人類活動(dòng)及氣候變化影響下伊犁河谷生境質(zhì)量預(yù)測研究

隋 露， 閆志明， 李開放， 何佩恩， 馬英杰， 張汝萃

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院（法學(xué)院），新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)MPA教育中心，新疆 烏魯木齊 830052；3.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023）

生境質(zhì)量是指自然界提供給物種適宜生存條件的能力，它可以體現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的高低，是人類與自然和諧共生的先決條件［1］。隨著新型工業(yè)化和城市化建設(shè)的深入推進(jìn)，我國國土空間的開發(fā)利用格局發(fā)生了劇烈的變化，導(dǎo)致部分地區(qū)出現(xiàn)生境破碎化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低及生物多樣性衰減等現(xiàn)象，進(jìn)而對人類福祉構(gòu)成了威脅［2-3］。干旱半干旱區(qū)作為我國生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其惡劣的自然地理?xiàng)l件，導(dǎo)致其生境一旦退化將難以修復(fù)，這使得我國在生態(tài)文明建設(shè)過程中對該地域的生態(tài)演變狀況需倍加關(guān)注［4］。

有研究表明氣候變化和人類活動(dòng)是引起生境質(zhì)量演變的主要驅(qū)動(dòng)因素，二者共同作用于土地利用/覆被格局［5］。目前關(guān)于生境質(zhì)量的研究大多圍繞土地利用類型變更展開，隨著土地利用預(yù)測模型的出現(xiàn)和逐漸成熟，不少學(xué)者開展了未來發(fā)展情景下土地利用變化對生境質(zhì)量影響的研究，為認(rèn)識(shí)土地利用/覆被變化對生境質(zhì)量的影響奠定了良好的基礎(chǔ)［6-9］。然而，關(guān)于生境質(zhì)量的研究仍存在一些不足。首先，情景設(shè)置過程中忽略氣候因素對土地利用/覆被及生境質(zhì)量的影響。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）研究報(bào)告表明人類活動(dòng)已經(jīng)引發(fā)全球氣候變暖，預(yù)計(jì)到21 世紀(jì)中期這一現(xiàn)象仍將持續(xù)，這無疑提升了干旱半干旱區(qū)生態(tài)保護(hù)工作的挑戰(zhàn)［10］。其次，研究發(fā)現(xiàn)以往預(yù)測中，多情景設(shè)置普遍存在土地利用數(shù)量需求轉(zhuǎn)移設(shè)置較為隨意、主觀性極強(qiáng)的現(xiàn)象，這將造成生境質(zhì)量預(yù)測結(jié)果的不確定性，影響研究成果的實(shí)用性［11］。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）模型可以反映多個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)態(tài)變化及各組件功能之間的相互作用關(guān)系，是用于預(yù)測未來各種情況下，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為而建立的結(jié)構(gòu)模型［12-13］。將自上而下預(yù)測土地?cái)?shù)量需求的SD 模型與自下而上模擬土地空間分布的PLUS 模型相結(jié)合，可以更精準(zhǔn)地預(yù)測研究區(qū)未來土地變化趨勢［14］。

伊犁河谷作為新疆對外開放的西大門，在“一帶一路”建設(shè)中擁有著巨大的優(yōu)勢與潛力，因具有豐富的水土、光熱以及礦產(chǎn)資源，使其成為國家重要的農(nóng)牧業(yè)與能源基地［15］。20世紀(jì)80年代以來，農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展、礦產(chǎn)資源的挖掘、旅游業(yè)的興起等開發(fā)建設(shè)活動(dòng)加劇了對伊犁河谷生態(tài)環(huán)境的干擾。如何處理生態(tài)安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾，已經(jīng)成為該地區(qū)規(guī)劃建設(shè)亟待解決的問題［16］?；诖耍疚耐ㄟ^耦合SD-PLUS與InVEST模型，預(yù)測2035年4種典型氣候情景下（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5）土地利用/覆被及生境質(zhì)量時(shí)空演變，為伊犁河谷國土資源優(yōu)化配置及生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

