基于INVEST模型的洞庭湖区土地利用景观格局对生境质量的影响研究

邓楚雄, 郭方圆, 黄栋良, 李忠武,*

基于INVEST模型的洞庭湖区土地利用景观格局对生境质量的影响研究

邓楚雄1, 郭方圆1, 黄栋良2, 李忠武1,*

1. 湖南师范大学资源与环境科学学院, 长沙 410081 2. 湖南省国土资源规划院, 长沙 430111

生境质量是区域生物多样性维持能力的重要表征, 土地利用变化是引起景观格局和生境质量变化的主要原因, 揭示土地利用及景观格局变化下生境质量的时空演变规律能为生物多样性保护提供参考依据。以洞庭湖区为研究对象, 基于1995、2000、2005、2010、2015、2018年6期遥感解译数据, 采用土地利用转移矩阵、景观格局指数及INVEST模型等方法, 分析近年来洞庭湖区土地利用和景观破碎度变化对生境质量的影响。结果表明: (1)研究区段内, 洞庭湖区湿地、建设用地增加比例为0.5%、44%, 耕地、林地减少比例为2.7%、1.6%; (2)耕地、林地破碎度都有所增加, 湿地的破碎度呈现“升高-降低-升高”的N型”波动趋势; (3)时间上看, 六个不同时期洞庭湖区生境质量分别为0.563、0.561、0.562、0.563、0.556、0.554, 经历了“降低-升高-降低”的“倒N型”波动趋势, 生境质量的提高与湿地的大量转入以及湿地破碎度的降低有关, 生境质量的降低与城镇开发占用大量耕地、林地以及主要生境类型(耕地、林地、草地)破碎度增加有关; (4)空间上看, 生境质量与景观破碎度的变化范围大致相同, 景观破碎度增加的地区, 生境质量明显降低。1995—2010年生境质量的变化主要体现在湖体附近包括岳阳市市区、华容县、沅江市、南县、湘阴县, 2010—2018年生境质量的变化体现在各县市城镇用地附近; (5)处理好“三生空间”之间的关系, 实施严格的湿地保护措施, 促进湖区生态保护和经济高质量发展, 是提高洞庭湖区生境质量的必由之路。

生境质量; 土地利用变化; 景观格局; 洞庭湖区

0 前言

生境质量是生物多样性维持能力的重要表征, 体现了区域生态环境为生物生存提供适宜条件的能力[1]。土地利用/土地覆被变化与生态环境变化息息相关, 它的变化一方面可以改变生态系统服务的供应水平[2], 从而对生物生存条件造成影响, 另一方面会导致生境斑块空间格局变化, 使得生物栖息地转化、退化与破碎化[3], 进而对生境斑块的物质循环和能量流动产生影响[4], 20世纪以来中国的城镇化、工业化进程加快, 经济快速发展, 人地矛盾日益凸显, 人类对土地资源的过度开发对生物多样性造成了严重的威胁。因此, 开展生境质量对土地利用变化的响应研究, 对协调好土地利用与生态保护之间的关系, 促进区域经济高质量发展意义重大。

近年来关于生境质量的评估方法主要有HIS模型, INVEST模型中的habitat quality模块, SolVES模型[5-7]等, INVEST模型因数据获取较为容易且体系构建较为完善而广泛应用到生境质量评估中来, 在探讨土地利用变化对生境质量的影响方面取得了丰富的研究成果。刘春芳[8]等以榆中县为例, 分析了近20年生境质量的演变规律, 并运用地理探测器探索了生境质量的影响机制; 吴建生[9]等将INVEST模型与ArcGIS结合, 分别评估了长江三角洲地区在独立规划、建设用地指标再分配、区域一体化发展三种情境下的生境质量, 并划定了未来时期长江三角洲地区的城市增长边界; 韩艳莉[10]等运用INVEST模型分析了青海湖流域生境质量的演变特征, 并揭示了土地利用变化对生境质量的影响。

