基于InVEST模型的兰州地区生境质量评价

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00049

基于InVEST模型的兰州地区生境质量评价

许宝荣^,¹, 刘一川², 董莹³^,⁴, 朱恭⁵, 张永中⁶, 陆志翔³, 邹松兵^,²^,³

1.兰州大学资源环境学院，甘肃兰州 730000

2.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉 430072

3.中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室，甘肃兰州 730000

4.中国科学院大学，北京 100049

5.兰州市南北两山环境绿化工程指挥部，甘肃兰州 730030

6.兰州市勘察测绘研究院，甘肃兰州 730050

Evaluation of habitat quality in Lanzhou Region based on InVEST model

Xu Baorong^,¹, Liu Yichuan², Dong Ying³^,⁴, Zhu Gong⁵, Zhang Yongzhong⁶, Lu Zhixiang³, Zou Songbing^,²^,³

1.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China

2.School of Remote Sensing and Information Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China

3.Key Laboratory of Inland River Basin Ecohydrology，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

5.Lanzhou North and South Mountain Environmental Greening Project Headquarters，Lanzhou 730030，China

6.Lanzhou Survey and Mapping Institute，Lanzhou 730050，China

通讯作者: 邹松兵（E-mail： zousb@lzu.edu.cn）

收稿日期: 2020-06-24 修回日期: 2021-04-19

基金资助:

国家自然科学基金项目. 41571031

陡坡治理技术调查研究项目（LNLJ2020（02））

Received: 2020-06-24 Revised: 2021-04-19

作者简介 About authors

许宝荣（1977—），女，山西襄汾人，讲师，主要从事GIS环境建模研究E-mail：brxu@lzu.edu.cn , E-mail：brxu@lzu.edu.cn

摘要

分析不同时期城市的生境质量变化，研究城市土地利用方式对生境质量的影响，对于区域可持续发展具有重要作用。以兰州地区为例，采用InVEST模型测评其生境质量和生境稀缺性。结果表明：2000—2015年，研究区域边界生境存在退化迹象，生境质量分布呈现与土地利用类型格局相似的集聚特征，区域总体生境质量稳定，变化频繁且生境类型稀缺的区块主要表现在草地。

关键词： InVEST模型 ; 兰州 ; 生境质量 ; 评价

Abstract

Analyzing the changes in urban habitat quality under different periods of administrative planning， and studying the impact of urban land use on the habitat quality， play an important role in regional sustainable development. Taking Lanzhou area as the research area， the InVEST model is used to evaluate its habitat quality and habitat scarcity.The results show that from 2000 to 2015， there were signs of degradation in the boundary habitats of the study area. The distribution of habitat quality showed agglomeration characteristics similar to the pattern of land use types. The overall habitat quality of the area was stable， and the areas with frequent changes and scarce habitat types are mainly manifested in grassland.

Keywords： InVEST model ; Lanzhou area ; habitat quality ; evaluation

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本文引用格式

许宝荣, 刘一川, 董莹, 朱恭, 张永中, 陆志翔, 邹松兵. 基于InVEST模型的兰州地区生境质量评价. 中国沙漠[J], 2021, 41(5): 120-129 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00049

Xu Baorong, Liu Yichuan, Dong Ying, Zhu Gong, Zhang Yongzhong, Lu Zhixiang, Zou Songbing. Evaluation of habitat quality in Lanzhou Region based on InVEST model. Journal of Desert Research[J], 2021, 41(5): 120-129 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00049

0 引言

生境质量指生态系统提供适宜个体与种群持续生存发展条件的能力，可以在一定程度上反映出区域的生物多样性状况^［1-2］。一般认为生境破碎化是影响生物多样性最重要的因素^［3-6］。而人类又是生物多样性丧失的主要驱动力^［7］。因此，从生境质量及其变化情况研究入手，可为进一步深入研究生物多样性和生态系统价值服务功能提供新的途径。

