2000-2020年廣西陸地邊境地區(qū)生境質(zhì)量演變

蒙莎莎, 陸汝成,2, 龐曉菲

(1.南寧師范大學(xué) 自然資源與測(cè)繪學(xué)院, 南寧 530001; 2.北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南寧 530001; 3.南寧師范大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院, 南寧 530001)

早在20世紀(jì)70年代,由工業(yè)污染引起的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題就引起了國(guó)際社會(huì)的關(guān)注。1972年,在世界環(huán)境污染日益嚴(yán)重、各國(guó)人民反對(duì)污染的呼聲越來(lái)越高的背景下,聯(lián)合國(guó)召開(kāi)第一次人類環(huán)境會(huì)議,人們開(kāi)始意識(shí)到生態(tài)環(huán)境問(wèn)題不再是簡(jiǎn)單地排放污染物,還涉及到自然保護(hù)、生態(tài)平衡和資源利用的問(wèn)題,發(fā)展與維護(hù)環(huán)境逐漸成為了世界上的一個(gè)重大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)問(wèn)題。黨的十八大以來(lái),建設(shè)生態(tài)文明成為我國(guó)長(zhǎng)期工作的重點(diǎn)。盡管近年來(lái)我國(guó)在生態(tài)文明建設(shè)中取得重要進(jìn)展,但經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨越來(lái)越突出的環(huán)境制約使得人民群眾對(duì)于良好生態(tài)環(huán)境的要求越來(lái)越迫切。生態(tài)文明的本質(zhì)是生境[1],生境是生物多樣性的載體,因此生態(tài)文明建設(shè)與優(yōu)化生境質(zhì)量、維護(hù)生物多樣性密不可分。生境是指物種或物種群體賴以生存的生態(tài)環(huán)境,生境質(zhì)量表示生態(tài)系統(tǒng)為物種或物種群體提供持續(xù)生存的能力[2]。生境質(zhì)量的優(yōu)劣受到其他因素的影響,不完全由該生態(tài)環(huán)境決定,如建設(shè)用地的擴(kuò)張?jiān)斐缮撤秶奈s和破碎化,甚至導(dǎo)致生境的喪失,對(duì)生物多樣性帶來(lái)極強(qiáng)的負(fù)效應(yīng)。隨著人類活動(dòng)強(qiáng)度的提高和土地利用變化程度的加劇,生境質(zhì)量問(wèn)題成為生態(tài)多樣性保護(hù)和研究的核心內(nèi)容之一。

現(xiàn)有研究中,國(guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者在早期的生境質(zhì)量研究主要是以小尺度區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象,通過(guò)野外生物多樣性本底調(diào)查和構(gòu)建生境質(zhì)量評(píng)估體系進(jìn)行生境質(zhì)量的評(píng)估[3],如測(cè)量和評(píng)估棲息地內(nèi)的資源、質(zhì)量、與其他物種的關(guān)系等各類屬性[4]、直接記錄物種密度的變化等[5],關(guān)注的是物種及種群等水平的生境條件地域分異特征和生物多樣性變化,該類研究具有研究尺度小、數(shù)據(jù)難以獲取、評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度較高的特點(diǎn)。隨著生態(tài)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,學(xué)者們開(kāi)始運(yùn)用各類模型進(jìn)行生境質(zhì)量的研究,如運(yùn)用生境適宜性模型(HIS)[6]展開(kāi)生境評(píng)價(jià),研究物種與土地等環(huán)境因素之間的關(guān)系,該模型可操作性強(qiáng),但不適用于大尺度區(qū)域研究和環(huán)境變量多的情況;最大熵模型(maxEnt)[7]雖在物種生境質(zhì)量的研究上具有較強(qiáng)的適用性,但其在數(shù)據(jù)獲取上較為困難等。而InVest模型憑借其可操作性強(qiáng)、研究結(jié)果可觀等優(yōu)點(diǎn)而被學(xué)者們廣泛應(yīng)用,學(xué)者們開(kāi)始跳出單一物種的生境質(zhì)量研究尺度,探索生境質(zhì)量與景觀格局、土地利用變化間的關(guān)系,以流域[8]、海岸帶[9]、群島[10]、省市縣區(qū)[11-14]和城市圈等[15-16]小中大尺度區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行研究,并產(chǎn)生了豐富的成果。如謝余初等[17]通過(guò)GIS與InVest模型結(jié)合的方法,發(fā)現(xiàn)甘肅白龍江流域景觀多樣性較為豐富,在林業(yè)管護(hù)區(qū)和城鄉(xiāng)農(nóng)耕區(qū)分別出現(xiàn)增長(zhǎng)和減少的現(xiàn)象;陳妍等[18]基于InVest模型發(fā)現(xiàn)耕地對(duì)生境退化的貢獻(xiàn)最大,其次分別為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)以及主要交通干道;劉園等[19]結(jié)合InVest模型和地形位指數(shù)研究生境質(zhì)量的地形梯度效應(yīng),發(fā)現(xiàn)生境質(zhì)量的等級(jí)隨著地形位的提升而提高等等。該類研究具有在數(shù)據(jù)獲取和處理上較為方便、多為多年份研究其演變特征、評(píng)估結(jié)果可視化強(qiáng)的特點(diǎn)。從現(xiàn)有文獻(xiàn)來(lái)看,以土地利用變化與生境質(zhì)量間關(guān)系為研究視角的文獻(xiàn)更側(cè)重于描述生境質(zhì)量在時(shí)間和空間上的變化情況、土地利用變化與生境質(zhì)量間的關(guān)系以及挖掘生境質(zhì)量的影響因素,對(duì)于生境質(zhì)量在空間分布上的關(guān)聯(lián)性和集聚性研究較少。

