基于土地利用的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生境質(zhì)量研究

劉孟竹, 張紅娟, 王彥芳, 裴宏偉

(1.河北建筑工程學(xué)院 市政與環(huán)境工程系， 河北 張家口 075000;2.河北省水質(zhì)工程與水資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 張家口 075000; 3.河北地質(zhì)大學(xué)， 石家莊 050031)

生境質(zhì)量作為一項(xiàng)關(guān)系到人類福祉的重要生態(tài)服務(wù)服務(wù)[1]，反映了生態(tài)系統(tǒng)可提供給系統(tǒng)內(nèi)物種個(gè)體、群落及人類等生存和延續(xù)所需的自然資源的質(zhì)量，同時(shí)也是生態(tài)系統(tǒng)是否適于人類生存的重要指標(biāo)[2]。近代以來，由于人類社會(huì)追求經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而展開對(duì)自然資源的過度掠奪，進(jìn)而導(dǎo)致全球變暖、環(huán)境污染等一系列全球性問題日益凸顯，致使全世界超過60%的生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)退化[3]。在此背景下，以生境質(zhì)量為代表的的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究已經(jīng)成為當(dāng)前國際生態(tài)領(lǐng)域相關(guān)研究的重要內(nèi)容[4]。而對(duì)生境質(zhì)量影響最大的主要因素為生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的土地利用變化[5]，其余生態(tài)服務(wù)功能的改變也可歸因于此[6]。土地利用變化引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與格局的改變，進(jìn)而影響著生境要素、生境區(qū)域之間的物質(zhì)能量循環(huán)[7]。因此，基于土地利用變化視角研判區(qū)域內(nèi)的生境質(zhì)量演化規(guī)律已成為國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。如包玉斌等探討了陜西省黃河濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用變化對(duì)生境質(zhì)量的影響，結(jié)果認(rèn)為該區(qū)生境退化與城鎮(zhèn)化擴(kuò)張及濕地萎縮密不可分[8]；Leh等[9]以土地利用數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù)分析了非洲西部包括生境質(zhì)量在內(nèi)的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；Mushet等[10]分析了美國中部平原地區(qū)各種土地利用類型的生境特征。綜上可見，土地利用對(duì)國內(nèi)外學(xué)者開展生境質(zhì)量相關(guān)研究的地位舉足輕重。

早期的研究側(cè)重于對(duì)地區(qū)、流域等小范圍區(qū)域內(nèi)動(dòng)植物的調(diào)查來獲得研究區(qū)內(nèi)的生境質(zhì)量參數(shù)，通過主成分分析、層次分析或?qū)＜掖蚍值确椒▽?duì)各參數(shù)權(quán)衡比較進(jìn)而構(gòu)建該區(qū)生態(tài)質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系[11]。而如今隨著3S技術(shù)的興起，研究范式更傾向于借助生態(tài)模型對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行的定量化的時(shí)空變化特征分析[12]，如HSI模型、ARIES模型、InVEST模型等均是應(yīng)用較為廣泛的生態(tài)模型。其中，InVEST模型以其理論發(fā)展成熟、輸入變量少且易獲取、能便捷評(píng)價(jià)區(qū)域生境質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛應(yīng)用[13]。

我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶處于半干旱向半濕潤(rùn)過渡區(qū)，生態(tài)環(huán)境極為脆弱[14]，易受到土地利用變化的影響[15]。自退耕還林(草)政策實(shí)施以來，該區(qū)長(zhǎng)期奉行“重農(nóng)輕牧”，“重生產(chǎn)輕生態(tài)”等理念[16]，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡、超載放牧以及水資源無序超采等造成該區(qū)草場(chǎng)退化、土地沙化、水土流失等現(xiàn)象極為嚴(yán)重[17]，該區(qū)土地利用格局發(fā)生了顯著改變，包括生境質(zhì)量在內(nèi)的各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生了明顯退化。北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶實(shí)際蘊(yùn)藏著可觀的生態(tài)開發(fā)能力[18]，同時(shí)也是中東部地區(qū)的生態(tài)屏障和京津冀地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)地[19]，其生態(tài)意義和區(qū)位重要性不言而喻。目前，針對(duì)整個(gè)農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)的生境質(zhì)量等生態(tài)服務(wù)的研究鮮有報(bào)道。本文通過InVEST模型分析北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶2000—2018年以來土地利用變化視角下生境質(zhì)量的時(shí)空變化特征，定量探討退耕還林還草政策對(duì)該區(qū)生境質(zhì)量轉(zhuǎn)變的具體影響，旨在為生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的完善以及生態(tài)可持續(xù)性發(fā)展提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

