劉春艷，朱康文，劉吉平

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三峽庫區(qū)重慶段土地覆蓋和生物多樣性功能演化及預(yù)測

劉春艷1，朱康文2，劉吉平1

（1. 吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，四平 136000；2. 重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147）

為研究三峽庫區(qū)（重慶段）2005—2020年土地覆蓋和生物多樣性功能演化情況，對景觀格局進行動態(tài)分析，該文結(jié)合重慶市生態(tài)保護紅線劃定成果，綜合運用CA-Markov模型和InVEST模型對區(qū)域2005-2020年的土地覆蓋和生物多樣性功能的演化及趨勢進行研究，在運用CA-Markov模型對2020年土地覆蓋進行模擬預(yù)測的基礎(chǔ)上，運用InVEST模型進行生物多樣性功能的定量計算。結(jié)果表明：1）2005—2010年和2010—2015年，各類土地覆蓋面積和土地覆蓋動態(tài)度分別呈現(xiàn)“四增二減”和“三增三減”的狀態(tài)；2）CA-Markov模型模擬預(yù)測時Kappa系數(shù)達到0.92，表明模型的普適性較好；3）4期生境退化指數(shù)最高值變化為：0.168 1→0.207 1→0.190 9→0.181 2，城區(qū)周邊和長江、嘉陵江、烏江沿岸區(qū)域的生境退化指數(shù)高，東北部大巴山區(qū)域的生境退化指數(shù)較低；4）大巴山、武陵山、四面山等區(qū)域的生境質(zhì)量較好，長江、嘉陵江沿岸生物多樣性功能較差，4期生境質(zhì)量總得分和平均得分分別為34 337 710、36 829 020、36 345 590、35 530 500和0.513 9、0.551 2、0.543 9、0.531 7；5）15年間生物多樣性功能出現(xiàn)不斷上升的趨勢，由大范圍的波動轉(zhuǎn)為小區(qū)域變化，整個區(qū)域的生物多樣性功能逐漸趨于穩(wěn)定。

土地利用；土地整治；生物多樣性；三峽庫區(qū)重慶段；CA-Markov模型；InVEST模型

0 引 言

土地覆蓋變化是全球變化最主觀的感知，作為全球變化的重要組成部分和主要原因之一[1-2]，土壤性質(zhì)[3-4]、地表侵蝕[5-6]等自然現(xiàn)象和生態(tài)過程的變化都由其引起，對區(qū)域景觀格局有非常重要的影響，影響土地覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，土地覆蓋類型由林地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地的變化對于區(qū)域生物多樣性的影響極大，包括空間連通性的切斷等。因此在重建和分析過去土地覆蓋變化情況的基礎(chǔ)上，對未來土地覆蓋情況進行預(yù)測，加入生態(tài)保護紅線這一限制開發(fā)的要素，有利于科學(xué)有效地制定土地利用管理策略，指導(dǎo)區(qū)域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，維護區(qū)域生物多樣性功能，保障區(qū)域的生態(tài)安全[7-8]。

目前分析和模擬土地覆蓋變化的模型較多，如最優(yōu)化模型[9-10]、隨機模型[11]、經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚚12]、元胞自動機[13-14]等，其中CA-Markov模型既有Markov長期預(yù)測的優(yōu)勢又有元胞自動機（Cellular Automaton）模擬復(fù)雜系統(tǒng)空間變化的能力，基于Markov模型的土地覆蓋變化預(yù)測，使用CA模型對預(yù)測結(jié)果進行空間配置，可以很好地從時間和空間上模擬土地覆蓋的變化情況，提高土地覆蓋類型轉(zhuǎn)化的預(yù)測精度，又可以有效地模擬景觀格局的空間變化。CA-Markov模型目前被廣泛探討和應(yīng)用，Balzter[15]、Liu等[16]將其應(yīng)用于植被動態(tài)變化模擬、城市聚落變化等方面。侯西勇等[17]和熊利亞等[18]在河西走廊、楊國清等[19]在廣州、Ye和Bai[20]在嫩江縣也對CA-Markov模型進行了應(yīng)用，李志等[21]和劉淑燕等[22]分別模擬了黃土區(qū)不同流域土地覆蓋的時空變化，并取得了良好的效果，都表明模型具有很好的普適性。

