基于InVEST模型的西安市生境质量时空演变研究

曹瑞超

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710000)

引言

随着国民经济的快速发展,中国城市化的进程不断加快,区域土地利用类型在不断解构与重构,产生了一系列环境问题,对生态环境形成巨大压力[1]。生境质量是指在有限的时间和空间中为个体和种群提供适宜生存条件的能力,生境质量评估是流域土地利用和综合管理政策制定的重要基础[2-5]。本文以西安市为研究对象，利用区域土地利用类型的变化情况，基于InVEST模型生境质量模块对西安市生境质量进行评估，为西安市的土地开发利用和管理维护提供参考。

1 研究区域概况

西安市位于黄河流域中部关中盆地，地势北高南低，北濒渭河，南依秦岭，境内河网密集，生物资源丰富。近年来，随着城镇化速度的不断加快，城市用地快速扩张，人口大规模聚集，从而使生态环境遭到破坏。因此，对其生境质量进行评价研究，对解决城市发展面临的生态环境问题有较大的实践意义。

2 研究方法

InVEST生境质量模型通过结合景观类型敏感性和外界威胁强度来计算生境质量，计算公式[6]：

式中，R为胁迫因子；y为胁迫因子r栅格图层的栅格数量；Yr为斜坡因子所占的栅格数量；wr为胁迫因子的权重；ry为栅格y的胁迫因子值；βx为栅格x的可达性水平；Sjr为生境类型j对胁迫因子r的敏感性；iryx为栅格y的胁迫因子值ry对生境栅格x的胁迫水平。

式中，Qxj为土地利用类型j中栅格x的生境质量；k为半饱和参数；Hj为土地利用类型j的生境适宜性；z为归一化常量；Dxj为土地利用类型j中栅格x所受的胁迫水平。

根据研究区域的实际情况，选取耕地、建设用地和未利用地3种土地利用类型以及铁路、高速公路和城市一级道路作为胁迫因子，根据现有研究并结合研究区域具体情况对威胁源的最大影响距离和权重以及各种生境类型的适宜度和敏感性进行调节和赋值，见表1、表2。

表1 各生境类型适宜度及对威胁因子的敏感性

表2 威胁因子及其权重

3 结果与分析

3.1 土地利用结果分析

2000—2010年西安市耕地面积和建设用地面积变化幅度较大，其它类型变化幅度较小。其中，耕地面积不断减少，3个年份的面积分别为4275.68km2、3908.76km2、3724.80km2；而建设用地面积不断增加，3个年份的面积分别为861.20km2、1221.05km2、1404.98km2；林地面积占总面积的比重呈现先涨后降的走向，从2000年的46.82%增长为2010年的46.89%，之后又降低为2020年的46.67%；草地面积变化则与林地相反，先降后涨，3个年份的面积分别为193.06km2、184.98km2、203.17km2；水域面积呈现小幅度增长的趋势，面积分别为37.40km2、50.54km2、58.63km2；未利用面积占比最小且变化幅度不大。另外，从空间变化的角度看，2000—2020年期间，南部土地利用变化较稳定，最主要的变化发生在东北部地区，其中主要表现为建设用地面积大幅增加，面积占比由8.52%增加到13.87%。

由图2、图3可知,2000—2010年，变化最大的地类是耕地，面积为594.86km2，主要分流为建设用地以及少量的林地、草地和水域；林地主要分流为草地和耕地；草地主要分流为林地和耕地；建设用地则主要转化为了耕地；2010—2020年，土地利用类型变化最大的仍是耕地，其中79.43%分流为建设用地，还有少量变为林地和草地，林地和草地分流变化情况与前一年份区间相同，但变化面积增多；对比2个年份区间可以得出，耕地的流出面积减少，林草地、建设用地的流出面积增加，建设用地的流入面积减少，耕地、林地、草地的流入面积增加。

3.2 生境质量评价结果分析

利用InVEST模型生境质量模块对西安市2000年、2010年和2020年的生境质量进行评价，数值越接近1，说明生境质量越高，区域生境越完整，并具有相对应的功能和结构，对于生物多样性的维持越有利。选择自然断点法将结果划分为优(0.95～1)、良好(0.80～0.95)、一般(0.63～0.80)、较差(0.28～0.63)和差(0～0.28)5个等级，生境质量各等级分布情况以及面积如图4所示。

从时间变化来看，2000—2020年西安市生境质量等级为差和一般的面积分别增加了56.48%和11.93%，而等级为优、良好和较差的面积分别减少了0.41%、2.00%、13.01%，生境质量整体趋于下降，但由生境质量平均得分能够得出，生境质量降低的幅度减小，说明生境退化得到了遏制，生态恢复得到一定成效。

从空间分布来看，西安市生境质量表现出明显的空间异质性，大体可以分为秦岭褶皱带和华北地台为2大区域单元，指数高的区域集中分布于南部秦岭地区，区域内大面积的林草地为生态系统的稳定性和抗干扰能力提供了支撑，并且道路线性威胁源占比较少，所以南部生态系统具备较强的修复能力，因此多年间可以保持着较高的生境质量。南部也有零星的生境质量低的区域，其主要原因为小面积耕地分布于此，农业生产活动一定程度上威胁着生态系统的稳定。生境质量低的区域分布于北部城市中心区域并且随着时间大面积地向四周扩散，其原因主要为经济的快速发展，城市化水平不断提高，建设用地的扩张导致了区域威胁源比重不断增大，人类活动对其干扰程度不断加强，对生态系统形成较大的破环性。

由图5可知，西安市整体生境质量变化较稳定，2个年份区间的极值变化都主要集中于西安市城区周边范围，低值位置变化更大，该地域空间范围是人地关系矛盾最激烈的区域；2010—2020年的极值区域比2000—2010年大幅度减少，表明生态系统的稳定性得到不断增强；南部地区在2010—2020年出现了低值，说明虽然南部生境质量较高、生态系统较稳定，但仍不能忽视生态的保护。

4 结论

2000—2020年，西安市生境质量平均指数呈现小幅下降的趋势，20a间下降了0.0114。在空间上则表现为南高北低的分布特征。区域生境质量上升的主要原因为生态保护工程措施将地类变更为可提高生境适宜性的土地覆盖类型，下降原因则主要是建设用地的扩张和变动。西安市以“推进绿色发展，建设生态西安”为主线，开展了秦岭生态修复、“八水绕长安”工程等工作，取得了一定成效，生境质量呈现向好的态势。但仍需进一步落实和巩固各项措施，生态修复再提速，促进社会经济发展和生态保护的协调发展。