我國學(xué)者對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的范圍劃分一直標(biāo)準(zhǔn)各異。本文參考中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2017年發(fā)布的《農(nóng)業(yè)部關(guān)于北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見》，該指導(dǎo)意見中詳細(xì)劃分的重要區(qū)域共涉及寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河北、遼寧在內(nèi)7省的146個(gè)縣市。本文中劃定的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶總面積約為4.7×105km2，海拔27～3 061 m。該區(qū)年均氣溫在2～8 ℃，近30 a來年均增溫0.32 ℃/10 a，明顯高于全國和全球增長(zhǎng)率；年均降雨量在300～450 mm，降水極不穩(wěn)定[20]。該區(qū)地貌單元主要以高原、丘陵結(jié)合為主，部分區(qū)域地貌為平原、沙地、山地[9]。該區(qū)多年來存在過度開墾、超載過牧現(xiàn)象，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境退化，動(dòng)植物數(shù)量和種類不斷減少，甚至出現(xiàn)過嚴(yán)重的荒漠化現(xiàn)象[21]。目前研究區(qū)已施行的國家政策主要有“三北防護(hù)林”、“自然保護(hù)區(qū)建設(shè)”、“退耕還林(草)”。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用的土地?cái)?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，其均由Landsat衛(wèi)星影像目視解譯制成，分辨率為30 m。時(shí)間選取了2000年、2010年、2018年共計(jì)3期。數(shù)據(jù)經(jīng)過人工檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)精度在85%以上，能滿足本文研究需要。土地利用分類根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》標(biāo)準(zhǔn)并參考北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)的實(shí)際情況將其分為6類：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地。由于研究區(qū)過大，經(jīng)測(cè)試現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)在InVEST模型中運(yùn)行柵格單元為30 m×30 m的數(shù)據(jù)較為困難，故選擇適合于離散數(shù)據(jù)重采樣的最鄰近法，在GIS軟件中通過Resample工具對(duì)InVEST模型所需的空間數(shù)據(jù)的柵格單元均重采樣至90×90 m。危險(xiǎn)源中的城鎮(zhèn)、交通、村落等數(shù)據(jù)均從同期土地利用數(shù)據(jù)中進(jìn)行重分類獲得對(duì)應(yīng)地類的二值圖數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 單一土地動(dòng)態(tài)度 土地利用動(dòng)態(tài)度能定量反映出土地變化的速度，其中單一土地利用動(dòng)態(tài)度側(cè)重研究期內(nèi)某種土地利用類型數(shù)量的年變化率，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度則是對(duì)研究區(qū)內(nèi)土地利用整體變化情況的刻畫。為深入細(xì)化分析多年來壩上地區(qū)土地利用的變化情況，本文選擇土地利用動(dòng)態(tài)度這一指標(biāo)，其公式參考文獻(xiàn)[22]如下：

(1)

式中:K表示研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度;Ua,Ub分別為研究初期和研究末期某種土地利用類型的數(shù)量;T為研究時(shí)長(zhǎng)。

1.3.2 不同生境質(zhì)量等級(jí)的土地轉(zhuǎn)移矩陣 不同生境質(zhì)量等級(jí)的土地轉(zhuǎn)移矩陣反映了研究區(qū)在研究初期和研究末期不同等級(jí)生境質(zhì)量等級(jí)相應(yīng)的區(qū)域互相轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)信息，不僅可以定量地表明不同等級(jí)生境質(zhì)量等級(jí)之間的土地轉(zhuǎn)化情況，還可以間接反映其轉(zhuǎn)移速率。轉(zhuǎn)移矩陣表達(dá)式參考文獻(xiàn)[23]如下：

(2)

式中:S為面積;n為轉(zhuǎn)移前后生境質(zhì)量的等級(jí)數(shù);i,j(i,j=1,2,3,…,n)分別表示轉(zhuǎn)移前后的生境質(zhì)量的等級(jí);Sij表示轉(zhuǎn)移前的i等級(jí)生境質(zhì)量土地轉(zhuǎn)移成j等級(jí)生境質(zhì)量土地的面積。

