基于土地利用變化的山西沿黃丘陵溝壑區(qū)生境質(zhì)量的時空演變
——以柳林縣為例

張 徐，呂春娟，白 冰，畢如田，夏 露，許彩彩，孫 波

（1.山西農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，山西 太谷 030801；2.北京市科學技術(shù)研究院 資源環(huán)境研究所，北京 100089）

近年來，隨著人口增加，城市化進程推進和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷擴大，人類活動對土地利用的方式、強度和格局負面影響不斷加劇，嚴重影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)和空間。土地利用方式的轉(zhuǎn)變是通過影響生境斑塊之間的物質(zhì)流、能量流循環(huán)過程，進而威脅生物多樣性的維持[1-4]。生物多樣性的保護是由維持生物棲息地的適宜性程度的生境質(zhì)量決定的，因此，評估生態(tài)系統(tǒng)為生物個體和種群提供生存繁衍所需條件能力的生境質(zhì)量（Habitat quality）[5]是生物多樣性保護、生態(tài)環(huán)境保護和自然資源合理利用的基礎[6]，對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用。

目前國內(nèi)外學者基于土地利用變化對生境質(zhì)量的研究，根據(jù)其研究方法和手段的不同，大致可以分為2種，一種是基于實地調(diào)研獲取基礎數(shù)據(jù)，構(gòu)建評價指標體系然后采用層次分析法進行評估[2]，該方法評估需要大量的人力物力財力，甚至存在一些數(shù)據(jù)不能獲取、獲取不準確等缺點；另一種是隨著3S技術(shù)等數(shù)理模型的發(fā)展，InVEST[7]、SolVES[8]等模型被用來評估生境質(zhì)量，其中，In VEST模型具有空間化、動態(tài)化、可視化、數(shù)據(jù)易獲取和可預測等特點，因此在評估生境質(zhì)量時被廣泛應用[9]。學者利用模型研究土地利用變化對生境質(zhì)量的影響，集中于對生境質(zhì)量的評估、模擬、預測，其中包玉斌等[10]評估生境質(zhì)量特征，分析黃河濕地自然保護區(qū)生境質(zhì)量的現(xiàn)狀與退化程度；褚琳等[11]模擬預測2020年生境質(zhì)量的分布特征，分析不同時期景觀格局特征變化下生境質(zhì)量的變化與分布；鐘莉娜等[12]探究改變土地利用狀況的建設活動對生境質(zhì)量的影響，分析土地整治前中后生境質(zhì)量的狀況以及變化特征；和娟等[13]對比分析人工干預、自然生長等不同土地利用狀況模式的生境質(zhì)量差異性，設置自然發(fā)展、生態(tài)保護、耕地保護3種情景模式，探究不同模式下土地利用變化和生境質(zhì)量演化。總之，大多學者基于土地變化探究不同時期自然發(fā)展狀態(tài)或者模擬人為干預等保護模式下的生境質(zhì)量狀況；從研究區(qū)來看，主要關(guān)注自然保護區(qū)等生態(tài)功能重要區(qū)域，而對于水土流失、土地沙化、石漠化、鹽漬化等生態(tài)環(huán)境敏感脆弱區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量研究較少。

柳林縣位于黃河中游沿岸的黃土丘陵溝壑區(qū)，是黃河多沙粗沙國家級水土流失重點治理區(qū)，水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源緊缺，礦產(chǎn)資源豐富，長期依賴煤炭資源，礦產(chǎn)資源的開采、基礎設施的快速建設等使得原本脆弱的生態(tài)狀況進一步退化，嚴重影響黃河水沙關(guān)系，制約當?shù)厣鷳B(tài)保護和發(fā)展。

本試驗以沿黃區(qū)典型的資源經(jīng)濟型縣域柳林縣為研究對象，基于土地利用變化和景觀格局演變，將In VEST模型的生境質(zhì)量評估能力與ArcGIS的空間分析能力相結(jié)合，科學評估生境質(zhì)量的時空演變特征，旨在為柳林縣的國土空間規(guī)劃及黃河流域的生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

