2000—2010年草海自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量變化

韓會(huì)慶　蘇志華　羅緒強(qiáng)　蔡廣鵬

(1. 貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003；2. 貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；3. 貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

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2000—2010年草海自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量變化

韓會(huì)慶1蘇志華2羅緒強(qiáng)1蔡廣鵬3

(1. 貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003；2. 貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；3. 貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

利用InVEST模型，以草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為例，對(duì)2000—2010年保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明：除水域和未利用地外，其他地類變化突出，旱地、草地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村居民點(diǎn)之間轉(zhuǎn)化明顯；保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量整體趨于好轉(zhuǎn)，試驗(yàn)區(qū)改善幅度最大，保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量一直呈現(xiàn)核心區(qū) > 緩沖區(qū) > 試驗(yàn)區(qū)的特點(diǎn)，核心區(qū)和緩沖區(qū)生境質(zhì)量空間變化較小，試驗(yàn)區(qū)生境質(zhì)量空間變化明顯，東部和西南部是生境質(zhì)量改善區(qū)，北部主要為生境質(zhì)量惡化區(qū)；退耕還林還草工程實(shí)施是生境質(zhì)量改善的主導(dǎo)原因，城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張對(duì)部分地區(qū)生境質(zhì)量改善產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

生境質(zhì)量；土地利用；InVEST模型；草海自然保護(hù)區(qū)；貴州

生境 (棲息地) 是指生物體的生存環(huán)境，它既包括生物體生存的必需條件，又包括與物種生存相關(guān)的其他生態(tài)因素[1]。生境質(zhì)量的好壞直接影響著生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和分布，生境質(zhì)量退化是造成生物多樣性下降最主要的原因之一[2]。生境質(zhì)量作為重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，正越來(lái)越多地受到人類活動(dòng)的干擾，因此，評(píng)估區(qū)域生境質(zhì)量變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和規(guī)劃具有重要意義。

目前，關(guān)于生境質(zhì)量的評(píng)估多集中于單一物種[3]和生物群落[4]。研究方法多利用景觀生態(tài)學(xué)法[5]、指標(biāo)法[6]、模型法[7]等。土地利用作為人類活動(dòng)的重要方面，是威脅生境質(zhì)量的重要因素[8]。如Antwi等發(fā)現(xiàn)工礦用地變化 (停產(chǎn)后) 將促使生境的豐富度不斷增加，生境破碎化增強(qiáng)[9]。Schleupner 等認(rèn)為草地轉(zhuǎn)化為耕地將使得鳥類的生境質(zhì)量下降[10]。然而，當(dāng)前的學(xué)者多利用生境適宜性模型分析土地利用變化對(duì)生境質(zhì)量的影響[11]，鮮有學(xué)者利用InVEST模型進(jìn)行保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量演變分析。

InVEST模型是由美國(guó)斯坦福大學(xué)、世界自然基金會(huì)和大自然保護(hù)協(xié)會(huì)聯(lián)合開發(fā)的用于水產(chǎn)、水土保持、碳儲(chǔ)量、生境質(zhì)量、風(fēng)能、植物授粉、糧食生產(chǎn)等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的模型，其中生境質(zhì)量模塊以土地利用數(shù)據(jù)和專家打分為基礎(chǔ)進(jìn)行生境質(zhì)量評(píng)估，具有輸入數(shù)據(jù)相對(duì)較少、操作簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)空間表達(dá)等優(yōu)點(diǎn)，該模型已成功地被應(yīng)用于世界各地生境質(zhì)量評(píng)估[12-13]。

草海是我國(guó)重要的鳥類濕地保護(hù)區(qū)，近十年，由于保護(hù)區(qū)周邊快速的城鎮(zhèn)化建設(shè)以及退耕還林還草工程的實(shí)施，使得保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用發(fā)生較大變化，進(jìn)而影響著保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量。因此，本研究基于InVEST模型，分析2000—2010年草海自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量演變規(guī)律，以期為該區(qū)環(huán)境規(guī)劃及生境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1　研究區(qū)概況