已有研究大多从退耕还林[11]、土地整治[12]、城镇扩张[13]等特定情景出发分析区域土地利用变化对生境质量的影响, 在此基础上部分研究还引入了景观格局指数从时间尺度上探讨了景观格局变化与生境质量之间的关系[14-17]。这些成果为土地利用变化与生境质量关系的研究提供了新思路, 但忽视了景观格局在空间上的变化对生境质量影响的考量, 使得土地利用导致的景观格局变化与生境质量在空间上的变化关系较为模糊。鉴于此, 本文以我国典型的湖区-洞庭湖为研究对象, 采用土地利用转移矩阵和景观格局指数从时间尺度测度各土地利用类型在不同时期的面积转移特征、破碎度变化特征, 从空间尺度测度景观破碎度变化特征, 运用INVEST模型评估生境质量, 进而分析土地利用景观格局变化对生境质量的影响, 以期能为新时期洞庭湖区生态保护及土地利用优化调控提供参考依据。

1 研究区概况

洞庭湖区位于长江中游以南, 主要位于湖南省北部, 部分位于湖北省南部, 本文的研究对象为洞庭湖区湖南省部分, 具体包括岳阳市的全部辖区, 益阳市的南县、沅江市、资阳区、赫山区、大通湖区, 常德市的安乡县、汉寿县、临澧县、澧县、桃源县、津市市、武陵区、鼎城区, 长沙市的望城区, 土地总面积3.56×104km2。

洞庭湖区地处亚热带季风湿润地区, 气候年内变化较大, 夏季酷热, 冬季寒冷, 春秋雨水较多, 平均海拔高度99.52 m, 地势由中部向东西两侧逐渐升高, 土地覆被从湖区中部由湿地、耕地、城镇用地、林地依次向四周更替。

图1 洞庭湖区地理位置及高程

Figure 1 Location and elevation of Dongting Lake area

洞庭湖是中国重要的蓄水湖泊, 湖区是著名的“鱼米之乡”, 农业基础雄厚。洞庭湖分为东洞庭湖、西洞庭湖、南洞庭湖, 由于其特殊的生态环境孕育了丰富的生物资源, 为了保护洞庭湖区生物多样性成立了国家级东洞庭湖自然保护区, 保护区内鸟类高达338种, 其中包括国家一级保护鸟类7种, 国家二级保护鸟类45种; 淡水鱼类117种; 野生和归化植物1186种。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文使用的1995、2000、2005、2010、2015、2018年来自中国科学院资源环境科学数据中心制作的中国遥感影像解译数据, 栅格分辨率为30 m×30 m, 该数据将土地覆被数据划分为6个一级类型和17个二级类型。本文根据研究需要并结合相关文献将一级类型重新划分为耕地、林地、草地、建设用地、湿地, 二级地类不变(表1)。DEM高程数据下载自地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/), 分辨率为30 m×30 m。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用转移矩阵

借助ArcGIS空间分析功能中的相交工具, 将1995、2000、2005、2010、2015、2018年六期土地利用数据进行叠加, 构建土地利用转移矩阵, 分析洞庭湖区各个时期内每种地类的流入、流出去向及面积大小。

2.2.2 景观格局指数

采用Fragstats从类型和景观水平计算相关景观格局指数, 分析洞庭湖区景观破碎度变化情况。类型水平选取斑块数量(NP)、平均斑块面积(MPS)、斑块面积比例(PLAND), 分析不同生境类型破碎度变化情况; 景观水平上, 本文运用移动窗口法采用3000 m的移动半径对洞庭湖区的斑块数量(NP)、分离度指数(SPLIT)、最大斑块指数(LPI)进行分析, 绘制景观破碎度空间分布图, 为进一步探讨景观格局与生境质量空间变化的关系提供依据。景观格局指数的选取见相关参考文献[18-21]。

表1 洞庭湖区土地利用分类体系

2.2.3 生境质量评估模型

生境质量评估方法选用由美国自然资本项目组开发的INVEST模型, 该模型是通过模拟不同土地覆被情景下生态系统服务的变化情况来支持环境决策的模型系统[22]。INVEST模型的habitat quality模块用于评估生境质量, 该模块主要通过土地覆被数据以及生物多样性威胁因素来测算相应栅格内的生境质量。

