河南省生境質(zhì)量時(shí)空演變特征及影響因素

胡 靜，何如海，劉 娜，葉夢(mèng)雅

河南省生境質(zhì)量時(shí)空演變特征及影響因素

胡 靜，何如海*，劉 娜，葉夢(mèng)雅

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，合肥 230036)

為評(píng)估和分析河南省生境質(zhì)量及其時(shí)空演變特征，基于1980—2018年5期土地利用數(shù)據(jù)，采用InVEST模型和Moran＇s I指數(shù)，并借助地理探測(cè)器模型揭示驅(qū)動(dòng)生境質(zhì)量時(shí)空分異的影響因素。結(jié)果表明：（1）河南省生境質(zhì)量整體處于中等水平。1980—2018年平均生境質(zhì)量由0.420 9下降為0.401 0，生境退化度從0.117 1上升至0.149 4，省域內(nèi)生境質(zhì)量整體呈下降趨勢(shì)。（2）生境質(zhì)量較高的區(qū)域集中于省域西南部山地丘陵區(qū)，空間上呈現(xiàn)“西高東低、南高北低”的分布特征，生境退化熱點(diǎn)區(qū)集中于中東部城鎮(zhèn)建設(shè)用地。（3）生境質(zhì)量和生境退化Moran＇s I指數(shù)均表現(xiàn)出正空間自相關(guān)，但空間聚集性逐年下降。（4）土地利用類(lèi)型是驅(qū)動(dòng)生境質(zhì)量變化的主導(dǎo)因素，解釋力（值）達(dá)96.87%。任意兩個(gè)因子的交互作用對(duì)生境質(zhì)量空間分異影響均大于單因子的作用，土地利用與NDVI、高程、降水、坡度、氣溫和夜晚燈光強(qiáng)度的交互作用結(jié)果均大于0.97。

生境質(zhì)量；土地利用變化；InVEST模型；Moran＇s I指數(shù)；地理探測(cè)器模型；河南省

生境是提供生物物種棲息生存的重要場(chǎng)所，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要組成部分[1-2]。生境質(zhì)量的高低決定了生物物種棲息地生存的適宜度[3]。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)干擾導(dǎo)致土地利用/覆被類(lèi)型的重構(gòu)[4-6]，特別是城鎮(zhèn)化推進(jìn)下的土地破碎化加速了生境斑塊的破碎甚至喪失，進(jìn)而導(dǎo)致生物多樣性減少，最終影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)[7]。定量評(píng)估區(qū)域生境適宜性，分析其時(shí)空演變特征和對(duì)土地利用/覆被變化的響應(yīng)，并揭示影響因素，是解決人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)問(wèn)題的基礎(chǔ)[8]。對(duì)促進(jìn)“三生空間”的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“人與自然和諧共生”美好愿景具有重要意義。

生境質(zhì)量或生境適宜性是國(guó)內(nèi)外從事地理學(xué)和生態(tài)學(xué)研究的學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)[9]，對(duì)此，學(xué)者們研發(fā)了不同類(lèi)型的評(píng)價(jià)模型以滿(mǎn)足定量評(píng)估的研究需求，現(xiàn)被應(yīng)用較多的有HSI[10]、MAXENT[11]、SoIVES[12]模型等。上述模型的使用均以足量的野外調(diào)查樣本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，難以適應(yīng)大尺度區(qū)域的生境質(zhì)量評(píng)估研究[13]。目前，InVEST模型是可應(yīng)用于多種生態(tài)系統(tǒng)、多尺度研究區(qū)域，使用范圍最廣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和交換綜合評(píng)價(jià)模型[14]。諸多學(xué)者借助InVEST模型對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)估，如Mirghaed等[15]利用InVEST模型對(duì)伊朗北部扎拉特河流域生境質(zhì)量進(jìn)行量化評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其變化主要受土地利用類(lèi)型的影響。Mengist等[16]基于InVEST模型對(duì)埃塞俄比亞喀法森林生物圈保護(hù)區(qū)進(jìn)行生境質(zhì)量評(píng)估，發(fā)現(xiàn)人造景觀(guān)聚落和農(nóng)業(yè)用地?cái)U(kuò)張是生境質(zhì)量下降的顯著影響因素。Sallustio等[17]應(yīng)用InVEST模型探究了意大利棲息地的生境退化威脅來(lái)源于土地利用變化，生境質(zhì)量的降低取決于人為影響的位置和強(qiáng)度。劉漢儀等[18]運(yùn)用InVEST模型研究發(fā)現(xiàn)粵港澳大灣區(qū)的生境質(zhì)量下降與建成區(qū)用地?cái)U(kuò)張和林地破碎化相關(guān)。楊潔等[19]運(yùn)用InVEST模型對(duì)黃河流域的生境質(zhì)量時(shí)空演變進(jìn)行評(píng)估和分析，表明是人類(lèi)活動(dòng)干擾造成生境的退化。