土地覆蓋的變化將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的組成發(fā)生一系列變化，生物多樣性因此也產(chǎn)生變化，生物多樣性變化的研究將直觀地展示區(qū)域在研究期間的生境損失、景觀破碎度等的變化，對于森林可持續(xù)管理、生態(tài)系統(tǒng)功能維護、土地利用優(yōu)化等具有重要意義。目前對于生物多樣性變化研究使用較多的是InVEST模型的Habitat Quality模塊[23-24]，美國斯坦福大學(xué)TNC、世界自然基金會和大自然保護協(xié)會于2007年聯(lián)合開發(fā)出InVEST模型，是一種可以量化如生物多樣性、土壤保持、碳儲量等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評估模型，具有輸入數(shù)據(jù)量少、輸出數(shù)據(jù)量大、可以得到直觀可視化的空間成果等優(yōu)勢[25-26]。InVEST模型已成功地被應(yīng)用于美國夏威夷州和加利福尼亞州、非洲的坦桑尼亞及亞洲的印度尼西亞等多個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)評估中[27-29]。國內(nèi)也有不少地區(qū)采用InVEST模型進行研究，如韓晉榕[30]、賈芳芳[31]、余新曉等[32]、王敏等[33]從碳儲量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、水源涵養(yǎng)功能、土壤保持功能等多方面進行了研究，并取得了較好的效果，對于模型的科學(xué)性都做了較好的驗證。

上述研究在各自領(lǐng)域均產(chǎn)生較好的研究效果，但少有將土地覆蓋變化和生物多樣性功能變化相結(jié)合進行研究，本研究以三峽庫區(qū)（重慶段）為研究區(qū)域，具體分析其土地覆蓋變化及生物多樣性功能的演化情況。三峽庫區(qū)作為特殊的生態(tài)功能區(qū)，其生態(tài)安全關(guān)乎到整個長江流域。而重慶市域內(nèi)的三峽庫區(qū)面積占總面積比例達到80%，因此，對三峽庫區(qū)（重慶段）的土地覆蓋變化、生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性功能的演化等方面的研究有利于區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境保護、修復(fù)治理與改善等[34]。不少學(xué)者對三峽庫區(qū)（重慶段）的生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行了研究，如劉春霞等[34]、李建國等[35]、李月臣等[36]分別對對三峽庫區(qū)(重慶段) 的生態(tài)環(huán)境敏感性、生態(tài)系統(tǒng)健康狀況、土壤侵蝕敏感性進行了綜合研究。本研究將剛剛劃定的重慶市生態(tài)保護紅線作為土地覆蓋模擬的限制因子，綜合運用CA-Markov和InVEST模型，利用CA-Markov模型進行2020年三峽庫區(qū)（重慶段）土地覆蓋模擬，采用InVEST模型的Habitat Quality模塊對2005、2010、2015、2020年的生物多樣性功能進行量化分析，揭示土地覆蓋動態(tài)變化對生物多樣性功能的影響，表明生態(tài)保護紅線劃定對于保障區(qū)域生態(tài)安全的具有重要作用，為優(yōu)化區(qū)域生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)，為區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)

三峽庫區(qū)（重慶段）包括重慶市主城7區(qū)和國務(wù)院批準的《三峽庫區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃》中的巫山、巫溪、奉節(jié)、云陽、開州、萬州、忠縣、石柱、豐都、涪陵、武隆、長壽、渝北、巴南、江津等15個區(qū)縣（圖1）。屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，常綠闊葉林為地帶性植被，地跨川東平行嶺谷區(qū)、大巴山區(qū)和大婁山、巫山山區(qū)，山地、丘陵、河谷平壩分別占74%、21%、5%。作為中國乃至世界最為特殊的生態(tài)功能區(qū)，中國西南部重要的生態(tài)屏障和生態(tài)走廊[35]，其生態(tài)安全狀況關(guān)系到整個長江流域的生態(tài)安全與區(qū)域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。作為典型的生態(tài)脆弱區(qū)，極其破碎的地形地貌、廣泛發(fā)育的碳酸鹽質(zhì)巖層、高強度的水土流失等一些生態(tài)環(huán)境問題都時刻考驗著水庫的持續(xù)穩(wěn)定運行，而重慶市域內(nèi)三峽庫區(qū)面積約占整個三峽庫區(qū)面積的80%，覆蓋了大部分三峽庫區(qū)范圍，由此則凸現(xiàn)出其重要的生態(tài)地理位置[36]。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究采用的土地利用數(shù)據(jù)是國家環(huán)保部下發(fā)的生態(tài)十年遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)（2005、2010年）和通過Landsat TM/ETM、MODIS數(shù)據(jù)及Google Map高分影像處理得到的數(shù)據(jù)（2015年）（綜合分辨率25 m），數(shù)據(jù)處理主要利用ENVI5.0、Arcgis10.1、IDRISI等軟件，經(jīng)過對影像的幾何校正、輻射校正、影像增強等預(yù)處理，通過監(jiān)督分類、人機交互解譯的方法，結(jié)合野外現(xiàn)場核查結(jié)果，將用地類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地6大類。

