, 王川, 刘立程西北师范大学地理与环境科学学院,兰州 730070
Spatio-temporal variation on habitat quality and its mechanism within the transitional area of the Three Natural Zones:A case study in Yuzhong county
LIUChunfang, WANGChuan, LIULicheng收稿日期:2017-08-24
修回日期:2017-11-18
网络出版日期:2018-02-20
版权声明:2018《地理研究》编辑部《地理研究》编辑部
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1 引言
快速的工业化和城镇化促使城乡土地利用空间不断转型与重构,进而对区域生境产生较大冲击并影响着区域生态系统服务水平。生境是指生物出现的环境空间范围,一般指生物生活的生态地理环境,主要包括气候、地形、土壤等环境因子[1],以及它们依赖及作用的场所[2]。生境质量是指在一定的时间和空间中生态系统提供适宜个体与种群持续发展生存条件的能力,是对人类生存繁衍、生产生活的适宜程度,是一切生态系统功能和服务的前提和基础[3,4,5,6]。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[7,8,9]。研究区域生境质量的时空特征及影响因素,掌握生境质量的变化规律,是制定区域可持续发展对策的前提,也是进行土地利用规划、建设和管理的一项不可或缺的基础性工作,具有重要的学术价值和现实意义。早期的生境研究主要关注特定物种的生境条件地域分异特征及对物种的影响与作用[8]。进入2000年以来,国内外****就不同尺度生境质量评价指标体系构建和评价方法完善、生境质量的模型模拟和情景分析、土地利用与生境变化、城市化、资源政策对区域生境质量的调控开展了大量基础研究和应用研究[10,11]。总的来看,****们对生境质量已经展开了多方面、多尺度的研究[12,13,14,15,16]。但大量的研究者都把研究视角放在人类发展对生境质量带来的影响及可采取的措施上,关于生境质量变化的时空特征及其影响因素研究相对较少。已有的对生境影响因素的分析多包含在对特定物种的潜在生境预测过程中,且大多是将自然环境、地理区位、人类干扰和社会经济等影响生境状况的因素纳入模型进行单因素分析,综合探讨其对生境质量的影响及其作用机制的文献较少。同时,研究对象多以自然保护区和流域为分析对象,城市群、省域等研究尺度虽偶有涉及[17,18,19],但以自然区过渡带等生态敏感、脆弱地域为研究对象,从地理学视角系统梳理其生境质量时空特征及其影响因素的研究鲜见。
自然区过渡带是中国重要的地域生态系统,针对该地域的研究一直是地理学与生态学关注的热点与重点[20,21,22,23]。东部季风区、西北干旱半干旱区、青藏高原区三大自然区,是根据中国地形、地质构造、土壤植被等因素划分的典型自然地理分区[24]。这三大自然区的过渡带,在不同的空间尺度和地理位置,其地形、气候、水文、土壤、植被等要素都存在着明显的过渡性特征[25],这使得生境质量及其变化呈现出特殊性与地域性。改革开放以来,伴随着快速的工业化与城市化,过渡带区域的人文社会经济活动与生境质量之间的关系与联系不断强化,生境质量的时空变化也变得更为复杂。因此,选择三大自然区过渡带的典型区域,从地理学视角去分析和探索自然区过渡带生境质量的时空分异特征及影响机制,既能深化和拓展地理学对地域生境质量的研究,又能为区域生态安全格局构建和空间优化提供重要的理论基础与实践指导。
2 研究方法与数据来源
2.1 研究思路与研究区概况
县（区）是中国行政区划体系中的重要组成部分,社会经济活动具有较强的独立性和完整性。20世纪90年代以来,中国县域经济开始快速发展,其生境质量变化也非常显著和典型。基于以上认识,以地处三大自然区过渡带的典型区域榆中县为研究对象,通过评估不同时间序列生境质量的变化,试图清晰地刻画三大自然区过渡带不同尺度（县域、县域内部）生境质量的时空演化特征。在此基础上,利用地理探测器模型,综合考虑自然环境、人类干扰和社会经济等解释变量,分析和讨论过渡带区域不同尺度（县域、县域内部）生境质量的影响因素与机制。榆中县地处甘肃省会兰州市的东部,位于黄土高原、青藏高原两大高原和三大自然区的交汇处,由23个乡镇组成,总面积3308.64 km2（图1）。特殊的地理位置和自然条件,使其形成了从南至北明显的过渡性地理与生态格局。南部山区属于祁连山山系东延部分,沿县界从西北到东南由马啣山和兴隆山组成,包括银山乡、马坡乡、新营乡、龙泉乡4个乡镇。该区域降水量大、植被茂密,是全县主要林区、草原区和重要的生态屏障,承担着市域水源涵养、生物多样性保护等多种生态功能。中部平原区由兴隆山山前冲积洪积平原组成,是城镇及工农业发展的集中区,包括城关镇、金崖镇、定远镇、来紫堡乡等13个乡镇。该区社会经济活动频繁,是复杂系统、多样生态的交错区,更是生态优化发展的重点区域。北部黄土高原区是陇中黄土高原西缘,包括青城镇、贡井乡、哈岘乡、中连川乡等6个乡镇。该区域降水量小,植被稀疏,是典型的生态脆弱区和生态治理的重点区域。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1榆中县位置及地形
-->Fig. 1Location and topography of Yuzhong county
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2.2 数据获取与变量选择
选择1995年、2005年、2015年三个时段,对案例区域的生境质量变化及其影响因素进行分析与评价。土地利用数据源于USGS与EROS提供的遥感数据①(① 三期遥感数据采用的是美国地质调查局(USGS)对地观测资源与科学中心（Earth Resources Observation and Science Center,EROS）提供的空间分辨率为30 m（行列号：130/35）、秋季无云层覆盖的Landsat TM遥感数据（http://glovis.usgs.gov/）。),解译时以榆中县2015年土地利用变更调查数据为基准,首先对2015年遥感数据进行人工目视解译,在此基础上再对1995年和2005年遥感数据进行解译。统一采用WGS_1984坐标系,参考土地利用现状分类标准（GB/T 21010-2007）及研究区土地利用特点建立二级分类体系。通过野外抽样验证,三期分类数据判读精度高于93%。影响区域生境质量的因素很多,涉及到自然条件、社会经济等诸多方面。已有文献大多从单要素对生境质量进行了分析和评价,尤其强调了自然环境对生境质量的影响。论文所研究的自然区过渡带,自然环境脆弱,社会经济发展水平低但发展意愿强烈,政策调控干预也比较强。因此,针对该区域自然条件及发展水平,结合数据的可获取性,选取自然环境、社会经济及政策调控三类共14个变量去解释区域生境质量的空间分异特征,构成地理探测器因子集（表1）。自然环境方面主要考虑了气候、地形及景观的影响,社会经济方面主要考虑了交通区位、经济水平及社会发展的影响,政策调控方面则主要考虑了退耕还林与土地整治的影响。
