基于InVEST模型的金昌市生境質量評估與生態修復策略研究

摘要：文章綜合研究了金昌市生態環境評估及生境質量的修復策略，針對面臨城市化和工業化壓力的地區生態系統服務和生物多樣性的保護提供了科學依據和有效方案。通過應用InVEST模型，分析了土地利用變化、工業活動和氣候變化對生境質量的影響，重點關注生境適宜性分析、生境退化評估及生態修復策略。研究表明，金昌市生境質量由高至低分布不均，受到土地利用模式、人類活動強度的顯著影響。為此，提出了針對不同退化程度地塊的生態修復措施，包括農業生態系統服務策略、邊界綠化策略、社區參與策略等，旨在提升生境質量，恢復生態功能。通過生態修復策略的實施，旨在促進金昌市及類似生態脆弱區域的可持續發展，為未來的生態保護和景觀優化提供參考。

關鍵詞：生態系統服務；生態修復策略；InVEST模型；金昌市

中圖分類號：X321 文獻標志碼：A

0引言

在當前全球環境變化和人口增長的背景下，健康的生態環境對于維持生物多樣性、保障人類生存和發展顯得尤為重要。生態系統通過其復雜的過程和提供的多樣服務，為人類社會帶來了直接和間接不可替代的益處[1]。然而，隨著城市化和工業化的加速發展，眾多地區的生態環境正面臨前所未有的威脅和壓力，這不僅影響了生物多樣性的保持，也對人類的長期生存構成了潛在的風險[2]。生境質量評估是生態研究和環境管理的核心議題，關鍵是生態系統服務的提供和生物多樣性的保持[3]。這項評估不僅強化生態系統功能，而且展示了生態系統支撐各種生命形式持續生存的基本能力。盡管評估模型如SoIVES（Social Values for Ecosystem Servic?es）模型和生境適宜性指數（HSI）模型為生態系統服務的社會價值提供了評估框架，但它們在非物質性、依附性和跨學科性方面面臨界定和量化的挑戰，并引入了主觀因素[4]。與此相對，InVEST模型通過對各類土地覆蓋下生態服務的物理屬性及其價值演變進行精確模擬，顯著增強了評估結果的可視化展示效果，進而有效地促進了生態系統服務價值的空間化定量分析。此模型的應用已經擴展至全球多個國家和地區，在空間規劃、生態補償、風險管理等關鍵領域展現了其廣泛的實用價值[5]，尤其是在水源供給和生物多樣性評估方面取得進展，為生態保護策略和管理決策提供科學依據。然而，面臨高分辨率評估領域的挑戰，土地利用的變遷成為生境質量變化的主導力量，對生態系統服務能力和區域生物多樣性保持產生深遠影響[6]。因此，盡管In?VEST模型在量化評估方面占據重要地位，生境質量評估領域仍需適應新的研究需求和技術發展，推動生態系統服務研究和環境管理的進步。

金昌市位于中國甘肅省西北部，地處內陸干旱荒漠區，面臨著特殊的生態環境挑戰。受限于其特殊的地理位置和氣候條件，金昌市的生態環境極其脆弱，水資源短缺，土地沙漠化嚴重，生物多樣性受到威脅。此外，作為一個典型的資源型城市，工業活動和礦產開采進一步加劇了生態環境的壓力，對生境質量造成了負面影響。因此，針對金昌市的生態環境評估與景觀優化研究具有重要的現實意義和迫切需求[7]。

文章旨在應用InVEST模型對金昌市的生態環境進行評估，分析土地利用變化、工業活動和氣候變化等因素對生境質量的影響。通過量化生態系統服務和生境質量，旨在為金昌市的生態保護、資源管理和景觀優化提供科學依據和有效策略。考慮到金昌市的特殊生態環境和面臨的挑戰，文章將探討適合干旱荒漠區域的生態修復和景觀優化方法，為該地區乃至類似環境條件下的其他地區提供參考和借鑒。文章通過綜合評估和分析，以期為金昌市乃至西北干旱區的可持續發展提供理論和實踐支持。

