基于InVEST模型的粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變分析

劉漢儀, 林媚珍, 周汝波, 鐘亮

基于InVEST模型的粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變分析

劉漢儀, 林媚珍*, 周汝波, 鐘亮

廣州大學(xué)地理科學(xué)與遙感學(xué)院, 廣州 510006

評估與分析城市群生境質(zhì)量的時(shí)空演變, 對區(qū)域生境保護(hù)、生態(tài)安全格局構(gòu)建、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。以粵港澳大灣區(qū)為例, 基于1980年、1995年、2005年、2015年四期土地利用數(shù)據(jù), 運(yùn)用InVEST模型和ArcGIS軟件, 在研究土地利用變化的基礎(chǔ)上分析粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變特征。結(jié)果表明: (1)1980—2015年, 粵港澳大灣區(qū)土地利用變化劇烈, 主要表現(xiàn)為建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)增、耕地大量減少。各地類間轉(zhuǎn)換以耕地、林地和水域向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移為主, 主要發(fā)生在東莞市、深圳市、中山市等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快區(qū)域。(2)粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量呈中部和中南部低、四周邊緣地帶高的空間格局。35年間, 生境質(zhì)量不斷下降, 大部分區(qū)域生境質(zhì)量向更低等級轉(zhuǎn)化, 且低等級生境質(zhì)量區(qū)域主要沿中部向珠江兩岸方向延伸。(3)土地利用變化與生境質(zhì)量相關(guān)性顯著。綜合土地利用動態(tài)度越大的區(qū)域, 其生境質(zhì)量變化越顯著, 這表明粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量不斷下降的主要原因是土地利用變化劇烈, 急劇擴(kuò)張的建設(shè)用地侵占了大量的耕地和其它地類, 對生境造成了破壞。

粵港澳大灣區(qū); InVEST模型; 生境質(zhì)量; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

0 前言

生境質(zhì)量是指一定時(shí)間和空間生態(tài)系統(tǒng)為個(gè)體和種群提供適宜、持續(xù)發(fā)展生存條件的能力[1], 反映區(qū)域生境斑塊生態(tài)適宜性程度和土地利用方式合理性程度, 是一切生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和功能的前提和基礎(chǔ)[2-3], 也是區(qū)域生態(tài)文明和人類福祉的重要表征。城鎮(zhèn)化發(fā)展導(dǎo)致的土地利用變化, 通過對生境斑塊之間的物質(zhì)流、能量流循環(huán)過程產(chǎn)生影響, 進(jìn)而改變區(qū)域生境分布格局和功能, 加強(qiáng)生境的分化[1]。因此, 在土地利用變化研究的基礎(chǔ)上, 對區(qū)域生境質(zhì)量的時(shí)空演變進(jìn)行分析, 可為區(qū)域土地資源的優(yōu)化利用以及經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供一定參考依據(jù)[4]。

