基于土地利用转型的山地城市生境质量时空演变及驱动力因素分析——以三明市为例.pdf
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1、西北林学院学报2 0 2 4,3 9(1):2 2 8-2 3 6J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-7 4 6 1.2 0 2 4.0 1.3 1基于土地利用转型的山地城市生境质量时空演变及驱动力因素分析 以三明市为例 收稿日期:2 0 2 2-1 2-2 2 修回日期:2 0 2 3-0 3-0 1 基金项目:福建省科技重大项目(2 0 1 1 N 5 0 0 2);福建省区域发展项目(2 0 1 5 N 3 0
2、 1 5)。第一作者:曾 真,博士。研究方向:风景园林规划设计。E-m a i l:6 3 6 7 5 4 9 5q q.c o m*通信作者:郑郁善,教授,博士生导师。研究方向:风景园林规划设计,园林植物应用。E-m a i l:z y s 1 9 6 01 6 3.c o m曾 真,吴天杰,陈凌艳,何天友,郑郁善*(福建农林大学 风景园林与艺术学院,福建 福州 3 5 0 0 0 2)摘 要:通过A r c G I S与I n V E S T模型对三明市2 0 0 0-2 0 2 0年的土地利用转型特征、生境质量时空演变进行分析,结合生境质量贡献率的测算,将各类用地类型的转型对生境质量的影
3、响程度进行量化对比,并运用地理探测器对研究区内的生境质量进行驱动力分析,深入探寻影响生境质量的主要因素。结果表明:1)2 0 0 0-2 0 2 0年在三明市土地利用类型中森林始终占据着最大面积比,超过总面积的7 0%,2 0 1 0-2 0 2 0年土地利用转型更为显著。2)2 0 0 0、2 0 1 0、2 0 2 0年三明市的平均生境质量指数分别为0.8 0 6 4 9、0.8 0 6 5 4、0.7 7 4 8 8,生境质量水平总体处于较高水平。3)三明市的生境质量在空间上呈现明显的集聚特征,以高质量生境区域集聚和低质量生境区域集聚作为主要集聚特征。4)耕地、草地、人造地表向森林转换是
4、生境质量提升的主要原因,森林向耕地、草地、人造地表转换,耕地转为人造地表是生境质量降低的主要原因。5)在生境质量驱动力分析中,自然环境相关因子的总影响力高于社会因素相关因子的总影响力,N D V I的影响力在8个因子中最高。任意2个因子的组合对于生境质量的影响力均高于单一因子。研究结果加强了对山地城市生境质量时空变化的认知,对推动生物多样性的保护及生态文明建设具有一定的理论与实践价值。关键词:土地利用;山地城市;生境质量;驱动因子;三明市中图分类号:TU 9 8 6 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 6 1(2 0 2 4)0 1-0 2 2 8-0 9S p a t i a
5、l a n d T e m p o r a l E v o l u t i o n o f H a b i t a t Q u a l i t y i n M o u n t a i n o u s C i t y B a s e d o n L a n d U s e T r a n s i t i o n a n d I t s D r i v i n g F a c t o r s A C a s e S t u d y o f S a n m i n g c i t yZ E N G Z h e n,WU T i a n-j i e,C H E N L i n g-y a n,H E
6、T i a n-y o u,Z H E N G Y u-s h a n*(C o l l e g e o f L a n d s c a p e A r c h i t e c t u r e a n d A r t,F u j i a n A g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y U n i v e r s i t y,F u z h o u 3 5 0 0 0 2,F u j i a n,C h i n a)A b s t r a c t:T h i s s t u d y a n a l y z e d t h e s p a t i a l
7、 a n d t e m p o r a l e v o l u t i o n o f l a n d u s e t r a n s f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d h a b i t a t q u a l i t y i n S a n m i n g C i t y f r o m 2 0 0 0 t o 2 0 2 0 b y A r c G I S a n d I n V E S T m o d e l s.C o m b i n e d w i t h t h e c a l c u l a t i o
8、 n o f t h e c o n t r i b u t i o n r a t e o f h a b i t a t q u a l i t y,t h e i m p a c t o f t h e t r a n s f o r m a t i o n o f v a r i o u s l a n d t y p e s o n h a b i t a t q u a l i t y w a s q u a n t i f i e d a n d c o m p a r e d.G e o d e t e c t o r w a s u s e d t o a n a l y z
