陕西省2005-2020年土地利用变化和生境质量影响研究.pdf
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1、地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第807期第13期2023年7月收稿日期:2023-03-21作者简介:张雨晴(1997),女,硕士生,研究方向:土地资源管理与评价。陕西省20052020年土地利用变化和生境质量影响研究张雨晴(长安大学土地工程学院,陕西西安710054)摘要:【目的目的】研究土地利用变化和生境质量及两者之间的联系,为保持及提高区域生境质量提供参考。【方法方法】以陕西省为研究对象,采用2005、2010、2015、2020年15年间四期的土地利用数据,应用InVEST 模型的 Habitat Quality(生境质量)模块对陕
2、西省生境质量进行评估。【结果结果】20052020年间陕西省建设用地、林地、草地面积增加,耕地面积显著减少;陕西省高生境质量区域分布于秦岭山地部分及陕北山区,低生境质量及较低生境质量区域集中在关中西安市及周边城市区域。【结论结论】生境质量受人类活动影响较大,在进行经济发展的同时,也应注意生境质量的保护和提升。关键词:生境质量;土地利用类型;陕西省;InVEST 模型中图分类号:X321;F301.24文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)13-0099-06DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.13.020Research on the Imp
3、act of Land Use Change and Habitat Quality inShaanxi Province from 2005 to 2020ZHANG Yuqing(School of Land Engineering,Changan University,Xian 710054,China)Abstract:Purposes This paper studies the land use change,habitat quality and the relationship between them to,provide a reference for maintainin
4、g 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 habitatquality of Shaanxi Province.Findings From 2005 to 2
5、020,the area of construction land,forest landand grassland in Shaanxi Province increased,and the cultivated land area decreased significantly.Theareas of high habitat quality in Shaanxi Province are distributed in the mountainous part of Qinling Mountains and the mountainous areas of northern Shaanx
6、i,and the areas of low habitat quality and low habitatquality are concentrated in Xian City and surrounding urban areas in central China.ConclusionsHabitat quality is greatly affected by human activities,and attention should be paid to the protection andimprovement of habitat quality while carrying
7、out economic development.Keywords:habitat quality;land use type;Shaanxi Province;InVEST model0引言土地利用变化是指人类在生产生活中为了经济发展或者社会进步,依据土地的自然属性进行的规律性或者稳定性的经营改造活动的变化,土地利用变化能够直观地反映人类活动的信息;生境质量100第13期是衡量一个区域为特定的物种提供生存及繁衍等功能的能力1,是研究生物多样性的重要参考。土地利用类型的变化对生境质量有较高权重的影响力,一个地区的土地利用变化可以驱动当地社会、经济演变2。目前评价生境质量常用方法之一就是通过模型
8、的建立来展开研究,常用模型有SolVES模型和 InVEST模型等,其中,由于 InVEST模型所需数据量相对于其他模型较少,获取方式较为简单,因此应用较广。李晴等1基于InVEST模型,研究了19802100年长江中下游地区动植物生境质量时空变化;刘汉仪等2耦合InVEST模型和土地利用变化,对粤港澳大湾区生境质量时空演变进行分析,较为详细地说明了土地利用变化和生境质量之间的密切关联,证明土地利用变化能较好地反映研究区域的生境质量变化。基于此,本研究利用20052020 年 4 期的土地利用数据,运用 ArcGIS软件和 InVEST 模型,采用土地利用矩阵及主成分分析方法,对陕西省土地利用
