農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度變化對生物多樣性的影響

豐思捷，陳寶雄，劉云慧,3①

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站，北京 100125；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物多樣性與有機(jī)農(nóng)業(yè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性是全球生物多樣性的重要組成部分。農(nóng)業(yè)景觀占陸地面積的比例超過37%[1]，是人類糧食的重要生產(chǎn)基地，同時(shí)維持著相當(dāng)比例的生物多樣性以及瀕危物種，在生物多樣性保護(hù)中具有重要意義[2]。但是，隨著全球人口的增加，現(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及農(nóng)藥化學(xué)品的廣泛應(yīng)用加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化，也導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)景觀的急劇變化(包括土地利用改變帶來的景觀格局簡化、景觀破碎化以及自然、半自然生境喪失)，從而造成農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性快速下降，直接威脅農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3]，而這種狀況在發(fā)展中國家尤為嚴(yán)重[4]。因此，研究農(nóng)業(yè)景觀中土地利用強(qiáng)度與生物多樣性的關(guān)系，對于減緩生物多樣性的下降趨勢具有重要意義。目前，國內(nèi)在田塊尺度上關(guān)于農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度與生物多樣性的關(guān)系研究取得一定進(jìn)展[5-6]。然而，在區(qū)域尺度上系統(tǒng)性探討農(nóng)田生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)/功能對土地利用強(qiáng)度響應(yīng)的研究較少。此外，雖然國際上目前建立了全球尺度的土地利用強(qiáng)度-生物多樣性數(shù)據(jù)庫[7]，但關(guān)于我國農(nóng)區(qū)生物多樣性的數(shù)據(jù)較少。因此，構(gòu)建基于農(nóng)區(qū)利用強(qiáng)度的生物多樣性數(shù)據(jù)庫，綜合定量化分析土地利用強(qiáng)度對農(nóng)區(qū)生物多樣性的影響至關(guān)重要。

情景和模型是評估未來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r對生物多樣性影響的重要工具[8]，情景是未來人類活動及其引起的環(huán)境變化的所有可能發(fā)展模式的定性或定量描述。通過模型模擬不同情景下生物多樣性的變化情況[9]，從而提出相應(yīng)的保護(hù)措施，對于評估環(huán)境變化對物種多樣性的影響、制定合理的生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略、保障可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來，全球主要情景包括共享社會經(jīng)濟(jì)路徑(Shared Socioeconomic Pathways,SSPs)、代表濃度路徑(Representative Concentration Pathways,RCPs)等[10]，主要模型包括種-面積關(guān)系模型、基于生態(tài)位的模型等[11]。研究通常將情景與全球生物多樣性評估模型(Global Biodiversity Assessment,GLOBIO)、全球環(huán)境綜合評估模型(Integrated Model to Assess the Global Environment,IMAGE)、FLUS模型(Future Land Uses Simulation)、CLUE模型(The Conversion of Land Use and Its Effects)等耦合，從而分析全球生物多樣性及其驅(qū)動力的未來可能變化[12-13]。但是，多數(shù)情景和模型分辨率較低，未能有效處理區(qū)域驅(qū)動力和跨尺度問題，存在較大的不確定性[14]。此外，目前研究很少關(guān)注受人類干擾影響最大的農(nóng)田景觀生物多樣性的情景分析，因而不適于指導(dǎo)區(qū)域制定合理的土地利用管理策略。

該研究基于文獻(xiàn)收集數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立我國農(nóng)區(qū)生物多樣性數(shù)據(jù)庫，通過Mata分析(Meta-Analysis)研究農(nóng)業(yè)景觀中土地利用強(qiáng)度對生物多樣性的影響，構(gòu)建農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度-生物多樣性關(guān)系模型，并依據(jù)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用、生態(tài)環(huán)境和生物多樣性保護(hù)等方面的數(shù)據(jù)資料，結(jié)合與農(nóng)區(qū)土地利用相關(guān)的區(qū)域政策、規(guī)劃和保護(hù)目標(biāo)設(shè)計(jì)土地利用情景，從而對未來浙江省的生物多樣性變化趨勢進(jìn)行評估，為制定科學(xué)合理的農(nóng)業(yè)生物多樣性保護(hù)目標(biāo)奠定研究基礎(chǔ)。