Tab. 1
表1
表1生境质量影响因素探测指标体系
Tab. 1The index system of influencing factors of habitat quality
| 一级指标 | 二级指标 | 三级指标 | 具体指标 | 计算方法／数据来源 |
|---|---|---|---|---|
| 自然环境 | 气候因子 | X1 | 年均降雨量 | 榆中县气象局 |
| X2 | 年均气温 | 榆中县气象局 | ||
| 地形因子 | X3 | 起伏度 | 基于填洼处理后的DEM在GIS使用Block Statistics工具提取 | |
| X4 | 平均海拔 | 基于填洼处理后的DEM在GIS中使用分区统计工具提取 | ||
| 景观因子 | X5 | 平均斑块面积 | 利用Fragstats 4.2软件计算 | |
| X6 | 破碎度 | 利用Fragstats 4.2软件和破碎度计算公式计算 | ||
| 社会经济 | 交通区位 | X7 | 距县城距离 | 乡镇中心点到县城中心点的交通距离 |
| X8 | 交通便捷度 | 道路长度/总面积 | ||
| 经济水平 | X9 | 工农业总产值 | 《榆中县统计提要》 | |
| X10 | 粮经比 | 粮食产量/（油料产量+蔬菜产量+瓜果产量） | ||
| 社会发展 | X11 | 农民人均纯收入 | 《榆中县统计提要》 | |
| X12 | 人口密度 | 总人口数/总面积 | ||
| 政策调控 | 土地整治 | X13 | 土地整治规模 | 榆中县国土局 |
| 退耕还林 | X14 | 退耕还林规模 | 林地增加面积 |
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2.3 研究方法
2.3.1 生境质量评估 运用 InVEST 模型中的生境质量模块（Habitat Quality）对榆中县的生境质量进行评估。模块以土地利用数据为基础,利用生境适宜度、胁迫因子（威胁地类）影响距离与权重、各生境类型对胁迫因子的敏感性进行生境质量评估,其计算公式如下[26]：式中：Qxj为土地利用/覆被类型j中x栅格的生境质量指数;Hj为土地利用/覆被类型j的生境适宜度,值域为[0,1];Dxj为土地利用/覆被类型j中x栅格的生境的退化度;k为半饱和常数,取最大退化度（由模型运算得到）的一半;z为归一化常量,是模型默认参数。Dxj通过以下公式计算：
式中：R为胁迫因子个数;Wr为胁迫因子r的权重;Yr为胁迫因子的栅格数;ry为栅格y胁迫因子值;irxy为栅格y的胁迫因子ry对栅格x的胁迫水平;βx为胁迫因子对栅格x的可达性;Sjr为生境类型j对胁迫因子r的敏感程度;dxy为栅格x与栅格y的直线距离;dr max为胁迫因子r的最大胁迫距离。
模型中胁迫因子的最大影响距离及权重、各土地利用类型对生境胁迫因子的敏感程度需要根据研究区具体情况进行调整。本文向熟悉该研究区域的中国科学院西北生态环境资源研究院（筹）、兰州大学、甘肃农业大学、榆中县国土资源局、榆中县环保局等单位共25位不同领域专家发放问卷,对胁迫因子影响距离、权重以及各生境类型对胁迫因子的敏感性进行打分,采用德尔菲法（Delphi）综合确定各项参数最终值。
2.3.2 生境质量时空差异测度 采用变异系数、泰勒指数来测度生境质量的区域差异程度。这两个指数常常被用于测度要素发展的不均衡或差异性,在地理学研究已广泛用于空间差异分析[27,28],其优点是可以消除单位和平均数不同对结果的影响。为了更细致地刻画自然区过渡带研究区生境质量的空间特征,将北、中、南三大地带各乡镇的生境质量与全县平均值进行比较,衡量各区域生境质量演进过程中的变化差异,从而进一步考察研究区生境质量变化的空间特征。
式中：CV为变异系数;n为乡镇数;hi为i乡镇的生境质量指数;
泰勒指数可将生境质量的总体差异分解为南、中、北三大地带内及地带间的差异。
式中：TWR为三大地带内差异;TBR为三大地带间差异;n为乡镇数;nb、nz、nn分别为北、中、南部乡镇数;Ti为i乡镇的生境质量指数与全县平均水平的比值;Tb、Tz、Tn分别为北、中、南部生境质量指数与全县平均水平的比值。
2.3.3 生境质量影响因素与机制分析 地理探测器（Geographical Detector）是探测空间分异、揭示其背后驱动因子的一种统计学方法[29,30]。目前该方法已被广泛应用于从国家、区域、城市到乡镇不同尺度的自然与社会经济问题研究[31,32,33]。在这些应用中,地理探测器主要被用来分析各种现象的驱动力和影响因子以及多因子交互作用。本文运用地理探测器中的因子探测器和交互探测器模型对过渡区域生境质量的影响因素进行识别,进而对区域生境质量的空间分异机制进行探讨。
因子探测器：主要测度不同因子对生境质量空间差异的解释程度。计算公式为[34]：
式中：PD,H为影响因子D对生境质量H的解释力;n、σH2分别为整个区域的样本量和方差;nh、σh2为h（h=1,2,…,L）层样本量和方差。PD,H取值范围为[0,1],数值越大表明分类因素对生境质量的解释力越强。
交互探测器：主要探测各变量之间影响生境空间分异的相互关系。原理如下：若P(x∩y)<min(P(x),P(y)),说明因子x和y交互后非线性减弱;若min(P(x),P(y))<P(x∩y)<max(P(x),P(y)),说明因子x和y交互后单因子非线性减弱;若P(x∩y)>max(P(x),P(y))说明,因子x和y交互后双因子加强;若P(x∩y)>P(x)+P(y),说明因子x和y交互后非线性加强;若P(x∩y)=P(x)+P(y),说明因子x和y相互独立。
3 三大自然区过渡带区域生境质量时空发展特征
3.1 生境质量变化的时间差异
对1995-2015年榆中全县生境质量指数的分析表明,全县生境质量总体保持稳定,略有提升（图2）。生境质量指数从1995年的0.3523提高到2015年的0.3530,阶段性波动特征并不明显,20年提高了0.2%。这与全国“退耕还林”工程全面实施下自然生态环境的改善密切相关。榆中县作为黄河上游退耕还林的重点区域,2002-2004年共实施退耕地造林、荒山荒地造林和封山育林面积4300 hm2,使得1995-2005年全县生境质量指数提高了0.91%;进入2006年后,由于“退耕还林”工程暂时性放缓、退耕还林成果管护不善以及城市化进程的加快,2005-2015年全县生境质量指数出现0.7%的小幅下降。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图21995-2015年榆中县生境质量指数变化
-->Fig. 2Change of habitat quality index in Yuzhong county from 1995 to 2015
