三峽庫區(qū)生境質(zhì)量的地形梯度效應(yīng)及對土地利用變化的響應(yīng)

周曉艷，何依依，黃 欣，張苗苗

（武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079）

0 引 言

三峽工程是當(dāng)今世界上最大的水利工程，在防洪、發(fā)電、供水等方面帶來了可觀的綜合效益。三峽庫區(qū)生態(tài)脆弱敏感，人地關(guān)系復(fù)雜，其生態(tài)環(huán)境健康關(guān)系著整個(gè)長江流域，一直是資源環(huán)境領(lǐng)域的關(guān)注和研究熱點(diǎn)[1]。在國家層面上，1996年正式組建了長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，圍繞三峽工程建設(shè)和運(yùn)行，對庫區(qū)及長江上游到河口地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展、生態(tài)與環(huán)境進(jìn)行全面的跟蹤監(jiān)測、及時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)，為長江三峽工程建設(shè)過程中環(huán)境與資源管理以及部門決策提供科學(xué)依據(jù)。目前國內(nèi)學(xué)者對三峽庫區(qū)湖北段生態(tài)環(huán)境的研究大多集中在對庫區(qū)水土流失[2-3]、滑坡地質(zhì)災(zāi)害[4]、水源污染以及氮磷排放量[5-8]等單一生態(tài)環(huán)境方面的研究。生境質(zhì)量被視為區(qū)域生物多樣性和生態(tài)服務(wù)水平的重要表征和反映，也是區(qū)域生態(tài)安全保障和人類福祉提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[9-10]。近年來，基于土地利用變化的生境質(zhì)量研究逐漸成為熱點(diǎn)，如楊志鵬等[11]以東北地區(qū)為研究區(qū)，對土地利用演變視角下的生境質(zhì)量變化進(jìn)行分析，并研究了生境質(zhì)量高低與土地利用類型空間布局的關(guān)系，賈艷艷等[12]采用InVEST模型、土地利用程度指數(shù)和雙變量空間自相關(guān)模型等方法，分析黃河三角經(jīng)濟(jì)區(qū)生境質(zhì)量演變特征及其與土地利用變化的相關(guān)性，石小偉等[13]研究了大都市郊區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型對生境質(zhì)量的影響。

綜上，本文參考已有成果，考慮三峽庫區(qū)具有獨(dú)特的地理?xiàng)l件，創(chuàng)新性地結(jié)合地形的視角探討三峽工程建設(shè)背景下庫區(qū)生境質(zhì)量與土地利用變化的關(guān)系具有重要意義。本文在利用InVEST模型對其湖北段生境質(zhì)量進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，借助地形位指數(shù)分析區(qū)域地形條件對生境質(zhì)量分布格局及其時(shí)空變化的影響，并利用地理加權(quán)回歸將不同土地利用變化與生境質(zhì)量的空間關(guān)系進(jìn)行可視化表達(dá)，以揭示生境質(zhì)量對土地利用變化的響應(yīng)及不同地形位上的差異。研究結(jié)論可為三峽庫區(qū)湖北段未來土地利用布局和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供決策支持。