為此, 國內(nèi)外學(xué)者對生境質(zhì)量開展了大量研究。在早期的研究中, 生境質(zhì)量的研究核心是特定區(qū)域物種的生境條件地域分異特征及對物種的影響與作用[2], 主要是基于實(shí)地動植物調(diào)查與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)指標(biāo)體系的綜合評價(jià)方法[5–6]。該方法結(jié)果準(zhǔn)確, 但實(shí)施難度大, 消耗的時(shí)間、資金較大, 時(shí)效性相對較差, 且研究尺度一般偏中小尺度, 不利于大尺度上推廣。隨著3S技術(shù)的發(fā)展, 生態(tài)系統(tǒng)綜合評估模型的出現(xiàn)使生境質(zhì)量評估逐漸定量化、可視化和精細(xì)化, 更有利于長時(shí)間序列和多尺度的研究[13], 主要的評估模型有InVEST模型[7-10]、HSI生境適宜性模型[11]和MAXENT模型[12]等。其中, 由美國斯坦福大學(xué)和世界自然基金會(World Wild Life Fund, WWF)和大自然保護(hù)協(xié)會(The Vature Conservancy, TNC)共同開發(fā)的InVEST (Integrated Valuation of Environmental Services and Tradeoffs)模型是目前較為成熟且應(yīng)用較為廣泛的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型[14], 因其具有數(shù)據(jù)需求較小、空間分析能力強(qiáng)、可視化程度強(qiáng)和投入成本低等特點(diǎn)而優(yōu)于其他模型[15]。InVEST 模型中的生境質(zhì)量模塊是通過分析土地利用/覆被圖及不同地類對生物多樣性的威脅程度來評估生境質(zhì)量, 是生境質(zhì)量量化研究的重要工具[16], 能實(shí)現(xiàn)生境質(zhì)量空間分布和動態(tài)變化的空間制圖, 通過可視化的方式揭示生態(tài)系統(tǒng)的適宜性程度, 近年來被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于盆地[17]、流域[9,18]、山區(qū)[19]、保護(hù)區(qū)[2,20]等尺度范圍。這些不同國家、地區(qū)對于InVEST模型的運(yùn)用, 充分說明了該模型能對生境質(zhì)量進(jìn)行很好的估算, 因此本研究采用該模型的生境質(zhì)量模塊探究粵港澳大灣區(qū)1980—2015年的生境質(zhì)量時(shí)空變化情況。

目標(biāo)要建設(shè)成為世界級灣區(qū)的粵港澳大灣區(qū)正處于高速發(fā)展的階段, 同時(shí)也面臨諸多生態(tài)環(huán)境、資源挑戰(zhàn)。生態(tài)建設(shè)只有與經(jīng)濟(jì)建設(shè)同步提高才能使大灣區(qū)具有突破式發(fā)展, 但目前有關(guān)該區(qū)域生境質(zhì)量的相關(guān)研究尚少, 因此, 本文在國內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上, 基于1980—2015年土地利用數(shù)據(jù), 運(yùn)用InVEST模型分析粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量的時(shí)空演變特征, 從而揭示土地利用變化對生境質(zhì)量的影響, 為快速城鎮(zhèn)化區(qū)域土地管理政策的制定或調(diào)整提供參考。

1 研究區(qū)概括

粵港澳大灣區(qū)位于我國華南地區(qū)(21o25′N—24°30′ N, 111°12′ E—115°35′ E), 由廣東省珠三角城市群的廣州、佛山、肇慶、深圳、東莞、惠州、珠海、中山、江門9個(gè)城市和香港、澳門兩個(gè)特別行政區(qū)組成, 形成“一個(gè)國家、兩種制度、三個(gè)獨(dú)立關(guān)稅區(qū)”背景下的主要經(jīng)濟(jì)核心區(qū), 已成為繼美國紐約灣區(qū)、美國舊金山灣區(qū)、日本東京灣區(qū)之后的世界第四大灣區(qū)。其面積和人口均占四大灣區(qū)榜首, 總面積約5.6萬km2, 常住人口超6800萬。2018年, 粵港澳大灣區(qū)GDP生產(chǎn)總值達(dá)到16418億美元, 趕超美國舊金山灣區(qū)位列第三, 成為全國經(jīng)濟(jì)最活躍的地區(qū)之一。研究區(qū)以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹? 降水豐富、雨熱同期; 整體地勢較為平坦, 以平原為主, 珠江縱穿, 邊緣地帶海拔較中部和東南部高, 有利于工農(nóng)業(yè)、城市化的發(fā)展, 極具生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前, 粵港澳大灣區(qū)發(fā)展迅速, 承擔(dān)著支持港澳融入國家發(fā)展大局、建設(shè)宜居宜業(yè)宜游的優(yōu)質(zhì)生活圈、打造國際一流灣區(qū)和世界級城市群的重要使命, 在區(qū)域、國家乃至世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要地位, 是當(dāng)今國際經(jīng)濟(jì)版圖的突出亮點(diǎn)。