生境质量评价目前已有基于评价体系的定性法和利用模型计算的定量法，例如定性评估工具ESR、定量评估工具InVEST等^［8］。生境质量评价研究可基于GIS和RS遥感技术^［9-10］，应用层次分析法^［11］、人工神经网络法^［12］、主成分分析法^［9］等，其中InVEST模型^［13］（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）在当前应用范围最广，且在国外已成功运用于哥伦比亚、美国、厄瓜多尔、委内瑞拉等多个地区的生态系统价值评估^［14］。在国内，InVEST模型主要运用于海南岛南部^［15-16］、北京地区^［17-18］以及陕西黄土高原^［19］等地土壤保持^［17］、固碳^［20］、水质^［21］、生境质量^{［15-16，18-23］}等方面的研究。

兰州地处中国季风气候向非季风气候过渡地带^［24-26］，具有生境脆弱、稳定性较低、抗干扰能力弱等特点，气候变化与不合理的人类活动容易导致生态退化且自我修复困难^［27-28］。干旱半干旱区的城市城镇数量偏少、城市人口密度较高，城市规划理念前瞻性不足^［24］。李发荣^［22］在本研究区通过定性方法建立指标体系来评价生态环境质量，刘春芳等^［23］运用InVEST模型对榆中县地区进行县域尺度生境质量评价。本文通过动态监测和评价兰州地区2000、2015年生境质量及其空间分布和生境稀缺性，对兰州地区进行整体生境定量评价，分析空间尺度的变化对生境质量评价的影响，以科学评价兰州地区土地利用方式，为兰州地区的城市规划工作提供理论依据，为改善兰州地区的人居环境和提高区域生态质量提供支撑。

1 研究区域

兰州地处中国西北部、甘肃省中部（35°35′—37°07′N、102°36′—104°34′E，图1），总面积1.3万 km²。海拔1 500—3 000 m，地貌类型复杂多样，黄河穿流而过，具有峡谷与盆地相间的“两山夹一川”的河谷地貌形态。温带大陆性季风气候下日照充足，昼夜温差大，年平均降水量为327 mm。水资源总量少，地区分布不均，低于全国平均水平，入境水资源丰富，除黄河外，还有大通河、湟水、庄浪河、宛川河等多条河流。本次研究包括2012年设立的兰州新区以及兰州市区在内的各个县区。

图1

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图1 研究区域地理位置

Fig.1 Geographical location of study region

2 研究数据与方法

2.1　研究数据

本研究选择2000、2015年的兰州地区土地利用数据。该数据来自中国科学院资源环境科学数据中心的1∶10万比例尺土地现状遥感监测数据库数据集，分辨率为1 km×1 km。按照土地利用现状分类标准（GB/T 21010—2007）划分出该区域的一级、二级土地利用类型（表1）。

表1 研究区土地利用分类体系

Table 1 Land use classification system in study region

一级地类	二级地类	分类代码	一级地类	二级地类	分类代码
耕地	旱地	12	未利用地	裸土地	65
林地	有林地	21	水域	河渠	41
	灌木林	22		湖泊	42
	疏林地	23		水库坑塘	43
	其他林地	24		永久性冰川雪地	44
草地	高覆盖度草地	31		滩地	46
	中覆盖度草地	32	建设用地	城镇用地	51
	低覆盖度草地	33		农村居民点	52
未利用地	沙地	61		工交建设用地	53

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2.2　土地利用变化

土地利用类型的面积增减只是反映其简单变化情况，借助单一土地利用动态度指数来更加直观地反映在研究时间段内土地利用类型变化的程度，该指数值越大表明该类型变化越迅速。并通过计算土地利用面积转移矩阵来分析各类土地利用的具体转移情况。单一土地利用动态度K公式如下^［29］：

K = \frac{U_{b} - U_{a}}{U_{a}} \times \frac{1}{t_{2} - t_{1}} \times 100 %

（1）

式中：U_a、U_b分别表示研究开始和研究末期的某土地利用类型的面积；t₁为研究开始时间；t₂为研究结束时间。

2.3　基于InVEST模型的生境质量评价

该模型的Habitat Quality模块主要是将土地利用数据与研究地区内的威胁因子数据结合，通过相关公式计算威胁源对生境的影响，将生境退化度与生境适宜性联系计算得到生境质量。