1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)湖北段位于湖北省中西部，包含湖北省宜昌市夷陵區(qū)、興山，巴東，秭歸三縣，是三峽大壩主體工程所在地，總面積約為1.15萬km2。三峽庫區(qū)湖北段海拔較高，以山地為主，東高西低，地形復(fù)雜，屬于亞熱帶氣候區(qū)。研究區(qū)內(nèi)河流眾多，主要為長江及其支流，構(gòu)成了復(fù)雜的地表徑流網(wǎng)絡(luò)，水利資源優(yōu)勢明顯。三峽大壩于1992年獲得七屆全國人大第五次會議批準(zhǔn)建設(shè)，1994年正式動工興建，1997年實(shí)現(xiàn)大江截流，一期移民結(jié)束；2003年二期移民結(jié)束，正式開始下閘蓄水；2006年三峽大壩全線建成，三期移民結(jié)束；2009年全面完成移民、輸變電、樞紐工程的建設(shè)，蓄水到175 m，整個(gè)三峽工程竣工后進(jìn)入全面運(yùn)營狀態(tài)（圖2）。2020年庫區(qū)湖北段城鎮(zhèn)化率為44%左右，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比約為36%。雖然人口數(shù)量總體呈現(xiàn)下降的趨勢，但近年來地區(qū)生產(chǎn)總值穩(wěn)步增長，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平逐年提高，農(nóng)業(yè)人口逐年減少，城鎮(zhèn)化水平不斷提高。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究考慮到三峽工程建設(shè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，選擇1995－2020年多期土地利用數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)均來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn），1995、2000、2005、2010年 4期土地利用數(shù)據(jù)均是以各期Landsat TM/ETM 遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，2015和2020年土地利用數(shù)據(jù)分別是在2010和2015年數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，基于Landsat8遙感影像，通過人工目視解譯生成分辨率為30 m的標(biāo)準(zhǔn)影像。數(shù)據(jù)經(jīng)過人工檢驗(yàn)，精度在85%以上，可滿足本研究的需求。土地利用分類根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》標(biāo)準(zhǔn)并參考研究區(qū)的實(shí)際情況將其分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地 5個(gè)1級類型以及16個(gè)2級類型（見表1）。數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）。

表1 土地利用分類體系Table 1 Land cover classification system

2.2 研究方法

2.2.1 InVEST模型

InVEST模型是由美國斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會（TNC）和世界自然基金會（WWF）聯(lián)合開發(fā)的用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估與權(quán)衡的生態(tài)模型[14]。本文采用InVEST模型中的生境質(zhì)量模塊（habitat quality）定量評估三峽庫區(qū)湖北段生境質(zhì)量，模型以土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在綜合考慮威脅因子影響距離和強(qiáng)度、不同生境類型對威脅因子的敏感程度等基礎(chǔ)上進(jìn)行生境質(zhì)量估算，以此反映生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性狀態(tài)及其能為物種提供生存繁衍條件的潛力水平。生境質(zhì)量指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中Qxj表示土地類型j中柵格x的生境質(zhì)量；Hj表示土地利用類型j的生境適合度；Dxj表示土地類型j中柵格x的生境退化度；k表示半飽和常數(shù)，一般取Dxj最大值的一半；Z為歸一化常數(shù)，為系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)，通常取值2.5；R表示威脅因子個(gè)數(shù)；y表示威脅因子的柵格數(shù)；Y表示危險(xiǎn)因子所占柵格；wr表示威脅因子的權(quán)重，取值0～1；ry表示柵格因子強(qiáng)度；irxy表示柵格y的威脅因子值ry對生境柵格x的威脅水平，可通過線性或非線性衰減求取；βx表示威脅因子對為柵格x的可達(dá)性水平，取值0～1，1表示極容易到達(dá)；Sjr表示生境類型j對威脅因子r的敏感程度，取值0～1，該值越接近1表示越敏感；dxy為柵格x與柵格y之間的直線距離，drmax為脅迫因子r的最大影響距離。

通常接近自然狀態(tài)的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)擁有較高生境適宜度，如森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)；非自然系統(tǒng)的生境適宜度較低，如城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)等[15]。在參考InVEST模型用戶手冊的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)研究成果[16-21]，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，將耕地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、其他建設(shè)用地作為威脅因子，確定威脅因子的影響距離、權(quán)重，生境適宜性則根據(jù)不同土地利用類型對此區(qū)域生境質(zhì)量的貢獻(xiàn)大小進(jìn)行賦值，具體參數(shù)見表2和表3。考慮到研究區(qū)以林地和草地為主，不同覆蓋度的林地、草地相互轉(zhuǎn)換會影響生境質(zhì)量，因此本研究將林地和草地分類細(xì)化，以區(qū)分林地和草地發(fā)生退化或改善對生境質(zhì)量的影響。