9、变化特征及生境质量进行分析和评价。1研究区域与数据来源1.1研究区概况陕西省具有独特的自然地理条件,南北地势高,中部地区地势低,位于我国内陆地区,拥有高原、山地、平原以及盆地等多种地形。北山和秦岭将陕西省划分为三个自然区,分别为陕北、关中、陕南三个自然区。其中,陕北黄土高原地区包括榆林市和延安市,海拔9001 900 m,约占全省土地总面积的40%;关中平原地区包括宝鸡市、咸阳市、西安市、铜川市和渭南市,海拔为460850 m,约占全省土地总面积的36%;陕南秦巴山区则涵盖汉中市、安康市和商洛市,海拔1 0003 000 m,约占全省土地总面积的36%。1.2数据来源本研究使用的数据类型、名称
10、及来源见表1。表1数据来源统计表数据类型行政界限土地利用社会经济统计数据数据名称陕西省省、市级行政边界2005、2010、2015、2020年四期土地利用数据2020年地区生产总值、人口数据等数据来源中国科学院资源环境与数据中心地理国情监测云平台http:/ InVEST 模型的 Habitat Quality(生境质量)模块进行对特定区域生境质量的评估。此模型将使用四个因子的威胁数据图层来对不同土地利用类型的降解程度进行评估。第一个因子是指不同种威胁的相对影响3。第二个因子是生境栅格与威胁之间的距离,威胁所带来的影响。威胁r在栅格x的生境对栅格y的影响(ry)用irxy表示,如式(1)和式(
11、2)。irxy=1-dxydrmaxif linear(1)irxy=exp-2.99drmaxdxyif exponential(2)式中:dxy是栅格x和y之间的线性距离;drmax是威胁r的最大作用距离4。InVEST生境质量模块第三个因子,可以缓解威胁对生境影响。最后一个因子是每一种生境类型对每一种威胁的相对敏感性。在LULC或生境类型j中栅格x的总威胁水平由Dxj表示为式(3)。Dxj=r=1Ry=1Yr wrr=1RwrryirxyxSjr(3)式中:y是指r威胁栅格图上的所有栅格,Yr是指r威胁栅格图上的一组栅格。由于栅格分辨率的变化,每种威胁图都能有一组栅格。如果Sjr=0,那
12、么 Dxy不是威胁r的函数。威胁权重是归一化的权重,所以所有的权重值加和为14。在LULC类型j中的斑块组x的生境质量由Qxj表示为式(4)。Qxj=Hj1-DzxjDzxj+kz(4)除需要土地利用数据之外,还需设定土地利用类型生境适宜性、对胁迫因子的敏感度和胁迫因子。在参考InVEST软件使用手册后,将耕地、建设用地和未利用地作为本研究中的威胁因子,设定其权重、最大影响距离和退化类型(见表2);同时根据现实情况设定不同土地类型的生境适宜性及对威胁因子的相对敏感性(见表3)。表2胁迫因子最大影响距离及权重威胁因子耕地建设用地未利用地最大胁迫距离/km458权重0.70.60.4空间衰退类型l
13、inearlinearexponential张雨晴.陕西省20052020年土地利用变化和生境质量影响研究第13期101表3各土地利用类型对生境威胁因子的敏感度土地利用类型耕地林地草地水域建设用地未利用地生境适宜度0.410.80.600.4胁迫因子耕地00.60.70.500.5建设用地0.70.30.50.400.4未利用地0.30.20.50.50.403数据处理结果及分析3.1土地利用变化3.1.1土地利用变化幅度。土地利用变化的幅度能体现特定研究时段内土地利用的绝对变化量,见式(5)。X=Ub-Ua(5)式中:X为土地利用类型变化幅度;Ua、Ub分别为研究初始节点与研究时期末节点某类
14、土地利用类型的面积。根据陕西省15年间土地利用类型数据提取出陕西省 2005、2010、2015、2020 年各年各类土地的数量,如图1所示。图1陕西省各年土地类型面积由图 1 可知,20052015 年,陕西省耕地、林地、草地、水域、建设用地及未利用地的数量分布规律相同,均为草地耕地林地未利用地建设用地水域;2020年为草地耕地林地建设用地未利用地。利用式(5)分别计算研究区域 20102020 年间三个阶段各类土地变化幅度,结果见表4。20052010年,耕地、草地、水域、未利用地均呈现减少趋势,林地及建设用地呈增加趋势。其中,耕地面积在5年间减少了182 km2,草地面积减少了2 km2
15、,水域面积减少了23 km2,未利用地面积减少了 88 km2,建设用地面积增加 89 km2,林地面积增加了206 km2。表4陕西省15年间土地利用类型面积变化量单位:km2年份200520102010201520152020类型耕地-182-437-283 8林地206-94987草地-2-408135 5水域-2359-100建设用地89936843未利用地-88-56-24620102015年,耕地、林地、草地、未利用地土地利用变化情况均为减少,建设用地及水域用地面积增加。在这5年间,减少面积数量最多的用地类型为耕地,减少数量为 437 km2,林地面积减少了94 km2,草地面积减
16、少了408 km2,水域面积增加了59 km2,建设用地面积增加了936 km2,未利用地减少面积了56 km2。20152020年,耕地、水域、未利用地土地利用变化情况均为减少,林地、草地、建设用地面积增加。其中,耕地面积在这 5 年间减少了 2 838km2,水域面积减少了100 km2,未利用地面积减少了 246 km2,林地面积增加了 987 km2,草地面积增加了1 355 km2,建设用地面积增加了843 km2。3.1.2土地利用转移矩阵。本研究借助 ArcGIS软件实现土地利用转移矩阵的计算5,通过计算得到陕西省20052020年各时间段的土地利用转移矩阵(见表5至表7)及生成
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