1研究區域與研究方法

1.1研究區域概況

金昌市位于黃土高原與青藏高原的交會地帶，展現了南高北低的地勢特征，并享有大陸性溫帶干旱氣候。作為河西走廊的核心城市之一，金昌市因其下轄的金川區和永昌縣而命名，這2個地區的結合不僅賦予了金昌其名，也使其因鎳資源豐富而聞名遐邇，被譽為“祖國的鎳都”。地理坐標位于東經101°04′35″至102°43′40″，北緯37°47′10″至39°00′30″之間，總面積約為9 600 km2。文章主要關注的區域約為7 566.54 km2，主要涵蓋了金川區和永昌縣，這2個區域是金昌市的代表性地理和經濟中心。

1.2數據采集與處理

文章所依托的數據源自中國科學院資源環境科學數據中心發布的中國多時期土地利用遙感監測數據集（簡稱CNLUCC），詳見：（https：//www.resdc.cn/Default.aspx）。為深入剖析金昌市生境質量的演變趨勢，選取了1980年、2000年、2020年3個關鍵時間點的土地利用數據進行分析。該數據集采用了精細化的二級分類體系：一級分類基于土地資源及其主要利用方式，劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地6大類。二級分類則依據土地資源的自然屬性進一步細分為23個子類別。文章引用該二級分類標準，旨在精確評估金昌市生境質量的當前狀況及其時間序列上的變化。

1.3研究方法

文章采用InVEST生境質量評估模塊，模擬了人類活動對生境質量的影響，以及由此引起的生境質量空間分布的變化。通過詳細考察金昌市不同生境類型或植被類型的覆蓋范圍及各自的退化程度，該模型為生境質量的量化提供了一種表達方式。在金昌市，生境質量受到土地利用模式的緊密度和強度的影響，加之人類活動的增加和土地利用強度的增強，生境質量經歷了不同程度的退化。文章通過量化金昌市不同土地利用類型的退化程度，為評估生境質量提供了準確的數據基礎。計算見式（1）—式（4）。

Dxj=∑r（R）=1∑y（Y）r=1（Wr/∑r（R）=1Wr）ry irxyβxSjr（1）

式中：Dxj為土地利用類型j柵格x的生境退化度；Yr為脅迫因子圖層中的柵格數量；ry為土地利用類型圖中每個柵格上脅迫因子的數量；R為脅迫因子的數量；Wr為脅迫因子的權重；Sjr為生境類型對脅迫因子的敏感性；βx為法律保護程度。

irxy=1-（d r ma（d xy）x）（線性衰退）（2）

irxy=exp（-d r ma（2.99）xy）（線性衰退）（3）

式中：r為每種脅迫因子；y為脅迫因子r所在的網格單元；ry為區域內每個網格單元內的脅迫因子數目。

HQxy=Hj×1-（4）

式中：HQxy為土地利用類型j柵格x的生境質量；Dxj（z）為土地利用類型j柵格x的生境退化度；Hj為土地利用類型j的生境適宜度；K為半飽和參數；z為模型默認參數。

文章識別了4種可能對生境產生負面影響的威脅源：旱地、城鎮用地、農村居民點與工交建設用地，這一選擇基于綜合相關文獻資料。為了精確設定威脅因子的屬性和敏感性，文章參考了InVEST用戶手冊的推薦值[8]和具有地理相似性的地區的研究[9-10]。相關參數見表1、表2。

2研究結果與分析

2.1生境退化評估結果與分析

生境質量因土地利用強度增加而降低。通過InVEST3.12.0模型分析，文章得到1980年、2000年、2022年的生境退化分布圖（圖1），并用ArcGIS的自然斷點法將退化程度劃分為5級：從低到高依次為低、較低、一般、較高、高退化區。