草海自然保護(hù)區(qū)位于貴州省西部威寧縣，地處東經(jīng)104°10′～104°25′，北緯26°45′～27°00′，屬長(zhǎng)江水系高原淡水湖泊，素有 “高原明珠” 之稱，平均海拔約2 171 m，地形西、南、東三面較高，向北部逐漸降低。地貌為高原丘陵盆地，地面起伏較大。氣候?qū)儆谂瘻貛駶?rùn)氣候，年均氣溫10.6 ℃，年均降水量約950.9 mm[14]。1992年草海保護(hù)區(qū)成為國(guó)家自然保護(hù)區(qū)，被 “中國(guó)生物多樣性保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃” 列為一級(jí)濕地，是典型的高原濕地生態(tài)系統(tǒng)。保護(hù)區(qū)內(nèi)鳥類224種，維管束植物184種 (主要為水生、沼澤濕地植物)，是黑頸鶴 (Grusnigricollis) 棲息越冬的重要場(chǎng)所[15]，保護(hù)區(qū)對(duì)保護(hù)區(qū)域生物多樣性具有重要作用。

2　研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究數(shù)據(jù)主要包括：2000年、2010年土地利用數(shù)據(jù)和草海自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)。其中，2期土地利用數(shù)據(jù)通過(guò)Landsat TM/ETM (30 m × 30 m) 遙感影像解譯獲得。根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)，將土地利用類型劃分為：旱地、水田、有林地、灌木林地、草地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、交通用地和水域。草海自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)源于 《草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃》。

2.2InVEST生境質(zhì)量模型

InVEST生境質(zhì)量模型是利用土地利用類型分布圖，通過(guò)生境質(zhì)量的威脅因子影響強(qiáng)度來(lái)評(píng)估區(qū)域生境質(zhì)量[16-17]。模型運(yùn)行需要生境類型、威脅因子對(duì)每種生境影響強(qiáng)度和距離以及每種生境對(duì)威脅因子的敏感程度等數(shù)據(jù)。根據(jù)研究區(qū)土地利用/覆被類型特點(diǎn)將生境類型設(shè)置為旱地、水田、有林地、灌木林地、草地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、交通用地和水域等9種類型，并將農(nóng)田、農(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地、交通用地和工礦用地作為受人為干擾較大的土地利用類型，將其歸為威脅因子。威脅因子對(duì)各地類敏感性以及威脅因子影響距離和強(qiáng)度等參數(shù)是基于研究區(qū)特點(diǎn)，通過(guò)將專家打分值、模型使用推薦值和相關(guān)文獻(xiàn)參考值比較和校正后確定[16, 18-20](表1～2)。

表1　威脅因子對(duì)各地類敏感性

表2　威脅因子影響距離和權(quán)重

具體過(guò)程如下：考慮到草海自然保護(hù)區(qū)主要保護(hù)黑頸鶴為主，水域和草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)其適宜性的影響最為突出，因此，草地和水域生境適合性最高；而有林地和灌木林地的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)水質(zhì)影響較大，因此，有林地和灌木林地的生境適合性較高。其他地類對(duì)保護(hù)區(qū)動(dòng)植物具有負(fù)面效應(yīng)，因此其生境適合性為0。另外，威脅因子對(duì)各地類敏感度是考慮威脅因子對(duì)不同地類的影響差異進(jìn)行設(shè)置的，如城鎮(zhèn)擴(kuò)張必然占用大量耕地和林地，從而使得城鎮(zhèn)用地對(duì)林地和耕地的影響較大，而農(nóng)村居民點(diǎn)增加對(duì)林地和耕地的壓力相對(duì)較小，因此，將城鎮(zhèn)用地對(duì)耕地和林地敏感性設(shè)置的參考值大于農(nóng)村居民點(diǎn)對(duì)耕地和林地敏感性設(shè)置的參考值。鑒于研究區(qū)城鎮(zhèn)和工礦用地對(duì)周邊生態(tài)系統(tǒng)影響范圍較大，而周邊農(nóng)村居民點(diǎn)、交通用地和農(nóng)田影響范圍較小，因此，城鎮(zhèn)和工礦用地用地影響范圍大于農(nóng)村居民點(diǎn)、交通用地和農(nóng)田。同時(shí)，由于交通和城鎮(zhèn)用地用地影響強(qiáng)度較大，而農(nóng)村居民點(diǎn)、農(nóng)田和工礦用地影響強(qiáng)度較小，因此，交通和城鎮(zhèn)用地用地的權(quán)重和衰減率大于農(nóng)村居民點(diǎn)、農(nóng)田和工礦用地的權(quán)重和衰減率。

生境質(zhì)量評(píng)估公式：

(1)

式中：Qxj是生境質(zhì)量；Hj是生境適宜度指數(shù)；Dxj是生境退化程度；Z等于2.5；k等于柵格單元分辨率大小的50%。

(2)

