基于價(jià)值評(píng)估的川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變及其影響因素

鄭可君，李 琛，吳映梅①，高彬嬪，武 燕，李 嬋

(1.云南師范大學(xué)地理學(xué)部，云南 昆明 650500；2.云南省社會(huì)科學(xué)院，云南 昆明 650034)

隨著氣候變化、人口劇增和資源的開發(fā)利用，土地利用類型不斷被解構(gòu)與重構(gòu)，區(qū)域生境面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。生境是生物的居住場(chǎng)所，即生物個(gè)體、種群或群落能在其中完成生命過程的空間[1]。生境質(zhì)量指一個(gè)地區(qū)為生命有機(jī)體提供棲息所需資源和條件的能力，其水平反映了區(qū)域生態(tài)安全和生態(tài)文明程度[2-3]。研究區(qū)域生境質(zhì)量的時(shí)空演變特征及影響因素，掌握生境質(zhì)量變化規(guī)律，是解決巨大人口壓力和長期生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)利用背景下一系列生態(tài)環(huán)境問題的基礎(chǔ)[4]。中國正處在快速發(fā)展階段，生態(tài)文明建設(shè)面臨諸多難題，在《生物多樣性公約》締約方大會(huì)第十五次會(huì)議以“生態(tài)文明：共建地球生命共同體”為主題的背景下，為實(shí)現(xiàn)2050年生物多樣性可持續(xù)利用和惠益分享、“人與自然和諧共生”美好愿景的目標(biāo)，以綠色可持續(xù)為發(fā)展理念，評(píng)估生境質(zhì)量對(duì)保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能最大化發(fā)揮作用，維護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)平衡與可持續(xù)具有重要意義[5]。

生境質(zhì)量評(píng)估為考量人類活動(dòng)與生境質(zhì)量互動(dòng)關(guān)系提供了新視角，作為全球生態(tài)環(huán)境研究的重要領(lǐng)域和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要內(nèi)容，生境質(zhì)量的空間量化及影響因素分析成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。1917年美國GRINNEL首次提出“生境”[1]，隨后眾多學(xué)者開始對(duì)區(qū)域生境優(yōu)劣進(jìn)行研究，并出現(xiàn)大量生境質(zhì)量評(píng)價(jià)成果。早期，國內(nèi)外生境質(zhì)量研究主要集中在運(yùn)用實(shí)地調(diào)研[6]、GIS數(shù)據(jù)處理和空間分析[7]等方法就某一生物的生存環(huán)境質(zhì)量[8]展開研究。隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，生境質(zhì)量研究朝著以下2個(gè)方向開展：(1)對(duì)大熊貓[9]、狍[10]等重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物、野生動(dòng)物和瀕危物種開展的以了解物種生存環(huán)境、改善物種生存狀況為目的的小尺度生境質(zhì)量探究；(2)以生境質(zhì)量評(píng)估方法探究[11]、區(qū)域生境質(zhì)量時(shí)空演變規(guī)律[12]、生境質(zhì)量影響因素[13]和提升生境質(zhì)量[14]等內(nèi)容為主，研究尺度涉及自然保護(hù)區(qū)[15]、流域[16]和行政區(qū)[17]等。生境質(zhì)量研究方法以系統(tǒng)樣方調(diào)查[6]、植被覆蓋度[18]、生物完整性指數(shù)(IBI)評(píng)估[19]、MaxEnt模型[20]和InVEST模型[21]等為主，其中的InVEST生境質(zhì)量模型為常用研究方法。也有學(xué)者提出基于價(jià)值評(píng)估的生境質(zhì)量模型，圍繞土地利用條件下本底生境質(zhì)量價(jià)值和外部威脅下的生境質(zhì)量主題，并采用植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和歸一化植被指數(shù)(NDVI)構(gòu)建生境自身活力指標(biāo)[22]。但鮮有結(jié)合多種生境質(zhì)量評(píng)估模型對(duì)大區(qū)域尺度生態(tài)功能區(qū)生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的研究。鑒于此，在前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)基于價(jià)值評(píng)估的生境質(zhì)量模型進(jìn)行修正，從多方位考量生態(tài)功能區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變特征并進(jìn)一步探究其影響因素。

