2000-2020年閩東南地區(qū)土地利用變化及生境質(zhì)量時(shí)空演變

杜峯屹, 陳松林, 蒲佳豪

(1.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院/碳中和未來技術(shù)學(xué)院, 福州 350117; 2.福建省亞熱帶資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福州 350117)

進(jìn)入21世紀(jì)以來,中國經(jīng)濟(jì)迅速騰飛,伴隨人類社會(huì)活動(dòng)及土地利用強(qiáng)度的增強(qiáng),生境破碎、消逝和生境質(zhì)量退化等威脅生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平的環(huán)境問題日益突顯[1],尤其是在地理區(qū)位優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)扎實(shí)的沿海地區(qū),高速城鎮(zhèn)化下不透水表面持續(xù)擴(kuò)張,不斷侵占生態(tài)空間[2],對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量造成不利影響。生境又稱棲息地,是指生物生活、繁育的空間和其中全部生態(tài)因子的總和[3]。生境質(zhì)量代表著一定時(shí)空范圍內(nèi),地域環(huán)境能為生物個(gè)體、種群或群落的持久永續(xù)生存及繁衍提供適宜條件的能力[4],被視為反映生物多樣性,衡量生態(tài)穩(wěn)定性,以及保障人類福祉的重要指標(biāo)[5]。土地作為自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境的物質(zhì)基礎(chǔ)與承載空間[6],其利用變化是人與自然交互過程中最直接的表現(xiàn)之一,也是引起生境質(zhì)量發(fā)生改變的主要原因[7]。作為我國東南沿海至關(guān)重要的生態(tài)屏障以及福建省經(jīng)濟(jì)最活躍、人口最集中的區(qū)域,閩東南地區(qū)在過去幾十年間的發(fā)展進(jìn)程中始終面臨著生態(tài)保育與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的協(xié)調(diào)問題,以建設(shè)用地劇烈擴(kuò)張為主要表現(xiàn)的高強(qiáng)度土地利用變化給自然環(huán)境帶來了巨大壓力,生物多樣性受到嚴(yán)重干擾。因此,從土地利用變化角度出發(fā),研究閩東南地區(qū)生境質(zhì)量的格局分布特征和時(shí)空演變規(guī)律,對(duì)促進(jìn)其生態(tài)安全及土地資源可持續(xù)利用具有重要意義。

學(xué)術(shù)界對(duì)生境質(zhì)量開展的相關(guān)研究較為豐富,關(guān)注內(nèi)容集中于兩個(gè)方面:一是對(duì)特定物種生境條件的評(píng)估,二是對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量的評(píng)估。前者一般基于動(dòng)植物實(shí)地調(diào)查與試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過構(gòu)建指標(biāo)體系評(píng)價(jià)特定物種的生境條件[8-9],但受限于時(shí)間成本與人力消耗,該方法多用于小范圍、單一時(shí)段的物種棲息地研究,較難滿足大尺度、長時(shí)間序列的綜合評(píng)估需求。后者是目前主流的研究方向,通?；诙吭u(píng)估模型進(jìn)行多尺度、多時(shí)段的生境質(zhì)量測算。相較傳統(tǒng)調(diào)查試驗(yàn)方法,模型方法具備可視性強(qiáng)、投入成本低、時(shí)空限制小的顯著優(yōu)勢(shì),如InVEST模型[10]、SolVES模型[11]、MxEnt模型等[12]。其中InVEST模型作為當(dāng)下體系較成熟的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合評(píng)估模型,因空間分析與可視化表達(dá)能力強(qiáng)、評(píng)估精度高、參數(shù)獲取便捷,得到廣泛應(yīng)用[13]。例如,彭建等[14]結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、生境質(zhì)量指數(shù)與InVEST模型,對(duì)黃山市生境質(zhì)量時(shí)空演變特征展開分析;張學(xué)儒等[15]在模擬歷史時(shí)期土地利用狀況的基礎(chǔ)上,利用InVEST模型重建了泛長三角地區(qū)生境質(zhì)量的空間格局;周婷[16]、王軍[17]和黃木易[18]等基于InVEST模型分別對(duì)神農(nóng)架林區(qū)生境質(zhì)量與人類活動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行測度,對(duì)閩江流域在多種發(fā)展情景下的生境質(zhì)量空間格局進(jìn)行預(yù)測,以及結(jié)合地形位指數(shù)對(duì)大別山區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變進(jìn)行分析。