雖然有關(guān)生境質(zhì)量的研究成果較為豐富，但以往研究仍然存在以下問(wèn)題：（1）從評(píng)估精度看，既有研究中多采用一級(jí)地類(lèi)的LUCC對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估[18-20,31]，僅考慮一級(jí)地類(lèi)生境的適宜性和敏感性，難以刻畫(huà)不同二級(jí)地類(lèi)間生境質(zhì)量評(píng)估結(jié)果的差異，影響評(píng)估結(jié)果的精細(xì)程度。（2）從研究?jī)?nèi)容看，生境質(zhì)量空間分異性是多因素作用的結(jié)果，現(xiàn)有研究對(duì)生境質(zhì)量空間分異驅(qū)動(dòng)力的探究較少且較為片面，大多研究?jī)H停留在單一的土地利用/覆被變化影響因素的探討[18,21,28-30]，缺乏其他多因素的綜合系統(tǒng)性研究。（3）從研究尺度看，研究區(qū)的選擇更多側(cè)重于流域、物種棲息地及生態(tài)保護(hù)區(qū)，缺乏省域尺度的研究，對(duì)于河南省生境質(zhì)量的研究甚少。

河南省是我國(guó)農(nóng)業(yè)、人口和經(jīng)濟(jì)大省，肩負(fù)者國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，促進(jìn)中部崛起等重任，處理好工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)之間的良好耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，是當(dāng)前新發(fā)展階段面臨的機(jī)遇和挑 戰(zhàn)[22]。對(duì)此，本研究選擇河南省作為研究區(qū)域，GIS空間分析方法作為支持，運(yùn)用InVEST模型及Morans’ I指數(shù)方法評(píng)估和分析河南省生境質(zhì)量及其時(shí)空演變特征，并基于地理探測(cè)器模型揭示驅(qū)動(dòng)生境質(zhì)量空間分異性的影響因素和作用程度，以期為河南省未來(lái)進(jìn)行生境管理，生態(tài)環(huán)境保護(hù)和土地資源優(yōu)化布局提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省地處華夏腹地中東部，面積共16.7萬(wàn)km2，地理位置介于110°21′～116°39′ E，31°23′～36°22′ N。地形地貌具有明顯的階梯過(guò)渡特征，地勢(shì)西高東低。位于北亞熱帶和暖溫帶氣候區(qū)，地跨淮河、黃河、長(zhǎng)江、海河四大流域水系，水系資源豐富（圖1）。自然地理和資源環(huán)境條件優(yōu)越，提供了多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。因地形、氣候等因素影響，生物多樣性的分布具有明顯的過(guò)渡性特點(diǎn)。截止2018年底河南省總?cè)丝谶_(dá)1.090 6億人，常住人口城鎮(zhèn)化率為51.71%，國(guó)民生產(chǎn)總值48 055.86億元[23]。但近年來(lái)，河南省生態(tài)環(huán)境保護(hù)相對(duì)滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度[24]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)等人類(lèi)活動(dòng)的干擾，導(dǎo)致其土地利用方式和結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，城鎮(zhèn)建設(shè)用地的快速擴(kuò)張大量侵占耕地、林地，造成生物多樣性景觀(guān)破碎化、加速了研究區(qū)的生物多樣性的減少和生境質(zhì)量的降低。

