治溝造地背景下延安市生境質(zhì)量時(shí)空演變特征

王 晶,胡 一,李 鵬,白清俊

1 陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710075 2 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院,西安 710048 3 西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院，西安 710054

黃土高原位于黃河流域中部,是中國(guó)古代文化的搖籃,同時(shí)也是“人-地”關(guān)系矛盾最突出的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略中具有十分重要的地位。延安市是黃土高原最具代表性的城市,作為21世紀(jì)中國(guó)規(guī)模最大的生態(tài)環(huán)境建設(shè)項(xiàng)目“退耕還林工程”的重點(diǎn)區(qū)和示范區(qū),延安市在退耕還林工程期間,生態(tài)環(huán)境顯著提升[1—2],但是隨著工程深入推進(jìn),產(chǎn)生了耕地面積減少,糧食安全危機(jī)等問(wèn)題[3—4],且隨著城市發(fā)展和紅色旅游的興起,人口增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化發(fā)展增強(qiáng)了對(duì)可利用土地的需求。因此,針對(duì)黃土高原丘陵溝壑區(qū)特殊地貌,為增加耕地面積,保障糧食安全,延安市啟動(dòng)了集壩系建設(shè)、舊壩修復(fù)、鹽堿地改造、荒溝閑置土地開發(fā)利用和生態(tài)建設(shè)為一體的治溝造地工程[1]。

生境質(zhì)量是指生態(tài)系統(tǒng)提供適宜物種生存和持續(xù)發(fā)展的能力,是衡量區(qū)域生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的重要指標(biāo)[5]。土地利用類型在空間上的配置不同,其生境質(zhì)量也有所差異。人類活動(dòng)能夠改變土地資源及其利用方式,土地利用變化對(duì)生境斑塊之間物質(zhì)流、能量流的循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生影響,從而影響區(qū)域的生境質(zhì)量、分布格局和演變特征[6—7]。隨著3S技術(shù)的發(fā)展,相比較傳統(tǒng)實(shí)地調(diào)查采樣評(píng)估生境質(zhì)量的方法,模型由于空間分析功能、數(shù)據(jù)獲取、評(píng)估精度、動(dòng)態(tài)性等方面的優(yōu)勢(shì),越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于生境評(píng)價(jià),如InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型[8]、SoLVES(Social Values for Ecosystem Services)模型[9]、ARIES(Artificial Intelligence for Ecosystem Services)模型[10]等。其中,InVEST模型生境質(zhì)量模塊(Habitat Quality)中基于生境脅迫評(píng)估生境質(zhì)量的方法在生境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)估和時(shí)空變化分析方面應(yīng)用更加廣泛[6]。國(guó)外學(xué)者多使用模型評(píng)估某種野生動(dòng)物的生境質(zhì)量[11—12]；國(guó)內(nèi)學(xué)者的相關(guān)研究集中在流域[13—14]、省[15—16]、城市[17]、區(qū)域[18—19]尺度的土地利用和生境質(zhì)量時(shí)空變化,以及人類活動(dòng)對(duì)生境質(zhì)量的影響[20]。

有學(xué)者指出延安的造地運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞水系和生態(tài)系統(tǒng)[21],治溝造地工程引起的地下水位變化還會(huì)導(dǎo)致土壤鹽漬化問(wèn)題[22]；但也有研究表明治溝造地項(xiàng)目能顯著提升區(qū)域植被覆蓋率,改善生態(tài)環(huán)境[23],促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性演化[24]。目前前人對(duì)治溝造地工程生態(tài)環(huán)境影響的研究基本圍繞項(xiàng)目開展,工程實(shí)施前后區(qū)域生境質(zhì)量是如何變化的？治溝造地與生境質(zhì)量變化是否存在相關(guān)性？這些問(wèn)題尚不明確。因此,本文以延安市為研究對(duì)象,基于遙感影像數(shù)據(jù),運(yùn)用ArcGIS和InVEST 模型定量分析了2010—2018年治溝造地前后延安市土地利用和生境質(zhì)量的時(shí)空演變,剖析治溝造地與區(qū)域生境質(zhì)量變化的關(guān)系,為治溝造地生態(tài)效益評(píng)價(jià)、黃土高原生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策支撐。