1.3.3 InVEST模型生境質(zhì)量評(píng)估 本文選擇由美國斯坦福大學(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)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估工具模型InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs Model)模型生境模塊來計(jì)算生境質(zhì)量以及生境退化度。生境退化指數(shù)反映單元柵格受脅迫程度的大小，值越高代表受脅迫程度最大，生境退化程度越高，其公式[24]如下：

(3)

(4)

(5)

式中:Dxj為土地利用類型j中x柵格的生境退化度;R為威脅源個(gè)數(shù);Wr為危險(xiǎn)源權(quán)重;Yr為威脅源的柵格數(shù);ry為柵格y的脅迫指;irxy為柵格y的脅迫值ry對(duì)柵格x的脅迫水平;Bx為危險(xiǎn)源對(duì)柵格x的可達(dá)性;Sjr為土地利用類型j對(duì)危險(xiǎn)源r的敏感度;dxy為柵格x到柵格y的直線距離;drmax為危險(xiǎn)源r的最大脅迫距離。

生境質(zhì)量指數(shù)反映在脅迫條件下生境質(zhì)量的優(yōu)劣，其值在0～1。值越高代表區(qū)域生物多樣性越豐富，生境質(zhì)量越好；反之則生境質(zhì)量越差，易受破壞，計(jì)算公式參考文獻(xiàn)[25]如下：

(6)

式中:Qxj為土地利用類型j中x柵格的生境質(zhì)量指數(shù);Hj為土地利用類型j的生境適宜度;k為半飽和常數(shù),取Dxj最大值的一半;z為歸一化常量,通常取2.5。

根據(jù)模型要求，并參考以往類似地區(qū)的研究以及研究區(qū)實(shí)際情況，自然環(huán)境對(duì)于外來脅迫敏感性程度大，人工環(huán)境受脅迫影響最弱，因此，本文將林、草地及水域定義為提供生境質(zhì)量的地類，將耕地、村落、城鎮(zhèn)用地、交通用地設(shè)為威脅源[2,5]。各個(gè)威脅因子最大距離、權(quán)重、衰退類型參考本研究區(qū)內(nèi)已有的研究[8]，各個(gè)地類生境適宜度、對(duì)威脅因子敏感度的設(shè)定，參考同地區(qū)研究[8,26]，以及專家的建議確定各項(xiàng)參數(shù)值，詳見表1，表2。

表1 研究區(qū)威脅源參數(shù)

表2 研究區(qū)土地利用類型生境適宜度及對(duì)威脅因子敏感系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化分析

三期土地利用圖經(jīng)ArcMap軟件統(tǒng)計(jì)所得結(jié)果見圖1?？芍?，2000—2018年期間，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用類型以耕地，林地和草地為主，三者面積共計(jì)超過4.3×105km2，近占比超過91.83%。面積最大的是草地，2000年時(shí)面積最大，超過研究區(qū)的40.00%;面積最小的為水域，多年面積占比均在1.50%左右。從變化趨勢(shì)來看，近20 a來北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用類型處于減少趨勢(shì)的為耕地、草地和未利用地，減少面積分別為5 852.58 km2，6 488.41 km2，557.59 km2；林地、水域和建設(shè)用地則處于增加態(tài)勢(shì)，增加面積分別為6 972.62 km2，173.45 km2，5 781.54 km2。