陆域生态系统中，城市和耕地扩张^［30-32］引起的土地利用变化会导致生境破碎化和生物栖息地的丧失^［33-36］，同时结合区域实地调查与专家建议，将城镇用地、农村居民点、其他建设用地以及耕地定义为兰州地区的主要威胁因素。

范擎宇等^［37］在黄河流域生境适宜性研究中认为生境适宜性等级最高的为林地和湿地，草地次之，等级最低的是耕地。潘竟虎等^［38］在兰州生态脆弱性评价研究中认为，该地区内各景观类型的脆弱度从大到小为草地、耕地、未利用地、林地、建设用地、水域。由于复杂的生态系统具有更高的恢复力稳定性，所以对土地利用类型根据越复杂敏感度越低进行相应的调整。其中生境退化度D_xj计算公式如下^［19］：

D_{x j} = \sum_{r = 1}^{R} \sum_{y = 1}^{Y_{r}} (\frac{w_{r}}{\sum_{r = 1}^{R} w_{r}}) r_{y} i_{r x y} β_{x} S_{j r}

（2）

i_{r x y} = 1 - (\frac{d_{x y}}{d_{r m a x}}) (线 性)

（3）

i_{r x y} = e x p (- \frac{2.99 d_{x y}}{d_{r m a x}}) (指 数)

（4）

式中：R是威胁因子个数；Y_r是所有威胁层在地类图层上的栅格总数；W_r是威胁因子的权重；r_y为某种威胁因子的个数；i_rxy是威胁R在栅格x生境对栅格y的影响，威胁源在生境的每个栅格上的影响可以根据生态因子的指数或线性相关性来显示威胁因子与各生境类型的空间关系；β_x是栅格单元受到保护的水平，本次研究不考虑。由生境退化度和生境适宜度来计算生境质量 $Q_{x j}$ ，公式如下^［19］：

Q_{x j} = H_{j} (1 - \frac{D_{x j}^{z}}{D_{x j}^{z} + k^{z}})

（5）

式中：H_j是生态适宜度；z为模型默认参数。K为半饱和常数，其数值为研究区栅格数据分辨率的一半，在此设为500。

生境质量反映生境类型的完整度和生境类型的抗干扰能力，而生境稀缺性体现相对濒危的生境类型的优先保护选择。分两个步骤来计算生境稀有性，首先，土地利用类型j的稀缺性指数^［19］：

R_{j} = 1 - \frac{N_{j}}{N_{j b a s e l i n e}}

（6）

而生境稀缺性的计算公式为^［19］：

R_{x} = \sum_{x = 1}^{X} ζ_{x j} R_{j}

（7）

式中：R_j表示当前土地覆盖类型j的变化指数；N_j是当前生境类型j的栅格数；N_j_baseline为研究初期生境j的栅格数。当栅格x为生境j时， $ζ_{x j}$ =1，否则 $ζ_{x j}$ 为0。

根据上述各项参数和公式，借鉴模型提供参数值^［13］，参考黄土高原^［19］和北京地区^［17］等相似环境或区域尺度的已有研究^{［15-16，18，23，39-40］}，咨询兰州地区专家制定威胁源最大距离及其权重和其衰减方式见表2，生境适宜度及其对不同威胁源的相对敏感程度见表3。

表2 威胁源的影响及其权重

Table 2 Maximum distance over which each threat affects habitat quality and its weight