圖1 河南省區(qū)位及高程圖

Figure 1 Location and elevation map of Henan Province

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

研究使用的數(shù)據(jù)主要包括：（1）1980、1990、2000、2010和2018年5期土地利用土地利用/覆被數(shù)據(jù)。來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（https://www.resdc.cn/），空間參考為Krasovsky_ 1940_Albers，空間分辨率30 m × 30 m，根據(jù)研究需求參照我國(guó)國(guó)土資源部新修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 21010—2017）《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》[25]對(duì)其進(jìn)行重分類(lèi)（表1）。（2）河南省行政邊界矢量范圍數(shù)據(jù)。來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心共享服務(wù)平臺(tái)(http://www.geodata.cn/ )。（3）自然要素?cái)?shù)據(jù)：歸一化植被指數(shù)（NDVI）來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心、高程（DEM）源自地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.Gscloud.cn），坡度根據(jù)DEM提取所得，氣溫和降水氣象數(shù)據(jù)源自中國(guó)氣象數(shù)（http:// data.cma.cn/）。（4）社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：人口密度、GDP、交通道路、夜晚燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)。其中，人口密度、GDP數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心，道路數(shù)據(jù)源自于OpenStreetmap（https:// www.openstreetmap.org/），夜晚燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)源于“類(lèi)NPP-VIIRS”夜間燈光數(shù)據(jù)集（https://doi.org/ 10.7910/DVN/YGIVCD）。以上數(shù)據(jù)的重采樣、裁剪、重分類(lèi)、克里金插值及計(jì)算歐式距離等操作均在A(yíng)rcGIS10.6軟件中完成。

表1 河南省土地利用/覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類(lèi)系統(tǒng)

1.3 研究方法

1.3.1 生境質(zhì)量評(píng)估 應(yīng)用InVEST模型的Habitat Quality模塊對(duì)河南省生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估[26]，其原理是將土地利用類(lèi)型和威脅源建立關(guān)聯(lián)，根據(jù)每種生境類(lèi)型的適宜性和對(duì)威脅源的的敏感性，評(píng)估不同土地覆被格局下的生境質(zhì)量和退化空間分布情況，區(qū)域的生境質(zhì)量的退化表明為周?chē)祟?lèi)活動(dòng)足跡導(dǎo)致的土地利用強(qiáng)度增加，生境質(zhì)量和生境退化指數(shù)亦可間接反映所在研究區(qū)域生物多樣性情況。相關(guān)公式為：

式（1）—（4）中：D為生境退化度，生境退化指數(shù)則在圖層中表現(xiàn)為大于0連續(xù)變化的值，值越大說(shuō)明退化度越高，反之越低；、Y和分別為威脅源數(shù)量、柵格數(shù)和權(quán)重；β、r分別為柵格和的可達(dá)性和脅迫強(qiáng)度；S為生境對(duì)威脅源的敏感性；i為威脅源在柵格的生境對(duì)柵格的影響；d為柵格和間的線(xiàn)性距離；dmax為威脅源的最大影響距離；Q為土地利用類(lèi)型中柵格的生境質(zhì)量，取值范圍[0,1]，值越接近1，說(shuō)明生境質(zhì)量等級(jí)越高越利于人類(lèi)生存和生物多樣性，越接近0，生境質(zhì)量越差越不利于生物多樣性的維持；H為生境的生境適宜度；半飽和常數(shù)K默認(rèn)0.5。

使用3.9.0版本InVEST模型軟件運(yùn)行數(shù)據(jù)得到河南省生境質(zhì)量結(jié)果，模型需導(dǎo)入土地利用柵格數(shù)據(jù)、威脅因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)以及威脅因子、敏感度參數(shù)表。參考InVEST模型使用手冊(cè)所提供的實(shí)例[26]，綜合考慮研究區(qū)地理環(huán)境，具體參考研究區(qū)地理生態(tài)環(huán)境相似及位置相鄰區(qū)域的研究成果[1, 27-34]，設(shè)置模型所需參數(shù)，具體如表2和表3所示。