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县域内部三大地带生境质量指数的变化呈现出由南向北递减的三级梯度特征（图2）,这与三大地带经济发展格局的变化基本一致。1995-2015年间,北部地带生境质量指数稳步提升,增长率为2.74%;南部和中部地区生境质量指数则在下降,降低率分别为0.29%、1.26%。究其原因,主要是由于全县退耕地造林、荒山荒地造林主要集中于北部黄土丘陵山区,加之中部平原地区为县域小城镇重点发展区,2005年前后建设用地规模增长较快,以及南部山地存在零星草场退化等情况所导致。尽管如此,区域生境质量格局依然保持“南—中—北”阶梯式递减的总体特征。如图3,对北、中、南部三大地带生境质量指数的样本均值进行分析,进一步验证了三大地带的明显的阶梯性差异。南部地区的生境质量水平一直保持在最高,远远大于中北部地区。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3榆中县生境质量指数的空间分布
-->Fig. 3The spatial distribution of habitat quality index in Yuzhong county
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3.2 生境质量变化的空间差异
选用Theil指数和变异系数CV考察研究区生境质量变化空间差异的演变趋势。如图4所示,全县及各分区生境质量变异系数和Theil指数的变化趋势基本相同,数据分析结果可用。20年间全县、地带内、地带间Theil指数均呈现出平稳的下降趋势。全县变异系数由1995年的0.2786下降到2015年的0.2717,下降了2.48个百分点;Theil指数由1995年的0.0342下降到2015年的0.0324,下降了5.2个百分点。这表明20年间全县生境质量的空间差异在逐渐缩小,呈现逐渐收敛的趋势。同时,由泰勒指数可以看出,1995-2015年全县地带内差异均大于地带间差异,地带内差异与总体差异更为接近,说明全县生境质量总体差异主要由地带内差异引起,其贡献率平均达84.72%。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图41995-2015年榆中县生境质量指数区域差异
-->Fig. 4The regional difference of habitat quality index of Yuzhong county from 1995 to 2015
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虽然全县生境质量的地带间与地带内差异均趋于缩小,但南、中、北部地带内差异演变情况存在较大差别。20年间北部地带内部差异则呈持续加大的态势,Theil指数由1995年的0.00021提高到2015年的0.00047,升高了129个百分点;中部地带内部差异连续下降趋势,Theil指数由1995年的0.00999下降到2015年的0.00963,下降了3.64个百分点;南部山区内部差异在总体来说逐渐缩小,Theil指数由1995年的0.01823下降到2015年的0.01782,下降了2.22个百分点,但由于退耕还林项目的停滞,2015年又略有回升。总体来看,三大地带内生境质量指数发展空间差异同样呈现出由南向北递减的三级梯度特征,北部地带乡镇间的差异最小,中部地带次之,南部差异最大。
4 三大自然区过渡带生境质量演化机制
上文的分析发现县域及内部分区生境质量演化存在着明显的时空分异,利用因子探测器及交互探测器方法,进一步从县域以及内部分区两个层面分析和探索生境质量变化的影响因子及其演化机制。4.1 生境质量影响因子探测及其分析
根据1995-2015年全县及三大分区的所有变量贡献率的计算结果发现,各因子对全县生境质量变化都发挥着不同程度的作用,但没有特别突出的因子（图5）。这主要是由于分析尺度较大而均质化了内部差异,从而导致影响因子作用被“削弱”而呈现扁平化趋势。从贡献率变化来看,6个自然环境因子总体表现为持续增长,而6个社会经济因子的贡献率趋于下降,2个政策因子在2005年之后对生境质量变化的影响逐渐显现。20年来,自然环境因素对全县生境质量变化起着基础和关键性作用,这些因素稳定了全县的生境质量并推动其空间差异的逐渐缩小。社会经济要素对生境质量变化的影响呈现出明显波动,尤其是经济水平因素和社会发展因素对生境质量变化贡献持续减小。政策调控方面,退耕还林、土地整治尽管总体贡献较小,但影响在逐渐加大,表明政策调控对生境质量的提升初见成效。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图51995-2015县域及内部分区各因子贡献率
-->Fig. 5The contribution rate of each factor in county and inner zones (1995-2015)
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相对于南部和中部,北部黄土高原的自然条件较差,降雨量小且蒸发量大。1995年以来,该区域生境质量不断提高,这与人口密度持续降低,退耕还林面积不断增加密切相关。但由于地形地貌差异以及社会经济活动的不同,加之退耕还林主要集中在贡井乡、中连川乡等地,导致内部的空间差异持续加大。20年中,自然环境变量中的降雨量X1、起伏度X3、海拔X4、平均斑块面积X5的贡献率虽有不同程度的下降,但对该区域生境质量的提高仍然保持着重要影响。社会经济变量中的距县城距离X7、交通便捷度X8、工农总产值X9、农民人均纯收入X11在三个时段的贡献均较大,它们和前面的4个自然环境因子一起,是影响生境质量变化的主要因子。值得注意的是,三个时间段的第一主因子都来自社会经济方面。进入2015年,土地整治X13成为第二主因子,和退耕还林X14一起,反映了政策调控对生境质量变化的积极作用。
1995年以来,随着城镇化的较快发展,中部平原区生境质量在不断降低的同时,内部的空间差异也持续缩小。三个时期的分析表明,海拔X4、平均斑块面积X5、破碎度X6、距县城距离X7、交通便捷度X8、人口密度X12是影响该区域生境质量变化的主要因子。其中,海拔X4、平均斑块面积X5的贡献率持续增大,说明地形因素、景观因素对中部平原区生境质量变化的贡献在不断提高,这与平原区一体化的快速发展及其所带来的土地破碎化密切相关。社会经济方面,距县城距离X7、人口密度X12的贡献率持续增大,人口密度X12在2015年成为第一主因子,说明交通的便捷程度和人口密度的变化对平原区生境质量的重要影响。从因子数量来看,中部地区社会经济变量中的主因子明显多于自然环境变量的主因子,反映了社会经济发展是该区域生境质量降低的主要原因。由于不是退耕还林和土地整治的重点区,政策调控因子对该区域生境质量变化的影响较北部黄土高原区小。
