基于InVEST模型的长三角生态绿化一体化示范区生境质量时空演化特征分析
赵强1、王天久2、王涛3、程苏丹4
1. 苏州大学环境与测绘工程学院, 苏州 234000
2.烟台昆玉山林场,烟台 264112
3. 绍兴市自然资源和规划局上虞分局, 绍兴 312300
4. 杭州勘察设计院有限公司, 杭州 310012
概括：
评估区域生境质量对于维护区域生物多样性、改善人类福祉、促进区域可持续发展具有重要意义。为此，本文基于2000年、2010年和2020年三个时期的土地利用数据，运用InVEST模型和生境质量指数方法对长三角生态绿色一体化示范区的生境质量进行了分析，并探讨了长三角生态绿色一体化示范区的生境质量。区域生境质量与土地利用的关系，结果表明：①2000—2020年，研究区生境质量水平为中等，生境质量指数表现为：呈下降趋势，生境退化程度逐渐减轻；从区县看，2000年至2010年，两区一县呈现下降趋势； 2010年至2020年，青浦区、嘉善县生境质量有所改善，吴江区生境质量仍处于恶化状态； ② 2000—2020年，研究区生境质量中等的土地类型主要为耕地和草地，生境质量优良的土地类型主要为水域和湿地，分布于北部和中部地区，生境质量较差和较差的土地类型主要为水域和湿地。生境类型主要分布于研究区建设用地； ③研究区生境质量与土地利用结构存在较强的相关性。在土地利用变化剧烈的地区，生境质量的变化更为显着。研究结果可为研究区生物多样性保护和土地利用管理提供参考。
0简介
生物多样性对于维持地球生态系统的平衡至关重要，是人类生存和发展的基石。 2019年，生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台发布了《生物多样性和生态系统服务全球评估报告》。报告指出烟台赵强，1970年至2016年间，60%的脊椎动物物种和83%的淡水物种持续减少，对全球生物多样性构成巨大威胁。生境质量作为生物赖以生存的场所，反映了区域自然环境在一定时期内为生物的生存和繁衍创造适宜条件的能力。然而，随着人类城市化进程不断加快、活动强度加大，生物栖息地质量持续恶化，生态系统服务功能下降，对生物多样性和人类健康构成一定威胁。因此，研究区域生境质量，掌握其时空变化规律，为区域生物多样性保护和生态安全格局构建提供参考已成为当务之急。国内外学者早期对生境质量的研究主要集中于特定物种的生境条件；研究规模以单点、条带等小规模研究为主；研究方法主要为样方和样线实地抽样调查。法律。随着3S技术的发展和研究的不断深入，研究视角逐渐从单一物种栖息地条件的研究转向整个生态系统的质量评价。例如，王健利用地理信息系统和遥感相结合的方法，对内蒙古阿拉善盟的沙漠生态进行了研究。评估系统的栖息地质量。研究规模由早期的小规模扩大到县域、省市乃至全球等中大型规模；曲文等人。利用地形梯度分析甘肃省榆中县地形条件对生境质量的影响；朱等人。采用最小二乘法（普通最小二乘法（OLS）和地理加权回归模型分析了城市化和景观格局变化对杭州生物栖息地质量的影响。研究内容更加多元化，从单一土地利用对栖息地的影响早期以植被覆盖变化、人类干扰、地貌类型等其他因素对栖息地质量的影响为研究对象，研究方法逐渐走向定量化、可视化、精细化，克服了传统方法耗时、费力的局限性。成本高昂，并且劳动强度大，增加了长期系列、大规模区域栖息地质量研究的优势；主要评价模型有CA-Markov、HIS、Max-Ent和InVEST模型，与其他模型相比，InVEST模型具有以下特点：其具有所需数据量小、空间分析能力强、可视化强、投资成本低等特点，因此在当前的生态系统评估模型中得到广泛应用。