1 研究方法

通過Web of Science網(wǎng)站和中國知網(wǎng)(CNKI)檢索農(nóng)區(qū)土地利用類型與物種多度的相關(guān)文獻(xiàn)，提取文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合浙江、山東等11個(gè)省份的野外采樣數(shù)據(jù)，構(gòu)建我國農(nóng)區(qū)不同土地利用強(qiáng)度的生物多樣性數(shù)據(jù)庫。基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，計(jì)算不同土地利用強(qiáng)度的平均物種多度指數(shù)，通過Meta分析評估農(nóng)區(qū)土地利用變化對生物多樣性的影響。依據(jù)線性混合效應(yīng)模型構(gòu)建土地利用強(qiáng)度-生物多樣性關(guān)系模型。結(jié)合浙江省的土地利用政策和規(guī)劃，建立3套基于農(nóng)區(qū)的土地利用情景方案，通過Flus-Biodiversity模型模擬不同情景下浙江省生物多樣性的空間分布格局，提出浙江省農(nóng)區(qū)生物多樣性保護(hù)目標(biāo)優(yōu)化方案。

1.1 農(nóng)區(qū)生物多樣性數(shù)據(jù)庫建設(shè)

1.1.1數(shù)據(jù)采集

在文獻(xiàn)數(shù)據(jù)收集方面，通過Web of Science和CNKI網(wǎng)站，基于關(guān)鍵詞檢索農(nóng)區(qū)土地利用類型和物種多度相關(guān)的文獻(xiàn)，利用NoteExpress進(jìn)行查重，去掉重復(fù)文獻(xiàn)，最后進(jìn)行人工篩選(圖1)。主要篩選規(guī)則如下：

(1)限于國內(nèi)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，去除對于國外農(nóng)田的研究。

(2)限于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，去除主要內(nèi)容為林業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)等的文獻(xiàn)。

(3)限于詳細(xì)介紹了試驗(yàn)地點(diǎn)土地利用情況的研究。

(4)去除未包含物種多度、密度及蓋度，農(nóng)田土地利用類型少于2和樣本量<20的研究。

在野外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集方面，課題組基于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部生態(tài)環(huán)境總站在全國各生態(tài)農(nóng)業(yè)示范點(diǎn)以及項(xiàng)目申請單位課題組的長期研究，在1994—2020年期間，累計(jì)在全國13個(gè)省份(北京、河北、河南、貴州、湖北、重慶、四川、青海、陜西、山東、浙江、安徽和江蘇)24個(gè)縣(市、區(qū))的人工林、果園和農(nóng)田開展農(nóng)區(qū)生物多樣性調(diào)查，捕獲的昆蟲保存在φ=75%的酒精中，帶回實(shí)驗(yàn)室制作標(biāo)本，分別進(jìn)行記錄和鑒定，蜘蛛、步甲等鑒定到種。

1.1.2數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

把篩選后的文獻(xiàn)導(dǎo)入Excel表格中，錄入相關(guān)信息，包括文獻(xiàn)標(biāo)題、作者、摘要等。從期刊文章、會議文集、報(bào)紙文章和學(xué)位論文4種文獻(xiàn)類型里，選擇期刊文章和學(xué)位論文進(jìn)行之后的分析和討論。數(shù)據(jù)庫主要由以下幾個(gè)數(shù)據(jù)集組成：

(1)研究分類數(shù)據(jù)集，主要屬性為來源編號、引用情況、研究編號和研究名字。

(2)研究方法數(shù)據(jù)集，主要屬性為多樣性類型、取樣方法、樣地名字、樣點(diǎn)名字、取樣時(shí)間(開始、中間、結(jié)束)和取樣間隔。