表2 威脅因子及其脅迫強(qiáng)度Table 2 Threat factors and their stress intensity

表3 不同土地利用類型的生境適宜度及敏感性Table 3 Habitat suitability and sensitivity of different land use type

2.2.2 地形位指數(shù)

地形位指數(shù)[22-23]是復(fù)合分析空間任意一點(diǎn)高程和坡度屬性信息的指標(biāo)，可綜合反映出地形條件的空間分異。其計(jì)算公式為：

其中T為地形位指數(shù)，E及E0分別為空間內(nèi)任一柵格的高程和平均高程（m），S及S0分別為空間任一柵格的坡度值和平均坡度值。一般地，高程低、坡度小的柵格地形位指數(shù)小，反之越大，高程較高但坡度較小或高程較小坡度較高的點(diǎn)，其地形位指數(shù)居中[24]。利用DEM數(shù)據(jù)，計(jì)算出地形位指數(shù)，本研究在ArcGIS中按照等間距分級法，將地形位指數(shù)由低到高分為5個(gè)等級。

2.2.3 分布指數(shù)

分布指數(shù)[25]可以反映地形條件對景觀組分空間分布的影響，即在地形位梯度上不同景觀組分出現(xiàn)的頻率。當(dāng)分布指數(shù)P=1時(shí)，表示某類生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級在某地形位上的比重與研究區(qū)該類生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級的比例相等；當(dāng)P>1時(shí)，表明某類生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級在該地形位上的比例大于該類生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級在研究區(qū)的比例，因此將P>1的區(qū)間設(shè)定為優(yōu)勢地形位區(qū)間。其公式如下：

式中P為分布指數(shù)，Sie為第e種地形位下第i類生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級的面積，km2；Si為整個(gè)研究區(qū)第i類生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級的面積，km2；Se為整個(gè)研究區(qū)第e種地形位的總面積，S為研究區(qū)總面積，km2。

2.2.4 地理加權(quán)回歸(GWR)

GWR是基于局部光滑思想提出的空間回歸模型，既能有效估計(jì)具有空間自相關(guān)性的數(shù)據(jù)，也能反映參數(shù)在不同區(qū)域的空間異質(zhì)性[26]，模型公式為：

式中yi為采樣點(diǎn)i的因變量值；β0為截距，(ui,vi)為采樣點(diǎn)的常數(shù)項(xiàng)；βk(ui,vi)為采樣點(diǎn)的第k個(gè)自變量的系數(shù)，xik為采樣點(diǎn)i的第k個(gè)自變量；εi為隨機(jī)誤差項(xiàng)。選擇“自適應(yīng)”和修正的阿凱克信息準(zhǔn)則（AICc）進(jìn)行GWR分析，GWR結(jié)果中，校正R2反映自變量的解釋力，用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ托阅埽粭l件數(shù)小于0，大于30時(shí)表明變量間存在局部多重共線性，模型運(yùn)算結(jié)果不可靠[27]。

3 結(jié)果與分析

3.1 三峽庫區(qū)湖北段土地利用時(shí)空變化分析

三峽庫區(qū)湖北段主要土地利用類型為林地和耕地。2020年林地面積8 917.73 km2，占比79.2%，耕地面積1 391.19 km2，占比12.3%，兩者之和占土地總面積的90%左右。其他用地類型為草地810.67 km2、水域146.21 km2、建設(shè)用地93.71 km2。其中城鎮(zhèn)工礦等建設(shè)用地主要在地形位指數(shù)較低的夷陵城區(qū)、興山縣城、巴東縣城及其周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)、秭歸縣與夷陵區(qū)交界處的三峽大壩附近等（圖2）。從三峽工程建設(shè)以來，該區(qū)域土地覆被受到不同程度的人類活動干擾。1995－2000年，三峽工程動工開建，建設(shè)用地面積小幅增加，部分林地被開墾為耕地，水域和草地面積略有減少。2000－2005年，三峽工程開始蓄水導(dǎo)致部分其他地類轉(zhuǎn)變?yōu)樗颍渲兄饕愋蜑榱值兀▓D3），該時(shí)期建設(shè)用地凈減少率最大。2005－2010年，三峽工程全面建成開始運(yùn)營，這一時(shí)期庫區(qū)湖北段人口增加，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值減少，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比增加幅度較大，工程建設(shè)導(dǎo)致非農(nóng)經(jīng)濟(jì)增長較快。