川滇生態(tài)屏障區(qū)是“黃土高原—川滇生態(tài)屏障”的重要組成部分，是國家重要生態(tài)功能區(qū)，也是國家生態(tài)安全格局的重要組成部分，戰(zhàn)略地位突出，維護(hù)其生境質(zhì)量對(duì)人與自然和諧發(fā)展具有重要意義。以生態(tài)環(huán)境保護(hù)與區(qū)域可持發(fā)展為導(dǎo)向，采用2000、2010和2018年土地利用數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于價(jià)值評(píng)估的生境質(zhì)量評(píng)估模型，在系統(tǒng)分析生境質(zhì)量時(shí)空演變特征的基礎(chǔ)上，探究影響生境質(zhì)量的主要因素，以揭示生境質(zhì)量與自然環(huán)境、人類活動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系，以期為維護(hù)生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、資源開發(fā)利用和分區(qū)管控提供決策依據(jù)，為豐富“兩屏三帶”全國生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程、建設(shè)美麗中國提供理論與實(shí)踐參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

川滇生態(tài)屏障區(qū)(圖1)是國家重要生態(tài)功能區(qū)，總面積為23.67萬km2，包括四川省中部76個(gè)區(qū)(縣、市)和云南省西北部17個(gè)區(qū)(縣、市)，地理坐標(biāo)為26°32′～34°19′ N、98°03′～104°58′ E。研究區(qū)以高原山地溫帶、亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)為主，氣溫及海拔差異較大，植被類型隨海拔具有明顯垂直帶譜，景觀類型多樣。同時(shí)，研究區(qū)生物資源豐富，是全球生物多樣性熱點(diǎn)區(qū)域，有國家重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物——大熊貓、滇金絲猴、綠尾虹雉、蘇門羚、黑鸛和雪豹以及多種藥用、香料、觀賞植物和各類昆蟲。除此之外，研究區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展差異較大，同時(shí)存在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)，是典型自然景觀與人文景觀兼具的復(fù)合型生態(tài)功能區(qū)。

審圖號(hào)：GS(2022)4738號(hào)

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究區(qū)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)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)，空間分辨率為100 m。NPP和NDVI數(shù)據(jù)來源于MODIS數(shù)據(jù)集(https:∥modis.gsfc.nasa.gov/data)，其中，NDVI采用MOD13A2數(shù)據(jù)集，為8—9月植物生長季16 d合成數(shù)據(jù)集，空間分辨率為250 m；NPP采用MOD17A3年數(shù)據(jù)集，空間分辨率為500 m。糧食作物播種面積和糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《云南統(tǒng)計(jì)年鑒》《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》及各地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，糧食價(jià)格數(shù)據(jù)來源于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編—2019》。高程數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn)，并采取移動(dòng)窗口法提取最佳地形起伏度；年降水量、年均溫、GDP和人口密度空間分布數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)；夜間燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)來源于類NPP-VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)集(https:∥doi.org/10.7910/DVN/YGIVCD)，土壤數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院南京土壤研究所中國土壤數(shù)據(jù)庫(http:∥vdb3.soil.csdb.cn)；路網(wǎng)和水域數(shù)據(jù)來源于1∶100萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(https:∥www.webmap.cn)。將以上數(shù)據(jù)的空間分辨率統(tǒng)一為100 m。

2 研究方法

2.1 生境質(zhì)量評(píng)估

根據(jù)生境質(zhì)量的內(nèi)涵，基于柵格地類斑塊構(gòu)建綜合生境質(zhì)量評(píng)估模型，考慮基于本底價(jià)值的生境質(zhì)量評(píng)估、基于活力的生境質(zhì)量評(píng)估和基于威脅的生境質(zhì)量評(píng)估3個(gè)層面因素構(gòu)建綜合生境質(zhì)量評(píng)估模型[22]。

2.1.1基于本底價(jià)值的生境質(zhì)量評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高的地類是優(yōu)質(zhì)生境[23]，因此以地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為本底價(jià)值開展生境質(zhì)量評(píng)估。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值采用價(jià)值當(dāng)量評(píng)估法，結(jié)合研究區(qū)域具體情況，參考COSTANZA等[24]和謝高地等[25]的研究成果，采用農(nóng)田單位面積產(chǎn)糧的實(shí)際價(jià)值進(jìn)行修正?？紤]到區(qū)域之間的差異，對(duì)云南和四川生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)分別進(jìn)行修正。參考前人研究成果[26]對(duì)建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值參數(shù)進(jìn)行修正，得到不同地類單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(表1)。

表1 研究區(qū)不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)系數(shù)

按照1 km的網(wǎng)格尺度分別計(jì)算網(wǎng)格單元內(nèi)各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值強(qiáng)度(即每個(gè)網(wǎng)格的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值/網(wǎng)格總面積，單位為元·km-2)，最后采用克里金插值法得到空間分辨率為100 m的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值強(qiáng)度空間分布。