圖1 粵港澳大灣區(qū)位置圖

Figure 1 Location map of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究中1980—2015年土地利用數(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)提供的中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集, 選用了1980年、1995年、2005年、2015年四期的土地利用柵格數(shù)據(jù), 空間分辨率為30 m×30 m。參考劉紀(jì)元等[21]的中國土地資源分類系統(tǒng)和粵港澳大灣區(qū)土地資源利用的實(shí)際情況, 將二級地類用ArcGIS軟件匯總為一級地類, 使研究區(qū)土地利用類型劃分為6大類: 耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。各區(qū)域行政邊界數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(http://www.ngcc.cn/ngcc/), DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間云(http://www.gscloud.cn/), 空間分辨率為30m×30m。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化分析

通過ArcGIS軟件中的柵格計(jì)算器功能, 分別對粵港澳大灣區(qū)1980年、1995年、2005年、2015年的各土地利用類型面積的轉(zhuǎn)換情況進(jìn)行計(jì)算, 得到1980—2015年的土地轉(zhuǎn)移矩陣, 分析各個(gè)時(shí)期粵港澳大灣區(qū)各地類的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)量, 以便更加直觀地觀察到土地利用變化下生境質(zhì)量的演變。

土地利用數(shù)量變化模型包括單一土地利用類型動態(tài)度模型和綜合土地利用動態(tài)度模型。土地利用變化動態(tài)度()是定量描述區(qū)域一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型面積的變化速率, 在一定程度上可以反映某種土地資源擴(kuò)張或萎縮程度[22]。其計(jì)算公式為:

式中:為研究時(shí)段內(nèi)某土地利用類型的變化動態(tài)度;a和b為研究初期和末期的某土地利用類型面積(km2);為研究時(shí)段。

綜合土地利用動態(tài)度(IR)是定量描述研究區(qū)域內(nèi)所有土地利用類型的綜合變化速率, 在一定程度上反映研究區(qū)土地利用類型整體穩(wěn)定性[22]。其計(jì)算公式為:

式中:IR為研究區(qū)綜合土地利用動態(tài)度;為土地利用類型的個(gè)數(shù);Z和Z為研究初期和末期的某土地利用類型面積(km2);為研究時(shí)段。單位為年時(shí), 代表研究區(qū)土地利用變化的年綜合變化率。

2.2.2 InVEST模型的生境質(zhì)量評估方法

InVEST模型中的生境質(zhì)量模塊(Habitat Quality)原理是以土地覆被/利用類型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 利用生境適宜度、脅迫因子敏感度、脅迫因子的影響距離與權(quán)重等影響因素對生境質(zhì)量進(jìn)行評估, 將生境質(zhì)量視為一個(gè)連續(xù)變量, 用生境質(zhì)量指數(shù)來表征生境質(zhì)量, 在一定程度上代表生物多樣性的高低, 即生境質(zhì)量指數(shù)越高的區(qū)域, 其生境質(zhì)量越好, 其生物多樣性水平亦高。計(jì)算公式如下[23]:

式中,Q為土地利用/覆被類型中柵格單元的生境質(zhì)量指數(shù);H為土地利用/覆被類型的生境適宜度, 值域?yàn)閇0, 1], 值越接近1表示生境質(zhì)量越高;D為土地利用/覆被類型中柵格單元的生境的退化度;為半飽和常數(shù), 通常取最大退化度的一半, 默認(rèn)值為0.5; z為歸一化常量, 是模型默認(rèn)參數(shù), 取模型定義值2.5。D通過以下公式計(jì)算:

式中,為脅迫因子個(gè)數(shù);為脅迫因子的所有柵格單元;Y為脅迫因子的柵格數(shù);W為脅迫因子的權(quán)重;為柵格脅迫因子值;i為柵格的脅迫因子對柵格的脅迫水平;β為脅迫因子對柵格的可達(dá)性;S為生境類型對脅迫因子的敏感程度, 值域?yàn)閇0, 1];d為柵格與柵格的直線距離;d為脅迫因子的最大脅迫距離。