20年间,南部山区生境质量不断降低,其内部空间差异呈现出小幅度“先缩小后增大”的特征,但总体保持稳定。分析表明,三个时期的气候、地形、景观、区位因素保持着稳定的高贡献率且持续增长,这充分说明自然环境因子是该区域生境质量空间分异的主要影响因素,如草场退化明显导致该区域生境质量的降低。社会经济方面,交通便捷度X8、距县城距离X7两个因子的贡献率一直保持着主导地位,这说明交通区位对南部山区生境质量变化持续发挥着较大影响。同时,由于南部山区产业发展及农民收入来源的多样化,导致社会经济发展水平各因子的贡献率呈现出明显的分化。政策调控方面,由于土地整治和退耕还林在乡镇间的不均衡,导致该区域生境质量内部差异呈现“先缩小、后增大”的微弱变化。
4.2 生境质量演化机制
上文分析了14个影响因子对榆中生境质量变化的重要性,但在实际作用中,是不同因子间的复杂互动共同推动了生境质量的变化。进一步的交互探测分析也证实了,无论是在县域还是县域内部各分区之间,三个年度各因子之间对生境质量变化都呈现出协同增强作用（表2）。Tab. 2
表2
表2县域及内部分区主要交互因子及其变化
Tab. 2The main interaction factors of county and inner zones and their changes
| 年份 | 县域 | 北部黄土高原区 | 中部平原区 | 南部山区 |
|---|---|---|---|---|
| 1995 | X4∩X12(0.94870) X3∩X7(0.90234) X4∩X6(0.89341) X4∩X8(0.88954) X5∩X7(0.88855) | X3∩X7(1.00000) X1∩X9(0.99998) X4∩X8(0.99668) X7∩X11(0.94806) X5∩X7(0.93389) | X4∩X9(1.00000) X6∩X11(0.99939) X1∩X4(0.99896) X2∩X4(0.99704) X4∩X11(0.99600) | X6∩X8(1.00000) X1∩X10(0.99999) X5∩X11(0.99988) X3∩X10(0.99977) X3∩X7(0.99735) |
| 2005 | X5∩X11(0.97223) X4∩X6(0.89568) X3∩X7(0.89471) X8∩X11(0.88808) X5∩X7(0.87370) | X4∩X10(1.00000) X1∩X11(0.99576) X2∩X7(0.99261) X4∩X8(0.97250) X5∩X7(0.94349) | X6∩X10(1.00000) X2∩X4(0.99853) X1∩X4(0.99821) X5∩X7(0.99430) X6∩X12(0.99084) | X4∩X8(1.00000) X5∩X8(0.99999) X5∩X10(0.99978) X3∩X7(0.99170) X1∩X6(0.97554) |
| 2015 | X4∩X6(0.94820) X4∩X8(0.90006) X3∩X7(0.89510) X2∩X6(0.88327) X6∩X7(0.87689) | X6∩X8(1.00000) X1∩X9(0.99668) X4∩X13(0.97597) X1∩X12(0.94893) X2∩X14(0.93751) | X6∩X13(1.00000) X1∩X4(0.99999) X2∩X4(0.99998) X5∩X10(0.99895) X10∩X12(0.99523) | X4∩X9(1.00000) X5∩X8(0.99998) X4∩X11(0.99988) X5∩X10(0.99976) X6∩X9(0.99263) |
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就县域整体而言,因子之间的交互关系表现为非线性增强作用和双因子增强共存,但前者明显作用大于后者。1995-2015年间,自然因子和社会经济因子之间一直表现出较强的交互作用。各类型因子的交互强弱依次表现为：自然和社会经济因子的交互强于自然因子内部交互及社会经济因子内部交互。政策调控因素在2005年开始发挥作用,表现为政策变量与自然变量及社会经济变量之间的交互作用逐渐加强。可以得出,尽管自然环境变量对于县域生境质量变化非常重要,但在实际作用过程中,自然环境变量与社会经济变量之间有明显的协同增强效应,尤其是交通区位因素、社会发展水平因素与自然环境要素之间的协同作用最强。进入2005年之后,随着“退耕还林”及土地整治的落实与推进,政策调控方面的因子与社会经济因子之间的互动作用加强,共同推动了生境质量的变化。
对县域内部三大分区的交互探测分析也发现：各因子之间的交互主要是双因子和非线性两种增强效应类型。北部黄土高原区和中部平原区因子之间的交互关系主要表现为双因子增强作用占绝对优势,非线性增强作用较弱。而南部山区在三个时间段的变化,几乎都是双因子增强效应。1995-2015年间,三大分区各类因子之间的交互作用表现出与县域相同的特征：自然因子和社会经济因子之间交互作用明显强于自然因子内部交互及社会经济因子内部交互。2005年以来,政策调控因素与自然因子及社会经济因子之间的交互作用不断加强,具体表现为：北部黄土高原区最强,其次是南部山区,而中部平原区相对较弱。这与国家精准扶贫政策主要集中在北部黄土高原区和南部山区有关。
总体而言,相较于县域整体,其内部不同分区生境质量演化的影响因素及其作用机制更为复杂,这显然是自然区过渡带复杂的自然与人文经济地理条件下多因素协同增强作用的结果。自然环境要素对三大区域的生境质量变化一直发挥着基础性和关键性的作用。但由于所处自然区过渡带的自然与经济地理特性,气候因素、地形因素、景观因素等方面,尤其是单个影响因子,具体的作用都不尽相同。在所有影响生境质量及其空间分异的变量中,自然变量、社会经济变量与政策变量共同起着主导作用。当政策变量与社会经济变量共同作用时,政策变量会增强社会经济变量对生境质量变化影响的力度,当自然变量与社会经济变量共同作用时,社会经济变量会增强自然变量对生境质量影响的力度,正是由于这些变量间的共同作用导致区域生境质量发生了变化。
5 讨论
对三大自然区过渡带县域及内部分区的实证研究,从地理学视角并运用地理学分析方法探讨了该地域生境质量的时空分异特征及其影响机制,对过渡带区域生境质量以及过渡带地理学研究具有一定的理论贡献,深化了地理学对地域生境质量的研究。5.1 不同因子间的复杂互动下的协同增强效应共同推动了全县生境质量的变化,但其具体的演化机制在县域和内部不同分区则不同
随着地理尺度的变化与时间变化,生境质量时空演化的影响因素也发生着相应的改变。已有的研究探索了省际区域层面的生境质量演变[7],本文验证了地理尺度的差异对区域生境质量变化及其机制研究的重要性,进一步拓展了地理学对于尺度问题的研究。县域尺度影响因子的贡献度分析表明,并没有占明显优势的主因子。内部分区则发现,自然与人文经济地理条件的不同,影响因子对生境质量及其变化的贡献也会不同。正因为如此,不同因子间的复杂互动下的协同增强效应共同推动了全县生境质量的变化,但其具体的演化机制在县域和内部不同分区则不同。当然,由于数据获取的限制,本文在各因子的影响及作用机制分析方面,还难以对过渡带区域的复杂因子互动进行更准确地分析与刻画,这需要在后续的研究中深入探索。5.2 区域生境质量的优化与提升不仅关系到生态环境的改善,也直接影响着城乡居民的生计与福祉
