多樣性保護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)未利用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)潛力、分區(qū)等進(jìn)行了大量研究。如Fitzsimons等[9]、Afshari 等[10]、韋仕川等[11]對(duì)未利用地開(kāi)發(fā)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別得出各研究區(qū)域的開(kāi)發(fā)模式，為土地優(yōu)化和整治提供依據(jù)；曾慶敏等[12]通過(guò)構(gòu)建指標(biāo)體系，對(duì)新疆阜康市未利用地進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出5 級(jí)未利用地適宜開(kāi)發(fā)潛力區(qū)的空間分布情況，從而為阜康市未利用地的開(kāi)發(fā)利用提供參考；朱成立等[13]以江蘇省未利用地中的其他草地和沿海灘涂為研究對(duì)象，分析開(kāi)發(fā)限制因素，從不同的方向研究了土壤改良措施，從而對(duì)江蘇省2 種主要宜農(nóng)未利用地開(kāi)墾提出了工程、農(nóng)藝和生化措施來(lái)改良土壤；彭建等[14]、潘翔等[15]對(duì)低丘緩坡等未利用地建設(shè)開(kāi)發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照開(kāi)發(fā)適宜性和風(fēng)險(xiǎn)程度，劃分出了不同的開(kāi)發(fā)級(jí)別。總體來(lái)看，現(xiàn)有文獻(xiàn)多是對(duì)未利用地開(kāi)發(fā)前的研究，幾乎沒(méi)有針對(duì)未利用地開(kāi)發(fā)前后的生境質(zhì)量變化研究。本文以河北省唐縣為例，運(yùn)用InVEST 模型，分析未利用地開(kāi)發(fā)前后生境質(zhì)量的時(shí)空演變，以期為未利用地開(kāi)發(fā)工作中生物多樣性的保護(hù)以及土地規(guī)劃的制定提供科學(xué)依據(jù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)土地的永續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

唐縣隸屬于河北省保定市，地處河北省中部，38°37′～39°09′N(xiāo)，114°27′～115°03′E，海拔在41～1 840 m，東與順平縣、望都縣相鄰，南靠定州市，西與曲陽(yáng)縣、阜平縣相接，北與淶源縣毗鄰。唐縣土地總面積為1 414.21 km2，地勢(shì)西北高、東南低，屬于典型的低山丘陵區(qū)，山地面積為1 159.65 km2，占唐縣總面積的82%。唐縣屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候宜人，年平均降水量和年均蒸發(fā)量分別為575 mm、1 521 mm。境內(nèi)水系包括清水河、唐河等。截至2016年底，唐縣下轄7 個(gè)鎮(zhèn)、13 個(gè)鄉(xiāng)、345個(gè)行政村，總?cè)丝?0.26 萬(wàn)(圖1)。

圖1 唐縣地理位置及高程圖Fig.1 Position and elevation map of Tang County

唐縣2000年未利用地面積為81 900.39 hm2，占全縣面積的63.81%，是占比最大的土地利用類(lèi)型。其中，未利用地包括荒草地、裸巖石礫地、田坎、沙地、沼澤地及其他未利用地，荒草地面積為60 453.45 hm2，占全縣未利用地面積的73.81%，在全縣大量分布，裸巖石礫地、田坎、沙地、沼澤地及其他未利用地分別占21.49%、4.42%、0.12%、0.02%和0.14%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究3 期(2000年、2007年、2016年)土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http：//www.gscloud.cn/)中空間分辨率為30 m 的Landsat 系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品，影像軌道編號(hào)為124/33。對(duì)不同用地類(lèi)型進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，獲取唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后的3 期土地利用圖，具體劃分為耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)用地、交通用地、水域和未利用地7 種地類(lèi)，分類(lèi)的精度采用Kappa 系數(shù)檢測(cè)，各期該系數(shù)值均在0.80 以上，滿足分類(lèi)精度要求。本文以柵格作為基本單位進(jìn)行生境質(zhì)量的評(píng)價(jià)。