模型首先需要对不同土地利用类型的生境适宜性进行定义, 每种土地利用类型的生境适宜性从0—1表示, 其中0代表不具备生物生存的条件, 1代表生境适宜性极高。

每种生境类型的生境适宜性都会受到相应土地利用类型的影响, 对生境适宜性产生威胁的因素定义为胁迫因子。洞庭湖区是典型的农业区, 农业发展及非农建设用地扩张对区域生境质量影响程度较大, 因此本文选取耕地、建制镇、农村居民点作为胁迫因子, 在选择胁迫因子之后需要对胁迫因子的权重进行赋权, 其权重大小体现了对生境类型的干扰强度。胁迫因子对生境类型的干扰强度随着距离的增加而减小, 通常模型可以选择线性或者指数这两种衰减函数来描述威胁在空间上的衰减方式, 因此还需要设置每个胁迫因子的最大作用距离。每种生境类型对胁迫因子的响应都有所差异即每种生境类型对每个胁迫因子的敏感性都不同, 对每种生境类型关于每个胁迫因子的敏感性设置从0—1的数值, 数值越高代表对胁迫因子越敏感。关于生境适宜性、胁迫因子权重以及最大胁迫距离、生境类型对胁迫因子的敏感性等相关参数设置见表2、表3, 相关参数的选取主要参考同类研究[23-25]及INVEST模型使用手册, 并根据研究区的特殊性做出调整。本文将研究区域中的耕地、林地、草地、湿地设定为能够为生物生存提供条件的生境, 目前已有的研究大部分将湿地、林地的生适宜值设置为1, 而由于本文的研究区域为湖区, 湿地的功能更为重要, 因此将湿地生境适宜性设置为最高, 林地、草地、耕地依次降低。

表2 胁迫因子权重及最大影响距离

表3 洞庭湖区土地利用类型的生境适宜性及其对胁迫因子的敏感性程度

生境质量的具体计算公式如下:

式中:Q为生境类型中栅格的生境质量;D为生境类型中栅格所受到的干扰程度;为半饱和常数, 通常取Q试运行一次后得到的最大值的一半,H为生境类型的生境适宜性。

3 结果与分析

3.1 土地利用变化分析

从各土地利用类型面积占比来看(图2), 耕地、林地、湿地为洞庭湖区主要土地利用类型, 其中耕地所占比重最大, 约占区域土地总面积的45%左右, 林地面积约占35%左右, 湿地面积约占13%左右。就各土地利用类型面积变化而言, 耕地面积经过小幅增长后持续下降, 1995—2000年洞庭湖区耕地面积由15581.76 km2增长到15635.80 km2, 增长率为0.35%, 2000—2018年耕地面积连续减少至15149.17 km2, 减少率为3.11%; 林地面积不断减少, 由1995年的13248.45 km2减少到2018年的13024.45 km2, 减少率为1.69%; 湿地面积波动变化, 总体略有增加, 1995—2000年减少104.11 km2, 2000—2005年增加150.90 km2, 2005—2018年减少17.28 km2, 研究期内增加29.51 km2, 增加率为0.53%; 建设用地面积先慢后快稳步增长, 研究期内增加617.72 km2, 增加率为79.22%; 草地面积占比小, 总体变化不大。

从土地利用转移来看, 耕地与湿地、耕地与林地相互转化及耕地与林地转化为建设用地是研究期内洞庭湖区土地利用转移的主要特征(表4)。1995—2018年, 有47706 hm2耕地转化为湿地, 占湿地转入总面积的89%, 有44763 hm2的湿地转化为耕地, 占耕地转入总面积的69%; 有20759 hm2耕地转化为林地, 占林地转入总面积的82%, 有15229 hm2林地转化为耕地, 占耕地转入总面积的24%; 有38646 hm2耕地和26392 hm2林地转化建设用地, 分别占建设用地转入总面积的56%、38%。分阶段来看, 1995—2000年, 洞庭湖区转入面积最大的土地利用类型为耕地、建设用地, 其中耕地的转入来源主要为林地、湿地, 转入面积分别为2107 hm2、28579 hm2, 分别占林地、湿地转出总面积的33%、87%, 建设用地的转入来源主要是耕地、林地, 转入面积分别为4251 hm2、1890 hm2, 分别占耕地、林地转出面积的16%、30%。2000—2010年, 建设用地、林地、湿地成为主要的转入土地利用类型, 其中建设用地的转入主要来源依旧是耕地和林地, 且耕地、林地较上一时期转入建设用地的面积分别增加105%、247%, 林地、湿地的转入主要来源于耕地, 转入面积分别为2096 hm2、12136 hm2。2010—2018年有288.88 hm2耕地和197.84 hm2林地转化为建设用地, 分别占耕地和林地转化为建设用地总面积的68%、70%, 转入面积较2000—2010年转入建设用地的面积分别增加330%、300%。