(3)研究區(qū)域數(shù)據(jù)，主要屬性為實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的經(jīng)緯度，所在省、市、縣以及所在區(qū)域(東部、西部)。

(4)土地利用類型/強(qiáng)度數(shù)據(jù)集，主要屬性為文獻(xiàn)/實(shí)驗(yàn)生境描述、文獻(xiàn)/實(shí)驗(yàn)土地利用類型、主要土地利用類型和土地利用強(qiáng)度。

(5)生物類群分類數(shù)據(jù)集，主要屬性為物種所屬類群(界、門、綱、目、科、屬、種)及測量值。

農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度-生物多樣性數(shù)據(jù)庫共包含了全國298個(gè)農(nóng)業(yè)景觀樣地的15 042條物種記錄。其中，動物數(shù)據(jù)中物種記錄13 244條，樣地188個(gè)；植物數(shù)據(jù)中物種記錄1 798條，樣地110個(gè)。數(shù)據(jù)庫涵蓋了河南、北京、河北以及山東等24個(gè)省份的人工林、果園和農(nóng)田。

1.2 農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度與生物多樣性關(guān)系研究

1.2.1生物多樣性指標(biāo)計(jì)算

該研究的生物多樣性指標(biāo)采用GLOBIO模型量化生物多樣性的指數(shù)——平均物種多度指數(shù)(mean species abundance，MSA)，即相對于原生生境(參照生境)，受干擾生境中物種的平均多度，用來表征和衡量區(qū)域生物多樣性完整性和生物多樣性變化的趨勢[15]。MSA值的計(jì)算方式為:同一研究中給定壓力下每個(gè)物種的多度除以未受干擾條件下相應(yīng)物種的多度，值最大為1，然后計(jì)算對照下的算術(shù)平均值。如果干擾生境中物種多度大于原生生境，則干擾生境的值為1;如果干擾生境中出現(xiàn)了原生生境中沒有的物種，則干擾生境的值為0。計(jì)算方式如表1所示。

表1 平均物種多度指數(shù)(MSA)的計(jì)算Table 1 The calculation of mean species abundance(MSA)

1.2.2統(tǒng)計(jì)分析

Meta分析(Meta-Analysis)是一種專門對單個(gè)研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)綜合，找出普遍結(jié)論并發(fā)現(xiàn)差異的定量研究方法，已成為生物多樣性評估研究中較常用的統(tǒng)計(jì)方法，其優(yōu)勢在于對涉及較大區(qū)域、多樣點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)可以采用一致的方式收集和綜合分析[16]。筆者利用Meta分析來定量評估不同尺度下農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度對生物多樣性的影響，并結(jié)合線性混合效應(yīng)模型構(gòu)建農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度與MSA指數(shù)的關(guān)系模型。運(yùn)用R 3.2.2軟件中的Lmer函數(shù)進(jìn)行模型擬合[17],比較基礎(chǔ)模型和混合模型的赤池信息準(zhǔn)則 (AIC)和貝葉斯信息準(zhǔn)則(BIC)，基于獨(dú)立驗(yàn)證數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證,選取決定系數(shù)(R2)和均方根誤差(RMSE)等指標(biāo)對模型精度進(jìn)行評價(jià)，從而篩選出最優(yōu)的農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度-生物多樣性模型。

1.3 農(nóng)區(qū)生物多樣性保護(hù)情景設(shè)計(jì)

1.3.1農(nóng)區(qū)選擇及概況

研究選擇浙江省作為我國東部的典型農(nóng)區(qū)進(jìn)行生物多樣性情景模擬。浙江省位于我國東南沿海地區(qū)長江三角洲南翼，地處歐亞大陸與西北太平洋的過渡地帶，該地帶屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候資源配置多樣。得天獨(dú)厚的地理位置和優(yōu)越的氣候環(huán)境孕育了悠久的農(nóng)業(yè)歷史，浙江素有“魚米之鄉(xiāng)”之稱，而且現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，區(qū)域化布局逐漸規(guī)模化，對我國東部地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有借鑒意義。