2 研究方法

2.1 土地利用變化分析

基于ArcGIS 10.2 軟件平臺(tái)提取唐縣2000年未利用地矢量數(shù)據(jù)，并用其對(duì)2007年和2016年的現(xiàn)狀圖進(jìn)行裁剪，從而得到研究區(qū)未利用地開(kāi)發(fā)前后土地利用現(xiàn)狀圖。將唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)、開(kāi)發(fā)后(2007年和2016年)分辨率為30 m 的3 期土地利用數(shù)據(jù)分別進(jìn)行疊加，從而獲得開(kāi)發(fā)前后的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，對(duì)未利用地開(kāi)發(fā)后的土地利用類(lèi)型構(gòu)成與來(lái)源進(jìn)行分析。

通常，景觀中的斑塊大小、連通性及景觀多樣性等對(duì)生物多樣性及各種生態(tài)過(guò)程都有重要影響，基于Fragstats 3.3 軟件，根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究[16-18]，選擇常用的景觀格局指數(shù)進(jìn)行分析。類(lèi)型水平和景觀水平的指數(shù)[19-21]分別包括：斑塊面積所占景觀百分比(MPS)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、平均斑塊面積(AREA_MN)和斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、均勻度指數(shù)(SHEI)、多樣性指數(shù)(SHDI)，各指數(shù)含義見(jiàn)表1。這些指數(shù)能在一定程度上反映景觀格局的數(shù)量、面積等空間構(gòu)型特征以及景觀的異質(zhì)性、優(yōu)勢(shì)性和破碎化程度，從而進(jìn)一步研究唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后的景觀格局情況，更加深入探討土地利用景觀格局變化與生境質(zhì)量變化之間的關(guān)系。

2.2 基于InVEST 3.7.0 模型的生境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

InVEST 模型是從生物多樣性的角度對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行量化評(píng)估[22-23]。其模型中生境質(zhì)量可以通過(guò)評(píng)估某一地區(qū)各種生境類(lèi)型或植被類(lèi)型的范圍和這些類(lèi)型各自的退化程度來(lái)表達(dá)。模型使用威脅數(shù)據(jù)圖層來(lái)評(píng)估不同土地利用類(lèi)型的退化程度，其中，威脅數(shù)據(jù)圖層包括：①每種威脅的相對(duì)影響；②生境柵格與威脅之間的距離、威脅所帶來(lái)的影響；③柵格單元受到的法律保護(hù)程度；④每種生境類(lèi)型對(duì)每種威脅的相對(duì)敏感性?；谝陨? 個(gè)威脅數(shù)據(jù)圖層，計(jì)算出生境類(lèi)型j中柵格x的總威脅水平Dxj，采用半飽和函數(shù)將一個(gè)柵格單元退化分值解譯成生境質(zhì)量得分值，即Qxj。具體計(jì)算公式如下：

式中：j為生境類(lèi)型，x為不同的柵格，Qxj為j生境柵格x的生境質(zhì)量，Hj為生境適宜性，為j生境柵格x的總威脅水平，k為半飽和參數(shù)。Dxj的計(jì)算公式如式(2)，z值一般默認(rèn)取2.5[24]。生境質(zhì)量得分最高為1，最低為0。

表1 景觀指數(shù)及其生態(tài)學(xué)含義Table1 Landscape indexes and their ecological meaning

式中：r為威脅源，R為威脅源總個(gè)數(shù)，y為威脅源r柵格中的所有柵格數(shù)，Yr為威脅源r柵格圖上的一組柵格，ωr為威脅源的權(quán)重，ry為柵格y的威脅因子值，irxy為柵格y的威脅源ry對(duì)生境柵格x的威脅水平，βx為柵格x的可達(dá)性水平(即法律保護(hù)程度)，Sjr為生境類(lèi)型j對(duì)威脅源r 的敏感程度。其中，irxy的計(jì)算公式為：