图2 1995—2018年洞庭湖区土地利用变化情况

Figure 2 The change of landuse in Dongting Lake area from 1995 to 2018

3.2 景观格局指数变化分析

类型水平上的3个景观格局指数变化如图3所示。总的来看, 林地、耕地和湿地三种主要生境的破碎度增加, 草地的破碎度变化不大, 可忽略。1995—2018年, 林地和耕地的NP分别增加891、548, MPS分别降低143.08 、57.80 , PLAND分别降低0.61、1.22, 林地和耕地破碎化程度显著增强; 湿地的NP增加401, MPS降低9.95 , PLAND提高0.08, 湿地破碎化趋势明显。阶段性变化而言, 湿地的破碎度变化在各个时期有所差异, 1995—2000年, 湿地的NP增加, MPS和PLAND分别减小8 、0.29, 湿地破碎度增加, 2000—2010年湿地破碎度逐渐减小, 主要体现在这一时期湿地的NP减少13, MPS和PLAND分别增加1.32、0.42, 2010年以后湿地的NP值又有所回升, 增加了328,而MPS和PLAND分别减少5.8 和0.05, 总的来看, 湿地的破碎度在1995—2000年增加, 2000—2010年减小, 2010年以后湿地破碎度继续增加。

表4 1995—2018年土地利用转移矩阵 (hm2)

图3 1995—2018年洞庭湖区类型水平上的景观指数

Figure 3 Indices of landscape at the level of Dongting Lake area from 1995 to 2018

景观水平上的3个景观格局指数变化如图4所示。从景观破碎度空间分布图来看(图4), 洞庭湖区斑块数量(NP)由中部向东西两侧先递增后递减, 最大斑块指数(LPI)的空间分布特征与NP相反,LPI的高值区主要分布在中部的湿地、耕地以及东西两侧的林地, 低值区主要分布在由中部平原区向东西两侧山地过渡的丘陵地带, 这一区域耕地与林地的分布较中部平原地区更为分散, 分离度(SPLIT)的空间分布特征与LPI相反, 分离度越高表示斑块空间集聚程度越低, 景观破碎度越大, 根据各个指数的空间分布特征可以总结出景观破碎度由中部向东西两侧逐渐变高后又逐渐降低, 这一变化趋势与地形地势所决定的土地利用类型有关, 中部以流域为主, 地势由中部向东西两侧变高, 土地利用类型趋于多样化, 破碎度由此增加, 洞庭湖区东西两侧以山地为主, 土地利用类型以林地和园地为主, 人类干扰相对较少, 因此景观破碎度较低。1995—2018年, 景观破碎度的变化主要体现在湖体及各县市的城镇用地附近, 主要原因可能与湖体面积的增减变化及建设用地扩张有关。

3.3 洞庭湖区生境质量时空演变特征

运用INVEST模型分别计算出1995、2000、2005、2010、2015和2018年洞庭湖区各栅格的生境质量, 在ArcGIS软件中按照自然断点法将栅格生境质量分为四个等级, 即: 较差(0—0.2)、一般(0.2—0.4)、良好(0.4—0.8)和好(0.8—0.1), 洞庭湖区6个年份不同等级生境质量的栅格占比见表5。根据栅格生境质量计算得到1995、2000、2005、2010、2015和2018年洞庭湖区的生境质量值, 分别为0.563、0.561、0.562、0.563、0.556、0.554。总体而言, 1995—2018年洞庭湖区生境质量呈现出“降低-升高-降低”的“倒N”变化趋势。

