林泽北 王志杰 颜 伟 柳书俊 吴际通

(1.贵阳市森林资源管理站 贵州贵阳 550003；2.贵州大学生命科学学院 贵阳 550025)

生境质量是指生态环境为生物生存提供适宜条件的能力[1][2]，可用于表征区域地类景观斑块生态适宜性好坏，其数值大小能够反映区域斑块破碎程度和各景观斑块对生境退化的抗干扰性[3～7]。开展不同尺度生境质量研究，是对自然生态系统健康识别、界定和保育的基础，也是不同尺度生态环境评价与可持续发展管理的前提条件，对制定区域保育政策具有重要意义[6][7]。目前，生境质量评价主要采用基于景观格局的指标体系法和基于模型的方法，且后者在预测未来生境分布及保护区选址等方面作用尤为突出[8～12]。模型法最常用的模型是由美国斯坦福大学、大自然保护协会和世界自然基金共同开发的InVEST模型(Integrated Valuation of Environmental Services and Tradeoffs)中的Habitat Quality模块，该模型具有数据量需求低、计算结果可视化强等特点，被广泛应用于研究县域[13]、自然保护区[14]、流域[7]等不同尺度生境质量评估研究。但目前很少有研究关注公路景观带这一类人类剧烈活动区域生境质量状况。

贵阳市地处黔中腹地，是典型的喀斯特山地城市，地形地貌起伏较大、地块破碎、山高坡陡[15]。伴随经济的迅速发展，贵阳市内交通干线也越来越多，交通网络设施密度也在不断增大，人类活动势必对交通干线景观带动植物生存环境产生威胁；同时在退耕还林还草工程影响下，山区自然植被大量恢复又提高了其生态环境质量[16][17]。然而交通干线景观带生境质量状况如何？这一科学问题依然没有明确答案。

基于此，本研究以贵阳市主要交通干线景观带为研究对象，运用GIS技术和InVEST模型对其生境质量进行分析，拟揭示贵阳市主要交通干线景观带生境质量特征，旨在为交通干线景观带生物多样性保护和生态系统保育提供理论依据和科学指导。

图1 研究区示意图

1 材料与方法

1.1 研究区概况

贵阳市(106°07′～107°17′E，26°11′～27°22′N)位于黔中腹地，东接龙里、瓮安；南靠惠水、长顺；西抵贵安新区、织金；北邻黔西、金沙、遵义。辖六区一市三县，四个国家级开发区，全市国土总面积8034km2[18][19]。地势西南高、东北低，地貌类型复杂多样，平均海拔1100m左右[20]，年均气温15.3℃左右，年降水量1197～1248mm[18]。森林覆盖面积达43.2%。动植物资源种类繁多。境内川黔、湘黔、黔贵、贵昆等铁路，厦蓉、兰海、沪昆等高速以及“三环十六射”的骨架路网格局等交通干线，奠定了贵阳市西南地区重要交通枢纽的地位。

1.2 数据来源与特征

土地利用矢量数据和路网矢量数据来源于贵阳市森林资源管理站2016年《贵阳市主要交通干线专项调查报告(2006～2016年)》，其中包括贵阳市辖区内10条城市快速干道、16条高速公路、11条铁路和4条县际快速通道共41条交通线路及其两侧景观带范围(即两侧山地第一层山脊线以内，或平地100米以内)可绿化土地(包括林地上的迹地、宜林地，耕地中的旱地，未利用地中的裸地和石质土地，建设用地上的边坡及空地)。其中小班最小区划面积不小于667m2。DEM数据来源于地理空间数据云网站(http://www.gscloud.cn/)。

1.3 研究方法

InVEST模型是通过结合土地利用类型敏感性和外界威胁强度计算生境质量[21][22]，其生境质量模块将生境质量视为一个变量，量化分析威胁源的强度及各土地利用类型对威胁源的胁迫因子敏感度，同时考虑胁迫因子等的影响范围及空间权重等因素，继而表征生物多样性的丰富性[7][22][23][24]。该模块反映了人类活动对环境造成的影响，即区域受到人类活动的干扰越低，其生境质量越好，生物多样性水平亦高，反之亦然[24][25]。其计算公式如下：