式中：dmax為威脅源r的最大影響距離，dxy為柵格x到柵格y之間的直線距離。

有學(xué)者在《解放戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期解放區(qū)的師范教育》中對(duì)解放戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期師范教育進(jìn)行了一定的研究。解放戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期解放區(qū)的師范教育和其他各項(xiàng)教育事業(yè)一樣，完成了由戰(zhàn)時(shí)教育向正規(guī)教育的轉(zhuǎn)變?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，國(guó)共兩黨和平談判期間，人們以為從此中國(guó)就走上了和平民主的新階段，因而各解放區(qū)先后提出了實(shí)行教育正規(guī)化的問(wèn)題。即要制定統(tǒng)一的、正規(guī)的教育制度，要努力提高教育質(zhì)量，在重視政治思想教育的同時(shí)，加強(qiáng)文化課的教學(xué)。為此，各解放區(qū)對(duì)師范教育提出了新的要求，并把師范教育放在更加重要的位置上。

本研究參照吳建生等[25]、楊志鵬等[26]、鞏杰等[27]的研究，考慮到建設(shè)用地是所有土地利用類(lèi)型中人類(lèi)活動(dòng)較為集中的地類(lèi)，而生境質(zhì)量演變又主要受到人類(lèi)活動(dòng)的脅迫，人類(lèi)改造地表的活動(dòng)及建設(shè)用地的擴(kuò)張會(huì)造成生態(tài)的污染及破壞，從而對(duì)生物多樣性及生境質(zhì)量帶來(lái)較大的威脅，因此選取的威脅源為交通用地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)的矢量數(shù)據(jù)，并以該模型推薦的數(shù)值[24]及研究區(qū)實(shí)際情況作為依據(jù)，對(duì)這兩類(lèi)威脅源的影響權(quán)重和最大影響距離進(jìn)行賦值(表2)。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[17，28-29]，從而確定模型運(yùn)行所需要的各土地利用類(lèi)型的生境質(zhì)量得分和其對(duì)威脅源的敏感性程度(表3)。

3 結(jié)果與分析

3.1 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后土地利用變化

未利用地開(kāi)發(fā)前后(2000—2016年)，研究區(qū)土地覆被發(fā)生了較為明顯的變化，草地、林地和耕地是唐縣未利用地開(kāi)發(fā)后主要的土地類(lèi)型。2000年未利用地面積為81 900.39 hm2。相較于2000年，2007年未利用地面積大量減少，主要是轉(zhuǎn)為草地、林地和耕地，轉(zhuǎn)化比率分別為 17.72%、14.01%和11.34%。2007—2016年間，草地、林地和水域面積不斷增多，而未利用地面積呈現(xiàn)持續(xù)減少狀態(tài)；具體來(lái)講，未利用地有46.54%(19 805.30 hm2)保持穩(wěn)定，28.22%(12 009.15 hm2)轉(zhuǎn)為草地，13.96% (5 940.74 hm2)轉(zhuǎn)為林地，7.08%(3 012.93 hm2)轉(zhuǎn)為耕地，0.17%(72.34 hm2)轉(zhuǎn)為水域；草地的轉(zhuǎn)入來(lái)源主要是未利用地和耕地，水域的轉(zhuǎn)入來(lái)源主要是交通用地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)用地，研究區(qū)域的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣如表4所示。總體來(lái)講，2000—2016年，唐縣未利用地開(kāi)發(fā)后土地利用變化特點(diǎn)是未利用地逐漸減少，草地、林地和耕地等土地利用類(lèi)型增加。

表2 威脅源的最大影響距離、權(quán)重和空間衰退類(lèi)型Table2 Maximum distance of influence，weight and type of decay over space of threat factors

表3 不同土地利用類(lèi)型生境適宜度及其對(duì)各威脅源的敏感度Table3 Habitat suitability and sensitivity to various threat sources of different land use types