模型中需要根據(jù)研究區(qū)具體情況進(jìn)行調(diào)整的參數(shù)主要包括威脅因子的最大影響距離及權(quán)重、各土地利用類型對威脅因子的敏感程度。本研究綜合考慮粵港澳大灣區(qū)特殊地理環(huán)境并參考相關(guān)文獻(xiàn)等[2][18], 將人類活動最為集中、對地表生境產(chǎn)生較大影響的建設(shè)用地、耕地、未利用地定義為威脅因子, 并且結(jié)合實(shí)際情況設(shè)定不同威脅因子的最大影響距離及其權(quán)重(表1), 以及生境適宜度和不同生境對威脅因子的敏感程度(表2)。

2.2.3 土地利用變化和生境質(zhì)量變化之間的相關(guān)性分析

選取綜合土地利用動態(tài)度和生境質(zhì)量指數(shù)變化度為分析指標(biāo), 借助SPSS統(tǒng)計(jì)軟件, 采用Pearson相關(guān)系數(shù)研究土地利用變化與生境質(zhì)量變化之間的相關(guān)關(guān)系[24]。其公式為:

表1 脅迫因子的最大影響距離及其權(quán)重

表2 生境適宜度及其對不同脅迫因子的敏感度

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

根據(jù)1980—2015年粵港澳大灣區(qū)各地類的空間分布圖(圖2、圖3), 可以看出, 耕地、建設(shè)用地和水域主要集中在中部和中南部, 而林地和草地則大體分布在四周邊緣地帶占據(jù)較多的面積?？傮w上, 1980—2015年粵港澳大灣區(qū)耕地、林地、草地和未利用地的面積呈現(xiàn)減少趨勢, 耕地減少的面積最大(3372.39 km2), 其次為林地(1116.45 km2)、未利用地(62.35 km2)和草地(0.02 km2), 減幅分別為21.24%、3.62%、75.69%和1.91%; 而這一時(shí)期內(nèi), 建設(shè)用地和水域的面積則呈現(xiàn)增加趨勢, 增幅分別為138.86%和4.15%, 其中, 建設(shè)用地面積增擴(kuò)張最大, 共增加4413.14 km2, 到2015年建設(shè)用地的面積是1980年的2倍以上。另外, 由地類的土地利用動態(tài)度和各市/行政區(qū)的綜合土地利用動態(tài)度表可知, 耕地、林地和未利用地在1980—2015年土地利用動態(tài)度均為負(fù)值, 而建設(shè)用地均為正值, 這表示建設(shè)用地的迅速擴(kuò)增與耕地、林地和未利用地存在較強(qiáng)的關(guān)系; 從市/行政區(qū)上看, 東莞市、澳門、深圳市、中山市和珠海市的綜合土地利用動態(tài)度較為突出, 表明其土地利用變化較為劇烈。

圖2 土地利用類型變化圖

Figure 2 Land use type change map

圖3 土地利用類型面積變化及其動態(tài)度

Figure 3 Land use type area change and its dynamic attitude

表3 各縣區(qū)綜合土地利用動態(tài)度

表4 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

在研究期間, 土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)為耕地、林地和水域向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移。在粵港澳大灣區(qū)近35年間, 由于人口的快速增長和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展, 使2568.46 km2的耕地、1116.50 km2的林地和593.53 km2的水域向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移, 以滿足對居住、工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施等用地的需求。這種擴(kuò)張主要發(fā)生在城市周圍的區(qū)域, 通過占據(jù)農(nóng)用地和生態(tài)用地進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè), 進(jìn)而造成對生境的破壞, 主要為東莞市、中山市和珠海市等。

