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土地利用变化、生境质量、InVEST模型
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基于 InVEST 模型的武陵山区土地利用
对生境质量的影响研究
摘要:区域生境质量是生态系统健康水平的重要表征,研究土地利用
变化及其引起的生境质量演变,有助于保护生物多样性、构建生态安
全格局。为揭示土地利用格局变化下的武陵生境质量演变差异,本研
究基于 2000、2010、2020 年 3 期土地利用数据,利用 InVEST 模型
定量分析武陵山区生境质量。结果表明建设用地从 2000 年的
588.70km²增加到 2020 年的 2010km²,增长率接近 257%,大量耕地、
草地被开发为建设用地。2000、2010、2020 年的高等级生境质量面积
占比分别为 60.47%、61.56%、61.94%,呈小幅上升趋势,整体处于
较高水平,生境质量高值区集中连片。生境质量低等级的占比逐渐升
高,上升 0.88%,武陵山区生境质量等级较低的地区生态破坏进一步
加剧。
关键词:生态质量;土地利用;InVEST 模型;武陵山区
Abstract : Regional habitat quality is an important representation of
ecosystem health, and studying land use changes and their resulting habitat
quality evolution can help protect biodiversity and build ecological
security patterns. To explore the differences in the evolution of habitat
quality in Wuling Mountains under the changes in land use pattern, this
study used the InVEST model to quantitatively analyse the habitat quality
in Wuling Mountains based on three periods of land use data in 2000, 2010
and 2020. The results show that the construction land increased from
588.70km² in the year 2000 to 2010km² in the year 2020, with a growth
rate of nearly 257%, and a large amount of arable land and grassland were
developed as construction land. higher level, and the areas of high habitat
quality are concentrated and contiguous. The proportion of areas with low
habitat quality gradually increases, rising by 0.88%, and ecological damage
in areas with low habitat quality in the Wuling Mountains further
intensifies.
Key words : Ecological quality; Land use; InVEST model; Wuling
Mountains
2
前言
生境质量是生态环境为生物有机体生存提供适宜条件的潜在能
力,生境质量的好坏与区域生态系统服务能力的大小有直接关系
[1,2]
,
是生态安全保障和人类福祉提升的关键环节。土地利用发生变化会直
接改变生境类型
[3]
,并通过影响生境斑块之间的物质流、能量流循环
过程对区域生境质量分布格局和功能产生重大影响
[4]
。生境质量评价
为探究土地利用变化与生物繁衍生息地之间的关联机制提供了一个
有效接口,因此,加强生境质量研究对生物多样性保护、生态安全格
局构建、生态系统服务功能具有重要意义
[5,6]
。
当前,国内外学者基于景观指标体系,通过实地调查获得研究区
生境质量参数,进行生境质量评估
[3]
,如对大熊猫
[7]
、白头鹤
[8]
、丹顶
鹤
[9]
等单个物种的生境进行综合评估,但这种评价方法耗时耗力,且
研究范围受到限制。随着土地利用变化动态建模技术的快速发展,众
多学者结合地理学、生态学等理论,预测土地利用变化并对未来生境
质量进行评价。HIS
[10]
、SoLVES
[11]
、InVEST
[12,13,14,15]
等模型评估区域
生境质量,其中,InVEST 模型具有输入数据简便、空间分析能力较
强和评估结果可视化突出等优势,已被学者广泛应用于区域生境质量
评价
[16,17]
。
武陵山区位于云贵高原延伸过渡地带,区域内有星斗山自然保护
区、七姊妹自然保护区、乌云界自然保护区等多个国家级自然保护区,
区域内生物多样性丰富的同时也面临着生态环境脆弱的风险。随着社
会经济的发展,武陵山区土地利用类型相互转换过程频繁,对区域内
生态系统服务安全构成威胁。因此,本研究利用 InVEST 模型评估武
陵山区生境质量的演变模式和空间分布特征,探究人为干扰活动下生
境质量对土地利用变化的响应,识别对武陵山区生物多样性具有威胁
性的影响因素,以期为武陵山区大尺度的生境质量评估和生态系统可
持续性发展提供科学参考。
1 研究区域与研究数据
1.1 研究区概况
武陵山区位于 25°2′N—31°24′N,107°4′E—112°2′E,
是湘鄂渝黔四省交界地带,区域范围内有 71 个(市、区),总土地面
3
积约 17.18×10
5
km²
[18]
。区域内有清江、酉水河、沅江等众多河流,境
内地质构造复杂,喀斯特地貌发育显著,有大量的地表岩溶景观以及
地下溶洞、暗河系统,平均海拔高度约 1000m,其中,北部和西部区域
是山地地形,南部和东部区域地形相对平坦。武陵山区属于季风气候
区,降雨量和热量充足,属于湿润地区,生物资源丰富。武陵山区总
人口约 2300 万,近 20 年武陵山区社会经济快速发展,人类活动范围
不断扩大,土地利用和地表覆盖发生了显著变化,同时山地区域生态
环境脆弱,严重影响区域生境质量的提高
[2]
。
1.2 研究数据
本研究的遥感影像数据统一采用 WGS_1984_UTM-zone_49N 坐
标系,分辨率为 30m*30m,数据来自 GlobeLand30,选取 2000、2010、
2020 年 3 期土地利用数据,根据《土地利用现状分类标准》
(GBT21010—2007)将土地利用分类合并为耕地、林地、草地、水域、
建设用地和未利用土地 6 类。
图 1.1 武陵山区
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