在宜昌市夷陵城區(qū)、興山縣城周邊和巴東縣南部清江下游的水布埡、三峽大壩工程所在的三斗坪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)用地面積增加。同時(shí)伴隨著退耕還林還草政策的實(shí)施，耕地面積大量減少。2010－2015年，三峽工程進(jìn)入全面運(yùn)營階段，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重較為穩(wěn)定，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重緩慢上升。與上一時(shí)段相比，由于退耕還林還草進(jìn)入后期階段，耕地面積持續(xù)減少但幅度降低，林地和草地面積略有下降，建設(shè)占用耕地和林地幅度有所增加。主要為省道國道的建設(shè)以及鄉(xiāng)村道路改擴(kuò)建等交通基礎(chǔ)設(shè)施的增加，集中在巴東北部的長江上游附近以及夷陵城區(qū)東南方向。2015－2020年，水域和建設(shè)用地面積減少，耕地小幅度增加，主要由林草地轉(zhuǎn)化而來，增加區(qū)域主要集中在興山縣南部。總體來說，近25 a來，隨著三峽大壩的建成及庫區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)用地和水域大幅擴(kuò)張；耕地面積小幅增加，主要由林地轉(zhuǎn)化而來，林草地面積小幅減少。

3.2 三峽庫區(qū)湖北段生境質(zhì)量時(shí)空變化特征分析

運(yùn)行InVEST模型的生境質(zhì)量模塊，得到三峽庫區(qū)湖北段5期生境質(zhì)量的空間分布圖（圖4）。

為便于對比分析，參考有關(guān)學(xué)者的研究[28-30]并結(jié)合研究區(qū)的特點(diǎn)，采用等間距分級法，將生境質(zhì)量指數(shù)劃分為4個(gè)區(qū)間：0～0.25，0.25～0.5，0.5～0.75，0.75～1，并據(jù)此將生境質(zhì)量劃分為低，較低，中和高 4個(gè)級別。從表4可以看出，三峽庫區(qū)湖北段生境質(zhì)量水平總體較高，生境質(zhì)量處于高等級的土地面積達(dá)80%以上。

表4 三峽庫區(qū)湖北段不同年份各等級生境質(zhì)量面積Table 4 Area of habitat quality in Hubei section of the Three Gorges Reservoir Region in different years km2