圖1 研究區(qū)2000-2018年各地類面積占比

從變化速度來看，圖2中建設(shè)用地?zé)o論是整個(gè)研究期還是分階段來看，其相對(duì)變化程度都非常劇烈，動(dòng)態(tài)度均高達(dá)0.02以上，其次是林地，在2000—2010年期間，動(dòng)態(tài)度值為0.83×10-2，上升趨勢(shì)較為急劇，但在2010—2018年期間則變化極為緩和。耕地和草地的變化趨勢(shì)較為相似，兩者動(dòng)態(tài)度在各階段均較為相近?？傮w來看，水域、建設(shè)用地和未利用地在前一時(shí)期變化程度均不如后一時(shí)期劇烈，尤其表現(xiàn)在耕地、林地、草地的變化顯著發(fā)生于2000—2010年時(shí)期，三者作為研究區(qū)主要的土地利用類型，對(duì)該區(qū)的土地利用整體的變化特征的解釋最具代表性?？梢哉J(rèn)為，自退耕還林(草)政策實(shí)施以來，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)取得了一定成效，最大成效期發(fā)生在2000—2010年，主要表現(xiàn)在“還林”部分，而“還草”的效果并未達(dá)到預(yù)期。經(jīng)分析，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶區(qū)域多年來因氣候條件惡劣及人為因素干擾，該區(qū)草地退化嚴(yán)重并被建設(shè)用地大面積占用，導(dǎo)致草地多年來萎縮明顯，“還草”起到的更多是對(duì)草地減少的抑制效果。

圖2 研究區(qū)2000-2018年單一土地動(dòng)態(tài)度

2.2 生境質(zhì)量變化分析

經(jīng)InVEST模型運(yùn)行所得2000—2018年北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生境質(zhì)量指數(shù)HQI(Habitat Quality Index)見圖3，相應(yīng)的面積統(tǒng)計(jì)見表3。在ArcMap軟件中根據(jù)平均間隔進(jìn)行分區(qū)，得到生境質(zhì)量低級(jí)區(qū)(0≤HQI<0.2)，較低級(jí)區(qū)(0.2≤HQI<0.4)，中級(jí)區(qū)(0.4≤HQI<0.6)，較高級(jí)區(qū)(0.6≤HQI<0.8)，高級(jí)區(qū)(0.8≤HQI<1.0)。

表3 研究區(qū)各生境質(zhì)量等級(jí)面積及比例

圖3 研究區(qū)2000-2018年生境質(zhì)量變化

由表3可知，2000—2018年北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)生境質(zhì)量水平以較低等級(jí)和較高等級(jí)生境質(zhì)量為主，總面積超過307 066.51 km2，多年來占比均在32%～35%，呈現(xiàn)兩級(jí)分化狀態(tài)。生境質(zhì)量較低及以下等級(jí)區(qū)域占比超過40%，生境質(zhì)量較高及以下等級(jí)區(qū)域占據(jù)研究區(qū)近一半，超過48%。中等級(jí)質(zhì)量區(qū)域最高為48 464.39 km2，最低時(shí)占比為9.68%。研究區(qū)低等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)域面積最少，生境質(zhì)量數(shù)值區(qū)間主要集中在0.2～1.0。從整個(gè)研究區(qū)變化情況來看，2000—2010年生境質(zhì)量變化最為顯著，主要變現(xiàn)為低等級(jí)、高等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)的擴(kuò)張，相應(yīng)面積分別為4 899.66 km2，8 068.61 km2；同時(shí)較低、中等、較高等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)不同程度下降，分別減少了0.97，0.64，1.15個(gè)百分點(diǎn)。

研究區(qū)在2010—2018年生境質(zhì)量變化不夠明顯，生境質(zhì)量較低以下等級(jí)區(qū)域基本沒有發(fā)生變化，中等及以上等級(jí)區(qū)變化程度非常微小。該現(xiàn)象經(jīng)分析，原因有二，其一為基于土地利用視角的生境質(zhì)量變化中，當(dāng)土地利用變化不明顯時(shí)，生境質(zhì)量變化亦然；其二乃生境質(zhì)量等級(jí)的分區(qū)區(qū)間偏大造成未分區(qū)前生境質(zhì)量具體數(shù)值的變化值也集中在生境質(zhì)量等級(jí)未發(fā)生變化的區(qū)間中。由圖3可知，研究期間生境質(zhì)量較高區(qū)域主要在陜西南部、山西南部、河北東南部及遼寧西南部地區(qū)，較低區(qū)主要在陜西北部、內(nèi)蒙古中部及河北西北部。整體來看，2000—2018年北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶整體生境質(zhì)量處于“南高北低”的分布狀態(tài)，