1 研究區(qū)概況

延安市(35°20′39″—37°53′31″N,107°38′59″—110°34′46″E)位于黃土高原腹地,黃河中游,東西寬256 km,南北長(zhǎng)236 km,總面積37037 km2。屬半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候,冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨,多年平均降水量為562.1 mm,7—9月降雨相對(duì)集中,且多暴雨,易誘發(fā)滑坡、水土流失等災(zāi)害。全年平均氣溫9 ℃,平均無(wú)霜期179 d,農(nóng)作物一年一熟有余,兩熟不足。延安市屬黃土丘陵溝壑區(qū),地勢(shì)西北高東南低,北部以黃土梁峁、溝壑為主,占全市總面積72%；南部以黃土塬溝壑為主,占總面積19%；石質(zhì)山地占總面積9%?！案闪魃钋?支溝密布”是延安市河流水系分布的主要特征,境內(nèi)1000 m以上溝道20889條。區(qū)內(nèi)地形破碎,溝壑縱橫,沖溝下切強(qiáng)烈,地形坡度較大,水土流失嚴(yán)重。延安市轄1區(qū)12縣、16個(gè)街道辦事處、84個(gè)鎮(zhèn)、12個(gè)鄉(xiāng),總?cè)丝?19萬(wàn)。2020年,延安市生產(chǎn)總值(GDP)1601.48億元,占陜西省的6.1%。

延安市治溝造地工程于2010年在寶塔區(qū)和子長(zhǎng)、延川兩縣先行試點(diǎn),2012年9月被列入國(guó)家土地整治重大項(xiàng)目給予支持,2013年11月正式批復(fù)[25]。項(xiàng)目涉及全市13個(gè)縣區(qū),共197個(gè)子項(xiàng)目,集中實(shí)施在2013—2017年,完成建設(shè)規(guī)模36986.22 hm2,新增耕地7848.72 hm2,建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田28233.29 hm2,完成投資36.64億元(表1)。同時(shí),2010年延安市退耕還林工程已進(jìn)入成果鞏固階段,全市森林覆蓋率達(dá)36.6%,區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到很大恢復(fù)。2013年,延安市啟動(dòng)新一輪退耕還林工程,計(jì)劃逐步將25°以上坡耕地全部退耕還林,實(shí)現(xiàn)陡坡全綠化、林草全覆蓋。

表1 延安市各區(qū)縣治溝造地工程實(shí)施規(guī)模

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

延安市2010、2018兩期土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(分辨率均為30 m)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。其中,2010年數(shù)據(jù)由LandsatTM遙感影像數(shù)據(jù)解譯而成,2018年數(shù)據(jù)用Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)解譯而成。按照劉紀(jì)遠(yuǎn)等[26]建立的LUCC分類系統(tǒng),將土地利用類型分為6個(gè)一級(jí)分類和18個(gè)二級(jí)類型。治溝造地工程規(guī)模數(shù)據(jù)來(lái)自延安市治溝造地領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室。

2.2 研究方法

2.2.1 生境質(zhì)量

采用 InVEST模型Habitat Quality模塊對(duì)延安市治溝造地前后生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。該模型利用每種地類威脅的相對(duì)影響、生境類型對(duì)每一種威脅的相對(duì)敏感性,生境柵格與威脅源之間的距離,用生境質(zhì)量作為連接生物多樣性與不同土地覆被類型之間的指標(biāo)。首先計(jì)算生境退化度[8]：

(1)

(2)

(3)

