荆州土地利用变化及其对生境质量影响的景观指数分析

摘要  ［目的］分析1980—2018年荆州市土地利用变化对生境质量的影响。［方法］采用景观指数、生境质量指数和地理探测器等方法，计算景观指数和生境质量指数，评估荆州市生境质量的等级和变化趋势，探讨自然和社会经济因素对生境质量的影响程度和方向。［结果］荆州市土地利用类型发生了明显变化，建设用地快速扩展，耕地大幅减少，导致土地资源紧缺和生态环境恶化。土地利用变迁以城市圈为核心向外扩散，北部多于南部，东部多于西部。荆州市生境质量整体较高，但呈递减趋势，2010年后下降速度有所放缓。生境质量斑块呈现破碎化、多样化、均匀化特征，整体上从西部向东部递减，沿江沿湖地区生境质量降低显著。影响生境质量分布的主要因素依次为建设用地面积、高程、夜间灯光亮度、土壤类型和坡度，主导因素由高程转变为建设用地面积。自然因素决定生境质量基本格局，人类活动的位置与强度导致生境质量变化。［结论］建议优先对生境质量降低的沿江沿湖地区进行生态修复，控制与规范城市建设用地，加强城市绿色空间建设，构建海绵城市。

关键词  土地利用变化；景观指数；生境质量；荆州市

中图分类号  F301.2  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）18-0047-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.011

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Landscape Index Analysis of Land Use Change and Its Impact on Habitat Quality in Jingzhou

WU Ming-xia，ZHANG Dong-min

（School of Economics and Management，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023）

Abstract  ［Objective］To analyze the impact of land use changes on habitat quality in Jingzhou City from 1980 to 2018.［Method］ Using methods such as landscape index，habitat quality index and geographic detector，the landscape index and habitat quality index were calculated to evaluate the level and change trend of habitat quality in Jingzhou City，and to explore the degree and direction of the impact of natural and socio-economic factors on habitat quality.［Result］The land use type of Jingzhou City had undergone obvious changes，mainly manifested as the rapid expansion of construction land and the substantial reduction of cultivated land，leading to the shortage of land resources and the deterioration of ecological environment. The changes of land use spread outward from the urban circle，more in the north than in the south and more in the east than in the west.The overall habitat quality in Jingzhou was high，but showed a decreasing trend，and the decline rate slowed down after 2010. The characteristics of habitat quality patches were fragmentation，diversification and uniformity. The overall habitat quality decreased from west to east. Affected by the nature of shoreline and reclamation，the habitat quality decreased significantly in the areas along rivers and lakes. The main factors affecting the distribution of habitat quality in Jingzhou City were the construction land area，elevation，night light brightness，soil type，slope，etc. The leading factors changed from elevation to construction land area. Natural factors determined the basic pattern of habitat quality，and the location and intensity of human activities lead to the change of habitat quality. ［Conclusion］It is suggested that priority should be given to ecological restoration in areas along rivers and lakes where the quality of habitat has been reduced，control and standardize urban construction land，strengthen the construction of urban green space，and build sponge cities.

Key words  Land use change;Landscape index;Habitat quality;Jingzhou City

作者简介  吴铭霞（1993—），女，湖北黄冈人，硕士研究生，研究方向：农业可持续发展。*通信作者，教授，博士，硕士生导师，从事农业可持续发展研究。

收稿日期  2023-11-02；修回日期  2023-12-16

土地利用变化是人类活动对自然环境的最直接和最重要的影响之一，它不仅改变了地表的物理形态，也影响了生态系统的结构和功能，进而影响了生物多样性和生态安全。生境质量是指生境对于维持生物种群和群落的适宜程度，是评价生物多样性和生态系统健康状况的重要指标。因此，研究土地利用变化对生境质量的影响，对于揭示人类活动与自然环境之间的相互作用机制、制定合理的土地利用规划和生态保护政策具有重要的理论意义和实践价值［1］。