由上述研究工作可知,我國學(xué)者基于InVEST模型從行政區(qū)、城市群、自然區(qū)、流域、山區(qū)等多種空間尺度出發(fā),定量評(píng)估不同時(shí)間動(dòng)態(tài)上的區(qū)域生境質(zhì)量,取得豐厚成果,但針對(duì)土地利用格局變動(dòng)強(qiáng)烈,經(jīng)濟(jì)發(fā)展亟待轉(zhuǎn)型的沿海地區(qū)開展的生境質(zhì)量評(píng)估較為缺乏,且多集中于環(huán)渤海區(qū)域[5,7,19],涉及城鎮(zhèn)化最劇烈的東南沿海地區(qū)的生境質(zhì)量研究鮮少。為此,以生態(tài)意義重大、經(jīng)濟(jì)潛力充足的閩東南地區(qū)為例,在分析2000—2020年土地利用變化特征的基礎(chǔ)上選用InVEST模型研究其生境質(zhì)量時(shí)空演變,以期在一定程度上為東南沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化,生境質(zhì)量保護(hù)及生態(tài)安全格局構(gòu)建提供決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

閩東南地位于23°32′—26°39′N,116°53′—120°31′E,東隔臺(tái)灣海峽,與臺(tái)灣島相望,地理位置特殊(圖1)。包括福州、莆田、泉州、廈門、漳州5個(gè)設(shè)區(qū)市,土地面積約4.1萬km2,約占福建省土地總面積的33.45%,常住人口約3 000萬人,占全省人口的73.44%。區(qū)內(nèi)地勢(shì)總體上西北高東南低,地貌復(fù)雜多樣,西北以山地為主,東南分布濱海平原、海涂灘地,中部穿插丘陵、臺(tái)地,形成了“依山面?！钡莫?dú)特地形。海岸線曲折漫長,多海灣、半島和島嶼,港口資源豐富。屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,冬季溫暖,夏季炎熱,年均氣溫18～28℃,降水豐富,雨熱同期。閩東南地區(qū)是海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的縮影,也是閩南金三角的有效擴(kuò)展,雖因歷史因素發(fā)展起步較晚,但憑借其獨(dú)特的區(qū)位、資源及僑鄉(xiāng)優(yōu)勢(shì),已成為福建省對(duì)外開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重心所在,2020年區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)33 752億元,約占全省生產(chǎn)總值的76.88%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2000年、2010年、2020年3期閩東南地區(qū)土地利用數(shù)據(jù),均提取于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https:∥www.resdc.cn/)所提供的土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù),其空間分辨率為30 m×30 m,土地利用分類體系見表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/)。人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自區(qū)域內(nèi)各市縣統(tǒng)計(jì)年鑒。

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

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化分析 通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)閩東南地區(qū)2000年、2010年、2020年的土地利用數(shù)量變化進(jìn)行計(jì)算,分析各土地利用類型的流失方向及來源組成。利用單一土地利用動(dòng)態(tài)度定量描述一定時(shí)期內(nèi)某種土地利用類型數(shù)量的變化幅度、速率與趨勢(shì),其計(jì)算公式如下:

(1)

式中:K為研究期內(nèi)某一土地利用類型的動(dòng)態(tài)度;Ua,Ub分別為研究初期與研究末期該地類的數(shù)量;T為研究時(shí)長。

在此基礎(chǔ)上,使用景觀格局指數(shù)深入探究區(qū)域內(nèi)土地利用的景觀格局特征和變化規(guī)律,選取的指標(biāo)見表2,各指標(biāo)計(jì)算方法及生態(tài)學(xué)意義可參見文獻(xiàn)[20]。

表2 景觀指數(shù)及其描述Table 2 Landscape indices and their description

1.3.2 基于InVEST模型的生境質(zhì)量計(jì)算 InVEST模型作為綜合性的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估模型,可為自然資源的管理和決策予以輔助[21],其“Habitat Quality”模塊以土地利用數(shù)據(jù)為基底,結(jié)合脅迫因子對(duì)生境的最大影響距離與相對(duì)權(quán)重、各地類的生境適宜度及其受脅迫因子干擾的敏感程度,對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量展開評(píng)估,其計(jì)算公式如下:

(2)

式中:Qxj為土地利用類型j中柵格x的生境質(zhì)量指數(shù);Hj為土地利用類型j的生境適宜度得分;z為歸一化常量,通常取值2.5;k為半飽和常數(shù),一般首先默認(rèn)設(shè)為0.5,再以生境退化度指數(shù)運(yùn)行結(jié)果的1/2最大值作為最終取值;Dxj為生境在脅迫因子干擾下呈現(xiàn)出的退化程度,即生境退化度指數(shù),其計(jì)算公式如下:

(3)

式中:R為脅迫因子數(shù)量;Yr為脅迫因子r的柵格總量;ωr為脅迫因子r對(duì)各生境類型的干擾權(quán)重;ry為柵格y上的脅迫因子數(shù)量;βx為柵格x的可達(dá)性水平;Sjr為土地利用j對(duì)脅迫因子r敏感度的高低;irxy為脅迫因子的影響距離,根據(jù)線性衰退(公式4)及指數(shù)衰退(公式5)進(jìn)行計(jì)算,其計(jì)算公式如下:

irxy=1-(dxy/drmax)

(4)

irxy=exp〔-(2.99/drmax)dxy〕

(5)