《长三角生态绿色一体化发展示范区总体规划》于2019年11月19日正式发布。规划强调，建设长三角生态绿色一体化发展示范区是实施的先导和突破口长三角一体化发展战略。该地区地理位置优越，经济快速发展，城市扩张迅速，人口密集，导致生态环境遭到破坏，生态用地面积持续减少，生物生存空间萎缩，生境质量持续恶化。正是造成我国城镇化发展与生态环境矛盾的原因。一个重要的模型；此外，目前尚无示范区生境质量长期序列研究。因此，有必要系统研究长三角一体化示范区生境质量变化特征并分析其驱动因素，为相关部门今后的部署和规划提供一定的指导。本研究基于InVEST模型中的生境质量模块和3S技术，利用区域土地利用数据对长三角一体化示范区的生境质量进行评价，为研究中的生物多样性保护和土地利用管理提供参考。区域。
1 研究区概况及数据来源 1.1 研究区概况
以长三角生态绿色一体化示范区为研究区域（图1），包括上海市青浦区、江苏省苏州市吴江区、浙江省嘉兴市嘉善县，总面积约2,300平方公里；地处太湖流域东部碟状洼地（东经120°20'~121°19'，北纬30°45'~31°32'），整体地势平坦，河湖纵横，以及密集的农业和林业。属典型的亚热带季风气候，夏季高温多雨。 ，有四个不同的季节；生物多样性丰富，拥有水源涵养、饮用水源、森林、湿地等生态保护区。 2018年，示范区建设用地面积达到728平方公里，常住人口310.8万人。总体来看，示范区生态资源优良、文化底蕴深厚，肩负着引领长三角融入国家发展战略、打造世界级滨水人居文明典范的重要使命。
1.2 数据来源
本研究使用的土地利用覆盖数据来自GlobeLand30，包括2000年、2010年和2020年的数据，空间分辨率为30 m。根据研究区条件，土地利用覆盖类型分为耕地、林地、草地、湿地、水域和建设用地六类。
2 研究方法 2.1 InVEST模型栖息地质量模块
InVEST模型是美国斯坦福大学自然资本项目开发的用于评估生态系统服务的模型。栖息地质量模块使用土地利用数据来确定影响生物多样性的威胁因素、栖息地网格与威胁因素之间的距离以及每种栖息地类型对每种威胁的相对敏感度，并将它们输入模型计算栅格栖息地质量。其取值范围为0~1。越接近1，生境质量越好，越有利于生物生存，生物多样性越高；值越低，表明区域生境质量越差，越不利于维持区域生物。多样性。本研究参考InVEST模型中的用户手册，综合国内外学者的研究成果和研究区的实际情况，选取耕地和建设用地作为威胁源，并设定不同威胁因素的最远距离。根据实际情况影响栖息地质量。和重量，详见表1和表2。
表1 研究区威胁因子及权重
2.2 土地利用转移矩阵
土地利用转移矩阵是用于描述土地利用变化的马尔可夫模型应用。它可以量化不同土地利用类型之间的转化，揭示不同类型之间的转移率[2]。 ArcGIS工具可以构建示范区2000-2010年和2010-2020年土地利用转移矩阵，用于比较和分析三个时期（2000年、2010年和2020年）土地利用类型时空变化。
2.3 土地利用动态
土地利用动态分为单一土地利用动态和综合土地利用动态[13]。单一土地利用动态度可以计算一定时期内（2000-2020年）研究区各土地利用类型的变化率，而综合土地利用动态度则反映了整个研究区土地利用变化的总体速度。地区。
3 结果与分析 3.1 生境质量随时间变化
生境质量指数的取值范围为0～1。该值越接近1，该区域的生境质量越好。根据该县《生态环境状况评价技术规范》（HJ 192-2015），计算研究区2000年、2010年、2020年平均生境质量指数；利用ArcGIS平台中的自然间断法将研究区的生境质量指数分为差[0,0.2)、差[0.2,0.4)、中[0.4,0.6]、较好[0.6,0.8]、出色的。 [0.8,1] 共 5 个级别 [2]。按照规范计算，示范区2000年、2010年、2020年生境质量指数分别为0.633、0.603、0.600，呈下降趋势。栖息地质量水平保持不变，被认为是优秀的。