表2 河南省生境威脅因子及其最大影響距離、權(quán)重和衰減類(lèi)型

1.3.2 生境質(zhì)量重要性分級(jí) 生境質(zhì)量結(jié)果表現(xiàn)為0～1的連續(xù)變化的值，為了進(jìn)一步清晰比較生境質(zhì)量結(jié)果的差異性，和生境質(zhì)量不同等級(jí)的演變特征。結(jié)合河南省實(shí)際情況，使用ArcGIS10.6軟件中Slice工具等間距重分類(lèi)（equal interval reclassifly）方法對(duì)InVEST模型輸出的河南省生境質(zhì)量結(jié)果柵格圖層進(jìn)行分級(jí)。將生境質(zhì)量指數(shù)劃分為0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1共5個(gè)區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)低、較低、中等、較高和高共5個(gè)生境質(zhì)量等級(jí)[35]。

1.3.3 空間自相關(guān)分析 莫蘭指數(shù)（Moran＇s I）方法常用于事物或現(xiàn)像的空間自相關(guān)性計(jì)算檢驗(yàn)，本研究應(yīng)用全局型莫蘭指數(shù)計(jì)算生境質(zhì)量空間分布的聚散特性[36]。計(jì)算公式為：

表3 河南省不同生境類(lèi)型對(duì)不同脅迫因子的敏感度

表4 雙因子交互作用結(jié)果類(lèi)型

1.3.4 地理探測(cè)器 地理探測(cè)器（Geodetector）是用于自然社科多領(lǐng)域中研究地理空間異質(zhì)性和驅(qū)動(dòng)因子的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，共包含分異及因子探測(cè)、交互作用探測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測(cè)、生態(tài)探測(cè)4種探測(cè)器[37]。在本研究中借助分異及因子探測(cè)器，探測(cè)多種影響因子（X）對(duì)生境質(zhì)量空間分異（Y）的解釋力度，公式如下：

借助地理探測(cè)器交互作用探測(cè)功能識(shí)別兩因子間的交互作用，即評(píng)估因子的組合在疊加作用下是增強(qiáng)或降低生境質(zhì)量空間分異的解釋力度。有如下交互作用類(lèi)型（表4）。

生境質(zhì)量空間分異性是自然要素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素多因子共同作用的結(jié)果[34]。除土地利用/覆被類(lèi)型顯著影響生境質(zhì)量的空間分異外。充分考慮河南省地形和氣候均有明顯過(guò)渡性特征，在自然因素方面，主要考慮NDVI、高程、坡度、氣溫、降水因子的影響，其中NDVI反映是揭示植被長(zhǎng)勢(shì)的重要指標(biāo)，而植被覆蓋度的高低在一定程度影響生境質(zhì)量狀況[34]。不同高程和坡度影響植被類(lèi)型和生長(zhǎng)狀況，氣溫和降水影響著生物棲息地的適宜性，生境質(zhì)量的空間分布則也具有過(guò)渡性特征，因此選擇高程、坡度、氣溫、降水作為自然要素影響因子[19]。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素方面，人口密度、GDP、距離交通道路的距離和夜晚燈光強(qiáng)度側(cè)面反映人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)度，人類(lèi)活動(dòng)干擾影響生境質(zhì)量[38]。將驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行離散化處理作為自變量（X），生境質(zhì)量結(jié)果作為因變量（Y），在GeoDetector_2018模型中實(shí)現(xiàn)地理探測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化分析

耕地、林地和建設(shè)用地構(gòu)成河南省主要的土地利用景觀(guān)格局，面積之和占全省90%以上。從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣結(jié)果可知（圖2），整體來(lái)看1980—2018年38年間研究區(qū)域內(nèi)土地利用變化較大，且存在較高生境適宜性地類(lèi)向低生境適應(yīng)性或非生境適宜性地類(lèi)轉(zhuǎn)化的狀況。

1980—2000年間，耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移1 437.63 km2，林地、草地、水域向耕地共轉(zhuǎn)出1 521.01 km2，其中737.34 km2水域轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，水域面積銳減。此階段處于改革開(kāi)放初期的河南不斷擴(kuò)張的農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)空間蠶食了大量處于黃河流域生態(tài)屏障脆弱區(qū)的水域面積。

圖2 河南省1980—2000、2000—2018年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣弦圖(km2)

Figure 2 Chord diagram of land use transfer matrix in Henan Province from 1980 to 2000 and 2000 to 2018 (km2)