式中，Qxj为土地利用类型j中的栅格x的生境质量；Hj为土地利用类型j的生境适合性，当仅从宏观角度研究生境而不涉及物种时，常采用二分法定义Hj值；z为归一化常数，一般取值2.5；Dxj为土地利用类型j中栅格x受胁迫水平；k为半饱和常数，通常取Dxj最大值的一半；z为常数；R为生境胁迫因子；y为生境胁迫因子r的所有栅格单元；Yr是生境胁迫因子所占栅格数，取值0～1；irxy为栅格y的胁迫因子r值ry对生境栅格x的胁迫水平；βx为栅格x的可达性水平，取值0～1，1表示极容易到达；Sjr为生境类型j对胁迫因子r的敏感性，取值为0～1，该值越接近1，表示越敏感；dxy为栅格单元x与栅格单元y之间的直线距离；drmax为胁迫因子r的最大影响距离。本研究在InVEST模型手册[26]及相关研究基础上[7][27][28]，结合研究区实际情况来确定相关参数数值，见表1和表2。

表1 威胁因子的最大影响距离及其权重

2 结果与分析

2.1 土地利用与生境质量空间分布

由表2可知：研究区土地利用类型以建筑用地、耕地和乔木林地为主，三者面积分别为149.93km2、66.54km2和55.88km2，共占研究区总面积的81.87%；特殊灌木林地和交通用地面积分别为28.20km2和25.97km2，二者分别占研究区总面积的8.48%和7.81%；其它各土地利用类型总面积仅6.17km2，仅占研究区总面积的1.85%。

将研究区土地利用类型数据、威胁源数据、威胁因子的最大影响距离及其权重表和生境适宜度及其对不同威胁因子的敏感度表输入InVEST模型的Habitat Quality模块，计算得到贵阳市主要交通干线景观带生境质量空间分布图(图2a)，利用ArcGIS10.5软件Reclass工具采用等间距法将研究区生境质量分为：0～0.2低等级、0.2～0.4较低等级、0.4～0.6中等等级、0.6～0.8较高等级、0.8～1.0高等级5个级别(图2b)。统计分析研究区不同生境质量等级面积及占比(表3)，结合图2可知，贵阳市主要交通干线景观带生境质量指数位于0～0.90之间，平均生境质量指数为0.28，整体生境质量较低。生境质量高值区主要分布在研究区北部区域。不同生境质量等级以低等级和较低等级为主，二者面积分别为180.66km2和20.59km2，分别占研究区总面积的54.30%和20.59%，这主要是因为研究区建筑用地、交通用地和耕地等生境适宜度较低的非自然生境面积较大。高等级和较高等级生境质量面积分别为54.61 km2和28.59 km2，分别占研究区总面积的8.59%和16.42%，中等等级生境质量面积最小，仅为0.33km2，仅占研究区总面积的0.10%。

表2 生境适宜度及其对不同威胁因子的敏感度和各土地利用类型面积及其占比

图2 贵阳市主要交通干线景观带生境质量空间分布图

表3 贵阳市主要交通干线景观带不同等级生境质量面积及占比

2.2 不同交通干线生境质量空间分布

统计分析不同交通干线景观带不同生境质量面积占比及平均生境质量指数(表4)可知：在各铁路干线中，中心铁路、成贵铁路和贵开铁路景观带的生境质量最高，其平均生境质量指数均大于0.40，属于中等等级，其较高等级和高等级之和均占各自类型总面积的35%以上；贵阳枢纽线、贵广高铁、沪昆铁路和开阳磷矿专用铁路景观带的平均生境质量指数在0.17～0.18之间，属于低等级，生境质量最差。各高速公路干线中，以贵黔高速和贵翁高速景观带的生境质量最高，其生境质量指数均大于0.35，属较低等级，其较高等级和高等级之和均占各自类型总面积的27%以上，其它7条高速公路干线景观带的平均生境质量指数均小于0.20，属于低等级；G210、贵安通道、都织高速和贵新高速景观带平均生境质量指数在0.04～0.18之间，属于低等级，生境质量较差。各城际快速通道干线中，以机场路、北二环和西二环景观带的生境质量最高，其生境质量指数均大于0.23，属较低等级，其较高等级和高等级之和均占各系类型总面积的22%以上；其它7条道路景观带平均生境质量指数在0.07～0.17之间，属低等级，其中花溪大道和甲秀南路景观带的生境质量最差。县际高速通道中，除贵龙大道景观带的平均生境质量指数仅为0.12，属低等级外；其它3条道路景观带的平均生境质量指数均大于0.21，属较低等级。

总体上，41条交通干线景观带平均生境质量介于0.04～0.54之间，3条交通干线景观带平均生境质量为中等等级，22条为较低等级，16条为低等级。其中，铁路干线景观带受人为活动干扰相对较小，高速公路次之，县际和城市快速通道较大，故铁路干线景观带生境质量最好，高速公路次之，县级快速通道较差，城市快速通道最差。