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(gè)數(shù)；Yr為威脅因子的柵格個(gè)數(shù)；Wr為威脅因子r的權(quán)重；ry為柵格y的脅迫值；irxy為柵格y的威脅因子ry對(duì)柵格x的脅迫水平；βx為威脅因子對(duì)柵格x的可達(dá)性(本文不考慮法律保護(hù)程度因子,因此將βx設(shè)為 1)；Sjr為生境類型j對(duì)威脅因子r的敏感度；dxy為柵格x(生境)與柵格y(威脅因子)的直線距離；drmax為威脅因子r的最大脅迫距離。生境退化度介于 0—1 之間,值越大退化程度越明顯。

生境質(zhì)量計(jì)算公式：

(4)

式中：Qxj為生境類型j中x柵格的生境質(zhì)量指數(shù)；Dxj為生境類型j中柵格x所受脅迫水平；k為半飽和系數(shù),一般設(shè)置為生境退化程度最大值的1/2,z為模型默認(rèn)參數(shù),值為2.5；Hj為生境類型j的生境適宜度,取值在 0—1之間；生境質(zhì)量值在 0—1 之間,值越高生境質(zhì)量越好。

根據(jù)模型參數(shù)值設(shè)置原則[5]、相關(guān)文獻(xiàn)[15—18]以及熟悉該區(qū)域?qū)＜业慕ㄗh,將受人類活動(dòng)干擾大的城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、耕地、工礦交通用地及裸地定為威脅因子,生境質(zhì)量威脅因子影響距離、權(quán)重以及各土地利用類型對(duì)生境威脅因子的敏感度具體數(shù)據(jù)見表2、3。

表2 威脅因子影響距離與權(quán)重

2.2.2 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)是對(duì)空間臨近的區(qū)域單元屬性值相似程度和空間關(guān)聯(lián)模式的定量描述,用于揭示相鄰地域間某種地理現(xiàn)象在空間上的分布特征以及變量間的聚集程度,分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。本文用這兩種分析方法進(jìn)一步探討延安市生境質(zhì)量在空間上的分布規(guī)律。

全局空間自相關(guān)分析可以判別區(qū)域整體生態(tài)質(zhì)量的空間關(guān)聯(lián)情況,用于描述生境質(zhì)量在整個(gè)區(qū)域上有無(wú)集聚效應(yīng),本文利用Moran′sI指數(shù)來(lái)探究延安市空間相關(guān)性,其計(jì)算公式為[27]：

(5)

式中,xi和xj為協(xié)調(diào)效率的觀測(cè)值；Wij為i和j的權(quán)重連接矩陣；Moran′sI的值介于 -1—1 之間,大于0 表示空間單元屬性呈正相關(guān),反之表示負(fù)相關(guān),值越大表示相關(guān)程度越高；趨于0,則表明空間單元隨機(jī)分布。

局部空間自相關(guān)可以識(shí)別局部相鄰區(qū)域間要素和屬性的關(guān)聯(lián)模式,本文采用Anselin[28]提出的空間關(guān)系局域指標(biāo)LISA (Local indicators of spatial associations) 來(lái)識(shí)別延安市每個(gè)柵格的生境質(zhì)量與其周圍柵格生境質(zhì)量的空間差異程度及其顯著性水平,揭示生境質(zhì)量在空間上同一屬性值的集聚和離散特征。其計(jì)算公式為：

(6)

式中：zi、zj分別為區(qū)域i、j上觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)化。

表3 不同土地利用類型生境適宜度及其對(duì)威脅因子敏感性

3 結(jié)果與分析

3.1 延安市土地利用動(dòng)態(tài)變化特征

由表4可以看出,草地、林地和耕地是延安市土地利用面積最大的類型,比例分別約為47%,26%和25%,三者面積占延安市總面積的99%以上。其中林地主要分布在延安市西南和東南兩側(cè)黃陵、黃龍、宜川、富縣幾個(gè)區(qū)縣,耕地在子長(zhǎng)、寶塔、洛川三縣分布較為集中,草地同時(shí)分布在全市各個(gè)區(qū)縣(圖1)。二級(jí)分類中,面積最大的是草地中的中覆蓋草地、耕地中的旱地和林地中的疏林地。