伊犁河谷（80°09′～84°56′E，42°14′～44°50′N）位于中國新疆西北部，隸屬于伊犁哈薩克自治州。該流域北、東、南三面環(huán)山，海拔介于532～5741 m，地勢東高西低、東窄西寬，形似朝西開口的喇叭狀［17］（圖1）。伊犁河谷為溫帶大陸性氣候，獨(dú)特的地形地貌特征，使其常年受到大西洋水汽的滋養(yǎng)，氣候溫和濕潤。該地區(qū)年均氣溫為10.4 ℃，年均降水量為417.6 mm，高海拔區(qū)降水量可達(dá)1000 mm，擁有著“獨(dú)立濕島”的美譽(yù)［18］。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文使用的1980—2020 年土地利用、人口密度、GDP、年均氣溫、年均降水量、河流、道路數(shù)據(jù)來源于中科院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn/）；高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.gscloud.cn/）；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》《伊犁哈薩克自治州統(tǒng)計(jì)年鑒》；未來人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、城鎮(zhèn)化率數(shù)據(jù)來源于共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑（SSPs）人口和經(jīng)濟(jì)格點(diǎn)化數(shù)據(jù)集及中國省級城鎮(zhèn)化率預(yù)測數(shù)據(jù)集中的共享研究成果［19-20］；未來氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)來源于CMIP6 氣候數(shù)據(jù)集（https://esgfnode.llnl.gov/search/cmip6/）中北京氣象中心發(fā)布的BCC-CSM2-MR模式。

1.3 研究方法

1.3.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）模型SD 模型將研究區(qū)域視為一個(gè)相對獨(dú)立的地域系統(tǒng)，在Vensim軟件的幫助下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真模擬。在借鑒前人經(jīng)驗(yàn)［21-22］的基礎(chǔ)上，構(gòu)建適合伊犁河谷的仿真模型。如圖2 所示，本研究設(shè)計(jì)的仿真模型由經(jīng)濟(jì)、人口、氣候及土地利用子系統(tǒng)4部分構(gòu)成。該模型根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部存在的信息反饋機(jī)制，建立各子系統(tǒng)之間的因果關(guān)系，通過反復(fù)調(diào)試輔助變量和水平變量間的作用關(guān)系，確定系統(tǒng)流圖及數(shù)學(xué)方程式。模擬構(gòu)成分為2步，第一步為利用收集到的2010—2020年歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模型檢驗(yàn)；第二步為在精度達(dá)到要求的基礎(chǔ)上，預(yù)測2020—2035年多情景下土地利用數(shù)量需求。

圖2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）模型結(jié)構(gòu)Fig.2 SD model structure

1.3.2 斑塊生成土地利用模擬（PLUS）模型PLUS模型是由網(wǎng)格斑塊生成的土地利用變化模擬模型，它可以更好地探究各地類變化的誘因，模擬幾米范圍內(nèi)土地利用斑塊層面的變化。該模型包括土地?cái)U(kuò)張分析策略（LEAS）和基于多類隨機(jī)斑塊種子的元胞自動(dòng)機(jī)（CARS）2個(gè)模塊［23-24］，LEAS模塊可以對2 期土地利用變化之間的擴(kuò)張部分進(jìn)行提取和分析，并結(jié)合隨機(jī)森林算法則挖掘各地類的發(fā)展概率和各驅(qū)動(dòng)因素貢獻(xiàn)率；CARS 模塊結(jié)合隨機(jī)種子生成和閾值遞減機(jī)制，模擬發(fā)展概率約束下的斑塊自動(dòng)生成。在PLUS 模型中，使用LEAS 模塊分析2015—2020 年的土地?cái)U(kuò)張情況；然后根據(jù)2015—2020年各地類的轉(zhuǎn)移規(guī)律設(shè)置領(lǐng)域權(quán)重。