圖1 三峽庫區(qū)重慶段區(qū)位圖

2 研究方法

2.1 土地覆蓋動態(tài)度

土地覆蓋動態(tài)度表示土地覆蓋類型的穩(wěn)定情況，是反映區(qū)域土地覆蓋變化劇烈程度的重要指標[37]，土地覆蓋動態(tài)度模型公式如下

2.2 CA-Markov模型

CA和Markov都是狀態(tài)離散和時間離散的動力學(xué)模型，Markov模型主要針對數(shù)量上的預(yù)測，CA模型能夠模擬空間系統(tǒng)的復(fù)雜變化，二者結(jié)合可以考慮土地覆蓋的歷史變化趨勢，對土地覆蓋的未來變化進行動態(tài)模擬。

CA模型由離散的元胞、元胞空間、有限的狀態(tài)、領(lǐng)域和規(guī)則5部分構(gòu)成，如下描述

Markov模型計算原理如下

CA-Markov模型在GIS、IDRISI軟件的支持下，結(jié)合面積轉(zhuǎn)移矩陣、條件概率圖像等進行運算，確定元胞狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，以此模擬土地覆蓋的變化[38]。本研究具體模擬步驟為：1）通過2005和2010年土地覆蓋數(shù)據(jù)，確定轉(zhuǎn)移面積矩陣、轉(zhuǎn)移概率矩陣、轉(zhuǎn)移適宜性圖像等；2）以2010年為基礎(chǔ)年模擬2015年的土地覆蓋情況；3）對比2015年模擬數(shù)據(jù)與2015年現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，確定模擬的精度；4）以2015年為基礎(chǔ)年模擬2020年土地覆蓋情況。

2.3 InVEST-Habitat quality模型

InVEST-Habitat quality模型是結(jié)合各土地覆蓋類型的威脅因子敏感度和外界威脅強度得到生境質(zhì)量的分布，根據(jù)生境質(zhì)量的好壞來評價生物多樣性，包括生境退化指數(shù)和生境質(zhì)量指數(shù)[39-41]。

生境退化指數(shù)計算公式如下

生境質(zhì)量指數(shù)的計算是基于生態(tài)退化指數(shù)，生境質(zhì)量指數(shù)的得分反映區(qū)域生境斑塊破碎化程度的高低，可以表示各斑塊對人類活動干擾產(chǎn)生的生境退化的抵抗能力的大小，揭示三峽庫區(qū)（重慶段）的生境受威脅因子的影響程度，展現(xiàn)三峽庫區(qū)（重慶段）生境質(zhì)量的整體情況。生境質(zhì)量指數(shù)的值在0～1之間，每0.2位一個級別，分為差、較差、一般、較好、優(yōu)5個等級。生境質(zhì)量指數(shù)的計算公式如下：

本研究威脅因子綜合考慮模型的使用說明、相關(guān)研究、專家意見及三峽庫區(qū)（重慶段）的實際情況，選取耕地、農(nóng)村建設(shè)用地、城區(qū)建設(shè)用地、工礦及交通用地作為威脅因子。生境類型對外界威脅的敏感度是基于景觀生態(tài)學(xué)生物多樣性保護的一般原則而定的，威脅因子敏感度的取值區(qū)間為0～1。在閱讀模型使用說明及附帶案例的基礎(chǔ)上[42]，根據(jù)肖明[43]、朱敏[44]的研究，結(jié)合本研究區(qū)實際情況及專家建議對威脅因子和威脅因子敏感度賦值，如下表1和表2。