式中：Wr為威脅因子權(quán)重；ry為生態(tài)威脅因子個(gè)數(shù)；βx是保護(hù)程度；Sjr是威脅因子對(duì)生境質(zhì)量 (各地類) 的敏感度。

生境質(zhì)量評(píng)估結(jié)果介于0～1，越接近1，說(shuō)明生境質(zhì)量越高，反之越低。

3　結(jié)果與分析

3.1土地利用變化

從保護(hù)區(qū)2000—2010年土地利用類型變化 (表3) 看出，保護(hù)區(qū)土地利用變化比較突出。旱地、水田、灌木林、農(nóng)村居民點(diǎn)分別減少259.00 hm2(-10.09%)、4.75 hm2(-100%)、1.25 hm2(-0.10%)、68.00 hm2(-44.88%)。有林地、草地、城鎮(zhèn)用地分別增加15.00 hm2(2.84%)、224.50 hm2(7.93%)、93.50 hm2(77.43%)，交通用地和水域沒有變化。

表3　2000—2010年草海土地利用變化

從2000—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣看出 (表4)，旱地減少的面積主要轉(zhuǎn)向有林地13.50 hm2、草地224.75 hm2、城鎮(zhèn)用地20.75 hm2；水田減少的面積凈轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)用地4.75 hm2；有林地增加的面積主要來(lái)自旱地13.50 hm2、灌木林地0.75 hm2、草地0.75 hm2；草地增加的面積主要來(lái)自旱地224.75 hm2；城鎮(zhèn)用增加面積主要來(lái)自旱地20.75 hm2、水田4.75 hm2；農(nóng)村居民點(diǎn)減少的面積主要轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)用地68.00 hm2；交通用地和水域無(wú)變化。

從空間上看，各土地利用類型的變化集中于東部、北部和西南部。其中城鎮(zhèn)用地增加地區(qū)多分布于北部，旱地、灌木林地和水田減少地區(qū)集中于東部，草地和有林地增加地區(qū)多分布東部和西南部 (圖1)。

3.2生境質(zhì)量變化

從2000年和2010年保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量空間分布 (圖2) 看出，保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量一直維持核心區(qū)生境質(zhì)量最高，緩沖區(qū)生境質(zhì)量次之，試驗(yàn)區(qū)西部、西南部以及東部地區(qū)較差的格局。

表4　2000—2010年草海土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

圖12000年和2010年草海土地利用圖

Fig.1Land use maps in Caohai for 2000 and 2010

圖22000年和2010年草海生境質(zhì)量空間分布

Fig.2Spatial distribution of habitat quality in Caohai for 2000 and 2010

研究期間，保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量整體上趨于改善 (> 0%)，由2000年的0.66增加到2010年的0.68，增加3.35%。其中，試驗(yàn)區(qū)生境質(zhì)量提高最大，由2000年的0.54增加到2010年的0.57，增加6.15%。核心區(qū)和緩沖區(qū)基本無(wú)變化 (表5)。從2000—2010年草海生境質(zhì)量空間格局變化 (圖3) 看出，保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)生境質(zhì)量空間變化較小，僅有東部小部分地區(qū)生境質(zhì)量有所下降。試驗(yàn)區(qū)生境質(zhì)量空間變化明顯，其中生境質(zhì)量改善區(qū) (> 0%) 集中于東部和西南部，而生境質(zhì)量惡化區(qū) (< 0%) 集中于北部。

表5　2000—2010年草海平均生境質(zhì)量變化

圖32000—2010草海生境質(zhì)量空間格局變化

Fig.3Spatial pattern of habitat quality change in Caohai from 2000 to 2010

4　結(jié)論與討論

1) 保護(hù)區(qū)內(nèi)旱地和草地變化量最大，而水田和城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化率最為突出。旱地轉(zhuǎn)為草地和城鎮(zhèn)用地以及農(nóng)村居民點(diǎn)轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地最為突出。東部、北部和西南部是保護(hù)區(qū)土地利用變化的主要地區(qū)。

2) 保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量空間上呈核心區(qū) > 緩沖區(qū) > 試驗(yàn)區(qū)的特點(diǎn)，與2000年相比，2010年保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量有所提高。試驗(yàn)區(qū)生境質(zhì)量增長(zhǎng)率明顯高于核心區(qū)和緩沖區(qū)。保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量變化空間異質(zhì)性明顯，東部和西南部是生境質(zhì)量改善區(qū)，北部主要為生境質(zhì)量惡化區(qū)。