分阶段来看, 1995—2000年洞庭湖区生境质量有所下降, 具体表现为“良好”等级以上的生境栅格数量下降了0.37个百分点。土地利用转移矩阵表明, 1995—2000年有28759 hm2和3844 hm2的湿地分别转化为耕地和草地, 有2017 hm2林地转化为耕地, 湿地和林地面积分别减少了1041 hm2、4080 hm2; 类型水平上的景观格局指数计算结果显示, 1995—2000年洞庭湖区主要生境类型湿地、林地破碎度都有所增加。上世纪90年代以来大规模的围湖造田、1996年洞庭湖洪水、1998年长江流域特大洪水导致的大量泥沙淤积等[26]使得湿地面积不同程度地减少、破碎度增加, 东西两翼低丘区毁林开荒使得林地破碎度增加, 因此这一时期洞庭湖区生境质量有所下降。

Figure 4 Spatial distribution map of landscape fragmentation in Dongting Lake area from 1995 to 2018

2000—2010年, 洞庭湖区生境质量小幅平稳回升, 具体表现在“较差”、“一般”等级的生境栅格数量基本保持不变, 而“好”等级的生境栅格数量增加了0.42个百分点。土地利用转移矩阵表明, 2000—2010年有12136 hm2耕地和3625 hm2草地转化为湿地, 有2096 hm2耕地转化为林地; 类型水平上的景观格局指数计算结果显示, 湿地破碎度在这一时期有所减小。进入21世纪以来, 湖南省着手实施“4350工程”(即, 到2015年使洞庭湖恢复到1949年前的4350 km2以上的湖面), 大范围实施“退田还湖”政策, 全面推进洞庭湖水域生态修复与湿度保护工作的开展, 使得湿地面积大幅增加、破碎度下降, 高适宜生境面积的增加和破碎度的减小使得生境质量有所改善。

2010—2018年, 洞庭湖区生境质量有较大幅度下降, 具体表现在“较差”等级的生境栅格数量增加了0.95个百分点。土地利用转移矩阵表明, 2010—2018年有28888 hm2耕地和19784 hm2林地转化为建设用地, 相比2000—2010年, 耕地、林地转入建设用地的面积增长三倍多, 湿地的减少一方面因“耕地占补”平衡, 另一方面, 三峡水库的建成运行改变了洞庭湖与长江及四水的关系, 导致湖泊滩地出露[27], 湿地面积减小; 类型水平上的景观格局指数计算结果显示, 2010—2018年耕地、林地、湿地破碎度增加。这一时期洞庭湖区生境质量有较大幅度下降的主要原因在于洞庭湖生态经济区建设由省级层面上升到国家战略的过程中, 以岳阳、常德、益阳三个区域中心城市为核心的“点-轴-网”模式的城镇体系的建设及以湖区中心城市为枢纽、环湖公路为纽带的综合交通运输网络建设等占用了大量的林地、耕地, 主要生境类型破碎度增加, 对生境质量产生威胁。

图5 1995—2018年洞庭湖区生境质量

Figure 5 Habitat quality in Dongting Lake area from 1995 to 2018

从空间格局上看, 生境质量与景观破碎度的空间分布呈负相关关系(图4、图5), 即生境质量由洞庭湖区中部向东西两侧逐渐降低后升高, 景观破碎度由洞庭湖区中部向东西两侧逐渐升高后降低。

分阶段来看, 1995—2000年生境质量降低的区域主要为东洞庭湖的岳阳市市区、华容县和南洞庭湖的沅江市, 景观水平上, 这些区域的NP、SPLIT增加, LPI降低, 景观破碎度增加。耕地和湿地是这些区域的主要土地利用类型, 大量农田分布于湖体周边, 这一时期农业生产是农村经济的主要来源, 为扩大农业种植面积而进行的大规模围湖造田使得湖体面积锐减、景观破碎度增加, 因而生境质量有所下降。

2000—2010年, 生境质量提高的区域集中于中部的南县和南洞庭湖的湘阴县, 景观水平上, 这些区域的NP、SPLIT降低, LPI增加, 景观破碎度有所下降。南县和湘阴县均属于洞庭湖湿地保护的核心区, 为保护生物多样性, 两县陆续开展了大量湿地保护工作。这一时期南县开展了退田还湖、流域禁渔和资江中上游泥沙源治理等工作, 湘阴县横岭湖湿地保护与恢复工程获得批准实施, 这些措施使得湿地面积大幅增加、生物栖息地明显改善, 因此景观破碎程度有所下降, 生境质量相应提升。

