基于InVEST模型的貴州山區(qū)不同地貌區(qū)生境退化程度評(píng)估*

郜紅娟，蔡廣鵬，張朝瓊，羅緒強(qiáng)

(1.貴州師范學(xué)院 地理與旅游學(xué)院，貴州　貴陽550018；2.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州　貴陽 550001)

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基于InVEST模型的貴州山區(qū)不同地貌區(qū)生境退化程度評(píng)估*

郜紅娟1，蔡廣鵬2，張朝瓊2，羅緒強(qiáng)1

(1.貴州師范學(xué)院 地理與旅游學(xué)院，貴州貴陽550018；2.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550001)

基于2012年土地利用數(shù)據(jù)，利用InVEST生境質(zhì)量模型對(duì)貴州省麻江縣低山丘陵、巖溶槽谷和中山峽谷3種地貌類型區(qū)的生境退化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：3種地貌類型區(qū)的主導(dǎo)土地利用類型均為耕地和林地，而草地、城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和水域相對(duì)較小。平均生境退化程度為低山丘陵>巖溶槽谷>中山峽谷。低山丘陵生境退化程度高值和低值分別分布于中東部河谷和西部山區(qū)。巖溶槽谷生境退化程度高值和低值分別分布于中部、南部槽谷底部和槽谷兩側(cè)。中山峽谷生境退化程度高值和低值分別分布于中北部峽谷底部和峽谷兩側(cè)高山。隨坡度增加，3種地貌區(qū)的平均生境退化程度降低。不同地貌類型區(qū)的平均生境退化程度在各坡度帶變化趨勢亦有所不同。

生境退化；不同地貌；InVEST模型；山區(qū)；貴州

貴州省地處喀斯特山區(qū)，該區(qū)具有環(huán)境容量低、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)變異敏感度高、空間轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)、承災(zāi)能力弱等特征，屬典型的生態(tài)脆弱區(qū)[1]。受惡劣自然條件以及快速的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，貴州山區(qū)生態(tài)環(huán)境不斷惡化，生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻[2]。因此，對(duì)喀斯特山區(qū)生態(tài)環(huán)境退化程度進(jìn)行評(píng)估對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

目前，對(duì)生境退化的研究多集中于單一物種[3]、河流[4]以及海岸帶[5]的生境退化評(píng)估,研究方法多利用GIS技術(shù)以及指標(biāo)法[6]。如張艷紅利用GIS技術(shù)，分析了扎北自然保護(hù)區(qū)丹頂鶴(Grusjaponensis)適宜生境的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)丹頂鶴適宜生境面積不斷萎縮，破碎化現(xiàn)象嚴(yán)重，保護(hù)區(qū)內(nèi)適宜生境呈現(xiàn)明顯的退化特點(diǎn)[7]。然而這些研究很少涉及西南喀斯特山區(qū)，更鮮有針對(duì)微觀不同地貌區(qū)的研究。同時(shí)鮮有學(xué)者利用InVEST模型進(jìn)行生境退化評(píng)估。InVEST模型中的生境質(zhì)量評(píng)估模塊是基于土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域生境退化程度進(jìn)行評(píng)估，具有快速簡便，適宜不同區(qū)域尺度、空間化顯示效果好等特點(diǎn)[8]。

麻江縣是典型的喀斯特山區(qū)。隨著西部大開發(fā)的深入，人類活動(dòng)對(duì)該區(qū)生態(tài)環(huán)境的壓力越來越大，生態(tài)環(huán)境問題不斷凸顯。由于喀斯特山區(qū)微觀地貌差異突出，人類活動(dòng)對(duì)其環(huán)境壓力也不同，從而使得不同地貌生態(tài)環(huán)境問題存在差異。因此，本研究以麻江縣的龍山鎮(zhèn)(低山丘陵)、賢昌鎮(zhèn)(巖溶槽谷)和壩芒鄉(xiāng)(中山峽谷)作為研究對(duì)象，利用InVEST生境質(zhì)量模型對(duì)不同地貌區(qū)的生境退化程度進(jìn)行分析，以期為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)及土地利用優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

麻江縣(107°18′～107°53′E、26°17′～26°37′N)位于云貴高原東部，貴州省中部，清水江上游，是黔東南苗族侗族自治州西大門。全縣土地總面積1 222.2km2，其中喀斯特出露面積1 005.12km2，占土地總面積的82.24%。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫14～16℃，年降雨量1 200～1 500mm。全縣以山地為主，其中低山、低中山、丘陵、河谷及盆地占土地總面積的78.4%。龍山鎮(zhèn)位于縣域東部，以低山丘陵為主，坡度起伏小，平均海拔700m。賢昌鎮(zhèn)位于縣域中南部，以巖溶槽谷為主，平均海拔930m。壩芒鄉(xiāng)位于縣域西南部，以中山峽谷為主，平均海拔1 300m。至2012年底，龍山鎮(zhèn)、賢昌鎮(zhèn)和壩芒鄉(xiāng)農(nóng)村人均純收入分別為5 670元、5 030元和4 033元(圖1)。