表4 延安市2010—2018年土地利用類型變化

圖1 2010和 2018年延安市土地利用類型圖Fig.1 Land use of Yan ′an city in 2010 and 2018

從2010—2018年延安市土地利用類型面積變化來(lái)看,主要為耕地、林地、草地三者互相轉(zhuǎn)化。林地、建設(shè)用地、未利用地及水域面積均有增加,其中疏林地面積增加最大,為139.22 km2；草地、耕地面積有所減少,其中高覆蓋草地面積下降最多,為145.92 km2。從土地利用變化比例來(lái)看,研究時(shí)段未利用地面積增加幅度最大,為118.3%,其次為建設(shè)用地19.96%(表4)。研究期間,延安市各類用地面積維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),建設(shè)用地有了較大幅度的增加,但占延安市面積比例不到1%,土地開發(fā)強(qiáng)度控制在合理范圍內(nèi)。

3.2 延安市生境質(zhì)量時(shí)空變化特征

3.2.1 時(shí)間變化

基于InVEST模型的生境質(zhì)量模塊得到延安市2010年和2018年的生境質(zhì)量空間分布圖,利用 ArcGIS的等間法將研究結(jié)果劃分為低(0,0.2)、較低(0.2,0.4)、中等(0.4,0.6)、較高(0.6,0.8)、高(0.8,1)5個(gè)等級(jí)(圖2),各生境質(zhì)量等級(jí)的土地面積見表5。

圖2 2010和 2018年延安市生境質(zhì)量空間分布Fig.2 Spatial distribution of habitat quality of Yan ′an city in 2010 and 2018

表5 2010和 2018年延安市不同等級(jí)生境質(zhì)量面積

從時(shí)間尺度上看,2010和2018延安市生境質(zhì)量平均值分別為0.5914和0.5906,生境情況處于中等水平,8年間生境質(zhì)量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),降幅為1.4%。生境質(zhì)量指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差從0.2511上升至0.2521,表明生境質(zhì)量在空間上差異在擴(kuò)大。由表5可以看出,較高等級(jí)生境質(zhì)量面積最大,占到研究區(qū)面積的一半以上,其次是低等級(jí)生境質(zhì)量,占比26%左右,高和中等兩個(gè)級(jí)別各占約12%和10%,較低等級(jí)生境質(zhì)量占比小于1%。2010— 2018年間,較高、中等和低等級(jí)生境質(zhì)量面積有較小程度的變化。低等級(jí)生境質(zhì)量面積趨于上升,增長(zhǎng)了0.12%,較高和中等等級(jí)的生境質(zhì)量面積趨于下降,分別下降0.05%和0.09%。總體來(lái)講,由于組成延安市主要土地利用類型的草地、林地和耕地的比例較為穩(wěn)定,全市整體生境質(zhì)量變化較小。

3.2.2 空間變化

從空間分布上看,延安市生境質(zhì)量表現(xiàn)出明顯的空間分異特征,生境質(zhì)量分布與土地利用類型分布大體一致,林地分布區(qū)域的生境質(zhì)量較高,耕地和建設(shè)用地集中分布區(qū)域生境質(zhì)量較低。為進(jìn)一步探究延安市不同區(qū)域生境質(zhì)量變化,根據(jù)延安市行政區(qū)劃,將不同等級(jí)生境質(zhì)量面積按照不同區(qū)縣統(tǒng)計(jì)(表6)。生境質(zhì)量較高的區(qū)縣為黃陵、黃龍、宜川、富縣,這幾個(gè)縣分布在延安市東南和西南部,均為陜西省五大林區(qū),雨水相對(duì)充沛,自然條件較好,林草覆蓋率高,生境適宜性高,且有眾多自然保護(hù)區(qū),是全省重要的生態(tài)保護(hù)和水源涵養(yǎng)區(qū),因此生境質(zhì)量普遍較高。生境質(zhì)量較低的區(qū)縣為子長(zhǎng)縣、安塞縣、延川縣、吳起縣和洛川縣。子長(zhǎng)、安塞、延川、吳起四縣分布于延安市北部,該區(qū)域?yàn)楦咴瓬貛О敫珊祬^(qū),降雨量低,自然環(huán)境及植被覆蓋率相對(duì)較差,以中低覆蓋度草地及耕地分布較廣,為延安市生境質(zhì)量主要的低值區(qū)；而洛川雖然自然條件較好,但海拔較低的河谷耕種條件好,生境質(zhì)量更容易受到人類干擾,因此生境質(zhì)量也較差。