2.1.2基于活力的生境質(zhì)量評(píng)估

不同區(qū)域氣候等環(huán)境差異導(dǎo)致同種地類提供的生物生存環(huán)境不同[22]。生態(tài)系統(tǒng)活力可以用于表征生物生存的環(huán)境質(zhì)量，描述生態(tài)系統(tǒng)的新陳代謝和初級(jí)生產(chǎn)力[27]，其中，采用NDVI表征植被生長狀況，采用NPP表征植物生產(chǎn)能力。以NDVI和NPP構(gòu)建的基于生態(tài)系統(tǒng)活力的生境質(zhì)量評(píng)估模型，可用于更加準(zhǔn)確地判斷區(qū)域?yàn)槲锓N提供適宜生存環(huán)境的能力[3]。為統(tǒng)一單位，對(duì)NPP和NDVI進(jìn)行歸一化處理。由NPP和NDVI構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)活力指數(shù)模型為

(1)

式(1)中，Qi為由研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)活力指數(shù)模型得到的生境質(zhì)量；SNPPi和SNDVIi分別為柵格i的歸一化植被凈初級(jí)生產(chǎn)力和植被覆蓋度。

2.1.3基于威脅的生境質(zhì)量評(píng)估

人類活動(dòng)是威脅生境質(zhì)量的一個(gè)主要因素。人類活動(dòng)強(qiáng)度越大，生境所受到的威脅越大，生境質(zhì)量越低，生物多樣性水平越低；反之，區(qū)域受到人類活動(dòng)的干擾越小，生境質(zhì)量越好，生物多樣性水平越高[28]。InVEST生境質(zhì)量模型基于不同土地利用類型對(duì)威脅因子的敏感度和對(duì)外界的威脅強(qiáng)度計(jì)算生境質(zhì)量退化程度，并進(jìn)一步計(jì)算生境質(zhì)量。因此，InVEST生境質(zhì)量模型可作為基于威脅的生境質(zhì)量評(píng)估模型。生境退化度(Dxj)[29]計(jì)算公式為

(2)

生境質(zhì)量計(jì)算公式為

(3)

式(2)～(3)中，wr為不同威脅因子權(quán)重；ry為威脅因子強(qiáng)度；βx為生境抗干擾水平；Sjr為不同生境對(duì)不同威脅因子的相對(duì)敏感程度；irxy為柵格y中威脅因子r對(duì)柵格x的影響；Qxj為柵格x中土地利用類型j的生境質(zhì)量；Dxj為柵格x中土地利用類型j的生境退化度；Hxj為柵格x中土地利用類型j的生境適應(yīng)性；k為半飽和常數(shù)。生境質(zhì)量值在0～1之間。參照文獻(xiàn)[11,14,29-30]，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，將水田、旱地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、其他建設(shè)用地、未利用地、公路和鐵路設(shè)為威脅因子，并設(shè)置相應(yīng)的脅迫強(qiáng)度(表2)和土地利用類型對(duì)生境威脅因子的敏感度(表3)。

表2 威脅因子及其威脅強(qiáng)度

表3 不同土地利用類型對(duì)各威脅因子的敏感度

2.1.4綜合生境質(zhì)量模型

綜合基于本底價(jià)值的生境質(zhì)量評(píng)估、基于活力的生境質(zhì)量評(píng)估和基于威脅的生境質(zhì)量評(píng)估得到最終的生境質(zhì)量[22]，其計(jì)算公式為

Q=Q1×Q2×Q3。

(4)

式(4)中，Q1為基于本底價(jià)值的生境質(zhì)量評(píng)估值；Q2為基于活力的生境質(zhì)量評(píng)估值；Q3為基于生境所受威脅的生境質(zhì)量評(píng)估值；Q為生境質(zhì)量，其值越大表明生境質(zhì)量越好。

以2000年川滇生態(tài)屏障區(qū)綜合生境質(zhì)量為基礎(chǔ)，采用幾何間隔法[3]將2000、2010和2018年生境質(zhì)量值分為5個(gè)等級(jí)：低(Q<7.16)、較低(7.16≤Q<56.11)、中等(56.11≤Q<156.63)、較高(156.63≤Q<363.05)和高(Q≥363.05)生境質(zhì)量，并得到生境質(zhì)量等級(jí)空間分布。

2.2 基于地理探測(cè)器的生境質(zhì)量影響因素探測(cè)