柳林縣位于東經(jīng)E110°39′45″~110°05′33″，北緯N37°08′53″~37°37′28″，地處山西省中西部，呂梁山西麓，黃河東岸，隔黃河與陜西省吳堡縣相望，是山西的西大門，轄八鎮(zhèn)七鄉(xiāng)，國土總面積為1 288 km2（圖1）。柳林縣屬于暖溫帶季風氣候，年均降雨量456.3 mm，蒸發(fā)量1 200 mm。柳林縣屬于呂梁山生態(tài)脆弱區(qū)，其海拔高度為607~1 522 m，隨基巖傾斜方向由東向西遞減，形成了山地、丘陵、臺地、平原等地貌類型?？h城夾于兩山之間，僅有三川河沿線的縣城地勢平坦，其他區(qū)域為山地、丘陵和臺地。山地主要地類為林地和其他用地，丘陵主要地類是耕地和草地，臺地主要地類是有林地和園地，平原主要地類是城鎮(zhèn)及工礦用地。

柳林是華北地區(qū)通往大西北的交通樞紐，是秦晉的交通要道；同時柳林礦產(chǎn)資源豐富，是煤炭儲存量占總面積的62%的煤儲大縣，焦煤產(chǎn)業(yè)是第一主導產(chǎn)業(yè)，也是山西煤電鋁材產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點縣；黃河一級支流的三川河沿城穿過，河谷中廣泛分布著巖溶地下水——柳林泉，但采煤漏水破壞了水資源環(huán)境，三川河河流水質(zhì)為劣五類，水生態(tài)形勢十分嚴峻，水資源管理任重道遠；生物資源主要為其他草地和其他林地，黃土裸露，植被覆蓋度低，生境質(zhì)量差。黃河流域在我國生態(tài)安全和經(jīng)濟社會發(fā)展中具有重要的全局性和戰(zhàn)略性地位[14]，柳林縣地處黃河中游沿岸，因此，研究柳林的生境質(zhì)量對黃河流域的生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2008、2018年的土地利用現(xiàn)狀圖數(shù)據(jù)，來源于柳林縣2008、2018年土地利用變更數(shù)據(jù)庫，由于涉及到2008、2018年的土地利用現(xiàn)狀圖，為達到土地類型的統(tǒng)一，按照我國土地利用現(xiàn)狀分類標準[15]，劃分為8個一級類，23個二級類（表1）?？紤]研究區(qū)面積及景觀破碎度，研究采用30 m×30 m的柵格數(shù)據(jù)作為評價單元，地貌類型數(shù)據(jù)采用中國科學院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心的《中華人民共和國地貌圖集（1∶100萬）》數(shù)據(jù)。相關(guān)性分析、冷熱點分析和圖形生成通過Arc GIS 10.4.1完成。

表1 土地利用分類Tab.1 Land use classification

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化及景觀格局評估方法 首先基于Arc GIS平臺計算出2008—2018年土地利用的數(shù)量轉(zhuǎn)化，通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析研究區(qū)各地類與土地類型轉(zhuǎn)移的趨勢，并運用Fragstats 4.2評估景觀格局特征。

景觀格局指數(shù)反映景觀的形狀、比例、相關(guān)性等空間結(jié)構(gòu)特征?；诰坝^格局視角選擇面積指標最大拼塊所占景觀面積的比例（LPI），密度大小與差異指標斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、平均斑塊密度（AREA-MN），聚散性指標蔓延度（CONTAG），多樣性指標香農(nóng)多樣性（SHDI）、均勻度指數(shù)（SHEI）等7個指標。景觀格局指數(shù)用Fragstats操作完成，指標的生態(tài)意義參考文獻[16-18]。