1.3.2空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)

研究使用數(shù)據(jù)主要包括：(1)1995、2000、2005、2010、2015、2018以及2020年7期土地利用數(shù)據(jù)；(2)GDP總值；(3)人口；(4)高程數(shù)據(jù)；(5)坡度數(shù)據(jù)；(6)坡向數(shù)據(jù)；(7)道路數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源見表2。

表2 數(shù)據(jù)來源Table 2 Data sources

1.3.3Dyna-CLUE模型參數(shù)

Dyna-CLUE模型是研究人員在CLUE和CLUE-S模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，CLUE模型是基于土地利用及其驅(qū)動因子間的量化關(guān)系和不同土地利用類型間的競爭動態(tài)變化模型所構(gòu)建的，適用于國家和大陸尺度，因分辨率較低，在區(qū)域尺度上往往不適用。CLUE-S模型在CLUE模型的基礎(chǔ)上研發(fā)，可用于小尺度上的土地利用類型空間合理布局以及多種土地利用類型用地需求的協(xié)調(diào)、分配。Dyna-CLUE模型是最新版本的CLUE模型，該模型綜合了土地利用變化的宏觀驅(qū)動因素與微觀格局演化特征，對于多尺度的應(yīng)用具有更強(qiáng)的適用性。

氣在中國文化中既富有形而上氣質(zhì)，又葆有形而下質(zhì)地，上可達(dá)道，下實(shí)于器，現(xiàn)象而本質(zhì);在藝術(shù)中，氣上于通神，下現(xiàn)于形，且將形與神牽連、包融、氤氳為一體，所以中國古典藝術(shù)批評對藝術(shù)的氣氛感把握，極為講究。南朝謝赫論繪畫，有“六法”，立氣韻生動為第一義。在筆者看來，氣韻生動內(nèi)涵有二:其一，主要指作品內(nèi)在生命韻律的生動與流蕩;其二，作品由此蒸騰出環(huán)暈著作品的整體氛圍、氣味、調(diào)子，前者實(shí)，后者虛，虛實(shí)而相生，就成了藝術(shù)批評要把握的微妙的氣氛感，是故中國古典詩文品賞、批評，有“觀文氣”之說，書畫鑒定，則有“望氣派”之別。

模型輸入包括以下4個(gè)部分：

(1)空間分布適宜性設(shè)置，該部分研究各類土地利用與各驅(qū)動因子之間的定量關(guān)系，表示研究區(qū)域內(nèi)每一柵格單元可能出現(xiàn)某種土地利用類型的概率。選取高程、坡度、坡向、GDP總值、人口密度、距最近道路距離共6個(gè)驅(qū)動力因子，基于SPSS 軟件選用Logistic 回歸(逐步向后)分析，計(jì)算土地利用空間布局及其驅(qū)動因子之間的定量關(guān)系。

(2)土地利用類型轉(zhuǎn)移設(shè)置，該部分主要包括各類土地的轉(zhuǎn)移彈性系數(shù)(ELSA)與可轉(zhuǎn)移性設(shè)置 (轉(zhuǎn)移矩陣)。ELAS是0 ～1 之間的數(shù)值，表示土地改變的難易程度。依據(jù)該研究區(qū)域已有結(jié)果，結(jié)合Kappa系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終確定2015—2020年浙江省模擬實(shí)驗(yàn)的ELSA參數(shù)，耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地分別為0.7、0.9、0.85、0.95、1、0.85和1?？赊D(zhuǎn)移性設(shè)置指在一定情景下，各種土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)移的可能性，用0或1表示，0表示不能轉(zhuǎn)化，1表示可以轉(zhuǎn)化(表3)。