表1 威脅因子及其脅迫強度

表2 生境類型對威脅因子的敏感度

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀格局動態(tài)分析

圖2為三峽庫區(qū)（重慶段）3期土地覆蓋類型圖，可以看出三峽庫區(qū)（重慶段）的建設(shè)用地主要分布在主城區(qū)及長江沿岸，且3期中建設(shè)用地的擴張非常明顯，說明地處長江經(jīng)濟帶的重慶市經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市空間擴張明顯。從表3可知2005—2010年和2010—2015年，各類土地覆蓋面積和土地覆蓋動態(tài)度分別呈現(xiàn)“四增二減”和“三增三減”的狀態(tài)。較為明顯的特點有：1）所有類型的面積和動態(tài)度的變化幅度在2010—2015年都出現(xiàn)變小的趨勢，其中林地在2010—2015年動態(tài)度基本趨近于0；2）2005—2010年各土地覆蓋類型的面積和動態(tài)度變化均較大，未利用土地的動態(tài)度高達69.23%，其次為建設(shè)用地、草地；3）2010—2015年耕地、林地、草地、水域變化基本穩(wěn)定，建設(shè)用地、未利用土地變化較大，但是相對于2005—2010年還是出現(xiàn)了較為明顯的降幅?？傮w來看，反映出2005—2010年城市擴張較快，對于耕地等占用較多，變化波動大，2010—2015年城市擴張速度放緩，同時生態(tài)環(huán)境保護的要求不斷提升，對于城市內(nèi)部的優(yōu)化布局逐漸變多。

圖2 不同年份土地覆蓋類型圖

表3 各類土地覆蓋動態(tài)度變化

由圖2、表4、表5可知，2005—2010年，耕地、草地大量轉(zhuǎn)為林地，分別高達6 907.60和2 649.23 km2，尤其是武隆南部大量耕地轉(zhuǎn)為林地，萬州、云陽、奉節(jié)等區(qū)縣大量草地轉(zhuǎn)為林地，與“退耕還林”政策的實施有很大的關(guān)系。同一時期，耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的面積也較大，面積達到522.51 km2，表明城市發(fā)展也處于快速擴張的狀態(tài)；2010—2015年，耕地、草地轉(zhuǎn)為林地的量明顯低于2005—2010年，分別降為1197.89和379.74 km2，但耕地、林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的量有所增加，分別為619.83和302.17 km2，結(jié)合土地覆蓋動態(tài)度的結(jié)果，說明雖然建設(shè)用地的動態(tài)度在2010—2015年降低了，但是城市擴張的面積還是在快速增加。

表4 土地覆蓋轉(zhuǎn)移面積矩陣

從表5可以更直觀的分析出各土地覆蓋類型之間的轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入概率，2005—2010年，耕地→耕地和耕地→林地的概率基本接近，同時林地→耕地的概率也較高；草 地→耕地、草地→林地的概率高達0.35 34、0.554 1，而草地→草地僅為0.071 9；2010—2015年，耕地→耕地、林地→林地的概率明顯高于2005—2010年，表明耕地、林地內(nèi)部的保有量在上升，說明2010—2015年對于耕地、林地的保護力度增加。同一區(qū)域的土地覆蓋轉(zhuǎn)移概率在不同時期不一樣，符合當前的城市發(fā)展規(guī)律，因此不同時期的土地覆蓋模擬采用不同的土地覆蓋轉(zhuǎn)移概率文件更符合區(qū)域發(fā)展實際。