式中:dxy為柵格x與柵格y間的線性距離;drmax為脅迫因子r的最大影響距離。

將人為干擾嚴(yán)重的耕地、作為人工表面的建設(shè)用地以及以裸地為主、生態(tài)基礎(chǔ)較差的未利用地設(shè)定為生境的脅迫因子,同時(shí)考慮到不同類型建設(shè)用地對(duì)生境質(zhì)量的影響差異較為顯著,因此進(jìn)一步將建設(shè)用地劃分為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和其他建設(shè)用地。在參考InVEST模型使用手冊(cè)推薦參數(shù)與相關(guān)研究[17,22-23]的基礎(chǔ)上,結(jié)合專家意見及當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,對(duì)所需參數(shù)進(jìn)行賦值(表3—4)。

表3 脅迫因子及其最大影響距離和權(quán)重Table 3 Treats and their maximum distance of influence and weight

1.3.3 空間自相關(guān)與熱點(diǎn)分析 空間自相關(guān)分析是衡量地理事物的某一屬性在空間分布上相互關(guān)聯(lián)程度的空間探索方式,包含全局、局部空間自相關(guān)兩種形式。通過全局空間自相關(guān)Moran′sI和局部空間自相關(guān)LISA聚類圖,對(duì)區(qū)域內(nèi)不同年份生境質(zhì)量在空間上的聚集或離散程度進(jìn)行識(shí)別,計(jì)算公式參見文獻(xiàn)[24]。

熱點(diǎn)分析常用于判斷地理事物在空間分布上是否具有統(tǒng)計(jì)意義上的顯著性低值或高值,屬于局部自相關(guān)分析方法的一種,以此識(shí)別研究區(qū)生境質(zhì)量高值或低值在空間上發(fā)生聚類的位置,具體計(jì)算公式可參考文獻(xiàn)[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 閩東南地區(qū)土地利用變化分析

2.1.1 土地利用類型變化及轉(zhuǎn)移 研究區(qū)的中部及西部主要分布林地、草地,東北部及中南部分布有水域,耕地和建設(shè)用地集中分布于東部沿海地區(qū)(圖2)。林地、耕地及草地是閩東南地區(qū)主要的土地利用類型,占土地總面積的88%以上(表5),構(gòu)成了區(qū)域的景觀基態(tài)。研究期內(nèi),耕地、林地及草地面積呈持續(xù)下降狀態(tài),分別減少1 327.04,510.62,191.91 km2,是數(shù)量流失最顯著的幾種土地利用類型。水域面積呈現(xiàn)先上升后下降的狀態(tài),2000—2010年增加113.24 km2,2010—2020年小幅減少38.45 km2,整體增幅9.89%。建設(shè)用地面積呈持續(xù)上升態(tài)勢(shì),2000—2010年和2010—2020年期間分別增加1 424.94,527.45 km2,整體增幅達(dá)112.74%。未利用地面積相對(duì)穩(wěn)定,所占比重基本未變。

圖2 2000-2020年閩東南地區(qū)土地利用類型分布及其變化Fig.2 Land use distribution and changes of Southeastern Fujian from 2000 to 2020

研究期內(nèi),閩東南地區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移情況(表6)主要表現(xiàn)為非建設(shè)用地向建設(shè)用地的顯著轉(zhuǎn)化,以及耕地、林地、草地內(nèi)部的相互轉(zhuǎn)化。在建設(shè)用地的大量轉(zhuǎn)入中,耕地、林地、草地是其主要來源,分別占建設(shè)用地轉(zhuǎn)入數(shù)量的61.89%,23.61%,10.01%,水域、未利用地轉(zhuǎn)入建設(shè)用地的占比雖小,但其數(shù)量分別占各自轉(zhuǎn)出總面積的66.58%,30.26%,說明建設(shè)用地依然是二者的主要轉(zhuǎn)化方向。除建設(shè)用地外,耕地主要轉(zhuǎn)為林地(239.56 km2)和草地(70.48 km2),林地主要轉(zhuǎn)為草地(318.46 km2)和耕地(222.27 km2),草地主要轉(zhuǎn)為林地(298.73 km2)和耕地(74.05 km2),可以發(fā)現(xiàn)三者內(nèi)部的相互轉(zhuǎn)化在數(shù)量上基本保持等量狀態(tài)。水域新增部分的主要來源是建設(shè)用地和耕地,未利用地新增部分的主要來源是草地和水域。從土地利用動(dòng)態(tài)度來看(表7),閩東南地區(qū)2000—2010年的土地利用變化速率整體上快于2010—2020年。建設(shè)用地在兩個(gè)時(shí)段內(nèi)的單一土地利用動(dòng)態(tài)度都遠(yuǎn)高于其他土地利用類型,年均變化率為5.36%,說明建設(shè)用地是研究期內(nèi)變動(dòng)最劇烈的土地利用類型。耕地和水域年均變化率分別為0.65%,0.47%,是除建設(shè)用地外發(fā)生轉(zhuǎn)移最活躍的土地利用類型。林地和草地雖轉(zhuǎn)移數(shù)量較多,但因其基數(shù)較大,所以年均變化率低,分別為0.11%,0.15%,是研究期內(nèi)最穩(wěn)定的土地利用類型。