表3 農(nóng)區(qū)土地可轉(zhuǎn)移性矩陣表Table 3 Table of land use transition matrix

(3)土地利用需求設(shè)置，主要依據(jù)土地利用情景，折算從模擬起始年到終止年各類土地類型每年的需求變化情況。

(4)空間政策與限制設(shè)置，表示由于地區(qū)政策限制或者特殊的地區(qū)因素，在模擬時(shí)段內(nèi)土地利用類型不允許發(fā)生改變，如自然保護(hù)區(qū)、基本農(nóng)田等。筆者設(shè)定浙江省生態(tài)功能保護(hù)區(qū)為限制發(fā)展區(qū)域，其他區(qū)域允許土地類型的自由轉(zhuǎn)換。最后，選用Kappa 系數(shù)對模型進(jìn)行校準(zhǔn)。通常，當(dāng)Kappa系數(shù)值為>0.80～1 時(shí)，表明真實(shí)圖與模擬圖幾乎完全一致；當(dāng)Kappa系數(shù)值為0.61～0.80時(shí)，表明兩者具有高度一致性。

情景分析的設(shè)計(jì)應(yīng)與土地利用方式、規(guī)劃目標(biāo)等影響因子緊密結(jié)合，并將量化結(jié)果納入到土地利用變化空間模擬中。研究通過收集社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用、生態(tài)環(huán)境和農(nóng)田生物多樣性保護(hù)等方面的數(shù)據(jù)資料，結(jié)合當(dāng)?shù)卣块T對農(nóng)田制定的規(guī)劃方案以及生物多樣性保護(hù)相關(guān)的區(qū)域政策、規(guī)劃和保護(hù)目標(biāo)，建立3套基于農(nóng)區(qū)的土地利用情景設(shè)計(jì)方案。然后，將不同情景對應(yīng)的土地利用需求輸入到Dyna-CLUE模型中，模擬2030年浙江省土地利用空間分布。在設(shè)定情景時(shí)，考慮了退耕還林政策對浙江省的影響。此次模擬將退耕還林工作完成年(2030年)設(shè)為情景年，對其未來土地需求情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體情景見表4。

表4 浙江省2030年土地利用模擬情景及參數(shù)描述Table 4 Simulated land use scenarios and parameter description of Zhejiang Province in 2030

自然增長情景：該情景主要根據(jù)當(dāng)前已有的1995—2015年土地利用數(shù)據(jù)，計(jì)算土地變化速率，并以此遞推出2030年的土地利用需求情況。該情景主要表征浙江省土地利用的自然變化情況，不考慮區(qū)域保護(hù)。

政府規(guī)劃情景：對坡度大于 25°的耕地進(jìn)行退耕還林。根據(jù) 《中華人民共和國水土保持法》，坡度大于25°的坡地禁止開墾農(nóng)作物，因此，在該情景下退耕地約有100 hm2，除耕地和林地外，其他土地利用類型仍按照自然增長的需求進(jìn)行設(shè)定。

生態(tài)保育情景：對坡度大于15°的耕地進(jìn)行退耕還林，同時(shí)在生態(tài)功能保護(hù)區(qū)限制開發(fā)。該情景考慮以生態(tài)保護(hù)優(yōu)先，盡可能地?cái)U(kuò)大退耕還林的坡度范圍，并且不允許在保護(hù)區(qū)進(jìn)行土地開發(fā)。因此，在該情景中，退耕地面積約為31.38×103hm2，除耕地和林地外，其他土地利用類型仍按照自然增長的需求進(jìn)行設(shè)定。此外，限制開發(fā)區(qū)域包括新安江上游水源涵養(yǎng)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)和舟山群島生態(tài)功能保護(hù)區(qū)的部分區(qū)域，總面積約為52.58×104hm2。

1.3.4生物多樣性情景模擬

FLUS-Biodiversity軟件在分析社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展-土地利用變化-生物多樣性變化的關(guān)系基礎(chǔ)上，耦合 FLUS 模型和生物多樣性模型，構(gòu)建土地利用變化對生物多樣性影響的空間優(yōu)化模擬分析模型，是識別生物多樣性時(shí)空變化特征的有效工具。選用生物多樣性指數(shù)模型模塊，輸入浙江省、青海省不同情景對應(yīng)的土地利用空間分布狀況，以及土地利用強(qiáng)度-生物多樣性關(guān)系模型結(jié)果，從而模擬浙江省、青海省2030年不同情景下的生物多樣性空間分布格局，最后計(jì)算區(qū)域MSA總值(AMS，r)，其值為所有柵格MSA值(AMS，i)的加權(quán)平均值，計(jì)算公式[15]為

