基于Invest模型的天等縣生境質量研究

王小萍

(廣西大學 土木建筑工程學院，廣西 南寧 530004)

1 引言

生境質量是指在一個特定的時空環境中，生態系統對社會經濟與人類生存發展的適宜性程度，是生態環境的本質屬性，也是其地域特征的一種表現形式[1，2]。隨著現代化城鎮的快速發展，土地利用類型不斷發生變化，由此帶來生物多樣性銳減、生境質量下降、生態景觀破碎化等問題。因此，結合“既要金山銀山，也要綠水青山”的大背景，加強生境質量的研究對生物多樣性的保護、生態網絡格局的構建及生態系統服務功能具有重要的意義[3]。

2 研究區概況與數據源

2.1 研究區概況

本文的研究范圍為廣西壯族自治區天等縣。天等縣位于廣西的西南部，隸屬崇左市，東接隆安縣、平果縣，南接大新縣，西接靖西縣，西北靠德保縣、北接田東縣，位于北緯22°51′～23°22′，東經106°45′～107°23′，全縣均在北回歸線以南，轄區總面積為2165.45 km2，東西橫距64 km，南北縱距63 km。天等縣是國家層面的重點生態功能區，全縣主要以山地丘陵為主，占全縣面積的77.98%，地勢呈西南高東北低，森林覆蓋率達到62.25%。全境氣候屬于亞熱帶季風性氣候，陽光充足，雨量充沛。在社會經濟方面，天等縣下轄6個鎮、7個鄉，即天等鎮、龍茗鎮、進結鎮、向都鎮、福新鎮、東平鎮、都康鄉、馱堪鄉、進遠鄉、上映鄉、把荷鄉、寧干鄉、小山鄉，總人口為45.4萬人，生產總值實現61.89億元，主要以第一產業和第二產業為主導。全縣的自然資源較為豐富，擁有旅游景點30多處。

2.2 數據獲取與處理

天等縣土地利用類型數據來源于地理空間數據云平臺的Landsat系列遙感衛星。為了能夠較為直觀的反映天等縣土地利用變化情況，本文采用的時間跨度為18年，選用2000年、2010年、2018年為研究時間點，采用的空間分辨率為30 m×30 m，并在ENVI軟件中進行地理處理。首先，對遙感衛星片進行圖像預處理，包括輻射定位、大氣校正、圖像融合、鑲嵌、裁剪等過程；其次，對遙感衛星片進行監督分類，將其分為耕地、林地、灌木林地、草地、水域、建設用地、未利用地七大類；最后，對分類后的遙感衛星片進行后期處理，并在ArcGIS 10.5軟件中統計得到分類后的土地利用變化情況。

3 研究方法

根據《Invest模型使用指南》可知，生境質量評估模型運行所必需的數據分別為：現狀的土地利用覆蓋圖、威脅源數據集、威脅因子量化表、生境類型對威脅源的敏感性表。

(1)現狀的土地利用覆蓋圖。本文選用的現狀土地利用類型是遙感影像圖被重分類后得到的耕地、林地、灌木林地、草地、水域、建設用地、未利用地七類用地，并進行柵格處理獲得2000年、2010年、2018年三期的土地利用類型。

(2)威脅源數據集。威脅因子對生境質量的影響主要通過生境柵格與威脅因子間的距離來衡量，通常來說，威脅的程度是隨著柵格與威脅源之間距離的增加而減小，因此距離威脅源最近的生境柵格單元受到的影響最大。一般用選擇線性或指數距離衰減函數來表達，表達公式如下：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，irxy是威脅源r在柵格x的生境對柵格y的影響程度；dxy是柵格x和y之間的線性距離；drmax是威脅源r的最大影響距離。如果irxy>0，那么柵格x在退化的威脅源y的干擾區域內。

(3)生境類型對威脅源的敏感度。每一種生境類型對威脅源的敏感程度都有可能不同，因此每一種生境類型對威脅源的敏感性用于修正上一步計算的總影響。土地利用類型對威脅源越敏感，土地利用類型單元退化度就越大。因此，生境敏感性總威脅水平的表達式如下：

(3)

式(3)中，Dxy表示在生境類型j中柵格x的總威脅水平；y是指r威脅柵格圖上的所有柵格，Yr是指r威脅柵格圖上的一組柵格；Sjr表示生境類型j對威脅源r的敏感性，其值越接近1說明越敏感。