表6 2010—2018年延安市各區(qū)縣生境質(zhì)量變化

2010—2018 年間延安市生境質(zhì)量空間分布格局較為類似,除延長(zhǎng)和宜川兩縣外,其他區(qū)縣生境質(zhì)量都有降低的趨勢(shì)。生境質(zhì)量降低最顯著區(qū)域?yàn)閷毸^(qū),與城市擴(kuò)張區(qū)域基本重合,因?yàn)槌擎?zhèn)化程度加深和旅游業(yè)的發(fā)展,寶塔區(qū)城市中心建設(shè)用地逐漸增多,一部分中等質(zhì)量和較高質(zhì)量的生境區(qū)域轉(zhuǎn)化為低質(zhì)量,所以生境質(zhì)量指數(shù)降低。黃陵、富縣、洛川和黃龍幾縣也有相當(dāng)幅度的下降,這一區(qū)域主要分布在延安市南部,基本由于較高質(zhì)量的生境面積減少,低質(zhì)量的生境面積增加,導(dǎo)致整體生境質(zhì)量下降。其余縣域生境質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定,變化幅度較小。

3.3 空間自相關(guān)分析

利用 ArcGIS 軟件計(jì)算研究區(qū)生境質(zhì)量的 Moran′sI指數(shù),延安市2010和2018年Moran′sI指數(shù)分別為0.2719(P=0,Z=93)和0.2410(P=0,Z=92),表明延安市生境質(zhì)量具有一定空間正相關(guān)性,在空間上存在聚集特征,即生境質(zhì)量較高的區(qū)域傾向于與其他生境質(zhì)量較高的區(qū)域毗鄰,而生境質(zhì)量較低的區(qū)域傾向與其他生境質(zhì)量較低的區(qū)域毗鄰。2018年Moran′sI指數(shù)比2010年有所降低,表明生境質(zhì)量的空間集聚程度有分散的趨勢(shì)。

根據(jù)生境質(zhì)量LISA集聚分析(圖3),延安市“H-H”集聚區(qū)域面積占全市面積的10.86%,連片分布于延安西南部的林區(qū),該區(qū)域生境質(zhì)量普遍較好,因此出現(xiàn)高值聚集,其他呈不連續(xù)的片、點(diǎn)狀分布于全市；“L-L”集聚區(qū)面積占5.93%,主要呈密集點(diǎn)狀分布于西北部生境質(zhì)量低值區(qū)的吳起縣以及東部的延長(zhǎng)、延川兩縣；“H-L”聚集區(qū)占比為5.89%,大部分位于志丹、安塞、子長(zhǎng)三縣；“L-H”聚集區(qū)占比較小，為4.85%,未出現(xiàn)明顯的集中分布。從時(shí)間變化來(lái)看,2010—2018年,“H-H”集聚區(qū)增加0.77%,在黃龍縣北部聚集范圍增加,而在西南部的黃陵縣、富縣聚集面積減??；“L-L”集聚區(qū)增加0.72%,主要增加在東部延川、延長(zhǎng)、宜川幾縣；“H-L”聚集區(qū)減少了0.9%,主要在西南部黃陵縣、富縣交界處減少；“L-H”聚集區(qū)研究期間上升了1.32%,集中出現(xiàn)在寶塔區(qū)城鎮(zhèn)附近,這一區(qū)域因城市建設(shè)、資源開發(fā)等人類活動(dòng)對(duì)生境的威脅,而導(dǎo)致生境呈點(diǎn)狀退化。