3.2 生境質(zhì)量

通過InVEST模型運(yùn)算, 得到粵港澳大灣區(qū)1980—2015年生境質(zhì)量空間分布圖(圖3), 生境質(zhì)量指數(shù)范圍為[0, 1], 越接近1代表生境質(zhì)量越高, 反之越低。在ArcGIS中采用等間隔斷點(diǎn)法將生境質(zhì)量劃分為3個(gè)等級(表4), 即低(0-0.33)、中(0.33-0.67)和高(0.67-1)。

從空間格局上看, 粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量空間分布具有一定的規(guī)律性, 呈現(xiàn)出中部和中南部低、四周邊緣地帶高的格局。整體上生境質(zhì)量較高區(qū)域分布較廣泛, 占總面積65%左右, 主要分布在多林地和草地的粵港澳大灣區(qū)四周邊緣地帶, 包括肇慶市、惠州市、江門市、珠海市、廣州市東北部和香港等。生境質(zhì)量較低區(qū)域具有一定的集聚性, 主要分布在多耕地、建設(shè)用地、河網(wǎng)較為密集的粵港澳大灣區(qū)中部和中南部, 這里主要是人類活動頻繁、人口數(shù)量大、植被覆蓋率較低的珠江三角洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)和城市經(jīng)濟(jì)區(qū), 包括東莞市、佛山市、深圳市、廣州市西南部、中山市和澳門等。而中等生境質(zhì)量區(qū)域其主要散布在高等與低等生境質(zhì)量區(qū)域的過渡帶, 與耕地土地利用類型分布區(qū)具有較高的一致性。

3.2.1 生境質(zhì)量時(shí)間演變

從時(shí)間尺度上看, 1980、1995、2005、2015年粵港澳灣區(qū)生境質(zhì)量平均值分別為0.79、0.78、0.76、0.74(表5), 平均生境質(zhì)量指數(shù)均超過0.7, 表明1980—2015年粵港澳大灣區(qū)整體生境質(zhì)量較好, 但粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量總體呈不斷下降趨勢(圖5)。通過分析各等級生境質(zhì)量的面積百分比和各區(qū)平均生境質(zhì)量柱狀圖可知, 1980—2015年生境質(zhì)量為高等級的區(qū)域面積占比變化最小, 僅下降2.23%; 而中等級的區(qū)域面積占比呈不斷下降趨勢, 面積占比從1980年28.79%下降到2015年22.68%; 低等級的區(qū)域面積占比上升最大, 面積占比從1980年5.91%上升到2015年13.80%, 其2015年的面積占比是1980年的2倍以上。從各市/行政區(qū)上看, 東莞市、中山市、佛山市、深圳市、珠海市、澳門生境質(zhì)量指數(shù)大大下降, 其中東莞市和深圳市最為突出, 這與各縣區(qū)的綜合土地利用動態(tài)度具有相似的特征。這也反映了研究區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域的生境質(zhì)量向更低水平轉(zhuǎn)化, 粵港澳大灣區(qū)具有潛在的生境退化風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 生境質(zhì)量空間分布

Figure 4 Spatial distribution of habitat quality

表5 各等級生境質(zhì)量面積及其百分比

圖5 各區(qū)和全區(qū)平均生境質(zhì)量柱狀圖

Figure5 Histogram of mean habitat quality by region and region

3.2.2 生境質(zhì)量空間演變

通過ArcGIS計(jì)算, 粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量變化特征圖如圖6所示。在1980—2015年間, 粵港澳大灣區(qū)絕大部分區(qū)域生境質(zhì)量變差, 由中部與珠江東西岸形成帶狀向周邊片區(qū)迅速蔓延, 僅香港和其它地區(qū)極少數(shù)區(qū)域的生境質(zhì)量呈變好態(tài)勢, 而20%不到的地區(qū)生境質(zhì)量不變, 主要分布在粵港澳大灣區(qū)邊緣地帶, 如肇慶市和惠州市的部分地區(qū)。