1.3.3 氣候情景設(shè)置氣候情景是一種特殊的設(shè)定，它基于一系列科學(xué)假設(shè)，合理地描述了未來氣候狀況的時(shí)空分布。第六次國際耦合模式比較計(jì)劃將共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑（SSPs）與最新的人為排放趨勢（RCPs）結(jié)合，預(yù)測了未來氣候變化趨勢，為預(yù)測未來氣候變化情景下生境質(zhì)量的演變提供了可能性［25-26］（表1）。

表1 氣候情景描述Tab.1 Description of climate scenarios

1.3.4 生境質(zhì)量評估本研究應(yīng)用InVEST模型中的Habitat quality 模塊生成棲息地質(zhì)量圖，反映伊犁河谷生境質(zhì)量狀況［27］，計(jì)算公式如下：

式中：Qxj為地類j在空間單元x處的生境指數(shù)；Hj為地類j的生境適宜性；z為模型默認(rèn)值；k為半飽和參數(shù)；Dxj為地類j在空間單元x處的生境脅迫水平，計(jì)算公式如下：

式中：R為威脅因子；Yr為威脅因子r的數(shù)量；wr為威脅因子r的權(quán)重；ry為空間單元y中威脅因子r的數(shù)量；irxy為空間單元y中威脅因子r對空間單元x的影響；βx為空間單元x受保護(hù)程度；Sjr為地類j對威脅因子r的敏感程度。

本研究選取受人類活動(dòng)干擾較大的耕地、建設(shè)用地、未利用地、鐵路及高速公路作為威脅因子，并結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn)［28-29］設(shè)定威脅因子及各地類生境適宜性等參數(shù)，具體見表2、表3。

表2 威脅因子影響距離及權(quán)重Tab.2 Impact distance and weight of threat factors

表3 生境適宜性及敏感度Tab.3 Habitat suitability and sensitivity

2 結(jié)果與分析

2.1 SD-PLUS集成模型精度檢驗(yàn)

SD模型模擬結(jié)果顯示，2020年各類變量的模擬值與實(shí)際值之間的相對誤差控制在±3%以內(nèi)（表4），這表明該模型具有較高的模擬精度，可以有效地預(yù)測研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化。將模擬得出的各類土地需求柵格數(shù)輸入PLUS 模型中，得到2020年伊犁河谷土地利用空間分布模擬結(jié)果（圖3）。PLUS模擬結(jié)果總準(zhǔn)確率為0.97，Kappa系數(shù)為0.94，F(xiàn)OM 值為0.10，模擬結(jié)果的分布特征與河谷范圍內(nèi)的實(shí)際分布高度吻合，所選的3 個(gè)局部地區(qū)在土地利用類型的空間分布上也表現(xiàn)出高度的一致性。以上結(jié)果表明，SD-PLUS 集成模型所構(gòu)建的系統(tǒng)流圖、數(shù)學(xué)方程式、各類用地的發(fā)展概率及驅(qū)動(dòng)因素符合伊犁河谷地區(qū)的實(shí)際情況，可以有效地呈現(xiàn)研究區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)，適用于伊犁河谷地區(qū)未來土地利用/覆被變化的建模。

表4 SD模型模擬精度檢驗(yàn)Tab.4 SD model simulation accuracy check

圖3 2020年實(shí)際與模擬土地利用類型分布Fig.3 Distributions of actual and simulated land use types in 2020