2000—2018年間，研究區(qū)內(nèi)地類(lèi)轉(zhuǎn)換量較前20年更為劇烈。此階段河南政府大力推進(jìn)“退耕還濕”政策，水域面積持續(xù)增加，其中耕地向水域轉(zhuǎn)入 1 049.40 km2。與此同時(shí)，河南省進(jìn)入經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，全面推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地高達(dá)7 649.61 km2，生產(chǎn)生活用地侵占生態(tài)用地較為嚴(yán)重。

2.2 生境質(zhì)量時(shí)空演變

2.2.1 時(shí)間維度上的生境質(zhì)量和生境退化分析 運(yùn)行InVEST模型評(píng)估河南省1980—2018年不同地類(lèi)景觀(guān)下的生境質(zhì)量和生境退化情況，結(jié)果表明河南省平均生境質(zhì)量隨著時(shí)間的變化而逐年下降，生境退化度逐年增強(qiáng)（表5）。1980、1990、2000、2010和2018年河南省平均生境質(zhì)量指數(shù)分別為0.420 9、0.420 7、0.415 6、0.414 4和0.410 0；生境質(zhì)量指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差分別為由0.298 0上升至0.309 3，表明河南省生境質(zhì)量的地區(qū)間差異在擴(kuò)大，生境質(zhì)量的下降表現(xiàn)出離散趨勢(shì)。生境退化指數(shù)的最大值分別為0.117 1、0.118 3、0.121 8、0.137 2和0.149 4，退化指數(shù)平均值由0.035 1上升至0.037 0；標(biāo)準(zhǔn)差從0.020 5上升至0.023 3，河南省生境退化的強(qiáng)度隨著時(shí)間不斷增強(qiáng)的同時(shí)，空間離散性也在逐漸加強(qiáng)。綜上，生境質(zhì)量和退化指數(shù)的結(jié)果表現(xiàn)出一致結(jié)果和規(guī)律：河南省的生境適宜性在逐年惡化，且呈現(xiàn)進(jìn)一步離散趨勢(shì)。

表5 河南省1980-2018年生境質(zhì)量及生境退化指數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖3 河南省生境質(zhì)量空間分布圖

Figure 3 Spatial distribution of habitat quality in Henan Province

圖4 河南省生境退化空間分布圖

Figure 4 Spatial distribution of habitat degradation in Henan Province

2.2.2 空間格局上的生境質(zhì)量和生境退化特征 河南省生境質(zhì)量在省域空間分布上表現(xiàn)為從西部、南部向東部、北部地區(qū)的遞減規(guī)律（圖3）。豫北、豫中、豫東地區(qū)生境質(zhì)量較低，是由于河南省北部、中東部平原地區(qū)以農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地為主，生境質(zhì)量在空間格局上表現(xiàn)較差。豫西、豫南生境質(zhì)量高，由于西部、南部山地丘陵地區(qū)以林地、草地地類(lèi)為主，NDVI指數(shù)較高，植被覆蓋和生物量較多，生境適宜度較高。

圖5 各等級(jí)生境質(zhì)量占比折線(xiàn)統(tǒng)計(jì)圖

Figure 5 Broken line statistical chart of habitat quality proportion at each level

生境退化整體上集中分布在城鎮(zhèn)邊緣，呈現(xiàn)放射狀向四周邊緣擴(kuò)散分布，且強(qiáng)度不斷增加（圖4）。河南省中部、東部是生境退化的嚴(yán)重區(qū)域，發(fā)生在交通用地周?chē)徒?jīng)濟(jì)建設(shè)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，河南省的城鎮(zhèn)擴(kuò)張沿交通要道延伸。同時(shí)由圖4可見(jiàn)，分布在以鄭州為中心向四周延伸的交通主干線(xiàn)上的新鄉(xiāng)市、開(kāi)封市、許昌市、洛陽(yáng)市、漯河市，生境退化范圍和程度明顯大于省域內(nèi)其他城市。

2.2.3 生境質(zhì)量的重要性分級(jí) 根據(jù)河南省各等級(jí)生境質(zhì)量面積占比統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知（圖5）：低等和較低等級(jí)的生境面積占全省面積的75%以上，其中，較低等級(jí)別生境質(zhì)量占比最大（約60%）；中等生境質(zhì)量占比最?。?%左右）；較高等和高等級(jí)的面積之和約占全省23%。