表4 不同交通干线景观带不同生境质量面积占比及平均生境质量指数

(续表4)

2.3 不同交通干线景观带生境质量在不同坡度、不同土地利用类型的特征

按照水利部颁布的岩溶地区水土流失治理技术标准(SL 461-2009)将坡度分为<5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、>35°等6个等级。统计分析不同坡度不同生境质量面积占比及平均生境质量指数(表5)可知：坡度<5°和5°～8°生境质量以低等级和较低等级为主，二者共占各自类型总面积的78%以上；坡度8°～15°生境质量以低等级、较低等级和高等级为主，共占该类型总面积的88%以上；坡度15°～25°、25°～35°和>35°生境质量以低等级、较高等级和高等级为主，三者共占各自类型总面积的82%以上。结合平均生境质量指数来看，随着坡度的增大，平均生境质量指数呈持续升高趋势，即坡度越大交通干线景观带的生境质量越好。这反映了人类活动对交通干线景观带生态系统的干扰主要发生在坡度较平缓的区域。

表5 不同坡度不同生境质量面积占比及平均生境质量指数

表6 不同土地利用类型不同生境质量等级面积占比(%)

统计分析不同土地利用类型不同生境质量面积占比(表6)可知：从一级分类来看，林地土地利用类型生境质量等级以高等级和较高等级为主，二者共占林地总面积的96.16%，非林地土地利用类型生境质量等级以低等级和较低等级为主，二者分别占非林地总面积的72.93%和27.07%。从二级分类来看，苗圃地、迹地、未利用地和建设用地生境质量均为低等级；竹林地、未成林造林地、其它宜林地和耕地生境质量均为较低等级；疏林地和造林失败地生境质量均为中等等级；灌木林生境质量均为较高等级；乔木林地生境质量为高等级；宜林地生境质量以中等及以下等级为主。从三级分类来看，乔木林地生境质量为高等级；特殊灌木林地和一般灌木林地生境质量均为较高等级；疏林地和造林失败地生境质量均为中等等级；竹林地、未成林造林地、其他宜林地和耕地生境质量均为较低等级；其它各土地利用类型生境质量均为低等级。可以发现，植被覆盖度越高的地区，其生境质量也就相对较好。

3 结论与讨论

生境质量被视为区域生物多样性和生态服务水平的重要表征和反映，也是区域生态安全保障和人类福祉提升的关键环节，生境质量研究长久以来就具有重要的现实意义[28]。国内外生境质量研究方法主要有生态指标法、AHP法和综合评价法等，但结果的准确性、时效性、空间化、精细化等有待提高[7]，不同评价方法的结果差异较大[22]。随着SoLVES、HSI、ARIES、MIMES、InVEST等定量模型的出现[7][22][24]，模型评价法以其准确性、时效性、空间化、精细化等特点被大量学者所应用。本研究基于InVEST模型对贵阳市主要交通干线景观带生境质量进行了评估，并结合ArcGIS软件叠加分析了不同交通干线景观带生境质量在不同坡度、不同土地利用类型的特征，较好的探明了研究区生境质量的特征现状。

(1)贵阳市交通干线景观带土地利用以建筑用地、耕地和乔木林地为主，三者面积分别为149.93km2、66.54km2和55.88km2，共占研究区总面积的81.87%。贵阳市交通干线景观带生境质量指数位于0～0.90之间，平均生境质量指数为0.28，生境质量以低等级和较低等级为主，二者共占研究区总面积的74.89%，这主要是因为研究区建筑用地、交通用地和耕地等生境适宜度较低的非自然生境面积较大。

(2)由于研究区不同交通干线景观带的自然条件和土地利用方式不同，生境质量特征也存在差异。从不同交通干线景观带一级分类来看，中心铁路、成贵铁路和贵开铁路的生境质量最高，其平均生境质量指数分别为0.54、0.43和0.41；贵新高速、都织高速和花溪大道的生境质量最低，其平均生境质量指数分别为0.04、0.06和0.07。从一级分类来看，铁路干线景观带生境质量最好，高速公路次之，县级快速通道较差，城市快速通道最差，这主要是因为铁路干线景观带受人为活动干扰相对较小，高速公路次之，县际和城市快速通道则受人为活动干扰较大。

(3)不同交通干线景观带生境质量高值区主要分布在乔木林地、灌木林地等植被覆盖度高、坡度大，生态系统干扰因素较小、人为活动较弱的生境适宜度较高的区域。反之，生境质量低值区主要集中在建设用地、未利用地和迹地等植被覆盖度低、坡度小、生态系统干扰因素较大、人为活动较强的生境适宜度较低的区域。