AMS，r=∑AMS，i×Ai/∑Ai。

(1)

式(1)中，Ai為柵格i對應(yīng)的土地利用面積，hm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田土地利用強(qiáng)度與生物多樣性的關(guān)系

2.1.1農(nóng)區(qū)不同土地利用強(qiáng)度的動物MSA指數(shù)

依據(jù)源文獻(xiàn)和課題組數(shù)據(jù)對農(nóng)區(qū)土地利用類型和強(qiáng)度進(jìn)行劃分，強(qiáng)度源于農(nóng)業(yè)景觀結(jié)構(gòu)和農(nóng)田管理方式。從景觀結(jié)構(gòu)角度劃分，主要類型有原生生境、農(nóng)林復(fù)合以及周圍無半自然生境農(nóng)田。從農(nóng)田管理方式角度劃分，主要類型為有機(jī)農(nóng)田、生態(tài)農(nóng)田和常規(guī)農(nóng)田(表5)。

表5 農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度等級界定Table 5 Classification of land use intensity in agricultural land

對數(shù)據(jù)庫農(nóng)區(qū)不同土地利用強(qiáng)度動物多度、密度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到農(nóng)區(qū)不同土地利用強(qiáng)度對應(yīng)的動物MSA值。結(jié)果(圖2)發(fā)現(xiàn)，2個(gè)尺度均顯示，中強(qiáng)度與高強(qiáng)度之間存在顯著性差異，即隨著農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度的增加，生物多樣性完整性呈顯著下降趨勢。

2.1.2農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度與MSA指數(shù)的關(guān)系模型

因變量MSA符合正態(tài)分布，基于線性混合效應(yīng)模型構(gòu)建我國農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度與MSA指數(shù)的關(guān)系，并結(jié)合AIC值選擇最佳模型。最佳模型以土地利用強(qiáng)度作為固定效應(yīng)，研究間差異作為隨機(jī)效應(yīng)，模型結(jié)果如表6所示。

表6 基于線性混合效應(yīng)模型的農(nóng)區(qū)不同土地利用強(qiáng)度的影響結(jié)果Table 6 The effects of land use intensity on farmland diversity based on linear mixed model

2.2 浙江省生物多樣性情景模擬

2.2.1浙江省土地利用情景模擬結(jié)果

根據(jù)前述6個(gè)驅(qū)動因子，采用SPSS軟件，選用Logistic回歸(逐步向后)分析方法探討各土地利用類型與驅(qū)動因子之間的關(guān)系，并對各回歸結(jié)果進(jìn)行ROC(relative operating characteristics)檢驗(yàn)，2018—2020 年回歸結(jié)果如表7所示。一般認(rèn)為ROC值大于0.7，表示回歸方程對該土地利用類型有很好的解釋能力[18]。在回歸結(jié)果中，水域、建設(shè)用地、林地與耕地的ROC值均大于0.7，因此該4種土地類型的回歸方程能很好地解釋各驅(qū)動因子與土地利用類型的關(guān)系，而園地、草地與裸地的ROC值均介于0.5～0.7之間，解釋能力稍差?？傮w來講，回歸方程對于各土地利用類型有較好的解釋能力。

表7 浙江省土地利用驅(qū)動因子的Logistic回歸結(jié)果Table 7 The results of Logistic regression driving factors of land use in Zhejiang Province

計(jì)算模擬結(jié)果的Kappa系數(shù)，對其模擬的準(zhǔn)確程度進(jìn)行解釋，土地利用解譯數(shù)據(jù)及模擬結(jié)果如圖3所示。1999—2008年模擬結(jié)果的Kappa系數(shù)為0.507 1，介于0.40～0.60之間，說明模擬結(jié)果具有中等一致性。因此，Dyna-CLUE模型適用于浙江省土地利用空間布局的模擬。