1.3.2 基于In VEST生境質(zhì)量評估方法 In VEST是美國自然資本項目組開發(fā)的、用于評估生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其經(jīng)濟價值、支持生態(tài)系統(tǒng)管理和決策的一套模型系統(tǒng)，采用生產(chǎn)函數(shù)的方法來量化和評估生態(tài)系統(tǒng)服務[19]。In VEST模型Biodiversity模塊是建立威脅源與生境類型之間的關(guān)系，通過分析各種生境類型的范圍和這些類型各自的退化程度來表達生境質(zhì)量，然后根據(jù)生境質(zhì)量的優(yōu)劣程度評估生物多樣性的狀況[20]。

本研究中，威脅源設定時充分考慮了柳林縣的實際情況，選擇以威脅生境的地類為威脅源。柳林是華北地區(qū)與大西北的交通樞紐，縱橫交錯的交通運輸用地阻斷了景觀流的聯(lián)通，威脅生物多樣性，因此作為威脅源；柳林縣廣泛分布著柳林特有的柳林泉，并且全縣被黃河支流三川河流域自東向西貫穿，其中建設的水利工程在一定程度上也對生物多樣性產(chǎn)生了影響，因此，將水工建設用地作為威脅源；柳林礦產(chǎn)資源豐富，煤礦是柳林多年的支柱性資源產(chǎn)業(yè)，礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用直接造成生境的破壞，因此，將采礦用地作為生物多樣性的威脅源；設施農(nóng)用地、建筑鎮(zhèn)、村莊、風景名勝特殊用地是人類較為聚集的地方，人為活動嚴重影響生物多樣性，所以將其設置為威脅源；而耕地是人工干預和人類從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要場所，裸地自然稟賦差，生物難以生存，均確定為威脅源；其他地類作為生境類型?；诜治龉泊_定11類威脅源，12類生境類型。生態(tài)威脅因子對生境質(zhì)量影響程度差異是通過空間距離變量來測算，因此在確定威脅源后，需進一步確定各威脅源最大威脅距離、權(quán)重及衰減類型等參數(shù)[21]（表2），不同生境類型對威脅因子的敏感度也不同[22]，敏感度范圍為0~1，0代表無敏感，1表示具有較高的敏感度，數(shù)值越高，敏感度也就越高（表3）。

表2 威脅源及其最大威脅距離、權(quán)重及衰減類型Tab.2 Threat sources and their maximum threat distance，weight and attenuation type

表3 生境適宜度及其對不同威脅源的相對敏感程度Tab.3 Habitat suitability and its relative sensitivity to different threat sources

首先計算生境退化度（Habitat degradation）。

式中，Dxj為生境類型j中x柵格的生境退化度；R為威脅因子個數(shù)；Wr為威脅因子的權(quán)重；Yr為威脅層在地類圖層上的柵格個數(shù)；ry為威脅因子的強度；irxy為威脅因子對生境的威脅水平；βx為法律保護程度；Sjr為j類土地類型對威脅因子的敏感性大?。籨xy為柵格x（生境）與柵格y（威脅因子）的距離；drmax為威脅因子r的最大影響范圍。

在此基礎上計算生境質(zhì)量（Habitat quality）。

式中，Qxj為生境類型j中x柵格的生境質(zhì)量指數(shù)；k為半飽和常數(shù)，即退化度最大值的1/2；z為模型默認參數(shù)；Hj為生境適宜度；Dxj為柵格x的生境退化度。

模型的使用具有普適性，針對研究區(qū)特殊的地形地貌特征，需要調(diào)整InVEST模型相關(guān)參數(shù)。因此，模型在參考指導手冊的基礎上，參考國內(nèi)外類似地區(qū)的研究[2,20]，采用Delphi綜合確定各項參數(shù)的值（表2、3）。

