基于InVEST模型的贵州山区不同地貌区生境退化程度评估*

郜红娟，蔡广鹏，张朝琼，罗绪强

(1.贵州师范学院 地理与旅游学院，贵州　贵阳550018；2.贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵州　贵阳 550001)



基于InVEST模型的贵州山区不同地貌区生境退化程度评估*

郜红娟1，蔡广鹏2，张朝琼2，罗绪强1

(1.贵州师范学院 地理与旅游学院，贵州贵阳550018；2.贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵州贵阳 550001)

基于2012年土地利用数据，利用InVEST生境质量模型对贵州省麻江县低山丘陵、岩溶槽谷和中山峡谷3种地貌类型区的生境退化程度进行评价。结果表明：3种地貌类型区的主导土地利用类型均为耕地和林地，而草地、城镇工矿用地、农村居民点和水域相对较小。平均生境退化程度为低山丘陵>岩溶槽谷>中山峡谷。低山丘陵生境退化程度高值和低值分别分布于中东部河谷和西部山区。岩溶槽谷生境退化程度高值和低值分别分布于中部、南部槽谷底部和槽谷两侧。中山峡谷生境退化程度高值和低值分别分布于中北部峡谷底部和峡谷两侧高山。随坡度增加，3种地貌区的平均生境退化程度降低。不同地貌类型区的平均生境退化程度在各坡度带变化趋势亦有所不同。

生境退化；不同地貌；InVEST模型；山区；贵州

贵州省地处喀斯特山区，该区具有环境容量低、生态环境系统变异敏感度高、空间转移能力强、承灾能力弱等特征，属典型的生态脆弱区[1]。受恶劣自然条件以及快速的社会经济发展影响，贵州山区生态环境不断恶化，生态环境问题日趋严峻[2]。因此，对喀斯特山区生态环境退化程度进行评估对区域可持续发展具有重要的意义。

目前，对生境退化的研究多集中于单一物种[3]、河流[4]以及海岸带[5]的生境退化评估,研究方法多利用GIS技术以及指标法[6]。如张艳红利用GIS技术，分析了扎北自然保护区丹顶鹤(Grusjaponensis)适宜生境的动态变化，发现丹顶鹤适宜生境面积不断萎缩，破碎化现象严重，保护区内适宜生境呈现明显的退化特点[7]。然而这些研究很少涉及西南喀斯特山区，更鲜有针对微观不同地貌区的研究。同时鲜有学者利用InVEST模型进行生境退化评估。InVEST模型中的生境质量评估模块是基于土地利用/覆盖数据对区域生境退化程度进行评估，具有快速简便，适宜不同区域尺度、空间化显示效果好等特点[8]。

麻江县是典型的喀斯特山区。随着西部大开发的深入，人类活动对该区生态环境的压力越来越大，生态环境问题不断凸显。由于喀斯特山区微观地貌差异突出，人类活动对其环境压力也不同，从而使得不同地貌生态环境问题存在差异。因此，本研究以麻江县的龙山镇(低山丘陵)、贤昌镇(岩溶槽谷)和坝芒乡(中山峡谷)作为研究对象，利用InVEST生境质量模型对不同地貌区的生境退化程度进行分析，以期为该地区生态环境保护及土地利用优化提供参考依据。

1　研究区概况

麻江县(107°18′～107°53′E、26°17′～26°37′N)位于云贵高原东部，贵州省中部，清水江上游，是黔东南苗族侗族自治州西大门。全县土地总面积1 222.2km2，其中喀斯特出露面积1 005.12km2，占土地总面积的82.24%。气候属亚热带季风湿润气候，年平均气温14～16℃，年降雨量1 200～1 500mm。全县以山地为主，其中低山、低中山、丘陵、河谷及盆地占土地总面积的78.4%。龙山镇位于县域东部，以低山丘陵为主，坡度起伏小，平均海拔700m。贤昌镇位于县域中南部，以岩溶槽谷为主，平均海拔930m。坝芒乡位于县域西南部，以中山峡谷为主，平均海拔1 300m。至2012年底，龙山镇、贤昌镇和坝芒乡农村人均纯收入分别为5 670元、5 030元和4 033元(图1)。

图1　研究区区位

2　研究方法

2.1数据来源

土地利用/覆被数据来源于由麻江县国土局提供的2012年土地利用变更数据库，根据研究区土地利用特点及InVEST模型运行需要将土地利用/覆被类型划分为耕地、林地、草地、城镇工矿用地、农村居民点和水域6种(图2)。坡度数据来源于中国科学院计算机网络信息中心下载的GDEM SLOPE数据(分辨率30m×30m)(图1)，利用ArcGIS软件将坡度按照等间距法划分为0～5°、5°～10°、10°～15°、15°～20°、20°～25°和>25°共6级。