2.2 伊犁河谷土地利用/覆被演變

伊犁河谷土地利用/覆被類型以草地、耕地、林地為主，三者面積約占研究區(qū)總面積的85%左右。1980—2020年，伊犁河谷各地類面積呈現(xiàn)“4增2減”的變化趨勢。其中，耕地、建設(shè)用地、未利用地、水域面積分別提升了2793.30 km2、383.75 km2、295.14 km2、83.70 km2；草地、林地面積分別降低了3324.82 km2、231.07 km2。40 a 間，伊犁河谷土地轉(zhuǎn)移面積為6002.29 km2，其中草地轉(zhuǎn)出面積最大，占轉(zhuǎn)出比例的71.42%，草地分別向耕地、未利用地、建設(shè)用地、水域面 積 轉(zhuǎn) 移 了3516.12 km2、255.03 km2、202.37 km2、153.43 km2，這說明草地為該4類用地面積增加的主要貢獻(xiàn)主體（表5）。此外，值得注意的是，受“三山夾兩谷”獨(dú)特地形地貌特征的影響，導(dǎo)致該地區(qū)適宜人類開發(fā)建設(shè)的面積有限，40 a 間建設(shè)用地在擴(kuò)張的過程中蠶食了高達(dá)295.04 km2的城郊優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。

表5 1980—2020年各地類面積轉(zhuǎn)移矩陣Tab.5 Area transfer matrix by land type from 1980 to 2020

SD-PLUS 集成模型預(yù)測結(jié)果顯示，未來15 a 間耕地、林地、草地面積主要呈現(xiàn)下降趨勢，水域、建設(shè)用地、未利用地面積主要呈現(xiàn)上升趨勢（圖4）。SSP1-2.6情景下，林地、草地、水域此類生態(tài)用地面積占比大于其他3 種情景，該情景下未利用地得到有效開發(fā)，建設(shè)用地面積增長最為緩慢。SSP5-8.5情景下，生態(tài)用地面積下降幅度最大，建設(shè)用地面積驟增，大肆采礦、無節(jié)制的燃燒化石燃料等人類盲目擴(kuò)張活動(dòng)，導(dǎo)致南北天山永久冰川消融、雪線提升，水域、未利用地面積大幅增加。與上述2種情景相比，SSP2-4.5情景與當(dāng)前發(fā)展模式類似，SSP3-7.0情景注重局部地區(qū)優(yōu)先發(fā)展，這2種情景下各類用地面積變化介于SSP1-2.6情景與SSP5-8.5情景2種極端氣候情景之間，波動(dòng)相對較小。

2.3 伊犁河谷生境質(zhì)量評估

將SD 模型預(yù)測的各種發(fā)展情景下土地利用數(shù)量需求輸入PLUS 模型中，以可視化呈現(xiàn)伊犁河谷2035年多情景下土地利用演變。在InVEST 模型中輸入處理好的土地利用及威脅源圖層、威脅源及生境適宜性表格、半飽和參數(shù)等數(shù)據(jù)，以評估伊犁河谷生境質(zhì)量演變狀況。生境指數(shù)值域介于[0,1]之間，指數(shù)越大代表其生境質(zhì)量越好。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，將其生境評估結(jié)果劃分為4個(gè)等級，分別為生境低值區(qū)（0.0～0.3）、較低值區(qū)（0.3～0.6）、較高值區(qū)（0.6～0.9）、高值區(qū)（0.9～1.0）。

整體上來看，伊犁河谷生境質(zhì)量狀況較好，生境等級以較高值區(qū)為主，占據(jù)研究區(qū)總面積的60%左右（表6）。從時(shí)間尺度上看，1980、1990、2000、2010、2020 年伊犁河谷生境指數(shù)均值分別為0.7581、0.7398、0.7331、0.7216、0.7209，呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。從空間尺度上來看，伊犁河谷生境質(zhì)量成條帶狀嵌套式分布（圖5a～e）。生境等級的高低