威胁因子	最大距离/km	权重	衰减方式
城镇	10	1.0	指数
农村居民点	5	0.6	指数
其他建设用地	8	0.7	线性
旱地	3	1.0	线性

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表3 生境适宜度及其对不同威胁源的相对敏感程度

Table 3 Habitat types and sensitivity of habitat types to eath threat

生境类型	生境适宜度	城镇用地	农村居民点	其他建设用地	旱地
旱地	0.4	0.5	0.35	0.1	0.3
有林地	1	1	0.85	0.6	0.8
灌木林	1	0.6	0.45	0.2	0.4
疏林地	1	1	0.9	0.65	0.85
其他林地	1	1	0.95	0.7	0.9
高覆盖度草地	0.8	0.6	0.45	0.2	0.4
中覆盖度草地	0.75	0.65	0.5	0.25	0.45
低覆盖度草地	0.7	0.7	0.55	0.3	0.5
河渠	1	0.85	0.7	0.45	0.65
湖泊	1	0.9	0.75	0.5	0.7
水库坑塘	1	0.9	0.75	0.5	0.7
永久性冰川雪地	0.5	0.07	0.07	0.74	0.44
滩地	0.6	0.95	0.8	0.55	0.75
城镇用地	0	0	0	0	0
农村居民点	0	0	0	0	0
其他建设用地	0	0	0	0	0
沙地	0	0	0	0	0
裸土地	0	0	0	0	0

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2.4　生境质量空间分布评价

空间自相关是指地理研究对象的某一属性在空间不同位置上的相关性，可分为全局自相关和局部自相关^［23］。本次研究利用全局自相关Moran’s I指数确定生境质量空间集聚性，通过LISA指数来确定生境质量空间集聚的类型分布，借助Getis-Ord G^*指数确定集聚类型的等级分布情况。

其中Moran’s I指数的值域在［-1，1］，小于0表示该属性在空间分布上呈负相关，大于0则表示该属性在空间分布上呈正相关，等于0则表示研究区的各空间对象单元之间相互独立^［41］，I值越接近1，表明生境质量在空间分布上呈现出的集聚效应越显著；I值越接近-1，表明生境质量在空间分布上呈现出的趋异性越显著。局域空间自相关LISA指数的取值范围不限于［-1，1］，对其进行检验的统计量为Z_i，根据I_i和Z值可分为4种情况：HH，研究属性值高值与高值集聚，即I_i为正，Z得分为负，LISA值为正，为高值聚集状态；LL，研究属性值低值与低值聚集，即I_i为负，Z得分为负，LISA值为正为低值聚集状态；LH，研究属性高值中包含异常低值，即I_i为正，Z得分为负，LISA值为负，为异常状态；HL，研究属性低值包含异常高值，即I_i为负，Z得分为负，LISA值为负，为异常状态 ^［42］。

冷热点计算公式为^［43］：

G_{I}^{*} = \frac{\sum_{j = 1}^{n} W_{i, j} x_{j} - \bar{X} \sum_{j = 1}^{n} W_{i, j}}{S \sqrt[]{\frac{[n \sum_{j = 1}^{n} W_{i, j}^{2} - {(\sum_{j = 1}^{n} W_{i, j})}^{2}]}{n - 1}}}

（8）

式中：S为生境质量标准差；n为栅格总数； $\bar{X}$ 为生境质量的平均值。 $x_{j}$ 是生境j的生境质量值； $W_{i, j}$ 是生境i与生境j的空间权重矩阵，若相邻，设权重为1，否则为0。

Z得分大于0且越高，目标对象属性的高值聚类则越紧密，即形成热点区域；Z得分小于0且越低，目标对象属性的低值聚类则越紧密，形成冷点区域^［43］。

3 结果与分析

3.1　土地利用变化

2000—2015年，土地利用类型转移主要发生在耕地、林地、草地和城乡工矿居民用地之间（表4，图2）。研究期间，城镇用地面积增长最多，从110 km²增长到262 km²。而旱地是面积减少最显著且转换最频繁的土地利用类型，减少了146 km²。旱地主要转为城镇用地和农村居民点，主要表现在秦王川盆地处新设立的兰州新区的发展。除旱地外，中覆盖度草地也出现较为明显的减少。林地主要转为各个类型草地和旱地。而水域和未利用地面积较少。土地利用变化说明在兰州地区推行“退耕还林”的过程中，农田和城镇扩张也仍然在进行，毁林毁草情况仍然没有得到有效控制。