1.3.3 生境質(zhì)量空間自相關(guān)分析及冷熱點分析生境質(zhì)量空間自相關(guān)是指生境質(zhì)量在不同空間位置上的相關(guān)性或互相依賴程度，空間自相關(guān)分為全局自相關(guān)和局部自相關(guān)，生境質(zhì)量的全局自相關(guān)可以描述整個研究區(qū)生境質(zhì)量的相關(guān)性[23]，采用值域為[-1,1]的Moran指數(shù)來評估，值越大表示相關(guān)性越大，值域為正表現(xiàn)為正相關(guān)，即生境質(zhì)量較高或較低的區(qū)域在空間上呈集聚狀態(tài)；值域為負表現(xiàn)為負相關(guān)，即該區(qū)域的生境質(zhì)量與鄰近的區(qū)域存在空間差異，0表示隨機分布。生境質(zhì)量局部自相關(guān)可以幫助分析整個大區(qū)域范圍內(nèi)局部小區(qū)域空間屬性的異質(zhì)性特征，計算每個空間單元與鄰近空間單元生境質(zhì)量的相關(guān)性程度[24]。通過采用空間關(guān)系局域指標LISA（“H-H”表示單元自身與相鄰單元生境質(zhì)量較高；“L-H”表示單元自身生境質(zhì)量低，相鄰單元生境質(zhì)量較高；“H-L”表示單元自身生境質(zhì)量高，相鄰單元生境質(zhì)量較低；“L-L”表示單元自身與相鄰單元生境質(zhì)量較低）來識別柳林縣每個柵格生境質(zhì)量與鄰近柵格生境質(zhì)量的差異性與相關(guān)性，揭示生境質(zhì)量的局部相關(guān)性與離散性。

生境質(zhì)量冷熱點分析指區(qū)域聚類分布特征，高密度簇的生境質(zhì)量值為熱點，低密度簇的生境質(zhì)量值為冷點[25]。通過采用Getis-Ord G*指數(shù)研究冷熱點[20]，主要是計算某個柵格生境質(zhì)量值及周圍柵格生境質(zhì)量總和與所有柵格生境質(zhì)量的總和進行對比，分析生境質(zhì)量的局部集聚特征。G*為顯著正時，存在生境質(zhì)量值的高密度簇，為熱點區(qū)域；G*為顯著負時，存在生境質(zhì)量值的低密度簇，為冷點區(qū)域。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化分析

柳林縣2008、2018年土地利用類型分布表明耕地、林地和草地均是主要的地類，三者之和約占總面積的87%以上，構(gòu)成了該研究區(qū)的景觀基質(zhì)。柳林屬于丘陵溝壑區(qū)，溝壑內(nèi)多為其他林地和其他草地，其他林地占到林地面積的80%以上，其他草地占草地面積的90%以上，因此，林地的優(yōu)勢地類為其他林地，草地的優(yōu)勢地類為其他草地，林地和草地的質(zhì)量均不高。

構(gòu)建土地利用轉(zhuǎn)移矩陣進一步分析10 a來土地利用變化情況（表4）。2008—2018年城鎮(zhèn)及工礦用地減少面積最大為67.17 hm2，減少了0.83%，主要轉(zhuǎn)化為耕地和草地；水域及水利設施用地減少28.67 hm2，減少了1.72%，主要轉(zhuǎn)化為草地和耕地；林地、耕地、草地均有不同程度的增加，其中，林地增加面積最大（67.09 hm2），增幅也最大，為0.27%，主要來自于耕地和草地的轉(zhuǎn)化。2008—2018年，柳林縣各地類均發(fā)生不同程度的變化，主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)及工礦用地、水域及水利設施用地轉(zhuǎn)向林地、耕地、草地。

表4 2008—2018年柳林縣土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Tab.4 Land use transfer matrix of Liulin county from 2008 to 2018 hm2

2.2 景觀格局演變特征

類型水平上的景觀指數(shù)，是描述不同景觀指數(shù)類型的特征，通常用NP、PD、LPI等表示[21]，2008—2018柳林縣類型水平上景觀指數(shù)變化如表5所示。其他草地和其他林地的NP、PD遠大于其他土地類型，主要以小面積的斑塊形式存在，破碎化程度加劇，且其他草地和其他林地LPI是最高的，說明其他草地和其他林地是柳林的優(yōu)勢景觀。雖然林地面積大幅增加，但灌木林地和其他林地NP、PD逐年增加，導致AREA-MN下降，造成斑塊破碎化程度加劇，斑塊形態(tài)趨于復雜化，這是由于退耕還林和呂梁山生態(tài)脆弱區(qū)治理工程等實施造成斑塊變化的結(jié)果。