與研究區(qū)土地利用/覆被類型有著密切的聯(lián)系，生境質(zhì)量高值區(qū)及較高值區(qū)主要分布在植被覆蓋度高的林草地區(qū)域，這些地區(qū)往往地形崎嶇，受人類活動(dòng)干擾少，生境質(zhì)量較好；生境質(zhì)量低值區(qū)及較低值區(qū)主要分布在河谷城市群、南北天山冰川積雪覆蓋區(qū)及沖擊平原耕作區(qū)，這些地區(qū)受人類活動(dòng)影響較大，資源環(huán)境相對脆弱。

表6 伊犁河谷生境指數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.6 Habitat index statistics of the Ili River Valley

圖5 1980—2035年伊犁河谷生境質(zhì)量分布Fig.5 Habitat quality distributions of the Ili River Valley from 1980 to 2035

耦合SD-PLUS 模型與InVEST 模型預(yù)測伊犁河谷未來生境質(zhì)量（圖5f～i），研究結(jié)果顯示該區(qū)域2035年不同氣候情景下，生境指數(shù)均值皆呈下降態(tài)勢，不同發(fā)展情景下生境指數(shù)均值排序分別為：SSP1-2.6>SSP2-4.5>SSP3-7.0>SSP5-8.5。與2020年相比，SSP1-2.6 情景下，生境均值下降最少為0.0005，生境質(zhì)量高值區(qū)面積提升0.2%，生境低值區(qū)面積低于其他3種發(fā)展情景；SSP2-4.5情景下，生境均值下降0.0068，生境高值區(qū)比例與2020 年持平，生境低值區(qū)比例僅高于SSP1-2.6 情景；SSP3-7.0 情景下，生境均值下降較為顯著達(dá)0.0094，較高值區(qū)比例下降高達(dá)0.89%，較低值區(qū)比例僅次于SSP5-8.5 情景；SSP5-8.5 情景下，生境均值下降最為顯著達(dá)0.0141，相較其他3種發(fā)展情景，該情景下生境高值區(qū)比例最低，生境低值區(qū)比例最高。

2.4 伊犁河谷生境退化研究

生境退化是指由人類活動(dòng)及自然因素引起的生境質(zhì)量下降和支撐生物群落能力減弱的現(xiàn)象，其作為生境質(zhì)量的度量指標(biāo)，對于維持區(qū)域生物多樣性和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要影響。為準(zhǔn)確定位伊犁河谷生境退化區(qū)，本文運(yùn)用ArcGIS 10.8中柵格計(jì)算器工具，將兩期生境質(zhì)量柵格圖層疊加分析，得到伊犁河谷一定時(shí)域內(nèi)的生境質(zhì)量退化圖。如圖6所示，1980—2020年，伊犁河谷大部分區(qū)域生境質(zhì)量較為穩(wěn)定，科古琴山-博羅克努山南麓及哈爾克他烏山-那拉提山北麓地區(qū)受地形條件影響，降雨豐沛，植被生長旺盛，受人類活動(dòng)影響較小，生境退化不明顯。生境退化顯著區(qū)主要分布在伊犁河-鞏乃斯河流及特克斯河流谷地的農(nóng)業(yè)耕作帶，其中“伊-霍”城市群生境退化聚集程度較高，可克達(dá)拉市工業(yè)園區(qū)的大量建設(shè)導(dǎo)致其生境退化最為嚴(yán)重；鞏留縣東北部及新源縣西北部地區(qū)農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展超出了自然資源的承載力，使得其生境質(zhì)量下降也較為明顯。此外，昭蘇縣天馬養(yǎng)殖業(yè)及旅游業(yè)的發(fā)展，也為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的保護(hù)造成了一定的壓力。

圖6 1980—2020年伊犁河谷生境質(zhì)量演變Fig.6 Habitat quality evolution of the Ili River Valley from 1980 to 2020