應(yīng)用Dyna-CLUE模型對2030年的3種情景進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果顯示，在所有情景中，耕地面積呈不同程度下降，園地面積呈不同程度上升。因退耕還林政策的實(shí)施力度差異，在自然增長和政府規(guī)劃情景中，林地面積均明顯下降，而在生態(tài)保育情景中，林地面積下降幅度減小(圖3～4)。

2.2.2浙江省生物多樣性模擬

基于Flus-Biodiversity模型模擬不同情景下浙江省MSA的空間分布，現(xiàn)狀條件下MSA值為0.750 4，自然增長情景、政府規(guī)劃情景、生態(tài)保育情景、常規(guī)農(nóng)田現(xiàn)狀、生態(tài)農(nóng)田情景下分別為0.741 8、0.740 9、0.744 8、0.773 8、0.797 1。圖5顯示，生物多樣性完整性損失最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)檎憬|北部和中部農(nóng)田聚集區(qū)。此外，在所有情景中，區(qū)域生物多樣性完整性都呈下降趨勢，其中生態(tài)保育情景下降幅度最小。說明將常規(guī)農(nóng)田轉(zhuǎn)換為生態(tài)農(nóng)田，區(qū)域生物多樣性完整性有所提高。

3 討論

3.1 農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度對生物多樣性的影響

筆者綜合大量文獻(xiàn)和野外數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，相比于原生生境，隨著農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度的增加，生物多樣性完整性呈顯著下降趨勢。國際上普遍認(rèn)為，農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度對生物多樣性的影響體現(xiàn)在2個(gè)方面。一方面隨著土地的過度開發(fā)，農(nóng)業(yè)擴(kuò)展、發(fā)展以及大量的農(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)景觀格局(農(nóng)田、村落和自然、半自然生境相間的小尺度鑲嵌體)的改變，包括景觀格局簡化、破碎化以及半自然生境的大量減少甚至喪失。作為農(nóng)業(yè)景觀的重要組成部分，半自然生境在農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護(hù)中具有重要的功能和作用[19-20]。歐洲的研究顯示，隨著景觀尺度半自然生境面積的增加，自然天敵對害蟲多度的抑制作用增強(qiáng)[21]。因此，保護(hù)和建立農(nóng)業(yè)景觀中的半自然生境(農(nóng)田邊界、灌木帶、林地、水塘、溝渠和休耕地等)，有利于農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性完整性的維持和保護(hù)。另一方面，隨著集約化農(nóng)田管理措施的加強(qiáng)，化肥、農(nóng)藥等大量施用造成了農(nóng)田內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，主要是農(nóng)業(yè)區(qū)域的土壤物理化學(xué)性質(zhì)(pH值、土壤含氮量和土壤有機(jī)質(zhì)含量)的改變[22]，使得土壤動物類群的種群密度下降[23]，此外，植物物種多樣性也會明顯減少，從而導(dǎo)致依賴該類植物生存的動物類群減少。因此，適度推動農(nóng)田有機(jī)管理或生態(tài)管理，合理化減少化肥和農(nóng)藥的施用，有利于區(qū)域生物多樣性的保護(hù)。

3.2 區(qū)域農(nóng)田生物多樣性對土地利用強(qiáng)度的響應(yīng)