表5 2008—2018年柳林縣類型水平上景觀指數(shù)變化Tab.5 Type level landscape index changes of Liulin county from 2008 to 2018

景觀水平上的景觀指數(shù)，是描述整個景觀尺度上的特征，通常用AREA_MN、CONTAG、SHDI、SHEI和FN等表示[21]。從表6可以看出，蔓延度10 a間上升0.21%，表明這一時期柳林主要地類的連通性有所上升。SHDI和SHEI分別從2008年的1.662 6、0.530 3減小為2018年的1.652 6和0.527 1，10 a間SHDI減小幅度為0.6%，反映出各組分差異變大，景觀異質(zhì)性降低，景觀組分趨于不平衡發(fā)展，10 a間SHEI減小幅度為0.6%，說明柳林縣多種優(yōu)勢景觀在小幅降低，對景觀整體的控制作用在減弱?？傊挚h景觀破碎格局加劇，斑塊形態(tài)趨于復雜化，景觀多樣性和異質(zhì)性降低。

表6 2008—2018年景觀格局指數(shù)變化Tab.6 Changes in landscape pattern index from 2008 to 2018

2.3 生境質(zhì)量時空變化特征

生境質(zhì)量高低代表生物多樣性的狀況，為了更好地分析生境質(zhì)量的變化，依據(jù)Natural Breaks將生境質(zhì)量分為高、較高、中、較低和低5個等級（表7），可以看出柳林縣生境質(zhì)量存在區(qū)域差異（圖2）。生境質(zhì)量的空間分布特征基本與土地利用現(xiàn)狀吻合，城鎮(zhèn)及公路用地的土地類型生境質(zhì)量較低，林地和草地的土地類型生境質(zhì)量較高。

表7 2008、2018年柳林縣生境質(zhì)量分級Tab.7 Habitat quality classification of Liulin county in 2008 and 2018

基于空間格局上來看，生境質(zhì)量整體呈現(xiàn)為“各等級生境質(zhì)量全域交互分布、局部集中”的空間分布格局，具體表現(xiàn)為東北部及東南部高等級生境質(zhì)量局部集中，中部縣城低等級生境質(zhì)量帶狀分布，其余空間高低等級相間分布。生境質(zhì)量低等級主要分布在柳林縣北部和城中心區(qū)域，面積占比最大，為44%，對應的景觀類型主要為交通用地和城鎮(zhèn)用地，主要是由于人類活動頻繁，生物生存的生境嚴重破壞，針對該區(qū)域特征可以通過沿線公路進行綠化美化，城鎮(zhèn)區(qū)域可以建設公共休閑綠地的方式提高生境；較低等級所占面積最小，僅為0.2%，零散地分布于城市中心區(qū)域和西南角的柳林鎮(zhèn)和三交鎮(zhèn)；境內(nèi)中等級生境質(zhì)量面積占比2.9%，主要分布于西南部的薛村鎮(zhèn)、石西鄉(xiāng)和三交鎮(zhèn)，是因為該區(qū)域以草地和園地利用為主；生境質(zhì)量為較高等級與低等級的區(qū)域，表現(xiàn)為相間分布特征，這是因為該區(qū)域溝坡存在一些原生林地以及人工護坡種植的防護林，生境質(zhì)量為較高等級區(qū)，溝谷主要為荒草地，植被覆蓋度低，生境質(zhì)量為低等級區(qū)；高等級的生境質(zhì)量地區(qū)大部分集中在東部和東南部的柳林鎮(zhèn)、陳家灣鄉(xiāng)、莊上鎮(zhèn)和金家灣鄉(xiāng)，均是由于這里存在大量的林地斑塊，甚至出現(xiàn)連片的林地，使得這里樹木茂盛，郁閉度高，植被覆蓋度高，生境質(zhì)量較好。生境質(zhì)量指數(shù)在0.8以上的區(qū)域主要分布在國營林場龍王塔和元昌山一帶的九溝十八洼，自然環(huán)境優(yōu)越，生物多樣性豐富，同時政府支持該區(qū)域的生態(tài)保護，因此一直保持著較高的生境質(zhì)量。從地貌類型來看，柳林縣呈現(xiàn)出山地平均生境質(zhì)量較高，臺地和丘陵生境質(zhì)量次之，平原生境質(zhì)量較差的趨勢，由于柳林縣位于丘陵溝壑區(qū)，溝壑較多，平原區(qū)域稀少，平原區(qū)域較多作為居民點，人類活動頻繁，破壞生境質(zhì)量，因此生境質(zhì)量較低；而山地由于海拔較高，林地多，斑塊面積大，蔓延度高，連通性好，人為干擾少，因此，山地生境質(zhì)量較高（圖2、表8）。