2010—2018年, 生境质量降低的区域主要分布在城镇周边, 景观水平上, 这些区域的NP、SPLIT增加, LPI降低, 景观破碎度增加。这一时期是洞庭湖区城镇化的加速发展阶段, 在农村居民点不减的现实情况下, 不具备生境适宜性的城镇建设用地扩张侵占了大量的具有生境适宜性的耕地和林地, 城镇建设用地对耕地、林地挤占切割提高了景观的破碎度, 导致生境质量下降。

4 讨论

对洞庭湖区生境质量的研究表明, 自然因素导致的湿地脆弱性及经济发展导致的人地矛盾是影响生境质量的重要因素, 提高洞庭湖区生境质量的重要突破口是从土地利用出发, 确定建设用地扩张的合理范围, 加大对未利用地的开发, 减少对林地、湿地等自然景观的破坏。从政策角度来看, 应加大对湿地修复技术的资金投入, 制定更加严格的湿地和林地保护措施, 注重政策的连续性和精准性。

本文主要从土地利用变化入手, 探讨其对生境质量的影响, 运用了INVEST模型, 相关参数的选取主要来自于同类研究, 参数的合理性仍需在实际中得到验证。湖区是一个巨大的复杂的人地关系系统, 其生境质量是区域生态系统健康的重要表征[28], 由于文章篇幅原因, 本文并未对景观格局与生境质量做空间上的定量分析, 对生境质量变化的驱动机制也需进一步完善和深入, 如何从多个尺度出发, 探讨生境质量变化的驱动力, 为地区生物多样性保护提供建议是今后主要的努力方向。

5 结论

本文以长江经济带典型湖区洞庭湖区为例, 以1995、2000、2005、2010、2015、2018年六期土地利用数据为基础, 运用土地利用转移矩阵、景观格局指数分析了洞庭湖区土地利用及景观破碎度变化特征, 运用INVEST模型对生境质量进行了测度, 并将土地利用、景观格局、生境质量变化情况分为1995—2000年、2000—2010年、2010—2018年三个特征时期, 主要结论如下:

(1)1995—2018年洞庭湖区湿地、建设用地呈现出净增长趋势, 增加比例为0.5%、44%, 耕地、林地、减少比例分别为2.7%、1.6%, 土地利用转移主要是耕地与湿地、耕地与林地的双向转换以及耕地、林地向建设用地的单向转换。

(2)研究期内洞庭湖区耕地、林地破碎度递增, 湿地破碎度先增加后递减后增加。整体景观破碎度加大, 集聚程度变低, 景观破碎度由洞庭湖区中部向两侧升高后降低, 景观破碎度的阶段性变化主要体现在湖体及各县市的城镇用地附近。

(3)从时间变化上来看, 1995—2000年, 洞庭湖区生境质量从0.563降低到0.561的主要原因是围湖造田和毁林开荒造成的大量高适宜性生境(湿地、林地)向低适宜性生境(耕地)的转换; 2000—2010年, 生境质量从0.561提高到0.563与退耕还林、退田还湖等生态工程有关; 2010—2018年生境质量从0.563降低到0.554的主要原因是城镇化、工业化进程加快导致的建设用地扩张对生态环境产生威胁, 此外湿地保护力度在这一时间段内也有所下降。

(4)从空间变化上看, 生境质量受到景观破碎度增加的威胁, 洞庭湖区生境质量在各个时期的变化区域与景观破碎度的变化区域大致相同, 景观破碎度发生改变的区域, 生境质量的升降趋势也较为明显。

[1] Nelson E , Mendoza G, Regetz J, et al. Modeling multiple ecosystem services, biodiversity conservation, commodity production, and tradeoffs at landscape scales[J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2009, 7(1): 4–11.

[2] Perring M P, De Frenne P, Baeten L. Global environmental change effects on ecosystems: the importance of land‐use legacies[J]. Global Change Biology, 2016, 22(4): 1361–1371.