從折線(xiàn)的變化趨勢(shì)看，中等、較低兩個(gè)級(jí)別生境質(zhì)量面積占比有顯著的下降趨勢(shì)，1980—2018年分別從1.47%降至0.46%、65.42%降至62.67% 。低級(jí)別生境質(zhì)量占比則有明顯上升趨勢(shì)，從9.66%升至13.13%，從而可以判斷河南省中等、較低等級(jí)別的生境質(zhì)量有進(jìn)一步向低等演變的趨勢(shì)。中等、較低等級(jí)別生境質(zhì)量面積占比下降的主要原因是河南省自改革開(kāi)放以來(lái)，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，生境（林地、草地、水域、耕地等）面積大量被非生境（城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、工礦交通等用地）面積所侵占。由圖3可見(jiàn)，黃河流域周?chē)械燃?jí)別生境質(zhì)量面積的迅速縮減，東部山地丘陵區(qū)較高級(jí)別生境質(zhì)量面積的逐漸減少，說(shuō)明存在水域周?chē)鷩鷫ǜ鳎茐膲牧值?、草地開(kāi)墾的現(xiàn)象依然存在。

表6 河南省不同年份生境質(zhì)量和生境退化Moran＇s I指數(shù)

表7 生境質(zhì)量空間分異性的影響因子探測(cè)結(jié)果

而較高等級(jí)生境質(zhì)量面積占比先降低后小幅回升，2010年達(dá)到最低6.94%，2018年逐漸升高至7.12%。高等級(jí)別生境質(zhì)量面積占比在2010年以前由16.03%上升至16.71%，后出現(xiàn)小幅度的下降趨勢(shì)，2018年下降至16.62%，縱觀(guān)全局趨勢(shì)上升，高等級(jí)生境質(zhì)量有向高等級(jí)生境質(zhì)量過(guò)渡的態(tài)勢(shì)。高等級(jí)生境質(zhì)量面積占比上升速率明顯增快，黃河流域周?chē)烷L(zhǎng)江支流丹江水系周?chē)妮^高等級(jí)生境質(zhì)量的面積逐漸增加，這與河南省推行“退耕還濕”、“退耕還林”、開(kāi)展“綠盾行動(dòng)”落實(shí)嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策相關(guān)。

2.3 生境質(zhì)量空間自相關(guān)分析

通過(guò)計(jì)算河南省生境質(zhì)量和生境退化全局Moran＇s I指數(shù)，結(jié)果均大于0，表明存在正空間自相關(guān)（表6）。其中，生境質(zhì)量Moran＇s I指數(shù)值2000年>1990年>1980年>2010年>2018年。生境退化Moran's I值1980年>1990年>2000年>2018年>2010年。Z值均遠(yuǎn)大于1.96。1980—2018年生境質(zhì)量和生境退化全局莫蘭指數(shù)值出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，但縱觀(guān)全局是呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，空間聚集性均呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì)。Moran's I的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與表5中標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)果具有一致性。因此，未來(lái)需要采取相應(yīng)的措施防止生境斑塊的進(jìn)一步破碎化和生境退化的離散性。

表8 生境質(zhì)量空間分異特征影響因子的交互作用探測(cè)結(jié)果

2.4 生境質(zhì)量空間分異影響因素分析

由地理探測(cè)器的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（顯著性水平＜0.001）可知（表7），影響河南省生境質(zhì)量空間分異性的因子解釋力（值）程度各不相同，土地利用類(lèi)型＞坡度＞高程＞氣溫＞夜晚燈光強(qiáng)度＞歸一化植被指數(shù)＞距交通道路的距離＞降水＞GDP＞人口密度。其中土地利用/覆被類(lèi)型是第一驅(qū)動(dòng)因素，解釋力達(dá)到96.66%，其次是坡度和高程，q值分別達(dá)到0.512 3和0.421 2。從整體而言，自然驅(qū)動(dòng)因子對(duì)生境質(zhì)量的空間分異性貢獻(xiàn)度大于社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子。主要與自然驅(qū)動(dòng)因子中的土地利用類(lèi)型、坡度、高程、氣溫因子和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子中的夜晚燈光強(qiáng)度因子相關(guān)。