表8 2008—2018年柳林縣不同地貌特征的平均生境質(zhì)量變化Tab.8 Changes in the average habitat quality of different landforms of Liulin county from 2008 to 2018

基于時間尺度上來看，柳林縣的生境質(zhì)量指數(shù)從2008年的0.376減少為2018年的0.375，基本上沒有明顯的降低（表7），但是生境質(zhì)量不同等級面積占比卻呈現(xiàn)出一定的變化，2008—2018年，低級、較低級、中級和較高級的生境質(zhì)量地的面積所占比例出現(xiàn)不同程度的增加，分別增長了0.078%、0.010%、0.045%和0.133%；而高級生境質(zhì)量下降了0.258%。這一時期主要是部分生境好的林地、草地轉(zhuǎn)化為耕地，而土地整治、退耕還林等工程增加的林草地生境質(zhì)量尚在恢復期，達不到高等級質(zhì)量，導致生境質(zhì)量有一定的降低。從地形地貌特征來看，其中，平原地區(qū)生境質(zhì)量值減少幅度最大，從2008年的0.318減少到2018年的0.315，變化率為0.980%。其次是丘陵區(qū)，從2008年的0.328減少到2018年的0.326，變化率為0.558%。臺地和山地平均生境質(zhì)量減少幅度小，平原區(qū)平均生境質(zhì)量減少幅度大，可能是因為平原區(qū)多為人類居住的城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)的發(fā)展，人類活動豐富，導致平原區(qū)生境質(zhì)量比其他地貌區(qū)退化嚴重，臺地和山地人類活動少且存在一些生境類型的地類導致生境質(zhì)量退化度低。

2.4 生境質(zhì)量空間自相關(guān)分析

柳林縣的全局自相關(guān)分析可知，柳林縣2008—2018年生境質(zhì)量的Moran指數(shù)由0.094增加為0.121，表明該縣生境質(zhì)量在空間分布上正相關(guān)，且生境質(zhì)量的空間集聚性有所增強（圖3）。

由圖3可知，柳林縣生境質(zhì)量大部分區(qū)域局部空間不相關(guān)，“H-H”集聚區(qū)主要分布東南部的其他林地，主要位于柳林鎮(zhèn)的山地，表明該區(qū)域生境質(zhì)量良好，生物多樣性高。2008—2018年“H-H”集聚區(qū)分布面積小幅增加，表明該區(qū)域高等級生境質(zhì)量呈現(xiàn)擴展的趨勢，有利于水源涵養(yǎng)，減少入黃河泥沙?！癓-H”集聚區(qū)域主要位于北部和西南部，為孟門鎮(zhèn)、成家莊鎮(zhèn)和高家溝鄉(xiāng)；“H-L”集聚區(qū)主要分布于柳林縣的東南部，主要位于陳家灣鄉(xiāng)和金家莊鄉(xiāng)，2個區(qū)域均屬于低等級和較高等級生境質(zhì)量的區(qū)域，集聚效果差?！癓-L”區(qū)域未出現(xiàn)明顯的集聚，表明該區(qū)域生境質(zhì)量處于較低水平。