為使本文的研究成果更具參考價(jià)值，本研究使用分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具，將生境質(zhì)量退化均值按行政單元可視化呈現(xiàn)，并按自然斷點(diǎn)法將生境退化度劃分為5級，分別定義為冷點(diǎn)區(qū)、次冷點(diǎn)區(qū)、不顯著區(qū)、次熱點(diǎn)區(qū)、熱點(diǎn)區(qū)。SSP1-2.6 情景下，以生境退化冷點(diǎn)區(qū)為主，生境退化不明顯。SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5 情景下，生境退化熱點(diǎn)區(qū)、次熱點(diǎn)區(qū)及次冷點(diǎn)區(qū)都有所增加。生態(tài)退化熱點(diǎn)區(qū)縣域數(shù)量占比排名為：SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP2-4.5，其中伊寧市的巴彥岱鎮(zhèn)在以上3 種情景下，均為生境質(zhì)量退化的熱點(diǎn)區(qū)域；霍爾果斯及都拉塔邊境口岸、新源縣的種羊場及公安農(nóng)場、鞏留縣的牛場及綜合農(nóng)場等農(nóng)牧業(yè)基地均面臨生境質(zhì)量退化風(fēng)險(xiǎn)。從縣域上來看，伊寧縣、察布查爾錫伯自治縣、鞏留縣、新源縣、霍城縣生境質(zhì)量退化較為顯著，尼勒克縣、昭蘇縣、特克斯縣生境質(zhì)量較為穩(wěn)定。從生境重心轉(zhuǎn)移上看（圖7），2035年4種氣候情景下，生境低值區(qū)重心及較高值區(qū)重心轉(zhuǎn)移較為明顯，高值區(qū)及較低值區(qū)重心變幅較小。生境低值區(qū)重心及較高值區(qū)重心均向東南轉(zhuǎn)移，SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5 情景下，生境低值重心分別向東南轉(zhuǎn)移43.83 km、25.24 km、32.24 km、35.57 km；生境較高值區(qū)重心分別向東南轉(zhuǎn)移42.21 km、60.73 km、67.65 km、66.28 km。研究結(jié)果表明，伊犁河谷在今后的發(fā)展過程中需要加強(qiáng)東南部地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)力度，預(yù)防人類活動(dòng)及氣候變化引起的草地退化及生態(tài)斑塊破碎化。

圖7 2035年多情景下生境退化及重心轉(zhuǎn)移Fig.7 Habitat degradation and center of gravity shift under multiple scenarios in 2035

3 討論

3.1 伊犁河谷生境質(zhì)量的預(yù)測研究

構(gòu)建生境質(zhì)量評價(jià)模型，預(yù)測未來不同發(fā)展情景下河谷地區(qū)生態(tài)演變及退化狀況，對當(dāng)?shù)夭扇〈胧╊A(yù)防生態(tài)環(huán)境惡化具有一定的參考價(jià)值。本研究綜合考慮人類活動(dòng)及氣候因素對生境質(zhì)量的影響，彌補(bǔ)了當(dāng)下生境質(zhì)量預(yù)測研究中對氣候變化考慮較少的缺陷。此外，在土地利用預(yù)測過程中運(yùn)用SD-PLUS集成模型，將共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑下的人口、城鎮(zhèn)化率、地區(qū)生產(chǎn)總值及CMIP6 模式下的氣溫、降水等多源數(shù)據(jù)輸入SD模型。SD模型依據(jù)研究區(qū)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建土地利用反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)未來多種氣候情景下，伊犁河谷土地利用數(shù)量需求的預(yù)測，并將預(yù)測結(jié)果輸入到PLUS模型中實(shí)現(xiàn)土地利用空間分布格局的模擬。SD-PLUS集成模型的結(jié)合減少了土地利用預(yù)測中各地類轉(zhuǎn)移量設(shè)置的隨意性及不確定性，使得模擬效果更加精準(zhǔn)。研究結(jié)果表明，1980—2020 年，伊犁河谷地區(qū)生境質(zhì)量持續(xù)下降，2035 年4 種典型氣候情景下，生境指數(shù)均值皆保持下降趨勢，伊犁河谷地區(qū)生態(tài)問題不容樂觀，這與朱增云等［28］的研究結(jié)果較為一致。