從河南省內(nèi)生境質(zhì)量空間分異性影響因素的交互探測(cè)結(jié)果可知（表8），因子組合作用結(jié)果均表現(xiàn)出非線(xiàn)性增強(qiáng)和雙因子增強(qiáng)，任意兩個(gè)影響因子組合的交互作用結(jié)果均大于單個(gè)因子的值。在所有的因子交互中，土地利用（1）與NDVI（2）的交互作用結(jié)果最大，達(dá)到0.978 8，另與高程（0.973 0）、降水（0.972 8）、坡度（0.972 4）、氣溫（0.972 1）夜晚燈光強(qiáng)度（0.972 0）的交互作用探測(cè)結(jié)果較大。自然環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子的相互交互中NDVI與降水（2∩6）的交互作用結(jié)果最低（0.149 9）。土地利用與其他因子的交互作用明顯大于其他因子的交互作用效果，主要是因?yàn)樯迟|(zhì)量的空間分布特征與土地覆被類(lèi)型空間格局緊密相關(guān)，同時(shí)土地利用空間格局又受高程、坡度、氣溫和降水等因子影響，因此自然影響因子與土地利用因子的疊加交互影響比單因子影響更為顯著。社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子的交互中，距交通道路的距離與夜晚燈光強(qiáng)度（9∩10）交互作用較大（0.262 2），人口密度與GDP（7∩8）交互作用最不明顯（0.054 9）。

3 討論與結(jié)論

基于1980、1990、2000、2010和2018年5期土地利用/覆被數(shù)據(jù)，利用的InVEST模型Habitat Quality模塊對(duì)河南省生境質(zhì)量的時(shí)空演變特征及其對(duì)土地利用變化的響應(yīng)進(jìn)行了分析，并利用Moran＇sI指數(shù)研究了生境質(zhì)量和退化的空間自相關(guān)性，借助Geodetector揭示了背后驅(qū)動(dòng)生境質(zhì)量空間分異性的影響因素，得出以下結(jié)論。

（1）從土地利用轉(zhuǎn)換角度。河南省較高生境適宜性地類(lèi)(林地、草地、水域)有顯著向較低和非生境適宜性地類(lèi)（耕地、未利用地、建設(shè)用地）轉(zhuǎn)化趨勢(shì)。

（2）從生境質(zhì)量的時(shí)空演變角度。河南省生境質(zhì)量整體處于中等水平，且呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。1980—2018年平均生境質(zhì)量指數(shù)由0.420 9降至0.410 0，生境退化指數(shù)最大值由0.117 1上升至0.149 4。生境質(zhì)量較高的區(qū)域主要分布于省域西南部山地丘陵區(qū)，生境退化熱點(diǎn)區(qū)主要分布于中東部城鎮(zhèn)建設(shè)用地。生境質(zhì)量在空間上呈現(xiàn)“西高東低、南高北低”的分布格局。

（3）從生境質(zhì)量的空間相關(guān)性角度。河南省生境質(zhì)量和生境退化Moran＇s I指數(shù)結(jié)果均大于0表明存在正空間自相關(guān)，在空間分布上有顯著的聚集特征，但1980—2018年生境質(zhì)量的Moran＇s I指數(shù)從0.372 7降至0.329 5，生境退化的Moran＇s I指數(shù)由0.307 1降至0.262 1，空間聚集性有逐漸減弱的趨勢(shì)。

（4）從生境質(zhì)量空間分異的驅(qū)動(dòng)角度。土地利用類(lèi)型是影響生境質(zhì)量空間分異的最關(guān)鍵因素，解釋力度高達(dá)96.87%，任意兩個(gè)因子的交互作用對(duì)生境質(zhì)量空間分異影響均大于單個(gè)因子的作用，土地利用與NDVI、高程、降水、坡度、氣溫和夜晚燈光強(qiáng)度的交互作用結(jié)果均大于0.97。