邊境地區(qū)作為生態(tài)文明建設(shè)排頭兵的重要屏障,在優(yōu)化區(qū)域布局、維護(hù)國(guó)土安全中承擔(dān)著特殊功能,對(duì)邊境地區(qū)開(kāi)展生境質(zhì)量研究對(duì)于生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。近年來(lái),廣西邊境地區(qū)依托“一帶一路”倡議、興邊富民、守邊固邊等工程,沿邊開(kāi)放功能和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷強(qiáng)化,縮短了廣西邊境地區(qū)與發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)差距和時(shí)空距離,邊境地區(qū)經(jīng)濟(jì)密度和人口密度低的現(xiàn)狀得以改善,然而在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下,廣西邊境地區(qū)生物多樣性維護(hù)或?qū)⑹艿酵{。鑒于此,本文以廣西邊境地區(qū)8個(gè)縣(市)作為研究對(duì)象,首先利用InVest模型完成研究區(qū)生境質(zhì)量和生境退化得分情況并分析其時(shí)空差異特征,而后運(yùn)用Moran＇sI指數(shù)模型探析生境質(zhì)量在空間分布上的集聚效應(yīng),發(fā)現(xiàn)當(dāng)下生境質(zhì)量較為脆弱的地區(qū),相關(guān)研究結(jié)論在一定程度上能為廣西邊境地區(qū)生態(tài)治理提供參考。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

廣西陸地邊境地區(qū)(北緯20°36′—23°34′,東經(jīng)105°31′—108°36′)由防城區(qū)、東興市、靖西市、那坡縣、憑祥市、寧明縣、龍州縣和大新縣8個(gè)縣(市、區(qū))(以下簡(jiǎn)稱“研究區(qū)”)組成。研究區(qū)西北部地勢(shì)較高,向東南部?jī)A斜降低,地貌類型多樣,以丘陵山地為主,總陸地占地面積約1.8萬(wàn)km2。研究區(qū)地屬亞熱帶季風(fēng)氣候,氣候溫暖,降水充沛,風(fēng)能資源豐富。作為對(duì)外開(kāi)放的前沿,邊境地區(qū)在生態(tài)文明建設(shè)中具有特殊地位,承擔(dān)著保障國(guó)家生態(tài)安全的重要任務(wù)。在近20 a里,廣西邊境地區(qū)經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口增加和建設(shè)用地?cái)U(kuò)張,各方面的矛盾與沖突不斷凸顯,維護(hù)地區(qū)生態(tài)安全、優(yōu)化當(dāng)前生態(tài)環(huán)境、保護(hù)區(qū)域生物多樣性是當(dāng)下和未來(lái)的工作重點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所用的土地利用數(shù)據(jù)通過(guò)中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)中心獲取,選取了2000年、2010年和2020年共3期數(shù)據(jù),分辨率為30 m×30 m。DEM數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn/search),空間分辨率為30 m。土地分類體系按照中國(guó)多時(shí)期土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)進(jìn)行劃分成01耕地、02林地、03草地、04水域、05建設(shè)用地、06未利用地六大類,包括11水田、12旱地、21有林地、22灌木林、23疏林地、24其他林地、31高覆蓋草地、32中覆蓋草地、33低覆蓋草地、41河渠、43水庫(kù)坑塘、45灘涂、46灘地、51城鎮(zhèn)用地、52農(nóng)村居民點(diǎn)、53其他建設(shè)用地、61沙地、66裸巖石質(zhì)地。