2000—2016年期間未利用地變化較大的原因，一方面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地保護(hù)的矛盾加快對(duì)未利用地的開(kāi)發(fā)；另一方面，隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視程度逐漸增加，未利用地主要開(kāi)發(fā)為林地和草地。隨著2008年國(guó)家“大規(guī)模實(shí)施土地整治”政策的提出，唐縣白合鎮(zhèn)、齊家佐鄉(xiāng)、黃石口鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)施了一系列土地開(kāi)發(fā)整理項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注補(bǔ)充耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量與生態(tài)三者的統(tǒng)一。受地形、土壤等自然條件影響，唐縣未利用地開(kāi)發(fā)的類(lèi)型差異明顯，南部主要為平原，地形較為平坦，未利用地主要開(kāi)發(fā)為耕地、城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民點(diǎn)用地，北部、中部為山地丘陵區(qū)，未利用地主要開(kāi)發(fā)為林地和草地。

表4 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)、開(kāi)發(fā)后(2007年和2016年)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table4 Transfer matrix of land use before (2000) and after (2007 and 2016) exploitation of unused land in Tang County %

3.2 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后土地利用景觀格局變化

從景觀格局的視角對(duì)未利用地開(kāi)發(fā)前后的變化做進(jìn)一步的探討。從類(lèi)型水平景觀格局分析(表5)，未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)，研究區(qū)最大斑塊指數(shù)和平均斑塊面積都較大，分別為95.94%和94.73 hm2。開(kāi)發(fā)后(2007年、2016年)，未利用地的最大斑塊指數(shù)、斑塊所占景觀面積比以及平均斑塊面積都明顯減小，表明對(duì)未利用地的開(kāi)發(fā)較大，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對(duì)土地的需求加大。林地最大斑塊指數(shù)和斑塊所占景觀面積比增加，最大斑塊指數(shù)由4.25%增加到4.97%，斑塊所占景觀面積比由14.00%增加到21.27%；草地的斑塊所占景觀面積比由17.72%增加到27.45%，說(shuō)明研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀發(fā)生改變。與2007年相比，2016年未利用地的斑塊所占景觀面積比顯著減小 35.15%，林地和草地的斑塊所占景觀面積比增加值較多，分別增加 51.93%和54.91%，說(shuō)明2007—2016年優(yōu)勢(shì)景觀面積(林地、草地)持續(xù)增加，這主要是因?yàn)檎畬?duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的日益重視。林地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)、交通用地和未利用地這幾種地類(lèi)的平均斑塊面積減小，表明這幾種景觀存在一定的破碎化及分散式開(kāi)發(fā)利用的情況；平均斑塊面積增加的土地利用類(lèi)型是耕地、草地和水域?？偟膩?lái)看，威脅源及生境適宜性較差的地類(lèi)破碎化程度加大，而生境適宜性較好的地類(lèi)呈現(xiàn)出聚集效應(yīng)。

表5 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)、開(kāi)發(fā)后(2007年和2016年)類(lèi)型水平景觀指數(shù)變化Table5 Landscape indexes changes at type level before (2000) and after (2007 and 2016) exploitation of unused land in Tang County

從景觀水平景觀格局角度進(jìn)行分析(表6)，未利用地在開(kāi)發(fā)前，均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)均為0，未利用地開(kāi)發(fā)后，均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)增加，2007年分別為0.70 和1.35，2016年分別為0.78 和 1.52，說(shuō)明各景觀組分所占面積比例差異減小，由開(kāi)發(fā)前單一地類(lèi)(未利用地)開(kāi)發(fā)為多種地類(lèi)，并且未利用地面積持續(xù)減少，均勻度指數(shù)的增加說(shuō)明景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。未利用地開(kāi)發(fā)后，雖然斑塊數(shù)量和斑塊密度增加，其主要原因是完整的未利用地被開(kāi)發(fā)為林地、草地等多種地類(lèi)，從而呈現(xiàn)出一定的破碎化趨勢(shì)。