3.2 生境質(zhì)量對土地利用/覆被變化的響應(yīng)

伊犁河谷生境質(zhì)量等級與土地利用類型有著密切的聯(lián)系。從生境質(zhì)量等級空間分布上來看，伊犁河谷生境質(zhì)量高值及較高值區(qū)主要分布在的地形崎嶇的林草地覆被區(qū)，低值及較低值區(qū)主要分布在人類活動(dòng)集聚區(qū)及南北天山未利用地覆被區(qū)。從生境退化度上來看，過去40 a間，退化區(qū)主要分布在伊犁河-鞏乃斯河流域及特克斯河流域，這些地區(qū)受人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響，地類發(fā)生轉(zhuǎn)變進(jìn)而導(dǎo)致河流沿岸地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低、生境質(zhì)量減退。從土地開發(fā)強(qiáng)度上來看，伊犁河谷土地開發(fā)強(qiáng)度為：SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP2-4.5>SSP1-2.6，研究結(jié)果顯示土地的開發(fā)強(qiáng)度往往與生境質(zhì)量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，這與楊志鵬等［30］的研究結(jié)果具有一致性。從生境質(zhì)量重心轉(zhuǎn)移上來看，生境低值區(qū)與生境較高值區(qū)重心轉(zhuǎn)移最為明顯，這與研究區(qū)南部及東部地區(qū)大面積草地退化為未利用地，東南部的生態(tài)斑塊破碎化相關(guān)，與閆俊杰等［31］的研究結(jié)果具有一致性。以上結(jié)論從不同角度，充分地證明了土地利用變化對生境質(zhì)量的影響，由此可見合理地進(jìn)行伊犁河谷地區(qū)國土空間規(guī)劃，是改善該地區(qū)生境質(zhì)量的有效途徑。

3.3 伊犁河谷生態(tài)系統(tǒng)管理的建議及展望

作為我國西部大開發(fā)的戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)，地處于亞歐大陸腹地中部的伊犁河谷，被四周極其干旱的沙漠與戈壁包圍，加強(qiáng)伊犁河谷生態(tài)保護(hù)修復(fù)對筑牢中國西北部生態(tài)安全屏障具有重要意義。盡管該地區(qū)頒布了《伊犁河谷生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例》《伊犁河谷百萬畝生態(tài)經(jīng)濟(jì)林建設(shè)和生態(tài)修復(fù)工程規(guī)劃》等生態(tài)治理規(guī)劃條例，但預(yù)測結(jié)果顯示，2035 年不同氣候情景下，伊犁河谷生境質(zhì)量仍呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢。伊犁河谷生境質(zhì)量與土地利用/覆被類型密切相關(guān)，合理地進(jìn)行國土資源優(yōu)化配置是提升該地區(qū)生境質(zhì)量、防范生境退化的有效抓手。為解決該地區(qū)草地面積持續(xù)下降、建設(shè)用地“攤大餅式”擴(kuò)張、城郊耕地資源被蠶食3 大主要生態(tài)問題，伊犁河谷在今后發(fā)展過程中需嚴(yán)格遵循《伊犁州直國土空間總體規(guī)劃（2021—2035 年）》，通過構(gòu)建河谷及沿邊城鎮(zhèn)發(fā)展軸，進(jìn)一步加強(qiáng)伊寧市、霍爾果斯市、新源縣的區(qū)域中心功能，推動(dòng)國土集聚開發(fā)，引導(dǎo)人口和產(chǎn)業(yè)的相對集中布局。同時(shí)，著重夯實(shí)農(nóng)業(yè)強(qiáng)州的空間基礎(chǔ)，加強(qiáng)耕地資源保護(hù)，保障糧食生產(chǎn)安全，嚴(yán)格執(zhí)行耕地和永久基本農(nóng)田保護(hù)任務(wù)，以防止耕地的“非農(nóng)化”和“非糧化”，并推進(jìn)補(bǔ)充耕地儲(chǔ)備庫的整改和提質(zhì)工作。在草原生態(tài)保護(hù)方面，繼續(xù)實(shí)施補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，對草畜平衡、草原禁牧和牧民生產(chǎn)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)和補(bǔ)助，此外加強(qiáng)對草地退化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，提升草地覆蓋度和產(chǎn)出能力。