本文对自然区过渡带生境质量的研究,发现了不同的自然条件对生境质量的影响是有差异的,而不同的社会经济活动及政策措施会增大或缩小这一差异。因此,需要采取差异化的策略去优化区域生境质量以及生态安全格局的构建。由于城镇化的快速发展,中部平原区的生境质量有所降低,但该区域整体工业化水平较低,主体仍然是以农业及农产品加工为主,并不能说明生境质量的降低一定是社会经济活动单方面作用所造成的。事实上,近20年来,政府在交通等基础设施、生态绿化设施方面的投入,极大地改善了生境质量。同时,研究也表明了土地整治和退耕还林政策的落实,的确有效地提升了区域生境质量。所以,在具体执行时,需要从可持续发展的角度进一步统筹考虑政策制定对社会经济及自然环境带来的影响,从而提高政策的针对性与有效性。6 结论
以中国三大自然区过渡带的典型区域——甘肃省榆中县为例,利用多源数据及变异系数、泰勒指数等方法分析并评价了1995-2015年间区域生境质量的时空变化,并借助地理探测器分析讨论了榆中县域及内部生境质量演化的影响机制。（1）20年来,榆中县生境质量总体保持稳定并略有提升,但由于地处自然区过渡带,生境质量存在着明显的空间分异。随着时间和地理空间尺度变化而变化,总体呈现出由南向北递减的三级梯度特征。北部黄土高原区生境质量不断提高,中部平原区和南部山区的生境质量则出现不同程度下降。这种地理分布的形成及变化与不同地域的自然条件、社会经济发展水平及空间格局较吻合。
（2）全县生境质量地带间与地带内差异均趋于缩小,这主要由地带内差异所决定,地带内差距变动贡献率大于地带间贡献率。综合比较全县、地带间、地带内生境质量指数发展的相对差异变动过程,可以看出,北部黄土高原区、中部平原区地带内的变动趋势接近全县水平的变动趋势,特别是北部地带内部变动趋势与全县水平的变动趋势有较高的一致性。
（3）自然环境要素对三大区域的生境质量变化一直发挥着基础性和关键性的作用,自然条件的改善无疑会提高生境质量。自然环境要素对生境质量变化一直发挥着稳定性的作用,自然条件的改善影响着生境质量的变化。随着社会经济发展水平的逐渐提高和国家对生态环境问题的重视,社会经济要素对生境质量的影响程度在减弱,而政策调控因素的影响程度在逐渐加强。当然,社会经济要素及政策调控要素对生境质量的影响也是通过与自然环境要素的协同作用,进而影响到生境质量及其空间差异的变化。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献 原文顺序
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文中引用次数倒序
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| [6] | . 本文评价了三江源自然保护区生态系统宏观结构及涵养水源、保持水土、保护生物多样等主要生态服务功能，分析了自然保护区生态保护与建设工程的生态成效及其原因。结果显示，工程实施后，各自然保护区的土地覆被转类指数明显增加，生态系统宏观状况好转；保护区内草地生产力皆呈增加趋势，水域面积增加，食物供给能力提高，栖息地生境好转。森林类保护区的森林面积减少趋势得到遏制；湿地类保护区的湿地面积多呈增加趋势；草地类保护区的草地减少趋势缓解，荒漠化明显遏制，草地植被覆盖度有所增加；冰川类保护区多条冰川I出现明显退缩导致冰川融水增多，有利于雪线以下草地净初级生产力的增加。 . 本文评价了三江源自然保护区生态系统宏观结构及涵养水源、保持水土、保护生物多样等主要生态服务功能，分析了自然保护区生态保护与建设工程的生态成效及其原因。结果显示，工程实施后，各自然保护区的土地覆被转类指数明显增加，生态系统宏观状况好转；保护区内草地生产力皆呈增加趋势，水域面积增加，食物供给能力提高，栖息地生境好转。森林类保护区的森林面积减少趋势得到遏制；湿地类保护区的湿地面积多呈增加趋势；草地类保护区的草地减少趋势缓解，荒漠化明显遏制，草地植被覆盖度有所增加；冰川类保护区多条冰川I出现明显退缩导致冰川融水增多，有利于雪线以下草地净初级生产力的增加。 |
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| [8] | . 为了探究城市化背景下土地利用格局变化对生境质量的影响,应用InVEST模型计算北京主要威胁源(城市、农村、主要交通干道、耕地)对生境退化的贡献,评估北京1990-2010年的生境质量变化.研究结果显示,生境退化最严重的区域,主要集中在海淀、朝阳、石景山和丰台四区,永定、潮白两河以及海拔75～100 m左右的平原-山区交界地带.威胁源对生境退化的影响从大到小依次是耕地、城镇用地、农村居民点以及主要交通干道.20年间,耕地的贡献率逐渐减小(从77.79％降至61.15％),城镇用地的贡献率则从18.10％提高到31.54％.1990-2000年间,生境质量在东城、西城外围的海淀、朝阳、石景山、丰台四区呈环形集中退化趋势,生境质量总值下降2.3％.2000-2010年间生境质量在平原区呈现大范围分散式退化趋势;在房山西部山区以及密云、怀柔、昌平、房山海拔75～100m左右的平原-山区交界地带呈现集中退化趋势;西北部和西部山区生境则得到明显恢复.总体看,第二个10年生境质量总值下降1.2％,退化程度较第一个10年有所减轻.未来的生境保护以及城市规划应重点关注生境退化最为突出的平原与山区交界区域.研究结果对制定合理的土地利用政策以及保护生物多样性具有一定的积极作用. 为了探究城市化背景下土地利用格局变化对生境质量的影响,应用InVEST模型计算北京主要威胁源(城市、农村、主要交通干道、耕地)对生境退化的贡献,评估北京1990-2010年的生境质量变化.研究结果显示,生境退化最严重的区域,主要集中在海淀、朝阳、石景山和丰台四区,永定、潮白两河以及海拔75～100 m左右的平原-山区交界地带.威胁源对生境退化的影响从大到小依次是耕地、城镇用地、农村居民点以及主要交通干道.20年间,耕地的贡献率逐渐减小(从77.79％降至61.15％),城镇用地的贡献率则从18.10％提高到31.54％.1990-2000年间,生境质量在东城、西城外围的海淀、朝阳、石景山、丰台四区呈环形集中退化趋势,生境质量总值下降2.3％.2000-2010年间生境质量在平原区呈现大范围分散式退化趋势;在房山西部山区以及密云、怀柔、昌平、房山海拔75～100m左右的平原-山区交界地带呈现集中退化趋势;西北部和西部山区生境则得到明显恢复.总体看,第二个10年生境质量总值下降1.2％,退化程度较第一个10年有所减轻.未来的生境保护以及城市规划应重点关注生境退化最为突出的平原与山区交界区域.研究结果对制定合理的土地利用政策以及保护生物多样性具有一定的积极作用. |