表6 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)、開(kāi)發(fā)后(2007年和2016年)景觀水平景觀指數(shù)變化Table6 Landscape indexes changes at landscape level before (2000) and after (2007 and 2016) exploitation of unused land in Tang County

3.3 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后生境質(zhì)量時(shí)空演變

基于InVEST 模型的生境質(zhì)量模塊得到唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)、未利用地開(kāi)發(fā)后(2007年、2016年)的生境質(zhì)量空間分布。在ArcGIS 10.2 平臺(tái)上運(yùn)用自然間斷分級(jí)法對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行分類(lèi)，劃分為5 個(gè)等級(jí)，分別是0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8 和0.8～1.0，分別對(duì)應(yīng)低等、較低等、中等、較高等、高等生境質(zhì)量，各等級(jí)生境比例及生境平均值見(jiàn)表7。

從時(shí)間角度來(lái)看，唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后，研究區(qū)生境質(zhì)量總體水平較低。由表7可知未利用地開(kāi)發(fā)前后(2000年、2007年、2016年)，生境質(zhì)量得分分別為0.09、0.28 和0.39，整體生境質(zhì)量呈上升的趨勢(shì)，即未利用地開(kāi)發(fā)后，生境質(zhì)量較開(kāi)發(fā)前有所上升。未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)，生境質(zhì)量得分均在0～0.2，處于低等級(jí)。未利用地開(kāi)發(fā)后(2007年、2016年)，生境質(zhì)量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；2007年和2016年生境質(zhì)量得分處于0～0.2 的土地面積比例明 顯減少，分別減少為66.16%和49.07%，生境質(zhì)量在0.2～0.4 和0.6～0.8 的土地面積比例較少，2007年分別為9.62%和0.38%，2016年分別為8.86%和0.42%，生境質(zhì)量得分在0.4～0.6 和0.8～1.0 的土地面積比例增加，并且面積比例較大，2007年分別增加為12.79%和11.05%，2016年分別增加為24.04%和17.61%，說(shuō)明唐縣未利用地開(kāi)發(fā)后生境質(zhì)量上升。

表7 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)、開(kāi)發(fā)后(2007年和2016年)各等級(jí)生境比例及生境平均值Table7 Percentage of each habitat level and average value of habitat quality before (2000) and after (2007 and 2016) unused land exploitation in Tang County

從空間角度來(lái)看唐縣中部和西北部的生境質(zhì)量水平較高，黃石口鄉(xiāng)南部、羊角鄉(xiāng)北部和齊家佐鄉(xiāng)生境質(zhì)量較好，主要分值在0.8 以上，川里鎮(zhèn)、軍城鎮(zhèn)和羅莊鄉(xiāng)生境質(zhì)量較低，主要分值在0.2 以下，還有一些生境質(zhì)量得分較低值，零星分布于研究區(qū)，研究區(qū)域的其他地方生境處于一般水平。與未利用地開(kāi)發(fā)前(2000年)相比，2007年和2016年的生境質(zhì)量分值在0～0.2 的低質(zhì)量生境斑塊呈減少趨勢(shì)(圖2)。

圖2 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后生境質(zhì)量空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of habitat quality before and after unused land exploitation in Tang County

3.4 唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后生境質(zhì)量變化原因分析

從景觀格局角度來(lái)看，未利用地斑塊所占景觀面積比逐年減少，平均斑塊面積由開(kāi)發(fā)前的94.73 hm2減少到開(kāi)發(fā)后的6.15 hm2，林地、水域和草地所占景觀面積比例增多，優(yōu)勢(shì)景觀發(fā)生改變。2007—2016年，作為脅迫因子的交通用地的最大斑塊指數(shù)由0.11 減少為0.03，城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)用地的最大斑塊指數(shù)由0.59 減少為0.29，交通用地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)用地的面積雖然有所擴(kuò)張，但是由于斑塊數(shù)量的逐年增加，出現(xiàn)破碎化趨勢(shì)，使得平均斑塊面積也呈減少趨勢(shì)，從而減弱了對(duì)生境的脅迫作用。未利用地開(kāi)發(fā)后均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)都呈增加趨勢(shì)，表明景觀類(lèi)型逐漸呈現(xiàn)均衡化分布，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。生境適宜性高的土地類(lèi)型面積逐漸增加，生境適宜性差的未利用地面積急劇減少，從而形成開(kāi)發(fā)后生境質(zhì)量提升的現(xiàn)象。