分析金昌市1980—2022年的生境質量退化趨勢表明，該地區生境退化的程度和范圍有明顯變化。通過3個時間點的數據對比，若深色標識的退化區域擴大，這預示著生境質量整體呈現惡化趨勢；反之，如果這些區域減少或顏色變淺，則生境狀況可能在改善。

從空間分布來看，生境退化主要集中在北部和東部地區，這可能與工業發展、農業活動和其他人類活動密切相關。特別是北部區域，其生境退化程度較高，可能與工業污染或城市擴張有關，這需要進一步調查以確認具體原因，并評估現行生態保護政策的有效性。

東部地區生境退化的次級程度暗示該區域的環境壓力可能與地理和自然條件有關，如地形變化或水資源的可用性。與此同時，西部和中部地區的生境質量相對較好，可能得益于人類活動的較低頻率和更加有效的生態保護措施。維持這些區域的生態狀況是未來規劃中的一個重點，同時，探索將這些成功的保護措施擴展到其他更為脆弱的地區也是必要的。

不同年份生境退化的空間分布模式顯示出一致性，表明影響生境質量的某些因素可能長期存在。因此，識別和理解這些持續作用的因素對于制定長期有效的生態保護和土地管理策略至關重要。

2.2生境質量評估結果與分析

InVEST模型通常采用生境質量作為評估生態環境狀況的重要指標。生境質量直接影響生態系統功能和生物多樣性。在模型中，單元柵格的生境質量評分從0至1變化，評分越高，生境越適宜。文章使用ArcGIS的自然斷點分類法，詳細分析了1980—2020年金昌市生境質量的變化，將其分為5個等級，分別是高生境適宜性、較高生境適宜性、一般生境適宜性、較低生境適宜性、低生境適宜性。這種分類方法有助于更細致地分析金昌市生境質量的空間分布及其隨時間的變化特征（圖2）。

金昌市的生境質量分析表明，從南向北，生境條件逐漸惡化，特別是在人類活動密集的中北部區域。這種北降南升的空間分布模式反映出生態系統的不均衡狀態，東北部的生境質量尤其不容樂觀，與西南部富饒的森林和生物多樣性形成了鮮明對比。隨著人類活動，尤其是工業化和城市擴展對自然環境的不斷侵蝕，中部地區的生態退化尤其顯著，這一區域生境質量的下降趨勢與人類發展的步伐密切相關。

1980—2020年，金川區與永昌縣的中心區域的生境質量經歷了顯著的退化，生境適宜性較高的地區日益減少，而生境適宜性較低的區域正在擴張。中度和較高生境適宜性區域的減少暴露了生境受退化壓力的現實，尤其是那些受不斷擴張的建設用地和減少的林地面積而影響的區域。中北部地區的這一現象，不僅挑戰了生物多樣性的維持，也威脅到了生態系統提供的關鍵服務功能（表3）。

這些分析結果對金昌市的未來規劃至關重要。生境質量的空間分布揭示了迫切需要關注的區域，如中北部的人口稠密區域，這里需要優先考慮生態恢復和環境保護措施。生境適宜性較高的地區雖然面積減少，但這些區域的生態價值和服務功能應當引起足夠重視，并在未來的土地使用和保護策略中予以保護。西南部相對穩定的森林生境區應作為生物多樣性保護和生態服務功能的關鍵區域。維護這些生境對抗衡整個區域生態退化具有不可替代的作用。

3生境提升的景觀設計應用

針對2020年退化分布圖所展示的不同退化區域，文章選取了6種典型性地塊作為研究對象。對此，文章將采取針對性的生態修復策略，旨在提升這些區域的生境質量，具體策略見表4。

3.1生境退化特征及修復策略

各個地塊的生境退化特征和修復策略體現了環境恢復和可持續管理的多樣性。從農田區域到城市郊野公園，每個地塊的退化原因和程度不同，因此需要采取定制化的修復措施（圖3）。