表6 2000-2020年閩東南地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 6 Land use transfer matrix of Southeastern Fujian from 2000 to 2020 km2

表7 2000-2020年閩東南地區(qū)單一土地利用動(dòng)態(tài)度Table 7 Single land use dynamic degree in Southeastern Fujian from 2000 to 2020 %

2.1.2 土地利用景觀格局變化 在類型水平上(圖3),各地類的斑塊數(shù)量(NP)和斑塊密度(PD)整體上呈上升趨勢(shì),景觀破碎程度提高,其中草地破碎度最高,水域破碎度最低,耕地破碎化持續(xù)加劇,林地、建設(shè)用地和未利用地的破碎度先升后降,有所緩解。林地的類型比例(PLAND)和最大斑塊指數(shù)(LPI)遠(yuǎn)高于其他地類,說明林地是區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)景觀,林地、耕地和草地的類型比例(PLAND)和最大斑塊指數(shù)(LPI)呈下降趨勢(shì),而建設(shè)用地明顯上升,說明建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,侵占其他地類,其景觀優(yōu)勢(shì)度提高。各地類的形狀指數(shù)(LSI)總體呈上升趨勢(shì),表明人類活動(dòng)對(duì)景觀的干擾加劇,導(dǎo)致景觀空間形態(tài)趨于復(fù)雜,其中耕地、草地和林地的形狀指數(shù)(LSI)位居前列,受到人為干擾的程度最強(qiáng)。林地的聚合度指數(shù)(AI)最大,其景觀連接性最優(yōu),除建設(shè)用地的聚合度指數(shù)(AI)逐年上升外,其他地類大多呈下降趨勢(shì)或先增后減狀態(tài)(水域),表明建設(shè)用地斑塊集聚程度提高,呈連片式發(fā)展,其他地類受其侵占影響,斑塊遭到分割,集聚度下降。

圖3 類型水平景觀指數(shù)變化Fig. 3 Landscape index changes on class metric

在景觀水平上(表8),景觀斑塊數(shù)量(NP)和斑塊密度(PD)呈現(xiàn)先大幅增加后略微減少的特點(diǎn),表明2000—2010年期間閩東南地區(qū)景觀破碎化程度顯著加劇,而2010—2020年期間其破碎化進(jìn)程降速,破碎度逐漸趨于穩(wěn)定。形狀指數(shù)(LSI)不斷增大,聚合度指數(shù)(AI)及蔓延度指數(shù)(CONTAG)不斷減小,進(jìn)一步說明區(qū)域內(nèi)景觀的空間形態(tài)趨向復(fù)雜,景觀的集聚性下降而離散性增強(qiáng),總體上破碎程度提高。多樣性指數(shù)(SHDI)和均勻度指數(shù)(SHEI)持續(xù)上升,表明區(qū)域內(nèi)土地利用類型豐富,景觀異質(zhì)性增強(qiáng)且各景觀類型的分布趨向均勻。

表8 景觀水平景觀指數(shù)變化Table 8 Landscape index changes on landscape metric

2.2 閩東南地區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變分析

2.2.1 生境退化度的時(shí)空演變特征 InVEST模型運(yùn)算得到的生境退化度指數(shù)在柵格中以0～1連續(xù)變化的值呈現(xiàn),其值越大代表相應(yīng)柵格的退化度越高。對(duì)閩東南地區(qū)的生境退化度進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)(表9),并通過自然斷點(diǎn)法將其生境退化水平作等級(jí)劃分,共分為4個(gè)等級(jí):輕度退化、中度退化、高度退化、嚴(yán)重退化(圖4)。

表9 閩東南地區(qū)生境質(zhì)量及生境退化空間統(tǒng)計(jì)Table 9 Spatial statistics of habitat quality and degradation in Southeastern Fujian

圖4 2000-2020年閩東南地區(qū)生境退化度空間分布Fig. 4 The spatial distribution of habitat degradation in Southeastern Fujian from 2000 to 2020

從時(shí)序特征來看,生境退化度指數(shù)的最大值在研究前期、后期及整個(gè)研究期內(nèi)分別提高19.68%,3.14%,23.44%,其平均值相應(yīng)提高34.85%,6.74%,43.94%,表明研究區(qū)生境退化的強(qiáng)度在提高的同時(shí),其退化高值區(qū)域也在逐漸蔓延,但在研究后期其退化速度已大幅變慢;生境退化度指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差從0.014 4上升到0.017 6,說明柵格單元間的生境退化水平差異在擴(kuò)大。