| [9] | . 为研究2000-2010年辽宁省海岸带景观格局与生境质量变化并探讨其变化原因,提取研究区2000年、2005年以及2010年三期景观类型,使用马尔柯夫模型的转移矩阵分析景观格局时空变化特征;利用景观生态分级指数模型计算景观类型转化强度;采用InVEST模型评价生境质量,探究景观格局变化与人类活动之间关系。结果表明:10年间,人工湿地与自然湿地面积均增加,开发浅海水域形成的养殖用地面积增加最多;2000-2005年、2005- 2010年转化强度指数均为负,景观生态级别下降,大量高生态级别的景观向低生态级别转化。景观生境质量指数减少,生物多样性服务功能降低,生境质量发生退化。湿地景观格局变化与人类活动密切相关,滨海自然湿地人工化,湿地围垦以及城镇化扩张成为海岸带生态景观变化的主要原因。研究成果可为海岸带生态系统的可持续发展提供有效的决策支持。 . 为研究2000-2010年辽宁省海岸带景观格局与生境质量变化并探讨其变化原因,提取研究区2000年、2005年以及2010年三期景观类型,使用马尔柯夫模型的转移矩阵分析景观格局时空变化特征;利用景观生态分级指数模型计算景观类型转化强度;采用InVEST模型评价生境质量,探究景观格局变化与人类活动之间关系。结果表明:10年间,人工湿地与自然湿地面积均增加,开发浅海水域形成的养殖用地面积增加最多;2000-2005年、2005- 2010年转化强度指数均为负,景观生态级别下降,大量高生态级别的景观向低生态级别转化。景观生境质量指数减少,生物多样性服务功能降低,生境质量发生退化。湿地景观格局变化与人类活动密切相关,滨海自然湿地人工化,湿地围垦以及城镇化扩张成为海岸带生态景观变化的主要原因。研究成果可为海岸带生态系统的可持续发展提供有效的决策支持。 |
| [10] | . <p>土地利用变化是全球变化的核心内容，评估土地利用变化引起的生境质量时空分异性是区域生态规划的基础，能为土地利用规划和土地管理政策制定提供科学依据.本文在分析京津冀2000—2010年土地利用变化的基础上，以InVEST模型对生境质量进行总体评估，并基于流域划分，借助剖面线和空间自相关深入分析了生境质量格局时空分异性.结果表明：2000—2010年，研究区主要土地利用变化类型为：耕地转为建设用地、林地和草地间的相互转换及水体转为耕地，这导致景观结构异质性的减弱和破碎度的提升.两时期生境质量格局整体表现为东南部和南部较低、北部和西部较高.其中，东南部和南部2010年生境质量明显下降，发生了一定生境退化乃至丧失现象.各流域生境质量具有明显分段特征，较多样点在2010年出现不同程度退化，但也有部分有所改善.该区生境质量格局空间分布集聚性有所增强.2000年“高高”型生境质量流域空间聚集区为滦河流域和白河流域上游地区，“低低”型聚集区集中在永定河中下游和潮白河流域部分地区.2010年“高高”型和“低低”型空间聚集区在原有基础上各自向西南方向有所扩展.</p> <p>土地利用变化是全球变化的核心内容，评估土地利用变化引起的生境质量时空分异性是区域生态规划的基础，能为土地利用规划和土地管理政策制定提供科学依据.本文在分析京津冀2000—2010年土地利用变化的基础上，以InVEST模型对生境质量进行总体评估，并基于流域划分，借助剖面线和空间自相关深入分析了生境质量格局时空分异性.结果表明：2000—2010年，研究区主要土地利用变化类型为：耕地转为建设用地、林地和草地间的相互转换及水体转为耕地，这导致景观结构异质性的减弱和破碎度的提升.两时期生境质量格局整体表现为东南部和南部较低、北部和西部较高.其中，东南部和南部2010年生境质量明显下降，发生了一定生境退化乃至丧失现象.各流域生境质量具有明显分段特征，较多样点在2010年出现不同程度退化，但也有部分有所改善.该区生境质量格局空间分布集聚性有所增强.2000年“高高”型生境质量流域空间聚集区为滦河流域和白河流域上游地区，“低低”型聚集区集中在永定河中下游和潮白河流域部分地区.2010年“高高”型和“低低”型空间聚集区在原有基础上各自向西南方向有所扩展.</p> |
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| [12] | . Connectivity is a key concept of landscape ecology as it relates to flows and movements of organisms as driven by landscape structure. More and more aspects of landscape heterogeneity are considered in measuring connectivity, as the diversity of crops in agricultural landscapes. In this paper, we explored the value of considering changes and cumulated effects of connectivity over time. As an example, we analysed connectivity among patches influenced by maize over 7 years in an agricultural landscape in Brittany, France.Clear temporal patterns appeared: maize is concentrated in certain parts of the landscape, but over the period the whole area, 70% of the landscape, used for maize was connected. Instead of discrete patches, maize may produce large clusters allowing movement from patch to patch from year to year. This reinforces the importance of understanding land use allocation rules within farms and landscapes to evaluate the ecological effects of agriculture. |