从区县尺度看，2000—2010年嘉善县和青浦区生境质量呈恶化趋势，2010—2020年生境质量有所改善；而吴江区近20年来栖息地质量持续下降。 2000年，嘉善县、青浦区、吴江区生境质量指数分别为0.586、0.644、0.807，生境质量等级分别为中等、较好、优秀； 2010年，嘉善县、青浦区、吴江区生境质量指数分别为0.577、0.623、0.776，均低于2000年。吴江区生境质量水平下降。从优秀水平到较好水平；与2010年相比，嘉善县和青浦区生境质量有所改善，生境质量指数分别上升0.005和0.015，吴江区生境质量指数下降0.027，三个地区的生境质量水平保持不变。
从乡镇规模看（表3），太湖新城、黎里镇、朱家角镇、金泽镇、同里镇2000年生境质量指数分别为0.947、0.906、0.866、0.840、0.838，生境质量水平非常好。 ;平旺镇、七都镇、陶庄镇、震泽镇、姚庄镇、盛泽镇、西塘镇生境质量指数分别为0.796、0.733、0.722、0.687、0.640、0.610、0.606，生境质量水平较好。 ，其余乡镇的生境质量水平为中等。与2000年相比，2010年同里镇生境质量指数为0.795，比2000年下降5%，生境质量等级由较好转为优秀；震泽镇、盛泽镇、徐泾镇生境质量等级变差。其中，震泽镇、盛泽镇由较好等级转为中等等级，徐泾镇由中等等级转为较差等级；然而，莲塘镇的生境质量有所改善，由中等变为优秀，而其余乡镇的生境质量水平保持不变。与2010年相比，七都镇、震泽镇、天宁镇、陶庄镇生境质量指数有所上升，生境质量有所改善。其中，七都镇生境质量指数提升33%，生境质量有所改善。等级由较好转为优秀，其他乡镇生境质量指数下降；香花桥街道、营浦街道、华新镇生境质量等级由中转为差。
表3 2000—2020年长三角生态绿色一体化示范区各乡镇级行政区域生境质量指数平均值
3.2 生境质量的空间变化
通过InVEST模型运算，得到长三角生态绿色一体化示范区2000—2020年生境质量空间分布图（图2）。如图2所示，生境质量水平优良的区域分布在研究区北部水资源丰富的地区，主要包括东太湖、淀山湖、筼筜湖、汾湖、城湖、木庄湖、南星湖、白芨湖。湖区、雪落洋、长洋、北马洋、金鱼洋、太浦河及两岸湖泊等水域有利于生物生存和繁衍，其面积超过研究区总面积的22%。栖息地质量等级为中等的比例高达65.9%。 2000年至2020年，其分布由连片分布转变为星状分布，主要土地类型为耕地；其中，2000年集中在吴江区西南部和西南部地区。嘉善县、青浦区东北部；但随着建设用地的快速扩张，2010—2020年青浦区东北部生境质量逐渐由优等劣向劣等演化，面积逐渐减少，生境斑块逐渐破碎化，生物多样性降低。生存空间缩小。生境质量等级较差的主要土地类型为建设用地，主要分布在研究区“四带”（沪宁、沪杭、沪沪、通苏四大主要发展带）。简勇）。 2000年至2020年，其面积所占比重逐渐上升，分别达到11.1%、18.7%和27.3%。
从区县尺度（图2）来看，三个时期生境质量优良的区域主要分布在吴江区，占研究区总面积的30%以上，其次是青浦区和嘉善县； 2000年人居环境质量 中等水平的地区分布为吴江区>青浦区>嘉善县烟台赵强，所占比例分别为29.1%、19.0%和17.8%； 2010年至2020年，青浦区城镇化率超过嘉善县，大量耕地转为建设用地。虽然草地面积有所增加，但总体而言，生境质量中等水平的面积仍略低于嘉善县，分布为吴江区>嘉善县>青浦区；不良生境质量等级分布为吴江区>青浦区>嘉善县。
从乡镇规模看（图3），2000年，太湖新镇、同里镇、黎里镇、金泽镇、朱家角镇生境质量等级为优；生境质量等级优的有姚庄镇、西塘镇、陶庄镇、震泽镇、平望镇、七都镇、盛泽镇；其余城镇的栖息地质量水平为中等。 2010年，同里镇、震泽镇、盛泽镇、徐泾镇生境退化，生境质量水平下降； 2020年，与2010年相比，西塘镇生境质量等级由优转为中，青浦区香花大桥街道、营浦街道、华新镇生境质量等级由中转为差等级。
4 讨论 4.1 土地利用变化分析