其中, 在1980—1995年間, 生境質(zhì)量變差區(qū)域主要位于深圳市、東莞市、廣州市中南部、佛山市、中山市、珠海市、澳門、江門市中東部和中南部等地區(qū), 連接成環(huán)繞珠江口東西岸的帶狀片區(qū), 這些城市在改革開放初期大力發(fā)展經(jīng)濟(jì), 新建大量工商業(yè)區(qū), 城鎮(zhèn)工礦交通等建設(shè)用地的擴(kuò)張相對較快而占據(jù)大量其他用地類型, 產(chǎn)生了大量的生產(chǎn)和生活污染物導(dǎo)致附近生境質(zhì)量變差, 對生態(tài)環(huán)境、生活環(huán)境、生物多樣性和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生較大的威脅。生境質(zhì)量變好區(qū)域主要位于香港和惠州市邊緣少數(shù)地區(qū), 這得益于實(shí)施多項(xiàng)“增綠”工程政策, 例如1985廣東實(shí)施的“五年消滅荒山, 十年綠化廣東”工程, 通過植樹造林使森林覆蓋率提升和生境適宜度提高。在1995—2005年, 生境質(zhì)量變差區(qū)域從環(huán)繞珠江口東西岸的帶狀片區(qū)向周邊輻射擴(kuò)散, 表征粵港澳大灣區(qū)城市化程度加大、土地需求更大。生境質(zhì)量變好的區(qū)域主要是江門市、肇慶市、廣州市番禺區(qū)和南沙區(qū)部分地區(qū), 主要是“紅樹林工程”、“121重點(diǎn)工程水土流失地植樹造林”等生態(tài)工程對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行大力建設(shè)的成果。然而在2005—2015年, 包括江門市、肇慶市等生境質(zhì)量得到提升的地區(qū)的絕大部分區(qū)域生境質(zhì)量開始變差, 主要是隨著開放力度加大和經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的需要, 各區(qū)響應(yīng)經(jīng)濟(jì)政策, 特別是2008年公布《珠江三角洲地區(qū)改革規(guī)劃綱要》和打造三大經(jīng)濟(jì)圈等政策, 重點(diǎn)推進(jìn)工業(yè)和打造眾多核心工業(yè)園區(qū)所導(dǎo)致。這表征了城市化全面推進(jìn)和加速, 也體現(xiàn)了生境退化現(xiàn)象存在空間集聚效應(yīng)。

圖6 生境質(zhì)量變化的空間分布

Figure 6 Spatial distribution of habitat quality changes

3.3 土地利用變化與生境質(zhì)量變化之間的相關(guān)性分析

通過統(tǒng)計(jì)1980—2015年、1980—1995年和1995—2015年三期粵港澳大灣區(qū)共11個(gè)區(qū)域的綜合土地利用動態(tài)度和生境質(zhì)量變化度, 對其進(jìn)行Pearson相關(guān)系數(shù)的計(jì)算。相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表6), 相關(guān)性系數(shù)的顯著性概率水平為0.01, 而三期顯著性概率指數(shù)Sig均小于0.01, 并且相關(guān)系數(shù)均有(**)的顯著相關(guān)的標(biāo)志, 說明生境質(zhì)量變化度與綜合土地利用動態(tài)度有非常顯著的相關(guān)性, 呈現(xiàn)極顯著線性相關(guān), 土地利用變化可直接影響生境質(zhì)量變化, 也定量證實(shí)了土地利用和生境質(zhì)量是密切相關(guān)的?；浉郯拇鬄硡^(qū)隨著城市化進(jìn)程的不斷加快, 由于人口的迅速增長和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對土地空間有更大的需求, 土地利用類型因此發(fā)生劇烈變化, 特別是城市周圍的建設(shè)用地占據(jù)了大量的生態(tài)和農(nóng)業(yè)用地, 導(dǎo)致生境質(zhì)量不斷衰減。因此, 未來可通過提高土地利用率和加強(qiáng)城鎮(zhèn)中的土地資源的有效配置, 使生境質(zhì)量得到提升, 并且應(yīng)加強(qiáng)對生境質(zhì)量與土地利用方面的研究, 對區(qū)域內(nèi)各種土地利用過程與生境質(zhì)量進(jìn)行量化研究, 為經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展提供更有用的參考。