本研究著重探討了河南省生境質(zhì)量的時(shí)空演變特征和影響因素，根據(jù)以上結(jié)論，對(duì)未來(lái)國(guó)土空間保護(hù)和利用提出以下建議：（1）針對(duì)河南省西部和南部高等級(jí)生境質(zhì)量的區(qū)域，與生態(tài)紅線(xiàn)進(jìn)行疊加分析，將其納入生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)內(nèi)，落實(shí)最嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)政策。未來(lái)更需要嚴(yán)控土地利用開(kāi)發(fā)的規(guī)模及強(qiáng)度，重點(diǎn)保護(hù)林地、草地、水域等生態(tài)源地，防止人類(lèi)活動(dòng)的干擾并持續(xù)推進(jìn)“退耕還林”“退耕還濕”“綠盾行動(dòng)”，防止較高生境適宜性地類(lèi)向較低和非生境轉(zhuǎn)化。（2）針對(duì)中等和較高級(jí)別生境，建立生態(tài)廊道和拓展綠色空間，同時(shí)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，提高生境斑塊面積及斑塊的連通性，進(jìn)而減緩生境質(zhì)量的降低和提高區(qū)域生境質(zhì)量。（3）針對(duì)平原地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的較低等級(jí)生境區(qū)域，需合理配置空間資源，優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，集約節(jié)約利用建設(shè)用地，協(xié)調(diào)生態(tài)、生活、生產(chǎn)“三生”空間，在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上配備必要的生態(tài)用地以改善生境質(zhì)量。

但研究尚存在兩點(diǎn)不足：（1）InVEST模型評(píng)估生境質(zhì)量存在自身的缺陷，其僅著眼于人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的生境外部帶來(lái)的威脅，而忽略了生境內(nèi)部如食物鏈完整、天敵等等威脅，后期將結(jié)合其他研究方法進(jìn)一步完善研究成果。（2）由于數(shù)據(jù)來(lái)源渠道的有限性，僅考慮了2018年河南省生境質(zhì)量空間分異性的影響因素，忽略了各影響因子隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)性，未來(lái)將加強(qiáng)對(duì)不同時(shí)間段的河南省生境質(zhì)量空間分異性影響因素的研究。

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Temporal and spatial evolution characteristics and influencing factors of habitat quality in Henan Province

HU Jing, HE Ruhai, LIU Na,YE Mengya

(School of Economics and Management, Anhui Agricultural University, Hefei 230036)

In order to evaluate and analyze the habitat quality and its spatial and temporal evolution characteristics in Henan Province, the InVEST model and Morans’I index were used based on five periods of land use data from 1980 to 2018, and the influencing factors driving the temporal and spatial variation of habitat quality were revealed with the help of Geodetector model. The results showed that: (1) The overall habitat quality in Henan Province was at a medium level. From 1980 to 2018, the average habitat quality decreased from 0.420 9 to 0.401 0, and the degree of habitat degradation increased from 0.117 1 to 0.149 4. The overall habitat quality in the region showed a downward trend. (2) The regions with high habitat quality were concentrated in the mountainous and hilly areas in the southwest of the province, showing the distribution characteristics of "high in the west and low in the east, high in the south and low in the north". The hot spots of habitat degradation were concentrated in the urban construction land in the middle east. (3) The Moran＇s I index of habitat quality and habitat degradation showed positive spatial autocorrelation, but the spatial aggregation decreased year by year. (4) Land use type was the dominant factor driving the change of habitat quality, and the explanatory power (value) was 96.87%. The interaction of any two factors on the spatial differentiation of habitat quality was greater than that of single factor. The interaction results of land use and NDVI, elevation, precipitation, slope, temperature and night light intensity were greater than 0.97.

habitat quality; land use change; InVEST model; Moran＇s I index; Geodetector model; Henan Province

F301.2；X826

A

1672-352X (2022)06-0961-10

10.13610/j.cnki.1672-352x.20230106.016

2023-01-09 14:19:13

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail//34.1162.s.20230106.1208.021.html

2022-05-08

國(guó)家自然科學(xué)基金（71873003）和安徽省自然資源科技項(xiàng)目（2020-K-3）共同資助。

胡 靜，碩士研究生。E-mail：h_ahau@163.com

何如海，博士，副研究員。E-mail：ruhaihe@ahau.edu.cn