由表4可知，1995－2000三峽工程一期移民期間，低等級生境質(zhì)量保持穩(wěn)定，高等級質(zhì)量生境質(zhì)量面積略有減少，較低等級生境質(zhì)量面積減少了740.72 km2，中等級生境質(zhì)量面積增加了901.42 km2。隨著移民搬遷人口的減少，部分地區(qū)生境質(zhì)量有所提高。2000－2005年三峽庫區(qū)湖北段在水庫蓄水期間，低等級和高等級生境質(zhì)量面積基本不變。中等級生境質(zhì)量面積減少了903.63 km2，較低等級生境質(zhì)量面積增加了887.33 km2，說明部分地區(qū)由中等級生境質(zhì)量退化為較低等級。生境質(zhì)量退化主要發(fā)生在興山縣東部、巴東縣南部、夷陵區(qū)的北部和東南部城鎮(zhèn)化地區(qū)。2005－2015年，庫區(qū)中等級生境質(zhì)量面積較為穩(wěn)定。變化主要表現(xiàn)為較低等級的生境向低或高等級的雙向變化。較低等級減少了108.35 km2，但低和高等級生境質(zhì)量面積分別增加了55.74、56.81 km2。生境質(zhì)量退化的具體位置為三峽工程所在的三斗坪鎮(zhèn)以及茅坪鎮(zhèn)、巴東縣南部、巴東縣北部長江附近以及夷陵城區(qū)東南部地勢平坦開闊、區(qū)位條件較好的區(qū)域。隨著三峽大壩和人口遷移帶來的二三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建設(shè)占用耕地，而耕地占用林草地，較低等級生境質(zhì)量生境退化為低等級。生境質(zhì)量改善區(qū)域主要位于興山縣南部地區(qū)，由于退耕還林還草使少量較低生境質(zhì)量區(qū)域轉(zhuǎn)化為高生境質(zhì)量區(qū)域。2015－2020年，中等級和低等級生境質(zhì)量面積基本不變。在巴東縣南部，少量林地轉(zhuǎn)化為耕地導(dǎo)致高等級生境質(zhì)量退化為較低等級。總的來說，近25 a，庫區(qū)生境質(zhì)量水平總體較高但略有退化，主要為少量高等級生境質(zhì)量退化，低等級和較低等級生境質(zhì)量的增加。

3.3 基于地形梯度的三峽庫區(qū)湖北段生境質(zhì)量時(shí)空變化

由圖5可知，在低地形位（1,2級地形位）上呈優(yōu)勢分布的為低等級和較低等級生境質(zhì)量，且低等級的生境質(zhì)量在1級地形位上分布更占優(yōu)勢。在中高（3，4，5級）地形位上，呈優(yōu)勢分布的為中等級和高等級的生境質(zhì)量。近 25 a，庫區(qū)低等級和高等級生境質(zhì)量在不同地形位上的分布基本穩(wěn)定，較低和中等生境質(zhì)量不同地形位上分布略有變化。1995－2000年，較低等級生境質(zhì)量在低地形位上的優(yōu)勢增加，2000－2020年較低等級生境質(zhì)量從低地形位逐漸向中高地形位蔓延，中等級生境質(zhì)量在高地形位上的優(yōu)勢有所提高。

由于三峽庫區(qū)開發(fā)建設(shè)活動和局部耕地開墾，低地形位的連片城鎮(zhèn)化地區(qū)與工程建設(shè)區(qū)、中地形位零散分布的耕地開墾區(qū)的生境質(zhì)量有所退化。具體而言，在三峽工程動工開建至一期移民結(jié)束，由于移民搬遷部分地區(qū)生境質(zhì)量略有改善。而后隨著三峽工程的持續(xù)建設(shè)和庫區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類活動逐漸由低地形位向高地形位蔓延。生境質(zhì)量低和較低區(qū)域的面積增加并在中低地形位保持主導(dǎo)，較低等級生境質(zhì)量逐漸向中高等級地形位蔓延，中等級生境質(zhì)量在中低地形位上的面積縮減，高等級生境質(zhì)量始終在高地形位上占據(jù)主導(dǎo)且相對穩(wěn)定。

3.4 生境質(zhì)量對土地利用變化的響應(yīng)

為了識別土地利用變化與生境質(zhì)量變化的空間響應(yīng)模式，本研究根據(jù)三峽工程建設(shè)節(jié)點(diǎn)，選取 1995－2000（一期移民結(jié)束）、2000－2010（三峽工程建設(shè)階段）、2010－2020（三峽工程投入運(yùn)營）三個(gè)時(shí)間段，將三峽庫區(qū)湖北段生境質(zhì)量柵格數(shù)據(jù)和土地利用柵格數(shù)據(jù)劃分成3 000 m×3 000 m的格網(wǎng)，以生境質(zhì)量指數(shù)變化值為因變量，根據(jù)研究區(qū)土地利用變化情況選擇耕地、林地和建設(shè)用地的面積變化量為解釋變量，并通過了共線性檢驗(yàn)，利用GWR模型對土地利用變化下生境質(zhì)量的響應(yīng)進(jìn)行空間分析，相關(guān)參數(shù)的設(shè)置及結(jié)果見表5。1995－2000、2000－2010和2010－2020年數(shù)據(jù)的模型擬合優(yōu)度均處于較高水平，說明GWR模型的擬合結(jié)果較優(yōu)。