图2　2012年不同地貌区土地利用情况

2.2InVEST生境质量模型

InVEST模型是由斯坦福大学、大自然保护协会、世界自然基金会共同开发，旨在评估区域生态系统服务[9]。其中生境质量评估模块是基于土地利用/覆被数据，利用生境类型敏感度和外界威胁强度得到生境退化程度的空间分布。该模块运行所需数据包括：土地利用/覆被图、生境威胁因子图层(包括威胁权重、威胁距离等)和生境类型对威胁因子的敏感度图层[10]。其中，威胁因子主要包括农田、城镇工矿和农村居民点。威胁因子特征以及生境类型对威胁因子的敏感度是依据研究区特点，相关文献[11～12]和模型使用指南[13]进行确定(表1和表2)。

表1　威胁因子特征

表2　生境类型对威胁因子的敏感度

3　结果与分析

3.1土地利用

林地和耕地是3种地貌区的主要地类，分别占土地总面积的50%和20%以上。林地面积比例为低山丘陵(龙山镇)<岩溶槽谷(贤昌镇)<中山峡谷(坝芒乡)；耕地面积比例为中山峡谷(坝芒乡)<岩溶槽谷(贤昌镇)<低山丘陵(龙山镇)；其他地类面积比例在3种地貌区土地总面积中均相对较小。其中，城镇工矿用地和农村居民点面积比例为低山丘陵(龙山镇)<中山峡谷(坝芒乡)<岩溶槽谷(贤昌镇)；草地面积比例为岩溶槽谷(贤昌镇)<低山丘陵(龙山镇)<中山峡谷(坝芒乡)；水域面积比例为岩溶槽谷(贤昌镇)<中山峡谷(坝芒乡)<低山丘陵(龙山镇)(表3)。中山峡谷(坝芒乡)地形限制较大，人类活动强度较小，林地和草地比例较大；岩溶槽谷(贤昌镇)和低山丘陵(龙山镇)地形限制相对较小，人类活动强度较大，耕地比例较大。

表3　不同地貌区土地利用

从空间上看，低山丘陵(龙山镇)耕地和草地多集中于中东部地区，林地多集中于中部和西部地区，城镇工矿用地、农村居民点和水域多分布于东部和中北部；岩溶槽谷(贤昌镇)耕地、城镇工矿用地、农村居民点和水域多分布中部和南部的槽谷底部，林地和草地多集中于槽谷两侧地区；中山峡谷(坝芒乡)耕地、城镇工矿用地、农村居民点和水域多分布中北部峡谷地区，林地和草地多集中峡谷两侧山地(图2)。受山地地形的限制，耕地、城镇工矿用地和农村居民点多分布在坡度较缓的地区，林地和草地多分布坡度较陡地区。

3.2生境退化程度

不同地貌类型的平均生境退化程度差异突出，低山丘陵(龙山镇)平均生境退化程度较大，为0.051，岩溶槽谷(贤昌镇)平均生境退化程度居中，为0.046，而中山峡谷(坝芒乡)平均生境退化程度较小，仅为0.034。

从空间上看，低山丘陵(龙山镇)生境退化程度高值呈散点状分布，多集中于中东部河谷地区，而低值多分布于西部；岩溶槽谷(贤昌镇)生境退化程度高值呈集中连片分布，多集中于中部和南部地区，而低值集中于槽谷两侧；中山峡谷(坝芒乡)生境退化程度高值呈线状分布，多沿中部河谷延伸，而低值多分布于河谷两侧(图3)。由于地貌区不同，坡度不同，生境退化程度不同。耕地、城镇工矿用地和农村居民点分布于中南部宽阔的槽谷底部，从而使得中南部生境退化程度较高，而槽谷两侧高山地带的生境退化程度较低。中山峡谷(坝芒乡)的河谷较窄，耕地、城镇工矿用地和农村居民点高度集中于峡谷底部，这使该区峡谷地带生境退化程度较高，周边高山地区生境退化程度较低。

图3　不同地貌区生境退化程度空间分布

随着坡度的增加，3种地貌区的平均生境退化程度均呈递减趋势。在0～5°之间，中山峡谷(坝芒乡)平均生境退化程度较强，岩溶槽谷(贤昌镇)退化程度较弱，而低山丘陵(龙山镇)退化程度居中。在5°～15°之间，低山丘陵(龙山镇)退化程度较强，中山峡谷(坝芒乡)退化程度较弱，而岩溶槽谷(贤昌镇)退化程度居中。在>15°以上坡度，低山丘陵(龙山镇)退化程度较强，岩溶槽谷(贤昌镇)退化程度较弱，而中山峡谷(坝芒乡)退化程度居中(图4)。