2.5 生境質(zhì)量冷熱點分析

柳林縣生境質(zhì)量空間冷熱點分布呈現(xiàn)出“北熱南冷”的格局（圖4）。熱點區(qū)域主要分布于西北部和東北部，這一區(qū)域主要包括孟門鎮(zhèn)、成家莊鎮(zhèn)、柳林鎮(zhèn)和李家灣鄉(xiāng)，這一區(qū)域植被覆蓋度高，主要地類為林地，生境質(zhì)量普遍較高；冷點區(qū)域主要分布于南部和東南部，以陳家灣鄉(xiāng)、金家莊鄉(xiāng)和留譽鎮(zhèn)為主，植被稀疏，植被覆蓋度低，主要地類為其他草地和旱地，生境質(zhì)量普遍較低；柳林縣中部存在大量的不顯著，這些區(qū)域主要分布著大量的柳林縣居民點、三川河及其相應的水利設施和道路等，由于該區(qū)主要為威脅因子，造成該區(qū)生境質(zhì)量較低。

從時間變化來看，2008—2018年，西北部的熱點的聚集性降低，熱點區(qū)域全部轉(zhuǎn)變?yōu)榇螣狳c區(qū)；東北部的熱點范圍有所下降，存在部分冷點轉(zhuǎn)為次冷點的區(qū)域；中部地區(qū)冷點轉(zhuǎn)為不顯著，南部大部分冷點區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙@著，小部分區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)槔潼c和熱點。

3 討論

3.1 土地利用變化對生境質(zhì)量的影響

土地利用方式的轉(zhuǎn)變將是環(huán)境影響的最大因素之一[26]，同時也成為生物多樣性、生境質(zhì)量降低的主要原因[27-28]。研究發(fā)現(xiàn)，2008—2018年柳林各土地利用變化幅度均低于10%，研究區(qū)平均生境質(zhì)量基本上沒有明顯的降低，但低等級的生境質(zhì)量提高，高等級的生境質(zhì)量存在下降趨勢。低等級的生境質(zhì)量提高，主要是由于柳林部分區(qū)域土地復墾、生態(tài)修復項目的實施，使得部分工礦建設用地復墾為耕地，生境質(zhì)量有所提高；而高等級生境區(qū)域是因為人類的開發(fā)利用導致林地轉(zhuǎn)化為草地，草地轉(zhuǎn)化為耕地，使生境類型等級降低或轉(zhuǎn)化為威脅因子，生境質(zhì)量降低。雖然土地利用變化幅度不大，但變化時引起斑塊數(shù)量增加，平均斑塊密度降低，導致斑塊破碎化程度加劇和斑塊形態(tài)趨于復雜化的情況可能分離生境斑塊，通過降低景觀的結(jié)構(gòu)連接度，從而降低生境質(zhì)量。由此看來，柳林雖然平均生境質(zhì)量無明顯變化，但柳林生境質(zhì)量存在降低的風險。因此，為了維持和提高生境質(zhì)量，柳林需要堅持對工礦用地進行生態(tài)修復，為了避免高等級生境質(zhì)量的降低，未來需要對生境質(zhì)量優(yōu)越的區(qū)域設置保護，重視空間配置，從而保護生態(tài)服務價值。