地理探測(cè)器是王勁峰等[31]提出的一種適用于測(cè)量空間分層異質(zhì)性程度的空間分析方法，目前已應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，并取得很好的效果。參照文獻(xiàn)[2,4]，結(jié)合川滇生態(tài)屏障區(qū)人文、自然和社會(huì)屬性，并充分考慮研究區(qū)地處2大階梯交接處、地勢(shì)高差較大的特性，從自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和區(qū)域可達(dá)性3個(gè)方面選取12個(gè)影響因子：氣溫(X1)、降水(X2)、高程(X3)、坡度(X4)、地形起伏度(X5)、土壤有機(jī)質(zhì)(X6)、GDP(X7)、人口密度(X8)、夜間燈光強(qiáng)度(X9)、距道路距離(X10)、距城鎮(zhèn)距離(X11)和距水域距離(X12)。不同因子與生境質(zhì)量相關(guān)程度的計(jì)算公式為

(5)

式(5)中，q為某個(gè)因子對(duì)生境質(zhì)量空間差異的解釋力；Nh和N分別為層h和研究區(qū)單元數(shù)；σh2和σ2分別為層h和研究區(qū)生境質(zhì)量的方差[31]；L為生境質(zhì)量或影響因子X的分類或分區(qū)。q值范圍為0～1，且q值越大，影響因子解釋力就越大，反之亦然。交互作用探測(cè)用來識(shí)別因素之間的相互作用關(guān)系，并評(píng)估它們的組合效應(yīng)以觀察任何一對(duì)因素共同作用是否會(huì)增加或降低其對(duì)生境質(zhì)量空間分異的解釋力。兩個(gè)因子間的關(guān)系可分為5類(表4[31])。

表4 雙因子交互作用結(jié)果類型[31]

3 結(jié)果與分析

3.1 生境質(zhì)量等級(jí)總體分布特征

2000、2010和2018年研究區(qū)生境質(zhì)量值平均為91.74、103.95和127.35，研究期內(nèi)生境質(zhì)量增加35.61，生境質(zhì)量總體向好發(fā)展。進(jìn)一步對(duì)生境質(zhì)量等級(jí)劃分發(fā)現(xiàn)，研究期間研究區(qū)以中等、較高和較低生境質(zhì)量為主，高、較高和低生境質(zhì)量面積總體增加，中等和較低生境質(zhì)量面積總體減少(表5)。研究區(qū)低生境質(zhì)量區(qū)域主要集中分布在東北部成都平原、中部甘孜藏族自治州和西南部迪慶藏族自治州(圖2)，這一方面是由于成都平原城鎮(zhèn)分布密集，人口集中度高，以建設(shè)用地為主的土地利用類型不斷擴(kuò)大，破壞了生態(tài)景觀的聯(lián)通性和完整性導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境失去平衡，生境質(zhì)量差；另一方面，甘孜藏族自治州和迪慶藏族自治州海拔相對(duì)較高，空氣稀薄，降水少，氣溫低，自然環(huán)境較為惡劣，影響了植物和生物生長繁殖，導(dǎo)致生境質(zhì)量較差。較低生境質(zhì)量區(qū)域主要分布在低生境質(zhì)量區(qū)域周圍，區(qū)域面積持續(xù)減少，發(fā)生變化區(qū)域集中在研究區(qū)南部。中等生境質(zhì)量區(qū)域主要分布在研究區(qū)東北部和西南部地區(qū)，區(qū)域面積先增加后減少，發(fā)生變化區(qū)域主要分布在研究區(qū)南部。較高和高生境質(zhì)量區(qū)域均主要分布在研究區(qū)南部地區(qū)。總體上看，研究區(qū)南部地區(qū)生境質(zhì)量較好且提高明顯，這表明國家“天然林保護(hù)工程”“退耕還林還草工程”“退耕還湖工程”等一系列生態(tài)文明建設(shè)工程在川滇生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生物多樣性維護(hù)中發(fā)揮了積極作用。

表5 2000—2018年川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量等級(jí)面積及其占比

圖2 2000—2018年川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量等級(jí)變化

3.2 生境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移特征

如圖3所示，2000—2018年川滇生態(tài)屏障區(qū)約有39%的區(qū)域生境質(zhì)量等級(jí)發(fā)生轉(zhuǎn)移，以中等生境質(zhì)量轉(zhuǎn)為較高生境質(zhì)量為主，轉(zhuǎn)移面積為43 748 km2；其次為較低生境質(zhì)量轉(zhuǎn)為中等生境質(zhì)量，轉(zhuǎn)移面積為31 216 km2。分等級(jí)來看，除等級(jí)保持穩(wěn)定的區(qū)域外，低生境質(zhì)量向較低生境質(zhì)量轉(zhuǎn)移、較高生境質(zhì)量向中等生境質(zhì)量轉(zhuǎn)移和高生境質(zhì)量向較高生境質(zhì)量轉(zhuǎn)移明顯。