2 研究方法

2.1 InVEST模型

生境質(zhì)量與生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)有著密切的聯(lián)系,它在本質(zhì)上具有空間化特征,因此,生境質(zhì)量可以通過(guò)分析土地利用和土地覆蓋情況及其對(duì)生境質(zhì)量的威脅程度運(yùn)算得到。在InVEST模型中,運(yùn)用生境質(zhì)量模塊 (habitat quality model)進(jìn)行生境質(zhì)量及退化情況的評(píng)估,其主要原理是構(gòu)建生境與威脅源之間的聯(lián)系,并根據(jù)不同生境對(duì)于威脅源的敏感程度,計(jì)算生境分布和退化結(jié)果,最后得到生境質(zhì)量,從而評(píng)估地區(qū)的生境質(zhì)量、退化水平等,具體公式如下[20]:

(1) 生境退化度(Dxj)。威脅源對(duì)生境的影響用線性衰減(公式1)和指數(shù)衰減(公式2)函數(shù)來(lái)描述,公式如下:

(1)

(2)

式中:irxy為威脅源為r的柵格y對(duì)柵格x的影響;dxy為柵格x與柵格y的距離;drmax為威脅源r的影響范圍。假定柵格x處的生境類型為j,則柵格x生境退化度Dxj可表示為:

(3)

式中:R為威脅因子個(gè)數(shù);wr為威脅源r的權(quán)重;Yr為威脅源r在土地利用柵格數(shù)據(jù)中的個(gè)數(shù);ry為土地利用柵格數(shù)據(jù)中每個(gè)柵格上威脅源的個(gè)數(shù);Sjr為土地利用類型j對(duì)威脅源r的敏感度;βx為生境保護(hù)程度。

(2) 生境質(zhì)量(Qxj)。

(4)

式中:k為半飽和常數(shù),即退化度最大值的一半;z為模型默認(rèn)參數(shù);Hj為生境適宜度,一般取值0～1。

在生境質(zhì)量模塊參數(shù)設(shè)置中,已有研究通過(guò)生境受人為干擾的程度來(lái)確定威脅源的大小,人為干擾程度越低的生境質(zhì)量越高,反之將導(dǎo)致生境質(zhì)量降低。通過(guò)現(xiàn)有成果可以發(fā)現(xiàn),裸地的增加會(huì)大幅削弱區(qū)域生境質(zhì)量等[12],建設(shè)用地是導(dǎo)致生境質(zhì)量下降的主要原因[17];耕地在一定程度上破壞了生態(tài)用地間的連通性導(dǎo)致其生境質(zhì)量下降[21];從土地類型是否對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量產(chǎn)生威脅的角度出發(fā),將涉及人類生產(chǎn)活用地和可以對(duì)生境質(zhì)量造成侵蝕和破壞等的土地利用類型通過(guò)重分類將其設(shè)置為威脅源,包括水田、旱地、農(nóng)民居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地、其他建設(shè)用地、沙地和裸巖石質(zhì)地,并對(duì)各個(gè)威脅源的最大影響距離和影響權(quán)重進(jìn)行賦值(表1)。此外,不同的土地利用類型有著不同的生境適宜度,通常來(lái)說(shuō),越接近自然狀態(tài)的土地利用類型的生境適宜度越高,即生境質(zhì)量越高,反之越低。各個(gè)土地利用類型處于自然界的各個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中,地類受到威脅源的影響,生境質(zhì)量隨之改變。土地利用類型對(duì)于威脅源的敏感度越高,表明其對(duì)威脅源的抗干擾性越弱,其生境質(zhì)量變差的概率越高。通過(guò)參考已有文獻(xiàn)[22]和模型推薦參數(shù),確定土地利用類型對(duì)威脅源的敏感度值(表2)。

表1 威脅源的最大影響距離和權(quán)重Table 1 Maximum impact distance and weights of threat sources

表2 不同土地利用類型及其對(duì)各威脅源的敏感度Table 2 Different land use types and their sensitivity to various threat sources

2.2 Moran′s I指數(shù)模型

Moran′sI指數(shù)可以揭示研究區(qū)內(nèi)是否存在空間關(guān)聯(lián)性及其與相鄰要素存在何種程度的關(guān)聯(lián)關(guān)系,具體公式如下[23]:

全局:

(5)

局部:

(6)

式中:n為檢測(cè)值數(shù)目;xi,xj為檢測(cè)值i和檢測(cè)值j的空間位置;Wij為i和j的空間位置關(guān)系,當(dāng)二者相鄰時(shí),Wij=1,當(dāng)二者不相鄰時(shí),Wij=0。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