研究区三期土地利用图如图4所示。表4为2000年、2010年和2020年土地利用变化情况。从图4和表4可以看出，在整个研究期间，该区耕地和湿地分别减少442.63平方公里和0.16平方公里；建设用地、林地、草地、水域面积分别增加387.18平方公里、29.40平方公里。 ，13.22平方公里和12.97平方公里。建设用地动态度为7.22%。转化来源大部分为耕地，少部分来源为水域。划转面积分别为393.19平方公里和53.19平方公里。林地面积从2000年的0平方公里增加到2020年的29.40平方公里，增幅较大。草地动态度高达1322%，仅次于林地。从空间分布来看，研究区耕地主要分布在嘉善县主城区以外的乡镇，青浦区白河镇、冲古镇、朱家角镇、吴江区桃源镇；水域主要分布在吴江区北部和青浦区西部。 2000年至2010年示范区主要用地为耕地和水域，占示范区总面积的88%以上，且相对集中；草地、湿地、建设用地动态度均为正值，耕地、水域动态度均为正值。是一个负值。 2010年至2020年，建设用地快速扩张，原有主导水域转变为建设用地。其动态度较上期增加0.85%，动态度为7.66%；湿地动态程度由前期的正值上升。数值变为负数，一部分转为建设用地，一部分转为水域。
从区县规模看（图5），2000年至2020年，嘉善县、青浦区、吴江区建设用地和草地呈增加趋势，而耕地面积持续减少。 2000年至2010年，建设用地面积增长最快，几乎是2000年的一倍；嘉善县建设用地面积增幅最大，达50.2%，其次是青浦区（43.2%）和吴江区（33.9%）。草地面积增加顺序为吴江区>嘉善县>青浦区。嘉善县耕地面积减少幅度最大的是青浦区，减少了22.4%。吴江区耕地面积减少39.8平方公里，仅减少6%。降幅超过嘉善县一半以上。水域面积增幅最大的是嘉善县，增加24.9%，青浦区增加10%，吴江区减少5%。虽然三个地区的林地面积均有所增加，但增幅较小。 2010年至2020年，建设用地面积增长顺序为吴江区>青浦区>嘉善县。吴江区建设用地增幅高达41%。青浦区面积增幅虽大于嘉善县，但增幅低于嘉善县。说小一点。对于草地而言，三个地区的增幅均在95%以上，且增幅相近。除嘉善县外，吴江区、青浦区林地增长超过99%。耕地减少的地区为吴江区（29.4%）、青浦区（18.2%）和嘉善县（16.5%）。水域面积增幅最大的是嘉善县，其次是青浦区。
4.2 土地利用变化与生境质量变化的相关性
长三角生态绿色一体化示范区28个乡镇2000年至2010年、2010年至2020年土地综合利用动态统计（表5）；采用SPSS软件进行Pearson相关分析[26]，得到研究区土地利用变化与生境质量变化的相关系数（表6）。从表6可以看出，2000—2010年研究区生境质量变化与土地综合利用具有极显着的相关性； 2010年至2020年，存在中等相关性和线性相关性[11]，进一步证实土地利用变化与生境质量密切相关。然而，2010-2020年示范区生境质量的恶化可能还有其他影响因素，如归一化植被指数、降水量、温度、海拔、坡度、土壤类型等自然因素，以及人均GDP、道路等。网络密度等社会经济因素。
表5 各乡镇级行政区域综合土地利用动态
综上所述，2000-2020年以来，长三角城市化进程持续加速，现有土地利用结构已不再满足人口密度快速增长和社会经济快速发展的要求。土地利用类型发生巨大变化，河湖空间丧失，大量农田、生态用地转变为建设用地，生境质量持续恶化。特别是2010年，栖息地质量指数明显下降。据统计，2020年吴江区、青浦区、嘉善县常住人口分别为154.5万人、127.14万人、6.482万人。 2020年建设用地面积几乎是2000年的三倍。2010年，吴江区、青浦区建设用地面积与2000年相比分别增长51.2%、75.9%，嘉善县增加一倍多；建设用地的爆炸性增长是其栖息地质量下降的原因之一。 2020年，青浦区生境质量指数为0.638，比2010年上升0.016，比2000年下降0.006； 2000年和2010年，青浦区林地面积分别为0平方公里和0.033平方公里，2020年增加到28.38平方公里，这主要是因为“十三五”期间，青浦区实施了“2016年-2018年林业专项规划”、“198”和“重点生态走廊建设”，扩大了森林增量 土地;草原面积虽然有所增加，但20年来只增加了3.2平方公里。可见，林地面积的大幅增加是其生境质量改善的原因。