2.3 生境質(zhì)量數(shù)量轉(zhuǎn)移分析

通過ENVI軟件對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶2000年和2018年生境質(zhì)量圖譜進(jìn)行變化檢測(cè)后所得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表4。可知，2000—2018年期間，研究區(qū)生境質(zhì)量區(qū)域變化較大的主要發(fā)生在較低級(jí)到較高級(jí)、高級(jí)到較高級(jí)、較高級(jí)到較低級(jí)生境質(zhì)量區(qū)域的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)入面積均在6 800～7 200 km2。其次為高級(jí)和低級(jí)到較低等級(jí)的土地轉(zhuǎn)入，相應(yīng)面積均接近4 000～4 800 km2。較高層級(jí)到較低層級(jí)生境質(zhì)量的土地互相轉(zhuǎn)入的程度大抵相等，約在6 900 km2左右；研究區(qū)轉(zhuǎn)入較低等級(jí)生境質(zhì)量的土地面積最大，總額近14 000 km2，而轉(zhuǎn)入高等級(jí)質(zhì)量生境的面積也高達(dá)13 000 km2，兩者比較下,生境的退化影響略高于進(jìn)化。

研究期間，中等級(jí)別生境質(zhì)量區(qū)域退化程度大于進(jìn)化程度，其向低級(jí)及較低等級(jí)轉(zhuǎn)入面積共計(jì)3 376 km2，而轉(zhuǎn)入較高及以上區(qū)域面積僅為1 723 km2，差值約為1 652 km2。較低及以下等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)域轉(zhuǎn)為較高及以上等級(jí)區(qū)域?yàn)?1 219.90 km2，略微低于對(duì)應(yīng)的逆向轉(zhuǎn)化的總面積12 931.44 km2，盡管生境質(zhì)量進(jìn)化區(qū)域低于退化區(qū)域1 171.54 km2，但結(jié)合表4中較高及高等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)域退化成較低及低等級(jí)生境的面積來看，其遠(yuǎn)低于較低及以下層級(jí)向較高以上層級(jí)生境區(qū)域的轉(zhuǎn)化，退化程度低于進(jìn)化程度。可以認(rèn)為，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶區(qū)域在2000—2018年期間生境質(zhì)量在整體上趨于更優(yōu)。

表4 研究區(qū)2000-2018年不同生境質(zhì)量等級(jí)區(qū)土地轉(zhuǎn)移矩陣 km2

2.4 生境質(zhì)量空間轉(zhuǎn)移分析

通過柵格計(jì)算器對(duì)2018年和2000年生境質(zhì)量圖柵格圖進(jìn)行相減得到圖4?？梢园l(fā)現(xiàn)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶2000—2018年生境質(zhì)量顯著變化區(qū)域主要在陜西、遼寧兩省全境，其中陜西省是最早實(shí)施退耕還林政策的試點(diǎn)區(qū)之一，上述區(qū)能較明顯分辨出生境質(zhì)量進(jìn)化區(qū)域多于退化區(qū)，兩區(qū)整體生境呈現(xiàn)更優(yōu)趨勢(shì)。同時(shí)可知，土地利用變化的程度一定程度上決定了生境質(zhì)量變化的水平，山西、遼寧兩省在研究期間土地更迭程度較顯著，遼寧省土地利用變化最劇烈。從局部來看，在河北中西部及東北部、陜西北部、內(nèi)蒙古西部及東部部分區(qū)域生境質(zhì)量也發(fā)生了較為顯著的變化。其中內(nèi)蒙古東、西部生境退化程度尤為明顯，山西及河北涉及地區(qū)生境質(zhì)量變化區(qū)域趨于兩極化。甘肅、寧夏地區(qū)生境質(zhì)量變化不夠明顯，除寧夏東北部有一定程度變化，兩省其余區(qū)域均“偏灰”?？梢园l(fā)現(xiàn)，生境質(zhì)量變化區(qū)域集中在北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶中心核心地帶，即B，C，D，E樣區(qū)，所涉地區(qū)處于耕地與林草地交錯(cuò)的典型地段，且城鎮(zhèn)化水平相比其余區(qū)域明顯較高，該區(qū)局部生境質(zhì)量變化與城鎮(zhèn)化水平、農(nóng)區(qū)牧區(qū)交錯(cuò)程度密不可分。同時(shí)從整體上看，近20 a來研究區(qū)生境質(zhì)量變化趨向“偏白”，生境向更優(yōu)態(tài)勢(shì)轉(zhuǎn)變。