廣西邊境地區(qū)2000—2020年不同土地利用類型的面積見(jiàn)表3。林地始終為廣西邊境地區(qū)最主要的土地利用類型,在8個(gè)縣(市)中廣泛分布,約占研究區(qū)土地面積的70%,其次為耕地和草地。將廣西邊境地區(qū)DEM高程數(shù)據(jù)與土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的土地利用類型分布受到區(qū)域地形地貌的影響,在空間分布上有一定的規(guī)律。在平原地區(qū),建設(shè)用地沿著水域零散分布,耕地主要分布于在建設(shè)用地周圍的平原或低緩丘陵;林地和草地主要分布在地勢(shì)較高的山地丘陵地區(qū)及與越南接壤邊境地區(qū)。2000—2020年,各土地利用類型的總面積較為穩(wěn)定,僅有微微變動(dòng),研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地、陸地水域范圍擴(kuò)大,耕地面積有所減少,總體來(lái)說(shuō)廣西邊境地區(qū)土地利用格局較為穩(wěn)定。

表3 2000-2020年廣西邊境地區(qū)不同土地利用類型面積Table 3 Area of different land use types in Guangxi border areas from 2000 to 2020 km2

在2000—2010年,研究區(qū)內(nèi)的土地利用轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在林地、草地、耕地和建設(shè)用地上(表4)。主要表現(xiàn)在由林地轉(zhuǎn)為草地(11.651 7 km2)、林地轉(zhuǎn)為耕地(37.108 4 km2);草地轉(zhuǎn)為林地(28.092 1 km2)、耕地轉(zhuǎn)為林地(40.132 8 km2)、建設(shè)用地轉(zhuǎn)為耕地(21.271 9 km2)。在該時(shí)段,廣西陸地邊境地區(qū)曾是交通大動(dòng)脈難以抵達(dá)的“神經(jīng)末梢”,落后閉塞是普遍現(xiàn)象,人們的生產(chǎn)生活主要依靠農(nóng)業(yè)支撐,因此對(duì)于土地的退耕還林、草地開(kāi)墾等與農(nóng)業(yè)相關(guān)的活動(dòng)較為頻繁。

2010—2020年,土地利用類型的轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為林地和耕地、林地和草地間的雙向轉(zhuǎn)移和林地、草地、耕地等向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入。其中,林地和耕地、林地和草地間的雙向轉(zhuǎn)移過(guò)程基本抵消,總體變化不明顯。在林地、草地、耕地等地類轉(zhuǎn)入建設(shè)用地的過(guò)程中,耕地和林地的轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率分別為55.63%,35.01%,共101.589 3 km2,建設(shè)用地占用耕地和林地現(xiàn)象明顯。在這10 a里,隨著國(guó)務(wù)院興邊富民決策的落實(shí),廣西邊境地區(qū)路網(wǎng)建設(shè)持續(xù)升級(jí)加密、邊境口岸經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展、人口不斷增加,人們的用地需求增大,建設(shè)用地明顯增加。

受自然環(huán)境條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多因素的影響,2000—2020年,研究區(qū)內(nèi)各土地利用類型的轉(zhuǎn)移具有多樣性且存在一定的規(guī)律,與同時(shí)期的地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r較為符合。其中,耕地、林地、草地和建設(shè)用地這4種土地利用類型的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出較為頻繁,耕地、林地和草地間的雙向轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入明顯,在面積上基本保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。建設(shè)用地的轉(zhuǎn)出較少,轉(zhuǎn)入較多,轉(zhuǎn)入來(lái)源主要為耕地,說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地需求增加,有著擴(kuò)張的趨勢(shì)。建設(shè)用地的增加、耕地的減少、其他土地利用類型保持動(dòng)態(tài)平衡成為這20 a里廣西邊境地區(qū)土地利用變化的主要特征。

3.2 生境退化度分析

生境退化度反映了土地利用類型受到威脅源作用的大小,生境退化度值處在0～1,值越高,說(shuō)明地區(qū)受到的威脅源影響越大,自身抵抗力越弱,從而導(dǎo)致生境退化與生境降低的可能性越大。由廣西邊境地區(qū)2000年、2010年、2020年3期生境退化度可知(圖1),這3 a的最高生境退化值分別為0.087 9,0.087 5,0.088 5,呈先小幅下降再上升的趨勢(shì),說(shuō)明后10 a的土地利用變化更為劇烈,生境受到威脅源的程度加劇。生境退化度低值覆蓋區(qū)域廣泛分布于各市縣中,該區(qū)域的土地利用類型主要為林地和草地,受周圍地類影響和人工干擾程度低,生境退化不明顯。生境退化較高地區(qū)主要在各縣市城鎮(zhèn)中心的周邊,主要以耕地為主,耕地屬于人類生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)范疇,周圍分布有大量的農(nóng)村居民點(diǎn)或其他建設(shè)用地,同時(shí)建設(shè)用地的擴(kuò)張往往通過(guò)占用其附近的耕地實(shí)現(xiàn),生境質(zhì)量因此受到威脅,具有明顯的生境退化趨勢(shì)。生境退化最高的地區(qū)發(fā)生在河流水域及其附近、城鎮(zhèn)用地及其周邊等人類活動(dòng)強(qiáng)度高的地區(qū),該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱,生境主要以破碎化的形式存在,受威脅源影響程度最高。