圖3 2010和 2018年延安市生境質(zhì)量LISA集聚圖Fig.3 Local indicators of spatial associations (LISA) agglomeration of habitat quality of Yan ′an city in 2010 and 2018

3.4 生境質(zhì)量與治溝造地指標(biāo)的相關(guān)分析

基于皮爾遜相關(guān)系數(shù),本文采用SPSS 18.0軟件,對(duì)延安市13個(gè)區(qū)縣治溝造地工程實(shí)施規(guī)模數(shù)據(jù)(表1)與生境質(zhì)量變化值(表6)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明(表7),2010—2018年,治溝造地工程對(duì)延安市不同區(qū)縣生境質(zhì)量變化的影響存在差異,其中建設(shè)規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)模與投資金額與生境質(zhì)量變化呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.1),項(xiàng)目個(gè)數(shù)和新增耕地面積與生境質(zhì)量變化無(wú)顯著相關(guān)性。相關(guān)分析表明治溝造地工程對(duì)生境質(zhì)量有一定的負(fù)面影響。隨著工程實(shí)施人為擾動(dòng)和土地利用方式的變化,不可避免引起生境質(zhì)量的下降。但是整體來(lái)看,延安市生境質(zhì)量變化幅度不大。

表7 治溝造地工程實(shí)施指標(biāo)與生境質(zhì)量變化相關(guān)性

從延安市治溝造地規(guī)模和生境質(zhì)量分布中可以看出,延安市由于各區(qū)縣生境特征不同,在生態(tài)保護(hù)、糧食安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中承擔(dān)著不同的角色,治溝造地工程的實(shí)施重點(diǎn)及其對(duì)生境質(zhì)量變化的影響也有差異。寶塔區(qū)是延安市的市政府所在區(qū)域,承擔(dān)著城市政治和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的任務(wù),快速城鎮(zhèn)化使得該區(qū)域大量耕地被建設(shè)用地占用,需要實(shí)施治溝造地集約發(fā)展農(nóng)業(yè),提高經(jīng)濟(jì)和人口承載能力；因此寶塔區(qū)是延安市實(shí)施治溝造地面積最大、新增耕地最多、建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田最多的區(qū)域,工程實(shí)施加之城市建設(shè),使寶塔區(qū)成為生境質(zhì)量下降最為顯著的區(qū)域；東部子長(zhǎng)、延川、延長(zhǎng)幾縣地勢(shì)較為低緩,有較為適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)的地形基礎(chǔ)，但目前未發(fā)揮出糧食生產(chǎn)的潛力，因此實(shí)施治溝造地面積較大,且以改善土地質(zhì)量、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量為目標(biāo)實(shí)施,新增高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積較大單位投資較多,但不會(huì)大規(guī)模改變土地利用類型,因此生境質(zhì)量變化較??；延安市南部,尤其是黃陵、黃龍兩縣是重要的生態(tài)功能地區(qū),其主要任務(wù)是保護(hù)生態(tài),涵養(yǎng)水源,創(chuàng)造生態(tài)產(chǎn)品和價(jià)值,這一區(qū)域以集中連片林地為主,雖然治溝造地實(shí)施規(guī)模不大,新增耕地少,但景觀的破碎化仍引起了生境質(zhì)量一定程度的下降；北部的吳起、志丹、安塞幾縣生態(tài)環(huán)境本底條件不好,實(shí)施治溝造地的主要目標(biāo)在于有效提高農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施水平,全力保障和改善民生,因此生境質(zhì)量?jī)H小幅下降。