生境質(zhì)量高值區(qū)主要位于研究區(qū)中部和西北部的齊家佐鄉(xiāng)、黃石口鄉(xiāng)南部和羊角鄉(xiāng)北部，齊家佐鄉(xiāng)境內(nèi)有著名的青虛山、西勝溝等自然景觀，另外，黃石口鄉(xiāng)是唐縣的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域，根據(jù)宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林、綜合開(kāi)發(fā)的方向進(jìn)行開(kāi)發(fā)，政府對(duì)齊家佐鄉(xiāng)和黃石口鄉(xiāng)南部都進(jìn)行過(guò)具體的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目分析，并因地制宜地實(shí)施土層加厚、水利設(shè)施建設(shè)等工程，填埋涵水功能好的壤土，實(shí)施過(guò)土地整治工程，從而改善區(qū)域生產(chǎn)條件、土壤質(zhì)量、水土保持以及水源涵養(yǎng)的功能，植被覆蓋率不斷提高，生境質(zhì)量處于較高水平。川里鎮(zhèn)、軍城鎮(zhèn)和羅莊鄉(xiāng)及南部區(qū)域生境質(zhì)量較低，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)有多條省道通過(guò)，處于交通網(wǎng)連接處，南部有京昆高速過(guò)境，受到的威脅程度較大，生境質(zhì)量較低。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

本文運(yùn)用InVEST 模型研究了唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后(2000—2016年)生境質(zhì)量變化情況，并結(jié)合土地利用變化和景觀格局進(jìn)行分析，揭示了未利用地開(kāi)發(fā)對(duì)生境質(zhì)量的影響。研究結(jié)果顯示未利用地開(kāi)發(fā)后生境質(zhì)量較開(kāi)發(fā)前有所提升，生境質(zhì)量提高的原因主要是具有重要生態(tài)服務(wù)功能的林地面積的增加和低生境適宜性土地面積的減少，這與劉春芳等[17]、王燕等[30]、謝怡凡等[31]研究中關(guān)于生境質(zhì)量提升的原因一致。但在鞏杰等[27]對(duì)甘肅白龍江流域生境質(zhì)量的研究中顯示，1997—2002年，未利用地面積減少，但生境質(zhì)量下降，這與本文研究結(jié)果不相符，其原因是建設(shè)用地增加的比例遠(yuǎn)大于未利用地減少的比例，而建設(shè)用地的快速擴(kuò)張加劇了對(duì)研究區(qū)的脅迫作用，從而導(dǎo)致生境質(zhì)量下降；本研究中未利用地面積減少，主要轉(zhuǎn)化為林地和草地，故生境質(zhì)量提高。分析未利用地開(kāi)發(fā)前后的生境質(zhì)量變化情況，可以為未來(lái)未利用地的開(kāi)發(fā)提供參考，促進(jìn)區(qū)域生境質(zhì)量的提升。