圖3 2000—2018年生境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移?；鶊D

為進(jìn)一步分析生境質(zhì)量等級(jí)空間轉(zhuǎn)移特征，根據(jù)2000—2010年(研究前期)和2010—2018年(研究后期)2個(gè)時(shí)間段研究區(qū)生境質(zhì)量變化情況將時(shí)空轉(zhuǎn)移分為9種類型(圖4)：保持穩(wěn)定型(生境質(zhì)量等級(jí)不變)、持續(xù)上升型(生境質(zhì)量等級(jí)持續(xù)上升)、前期上升型(生境質(zhì)量等級(jí)前期上升后期不變)、后期上升型(生境質(zhì)量等級(jí)前期不變后期上升)、先升后降型(生境質(zhì)量等級(jí)前期上升后期下降)、先降后升型(生境質(zhì)量等級(jí)前期下降后期上升)、前期下降型(生境質(zhì)量等級(jí)前期下降后期不變)、后期下降型(生境質(zhì)量等級(jí)前期不變后期下降)和持續(xù)下降型(生境質(zhì)量等級(jí)持續(xù)下降)。

圖4 2000—2018年川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量等級(jí)空間轉(zhuǎn)移

生境質(zhì)量向好發(fā)展的類型有持續(xù)上升型、前期上升型、后期上升型和先降后升型，區(qū)域面積為102 839 km2，占總面積的43.46%，持續(xù)上升型、前期上升型和后期上升型區(qū)域主要集中分布在研究區(qū)南部涼山彝族自治州、攀枝花市、怒江傈僳族自治州、大理市、麗江市和保山市等地，先降后升型區(qū)域主要集中分布在研究區(qū)北部綿陽市、德陽市和成都市等地。這些地區(qū)植被覆蓋度高，森林資源總面積占比大，草地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)較好，為自然恢復(fù)創(chuàng)造了條件，同時(shí)水源涵養(yǎng)功能得到提升，增強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)能力，促使生境質(zhì)量向好發(fā)展。

生境質(zhì)量向差發(fā)展的類型有先升后降型、前期下降型、后期下降型和持續(xù)下降型，區(qū)域面積為25 023 km2，占總面積的10.57%。先升后降型區(qū)域主要分布在研究區(qū)西部迪慶藏族自治州、涼山彝族自治州和甘孜藏族自治州等地，2010年之后由于城鎮(zhèn)化快速擴(kuò)張，土地利用類型改變，加之干旱、火災(zāi)等災(zāi)害的綜合影響，區(qū)域環(huán)境承載力不斷面臨挑戰(zhàn)，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致生境質(zhì)量下降。前期下降型和后期下降型區(qū)域主要分布在研究區(qū)北部成都市、阿壩藏族自治州、德陽市、綿陽市和廣元市以及南部保山市。受各地社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策和速度差異的影響，生境質(zhì)量變化情況有所不同，首先步入快速城鎮(zhèn)化的城市，其生境質(zhì)量在研究前期就表現(xiàn)出明顯下降，如成都市、保山市，但在2010年之后，這些區(qū)域加強(qiáng)了生態(tài)環(huán)境保護(hù)，避免了生境質(zhì)量進(jìn)一步惡化。隨著快速城鎮(zhèn)化區(qū)域不斷擴(kuò)大，雅安市、成都市雙流區(qū)等地區(qū)生境質(zhì)量在研究后期出現(xiàn)下降。持續(xù)下降型區(qū)域主要分布在大理市、麗江市和阿壩藏族自治州等地，由于人類活動(dòng)加劇，這些地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸變差且沒有得到有效保護(hù)，出臺(tái)的生態(tài)保護(hù)政策存在滯后性，生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，導(dǎo)致生境質(zhì)量不斷下降。應(yīng)在這類區(qū)域加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)政策的針對(duì)性，防止生境質(zhì)量進(jìn)一步下降，為自然修復(fù)創(chuàng)造條件。