本研究耦合SD-PLUS與InVEST模型，預(yù)測伊犁河谷典型氣候情景下土地利用/覆被和生境質(zhì)量時(shí)空格局演變，為伊犁河谷生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)和參考。然而，本研究也存在著一定的不足。首先，在運(yùn)用SD模型進(jìn)行氣候情景預(yù)測過程中使用到多源數(shù)據(jù)，其中未來人口、城鎮(zhèn)化率、地區(qū)生產(chǎn)總值、氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)為全球或全國尺度，數(shù)據(jù)的精確性及數(shù)據(jù)之間的匹配度有待進(jìn)一步考量。其次，伊犁河谷地形復(fù)雜、地勢起伏較大，根據(jù)賈磊等［32］、劉長雨等［33］的研究結(jié)果顯示，在山地城市地形梯度效應(yīng)對生境質(zhì)量有著絕對性的影響，未來可從地形因子視角探究伊犁河谷生境質(zhì)量的地形梯度效應(yīng)，以期為區(qū)域生物多樣性保護(hù)和生態(tài)安全格局構(gòu)建提供科學(xué)參考依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）本文使用SD-PLUS集成模型模擬未來土地利用類型數(shù)量和空間演變，其中SD模型在確定土地利用需求時(shí)，誤差控制在±3%以內(nèi)；PLUS 模型模擬結(jié)果總準(zhǔn)確率為0.97，Kappa 系數(shù)為0.94，F(xiàn)OM 值為0.1，說明SD-PLUS模型適用于伊犁河谷未來土地利用/覆被演變及生境質(zhì)量預(yù)測研究。

（2）1980—2020 年，伊犁河谷各地類面積呈現(xiàn)“4 增2 減”的變化趨勢。SD-PLUS 模型預(yù)測研究結(jié)果顯示，2035 年4 種氣候情景下，伊犁河谷耕地、林地、草地面積主要呈現(xiàn)下降趨勢，水域、建設(shè)用地、未利用地面積主要呈現(xiàn)上升趨勢。

（3）伊犁河谷生境質(zhì)量等級與土地利用/覆被類型密切相關(guān)，生境高值區(qū)主要分布在林草地覆被區(qū)，生境低值區(qū)主要分布在人類活動(dòng)集聚區(qū)及南北天山未利用地覆被區(qū)。1980—2020年，伊犁河谷生境指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢。2035 年4 種氣候情景下，生境指數(shù)持續(xù)走低，生境指數(shù)均值分別為0.7204、0.7141、0.7115、0.7068。

（4）1980—2020 年，伊犁河谷生境退化區(qū)主要集中在伊犁河-鞏乃斯河流域及特克斯河流域。2035 年4 種氣候情景下，生境退化程度排名為SSP5-8.5>SSP3-7.0>SSP2-4.5>SSP1-2.6。伊寧市的巴彥岱鎮(zhèn)、霍爾果斯及都拉塔邊境口岸、新源縣的種羊場及公安農(nóng)場、鞏留縣的牛場及綜合農(nóng)場等地面臨生境質(zhì)量退化風(fēng)險(xiǎn)。伊犁河谷今后的發(fā)展過程中需預(yù)防人類活動(dòng)及氣候變化引起的草地退化及生態(tài)斑塊破碎化，防止生境質(zhì)量低值及較高值區(qū)向東南部轉(zhuǎn)移。