3.1.1高度退化區

（1）地塊A（農田區域）。采用農業生態系統服務策略，著重于評估農業活動導致的徑流量和污染物類型，進而構建如人工濕地和緩沖池等生態農業基礎設施，并實施雨水收集與灌溉再利用系統[11]。

（2）邊界綠化策略，包括明確邊界綠化帶的尺寸和植物組合。隨后在農田周圍種植包括喬木、灌木及草本在內的多層次本土植物，旨在營造豐富的生物多樣性棲息地。此策略的實施效果在于形成自然的生態屏障，不僅大幅提升了生物多樣性，還增強了農田生態系統的穩定性與抵抗力，為農田周邊生態環境的改善和持續發展奠定了基礎[12]。

（3）社區參與策略，旨在通過與農民合作制定一系列包括技術支持、市場接入和教育培訓在內的方案。實施這些方案涉及組織工作坊和培訓課程，專注于教授農民生態農業的基本原理和實踐方法，如輪作制度、有機肥料使用以及生物多樣性的重要性。這種方法的生態效果在于顯著提升農民對生態農業技術的掌握程度，促進可持續農業實踐的廣泛采納，同時加深社區對環境保護和生態修復工作的了解和參與度，從而為環境的持續改善和生態平衡的恢復貢獻力量（表5）。

（4）地塊D（采礦用地）。采用地形重塑策略。通過對開采區域的地形進行測量，評估其侵蝕風險和水文影響，隨后采用土地整形技術來重塑地貌，并構建梯田和水壩等防洪和水土保持結構[13]。這一系列措施旨在創造濕地、小溪和池塘等水生生態系統，增加生物棲息地，同時促進水循環，以達到恢復和增強生態系統健康的目的[14]。

（5）污染物處理策略。聚焦于識別土壤中特定的重金屬種類，并選擇適宜的超富集植物進行生態修復。通過植物配置和加入如生物炭等土壤改良劑，以及定期監測土壤和植物中的重金屬含量，這些步驟共同作用于減少土壤中的重金屬濃度，從而提高土壤質量[15]。

（6）生態廊道策略，包括規劃連接自然保護區或生物多樣性豐富地區的路徑，并通過種植本土植物，以及建設生態橋或隧道來為野生動物遷徙和植物種子擴散提供必要條件。這一策略的目的在于加強生物多樣性，為野生動植物創造一個安全的遷徙和繁衍環境。

（7）景觀設計策略。旨在通過設計含有本土植物的多層次植被結構，并利用自然地形和材料創建景觀元素，營造一個既適合人們游憩教育，又能提供生物棲息地的多功能景觀。通過植物群落設計、路徑規劃和休閑空間的配置，實現一個自然和諧且生態友好的景觀環境。

3.1.2中度退化區

（1）地塊B（農田區域）。采用生態農業示范區策略。通過評估現有農業實踐來識別可持續農業的關鍵領域和改進機會，設計有機作物種植和生態水管理系統等示范項目。通過開發教育材料和課程，定期組織工作坊和現場演示，建立示范田來展示可持續農業技術的實際應用，這一系列措施旨在增強土壤健康和生物多樣性，提高農業生產的可持續性，同時減少化學農藥和肥料的使用[16]。

（2）生物走廊。確定關鍵生物多樣性區域和連接路徑，選用適宜的本土植物種植于走廊中，與地區規劃師和生態學家合作，規劃和設計生物走廊并進行建設，包括土地準備、植物種植和長期維護，以支持野生動植物的遷移和棲息，提升區域生物多樣性，增強農田生態系統的連通性和韌性[17-18]。