Dyna-CLUE模型結(jié)果顯示，隨著退耕還林政策的深入，浙江省耕地面積逐步減少，林地面積逐步增加。在政府規(guī)劃情景中，雖然耕地面積有所恢復(fù)，但效果不明顯。生態(tài)保育情景加強(qiáng)了對耕地、園地、林地的保護(hù),減緩了建筑用地的增長，注重了生態(tài)環(huán)境保護(hù)。但由于Dyna-CLUE模型對輸入柵格的數(shù)量有限制，所以模擬的分辨率較低，對土地利用空間分布模擬的準(zhǔn)確度有一定影響。此外，在設(shè)定土地利用需求方面，關(guān)于土地利用的長期規(guī)劃，尤其是農(nóng)田的規(guī)劃較少。因此，在今后的研究中，一方面要注重提高空間模擬的分辨率，另一方面應(yīng)考慮設(shè)計(jì)關(guān)于農(nóng)田利用的問卷調(diào)查，從而合理設(shè)定區(qū)域未來的土地需求。

Flus-Biodiversity模型結(jié)果顯示，生物多樣性完整性損失最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)檎憬|北部和中部農(nóng)田聚集區(qū)。在所有情景中，區(qū)域生物多樣性完整性都呈下降趨勢，其中生態(tài)保育情景下降幅度最小。說明將常規(guī)農(nóng)田轉(zhuǎn)換為生態(tài)農(nóng)田，區(qū)域生物多樣性完整性有所提高。盡管有針對性的政策(如退耕還林)和生態(tài)功能保護(hù)區(qū)的限制開發(fā)降低了土地利用強(qiáng)度的變化程度，但這4種情景都沒有實(shí)現(xiàn)對浙江省區(qū)域生物多樣性的全面保護(hù)。可能的原因是，建筑用地面積增加造成的生物多樣性下降抵消了農(nóng)田面積減少和林地面積增加導(dǎo)致的生物多樣性的提升。另外，在不同情景中，總體MSA值的差異并不明顯。原因可能是，研究區(qū)域中林地所占面積較大，而農(nóng)田及半自然生境面積較小，因而對于區(qū)域的整體MSA值擾動較小?？傊?，政府有關(guān)部門未來一方面應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)田周圍自然和半自然生境的保護(hù)，推動農(nóng)田有機(jī)和生態(tài)管理方式，另一方面應(yīng)注重生物多樣性完整性損失嚴(yán)重區(qū)域的保護(hù)，采取更為強(qiáng)硬的手段來減緩區(qū)域生物多樣性的下降趨勢，從而全面提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

4 結(jié)論與建議

基于上述研究，得出以下結(jié)論：(1)相比于原生生境，隨著農(nóng)區(qū)土地利用強(qiáng)度的增加，生物多樣性完整性呈顯著下降趨勢；(2)在所有情景中，區(qū)域生物多樣性完整性都呈下降趨勢，其中生態(tài)保育情景下降幅度最小，說明將常規(guī)農(nóng)田轉(zhuǎn)換為生態(tài)農(nóng)田，區(qū)域生物多樣性完整性有所提高。

根據(jù)研究結(jié)果，建議在我國典型農(nóng)區(qū)，為進(jìn)一步保護(hù)多樣性、提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、改善生態(tài)環(huán)境，在農(nóng)區(qū)生境類型方面，一方面應(yīng)盡量保護(hù)農(nóng)田周圍的自然和半自然生境，以減少土地利用改變對農(nóng)業(yè)生物多樣性的破壞；另一方面，適當(dāng)增加農(nóng)業(yè)景觀中的半自然生境，如人工林等，構(gòu)建合理的農(nóng)業(yè)景觀格局。在農(nóng)田管理方式方面，適度推動有機(jī)管理或生態(tài)管理，合理減少化肥和農(nóng)藥的施用，有利于區(qū)域生物多樣性的保護(hù)。在農(nóng)區(qū)整體生物多樣性方面：第一，在保證耕地紅線的前提下，應(yīng)深入推進(jìn)退耕還林等政策，盡可能將坡度大于15°的農(nóng)田退耕；第二，在生態(tài)功能保護(hù)區(qū)，加大執(zhí)法力度，嚴(yán)格限制土地的開發(fā)；第三，應(yīng)注重生物多樣性完整性損失嚴(yán)重區(qū)域的保護(hù)，加強(qiáng)熱點(diǎn)區(qū)域土地尤其是農(nóng)田的管控管理。