注:基于標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)系統(tǒng)下載的審圖號(hào)GS(2019)1822號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作,底圖未做修改,下圖同。圖1 2000-2020年廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量退化度Fig. 1 Degradation degree of habitat quality in Guangxi border areas from 2000 to 2020

3.3 生境質(zhì)量分析

為了便于觀察研究區(qū)的生境質(zhì)量變化情況,本研究對(duì)InVest模型評(píng)估結(jié)果進(jìn)行得分等級(jí)劃分,一共分成5等:低生境質(zhì)量Ⅰ(0～0.2),較低生境質(zhì)量Ⅱ(0.2～0.4),中等生境質(zhì)量Ⅲ(0.4～0.6),較高生境質(zhì)量Ⅳ(0.6～0.8),高生境質(zhì)量Ⅴ(0.8～1)。

在時(shí)間尺度上,廣西邊境地區(qū)的生境質(zhì)量總體上保持著較高的生境質(zhì)量水平,高等生境分布廣,約占60%。2000年、2010年和2020年的平均生境質(zhì)量值分別為0.739 2,0.739 5,0.734 2,生境質(zhì)量較為穩(wěn)定,后10 a出現(xiàn)小幅下降。隨著時(shí)間的推移,廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量變化呈現(xiàn)出兩端分級(jí)化變動(dòng)趨勢(shì),主要表現(xiàn)為低等生境質(zhì)量范圍的擴(kuò)大和高等生境質(zhì)量范圍的減少,生境質(zhì)量退化風(fēng)險(xiǎn)增加(表5)。近年來(lái),廣西為加快補(bǔ)齊邊境地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村風(fēng)貌改造等短板,大力實(shí)施興邊富民基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)戰(zhàn)和重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè),同時(shí)邊境民族地區(qū)差別化土地政策的落實(shí)在一定程度上激發(fā)了地區(qū)土地資源活力,項(xiàng)目落地得到保障,生境質(zhì)量有所降低。

表5 2000-2020年廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量變化情況Table 5 Changes in habitat quality in guangxi border areas from 2000 to 2020 %

在空間尺度上,中高等生境地區(qū)主要分布在地勢(shì)較高的山地丘陵地帶,主要為林地、草地覆蓋區(qū)域,生物多樣性豐富。低等生境地區(qū)主要為建設(shè)用地類型所覆蓋區(qū)域,該區(qū)域人為活動(dòng)強(qiáng)度高,生境質(zhì)量因此變低(圖2)。其中,靖西市、防城區(qū)、憑祥市、東興市的低生境范圍在2000—2020年內(nèi)不斷擴(kuò)大,分別增長(zhǎng)7.82%,3.41%,2.33%,1.05%,區(qū)域生境質(zhì)量維持受到威脅。近年來(lái),靖西市以銜接“一帶一路”倡議和邊境經(jīng)濟(jì)合作區(qū)建設(shè)為引擎,依托邊境口岸、互市點(diǎn)推動(dòng)發(fā)展,高速、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí),城鎮(zhèn)化速度加快,加上各業(yè)發(fā)展對(duì)建設(shè)用地需求旺盛,建設(shè)用地的擴(kuò)張使得靖西市生境質(zhì)量降低。防城區(qū)和東興市得益于邊境口岸經(jīng)濟(jì)合作區(qū)、北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)等平臺(tái),統(tǒng)籌推進(jìn)城建、生態(tài)、民生等重點(diǎn)工作,邊貿(mào)交易日?；钴S,臨海工業(yè)和港口建設(shè)需求不斷增加,加上城鎮(zhèn)不斷吸納和轉(zhuǎn)移農(nóng)村人口,導(dǎo)致用地需求增加,同時(shí),防城區(qū)和東興市以平原為主,宜耕種,對(duì)原生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響,使得生境質(zhì)量降低。憑祥市不斷強(qiáng)化自身的口岸優(yōu)勢(shì)發(fā)展加工制造業(yè),不斷完善基礎(chǔ)設(shè)施、交通互聯(lián)、通關(guān)便利等建設(shè),立足旅游資源推動(dòng)城市建設(shè),在一定程度上加劇了土地利用變化。寧明縣和大新縣的低生境范圍減少幅度最大,分別減少8.41%,5.31%,同時(shí)較高生境范圍小幅上升,這主要得益于國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略的大力實(shí)施和“綠水青山就是金山銀山”等綠色發(fā)展理念的深入踐行,同時(shí)寧明縣和大新縣堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先推動(dòng)綠色發(fā)展,推行“林長(zhǎng)制”“河長(zhǎng)制”等管理方式,通過(guò)封山育林、河道綜合整治、石漠化綜合整治等重要舉措實(shí)現(xiàn)國(guó)土綠化擴(kuò)面,在生態(tài)環(huán)境保護(hù)和控制建設(shè)用地?cái)U(kuò)張工作中取得成效。