图4　　　　不同地貌区生境平均退化程度在各坡度带上特点

4　讨论与结论

4.1讨论

地形是影响种群分布格局、维持群落多样性的重要因子[14～15]。研究表明地貌的不同对人类活动产生有利或不利的影响[16]，从而使得各地貌区土地利用分布格局有所不同，这种差异进而又导致各地貌区生境退化程度的差异[17]。如中山峡谷(坝芒乡)地形限制较大，人类活动强度较小，自然植被比例较大(林地和草地)。岩溶槽谷(贤昌镇)和低山丘陵(龙山镇)地形限制相对较小，人类活动强度较大，人工植被比例较大(耕地)，从而使得中山峡谷(坝芒乡)生境退化程度较小，而岩溶槽谷(贤昌镇)和低山丘陵(龙山镇)生境退化程度较大。从3种地貌微观差异看，中山峡谷(坝芒乡)的河谷较窄，耕地、城镇工矿用地和农村居民点高度集中于峡谷底部，这使该区峡谷地带生境退化程度较高，周边高山地区生境退化程度较低。岩溶槽谷(贤昌镇)河谷较宽(2～5km)，耕地、城镇工矿用地和农村居民点分布于中南部宽阔的槽谷底部，从而使得中南部生境退化程度较高，而槽谷两侧高山地带的生境退化程度较低。低山丘陵(龙山镇)东部多为平缓的低山，西部山地海拔较高，这使得耕地、城镇工矿用地和农村居民点多分布于中东部，而林地和草地多分布于西部，这也导致该区生境退化程度空间存在差异。另外，由于受山地地形的限制，耕地、城镇工矿用地和农村居民点多分布于坡度较缓的地区，林地和草地多集中于坡度较陡地区，使得坡度越陡的地区生境退化程度越低。

4.2结论

(1)耕地和林地是3种地貌类型区的主要土地利用类型，草地、城镇工矿用地、农村居民点和水域面积比例较小。耕地、城镇工矿用地、农村居民点、水域多分布于地形低平的河谷，林地和草地多分布于坡度较陡的山地。

(2)就平均生境退化程度而言，低山丘陵较大，岩溶槽谷居中，中山峡谷较小。从空间格局看，低山丘陵生境退化程度高值集中于中东部河谷，低值多分布于西部山区；岩溶槽谷生境退化程度高值集中于中部和南部槽谷底部，低值集中于槽谷两侧；中山峡谷生境退化程度高值多沿中北部峡谷底部延伸，而低值多分布于峡谷两侧高山。3种地貌区的平均生境退化程度均呈随坡度增加而递减趋势。不同地貌类型区的平均生境退化程度在各坡度带变化趋势有所不同。

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Assessment of Habitat Degradation in Different Landforms of Mountainous Area in Guizhou Province

GAO Hong-juan1， CAI Guang-peng2，ZHANG Chao-qiong2，LUO Xu-qiang1

(1.College of Geography and Tourism,Guizhou Normal College,Guiyang Guizhou 550018,P.R.China;2.College of Geography and Environmental Sciences,Guizhou Normal University,Guiyang Guizhou 550001,P.R.China)

This paper evaluated the habitat degradation degree in three different landforms of low hill,karst ridge-trough and medium-high mountain-gorge using the InVEST habitat quality model based on the data of land use in 2012.The results showed that cultivated land and forest land were the dominant land use types in three different landforms.The area of grassland,industrial and mining land,rural settlement and water body were relatively small.Average habitat degradation degree was low hill>karst ridge-trough>medium-high mountain-gorge.The high value and low value of habitat degradation degree in low hill were distributed in valleyof mid-east part and mountain area of west part,respectively.The high value and low value of habitat degradation degree in karst ridge-trough were located in the bottom of ridge-trough of south-central part and both sides of ridge-trough,respectively.The high value and low value of habitat degradation degree in medium-high mountain-gorge were located in the bottom of gorgeof north-central part and mountain area on both sides of gorge,respectively.Average habitat degradation degree declined with the increase of slope.There were great differences of average habitat degradation degree for three landforms in each slope level.

habitat degradation;different landforms; InVEST model; mountainous area;Guizhou

2015-08-27

贵州省环境科学教学团队项目(黔高教)[2012]426号，贵州省优秀青年科技人才培养对象专项资金项目(黔科合人字[2015]21号)。

郜红娟(1981-)，女，讲师，主要从事自然资源开发与区域规划研究。 E-mail：cgp1963@126.com

简介：蔡广鹏(1963-)，男，副教授，主要从事土地利用与规划研究。E-mail：cjp013@sina.com

X 171

A

1672-8246(2016)04-0090-06

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.015