生境質(zhì)量保持穩(wěn)定的區(qū)域面積最大，為108 783 km2，占總面積的45.97%，分布范圍廣泛。這表明這些地區(qū)生態(tài)功能區(qū)環(huán)境保護(hù)和管理工作卓有成效，嚴(yán)格控制開發(fā)強(qiáng)度、加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展引導(dǎo)、全面劃定生態(tài)紅線、加強(qiáng)生態(tài)功能評(píng)估、強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境監(jiān)管、健全生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制等措施的逐步推進(jìn)，促使較高和高生境質(zhì)量區(qū)域保持穩(wěn)定的同時(shí)，保障低和較低生境質(zhì)量區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到及時(shí)修復(fù)，提升整體生境質(zhì)量。

3.3 生境質(zhì)量時(shí)空分異的影響因素

3.3.1影響因子驅(qū)動(dòng)力探測(cè)

因子探測(cè)結(jié)果(表6)顯示，研究期間影響因子X3、X1和X5解釋力較大，這說明高程、氣溫和地形起伏度始終是影響生境質(zhì)量的重要因子。

表6 川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量影響因子探測(cè)結(jié)果

川滇生態(tài)屏障區(qū)地處1、2級(jí)階梯過渡區(qū)，高山峽谷南北縱列，高差巨大，地形起伏明顯。受地形控制，區(qū)域氣候特征垂直分異明顯，土壤、植被也表現(xiàn)出顯著垂直地帶性。不同的地形地貌和不同的氣候類型，對(duì)植物群落結(jié)構(gòu)、分布、生長和演替產(chǎn)生長期影響，從而導(dǎo)致NPP、NDVI和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分異顯著，最終影響生境質(zhì)量。隨著研究區(qū)人類活動(dòng)不斷加劇，影響因子X8、X7、X11、X9和X10解釋力逐漸增大，這表明區(qū)域生境質(zhì)量所受的外部威脅不斷增大，其中，夜間燈光強(qiáng)度、距城鎮(zhèn)距離和距道路距離的解釋力變化較為明顯，分別增加為研究期初的10.7、3.3和3.2倍，這反映人類活動(dòng)對(duì)生境質(zhì)量的影響在不斷增強(qiáng)?？傮w來看，研究區(qū)生境質(zhì)量雖仍以自然因素為主導(dǎo)，但在快速城鎮(zhèn)化背景下，人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的威脅逐漸增加，人為因素對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量變化的影響逐漸凸顯。

3.3.2影響因子交互探測(cè)

交互探測(cè)可以用來反映2個(gè)因子對(duì)生境質(zhì)量影響的共同作用與單因子的差異。如圖5所示，研究期驅(qū)動(dòng)因子間交互探測(cè)結(jié)果均表現(xiàn)為非線性增強(qiáng)和雙因子增強(qiáng)。2000年，對(duì)生境質(zhì)量影響較大的交互因子為X2∩X3，反映受區(qū)域地形地勢(shì)的影響，高程對(duì)研究區(qū)生境質(zhì)量空間分異起著重要作用；而降水能改善區(qū)域水循環(huán)，從而增加水資源以提升區(qū)域植被覆蓋度，使得生境質(zhì)量得到明顯改善，高程與降水疊加后對(duì)生境質(zhì)量的影響更為顯著，高程較低且降水較充沛的區(qū)域更利于植被生長，NPP和NDVI值越大，生境質(zhì)量也越好。與2000年相比，2010年X3∩X5和X3∩X8解釋力上升明顯，是該時(shí)期生境質(zhì)量的主要影響因素之一，反映出人為影響因素與高程的共同作用對(duì)植被生長的影響在不斷增強(qiáng)。高程作為影響研究區(qū)生境質(zhì)量的主要影響因子，與人類活動(dòng)表征之一的距道路距離疊加成為威脅生境質(zhì)量的主要因子，道路破壞了景觀聯(lián)通性，使得景觀破碎度提高，對(duì)生境質(zhì)量有較大負(fù)向影響。2018年交互影響解釋力提升較大的為X3∩X11，表明隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，表征人類活動(dòng)的影響因子與表征自然環(huán)境的影響因子疊加后對(duì)生境質(zhì)量的解釋力逐漸增加。

X1為氣溫，X2為降水，X3為高程，X4為坡度，X5為地形起伏度，X6為土壤有機(jī)質(zhì)，X7為GDP，X8為人口密度，X9為夜間燈光強(qiáng)度，X10為距道路距離，X11為距城鎮(zhèn)距離，X12為距水域距離。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1基于價(jià)值評(píng)估的生境質(zhì)量模型構(gòu)建