[3] Rimal B, Sharma R, Kunwar R. Effects of land use and land cover change on ecosystem services in the Koshi River Basin, Eastern Nepal[J]. Ecosystem Services, 2019, 38(6): 1–12.

[4] HE Jianhua, HUANG Junlong, LI Chun. The evaluation for the impact of land use change on habitat quality: A joint contribution of cellular automata scenario simulation and habitat quality assessment model[J]. Ecological Modelling, 2017, 10(1): 58–67.

[5] Sherrouse B C, Semmens D J, Clement J M. An application of Social Values for Ecosystem Services (SolVES) to three national forests in Colorado and Wyoming[J]. Ecological Indicators, 2014, 36(8): 68–79.

[6] Lorenzo S, Andrea D T, Andrea S, et al. Assessing habitat quality in relation to the spatial distrbution of protected areas in Italy[J]. Journal of Environmental Management, 2017, 201: 129–137.

[7] Boumansr R, Costanza R, Farley J, et al. Modeling the dynamics of the integrated earth system and the value of global ecosystem services using the GUMBO model[J]. Ecological Economics, 2002, 41(3): 529–560.

[8] 刘春芳, 王川, 刘立程.三大自然区过渡带生境质量时空差异及形成机制——以榆中县为例[J].地理研究, 2018, 37(2): 419–432.

[9] 吴健生, 毛家颖, 林倩, 等.基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例[J].地理科学, 2017, 37(1): 28–36.

[10] 韩艳莉, 陈克龙, 于德永.土地利用变化对青海湖流域生境质量的影响[J].生态环境学报, 2019, 28(10): 2035–2044.

[11] 谢怡凡, 姚顺波, 邓元杰, 等.延安市退耕还林(草)工程对生境质量时空格局的影响[J].中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(4): 575–586.

[12] 钟莉娜, 王军.基于InVEST模型评估土地整治对生境质量的影响[J].农业工程学报, 2017, 33(1): 250–255.

[13] 白立敏, 冯兴华, 孙瑞丰, 等.生境质量对城镇化的时空响应——以长春市为例[J].应用生态学报, 2020, 31(4): 1267–1277.

[14] 张学儒, 周杰, 李梦梅.基于土地利用格局重建的区域生境质量时空变化分析[J].地理学报, 2020, 75(1): 160–178.

[15]王耕, 常畅, 韩冬雪, 等.老铁山自然保护区景观格局与生境质量时空变化[J].生态学报, 2020, 40(6): 1910– 1922.

[16] 冯舒, 孙然好, 陈利顶.基于土地利用格局变化的北京市生境质量时空演变研究[J].生态学报, 2018, 38(12): 4167–4179.

[17] 刘智方, 唐立娜, 邱全毅.基于土地利用变化的福建省生境质量时空变化研究[J].生态学报, 2017, 37(13): 4538– 4548.

[18] 吕乐婷, 张杰, 彭秋志, 等.东江流域景观格局演变分析及变化预测[J].生态学报, 2019, 39(18): 1–10.

[19] 褚琳, 黄翀, 刘庆生.2000—2010年辽宁省海岸带景观格局与生境质量变化研究[J].资源科学, 2015, 37(10): 1962–1972.

[20] del Castillo E M, García-Martin A, Aladrén L A L, etal. Evaluation of forest cover change using remote sensing techniques and landscape metrics in Moncayo Natural Park (Spain)[J]. Applied Geography, 2015, 62: 247–255.

[21] Ana I R C, Costa F L. Land cover changes and landscape pattern dynamics in Senegal and Guinea Bissau brderland[J]. Applied Geography, 2017, 82: 115–128.

[22] Joshua H G, Giorgio C, Duarte T K, et al. Integrating ecosystem-service tradeoffs into land-use decisions[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109(19): 7650–7570.

[23] 张大智, 孙小银, 袁兴中, 等.南四湖流域1980-2015年土地利用变化及其对流域生境质量的影响[J].湖泊科学, 2018, 30(2): 349–357.

[24] 任涵, 张静静, 朱文博, 等.太行山淇河流域土地利用变化对生境的影响[J].地理科学进展, 2018, 37(12): 1693–1704.