目前，国内外关于土地利用变化对生境质量影响的研究已经取得了一些成果。从方法论上，研究者们运用了多种方法来评价生境质量［2］，如景观指数［3］、生境适宜性模型［4］、生态位模型［5］、生态网络分析［6］等，从不同角度和层次反映了生境质量的特征和变化；从实证研究上，研究者们以不同区域和尺度为对象［7］，分析了土地利用变化对生境质量的影响程度和方向［8］，发现土地利用变化通常导致生境质量的下降、破碎化和异质化，并且影响因素存在着复杂的非线性关系［9］。但是，现有的研究仍然存在一些不足之处，主要表现在以下几个方面：①评价方法上，大多数研究只使用了单一或少数几种方法来评价生境质量，缺乏对不同方法之间优劣和适用性的比较和综合［10］；②影响因素上，大多数研究只考虑了自然或社会经济因素中的一部分或某一类别，忽略了不同因素之间的交互作用和协同效应［11］；③研究对象上，大多数研究只关注了某一特定类型或区域的生境质量问题，缺乏对不同类型或区域之间差异和联系的分析。基于上述分析，笔者以荆州市为例，选择1980—2018年为研究时段，以遥感影像、土壤类型图、夜间灯光数据等为数据源，以景观指数、生境质量指数、地理探测器等为评价方法，探讨荆州市土地利用变化的时空格局、生境质量的时空变化规律及其影响因素，以期为优化土地资源配置、促进生态文明建设和提高生境质量提供科学依据。

1  资料与方法

1.1  研究区域概况

选择荆州市作为研究区域，其地理位置如图 1所示。荆州市位于湖北省南部、长江中游，是重要的历史文化名城和交通枢纽，也是长江经济带核心区域之一。荆州市总面积 14 000 km2，辖 5 县（市、区），人口约 600 万。荆州市属于亚热带季风气候，年均气温 16.5 ℃，年降水量1 100 mm。地形以平原为主，西部有低山丘陵，东部有河湖洼地。土壤类型以黄棕壤、水稻土、红壤为主，植被类型以农田植被、灌木林、阔叶林为主。荆州市经济社会发展较快，2018 年 GDP 达到 3 000 亿元，城镇化率达到 60%。

1.2  数据来源

1.2.1  土地利用数据。该研究使用了中国资源环境科学数据中心提供的中国土地利用/覆被数据集（1980—2018 年），该数据集是基于 Landsat TM/ETM+ 遥感影像解译得到的全国范围内的土地利用/覆被数据，空间分辨率为 30 m，时间分辨率为每隔5年一期。该数据集包含了六大类、25 小类的土地利用/覆被类型，该研究将其简化为耕地、林地、草地、水域和建设用地五大类。

1.2.2  自然因素数据。该研究使用了高程数据、坡度数据、土壤类型数据、夜间灯光亮度数据这4种自然因素数据。高程数据和坡度数据来源于中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室提供的中国 1 km 数字高程模型（DEM）数据，该数据是基于 Shuttle Radar Topography Mission（SRTM）数据插值得到的全国范围内的高程数据，空间分辨率为 1 km。土壤类型数据来源于中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室提供的中国 1 km 土壤类型数据，该数据是基于 FAO-UNESCO 土壤分类法对全国范围内的土壤类型进行了划分，空间分辨率为 1 km。夜间灯光亮度数据来源于美国国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的 DMSP-OLS 夜间灯光亮度数据，该数据是基于 DMSP-OLS 卫星传感器获取的全球范围内的夜间灯光亮度数据，空间分辨率为 1 km。

1.2.3  社会经济因素数据。人口密度数据来源于中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室提供的中国 1 km 人口密度格网化数据库（1980—2018 年），该数据库是基于第四次至第六次人口普查数据和年鉴统计数据，采用面向对象的格网化方法，对全国范围内的人口密度进行了格网化处理，空间分辨率为 1 km。GDP 数据来源于湖北省统计局发布的荆州市各县（市、区） GDP 统计数据（1980—2018 年），该数据反映了荆州市各县（市、区）的经济发展水平和差异。城镇化率数据来源于湖北省统计局发布的荆州市各县（市、区）城镇化率统计数据（1980—2018 年），该数据反映了荆州市各县（市、区）的城市化进程和特征。

1.3  数据处理

该研究对以上各种数据进行以下几个方面的处理：①空间匹配。由于各种数据的空间分辨率不同，采用 ArcGIS 软件对各种数据进行空间匹配，将所有数据的空间分辨率统一为1 km，并将所有数据裁剪为荆州市范围。②质量控制。由于夜间灯光亮度数据存在一定的误差和噪声，采用 Elvidge 等［12］提出的方法对夜间灯光亮度数据进行质量控制，去除背景噪声和饱和像元，提高夜间灯光亮度数据的可靠性。③指数计算。采用 ArcGIS 软件对各种自然和社会经济因素进行指数计算，将其转化为 0～1的数值。