基于InVEST模型的四川盆地生境质量时空演变分析_杨征义.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ,收稿日期:基金项目:省级自然资源监测监管大数据应用服务平台建设();山东省重大科技创新工程项目()资助作者简介:杨征义(),男,山东济宁人,资源与环境专业硕士研究生,主要研究方向为自然资源监测。通信作者:季 民(),男,山东德州人,教授,博士,年毕业于山东科技大学地理信息系统专业,主要从事空间数据组织和 系统集成方面的教学研究工作。基于 模型的四川盆地生境质量时空演变分析杨征义,季 民,王培培,宋瑞杰(山东科技大学 测绘与空间信息学院,山东 青岛)摘要:高质量生境对于维护生态系统平衡、促进人类社会和经济发展具有重要作用。本文通过研究四川盆地生境质量,
2、更好地揭示人类活动对盆地生态系统的影响,为研究区生态系统的修复和发展提供一定的科学依据。结果表明:四川盆地 年的生境质量状况整体水平不高,但呈微弱上升趋势;生境质量空间分布上异质性表现明显,呈现研究区边缘生境质量状况较好、中间盆地底部生境质量整体较差的空间分布特征。生境质量与土地利用程度在空间上呈负相关,且相关程度缓慢减弱。研究结果确定了四川盆地生境质量相对较差的区域,对维护四川盆地生物多样性以及日后的发展规划具有一定的参考价值。关键词:四川盆地;生境质量;模型中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,):,:;引 言作为四大盆地之一,四川盆地物产资源丰富,重要的生态区位对维持长江流域生物多
3、样性有着极其深远的影响。近些年,随着国家对生态环境越发重视,有关四川盆地区域保护政策陆续提出。四川盆地拥有重庆和成都双国家中心城市的配置,是中国西部经济重要的增长极。同时以重庆和成都为首的双城经济圈,将四川盆地建设成为国家重要经济科技中心,助推盆地区域高质量发展。近年来,随着一大批基础设施项目的快速建设,生态环境进一步受到威胁。如何科学合理规划社会经济发展形势,保护生态空间,避免生态功能弱化,是当今需要研究的重要课题。因此,评估四川盆地生境质量时空演化已经迫在眉睫。然而,很少有学者利用 模型从多个时间段来综合研究四川盆地的生境质量及其时空分布特征。基于此,本文以、和 年的土地利用状况为基础数据
4、,通过 模型,运用转移矩阵和 模型等方法,分析了 年以来四川盆地生境质量与土地利用类型时空演化特征,以及生境质量状况与土地利用程度之间的相互联系,为四川盆地维护生物多样性及经济发展提供参考。研究区概况与数据来源 研究区概况四川盆地位于亚洲大陆的中南部、中国西南部,中间盆底地势低,海拔 ,面积约为 万。盆地周边多山地,海拔多在 ,面积约 万。降水充沛,年降水量 ,属于亚热带季风气候。四川盆地有丰富的湿地资源,盆地内部拥有长江干流、嘉陵江、岷江和乌江。拥有国家湿地公园 处,国家自然保护区 处,国家森林公园 处。四川盆地拥有动物 多种,植物近万种,丰富的资源、肥沃的土地,使其被称为天府之国。四川盆地
5、拥有成都和重庆 座特大城市,绵阳、宜宾等大中城市数座,成渝城市群是我国唯一地处西部内陆的特大城市群。截至 年年底,人口达到 亿,经济总量高达 亿元。但过度开发使盆地环境遭受破坏,导致河湖生态功能退化,土地荒漠化蔓延,水土流失严重,四川盆地面临着前所未有的生态压力。数据来源研究区、年的土地利用 覆被数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(:),分辨率为 。参考土地覆盖遥感监测数据分类系统,研究区共包含 个一级地类和 个二级地类。研究方法 基于 模型的生境质量计算 模型是通过外界威胁强度和不同土地覆盖类型胁迫因子敏感度计算生境质量,考虑胁迫因子的空间权重和影响距离等因素,根据不同的生境质量来反映