圖1　研究區(qū)區(qū)位

2　研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

土地利用/覆被數(shù)據(jù)來源于由麻江縣國土局提供的2012年土地利用變更數(shù)據(jù)庫，根據(jù)研究區(qū)土地利用特點(diǎn)及InVEST模型運(yùn)行需要將土地利用/覆被類型劃分為耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和水域6種(圖2)。坡度數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心下載的GDEM SLOPE數(shù)據(jù)(分辨率30m×30m)(圖1)，利用ArcGIS軟件將坡度按照等間距法劃分為0～5°、5°～10°、10°～15°、15°～20°、20°～25°和>25°共6級(jí)。

圖2　2012年不同地貌區(qū)土地利用情況

2.2InVEST生境質(zhì)量模型

InVEST模型是由斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)、世界自然基金會(huì)共同開發(fā)，旨在評(píng)估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[9]。其中生境質(zhì)量評(píng)估模塊是基于土地利用/覆被數(shù)據(jù)，利用生境類型敏感度和外界威脅強(qiáng)度得到生境退化程度的空間分布。該模塊運(yùn)行所需數(shù)據(jù)包括：土地利用/覆被圖、生境威脅因子圖層(包括威脅權(quán)重、威脅距離等)和生境類型對(duì)威脅因子的敏感度圖層[10]。其中，威脅因子主要包括農(nóng)田、城鎮(zhèn)工礦和農(nóng)村居民點(diǎn)。威脅因子特征以及生境類型對(duì)威脅因子的敏感度是依據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)，相關(guān)文獻(xiàn)[11～12]和模型使用指南[13]進(jìn)行確定(表1和表2)。

表1　威脅因子特征

表2　生境類型對(duì)威脅因子的敏感度

3　結(jié)果與分析

3.1土地利用

林地和耕地是3種地貌區(qū)的主要地類，分別占土地總面積的50%和20%以上。林地面積比例為低山丘陵(龍山鎮(zhèn))<巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))<中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))；耕地面積比例為中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))<巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))<低山丘陵(龍山鎮(zhèn))；其他地類面積比例在3種地貌區(qū)土地總面積中均相對(duì)較小。其中，城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)面積比例為低山丘陵(龍山鎮(zhèn))<中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))<巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))；草地面積比例為巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))<低山丘陵(龍山鎮(zhèn))<中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))；水域面積比例為巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))<中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))<低山丘陵(龍山鎮(zhèn))(表3)。中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))地形限制較大，人類活動(dòng)強(qiáng)度較小，林地和草地比例較大；巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))和低山丘陵(龍山鎮(zhèn))地形限制相對(duì)較小，人類活動(dòng)強(qiáng)度較大，耕地比例較大。

表3　不同地貌區(qū)土地利用

從空間上看，低山丘陵(龍山鎮(zhèn))耕地和草地多集中于中東部地區(qū)，林地多集中于中部和西部地區(qū)，城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和水域多分布于東部和中北部；巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))耕地、城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和水域多分布中部和南部的槽谷底部，林地和草地多集中于槽谷兩側(cè)地區(qū)；中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))耕地、城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和水域多分布中北部峽谷地區(qū)，林地和草地多集中峽谷兩側(cè)山地(圖2)。受山地地形的限制，耕地、城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)多分布在坡度較緩的地區(qū)，林地和草地多分布坡度較陡地區(qū)。

3.2生境退化程度

不同地貌類型的平均生境退化程度差異突出，低山丘陵(龍山鎮(zhèn))平均生境退化程度較大，為0.051，巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))平均生境退化程度居中，為0.046，而中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))平均生境退化程度較小，僅為0.034。

從空間上看，低山丘陵(龍山鎮(zhèn))生境退化程度高值呈散點(diǎn)狀分布，多集中于中東部河谷地區(qū)，而低值多分布于西部；巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))生境退化程度高值呈集中連片分布，多集中于中部和南部地區(qū)，而低值集中于槽谷兩側(cè)；中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))生境退化程度高值呈線狀分布，多沿中部河谷延伸，而低值多分布于河谷兩側(cè)(圖3)。由于地貌區(qū)不同，坡度不同，生境退化程度不同。耕地、城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)分布于中南部寬闊的槽谷底部，從而使得中南部生境退化程度較高，而槽谷兩側(cè)高山地帶的生境退化程度較低。中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))的河谷較窄，耕地、城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)高度集中于峽谷底部，這使該區(qū)峽谷地帶生境退化程度較高，周邊高山地區(qū)生境退化程度較低。

圖3　不同地貌區(qū)生境退化程度空間分布

隨著坡度的增加，3種地貌區(qū)的平均生境退化程度均呈遞減趨勢。在0～5°之間，中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))平均生境退化程度較強(qiáng)，巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))退化程度較弱，而低山丘陵(龍山鎮(zhèn))退化程度居中。在5°～15°之間，低山丘陵(龍山鎮(zhèn))退化程度較強(qiáng)，中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))退化程度較弱，而巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))退化程度居中。在>15°以上坡度，低山丘陵(龍山鎮(zhèn))退化程度較強(qiáng)，巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))退化程度較弱，而中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))退化程度居中(圖4)。