表5 土地覆蓋轉(zhuǎn)移概率矩陣

3.2 土地覆蓋變化趨勢預(yù)測及分析

3.2.1 土地覆蓋預(yù)測精度分析

研究以2010年作為模擬的基礎(chǔ)年份，以2005—2010年之間的轉(zhuǎn)移面積矩陣、轉(zhuǎn)移概率矩陣、轉(zhuǎn)換適宜性圖集等作為輸入要素，模擬2015年土地覆蓋數(shù)據(jù)。采用IDRISI軟件中的GIS Analysis→DatabaseQuery→ CROSSTAB模塊，得到2015年的土地覆蓋數(shù)據(jù)，與2015年現(xiàn)狀土地覆蓋數(shù)據(jù)進行精度驗證，Kappa系數(shù)為0.92，說明模型模擬的精度較高。在ArcGIS軟件中對各類型土地覆蓋的空間一致性進行分析，結(jié)果見表6，反映出在三峽庫區(qū)（重慶段）采用CA-Markov模型模擬未來土地覆蓋情況的結(jié)果很好，說明此模型模擬研究區(qū)土地覆蓋具有很好的適用度和可信度。

3.2.2 土地覆蓋模擬結(jié)果

2020年土地覆蓋模擬結(jié)果如表7和圖3所示，耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地的面積分別為16 991.43、21 502.83、1 165.68、1 313.36、3 114.90、16.66 km2，面積占比分別為38.53%、48.75%、2.64%、2.98%、7.06%、0.04%。根據(jù)2015-2020年的各土地覆蓋類型的面積變化，結(jié)合土地覆蓋轉(zhuǎn)移概率矩陣，分析得出未來建設(shè)用地將持續(xù)增加，耕地、林地、草地持續(xù)減少。

3.3 生物多樣性功能演變及趨勢分析

3.3.1 生境退化指數(shù)分析

2005、2010、2015、2020年三峽庫區(qū)（重慶段）的生境退化指數(shù)分布如圖4所示，15a間生境退化指數(shù)呈現(xiàn)出“先增后降（最高值變化為：0.168 1→0.207 1→ 0.190 9→ 0.181 2）”的趨勢，其中2010年退化最為嚴重。空間分布上，生境退化指數(shù)高的區(qū)域基本分布在城區(qū)周邊和長江、嘉陵江、烏江沿岸區(qū)域，總體上靠近重慶主城區(qū)（渝北區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、南岸區(qū)、九龍坡區(qū)、巴南區(qū)、大渡口區(qū)、北碚區(qū)、長壽區(qū)、江津區(qū)）的生境退化指數(shù)較高，東北部大巴山區(qū)域（巫溪縣、巫山縣）的區(qū)域生境退化指數(shù)較低且基本沒有退化。表明三峽庫區(qū)（重慶段）在2005—2010年期間發(fā)展迅速，對區(qū)域的生境破壞較為嚴重，2010—2015年期間有明顯的減緩，與不同時期的發(fā)展戰(zhàn)略、發(fā)展思路有很大的關(guān)聯(lián)，2005—2010年是中國經(jīng)濟發(fā)展迅速、城市化進程加快的階段，不可避免產(chǎn)生對生境破壞的行為，2010—2015年中國開始轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，強調(diào)生態(tài)文明，提出“面上保護、點上開發(fā)”等發(fā)展方式，有效的遏制了生境退化的趨勢。

表6 土地覆蓋模擬結(jié)果與現(xiàn)狀數(shù)據(jù)對比

表7 2015年和2020年土地覆蓋面積變化

圖3 2020年土地覆蓋模擬結(jié)果

圖4 生境退化指數(shù)分布圖

3.3.2 生境質(zhì)量變化分析

2005、2010、2015、2020年三峽庫區(qū)（重慶段）的生境質(zhì)量按照2.3的分級標準進行分級（見圖5），生境質(zhì)量較好的區(qū)域主要分布在大巴山（巫山縣、巫溪縣、奉節(jié)縣南部）、武陵山（石柱縣、武隆區(qū)）、四面山（江津區(qū)南部）等區(qū)域，長江、嘉陵江沿岸生物多樣性功能較差，主要是由于山地城市在河流兩側(cè)的地勢相對較平坦，且水源較近比較適合城市發(fā)展，因此對于這一區(qū)域的生態(tài)破壞較為嚴重。根據(jù)圖5的數(shù)據(jù)計算可知，2005、2010、2015、2020年三峽庫區(qū)（重慶段）的生境質(zhì)量總得分和平均得分分別為3 4337 710、36 829 020、36 345 590、35 530 500和0.513 9、0.551 2、0.543 9、0.531 7，結(jié)合生境退化指數(shù)分析，雖然2010年生境質(zhì)量退化較嚴重，但生境質(zhì)量卻是最高的時期，與同一時期的植樹造林聯(lián)系緊密，同時也反映出生態(tài)保護與城市發(fā)展之間存在的問題，城市擴張占用大量生態(tài)用地，因此也應(yīng)進行一些緩解的措施，整體上三峽庫區(qū)（重慶段）生境質(zhì)量不論是總得分還是平均得分均不斷降低，生物多樣性功能持續(xù)降低，這是城市發(fā)展的必然趨勢，目前主要是通過劃定生態(tài)保護紅線、加大生態(tài)修復(fù)力度等手段減弱這個趨勢。