圖2 廣西邊境地區(qū)2000-2020年生境質(zhì)量等級(jí)Fig. 2 Habitat quality levels in border areas of Guangxi from 2000 to 2020

將2000年、2010年、2020年的生境質(zhì)量圖進(jìn)行對(duì)比分析,得到廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量變化圖(圖3)。生境質(zhì)量值為0～1,根據(jù)數(shù)值分布情況采用自然斷點(diǎn)法將差值分析結(jié)果劃分成快速下降(-1～-0.5)、下降(-0.5～-0.2)、無(wú)明顯變化(-0.2～0.1)、提升(0.1～0.3)、快速提升(0.3～1)5個(gè)等級(jí),以表示各時(shí)段內(nèi)地區(qū)生境質(zhì)量的變化?？梢园l(fā)現(xiàn),2000—2010年,防城區(qū)和東興市的東南部臨海臨邊區(qū)域,即涉及廣西北侖河口國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)區(qū)域的生境質(zhì)量明顯提升,原因是保護(hù)區(qū)的建立有效地保障了紅樹(shù)林、濕地生態(tài)系統(tǒng)等重要生態(tài)系的生態(tài)恢復(fù)和生物多樣性的維護(hù),區(qū)域生態(tài)保護(hù)成效明顯。生境質(zhì)量提升區(qū)域還包括在寧明縣中部的建設(shè)用地占地區(qū)域,寧明縣在城市建設(shè)中大力推進(jìn)城市綠化、園林化工程,狠抓生態(tài)環(huán)境保護(hù),城市內(nèi)部的生態(tài)用地增加,生境連通性得到修復(fù),因而生境質(zhì)量有所提高。發(fā)生生境質(zhì)量降低的區(qū)域主要集中在寧明縣和大新縣的耕地利用區(qū),生境質(zhì)量下降反映了區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生了因土地開(kāi)墾導(dǎo)致的周圍生境系統(tǒng)受到破壞。2010—2020年的生境質(zhì)量變化體現(xiàn)在因城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張導(dǎo)致生境質(zhì)量變差,多出現(xiàn)在城鎮(zhèn)聚集中心及其周圍。該時(shí)段里生境質(zhì)量提升不明顯。2000—2020年,絕大部分地區(qū)的生境質(zhì)量穩(wěn)定,生境質(zhì)量的變化以下降為主要特征,說(shuō)明生境質(zhì)量下降的區(qū)域在受到周圍威脅源干擾的同時(shí)自身生態(tài)環(huán)境發(fā)生惡化,應(yīng)及時(shí)調(diào)整這些區(qū)域的空間配置、給予適當(dāng)保護(hù)。

圖3 廣西邊境地區(qū)2000-2020年生境質(zhì)量變化Fig. 3 Habitat quality changes in Guangxi border areas from 2000 to 2020

3.4 生境質(zhì)量空間自相關(guān)分析

利用ArcGIS中的空間統(tǒng)計(jì)工具,探究廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量空間分布規(guī)律。結(jié)果顯示2000年、2010年和2020年廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量的分布具有統(tǒng)計(jì)顯著性的空間結(jié)構(gòu)。在全局自相關(guān)分析中,3個(gè)研究時(shí)點(diǎn)的p值均小于0.01,且Z得分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2.58,表明3期生境質(zhì)量發(fā)生集聚現(xiàn)象不可能是隨機(jī)過(guò)程產(chǎn)生的結(jié)果;3期數(shù)據(jù)的Moran＇sI指數(shù)分別為0.267 6,0.268 8,0.268 6,說(shuō)明高—高型和低—低型聚集的數(shù)量比高—低、低—高型的較多,即生境質(zhì)量得分高(低)的地區(qū)在空間上更容易聚集。