3) 退耕還林還草工程實(shí)施是導(dǎo)致保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量改善的主要原因，而北部城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張是導(dǎo)致北部生境質(zhì)量惡化的主要原因。

生境質(zhì)量變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和退耕還林還草工程驅(qū)動(dòng)下土地利用變化特點(diǎn)有著密切聯(lián)系。一方面，快速經(jīng)濟(jì)發(fā)展作用下建設(shè)用地?cái)U(kuò)張?jiān)鰪?qiáng)了威脅地類對(duì)生境適宜性的負(fù)面影響[21]。草海保護(hù)區(qū)北部為威寧縣城所在地，是該區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心。隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)張，大量旱地和水田轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)建設(shè)用地，在一定程度上對(duì)附近的保護(hù)區(qū)產(chǎn)生威脅，從而降低了北部生境質(zhì)量，這與包玉斌等對(duì)陜西省黃河濕地自然保護(hù)區(qū)研究結(jié)果一致[18]。另一方面，生態(tài)修復(fù)工程提高了自然植被比例，有利于區(qū)域生境適宜性提高[22]。受退耕還林還草工程實(shí)施影響，草海自然保護(hù)區(qū)大量旱地轉(zhuǎn)為草地和林地，使得自然植被不斷恢復(fù)，減少了人類活動(dòng)對(duì)保護(hù)區(qū)生境的干擾，從而使得生境質(zhì)量不斷提高。由于草海自然保護(hù)區(qū)退耕還林還草工程對(duì)土地利用變化的影響遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，使得耕地轉(zhuǎn)為草地和林地面積遠(yuǎn)大于耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，導(dǎo)致研究區(qū)生境質(zhì)量整體呈增加趨勢(shì)，這與杜世勛等對(duì)山西省生境質(zhì)量的研究結(jié)果一致[22]。草海自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量的提高有利于保護(hù)區(qū)浮游和水生植物的生長(zhǎng)，這將為鳥類提供豐富的動(dòng)、植物食源，這對(duì)維持該區(qū)生物多樣性具有重要作用。

由于該模型評(píng)估結(jié)果是基于專家經(jīng)驗(yàn)打分獲得，這使得評(píng)估結(jié)果受到人為干擾較大，評(píng)估結(jié)果存在較大不確定性，因此，今后需應(yīng)減少參數(shù)設(shè)置中人為因素的影響，提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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(責(zé)任編輯曹龍)

Habitat Quality Change in Caohai Nature Reserve from 2000 to 2010

Han Huiqing1, Su Zhihua2, Luo Xuqiang1, Cai Guangpeng3

(1. College of Architecture and Urban Planning, Guizhou Institute of Technology, Guiyang Guizhou 550003, China; 2. College of Management Science, Guizhou University of Finance and Economics, Guiyang Guizhou 550025, China; 3. College of Geography and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang Guizhou 550001, China)

We analyzed habitat quality change in Caohai Nature Reserve utilizing the InVEST model from 2000 to 2010. The results showed that other land use types showed significant changes except for water body and unused land, significant area changes could be found among dry land, grassland, built-up land and rural settlements. Habitat quality improved in whole nature reserve, particularly for pilot area. The improvement of habitat quality showed core area > buffer area > pilot area. There were little spatial changes of habitat quality in core area and buffer area. Significant spatial changes of habitat quality in pilot area could be found. Improvement regions of habitat quality were located in east and south parts, while deterioration region of habitat quality was situated in north part. Green for Grain Project is the dominant factor resulting in the improvement of habitat quality, while urban land expansion has a negative effect on the improvement of habitat quality.

habitat quality, land use, InVEST model, Caohai Nature Reserve, Guizhou

10. 11929/j. issn. 2095-1914. 2016. 05. 026

2016-03-29

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (41563007) 資助；貴州省科學(xué)技術(shù)基金 (黔科合J字 [2014] 2048號(hào))。

蘇志華 (1983—)，男，博士，副教授。研究方向：區(qū)域環(huán)境質(zhì)量演變與污染防治。Email: suzhihua1219@163.com。

S718.53

A

2095-1914(2016)05-0158-06

第1作者：韓會(huì)慶 (1983—)，男，博士，講師。研究方向：土地利用與保護(hù)。Email: hhuiqing2006@126.com。