3.2 分區(qū)生境質(zhì)量差異分析

不同分類標準的劃分會形成特定環(huán)境的區(qū)域，區(qū)域環(huán)境不同對應的生境質(zhì)量也存在空間差異[29]。楊潔等研究表明[30]，黃河流域不同地貌類型的生境質(zhì)量存在差異，高等級生境質(zhì)量分布在人類活動不頻繁的秦嶺、太行山區(qū)等山地區(qū)域，較低等級主要分布在人類活動干擾程度高的關(guān)中盆地、渭河谷地以及黃河下游平原區(qū)，低等級分布于區(qū)域建設用地；黃河流域的生境質(zhì)量具有不同程度的變化，高等級和較低等級生境質(zhì)量提高，較低等級生境質(zhì)量降低。本試驗以研究區(qū)獨特的地貌特征進行分類，探究生境空間差異，結(jié)果表明，柳林不同地貌特征的生境質(zhì)量均下降，平原區(qū)生境質(zhì)量下降較明顯，山地區(qū)生境質(zhì)量下降較小，反映出不同區(qū)域為生物提供生存的能力不同。究其原因，山地有大面積的林地覆蓋，人類干擾強度小，生境適宜度高，生境質(zhì)量下降較小。平原區(qū)分布著大量的人居生活設施，耕地面積減少，生境適宜性弱，導致生境質(zhì)量比其他地貌區(qū)下降明顯。平原多為城鎮(zhèn)和村莊，只能通過增加道路沿線綠化和公共休閑綠地提高生境質(zhì)量，提高能力有限；而丘陵和臺地的地類多為其他草地和其他林地，可以通過補植退化林，人工栽植防護林提高生境質(zhì)量，提升空間較大，因此，丘陵和臺地區(qū)域是未來生態(tài)保護需要關(guān)注的地貌特征。由于不同區(qū)域存在生境質(zhì)量差異，未來的保護措施需要關(guān)注局部區(qū)域的功能和特點，有針對性的保護，實現(xiàn)生態(tài)功能的優(yōu)化?？傊?，決策者如何恢復生境質(zhì)量、提高臺地和丘陵區(qū)的生境、保護高等級生境不會退化是未來的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，2008—2018年柳林縣土地利用變化主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)及工礦用地減少，發(fā)揮著重要生態(tài)服務功能的林地、耕地和草地增加，呈現(xiàn)城鎮(zhèn)及工礦用地、水域及水利設施用地轉(zhuǎn)向林地、耕地、草地態(tài)勢。

2008—2018年景觀斑塊數(shù)量增加，景觀破碎化升高；蔓延度指數(shù)處于上升趨勢，景觀整體優(yōu)勢斑塊形成良好的連接，連通性有所上升；香農(nóng)多樣性指數(shù)也存在減少的趨勢，表明各景觀類型在景觀分布中均衡化程度較低，景觀異質(zhì)性減弱；香農(nóng)均勻度指數(shù)減少，說明區(qū)域內(nèi)景觀優(yōu)勢度在減少。柳林縣景觀破碎格局加劇，斑塊形態(tài)趨于復雜化，景觀多樣性和異質(zhì)性降低。

2008—2018年10 a間研究區(qū)平均生境質(zhì)量從0.376減少為0.375，基本上沒有明顯的降低，但是各地貌類型的平均生境質(zhì)量下降幅度不同，呈現(xiàn)平原地區(qū)生境質(zhì)量減少幅度大，丘陵生境質(zhì)量次之，山地和臺地生境質(zhì)量減少幅度小的趨勢。柳林縣生境質(zhì)量的空間分布格局整體為“各等級生境質(zhì)量全域交互分布、局部集中”，具體表現(xiàn)為東北部及東南部高等級生境質(zhì)量局部集中，中部縣城低等級生境質(zhì)量帶狀分布，其余空間高低等級相間分布。

柳林縣生境質(zhì)量全局空間分布上具有正相關(guān)，柳林縣生境質(zhì)量局部空間關(guān)聯(lián)類型特征為：大部分區(qū)域為不相關(guān)，“H-H”集聚區(qū)主要分布于東南部的其他林地，“L-L”零散的分布于柳林縣境。柳林縣生境質(zhì)量空間冷熱點分布呈現(xiàn)出“北熱南冷”的格局。

未來柳林資源經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的發(fā)展勢必會造成呂梁山生態(tài)脆弱區(qū)和當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的破壞，因此，在未來發(fā)展中追求經(jīng)濟發(fā)展的同時也要重視生態(tài)問題，尤其是需要針對不同地域特征和生境質(zhì)量差異性調(diào)整與優(yōu)化策略。