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| [15] | . Abstract Changes in land-use practices have affected the integrity and quality of water resources worldwide. In Patagonia there is a strong concern about the ecological status of surface waters because these changes are rapidly occurring in the region. To test the hypothesis that greater intensity of land-use will have negative effects on water quality, stream habitat and biodiversity we assessed benthic macroinvertebrates, riparian/littoral invertebrates, fish and birds from the riparian corridor and environmental variables of 15 rivers (Patagonia) subjected to a gradient of land-use practices (non-managed native forest, managed native forest, pine plantations, pasture, urbanization). A total of 158 macroinvertebrate taxa, 105 riparian/littoral invertebrate taxa, 5 fish species, 34 bird species, and 15 aquatic plant species, were recorded considering all sites. Urban land-use produced the most significant changes in streams including physical features, conductivity, nutrients, habitat condition, riparian quality and invertebrate metrics. Pasture and managed native forest sites appeared in an intermediate situation. The highest values of fish and bird abundance and diversity were observed at disturbed sites; this might be explained by the opportunistic behavior displayed by these communities which let them take advantage of increased trophic resources in these environments. As expected, non-managed native forest sites showed the highest integrity of ecological conditions and also great biodiversity of benthic communities. Macroinvertebrate metrics that reflected good water quality were positively related to forest land cover and negatively related to urban and pasture land cover. However, by offering stream edge areas, pasture sites still supported rich communities of riparian/littoral invertebrates, increasing overall biodiversity. Macroinvertebrates were good indicators of land-use impact and water quality conditions and resulted useful tools to early alert of disturbances in streams. Fish and birds having a greater ability of dispersion and capacity to move quickly from disturbances would reflect changes at a higher scale. Copyright 2010 Elsevier B.V. All rights reserved. |
| [16] | . Land-use change has a significant impact on the world's ecosystems. Changes in the extent and composition of forests, grasslands, wetlands and other ecosystems have large impacts on the provision of ecosystem services, biodiversity conservation and returns to landowners. While the change in private returns to landowners due to land-use change can often be measured, changes in the supply and value of ecosystem services and the provision of biodiversity conservation have been harder to quantify. In this paper we use a spatially explicit integrated modeling tool (InVEST) to quantify the changes in ecosystem services, habitat for biodiversity, and returns to landowners from land-use change in Minnesota from 1992 to 2001. We evaluate the impact of actual land-use change and a suite of alternative land-use change scenarios. We find a lack of concordance in the ranking of baseline and alternative land-use scenarios in terms of generation of private returns to landowners and net social benefits (private returns plus ecosystem service value). Returns to landowners are highest in a scenario with large-scale agricultural expansion. This scenario, however, generated the