在通過(guò)全局自相關(guān)檢驗(yàn)后,對(duì)廣西邊境地區(qū)3期生境質(zhì)量結(jié)果進(jìn)行聚類和異常值分析,以揭示相鄰區(qū)域間的空間關(guān)聯(lián)狀況(圖4)。廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量受自然環(huán)境條件和人為因素的影響,其集聚性空間分布遵循一定的規(guī)律。可以發(fā)現(xiàn),高—高型集聚區(qū)在那坡縣的中南部和靖西市的西部地區(qū)呈高度連片集中分布狀態(tài),在西南邊境以及東南部地區(qū)呈不連續(xù)片狀分布,主要涉及憑祥市、寧明縣、防城區(qū)和東興市等,該區(qū)域?yàn)楦咧蹬c高值聚集區(qū),主要為林地覆蓋,較為遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)區(qū)域,具有較優(yōu)的生境質(zhì)量。低—低型集聚區(qū)主要呈片狀聚集分布于研究區(qū)的偏北部、中部地區(qū),主要是耕地、建設(shè)用地等人類生產(chǎn)生活區(qū)域。值得注意的是在靖西市、寧明縣、防城區(qū)的冷點(diǎn)區(qū)對(duì)熱點(diǎn)區(qū)有著多處的切割效果,使得熱點(diǎn)區(qū)集中連片的程度降低,原因是這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高,交通也較為便利,在“一帶一路”倡議、鄉(xiāng)村振興建設(shè)等戰(zhàn)略的刺激下,土地的人為利用程度更顯著,造成原生境質(zhì)量水平的下降。2020年,高—高型集聚區(qū)占廣西邊境地區(qū)總面積的28.47%,較2000年增加0.94%,低—低型集聚區(qū)也由15.16%增加至15.74%,同時(shí)高—低型集聚區(qū)和低—高型集聚區(qū)零星分布在各個(gè)地區(qū)中,說(shuō)明廣西邊境地區(qū)存在生境質(zhì)量降低的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 廣西邊境地區(qū)2000-2020年生境質(zhì)量空間關(guān)聯(lián)性Fig. 4 Spatial correlation of habitat quality in Guangxi border areas from 2000 to 2020

生境質(zhì)量在空間上的關(guān)聯(lián)性可以為區(qū)域的生態(tài)保護(hù)提供參考。生境保護(hù)應(yīng)以保護(hù)為先,充分發(fā)揮高—高型集聚區(qū)、高—低型集聚區(qū)域的生態(tài)效益和自然恢復(fù)的潛力,劃定生態(tài)保護(hù)紅線并對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格管控,保障生態(tài)安全;對(duì)于低—低型集聚區(qū)和低—高型集聚區(qū)域,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整區(qū)域土地利用的方向和布局,采用自然恢復(fù)與人工修復(fù)相結(jié)合的治理措施如封山育林、育沙育草、水土保持等,促進(jìn)人與自然的和諧。

4 討 論

在140多年前,恩格斯就以自然報(bào)復(fù)說(shuō)提出生態(tài)警示,并列舉了美索不達(dá)米亞、希臘、小亞細(xì)亞以及其他各地的居民將林地轉(zhuǎn)為耕地卻在今天變成不毛之地的案例。當(dāng)下城市發(fā)展帶來(lái)的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張導(dǎo)致城市外圍生境質(zhì)量受到威脅、城市內(nèi)部生境破碎化加劇的負(fù)面影響正在進(jìn)行,土地利用變化作為環(huán)境與發(fā)展問(wèn)題中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),探索其與生境質(zhì)量之間的關(guān)系和影響歷久彌新。雖然廣西邊境地區(qū)在研究時(shí)段中的各土地利用類型總面積變動(dòng)較少,但其內(nèi)部地類的轉(zhuǎn)換較為劇烈,這也是導(dǎo)致研究區(qū)生境退化度在后10 a有所提高的原因。在發(fā)生農(nóng)林用地轉(zhuǎn)建設(shè)用地的地區(qū),往往生境破碎化程度加劇,容易受到威脅源的干擾導(dǎo)致生境質(zhì)量降低,因而應(yīng)將這些區(qū)域列入生境質(zhì)量敏感脆弱區(qū),以國(guó)土空間開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)變保障地區(qū)生態(tài)安全。此外,生境質(zhì)量與景觀生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)層次上具有密不可分的聯(lián)系,本研究結(jié)果表明生境質(zhì)量的高低與土地利用的變化在空間上具有高度聯(lián)系,如廣西生境質(zhì)量低值區(qū)主要為人類活動(dòng)劇烈區(qū)域,生境質(zhì)量高值區(qū)主要為地勢(shì)較高的林地區(qū)域,與王有小等[24]在研究廣西邊境地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中的結(jié)果較為一致。本文著重從土地利用視角探究研究區(qū)生境質(zhì)量在時(shí)間和空間上的變化,但生境質(zhì)量是由自然環(huán)境與人類活動(dòng)共同造就的,單個(gè)面積的生境質(zhì)量不僅僅只受到周圍土地利用變化程度的影響,在今后的研究中應(yīng)考慮多方面因素如自然因素(如地形地貌、石漠化等)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素(如PM2.5排放量、化肥使用量、人口密度等)等對(duì)其造成的影響。