[25]戴云哲.李江风.杨建新.长沙都市区生境质量对城市扩张的时空响应[J].地理科学进展, 2018.37(10): 1340– 1351.

[26] 胡光伟, 毛德华, 李正最, 等.60年来洞庭湖区进出湖径流特征分析[J].地理科学, 2014, 34(1): 89–96.

[27] 赖锡军, 姜加虎, 黄群.三峡水库调节典型时段对洞庭湖湿地水情特征的影响[J].长江流域资源与环境, 2011, 20(2): 167–172.

[28] 王雅, 蒙吉军.黑河中游土地利用变化对生态系统服务的影响[J].干旱区研究, 2017, 34(1): 200–207.

Research on the impact of land use and landsacpe pattern on habitat quality in Dongting Lake area based on INVEST model

DENG Chuxiong1, GUO Fangyuan1, HUANG Dongliang2, LI Zhongwu1,*

1. College of Resources and Environmental Science, Hunan Normal University, Changsha 410081, China 2. Hunan Provincial Land and Resources Planning Institute, Changsha 430111, China

Habitat quality is an important indicator of regional biodiversity maintenance capacity. Land use is the main reason of the change of landscape pattern and habitat quality, revealing the spatiotemporal evolution of habitat quality under the change of land use and landscape pattern can provide a reference for biodiversity protection. Taking the Dongting Lake area as the research object, and useing transfer matrix of land use, landscape pattern index and INVEST model to quantitatively analyze the impact of land use and landscape fragmentation on habitat quality in the Dongting Lake area,based on the remote sensing interpretation data of 1995, 2000, 2005, 2010, 2015, 2018. The results show that: (1) In the study section, the increase rates of wetland and construction land in Dongting Lake area are 0.5% and 44%, and the decrease rates of cultivated land and forest land are 2.7% and 1.6%. (2) The degree of fragmentation of cultivated land and forest land has increased, and the degree of fragmentation of wetland has shown an "increasing-decreasing-increasing" "N-type" fluctuation trend. (3) In terms of time, the habitat quality of the Dongting Lake area in six different periods is 0.563, 0.561, 0.562, 0.563, 0.556, 0.554, respectively, experiencing the "inverted-N" fluctuation trend of "decrease-raise-decrease", and the improvement of habitat quality is related to the transfer of wetlands and the decrease of wetland fragmentation. The decrease in habitat quality is related to the large amount of cultivated land and forest land occupied by urban development and the increased fragmentation of the main habitat types (cultivated land, forest land and grassland). (4) From a spatial perspective, the range of change of habitat quality and landscape fragmentation is approximately the same. In areas where landscape fragmentation increases, habitat quality decreases significantly. The changes in habitat quality from 1995 to 2010 were mainly reflected in the vicinity of the lake, including the urban areas of Yueyang City, Huarong County, Yuanjiang City, Nan County, and Xiangyin County. The changes in habitat quality from 2010 to 2018 were reflected in the cities and towns around the county. (5) Dealing with the relationship between the "three-generation space", implementing strict wetland protection measures, and promoting the ecological protection and economic high-quality development of the lake area are the only ways to improve the habitat quality of the Dongting Lake area.

habitat quality; land use change; landscape pattern; Dongting Lake area

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.013

X21

A

1008-8873(2021)02-099-12

2020-06-19;

2020-07-07

国家自然科学基金(U19A2047); 2018年湖南省教育厅重点项目(18A044)

邓楚雄(1974—), 男, 湖南衡阳人, 教授, 博士生导师, 主要研究方向为资源评价与区域经济, E-mail: dcxppd@163.com

李忠武, 男, 教授, 博士生导师, 主要从事土地整治与生态修复研究, E-mail: lzw17002@hunnu.edu.cn

邓楚雄, 郭方圆, 黄栋良, 等. 基于INVEST模型的洞庭湖区土地利用景观格局对生境质量的影响研究[J]. 生态科学, 2021, 40(2): 99–109.

DENG Chuxiong, GUO Fangyuan, HUANG Dongliang, et al. Research on the impact of land use and landsacpe pattern on habitat quality in Dongting Lake area based on INVEST model[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 99–109.