表5 GWR模型參數(shù)估計(jì)及檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 GWR model parameter estimation and test results

從圖6可以看出，生境質(zhì)量變化對不同地類變化的響應(yīng)具有空間差異。生境質(zhì)量變化與耕地面積變化主要呈負(fù)相關(guān)。1995－2000年，耕地變化與生境質(zhì)量變化相關(guān)性最強(qiáng)的地區(qū)為中低地形位的夷陵區(qū)中部。該地區(qū)耕地增加主要由林草地轉(zhuǎn)化而來，導(dǎo)致生境質(zhì)量退化。2000－2010年，負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)的地方在高地形位的興山縣北部、中地形位的巴東縣南部野三關(guān)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)、低地形位的巴東縣城周邊和三峽大壩附近，少量林草地開墾為耕地，生境質(zhì)量退化明顯。2010－2020年，耕地面積變化與生境質(zhì)量變化負(fù)相關(guān)性強(qiáng)的區(qū)域與上一階段大致相同，但這些區(qū)域生境質(zhì)量由于退耕還林還草有所提高。

生境質(zhì)量變化與建設(shè)用地變化在空間上主要呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。1995－2000年，建設(shè)用地變化與生境質(zhì)量變化相關(guān)性較強(qiáng)的區(qū)域主要為興山縣大部分地區(qū)，該地區(qū)雖少數(shù)林草地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，但生境質(zhì)量對建設(shè)用地變化敏感，生境質(zhì)量退化較明顯。2000－2010年，建設(shè)用地變化與生境質(zhì)量變化強(qiáng)相關(guān)的區(qū)域?yàn)楦叩匦挝坏呐d山縣北部、低地形位的巴東縣城周邊和三峽大壩附近，是工程建設(shè)及城鎮(zhèn)擴(kuò)張導(dǎo)致建設(shè)用地增加的主要區(qū)域。2010－2020年，巴東縣南部野山關(guān)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)、興山縣北部、巴東縣城周邊以及三峽大壩附近，建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)張，生境質(zhì)量退化明顯。

生境質(zhì)量變化與林地變化在空間上主要呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。1995－2000年相關(guān)性最高的地方為地形位高的興山縣大部分地區(qū)，該地區(qū)少量林地開墾為耕地，生境質(zhì)量退化。2000－2010年相關(guān)性最高的區(qū)域?yàn)榈偷匦挝坏呐d山縣南部、中高地形位的夷陵區(qū)北部和秭歸縣南部與巴東縣交界處，退耕還林還草使得林地面積增加，生境質(zhì)量提高。與上一階段相比，2010－2020年相關(guān)性較強(qiáng)區(qū)域有所擴(kuò)大，位于低地形位的巴東縣北部、興山縣南部、夷陵區(qū)北部、秭歸縣南部與巴東縣交界處，主要由于林地開墾為耕地，生境質(zhì)量退化。從整體來看，建設(shè)用地和耕地?cái)U(kuò)張對生境質(zhì)量的負(fù)向影響先增強(qiáng)后較為穩(wěn)定，林地變化對生境質(zhì)量的正向影響先減弱后較為穩(wěn)定。