本文基于InVest模型分析得到廣西邊境地區(qū)的生境質(zhì)量水平,生境質(zhì)量的優(yōu)劣受到土地利用變化影響在一定程度上證實(shí)了建設(shè)用地的擴(kuò)張將給生態(tài)環(huán)境和生物多樣性帶來(lái)負(fù)效應(yīng),因此邊境地區(qū)在未來(lái)的發(fā)展中應(yīng)注重在生態(tài)與發(fā)展之間找到平衡點(diǎn),在國(guó)土空間規(guī)劃中明確底線約束和控制線劃定,合理配置土地利用空間結(jié)構(gòu),構(gòu)建國(guó)土空間生態(tài)安全格局。生境質(zhì)量模型廣泛應(yīng)用于生物多樣性服務(wù)功能評(píng)估研究中,模型的成熟性已在以往研究中得到驗(yàn)證[25],但是在生境質(zhì)量模型的實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下兩方面:一是生境質(zhì)量模型分析結(jié)果的準(zhǔn)確度受輸入柵格的精度影響較大,高精度的柵格數(shù)據(jù)在模型計(jì)算中占有更大的優(yōu)勢(shì),因此應(yīng)盡量獲取高精度影像圖,本文所采用的數(shù)據(jù)分辨率為30 m×30 m,符合模型精度需求。二是該模型在一定程度上具有主觀性,例如部分文獻(xiàn)[7]考慮到耕地本身具有一定的提供物種生存的能力,并未將耕地列為威脅源,但文章考慮到廣西邊境地區(qū)農(nóng)業(yè)資源豐富,當(dāng)?shù)厝嗣駥?duì)耕地的利用強(qiáng)度較大,因此在本次研究中將耕地列入威脅源,以更客觀實(shí)際地刻畫(huà)研究區(qū)生境質(zhì)量變化情況。可以發(fā)現(xiàn),生境質(zhì)量模型在威脅源和敏感度的參數(shù)設(shè)定中并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),文章通過(guò)參考已有文獻(xiàn)和模型手冊(cè)、結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況對(duì)威脅源的選取、威脅源的影響權(quán)重和最大影響距離、各土地利用類型對(duì)于威脅源的敏感程度進(jìn)行取值,該過(guò)程受限于筆者的認(rèn)知水平,分析結(jié)果存在一定的誤差。

5 結(jié) 論

(1) 廣西8個(gè)縣(市)邊境地區(qū)內(nèi)的土地利用受地形地貌影響顯著,主要土地利用類型為林地、耕地和草地。2000—2020年,廣西邊境地區(qū)發(fā)生了劇烈的土地利用轉(zhuǎn)移,其中,林地、耕地、草地分別減少43.072 6,49.976 4,15.479 2 km2,建設(shè)用地增加89.253 54 km2,水域增加19.353 15 km2。土地利用類型轉(zhuǎn)移過(guò)程中,林地和耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的變化過(guò)程較為明顯,說(shuō)明廣西邊境地區(qū)的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張主要以占用林地和耕地為代價(jià)。

(2) 廣西邊境地區(qū)2000—2020年的生境退化程度主要受耕地、建設(shè)用地、沙地等威脅源的影響,生境退化的大小主要取決于人類活動(dòng)影響強(qiáng)度,對(duì)于生境退化顯著的地區(qū),應(yīng)及時(shí)給予生態(tài)保護(hù)措施。

(3) 總體來(lái)看,廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量處于較高水平且相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),部分縣市如靖西市、防城區(qū)、憑祥市、東興市等在邊貿(mào)加強(qiáng)和城市發(fā)展建設(shè)的驅(qū)動(dòng)下,用地需求增加,使得高等生境質(zhì)量水平降低。研究時(shí)段里,生境質(zhì)量的變化主要為生境質(zhì)量降低,這與同時(shí)期的縣市高強(qiáng)度的土地利用開(kāi)發(fā)和人類活動(dòng)有密切相關(guān)。

(4) 廣西邊境地區(qū)生境質(zhì)量的分布具有極強(qiáng)的空間相關(guān)性,生境質(zhì)量高—高型集聚區(qū)域和低—低型集聚區(qū)域分布明顯,高—高型集聚區(qū)主要分布在北部、西南邊境以及東南部地區(qū),低—低型集聚區(qū)域的分布面積雖只在15%左右,但明顯對(duì)生境質(zhì)量高值區(qū)域造成負(fù)面影響,未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域發(fā)展對(duì)生境質(zhì)量產(chǎn)生的壓力和威脅,改善生態(tài)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。