4 討論

本研究發(fā)現(xiàn), 1980—2015年粵港澳大灣區(qū)土地利用變化劇烈, 建設(shè)用地大量侵占農(nóng)用地和生態(tài)用地, 直接或間接導(dǎo)致生境質(zhì)量整體下降。其中, 粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地的持續(xù)擴(kuò)增導(dǎo)致生境質(zhì)量下降, 這與鄧越[25]等對京津冀區(qū)域生境質(zhì)量下降的原因相吻合, 且生境質(zhì)量變化和土地利用變化具有顯著相關(guān)性與王雅[26]等提出的土地利用強(qiáng)度與生境質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系相同。由此可知, 區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響生境質(zhì)量, 生境質(zhì)量較低或者生境質(zhì)量下降較迅速的區(qū)域, 經(jīng)濟(jì)一般有較快的發(fā)展, 具有較高的GDP和增長率, 相應(yīng)地對居住、工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施用地的需求增大, 在城市周圍對農(nóng)用地和生態(tài)用地進(jìn)行大量改建, 導(dǎo)致生境質(zhì)量的下降。另一方面, 相應(yīng)生態(tài)建設(shè)政策的出臺也對生境質(zhì)量產(chǎn)生很大影響, 特別對生境質(zhì)量較高區(qū)域的保護(hù)起關(guān)鍵性作用?；浉郯拇鬄硡^(qū)在1995—2005年期間, 局部地區(qū)通過大力建設(shè)“紅樹林工程”等生態(tài)工程, 提升植被覆蓋率, 使得生境質(zhì)量明顯提升, 但后期由于積極響應(yīng)經(jīng)濟(jì)政策, 重點(diǎn)推進(jìn)工業(yè)和打造眾多核心工業(yè)園區(qū), 生態(tài)建設(shè)落后于經(jīng)濟(jì)建設(shè)導(dǎo)致其生境質(zhì)量普遍下降?？梢? 在未來粵港澳大灣區(qū)在城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中, 如何使粵港澳大灣區(qū)形成經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長和生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展格局是關(guān)鍵。

表6 土地利用變化與生境質(zhì)量變化的相關(guān)性表

注: ** 在0.01級別(雙尾), 相關(guān)性顯著。

同時(shí), 本研究存在一定的不足之處, 選取的InVEST模型雖然應(yīng)用較廣, 但具有一定的局限性。首先, 在參數(shù)設(shè)置上一般是在前人研究上進(jìn)行修改設(shè)置, 存在一定的主觀性。其次, 本文對于研究區(qū)邊緣地帶區(qū)域生境質(zhì)量的評估存在不足, 只考慮了研究區(qū)內(nèi)脅迫因子而未考慮區(qū)外脅迫因子的影響, 將會導(dǎo)致邊緣地帶區(qū)域生境質(zhì)量比實(shí)際值偏高。因此未來, 仍然需要對模型參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)范圍進(jìn)一步改進(jìn)和商榷。

5 結(jié)論

(1)綜合分析1980—2015年粵港澳大灣區(qū)各土地利用類型的空間格局和時(shí)間變化特征, 主要表現(xiàn)為為建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)增、耕地大量減少。各地類間轉(zhuǎn)化以耕地、林地和水域向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移為主, 主要發(fā)生在東莞市、深圳市、中山市等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快區(qū)域。其中, 建設(shè)用地在灣區(qū)中部向珠江東西岸方向呈輻射帶狀持續(xù)擴(kuò)增, 而耕地是建設(shè)用地增加的主要來源, 這表征灣區(qū)城市化進(jìn)程在不斷地推進(jìn)和加速, 經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢頭足, 同時(shí)也暴露了城市發(fā)展面臨用地?cái)U(kuò)張與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾。