生境質(zhì)量被視為區(qū)域生物多樣性和生態(tài)服務(wù)水平的重要表征，是區(qū)域生態(tài)安全保障和人類福祉提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)估有助于保護(hù)生物多樣性，構(gòu)建生態(tài)安全格局，因此，亟需選擇更加科學(xué)的方法進(jìn)行評(píng)估。目前生境質(zhì)量評(píng)估多采用InVEST等單一模型，但單一模型無法全面客觀地反映區(qū)域生境狀況。與綜合評(píng)估模型相比，InVEST模型基于土地利用格局和人為賦值，導(dǎo)致對(duì)同一地類進(jìn)行評(píng)估時(shí)的差異性很小且較為主觀，生境質(zhì)量空間格局與土地利用格局高度相似[16]。另一方面，在生境質(zhì)量時(shí)序評(píng)估中，部分主要自然地類變化較小，導(dǎo)致生境質(zhì)量變化較小[29]。而由于研究區(qū)建設(shè)用地不斷擴(kuò)大，建設(shè)用地又是主要的威脅源和生境較不適宜地類，因此，采用InVEST模型進(jìn)行評(píng)估時(shí)通常得到整個(gè)研究區(qū)生境質(zhì)量持續(xù)下降。以筆者研究為例，僅使用InVEST模型對(duì)研究區(qū)生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估得到2000、2010和2018年生境質(zhì)量指數(shù)分別為0.7693、0.7687和0.7671，變化趨勢(shì)與綜合評(píng)估模型結(jié)果相反。因此，僅以InVEST模型評(píng)估生境質(zhì)量存在一定局限性，不能完全反映研究區(qū)實(shí)際情況，容易夸大人類活動(dòng)對(duì)生境質(zhì)量下降的影響[10,13]，忽視人類在生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生境質(zhì)量提高中所做的努力?；贗nVEST模型構(gòu)建生境質(zhì)量綜合評(píng)估模型能更準(zhǔn)確反映研究區(qū)真實(shí)生境情況，一方面，生態(tài)系統(tǒng)可以持續(xù)為人類提供服務(wù)，這是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的意義所在，也是綠水青山就是金山銀山的重要體現(xiàn)，因此，利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)情況是生境質(zhì)量的重要表征之一。另一方面，NPP和NDVI作為生境生產(chǎn)力的一種表現(xiàn)形式，被用來優(yōu)化生境質(zhì)量評(píng)估，已逐漸成為解決不同區(qū)域同種地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力不同問題的方法之一。除此之外，已有研究結(jié)果[4,32]均表明川滇生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)環(huán)境逐漸得到改善，筆者研究發(fā)現(xiàn)生境質(zhì)量整體水平持續(xù)上升，生態(tài)狀況總體向好的結(jié)果與之一致。綜上所述，筆者研究結(jié)果科學(xué)客觀，可有效反映研究區(qū)實(shí)際情況。

4.1.2生境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移特征

研究生境質(zhì)量變化過程是掌握生境質(zhì)量變化規(guī)律、提出科學(xué)合理生態(tài)環(huán)境保護(hù)策略的前提。目前，從時(shí)間維度來看，對(duì)生境質(zhì)量演變的研究以對(duì)研究時(shí)間節(jié)點(diǎn)的分析為主，該方法能在一定程度上反映生境質(zhì)量在研究期間的時(shí)空分布，但缺乏對(duì)生境質(zhì)量中間過程的分析，而中間波動(dòng)變化過程對(duì)分析生境質(zhì)量變化規(guī)律至關(guān)重要。在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者研究借鑒土地利用變化時(shí)空轉(zhuǎn)移分類[33]的分析方法，將生境質(zhì)量中間變化過程通過等級(jí)轉(zhuǎn)移變化分類的方式表示出來并加以分析。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，將2000—2018年分為2個(gè)時(shí)期，2000—2010年為前期，2010—2018年為后期，得到川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量在2個(gè)時(shí)間段的變化類型，共分為3大類、9小類。