從空間特征來看,生境退化在西北部山地和中部丘陵地區(qū)程度較輕,以輕度退化、中度退化為主,且變化幅度不大;而發(fā)生在東南部沿海平原地區(qū)的生境退化程度較重,且退化高值區(qū)域持續(xù)向內(nèi)陸延伸,逐漸發(fā)展為以高度退化、嚴(yán)重退化為主。觀察圖4可以發(fā)現(xiàn),閩東南地區(qū)生境退化水平顯現(xiàn)出極其明顯的空間圈層結(jié)構(gòu),即以“輕度退化”為軸心,按照“嚴(yán)重退化—高度退化—中度退化—輕度退化”的遞次由內(nèi)向外輻射擴(kuò)散的空間形態(tài),主要分布于以福州市轄區(qū)為核心的福州中心城區(qū),以及以泉州市轄區(qū)、廈門市轄區(qū)、漳州市轄區(qū)為中心軸的海岸帶地區(qū)。此種圈層現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理是以建設(shè)用地為主的生境脅迫因子,因其內(nèi)部人類活動(dòng)密集或自然本底較差,所以生境質(zhì)量低下,能夠進(jìn)一步退化的空間極小,于是呈現(xiàn)出輕度退化的狀態(tài);而脅迫因子周圍的生境將受到強(qiáng)烈影響,距離威脅源越近受到的干擾越嚴(yán)重,因此生境退化水平由近及遠(yuǎn)按序呈現(xiàn)出由“嚴(yán)重退化”到“輕度退化”的遞進(jìn)層次。

2.2.2 生境質(zhì)量的時(shí)空演變特征 生境質(zhì)量指數(shù)取值區(qū)間為0～1,非生境景觀得分為0,數(shù)值越靠近1代表生境質(zhì)量越優(yōu)越。為更加直觀地呈現(xiàn)生境質(zhì)量時(shí)空演變特征,根據(jù)相關(guān)研究[7,22]及研究區(qū)實(shí)際情況,將生境質(zhì)量指數(shù)劃分為0～0.2,0.2～0.4,0.4～0.6,0.6～0.8,0.8～1共計(jì)5個(gè)區(qū)間,分別對(duì)應(yīng)低、較低、中等、較高、高5個(gè)生境質(zhì)量等級(jí)(圖5),并統(tǒng)計(jì)各生境質(zhì)量等級(jí)面積及所占百分比(表10)。

表10 2000-2020年閩東南地區(qū)生境質(zhì)量各等級(jí)面積統(tǒng)計(jì)Table 10 Area statistics of each habitat quality grade in Southeastern Fujian from 2000 to 2020

圖5 2000-2020年閩東南地區(qū)生境質(zhì)量空間分布Fig. 5 The spatial distribution of habitat quality in Southeastern Fujian from 2000 to 2020

在時(shí)間尺度上,高和較高等級(jí)生境質(zhì)量面積總占比維持在63%左右,低和較低等級(jí)生境質(zhì)量面積總占比始終保持在32%以下(表10),說明區(qū)域生境質(zhì)量水平良好,但生境質(zhì)量均值由2000年的0.688 1依次下降到2010年的0.662 0,2020年的0.652 5(表9),表明生境質(zhì)量的整體狀況持續(xù)衰退。具體來看,2000—2010年低等級(jí)生境質(zhì)量面積占比提高了4.89%,所占面積翻倍,而較低等級(jí)生境質(zhì)量面積占比縮減了3.6%;高等級(jí)生境質(zhì)量面積占比縮減了2.15%,而較高等級(jí)生境質(zhì)量面積占比提高了0.89%;中等等級(jí)生境質(zhì)量面積先減后增,總體占比保持穩(wěn)定。由此可知,各生境質(zhì)量等級(jí)在宏觀趨勢(shì)上是向下轉(zhuǎn)移的。

在空間格局上,閩東南地區(qū)生境質(zhì)量總體呈現(xiàn)出“西北高東南低”的分布特征,高和較高等級(jí)區(qū)域成片出現(xiàn)在內(nèi)陸地區(qū)的山地、丘陵地帶,以福州市南部、泉州市北部、漳州市西北部地區(qū)為主,低和較低等級(jí)區(qū)域集中出現(xiàn)在沿海地區(qū)的城市建成區(qū),以福州市轄區(qū)、莆田市西部、泉州市東南部、廈門市轄區(qū)、漳州市東北部為主。從生境質(zhì)量等級(jí)的具體轉(zhuǎn)移來看,2000—2010年有9.93%的柵格生境質(zhì)量等級(jí)產(chǎn)生變動(dòng),其中絕大部分柵格生境質(zhì)量等級(jí)下降,占等級(jí)變動(dòng)?xùn)鸥竦?2.38%,以“較低轉(zhuǎn)低”(23.90%)和“高轉(zhuǎn)較高”(21.72%)為主,集中分布在東南沿海城市建成區(qū)及各縣交界地帶;27.62%的柵格等級(jí)上升,其中以“中等轉(zhuǎn)較高”(9.41%)和“較高轉(zhuǎn)高”(7.79%)為主,主要分布于研究區(qū)中部的永春縣、安溪縣和福州市西北部的閩清縣、閩侯縣。2010—2020年發(fā)生生境質(zhì)量等級(jí)變動(dòng)的柵格數(shù)量下降,占6.37%,其中生境質(zhì)量等級(jí)下降的柵格比例略有降低但依舊居多,為65.40%,仍以“較低轉(zhuǎn)低”(18.68%)和“高轉(zhuǎn)較高”(15.50%)為主,主要分布于福州市轄區(qū)及廈門、漳州市轄區(qū)交界處,等級(jí)變動(dòng)幅度較大的“高轉(zhuǎn)較低”“較高轉(zhuǎn)較低”占比提高,分別由前期的0.64%,0.82%上升到3.04%,5.28%,在平潭綜合試驗(yàn)區(qū)中部分布明顯;34.60%的柵格等級(jí)上升,其中以“較高轉(zhuǎn)高”(10.19%)和“較低轉(zhuǎn)較高”(5.20%)為主,散布于西部山區(qū)。2000—2020年共有14.26%的柵格生境質(zhì)量等級(jí)發(fā)生轉(zhuǎn)移,其中72.49%的柵格生境質(zhì)量等級(jí)下降,以“較低轉(zhuǎn)低”(24.03%)和“高轉(zhuǎn)較高”(19.86%)為主,主要分布在東南沿海地區(qū)及城鎮(zhèn)交界處;27.51%的柵格等級(jí)上升,其中以“較高轉(zhuǎn)高”(7.93%)和“中等轉(zhuǎn)較高”(6.64%)為主,于福州市西部的永泰縣、閩清縣、閩侯縣及東部的長樂區(qū)分布明顯。