4 結(jié)論與討論

本文采用InVEST模型，利用多期土地利用數(shù)據(jù)評估并分析從三峽工程開建以來，庫區(qū)湖北段生境質(zhì)量的時(shí)空演變特征及其地形梯度效應(yīng)，利用GWR模型從空間上評價(jià)不同土地利用變化對生境質(zhì)量的影響得到以下結(jié)論：

1）近25 a來，三峽庫區(qū)湖北段土地利用類型的變化主要為耕地小幅增加，建設(shè)用地和水域大幅擴(kuò)張，林草地小幅減少。其中，1995－2000年，隨著三峽工程的啟動，建設(shè)用地面積略有增加；2000－2005年，隨著三峽工程蓄水活動，除水域之外的其他各類用地面積均減少；2005－2010年，隨著工程建設(shè)帶來的第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)擴(kuò)張以及退耕還林還草政策的實(shí)施，耕地面積急劇減少，建設(shè)用地面積大幅度增加；2010－2015年三峽工程全面運(yùn)營，公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)張，退耕還林政策進(jìn)入后期耕地減少速度有所放緩；2015－2020年，部分林草地開墾為耕地，土地利用結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。

2）三峽庫區(qū)湖北段生境質(zhì)量總體處于較高水平，高等級生境質(zhì)量的土地面積一直 80%以上，但隨著庫區(qū)開發(fā)建設(shè)生境質(zhì)量略有退化。生境質(zhì)量的高低大致與地形位呈正相關(guān)，其退化主要分布在低地形位。總體來說，低地形位地區(qū)生境質(zhì)量退化程度較大，中地形位地區(qū)生境質(zhì)略有退化，高地形位地區(qū)生境質(zhì)量基本穩(wěn)定。

3）地理加權(quán)回歸模型顯示，林地面積的變化與生境質(zhì)量的變化主要呈正相關(guān)，耕地和建設(shè)用地面積與生境質(zhì)量的變化主要呈負(fù)相關(guān)，但各地類的回歸系數(shù)在空間上存在較大的異質(zhì)性。生境質(zhì)量變化對林地變化響應(yīng)較顯著的地區(qū)為興山縣南部、夷陵區(qū)北部、秭歸縣南部與巴東縣交界處；生境質(zhì)量變化對耕地變化響應(yīng)較顯著的地區(qū)為興山縣北部、巴東縣南部野三關(guān)鎮(zhèn)以南等鄉(xiāng)鎮(zhèn)、巴東縣城周邊、三峽大壩附近；生境質(zhì)量變化對建設(shè)用地變化響應(yīng)較顯著的地區(qū)為興山縣北部、巴東縣城周邊、三峽大壩附近。

三峽工程的建設(shè)對庫區(qū)的地質(zhì)、氣候、經(jīng)濟(jì)等方面產(chǎn)生了影響，也改變著庫區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了重要的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)三峽庫區(qū)湖北段生態(tài)環(huán)境脆弱，但由于注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，退耕還林等政策得到了有效的實(shí)施，林草地生態(tài)屏障總體處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。但低地形位上生境質(zhì)量退化程度較大，因此要特別關(guān)注低地形位生境質(zhì)量敏感區(qū)域的土地用變化。同時(shí)根據(jù)三峽庫區(qū)生境質(zhì)量在不同地形位對土地利用變化響應(yīng)特征，在巴東縣南部野三關(guān)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)應(yīng)適度控制耕地開墾活動，保護(hù)林草地等生態(tài)用地，優(yōu)化土地生態(tài)功能；在興山縣北部、巴東縣城周邊以及三峽大壩附近應(yīng)限制建設(shè)用地?cái)U(kuò)張和耕地開墾；在興山縣南部、夷陵區(qū)北部、秭歸縣南部與巴東交界處應(yīng)加強(qiáng)對林草地的保護(hù)，以維持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。未來應(yīng)在庫區(qū)獨(dú)特地理環(huán)境下土地利用與生境質(zhì)量定量關(guān)系、局部生境退化的內(nèi)在機(jī)制研究等方面進(jìn)一步深化。