9、 e t h e d r i v i n g f o r c e s o f h a b i-t a t q u a l i t y i n t h e s t u d y a r e a t o d e e p l y e x p l o r e t h e m a i n f a c t o r s a f f e c t i n g h a b i t a t q u a l i t y.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t 1)f o r e s t s c o n s i s t e n t l y o c c u p i e d t h e
10、 l a r g e s t a r e a r a t i o a m o n g l a n d u s e t y p e s i n S a n m i n g f r o m 2 0 0 0 t o 2 0 2 0,b o t h e x c e e d i n g 7 0%o f t h e t o t a l a r e a.M o r e s i g n i f i c a n t l a n d u s e t r a n s i t i o n o c c u r r e d f r o m 2 0 1 0-2 0 2 0.2)T h e a v e r a g e h a
11、 b i t a t q u a l i t y i n d i c e s o f S a n m i n g i n 2 0 0 0,2 0 1 0 a n d 2 0 2 0 w e r e 0.8 0 6 4 9,0.8 0 6 5 4,a n d 0.7 7 4 8 8,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e o v e r a l l l e v e l o f h a b i t a t q u a l i t y w a s a t a h i g h l e v e l.3)H a b i t a t q u a l i t y i n S a
12、 n-m i n g p r e s e n t e d o b v i o u s s p a t i a l c l u s t e r i n g c h a r a c t e r i s t i c s,w i t h r e g i o n a l c l u s t e r i n g o f h i g h q u a l i t y h a b i t a t s a n d r e g i o n a l c l u s t e r i n g o f l o w q u a l i t y h a b i t a t s a s t h e m a i n c l u s
13、 t e r i n g c h a r a c t e r i s t i c s.4)C o n v e r s i o n o f c r o p-l a n d,g r a s s l a n d,a n d m a n-m a d e s u r f a c e s t o f o r e s t w a s t h e m a i n r e a s o n f o r h a b i t a t q u a l i t y e n h a n c e m e n t,c o n-v e r s i o n o f f o r e s t t o c r o p l a n d,g
14、 r a s s l a n d,a n d m a n-m a d e s u r f a c e s,a n d c o n v e r s i o n o f c r o p l a n d t o m a n-m a d e s u r f a c e s w e r e t h e m a i n r e a s o n s f o r h a b i t a t q u a l i t y r e d u c t i o n.5)I n t h e a n a l y s i s o f h a b i t a t q u a l i t y d r i v i n g f a c
15、 t o r s,t h e t o t a l i n f l u e n c e o f t h e n a t u r a l e n v i r o n m e n t-r e l a t e d f a c t o r s w a s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e s o c i a l-r e-l a t e d f a c t o r s,a n d t h e i n f l u e n c e o f N D V I w a s t h e h i g h e s t a m o n g t h e e i g h t f a c
16、 t o r s.T h e i n f l u e n c e o f a n y c o m-b i n a t i o n o f t w o f a c t o r s o n h a b i t a t q u a l i t y w a s h i g h e r t h a n t h a t o f a s i n g l e f a c t o r.T h e r e s u l t s s t r e n g t h e n t h e k n o w l e d g e o f s p a t i a l a n d t e m p o r a l v a r i a t
17、 i o n o f h a b i t a t q u a l i t y i n m o u n t a i n o u s c i t i e s a n d h a v e t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l v a l u e s f o r p r o m o t i n g t h e c o n s e r v a t i o n o f b i o d i v e r s i t y a n d t h e c o n s t r u c t i o n o f e c o l o g i c a l c i v i l