圖5 生境質(zhì)量分布圖

圖6是2005—2010年、2010—2015年、2015—2020年生境質(zhì)量變化圖?？梢钥闯?，2005—2010年期間波動較大，呈現(xiàn)“降低為主、不變?yōu)檩o、部分區(qū)域上升”的特點；2010—2015年期間變化主要集中在主城區(qū)及“萬開云（萬州區(qū)、開州區(qū)、云陽縣）”附近區(qū)域，大部分區(qū)域比較穩(wěn)定；2015—2020年期間主要是主城區(qū)有部分降低，其它區(qū)域基本維持不變。整體表明15 a間三峽庫區(qū)（重慶段）生境質(zhì)量出現(xiàn)不斷變好的趨勢，由大范圍的波動轉(zhuǎn)為小區(qū)域變化，整個區(qū)域的生物多樣性功能逐漸趨于穩(wěn)定。

圖6 生境質(zhì)量變化圖

4 討 論

采用CA-Markov模型和InVEST-Habitat Quality模型分析區(qū)域過去、現(xiàn)狀及未來土地覆蓋及生物多樣性功能變化效果較好，研究發(fā)現(xiàn)三峽庫區(qū)（重慶段）土地覆蓋變化較大，城市擴張速度快，生境質(zhì)量退化趨勢明顯，生物多樣性功能不斷降低。從全國角度來看，三峽庫區(qū)（重慶段）是非常關(guān)鍵的區(qū)域，其生態(tài)安全問題一直備受關(guān)注，對于如何遏制生態(tài)環(huán)境的退化學(xué)者們提出很多政策和措施，比如生態(tài)保護紅線的劃定[45]、生態(tài)功能區(qū)劃的制定[46]、河段長制管理[47]、飲用水水源地的規(guī)范化建設(shè)[48]、生態(tài)文明建設(shè)[49]等，取得了較好的效果，提高了違法成本，有效地控制了高污染企業(yè)的布局，從根源上控制生態(tài)破壞行為的發(fā)生。隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，應(yīng)提高城市內(nèi)部的布局優(yōu)化，避免盲目的城市擴張現(xiàn)象，不斷加大生態(tài)修復(fù)的力度，遏制生物多樣性功能不斷降低的趨勢，爭取早日實現(xiàn)生物多樣性功能由降低變?yōu)樯仙?。目前在此領(lǐng)域采用此思路的研究較少，有利于開拓兩個模型的應(yīng)用范圍，為相關(guān)研究提供新思路。研究清晰的分析了2010—2020年間的土地覆蓋變化情況及趨勢，有利于規(guī)劃部門在城市布局時進行參考，生物多樣性功能演變及趨勢分析挖掘出了生態(tài)退化的具體區(qū)域，在城市擴張及生態(tài)修復(fù)過程中應(yīng)予以重點關(guān)注，為政府決策提供了科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié) 論

1）2005—2010年和2010—2015年2個時期，各類土地覆蓋面積和土地覆蓋動態(tài)度分別呈現(xiàn)“四增二減”和“三增三減”的狀態(tài)，2005—2010年城市擴張較快，變化波動大，2010—2015年城市擴張速度放緩；

2）CA-Markov模型的模擬結(jié)果精度達到0.92，表明模型普適性較好；

3）15 a間生境退化指數(shù)呈現(xiàn)出“先增后降”的趨勢，重慶主城區(qū)、長江、嘉陵江、烏江沿岸區(qū)域的生境退化指數(shù)較高，東北部大巴山區(qū)域的生境退化指數(shù)較低且基本沒有退化；