（3）地塊E（礦渣堆放區域）。采用廢物資源化策略，進行礦渣的化學和物理性質分析，確定其在建筑材料等方面的應用潛力，并開發適合礦渣特性的再利用技術，如轉化為生態磚材料[19]。通過設置試驗項目測試礦渣在不同應用中的性能，推廣成功的應用實例，吸引投資和市場需求，旨在減少廢物堆放對環境的負面影響，為礦渣堆放區帶來新的經濟價值和環境改善[20]。

（4）景觀一體化策略。設計與周圍自然環境協調一致的恢復方案，利用礦渣形成的特殊地貌創建公共休閑和教育空間，開展景觀設計和規劃，建設步道、觀景臺和信息展板，提供環境教育和生態旅游體驗，從而提高礦渣堆放區的視覺和環境質量，促進公眾對可持續發展和環境保護的認識和參與（表6）。

3.1.3低度退化區

（1）地塊F（城市郊野公園）。自然教育項目的設計和實施，通過一系列旨在提高公眾對本地生態系統、特有物種和環境保護意識的活動，如鳥類觀察工作坊、植物識別教程、水質監測活動和生態攝影比賽，來增加社區成員對自然和環境保護的興趣和知識。這些活動通過與環境教育機構和當地學校的合作開展，設置專門的教育區域，并定期舉辦公共講座和實地教學活動，從而提高公眾對生態系統服務和生物多樣性保護的理解和支持。

（2）參與式規劃策略。鼓勵公眾積極參與公園的規劃、維護和管理，通過發起公共參與活動和志愿者項目來收集社區意見，并提供生態管理和環境保護的培訓。通過設立在線平臺和公共會議收集反饋，組織公園清潔日、植樹節和自然監測活動，不僅提升了公園的生態質量和景觀美學，也強化了社區對公園的歸屬感和參與感，促進了長期的環境保護意識和行動。

通過實施這些策略，地塊F不僅能夠改善和恢復其生態環境，還能成為推動環境教育和社區參與的重要平臺，從而在增強生物多樣性和生態系統服務的同時，提高公眾對環境保護的意識和參與度（表7）。

4結論

文章基于生境質量評價結果提出了包括農業生態系統服務、邊界綠化、社區參與、地形重塑、污染物處理、生態廊道建設和景觀設計等多樣化的修復策略。這些策略不僅旨在恢復和增強生態系統的健康和生物多樣性，還強調了社區參與和教育在生態修復工作中的重要性。通過這項研究，金昌市及其他類似環境條件下的地區可獲得寶貴的生態恢復和管理經驗，為應對全球環境變化挑戰提供了理論和實踐支持。

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Study on Habitat Quality Assessment and Ecological Restoration Strategy of"Jinchang City Based on InVEST Model

CHEN Bin1，ZHU Zongzhen2，YANG Wendong1

（1.Jinchang Geological Survey and Planning Institute，Jinchang Gansu 737100，China；2.College of Agriculture and Forestry Economics and Management，Lanzhou University of Finance and Economics，Lanzhou Gansu 730101，China）

Abstract：This paper comprehensively studies the ecological environment assessment and habitat quality resto?ration strategies of Jinchang City，and provides scientific basis and effective scheme for the protection of ecosystem services and biodiversity in areas facing the pressure of urbanization and industrialization.The effects of land use change，industrial activities and climate change on habitat quality were analyzed by applying of InVEST model，fo?cusing on habitat suitability analysis，habitat degradation assessment and ecological restoration strategies.The re?sults show that the habitat quality of Jinchang City is unevenly distributed from high to low，which is significantly af?fected by land use pattern and human activity intensity.Therefore，ecological restoration measures for different de?graded land plots were proposed，including agricultural ecosystem service strategies，boundary greening strategies，and community participation strategies，etc.，aiming to improve habitat quality and restore ecological functions.Through the implementation of ecological restoration strategy，it aims to promote the sustainable development of Jin?chang City and similar ecologically fragile areas，and provide reference for future ecological protection and land?scape optimization.

Keywords：ecosystem services;ecological restoration strategies;InVEST model;Jinchang City