2020年，嘉善县生境质量仅比2000年下降0.6%，比2010年增加0.005。2010年，嘉善县建设用地面积比2000年增加43.06平方公里，增加50 %;虽然其水域面积和草地面积也有所增加，但这两项增加的只是建设用地的一半。 2011年，嘉善县践行生态文明理念，启动“绿色家园”行动计划和“三深化”、“造林”、“退耕还湖”等生态工程，把嘉善变成了“绿色家园”。没有森林，成浙江省森林城市。 2020年，林地面积增加到0.001·8平方公里，河流拓宽，湖泊逐渐恢复。水域面积几乎是2000年的两倍，水域面积、林地、草地的增量远远超过建设用地的增量。嘉善县人居环境质量得到改善。 2000年至2020年，吴江区生境质量指数持续下降，生境质量等级由优转为良。实施河湖林网，建设生态拼凑林，美化村镇环境，改善干林类型，恢复和保护湿地。 、增加林果效益等生态工程，但生态用地的增量远远小于城镇化扩张的速度，导致吴江区栖息地质量持续恶化。确保生态系统健康、改善生境质量，不仅有助于提高人类生活质量、保护地球生态系统物种多样性，也是实现区域可持续发展的必要条件。我们要始终牢记和践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念，坚持走生态优先、绿色发展道路，共同创造人与自然和谐共生的美好未来。
5 结论
1）2000年至2010年，示范区主要土地类型为耕地和水域，占总面积的88%以上；由于建设用地快速扩张，2010年至2020年示范区的主导土地类型转变为耕地和水域。建设用地；林地、草地、水域、建设用地四种土地类型面积均呈增加趋势，动态程度为正；耕地、湿地面积减少，动态度为负值。
2）2000年至2020年，示范区生境质量指数下降0.033，生境质量持续恶化。但2010年至2020年生境退化程度较前期有所减轻。这主要与2010年以来研究区实施的一系列生态林创建等生态措施有关。就区县而言，2000年至2010年，吴江区、青浦区、嘉善县的生境质量指数均呈下降趋势； 2010年至2020年，青浦区和嘉善县的生境质量指数有所上升，生境有所改善，而吴江区的生境质量仍然恶化。
3）2000年至2020年，示范区生境质量与土地利用类型之间存在较强的相关性。生境质量中等的地区占主导地位，主要土地类型为耕地和草地；水平优秀的地区主要分布在研究区内。北部和中部水域和湿地；不良、等级较差的土地类型主要是建设用地。
本研究应用InVEST模型中的生境质量模块，对长三角生态绿色一体化示范区2000—2020年生境质量时空分异特征进行评估，旨在为未来区域生物多样性维护和生态安全格局提供指导。为建设和可持续发展提供了一定的参考依据，但仍存在一定的缺点和不足：①生境质量模型中的输入参数——威胁因素、威胁因素的最大影响距离、威胁因素的权重和相对敏感度每种栖息地类型对每种威胁的影响都是高度主观的，并且存在一定的缺陷。这将对研究区生境质量评估精度产生一定影响，但总体变化趋势不变； ②区域生境质量评价仅使用土地利用数据。后续研究可以结合区域性DEM，高度，生态保护红线和其他数据，坡度，人口密度数据，以进行全面评估； ③可以合并投资模型中的节水模块，将土壤保护模块，景观模式指数和栖息地质量模块组合在一起以进行分析，以提供更科学的参考基础，以进行区域栖息地质量评估。
（已删除了原始文本）
[关于作者] Zhao Qiang（1982-），男性，硕士学位，讲师。他的主要研究方向是3S理论和应用。
电子邮件：52490618@qq.com。
[引用文本] Zhao Qiang，Wang Tianjiu，Wang Tao，Cheng Sudan。基于投资模型[J]的长江三角洲生态绿色整合示范区域中栖息地质量的时空进化特征的分析。自然资源遥感，2024，36（3）：187-195。