4 討論

4.1 延安市土地利用和生境質(zhì)量變化

與退耕還林時(shí)期相比[29],8年來(lái),延安市土地利用類型維持在較穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)變化中,生境質(zhì)量雖然有下降的趨勢(shì),但幅度不大。2010年起,退耕還林工程進(jìn)入成果鞏固階段,實(shí)施力度小于上一時(shí)期,同時(shí)治溝造地工程開始大規(guī)模開展,使得這一時(shí)期的農(nóng)業(yè)用地和生態(tài)用地做到了較好的協(xié)調(diào),在一定程度上保障了延安各種用地資源的平衡。這與侯孟陽(yáng)等[30]研究結(jié)果中預(yù)測(cè)的延安市耕地與草地林地達(dá)到平衡狀態(tài)的結(jié)果一致。這一時(shí)期,延安市GDP從2010年的885.42億元增加到2018年的1558.91億元,經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展,尤其是隨著紅色旅游的興起,第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)了176.8%[31],而建設(shè)用地?cái)U(kuò)張?jiān)诔鞘邪l(fā)展中往往必不可免,相比較黃土高原其他區(qū)域[32—33],延安市的城市擴(kuò)張保持在可控范圍內(nèi),沒有出現(xiàn)大面積的生境質(zhì)量退化。

土地整治等人類活動(dòng)通過(guò)對(duì)土地資源及其利用方式進(jìn)行再組織和再分配,作用于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)而改變區(qū)域生境質(zhì)量及其分布格局和功能[6]。雖然治溝造地工程實(shí)施過(guò)程中對(duì)土地的擾動(dòng)及生境破碎化對(duì)項(xiàng)目區(qū)的生境質(zhì)量產(chǎn)生了負(fù)面影響,但通過(guò)田塊整合、水資源調(diào)控、改善農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等措施,科學(xué)優(yōu)化土地利用格局和結(jié)構(gòu),減弱了這種負(fù)面影響。鐘麗娜[6]、單薇[34]等對(duì)土地整治后的生境質(zhì)量研究也表明,通過(guò)對(duì)土壤的改良和景觀格局的優(yōu)化,最終改善了項(xiàng)目區(qū)整體的生境質(zhì)量,在整治完成3—5年后,生境質(zhì)量開始逐漸好轉(zhuǎn)。

4.2 治溝造地背景下延安市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)同發(fā)展

黃土高原在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里是中國(guó)生態(tài)環(huán)境最為脆弱的區(qū)域之一,當(dāng)時(shí)區(qū)域發(fā)展的重點(diǎn)是遏制水土流失、改善生態(tài)環(huán)境。通過(guò)十多年的生態(tài)治理,生態(tài)環(huán)境顯著提高[35],但耕地面積以平均每年10%的速度持續(xù)減少,同時(shí)食物生產(chǎn)能力下降了16%[36],糧食生產(chǎn)供應(yīng)不足極有可能威脅到退耕還林的成果。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng),人地矛盾不斷增大。因此區(qū)域發(fā)展不能單單追求生境質(zhì)量的提高,必須同時(shí)權(quán)衡生態(tài)保護(hù)、糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展多重目標(biāo)。