2000年的未利用地生境質(zhì)量與2007年、2016年的生境質(zhì)量差距較大，其原因在于2000年的研究區(qū)域只有未利用地，未利用地本身的生境適宜性很低，另一方面是受到威脅源的脅迫作用，從而導(dǎo)致開(kāi)發(fā)前生境質(zhì)量較低，經(jīng)開(kāi)發(fā)后土地類(lèi)型多樣化，由于國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷增加，發(fā)揮著重要生態(tài)服務(wù)功能的林地和草地面積明顯增多，研究區(qū)優(yōu)勢(shì)景觀發(fā)生改變，均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)增加，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，故2007年和2016年的生境質(zhì)量顯著提升。2007—2016年，隨著2008年國(guó)家“大規(guī)模實(shí)施土地整治”政策的提出，唐縣實(shí)施了一系列土地開(kāi)發(fā)整理項(xiàng)目，未利用地面積持續(xù)減少，林地、草地及耕地面積增加，建設(shè)用地面積雖也有增加，但是其平均斑塊面積減小，從而減弱了威脅作用，研究區(qū)生境質(zhì)量不斷提升。本文未利用地開(kāi)發(fā)后生境質(zhì)量雖然有所提升，但總體上處于中等偏低水平，其主要原因可能是開(kāi)發(fā)前未利用地斑塊較大且完整，經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)后，斑塊變小并呈現(xiàn)出一定的破碎化趨勢(shì)。在今后進(jìn)行土地規(guī)劃或制定相關(guān)政策時(shí)，應(yīng)該考慮到各土地利用類(lèi)型的合理配置，并且盡量避免零散式開(kāi)發(fā)，從而減少土地的破碎化程度，使生境質(zhì)量得到優(yōu)化。

本文僅從未利用地開(kāi)發(fā)對(duì)土地利用方式的改變和景觀格局變化的角度探討了未利用地開(kāi)發(fā)對(duì)生境質(zhì)量的影響，沒(méi)有考慮未利用地開(kāi)發(fā)后對(duì)研究區(qū)造成的長(zhǎng)期影響，下一步研究可以通過(guò)野外實(shí)際調(diào)研等方法，綜合考慮研究區(qū)地勢(shì)、土壤條件等，分析未利用地開(kāi)發(fā)對(duì)研究區(qū)生境質(zhì)量的長(zhǎng)期影響。另外，還可以結(jié)合InVEST 模型中的其他模塊(如碳儲(chǔ)量等)，更加全面地評(píng)價(jià)未利用地開(kāi)發(fā)所帶來(lái)的影響。

4.2 結(jié)論

本研究通過(guò)分析唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后(2000—2016年)土地利用類(lèi)型的時(shí)空變化特征、景觀格局變化以及生境質(zhì)量變化情況，從而揭示了唐縣未利用地開(kāi)發(fā)對(duì)生境質(zhì)量的影響，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

1)經(jīng)過(guò)土地開(kāi)發(fā)，大量的未利用地得到轉(zhuǎn)化，2000—2016年，未利用地面積從100%(以2000年未利用地面積為基數(shù))下降到33.70%，開(kāi)發(fā)方向主要是以林地、草地和耕地為主；耕地面積從 0 增加10.46%，發(fā)揮著重要生態(tài)服務(wù)功能的草地和林地面積從0 分別增加到27.43%和21.30%。

2)2000—2016年，唐縣未利用地斑塊所占景觀面積比逐年減少，平均斑塊面積由開(kāi)發(fā)前的94.73 hm2減少到開(kāi)發(fā)后的6.15 hm2，林地、水域和草地所占景觀面積比例增多。未利用地開(kāi)發(fā)前后均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，各景觀組分所占面積比例差異減小，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。

3)唐縣未利用地開(kāi)發(fā)前后，3 期的生境質(zhì)量得分分別為0.09、0.28 和0.39，生境質(zhì)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。開(kāi)發(fā)后的生境質(zhì)量明顯高于開(kāi)發(fā)前的生境質(zhì)量，其主要原因是生境適宜性較差的未利用地大量開(kāi)發(fā)為其他生境適宜性較高的土地利用類(lèi)型，比如林地、草地、耕地等，作為威脅源的交通用地和居民點(diǎn)用地面積雖然也有所增多，但增加比例相對(duì)較少，并且其平均斑塊面積減小，減弱了對(duì)生境的脅迫作用，從而使研究區(qū)生境質(zhì)量得到優(yōu)化。