表4 土地利用类型面积（km²）转移矩阵

Table 4 Transition matrix of land use

分类代码	12	21	22	23	24	31	32	33	41	42	43	44	46	51	52	53	61	65	总计
12	1 780	21	8	59	36	77	684	847	27	1	2	0	1	105	121	32	3	15	3 819
21	23	220	1	22	0	58	22	2	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	349
22	1	1	49	3	0	21	2	3	0	0	0	5	0	0	0	0	0	0	85
23	65	27	3	142	1	51	72	64	0	0	0	0	0	3	3	0	0	0	431
24	24	0	0	0	9	0	4	5	4	0	0	0	1	7	6	2	0	1	63
31	65	61	29	35	1	259	85	104	1	0	0	1	0	0	1	2	0	1	645
32	681	12	6	82	6	109	1 665	1 004	6	0	1	1	0	19	26	7	0	33	3 658
33	858	0	3	47	7	87	981	1 672	1	0	2	0	1	22	25	4	1	20	3 731
41	24	2	0	1	0	1	5	3	3	0	0	0	1	6	5	3	0	0	54
42	2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	3
43	0	0	2	2	0	3	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	8
44	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	4
51	9	5	0	2	2	1	1	6	3	0	0	0	1	79	1	0	0	0	110
52	127	0	0	1	3	2	16	18	4	0	0	0	0	12	32	1	0	1	217
53	1	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0	0	7	1	12	0	0	24
61	4	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	6
65	9	1	0	1	0	2	7	13	0	0	1	0	0	1	0	0	0	13	48
总计	3 673	350	101	397	67	671	3 546	3 742	49	1	6	8	6	264	221	64	5	84	13 255

列代码为2000年，行代码为2015年。

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图2

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图2 土地利用类型分布

Fig.2 Land use type distribution map

3.2　生境退化度

生境退化度得分的高低表示土地利用类型受威胁因子胁迫的程度高低，生境退化度越高说明土地利用类型受威胁的程度越高，易生境退化，引起生境质量的下降。兰州地区两年的生境退化度分布相似，退化程度均从中心向四周越来越显著（图3）。大部分地区退化度低，是因为该部分主要为敏感度低的建设用地和耕地，即威胁因子可发生生境退化的空间小，还有敏感度较低的成片分布的草地。而生境退化度高的主要分布在兰州边界，主要是由于这些地区生境面积小且分布不连续，容易受到威胁因子的胁迫，发生退化的可能性大。林地的生境退化值较高，主要也是由于敏感度高。虽然得分区间在空间上分布变化不明显，但是生境退化最大值从151.813减少到134.404，说明兰州地区退化度最大的地区情况有所改善。大部分区域生境没有发生退化，变化主要出现在边界处，且退化变化区间为［-84.0561，72.1863］，说明发生退化的部分出现显著的变化，主要是由于土地利用类型即生境敏感性的转变导致的。

图3

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图3 生境退化度

Fig.3 Habitat degradation

3.3　生境质量

通过ArcGIS中利用自然分界法对生境质量进行生境质量等级划分，共划分为5个等级：高、较高、中、低、较低，并统计各个等级的栅格数和平均值（表5）。

表5 生境质量分级表

Table 5 Habitat quality scale

等级	2000年		2015年		比例变化 /%
等级	比例/%	平均值	比例/%	平均值	比例变化 /%
低	31.86	0.36	32.52	0.34	0.66
较低	1.23	0.68	1.12	0.68	-0.11
中	54.60	0.73	59.00	0.73	4.40
较高	5.32	0.82	0.44	0.97	4.88
高	6.99	1.00	6.91	1.00	-0.07
整体平均		0.63		0.62

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从图4看，兰州地区的生境质量与土地利用类型基本一致。2000、2015年的生境质量空间分布基本一致，生境质量等级为低，即生境质量最差的主要在秦王川盆地、主城区-和平-榆中县城、沿庄浪河、大通河、湟水处分布的耕地、城乡工矿居民用地和未利用地这三类土地，2000—2015年，生境质量最低的部分少量增加多为点状；生境质量等级较低在兰州边界处呈点状分布；生境质量占比最多的为中等，与草地分布一致；生境质量最高和较高的部分集中在连城、兴隆山和马衔山的林地和草地区域，且占比略微下降。2015年生境质量等级较高区域明显减少。