(2)整體上, 粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量呈中部和中南部低、四周邊緣地帶高的空間格局; 35年間, 生境質(zhì)量不斷下降, 大部分區(qū)域生境質(zhì)量向更低等級轉(zhuǎn)化, 且低等級生境質(zhì)量區(qū)域主要沿中部向珠江兩岸方向延伸。特別是城市周圍不斷向外延伸建設(shè)用地的新興經(jīng)濟(jì)區(qū)域, 生境質(zhì)量下降明顯。相關(guān)性分析結(jié)果表明土地利用變化很大程度上直接或間接影響生境質(zhì)量。因此, 粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量普遍惡化的主要原因是城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快下的土地利用變化劇烈, 急劇擴(kuò)張的建設(shè)用地侵占了周圍大量其他地類, 破壞了生態(tài)供需平衡和生態(tài)環(huán)境條件, 同時(shí)暴露了粵港澳大灣區(qū)具有潛在的高生境退化風(fēng)險(xiǎn)。

(3)從1980—2015年粵港澳大灣區(qū)土地利用變化及生境質(zhì)量時(shí)空演變特征來看, 未來要避免區(qū)域不必要的生境破壞, 協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。建議應(yīng)重點(diǎn)對農(nóng)用地和生態(tài)用地進(jìn)行生態(tài)保育, 加強(qiáng)建設(shè)用地集聚區(qū)域的城市綠地建設(shè), 同時(shí), 做好對建設(shè)用地合理擴(kuò)張和容積率的管控工作, 避免建設(shè)用地向外盲目擴(kuò)張, 減少對生境的破壞。

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Spatial and temporal evolution of habitat quality in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area based on InVEST model

LIU Hanyi, LIN Meizhen*, ZHOU Rubo, ZHONG Liang

School of Geography and Remote Sensing, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China

The evaluation and analysis of spatial and temporal evolution of urban agglomeration habitat quality is of great significance to regional habitat protection, ecological security pattern construction, and coordinated economic and ecological development. This paper takes the Guangdong-HongKong-Macao Greater Bay Area as an example. Based on the land use data of the fourth period of 1980, 1995, 2005 and 2015, the InVEST model and ArcGIS software were used to analyze the spatial and temporal evolution characteristics of habitat quality in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area based on the study of land use change. Results showed that: (1) From 1980 to 2015, the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area witnessed a drastic change in land use, which was mainly manifested in the continuous expansion of built-up land and the substantial reduction of cropland. The conversion among various types of land use mainly involved the transfer of cropland, woodland and water body to built-up land. And these transfers took place mainly in regions with fast economic development, such as Dongguan, Shenzhen and Zhongshan. (2) The spatial pattern of habitat quality in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area was low in the central and southern part and high in the surrounding areas. During the study period, the habitat quality of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area declined continuously. The habitat quality of most areas changed to lower grade, and the low grade habitat quality areas mainly extended along the central part to both sides of the Pearl River. (3) There was a significant correlation between land use change and habitat quality. The larger the comprehensive land use dynamic was, the more significant the habitat quality change was, which indicated that the main reason for the continuous decline of habitat quality in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area was the drastic change of land use, especially the rapidly expanding built-up land occupied a large amount of cropland and other land types, and finally destroyed the ecological environment.

Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area; InVEST model; habitat quality; ecosystem services

劉漢儀, 林媚珍, 周汝波, 等. 基于InVEST模型的粵港澳大灣區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(3): 82–91.

LIU Hanyi, LIN Meizhen, ZHOU Rubo, et al. Spatial and temporal evolution of habitat quality in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area based on InVEST model[J]. Ecological Science, 2021, 40(3): 82–91.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.03.011

K903

A

1008-8873(2021)03-082-10

2020-02-19;

2020-03-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41771097)

劉漢儀(1997—), 女, 廣東廣州人, 碩士生, 主要從事生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究, E-mail: 1061922343@qq.com

林媚珍(1963—), 女, 廣東梅州人, 碩士, 廣州大學(xué)教授, 主要從事生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究, E-mail: lmzh888@163.com