2.3 基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)的閩東南地區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空格局分析

2.3.1 生境質(zhì)量空間自相關(guān)分析 為更清晰準(zhǔn)確地識(shí)別閩東南地區(qū)生境質(zhì)量分布的空間關(guān)聯(lián)性,以我國行政劃分的最小單位鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)為基礎(chǔ)單元,計(jì)算區(qū)域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)的生境質(zhì)量均值,并依托ArcGIS對(duì)研究區(qū)生境質(zhì)量進(jìn)行空間自相關(guān)分析。

全局空間自相關(guān)參數(shù)(表11)顯示,2000—2020年區(qū)域生境質(zhì)量全局Moran′sI均大于0.8,Z得分遠(yuǎn)高于2.58且p值小于0.01,表明閩東南地區(qū)生境質(zhì)量在空間上聚集特征顯著。全局Moran′sI由2000年的0.845 286提高到2020年的0.860 509,說明研究期內(nèi)生境質(zhì)量的空間聚集性進(jìn)一步加強(qiáng);而在2010—2020年期間全局Moran′sI略有下降,說明研究后期生境質(zhì)量的空間聚集有分散趨勢(shì)。

表11 2000-2020年閩東南地區(qū)生境質(zhì)量全局空間自相關(guān)Table 11 Spatial autocorrelation of habitat quality in Southeastern Fujian from 2000 to 2020

由局部自相關(guān)聚類圖(圖6)可知,生境質(zhì)量“低低”型聚類區(qū)主要分布于各市轄區(qū)及其鄰近區(qū)域,且向周圍擴(kuò)張的趨勢(shì)明顯,福州市轄區(qū)在2010年和2020年分別新增建新鎮(zhèn)、新店鎮(zhèn),莆田市轄區(qū)在2020年新增拱辰街道,泉州市轄區(qū)在2010年新增北峰街道,廈門市轄區(qū)在2010年新增濱海街道、僑英街道、西柯鎮(zhèn)及洪塘鎮(zhèn),并于2020年新增新店鎮(zhèn),漳州市轄區(qū)在2010年新增芝山鎮(zhèn)、石亭鎮(zhèn)、九湖鎮(zhèn)、榜山鎮(zhèn);生境質(zhì)量“高高”型聚類區(qū)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)總數(shù)中占比始終維持在25%以上,主要分布在研究區(qū)西北部山區(qū),因遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市地區(qū),其數(shù)量和分布形態(tài)在研究期內(nèi)保持基本穩(wěn)定,而值得注意的是2010—2020年期間分布于平潭綜合試驗(yàn)區(qū)的“高高”型聚類區(qū)全部消失。

圖6 2000-2020年閩東南地區(qū)生境質(zhì)量局部空間自相關(guān)Fig. 6 Local spatial autocorrelation of habitat quality in Southeastern Fujian from 2000 to 2020

2.3.2 生境質(zhì)量熱點(diǎn)分析 以鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)為單位對(duì)研究區(qū)生境質(zhì)量進(jìn)行熱點(diǎn)分析(圖7),結(jié)果顯示,閩東南地區(qū)生境質(zhì)量在西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要分布熱點(diǎn)區(qū)(99%置信度)和次熱點(diǎn)區(qū)(95%或90%置信度),呈現(xiàn)以熱點(diǎn)區(qū)為主,由西北向東南延伸出次熱點(diǎn)區(qū)的格局;冷點(diǎn)區(qū)(99%置信度)和次冷點(diǎn)區(qū)(95%或90%置信度)集中分布在東南沿海城市中心及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)。研究期內(nèi),熱點(diǎn)區(qū)與冷點(diǎn)區(qū)的數(shù)量分別由65個(gè)和85個(gè)增加到71個(gè)和96個(gè),表明研究區(qū)生境質(zhì)量的東西部差異趨于擴(kuò)大。