經(jīng)濟(jì)效益是土地生態(tài)質(zhì)量的重要組成,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)能夠推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及升級(jí),進(jìn)而提高地區(qū)的生態(tài)效率,有利于保護(hù)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境[37]。如果單純?cè)谏鷳B(tài)保護(hù)建設(shè)中做出經(jīng)濟(jì)發(fā)展的犧牲,也會(huì)引發(fā)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、生態(tài)效率低下。因此,延安市根據(jù)不同區(qū)域的生境特征與差異,以及角色、功能和定位,有針對(duì)性地進(jìn)行開發(fā)與保護(hù),通過(guò)對(duì)土地利用格局的改變,合理規(guī)劃土地利用,防止經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境惡化,在保證生境質(zhì)量較為穩(wěn)定的同時(shí),有效緩解了區(qū)域內(nèi)耕地面積大幅下降、食物生產(chǎn)能力不足的現(xiàn)狀,保證了耕地紅線和糧食安全,平衡了生態(tài)保護(hù)與農(nóng)民生計(jì)的沖突,實(shí)現(xiàn)了生態(tài)安全與糧食安全、高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護(hù)之間的平衡關(guān)系。未來(lái)應(yīng)該進(jìn)一步因地制宜制定相應(yīng)的優(yōu)化策略,通過(guò)綠色產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展經(jīng)濟(jì),加強(qiáng)生態(tài)紅線區(qū)域的環(huán)境保護(hù),防止經(jīng)濟(jì)發(fā)展引起的環(huán)境惡化,促進(jìn)地區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的最優(yōu)權(quán)衡。

4.3 展望

本研究基于InVEST模型對(duì)延安市生境質(zhì)量時(shí)空演變進(jìn)行分析,既能得出定量分析結(jié)果,也能將生境質(zhì)量結(jié)果可視化分析,同時(shí)將延安市主要的土地利用類型進(jìn)行了二級(jí)共18個(gè)分類,詳細(xì)的計(jì)算了生境質(zhì)量指數(shù),有利于得出更加細(xì)化的生境質(zhì)量變化,為黃土高原生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展制定科學(xué)政策提供依據(jù)。研究的不足及未來(lái)需要改進(jìn)的方面主要有：(1)僅分析評(píng)價(jià)了治溝造地工程與工程背景下延安市各區(qū)縣生境質(zhì)量變化之間的相關(guān)關(guān)系,缺少治溝造地區(qū)域的空間表達(dá),下一步,在獲取治溝造地項(xiàng)目空間信息的基礎(chǔ)上,利用空間分析手段得出治溝造地與生境質(zhì)量的關(guān)系,為科學(xué)評(píng)價(jià)治溝造地生態(tài)效益提供更有效的理論依據(jù)；(2)未考慮土地質(zhì)量提升對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量的影響。下一步,進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù),綜合考慮耕地質(zhì)量,深入分析治溝造地對(duì)項(xiàng)目區(qū)生境質(zhì)量及其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能如水源涵養(yǎng)、土壤保持等的影響,為這一區(qū)域其他生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒和參考。

5 結(jié)論

(1)延安市的土地利用類型主要為草地、林地和耕地,三者面積占延安市總面積的99%以上,二級(jí)分類中面積最大的是草地中的中覆蓋草地、耕地中的旱地和林地中的疏林地。2010—2018年間延安市土地利用變化處于較穩(wěn)定狀態(tài),主要為耕地、林地、草地三者互相轉(zhuǎn)化。

(2)延安市2010和2018生境質(zhì)量平均值分別為0.5914和0.5906,處于中等水平,較高等級(jí)生境質(zhì)量面積占50%以上,呈現(xiàn)東南和西南高,北部較低的分布格局；2010—2018年間,延安市生境質(zhì)量下降了1.4%,無(wú)劇烈變化,寶塔區(qū)生境質(zhì)量由于城市擴(kuò)張降低最為顯著。

(3)延安市生境質(zhì)量具有一定的空間聚集性,“H-H”集聚區(qū)主要位于西南部林區(qū),“L-L”集聚區(qū)主要位于西北部的吳起縣以及東部的延長(zhǎng)、宜川兩縣；2010—2018年間生境質(zhì)量的空間集聚程度有分散的趨勢(shì),中部呈現(xiàn)較大的點(diǎn)狀退化。

(4)治溝造地工程對(duì)延安市生境質(zhì)量有一定的負(fù)面影響,由于各區(qū)縣的生境特征不同,治溝造地工程的實(shí)施重點(diǎn)及其對(duì)生境質(zhì)量變化的影響有差異。