4）生境質(zhì)量較好的區(qū)域主要分布在大巴山、武陵山、四面山等區(qū)域，長江、嘉陵江沿岸生物多樣性功能較差；

5）15 a間研究區(qū)生物多樣性功能出現(xiàn)不斷上升的趨勢，由大范圍的波動轉(zhuǎn)為小區(qū)域變化，整個區(qū)域的生物多樣性功能逐漸趨于穩(wěn)定。

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Liu Chunyan, Zhu Kangwen, Liu Jiping. Evolution and prediction of land cover and biodiversity function in Chongqing section of Three Gorges Reservoir Area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(19): 258－267. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.034 http://www.tcsae.org

Evolution and prediction of land cover and biodiversity function in Chongqing section of Three Gorges Reservoir Area

Liu Chunyan1, Zhu Kangwen2, Liu Jiping1

(1.136000,;2.401147,)

The change of land cover has a profound influence on the quality and distribution pattern of the regional habitat, thus changing the function and evolution of biodiversity. As a special ecology function zone, the ecological security of Three Gorges Reservoir Area affects the whole Yangtze River valley. The proportion of the total area of Three Gorges Reservoir Area in Chongqing City reaches 80%, and thus the study on land cover change and ecosystem and biodiversity function evolution is beneficial to the regional ecological environment protection, remediation and improvement. Taking Three Gorges Reservoir Area (Chongqing section) as an example, this paper analyzed the evolution and trend of regional land cover and biodiversity function from the year of 2005 to 2020 through the comprehensive use of the CA-Markov (cellular automaton and Markov) model and InVEST (integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs) model. For the data used in this paper, one part was from the remote sensing monitoring data in, which was issued by the Ministry of National Environmental Protection, and the other part was from the land use map in 2015. Based on the software of ArcGIS 10.1, ENVI 5.0 and IDRISI, the land use type was classified into 6 kinds in the evolution and trend of land cover and biodiversity function of the study area. On the basis of the simulation of land cover in 2020 by using CA-Markov model, the InVEST model was used to quantitatively calculate the biodiversity function in 2005, 2010, 2015 and 2020. The results showed that: 1) In the 2 periods of 2005-2010 and 2010-2015, various types of land cover areas and land cover dynamic degrees showed the state of "four increase and two decrease" and "three increase and three decrease". 2) The Kappa coefficient reached 0.92 when the CA-Markov model was used in simulation, which showed that the model could be well applied to the simulation of land cover in Three Gorges Reservoir Area (Chongqing section). 3) The highest values of habitat degradation index in the 4 yeaswere 0.1681, 0.2071, 0.1909, and 0.1812, respectively, and the higher habitat degradation index was located in the city’s surrounding areas as well as the banks of the Yangtze River, Jialing River and Wujiang River, and Daba Mountain’s habitat degradation index was lower. 4) The good regional habitat quality was mainly distributed in the areas including Daba Mountain, Wuling Mountain and Simian Mountain, while the poor biodiversity function appeared alongside the Yangtze River and Jialing River. The total score and the average score of the 4 years were 34 337 710, 36 829 020, 36 345 590, 35 530 500 and 0.513 9, 0.551 2, 0.543 9, 0.531 7, respectively. 5) The analysis of habitat quality showed that the function of biodiversity was increasing in the past 15 years, which changed from the large scale fluctuation into small area change, and the biodiversity function of the whole region tended to be stable. The research may reveal the influence of dynamic land cover change on biodiversity function, show the important role of the delineation of red line ofecological protection to regional ecological security, and provide scientific basis for optimizing the regional ecological environment, as well as scientific support for the sustainable development of regional economy.

land use; land consolidation; biodiversity; Three Gorges Reservoir Area (Chongqing section); CA-Markov model; InVEST model

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.034

X826

A

1002-6819(2017)-19-0258-10

2017-06-26

2017-09-11

吉林省科技發(fā)展計劃項目（20150204047SF）

劉春艷，女，吉林松原人，副教授，博士，主要從事土地利用、資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展方面研究。Email：jlsplcy@163.com