6、生物的丰富程度。本研究是评估研究区内生境质量等级的高低,基于 模型中的 模块来获取生境质量指数。指数越高,表明生物多样性越丰富,反之亦然。计算公式为:()()|()式中,为第 种用地类型中栅格 的生境质量;为第 种用地类型相应的生境适宜性指数;指半饱和参数;可根据使用数据分辨率自定义;为模型尺度常数;为生境退化指数;为胁迫因子数量;为用地类型中胁迫因子 所占栅格数;为胁迫因子 的权重;为各栅格胁迫因子相应个数;为栅格 中胁迫因子 对 的影响程度;为;为 类型土地覆被对胁迫因子 的敏感性。不同用地类型对各威胁源的敏感度见表。表 不同用地类型对威胁源的敏感度 土地利用类型生境适宜度威胁源耕地裸土地
7、其他土地城镇用地农村用地水田旱地高覆盖草地中覆盖草地低覆盖草地湖泊河渠水库坑塘永久性冰川雪地滩地城镇用地农村用地沼泽地裸岩石裸土地有林地灌木林疏林地其他林地其他用地 土地利用程度指数土地利用程度反映人类干扰强度,人类活动的干扰使土地自然属性发生一定的改变,不同土地利用类型对土地的利用程度不同。土地利用程度指数计算公式为:()第 期杨征义等:基于 模型的四川盆地生境质量时空演变分析式中,指土地利用程度指数;指 类用地种类;为土地类型个数;为各种类土地利用程度相关参数。双变量空间自相关模型空间自相关揭示某类因子在空间分布中的关联特征,分为局部、全局空间自相关。全局空间自相关反映研究区全局空间关联状
8、况,局部空间自相关能探测局部具体情况空间联系。莫兰指数是衡量空间自相关的指标,揭示空间邻接区域单元属性值的相似度,双变量空间自相关能反映 个不同属性变量之间的空间聚集关系,多采用莫兰指数描述。本文通过 软件,生成 聚类地图和莫兰散点图来进行双变量空间自相关分析。具体公式详见参考文献。结果与分析 土地利用变化 土地利用变化结果通过 年四川盆地不同类型土地利用面积占比情况(见表)可知,作为优势用地类型,耕地 年占比均超过;其次是占比均为 以上的林地。近 年,盆地各地类变化复杂,耕地减少 ,草地减少 ,林地增加 ,建设用地增加 ,湿地增加 ,未利用土地整体 增 加。其中未利用土地和建设用地增幅分别为
9、 和。表 四川盆地各土地类型利用面积及占比 土地类型类别 年 年 年面积()比例()面积()比例()面积()比例()草地 耕地 建设用地 林地 湿地 未利用地总计 运用土地利用转移矩阵,计算四川盆地各类用地类型变化,由 表 可 知,年,耕 地 面 积 减 少 ,主要流向林地,流出部分集中分布在盆地边缘山地。草地流向耕地()和林地()。湿地和林地主要流向耕地,分别为 和 。耕地转移程度最大,建设用地显著增加,草地面积急剧减少。年不同土地类型转出量,比上一时段显著增加,相较上一时段,转出方向整体差别不大,耕地转向建筑用地较上一时段大幅增加。表 四川盆地土地利用转移矩阵(单位:)(:)年份土地利用类
10、型草地耕地建设用地林地湿地未利用地转出面积 年草地 耕地 建设用地 林地 湿地 未利用地 年草地 耕地 建设用地 林地 湿地 未利用地 土地利用变化分析 年耕地面积下降,主要转向林地,原因在于 年四川省退耕还林开始实施。超载过牧、挖药开荒和利用管理不当等造成草场严重退化,同时,由于保护耕地政策的实施,部分草地和建设用地流向了耕地。盆地湿地面积占比逐步提升,近年来,政府加强湿地监管 测绘与空间地理信息 年力度,支持更多社会资本积极投入到国家级、省级湿地公园的建设,年研究区湿地保护率达到 以上。随着城镇化加快,耕地转向建筑面积用地增幅变大,在西部大开发战略和 年国务院正式同意批复成渝经济区的驱动下
11、,成都、重庆和周边地区建筑面积大幅度增加,如图 所示。图 、年生境质量空间分布图 ,生境质量时空变化生境指数为 的连续数值,根据四川盆地现状,结合参考数据,生境质量可分为差、较差、中等、较好、好 类等级。生境质量时间变化四川盆地生境质量整体水平较差,由表 可知,中等、较好和好等级生境面积占比总体不超过,较差等级生境面积保持在 以上。年,差等级生境不断增加()。较差和中等等级生境整体呈减少趋势,分别减少 和 。较好等级生境自 年的 减少到 年的。好等级生境质量占比自 年的 增长至 年的。据研究、和 年四川盆地生境指数均值各为、和 ,再一次说明四川盆地生境质量状况属于中等偏差但呈上升趋势。研究区不
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