图4

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图4 生境质量

Fig.4 Habitat quality

整体看，2000年整个兰州的生境质量平均值为0.63，而2015年的平均值为0.62，处于较低分值区间，说明生境质量较差但变化并不明显，生境斑块较为破碎，抵抗力稳定性较弱，容易受到破坏而发生生态安全事故。兰州地区生境质量的变化主要是由于生境质量高等级的区域减少了0.08%，说明兰州地区生境质量最好的部分仍在缓慢减少，但该部分生境质量平均值为1且内部系统没有变化。生境质量等级低的区域增加了0.66%，主要是由于城乡工矿居民用地的增加，加快了生境斑块的破碎化，即生境质量最差的部分不仅生境有恶化的趋势，而且恶化的区域还在增加；较低和中等级的生境质量平均值变化不大；较高等级的生境质量减少了4.88%，但中等级的面积增加4.40%。

兰州地区生境质量变好的区域出现的原因是耕地向草地和林地的转移，或者低覆盖度向高、中覆盖度的转移，即生境适宜度低的生境类型向生境适宜度高的类型转移。生境质量变差和变好的主要原因是兰州在“四版总规”中提出的即在中心城区和兰州新区以及两个城区与各城镇点依靠交通连接的五条发展带，集中建设，以该区域带动周边发展；在城镇发展带、河流和道路沿线增添绿化带，加强自然保护区和森林公园的建设和完善，城市格局的建设和扩张与城市绿地的打造有很大的重合部分，因此生境质量变差和变好的区域交相混合分布，在城镇空间格局的不断发展中，造成该区域处的城镇工矿居民用地不断增多，导致生境质量的退化；而在城市绿地的改造建设工作中，部分生境质量得到改善。

3.3.1　生境质量空间集聚性

兰州地区2000年和2015年生境质量在P<0.01的情况下全局Moran’s I值分别是0.349和0.390，反映出兰州地区的生境质量空间集聚性在增大。

3.3.2　生境质量空间集聚类型

根据LISA指数分析生境质量空间集聚的类型分布情况，如图5和表6所示，在P<0.05的置信水平上，兰州地区的生境质量空间相关性特征为：绝大部分为不显著区域，HH即高值与高值集聚区主要分布在永登县西北部和榆中县西南部，也是兰州林地主要分布区，且2000—2015年，高值集聚区从5.50%减少到5.01%，主要表现在兴隆山处逐渐向西缩减、鸡冠山处东南方向逐渐缩减，表明仍需加强兰州林地的生态保护工作。HL和LH部分均呈现零星分布。在数值上，HL略微增加，总体呈条状分布，是由于该类主要是生境适宜度较高的水域；LH也略微增加，在空间上呈零星点状分布。LL即低值与低值集聚区主要分布在双城区和主城区-榆中县城处，面积占比从8.11%增加到8.87%，主要是因为在空间分布上兰州新区处逐渐扩展成片状分布，表明这部分生境质量较差，且有继续恶化的趋势。

图5

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图5 生境质量聚集类型分布

Fig.5 Habitat quality aggregation type distribution

表6 生境质量聚集类型

Table 6 Habitat quality aggregation type table

等级	2000年		2015年
等级	比例/%	平均值	比例/%	平均值
NN	85.14	0.64	84.70	0.64
HH	5.50	0.98	5.01	0.97
HL	0.72	0.97	0.78	0.99
LH	0.53	0.28	0.63	0.28
LL	8.11	0.23	8.87	0.28

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3.3.3　生境质量空间集聚等级分布

从图6来看，2000年兰州地区高值簇全部属于次热点部分，主要在鸡冠山、连城、兴隆山和马衔山的林地分布范围内；而2015年兰州地区热点区等级分布显著，以中心向外显著度递减，热点区主要分布在林地、草地集中分区区域；不显著区域最多，且变化不明显。2000年低值簇全部属于最冷点部分，集中分布在主城区，在秦王川盆地和榆州县耕地处呈零星点状分布，沿河流呈条状分布；而2015年兰州冷点区等级分布显著，从中心向外显著度递减，主要分布在双城区和主城区-和平镇-榆中县城方向，呈现明显的块状集中分布，且在河流附近集聚也增大。兰州冷点范围增大主要是因为秦王川和榆中区域是兰州城市建造扩张主要集中地。热点分布的显著性提高是由于兰州加强对林区及其周边草地的保护力度。冷热点变化显著主要说明兰州生境质量空间集聚性变化明显，最热点和最冷点区域显著增加，且空间集聚程度增强。