(4)生境質量。生境質量指數大小由生境適宜性、總威脅水平、生境退化度、半飽和參數通過歸一化權重所得，表達公式如下：

(4)

式(4)中，Qxj表示生境類型j中的柵格x的生境質量指數；Hj是指生境類型j的生境適宜性；Dxj是指生境類型j中的柵格x的退化水平；K為半飽和常數，設置為0.5；z為模型默認參數，設置為2.5。

本文根據《InVEST模型使用指南》及相關的文獻參考[4～6]，設定了各類相關參數，如表1、表2所示。

表1 生態威脅因子量

表2 各地類對各生態威脅因子的敏感度量

4 天等縣生境質量變化分析

4.1 天等縣土地利用面積變化

根據2017年11月1日國土資源部組織修訂的國家標準《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2017)將天等縣現狀土地利用分為耕地、林地、灌木林地、草地、水域、建設用地、未利用地七大類，如表3所示。

由表3可知：2000～2010年間，耕地、灌木林地、草地、水域的面積不斷減少，分別減少了0.6606 km2、0.9873 km2、0.1503 km2、0.1287 km2。林地、未利用地的面積呈增加的趨勢，但增加的幅度較少，分別增加了0.0540 km2、0.0054 km2。建設用地的面積也在不斷增加，增加了1.8675 km2，說明城鎮化進程較快，建設用地不斷向外蔓延。2010～2018年間，耕地、林地、灌木林地、草地、水域的面積持續減少，減少量分別為2.5929 km2、0.2205 km2、0.4554 km2、0.3348 km2、0.0081 km2。而建設用地面積在不斷增加，增加了3.5883 km2，未利用地面積也有少許增加，增加了0.0234 km2。在2010～2018年用地面積變化中，建設用地面積不斷擴大，耕地面積大量減少。由此可見，建設用地面積的不斷增加，耕地的貢獻率最大。

表3 天等縣2000～2018年土地利用類型面積 km2

4.2 天等縣生境質量演變

將上文中已準備好的各類數據加載到Invest模型中運行，可以得到天等縣2000年、2010年、2018年生境質量指數分布圖，如圖1、圖2、圖3所示。由圖可知，2000年的生境質量指數是0.4989，2010年的生境質量指數是0.4988，2018年的生境質量指數是0.4962，2000～2018年天等縣的生境質量指數呈下降的趨勢，說明生態環境是隨著時間的變化而不斷惡化的，但是整體水平都比較高，且變化幅度較小，得益于天等縣是國家重點生態功能區，特別是東部與南部地區的生境質量指數值相對比較高，有些地方的指數值趨近于1，西北部與中南部地區的指數值相對較低些，這與天等縣自身的社會經濟發展及人類的活動具有一定的關系。

圖1 天等縣2000年生境質量

圖2 天等縣2010年生境質量

圖3 天等縣2018年生境質量

為了能夠較為鮮明的對比出天等縣2000～2018年生境質量指數的變化情況，本文按照自然間斷點分級法將生境質量指數分為0～0.44、0.44～0.62、0.62～0.80、0.80～1.00四個區間，并將其設定為較低、一般、較高、高四個等級，繪制相應的柱狀統計圖，如圖4所示。從圖中可以看出三個年份中處于一般等級生境質量的面積較多，分別為2000年的907 km2、2010年的908 km2、2018年的906 km2，分別占據研究區總面積的41.91%、41.96%、41.86%；其次是處于較高級別的區間面積，分別為2000年的536 km2、2010年的534 km2、2018年的532 km2，所占面積隨著時間的增加而減少。就四個等級而言，2000～2018年高等生境質量面積有所增加，從2000年的366 km2增加到2010年的368 km2，再增加到2018年的383 km2，共增加了17 km2。其他三個生境質量等級的面積變化幅度較小，相對較為穩定[7～12]。

圖4 天等縣2000～2018年生境質量指數統計

5 結語

本文基于Invest模型對天等縣2000～2018年生境質量演變進行分析，結果表明，這18年間天等縣生境質量整體呈不斷下降的趨勢，但降幅不大，說明其生態系統處于較穩定的狀態。但因文中的部分數據是參考Invest模型指南及相關的文獻綜述，使得運行結果可能存在一定的誤差。在未來的研究中，應加強對研究區實地的勘察及考慮生境質量多方面的影響因素，評價驗證模型的科學性。