圖7 2000-2020年閩東南地區(qū)生境質(zhì)量熱點(diǎn)分析Fig. 7 Study on hot spots of habitat quality in Southeastern Fujian from 2000 to 2020

2.4 閩東南地區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變與土地利用變化相關(guān)性探討

根據(jù)上述研究結(jié)果,進(jìn)一步在分析土地利用格局形成及其變化原因的基礎(chǔ)上,對(duì)閩東南地區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空演變與土地利用變化間的關(guān)聯(lián)影響展開探討。

研究區(qū)土地利用格局及其變化受到自然環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的多方面影響。在自然條件上,閩東南地區(qū)依山傍海,地勢(shì)西北高東南低,城市建設(shè)及耕地分布集中于東南沿海的狹窄平原地帶,而地勢(shì)崎嶇、面積廣大的西北部和中部山地、丘陵,以及雨熱同期的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候?yàn)榱值睾筒莸靥峁┝肆己玫纳L環(huán)境,林地、草地加上數(shù)量眾多的耕地構(gòu)成了研究區(qū)的景觀基態(tài)。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度來看,閩東南地區(qū)是海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心部位,其經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)力強(qiáng)勁,2000年、2010年、2020年的區(qū)域生產(chǎn)總值分別為2 848.48億元、10 986.8億元、33 752.28億元,2000—2010年、2010—2020年、2000—2020年各時(shí)間段內(nèi)增長率達(dá)285.71%,207.21%,1 084.92%。20 a間,閩東南地區(qū)三大產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值增長率分別為271.72%,1 039.68%,1 429.03%,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由13.6∶48∶38.4調(diào)整為4.3∶46.2∶49.5,第二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛而第一產(chǎn)業(yè)增速較慢。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整,為社會(huì)創(chuàng)造了大量的就業(yè)崗位,區(qū)域人口隨之增加,2000—2020年閩東南地區(qū)戶籍人口由1 894.28萬人增長到2 381.54萬人,增長率為25.72%。經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及人口的增長帶來了對(duì)工業(yè)用地、居住用地等建設(shè)用地需求的增加,研究期內(nèi)建設(shè)用地面積持續(xù)擴(kuò)張,不斷侵占以耕地、林地和草地為主的非建設(shè)用地,其中耕地由于環(huán)繞城市分布,受到的沖擊最為嚴(yán)重,成為新增建設(shè)用地的最主要來源。同時(shí),建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速率在研究后期遠(yuǎn)低于研究前期,且景觀整體的破碎程度先升后降,符合閩東南地區(qū)經(jīng)濟(jì)增速由快到緩的趨勢(shì),經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的逐漸轉(zhuǎn)變以及生態(tài)文明建設(shè)的深入推行為區(qū)域土地的集約節(jié)約利用創(chuàng)造了有利條件。

研究區(qū)生境質(zhì)量時(shí)空格局演變與土地利用變化間存在著緊密聯(lián)系。閩東南地區(qū)西北部和中部多山地、丘陵,主要分布林地、草地,是重要的生態(tài)功能區(qū),而東南部海拔較低、地勢(shì)平坦,主要分布耕地、建設(shè)用地,是人類活動(dòng)密集區(qū)域,因此生境退化度及生境質(zhì)量分別呈現(xiàn)出“西北部中部輕而東南部重”和“西北部中部高而東南部低”的分布格局。得益于始終保持在67%以上的植被覆蓋度,研究區(qū)總體的生境退化度較低,生境質(zhì)量較高。經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)土地利用類型轉(zhuǎn)移和城鎮(zhèn)化水平提高,從而導(dǎo)致對(duì)生境的威脅上升,整體上看,伴隨建設(shè)用地的迅速擴(kuò)張,研究區(qū)的生境退化強(qiáng)度不斷提高,生境質(zhì)量持續(xù)衰退,生境退化度高值區(qū)與生境質(zhì)量低值區(qū)由沿海向內(nèi)陸蔓延,而生境退化速度及生境質(zhì)量下降速率呈現(xiàn)先加快后變慢的特征,同土地利用變化速率在研究前后期的動(dòng)態(tài)一致。對(duì)比土地利用類型和生境質(zhì)量等級(jí)的轉(zhuǎn)移可知,生境質(zhì)量等級(jí)下降的斑塊與林地、草地、水域向建設(shè)用地、耕地、未利用地轉(zhuǎn)化的斑塊高度吻合,其中較為典型的區(qū)域有“廈漳泉”的市轄區(qū)及平潭綜合試驗(yàn)區(qū),二者受到建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)張影響,前者的生境質(zhì)量“低低”型聚類區(qū)不斷向周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)蔓延,后者的5個(gè)生境質(zhì)量“高高”型聚類區(qū)在研究末期全部消失,進(jìn)一步佐證生境質(zhì)量時(shí)空演變深受土地利用變化的影響。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