图6

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图6 生境质量聚集等级分布

Fig.6 Habitat quality aggregation level distribution

3.4　生境稀缺性

根据ArcGIS中的Reclassify工具，使用自然分界法对生境质量进行生境质量等级划分，共划分为2个等级：低（-1.67，0）、高（0，0.167），并统计各个区间的栅格数和平均值（表7，图7）。从数值上来看，生境稀缺性得分整体平均值为-0.04，说明2000—2015年兰州土地利用类型总体变化较为平缓，生境处于较稳定状态。低级的生境稀缺性得分值小于0，说明兰州地区大部分地区都处于相对稳定状态，但仍有30.15%的地区地类破碎情况严重，该部分主要是中覆盖度草地，其变化频繁，容易发生生态安全危机状况，必须加强对草地的监控和治理力度，防止草地的频繁变动对兰州地区的生境质量和生态安全造成破坏。

表7 生境稀缺性分级

Table 7 Habitat scarcity scale

等级	分值区间	区间平均值	整体平均值	占比/%
低	（-1.67, 0)	-1.67	-0.04	69.75
高	（0，0.126）	0.04		30.15

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图7

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图7 生境稀缺性

Fig.7 Habitat scarcity aggregation level distribution

4 结论与讨论

本文基于InVEST计算了兰州地区生境质量和生境稀缺性的空间分布和变化情况，在区域尺度上研究生境质量，丰富和完善了兰州地区生境质量评价理论体系，对该区域的城市规划具有一定的借鉴意义。

分析显示，2000—2015年兰州地区土地利用类型中建设用地在兰州新区处显著增加，中覆盖度草地是面积减少最多的生境类型，且转变主要发生在耕地、林地、草地和城乡工矿居民用地之间。2000—2015年，生境退化度总体上变化不大，均从中心向四周退化度增加，主要原因与生境类型的敏感度有关，生境质量稳中略有下降，部分区域生境质量变差主要是由于兰州城市化进程中城镇工矿居民用地的增加，部分区域生境质量变好主要是由于兰州退耕还林以及加强南北两山的建设等生态措施。存在生境稀缺性的主要是中覆盖度草地，变化较为频繁，需要加强对草地的监管。兰州地区生境质量集聚性增加，主要表现为林地区域即高值热点区集聚处显著度增加，城乡工矿居民用地和耕地处即低值冷点区显著度增强，集聚范围明显扩大。因此兰州地区必须协调好经济建设和生态建设，加强对草地的监管，逐步恢复兰州当地草地植物，提高水土保持能力，防止草地的频繁变动对兰州地区的生境质量和生态安全造成不利影响。

李发荣^［22］利用指标体系法研究认为1986—2007年的兰州地区整体性生境质量一般。而本次研究利用InVEST模型得到2000—2015年时段的兰州地区生境质量平均值为0.63—0.62，属于自然段点法分级中较差的部分，笔者认为兰州地区生境质量较差，因研究方法及时段的差异导致研究结论略有差异。本文采用InVEST模型构建兰州地区的生境质量定量化空间分布图，更加直观准确地显示区域生境质量变化的空间差异。榆中地区生境质量与刘春芳等^［23］研究得到的结论基本一致，但生境质量类型和等级图却略有差异，这是由于研究尺度的差异和土地利用类型划分的不同，导致其他部分的结构略有不同。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

Fellman

J B

，Eran

，William

，et al.

Stream physical characteristics impact habitat quality for pacific salmon in two temperate coastal watersheds

［J］.Plos One，2015，10（7）：e0132652.