圖4 研究區(qū)2000-2018年生境質(zhì)量變化

2.5 退耕還林還草對(duì)生境質(zhì)量的影響

通過提取了北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶2000—2018年土地轉(zhuǎn)移圖中耕地轉(zhuǎn)為林、草地的圖層，設(shè)置該圖層耕地轉(zhuǎn)林、草區(qū)域的柵格值為1，其余部分全為0，得到了研究區(qū)退耕還林還草二值圖。通過柵格計(jì)算器，將該二值圖單元柵格值與2000—2018年研究區(qū)生境變化圖單元柵格值進(jìn)行相乘處理，得到結(jié)果為研究區(qū)退耕還林區(qū)域生境質(zhì)量的變化情況，具體見圖5。整體上看，可明顯分辨研究區(qū)整體“偏黑”，退耕還林還草下生境質(zhì)量變好的柵格數(shù)明顯高于變差的柵格數(shù)，經(jīng)生境指數(shù)柵格數(shù)統(tǒng)計(jì)，2000—2018年退耕還林還草區(qū)域生境質(zhì)量進(jìn)化區(qū)域面積7 279.37 km2，占比86%；退耕還林還草區(qū)域退化區(qū)域達(dá)到1 181.60 km2，占比14%。研究區(qū)耕地轉(zhuǎn)林(草)區(qū)域生境質(zhì)量顯著地提高。同時(shí)對(duì)比圖5可知，內(nèi)蒙古東北部、河北東部耕地轉(zhuǎn)林草地的跡象不夠明顯，而遼寧、陜西、河北中東部、山西北部、內(nèi)蒙古西南部退耕還林還草效果較為顯著，與圖4中生境質(zhì)量變化區(qū)域基本吻合，說明該區(qū)內(nèi)退耕還林還草政策已經(jīng)取得了一定成效，生境質(zhì)量有所提升。結(jié)合以上分析可以認(rèn)為，退耕還林還草政策是驅(qū)動(dòng)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生境質(zhì)量變化主要原因之一，同時(shí)可以認(rèn)定，在土地利用變化中，耕地轉(zhuǎn)林、草地在一定程度上會(huì)提高該變化區(qū)域的生境質(zhì)量水平。

圖5 研究區(qū)2000-2018年耕地轉(zhuǎn)林(草)地生境質(zhì)量變化

3 結(jié) 論

(1) 2000—2018年北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用類型以草地，耕地，林地為主，三者面積之和占比超過91.83%。此外，近20 a來變動(dòng)幅度較大的為耕地，草地，林地，建設(shè)用地，其中耕地和草地分別減少5 852.58 km2，6 488.41 km2，林地和建設(shè)用地增加了6 972.62 km2，5 781.54 km2。變化最劇烈的為建設(shè)用地，其動(dòng)態(tài)度超過0.02。退耕還林(草)政策上在研究區(qū)取得了一定成效，其主要發(fā)生于2000—2010年階段，具體表現(xiàn)在耕地大幅度的下降以及林地顯著的增加，但草地在研究期間下降趨勢(shì)較為明顯，經(jīng)分析研究區(qū)處于脆弱生態(tài)區(qū)，多年來該區(qū)草地發(fā)生了一定程度的退化并被建設(shè)用地大肆占用，導(dǎo)致近20 a來草地面積不升反降，“還草”愿景未能如期實(shí)現(xiàn)。

(2) 近20 a來北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶整體生境質(zhì)量偏好，較高(0.6≤HQ<0.8)及高(0.8≤HQ<1.0)等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)域占據(jù)研究區(qū)近一半。較低(0.4≤HQ<0.6)等級(jí)和較高等級(jí)生境質(zhì)量占比相近，多年來均保持在32%～35%，生境質(zhì)量數(shù)值呈現(xiàn)兩極化狀態(tài)，分布格局趨于“南高北低”，陜西、山西、河北、遼寧南部地區(qū)生境質(zhì)量普遍較高。

(3) 退耕還林還草政策是主導(dǎo)研究區(qū)生境質(zhì)量變化的主要原因之一，尤其在遼寧、陜西中部、河北中東部、山西北部變化程度明顯。退耕還林還草政策促使生境質(zhì)量進(jìn)化、退化的面積占比分別為86%和14%，可以認(rèn)為退耕還林還草對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)生境質(zhì)量變好起促進(jìn)作用。