圖4　　　　不同地貌區(qū)生境平均退化程度在各坡度帶上特點(diǎn)

4　討論與結(jié)論

4.1討論

地形是影響種群分布格局、維持群落多樣性的重要因子[14～15]。研究表明地貌的不同對(duì)人類活動(dòng)產(chǎn)生有利或不利的影響[16]，從而使得各地貌區(qū)土地利用分布格局有所不同，這種差異進(jìn)而又導(dǎo)致各地貌區(qū)生境退化程度的差異[17]。如中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))地形限制較大，人類活動(dòng)強(qiáng)度較小，自然植被比例較大(林地和草地)。巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))和低山丘陵(龍山鎮(zhèn))地形限制相對(duì)較小，人類活動(dòng)強(qiáng)度較大，人工植被比例較大(耕地)，從而使得中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))生境退化程度較小，而巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))和低山丘陵(龍山鎮(zhèn))生境退化程度較大。從3種地貌微觀差異看，中山峽谷(壩芒鄉(xiāng))的河谷較窄，耕地、城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)高度集中于峽谷底部，這使該區(qū)峽谷地帶生境退化程度較高，周邊高山地區(qū)生境退化程度較低。巖溶槽谷(賢昌鎮(zhèn))河谷較寬(2～5km)，耕地、城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)分布于中南部寬闊的槽谷底部，從而使得中南部生境退化程度較高，而槽谷兩側(cè)高山地帶的生境退化程度較低。低山丘陵(龍山鎮(zhèn))東部多為平緩的低山，西部山地海拔較高，這使得耕地、城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)多分布于中東部，而林地和草地多分布于西部，這也導(dǎo)致該區(qū)生境退化程度空間存在差異。另外，由于受山地地形的限制，耕地、城鎮(zhèn)工礦用地和農(nóng)村居民點(diǎn)多分布于坡度較緩的地區(qū)，林地和草地多集中于坡度較陡地區(qū)，使得坡度越陡的地區(qū)生境退化程度越低。

4.2結(jié)論

(1)耕地和林地是3種地貌類型區(qū)的主要土地利用類型，草地、城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和水域面積比例較小。耕地、城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、水域多分布于地形低平的河谷，林地和草地多分布于坡度較陡的山地。

(2)就平均生境退化程度而言，低山丘陵較大，巖溶槽谷居中，中山峽谷較小。從空間格局看，低山丘陵生境退化程度高值集中于中東部河谷，低值多分布于西部山區(qū)；巖溶槽谷生境退化程度高值集中于中部和南部槽谷底部，低值集中于槽谷兩側(cè)；中山峽谷生境退化程度高值多沿中北部峽谷底部延伸，而低值多分布于峽谷兩側(cè)高山。3種地貌區(qū)的平均生境退化程度均呈隨坡度增加而遞減趨勢。不同地貌類型區(qū)的平均生境退化程度在各坡度帶變化趨勢有所不同。

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Assessment of Habitat Degradation in Different Landforms of Mountainous Area in Guizhou Province

GAO Hong-juan1， CAI Guang-peng2，ZHANG Chao-qiong2，LUO Xu-qiang1

(1.College of Geography and Tourism,Guizhou Normal College,Guiyang Guizhou 550018,P.R.China;2.College of Geography and Environmental Sciences,Guizhou Normal University,Guiyang Guizhou 550001,P.R.China)

This paper evaluated the habitat degradation degree in three different landforms of low hill,karst ridge-trough and medium-high mountain-gorge using the InVEST habitat quality model based on the data of land use in 2012.The results showed that cultivated land and forest land were the dominant land use types in three different landforms.The area of grassland,industrial and mining land,rural settlement and water body were relatively small.Average habitat degradation degree was low hill>karst ridge-trough>medium-high mountain-gorge.The high value and low value of habitat degradation degree in low hill were distributed in valleyof mid-east part and mountain area of west part,respectively.The high value and low value of habitat degradation degree in karst ridge-trough were located in the bottom of ridge-trough of south-central part and both sides of ridge-trough,respectively.The high value and low value of habitat degradation degree in medium-high mountain-gorge were located in the bottom of gorgeof north-central part and mountain area on both sides of gorge,respectively.Average habitat degradation degree declined with the increase of slope.There were great differences of average habitat degradation degree for three landforms in each slope level.

habitat degradation;different landforms; InVEST model; mountainous area;Guizhou

2015-08-27

貴州省環(huán)境科學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(黔高教)[2012]426號(hào)，貴州省優(yōu)秀青年科技人才培養(yǎng)對(duì)象專項(xiàng)資金項(xiàng)目(黔科合人字[2015]21號(hào))。

郜紅娟(1981-)，女，講師，主要從事自然資源開發(fā)與區(qū)域規(guī)劃研究。 E-mail：cgp1963@126.com

簡介：蔡廣鵬(1963-)，男，副教授，主要從事土地利用與規(guī)劃研究。E-mail：cjp013@sina.com

X 171

A

1672-8246(2016)04-0090-06

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.015