4.1.3人類活動(dòng)對(duì)生境質(zhì)量的影響

川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量總體有所提升，但低生境質(zhì)量區(qū)域面積不斷擴(kuò)大，生境質(zhì)量向差發(fā)展的區(qū)域面積也較大，生態(tài)環(huán)境仍面臨較大威脅。究其原因，雖然研究區(qū)加大了生態(tài)建設(shè)投入，通過推進(jìn)退耕還林(草)和天然林保護(hù)等生態(tài)工程，使得生境質(zhì)質(zhì)量總體有所提升。但由于快速城鎮(zhèn)化影響，人類活動(dòng)加劇，土地利用類型改變，生態(tài)保護(hù)政策滯后，加上干旱、火災(zāi)等災(zāi)害的綜合影響，區(qū)域環(huán)境承載力不斷面臨挑戰(zhàn)，導(dǎo)致部分區(qū)域生境質(zhì)量變差。這些區(qū)域應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)管控，防止生境質(zhì)量進(jìn)一步惡化，以生態(tài)系統(tǒng)綜合整治和自然修復(fù)為基礎(chǔ)，以解決人地矛盾為目標(biāo)，全面加強(qiáng)生境質(zhì)量保護(hù)工作：(1)加強(qiáng)林地、草地和耕地的整體性保護(hù)，加強(qiáng)景觀連通性，對(duì)破碎景觀斑塊加以修復(fù)；(2)立足橫斷山區(qū)生物多樣性保護(hù)，繼續(xù)實(shí)施天然林保護(hù)工程和退耕退牧還林還草工程；(3)構(gòu)建城市生態(tài)廊道，開發(fā)濕地公園以形成生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)生境質(zhì)量向好發(fā)展。對(duì)生境質(zhì)量向好發(fā)展的區(qū)域，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，嚴(yán)格控制開發(fā)強(qiáng)度，重視國土空間用途管制，制定有針對(duì)性的區(qū)域發(fā)展政策，因地制宜、合理布局，保持生境質(zhì)量向好發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)生境質(zhì)量持續(xù)不變的區(qū)域，根據(jù)不同生境質(zhì)量等級(jí)和不同區(qū)域主體功能定位，科學(xué)統(tǒng)籌，分類施策，進(jìn)行差別化的規(guī)劃引導(dǎo)，避免盲目發(fā)展、經(jīng)營管理不善、監(jiān)督不力等問題，踐行“兩山”發(fā)展理念，推動(dòng)生境質(zhì)量整體向好發(fā)展。

4.2 結(jié)論

以川滇生態(tài)屏障區(qū)為例，引入NPP和NDVI作為生境質(zhì)量評(píng)估的重要參數(shù)，對(duì)基于InVEST模型的研究區(qū)生境質(zhì)量評(píng)估進(jìn)行修正，分析2000—2018年研究區(qū)生境質(zhì)量等級(jí)分布及空間轉(zhuǎn)移特征，并采用地理探測(cè)器從自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和區(qū)域可達(dá)性3個(gè)方面選取12個(gè)影響因子探測(cè)研究區(qū)生境質(zhì)量空間分異的影響機(jī)制，形成以下結(jié)論：

(1)2000—2018年川滇生態(tài)屏障區(qū)生境質(zhì)量均值持續(xù)上升，生態(tài)狀況總體向好。研究區(qū)以中等、較高和較低生境質(zhì)量區(qū)域?yàn)橹鳎?、較高和低生境質(zhì)量區(qū)域面積有所增加，中等和較低生境質(zhì)量區(qū)域面積有所減少。

(2)研究區(qū)生境質(zhì)量等級(jí)轉(zhuǎn)移過程較為復(fù)雜，表現(xiàn)出以較低生境質(zhì)量轉(zhuǎn)為中等生境質(zhì)量、中等生境質(zhì)量轉(zhuǎn)為較高生境質(zhì)量為主的轉(zhuǎn)移規(guī)律。從生境質(zhì)量空間轉(zhuǎn)移特征來看，生境質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域面積>生境向好發(fā)展區(qū)域面積>生境質(zhì)量向差發(fā)展區(qū)域面積，今后需重點(diǎn)關(guān)注生境質(zhì)量向差發(fā)展區(qū)域，避免其生境質(zhì)量進(jìn)一步惡化。

(3)研究區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空分異特征受自然因素與人為因素的共同作用。從單因子探測(cè)結(jié)果來看，生境質(zhì)量空間分異以自然因素為主導(dǎo)，其中，高程、氣溫、地形起伏度和距水域距離等因子的影響程度較強(qiáng)；隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程發(fā)展，人為因素對(duì)生境質(zhì)量的影響程度不斷增強(qiáng)，其中，人口密度、GDP、距城鎮(zhèn)距離和夜間燈光強(qiáng)度等因子對(duì)生境質(zhì)量的影響程度較強(qiáng)。從因子交互探測(cè)結(jié)果來看，兩兩因子交互均呈現(xiàn)為非線性增強(qiáng)和雙因子增強(qiáng)，研究期間高程與其他因子交互影響程度最大，隨著時(shí)間推進(jìn)，氣溫與其他因子的交互后影響程度明顯增強(qiáng)。