基于InVEST模型的西安市生境質量時空演變研究

曹瑞超

(長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710000)

引言

隨著國民經濟的快速發展,中國城市化的進程不斷加快,區域土地利用類型在不斷解構與重構,產生了一系列環境問題,對生態環境形成巨大壓力[1]。生境質量是指在有限的時間和空間中為個體和種群提供適宜生存條件的能力,生境質量評估是流域土地利用和綜合管理政策制定的重要基礎[2-5]。本文以西安市為研究對象，利用區域土地利用類型的變化情況，基于InVEST模型生境質量模塊對西安市生境質量進行評估，為西安市的土地開發利用和管理維護提供參考。

1 研究區域概況

西安市位于黃河流域中部關中盆地，地勢北高南低，北瀕渭河，南依秦嶺，境內河網密集，生物資源豐富。近年來，隨著城鎮化速度的不斷加快，城市用地快速擴張，人口大規模聚集，從而使生態環境遭到破壞。因此，對其生境質量進行評價研究，對解決城市發展面臨的生態環境問題有較大的實踐意義。

2 研究方法

InVEST生境質量模型通過結合景觀類型敏感性和外界威脅強度來計算生境質量，計算公式[6]：

式中，R為脅迫因子；y為脅迫因子r柵格圖層的柵格數量；Yr為斜坡因子所占的柵格數量；wr為脅迫因子的權重；ry為柵格y的脅迫因子值；βx為柵格x的可達性水平；Sjr為生境類型j對脅迫因子r的敏感性；iryx為柵格y的脅迫因子值ry對生境柵格x的脅迫水平。

式中，Qxj為土地利用類型j中柵格x的生境質量；k為半飽和參數；Hj為土地利用類型j的生境適宜性；z為歸一化常量；Dxj為土地利用類型j中柵格x所受的脅迫水平。

根據研究區域的實際情況，選取耕地、建設用地和未利用地3種土地利用類型以及鐵路、高速公路和城市一級道路作為脅迫因子，根據現有研究并結合研究區域具體情況對威脅源的最大影響距離和權重以及各種生境類型的適宜度和敏感性進行調節和賦值，見表1、表2。

表1 各生境類型適宜度及對威脅因子的敏感性

表2 威脅因子及其權重

3 結果與分析

3.1 土地利用結果分析

2000—2010年西安市耕地面積和建設用地面積變化幅度較大，其它類型變化幅度較小。其中，耕地面積不斷減少，3個年份的面積分別為4275.68km2、3908.76km2、3724.80km2；而建設用地面積不斷增加，3個年份的面積分別為861.20km2、1221.05km2、1404.98km2；林地面積占總面積的比重呈現先漲后降的走向，從2000年的46.82%增長為2010年的46.89%，之后又降低為2020年的46.67%；草地面積變化則與林地相反，先降后漲，3個年份的面積分別為193.06km2、184.98km2、203.17km2；水域面積呈現小幅度增長的趨勢，面積分別為37.40km2、50.54km2、58.63km2；未利用面積占比最小且變化幅度不大。另外，從空間變化的角度看，2000—2020年期間，南部土地利用變化較穩定，最主要的變化發生在東北部地區，其中主要表現為建設用地面積大幅增加，面積占比由8.52%增加到13.87%。

由圖2、圖3可知,2000—2010年，變化最大的地類是耕地，面積為594.86km2，主要分流為建設用地以及少量的林地、草地和水域；林地主要分流為草地和耕地；草地主要分流為林地和耕地；建設用地則主要轉化為了耕地；2010—2020年，土地利用類型變化最大的仍是耕地，其中79.43%分流為建設用地，還有少量變為林地和草地，林地和草地分流變化情況與前一年份區間相同，但變化面積增多；對比2個年份區間可以得出，耕地的流出面積減少，林草地、建設用地的流出面積增加，建設用地的流入面積減少，耕地、林地、草地的流入面積增加。

3.2 生境質量評價結果分析

利用InVEST模型生境質量模塊對西安市2000年、2010年和2020年的生境質量進行評價，數值越接近1，說明生境質量越高，區域生境越完整，并具有相對應的功能和結構，對于生物多樣性的維持越有利。選擇自然斷點法將結果劃分為優(0.95～1)、良好(0.80～0.95)、一般(0.63～0.80)、較差(0.28～0.63)和差(0～0.28)5個等級，生境質量各等級分布情況以及面積如圖4所示。

從時間變化來看，2000—2020年西安市生境質量等級為差和一般的面積分別增加了56.48%和11.93%，而等級為優、良好和較差的面積分別減少了0.41%、2.00%、13.01%，生境質量整體趨于下降，但由生境質量平均得分能夠得出，生境質量降低的幅度減小，說明生境退化得到了遏制，生態恢復得到一定成效。

從空間分布來看，西安市生境質量表現出明顯的空間異質性，大體可以分為秦嶺褶皺帶和華北地臺為2大區域單元，指數高的區域集中分布于南部秦嶺地區，區域內大面積的林草地為生態系統的穩定性和抗干擾能力提供了支撐，并且道路線性威脅源占比較少，所以南部生態系統具備較強的修復能力，因此多年間可以保持著較高的生境質量。南部也有零星的生境質量低的區域，其主要原因為小面積耕地分布于此，農業生產活動一定程度上威脅著生態系統的穩定。生境質量低的區域分布于北部城市中心區域并且隨著時間大面積地向四周擴散，其原因主要為經濟的快速發展，城市化水平不斷提高，建設用地的擴張導致了區域威脅源比重不斷增大，人類活動對其干擾程度不斷加強，對生態系統形成較大的破環性。

由圖5可知，西安市整體生境質量變化較穩定，2個年份區間的極值變化都主要集中于西安市城區周邊范圍，低值位置變化更大，該地域空間范圍是人地關系矛盾最激烈的區域；2010—2020年的極值區域比2000—2010年大幅度減少，表明生態系統的穩定性得到不斷增強；南部地區在2010—2020年出現了低值，說明雖然南部生境質量較高、生態系統較穩定，但仍不能忽視生態的保護。

4 結論

2000—2020年，西安市生境質量平均指數呈現小幅下降的趨勢，20a間下降了0.0114。在空間上則表現為南高北低的分布特征。區域生境質量上升的主要原因為生態保護工程措施將地類變更為可提高生境適宜性的土地覆蓋類型，下降原因則主要是建設用地的擴張和變動。西安市以“推進綠色發展，建設生態西安”為主線，開展了秦嶺生態修復、“八水繞長安”工程等工作，取得了一定成效，生境質量呈現向好的態勢。但仍需進一步落實和鞏固各項措施，生態修復再提速，促進社會經濟發展和生態保護的協調發展。