區(qū)域生境質(zhì)量的維持與提升關(guān)乎到新時(shí)代下人民的生計(jì)保障與福祉增進(jìn),是生態(tài)文明建設(shè)的重要課題?；诰坝^格局指數(shù)、InVEST模型及空間分析等方法,探究了閩東南地區(qū)近20 a來土地利用和生境質(zhì)量的時(shí)空演變及格局分布特征,研究成果能為該地區(qū)及相似沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地資源優(yōu)化配置、生境質(zhì)量評(píng)估與保護(hù),以及經(jīng)濟(jì)、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展提供一定決策參考。但在某些方面研究存在局限,有待加強(qiáng):首先,通過模型方法測算區(qū)域生境質(zhì)量,通常是基于前人在相似地域的研究成果對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正調(diào)整,難免存在主觀性,在后續(xù)研究中可實(shí)地調(diào)研不同脅迫因子對(duì)各類生境的干擾水平,以獲得更加精確的參數(shù)結(jié)果,同時(shí)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)設(shè)置合理性的評(píng)估也有待探索;其次,研究發(fā)現(xiàn)生境質(zhì)量時(shí)空演變深受土地利用變化影響,但其具體的耦合過程尚未清楚,未來考慮結(jié)合多種可能因素對(duì)二者間的影響機(jī)理進(jìn)行揭示。

既是海峽西岸重要生態(tài)屏障,也是省內(nèi)經(jīng)濟(jì)核心增長極的閩東南地區(qū),在過去的建設(shè)歷程中雖有廣袤的植被覆蓋作為天然保障以及“生態(tài)省戰(zhàn)略”等政策支持,但快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程依然為區(qū)域的景觀格局和生境質(zhì)量帶來了較難逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影響。閩東南地區(qū)的未來發(fā)展應(yīng)基于土地承載力與適宜性,合理規(guī)劃和調(diào)整城鎮(zhèn)布局結(jié)構(gòu),嚴(yán)格控制建設(shè)用地侵占耕地、林地及草地,加強(qiáng)土地節(jié)約集約利用,激活經(jīng)濟(jì)發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力,以減少對(duì)城鎮(zhèn)外部空間拓展的依賴性。同時(shí),推動(dòng)城鄉(xiāng)建設(shè)向“低碳環(huán)保”轉(zhuǎn)型,做好生境退化高值區(qū)和生境質(zhì)量冷點(diǎn)區(qū)的生態(tài)治理工作;提升林地、草地資源質(zhì)量和抗風(fēng)險(xiǎn)能力,做好生境退化低值區(qū)和生境質(zhì)量熱點(diǎn)區(qū)的生態(tài)保育工作,以此縮小區(qū)域生境質(zhì)量的東西地區(qū)差異,從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)同的綠色發(fā)展。

3.2 結(jié) 論

(1) 2000—2020年構(gòu)成閩東南地區(qū)景觀基態(tài)的林地、耕地及草地?cái)?shù)量逐期減少,景觀優(yōu)勢(shì)度下降,成為新增建設(shè)用地的主要來源。建設(shè)用地作為變動(dòng)最強(qiáng)烈的土地利用類型,其連片式擴(kuò)張加劇了區(qū)域景觀破碎化程度,使景觀空間形態(tài)趨向復(fù)雜。

(2) 2000—2020年閩東南地區(qū)生境退化度持續(xù)增強(qiáng),生境退化高值區(qū)域由東南沿海向內(nèi)陸蔓延,生境退化水平在空間上表現(xiàn)出圈層式演化的分布形態(tài)。生境質(zhì)量水平整體尚好但呈持續(xù)下降態(tài)勢(shì),“較低”和“高”等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)域極易分別向“低”和“較高”等級(jí)轉(zhuǎn)化,且等級(jí)向下轉(zhuǎn)移后難以恢復(fù),多見于城市建成區(qū)及城鎮(zhèn)交界處。

(3) 2000—2020年閩東南地區(qū)生境質(zhì)量分布帶有明顯空間聚集特征,集中于東南部、以市轄區(qū)為中心的生境質(zhì)量低值冷點(diǎn)區(qū)逐步向周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)擴(kuò)散,同時(shí),分布于西北部、倚靠山地丘陵的生境質(zhì)量高值熱點(diǎn)區(qū)也緩慢延展,使得研究區(qū)東西部生境質(zhì)量差異趨于擴(kuò)大。

(4) 2000—2020年閩東南地區(qū)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)調(diào)整、人口增長的過程中土地利用格局明顯變動(dòng),對(duì)區(qū)域生境保護(hù)產(chǎn)生不利影響,東南沿海都市圈建設(shè)用地爆發(fā)式擴(kuò)張是造成區(qū)域生境破碎、退化和質(zhì)量下滑的首要原因。