18、 i-z a t i o n.K e y w o r d s:l a n d u s e;m o u n t a i n o u s c i t y;h a b i t a t q u a l i t y;d r i v i n g f a c t o r;S a n m i n g C i t y 生境质量的高低代表着生态系统对生物个体、生物种群提供适宜性栖息环境能力的强弱1-2。人类活动对地表空间的影响主要体现在区域土地利用的变化3,土地利用转型是城市发展转型最为直观的表征指标4-5。当前,土地利用转型生态效应研究主要采用生态环境质量指数和生态系统服务价值当量等方法,获得的生态环境质量的时
19、空变化6-8能较好体现与土地利用变化直接关联的效应。土地利用变化意味着各类用地在空间分布上呈现了增减,森林、湿地等生态用地增减以及建设用地的扩张与收缩都会对区域生态系统造成很大的影响,进而区域生境质量的空间分布产生变化,这直接影响着生物多样性保护与栖息地选择。因此,深入探究不同土地类型的转型对生境质量变化的影响程度对区域的生态保护与可持续发展尤为重要9。目前对生境质量变化的评估主要以2个方面为主,一方面是对研究区域进行实地调研,从而构建相关的生境质量评价体系1 0,另一方面则是选用生态评估模型对研究区域的生境质量进行分析1 1,在多种生态评估模型中,I n V E S T模型由于基础数据获取简
20、单,操作方便得到了广泛的应用。相关学者在流域1 2、省域1 3、市域1 4、保护区1 5等不同尺度上均采用I n V E S T模型进行生境质量评估,但较少以山地城市为研究对象。当前的研究方向多集中于生境质量的时空变化1 6、土地利用转变引起生境质量的变化1 7以及未来生境质量的预测分析1 8。从分析的角度来看,大部分研究在探讨土地利用变化与生境质量之间的关系时,主要还是分开描述两者的数值变化。仅有部分研究将一定时期内的土地类型变化特征进行量化,引入生境贡献度指数,测算研究区域中不同土地类型的变化对生境质量的影响程度1 9。三明市作为典型的山地城市,具有良好的生态条件,但由于周边密集的山地分布
21、与地形的影响,城市的外拓发展受到限制,不可避免地显现出内聚化的发展特征2 0,资源开发与生态保护的矛盾在快速城市化进程中日显突出。因此,本研究采用I n-V E S T模型,系统分析三明市2 0 0 0、2 0 1 0、2 0 2 0年生境质量的时空演变特征,引入生境贡献度指数探究土地利用转型对生境质量的影响,同时结合地理探测器探究不同因素对生境质量的影响程度。1 材料与方法1.1 研究区概况三明市是福建省辖地级市,位于福建省中部连接西北隅(2 5 3 0 -2 7 0 7 N、1 1 6 2 2 -1 1 8 3 9 E),位于武夷山脉与戴云山脉之间,素有“八山一水一分田”之称,是典型的山地
22、城市。其森林资源资产价值与服务价值合计已达5 3 4 0亿元。以低山及丘陵为主,溪流密布,河谷与盆地错落分布于其间。三明市气候温暖湿润,四季特征明显,降雨量充足。作为中国最绿省份的最绿城市,三明市被授予“国家森林城市”“第五批国家生态文明建设示范区”等多项荣誉(图1)。1.2 数据来源与研究方法1.2.1 数据来源 所用数据主要有:1)全球地表覆盖产品G l o b e L a n d 3 0(h t t p:/www.g l o b a l l a n d c o v-e r.c o m/)提供的2 0 0 0、2 0 1 0、2 0 2 0年3个时期3 0 m分辨率土地利用覆被数据(图2)
23、;2)中国科学院地理空间数据云(h t t p s:/www.g s c l o u d.c n/)提供的3 0 m分辨率的高程数据;3)N D V I数据来源于国家生 态 科 学 数 据 中 心(h t t p:/www.n e s d c.o r g.c n/);4)人 口 数 据 源 于L a n d s c a n(h t t p s:/l a n d-s c a n.o r n l.g o v/);5)年均温度、年均降雨量、年均PM2.5均源于国家地球系统科学数据中心(h t t p:/www.g e o d a t a.c n/i n d e x.h t m l);6)G D P数
24、据来源于资源环境科学与数据中心(h t t p s:/www.r e s d c.c n/D e f a u l t.a s p x)。922第1期曾 真 等:基于土地利用转型的山地城市生境质量时空演变及驱动力因素分析 以三明市为例图1 研究区域F i g.1 R e s e a r c h r e g i o n1.2.2 研究方法 I n V E S T模型作为一款可以对生态系统服务进行评估的科学工具,能够模拟评估区域的生境 质量并呈现 出 良 好 的 可 视 化 效果2 1。通过输入研究区域的土地分类数据,设定胁迫因子以及敏感度的相关参数等,可以模拟生成所需区域的生境质量栅格数据,取值范
25、围为01。模型主要运算公式如下Qx j=Hj1-(D2x jD2x j+K2)(1)式中:Qx j为某种土地利用类型j中的栅格x的生境质量;K为半饱和常数;Hj为第j种景观类型的生境适宜性分值;Dx j是某种土地利用代表的生境类型j中栅格x的生境胁迫水平。Dx j满足如下公式Dx i=Rr=1Yry=1WrRr=1Wr ryir x yxSj r(2)式中:R为胁迫因子的个数;Wr为权重;Yr为胁迫因子的栅格单元个数;ry为栅格单元上的胁迫因子个数;x为栅格x的可达性水平;Sj r表示景观j对胁迫因子的敏感性;ir x y为胁迫因子的影响距离。图2 3期土地利用类型F i g.2 T y p
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