lowest net social benefits across all scenarios considered because of large losses in stored carbon and negative impacts on water quality. Further, this scenario resulted in the largest decline in habitat quality for general terrestrial biodiversity and forest songbirds. Our results illustrate the importance of taking ecosystem services into account in land-use and land-management decision-making and linking such decisions to incentives that accurately reflect social returns. |
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| [20] | . 水利工程的建设不仅改变了库区的景观格局,还会导致区域生物生境质量的变化.以澜沧江漫湾库区为例,在综合海拔高度、植被类型和水源地距离生境因子的基础上,考虑生物扩散过程,研究了建坝前后整个库区以及典型研究小区(库首、库中、库尾、对照)的重要生境斑块空间分布变化.结果表明:漫湾水电站建成后,库区的猕猴总体生境破碎化程度增加,景观连接度减少且重要生境斑块的比例也有所降低,生境质量整体下降;4个研究小区的景观格局变化情况同整个库区相一致.空间上,生境质量明显退化的地区主要分布在库区的西部和南部,尤其是库尾地区,其生境斑块数量相较于建坝前增长了9倍,而景观连接度指数下降了81.48％.回归分析结果表明景观连接度指数与占景观面积百分比指数(PLAND)呈显著正相关(R2=0.973),与斑块数(NP)呈显著负相关(R2=-0.611);肯德尔系数表明斑块数(NP)、最大斑块指数(LPI)、占景观百分比指数(PLAND)、相似邻近百分比指数(PLADJ)、连通度指数(CONNECT)和香农多样性指数(SHDI)7个景观格局指数与景观连接度指数均表现出显著一致性.由此看出,库区景观破碎化越严重、区域景观连接度越低,生境质量退化越明显;而提高生境主要植被类型的覆盖率、保护连接度贡献大的重要斑块和建设生态廊道,可以有效恢复库区生物生境质量. . 水利工程的建设不仅改变了库区的景观格局,还会导致区域生物生境质量的变化.以澜沧江漫湾库区为例,在综合海拔高度、植被类型和水源地距离生境因子的基础上,考虑生物扩散过程,研究了建坝前后整个库区以及典型研究小区(库首、库中、库尾、对照)的重要生境斑块空间分布变化.结果表明:漫湾水电站建成后,库区的猕猴总体生境破碎化程度增加,景观连接度减少且重要生境斑块的比例也有所降低,生境质量整体下降;4个研究小区的景观格局变化情况同整个库区相一致.空间上,生境质量明显退化的地区主要分布在库区的西部和南部,尤其是库尾地区,其生境斑块数量相较于建坝前增长了9倍,而景观连接度指数下降了81.48％.回归分析结果表明景观连接度指数与占景观面积百分比指数(PLAND)呈显著正相关(R2=0.973),与斑块数(NP)呈显著负相关(R2=-0.611);肯德尔系数表明斑块数(NP)、最大斑块指数(LPI)、占景观百分比指数(PLAND)、相似邻近百分比指数(PLADJ)、连通度指数(CONNECT)和香农多样性指数(SHDI)7个景观格局指数与景观连接度指数均表现出显著一致性.由此看出,库区景观破碎化越严重、区域景观连接度越低,生境质量退化越明显;而提高生境主要植被类型的覆盖率、保护连接度贡献大的重要斑块和建设生态廊道,可以有效恢复库区生物生境质量. |
| [21] | . 生态地理区划作为自然区划的新分支,近年来受到国内外地理****的广泛关注,其在认识地理分异规律及区域规划活动中发挥着重要作用。传统生态地理分区多依据自上而下的三级演绎途径,且对于多分区方案的对比与优选缺乏定量化准则。黄土高原作为中国典型的生态脆弱区,植被生长与恢复对缓解当地生态困境十分重要,因此以植被多年动态一致性特征作为分区合理性的评价指标,有助于准确揭示当地生境特点及分异规律。为此,选取热量类、水分类、地形类及地表覆被类共9个指标,采用自组织映射网络(SOFM)与GIS空间分析技术,基于黄土高原近30年来自然本底与覆被状况进行生态地理分区;并依循植被动态一致性准则,依据两步筛选法对多种方案进行优选,最终将黄土高原分为六大生态地理区。研究表明:黄土高原修正6分区方案在12个备选分区方案中效果最好;同时,修正6分区方案多年平均NPP离散系数最低,表明该分区内部离散程度最小。分区方案与既有分区方案相比具有较好的一致性,但由于区划尺度存在一定的差异,整体区域划分更为清晰。对生态地理分区方案优选定量方法的探索,有助于提升自下而上生态地理区划的客观性。 . 生态地理区划作为自然区划的新分支,近年来受到国内外地理****的广泛关注,其在认识地理分异规律及区域规划活动中发挥着重要作用。传统生态地理分区多依据自上而下的三级演绎途径,且对于多分区方案的对比与优选缺乏定量化准则。黄土高原作为中国典型的生态脆弱区,植被生长与恢复对缓解当地生态困境十分重要,因此以植被多年动态一致性特征作为分区合理性的评价指标,有助于准确揭示当地生境特点及分异规律。为此,选取热量类、水分类、地形类及地表覆被类共9个指标,采用自组织映射网络(SOFM)与GIS空间分析技术,基于黄土高原近30年来自然本底与覆被状况进行生态地理分区;并依循植被动态一致性准则,依据两步筛选法对多种方案进行优选,最终将黄土高原分为六大生态地理区。研究表明:黄土高原修正6分区方案在12个备选分区方案中效果最好;同时,修正6分区方案多年平均NPP离散系数最低,表明该分区内部离散程度最小。分区方案与既有分区方案相比具有较好的一致性,但由于区划尺度存在一定的差异,整体区域划分更为清晰。对生态地理分区方案优选定量方法的探索,有助于提升自下而上生态地理区划的客观性。 |
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| [23] | . 物种生境相关性分析有利于更好的理解群落构建机制。以暖温带-北亚热带过渡区的宝天曼自然保护区1 ha固定监测样地调查数据为依托，选择胸径（<em>DBH</em>）≥1 cm、个体数≥5的43种木本植物作为分析对象，选择4个地形因子和15个土壤因子作为两类环境因子，用典范对应分析（CCA）研究了地形因子和土壤因子对物种分布的影响，用Torus-translation检验来分析物种与不同生境的关联。结果如下：（1）CCA分析表明地形因子对物种分布的解释量为7.3%，土壤因子对物种分布的解释量为16.2%。（2）Torus-translation检验结果表明，被检验的43个物种中，23.3%的物种与地形4个生境关联，其中正相关物种数最多的是山脊，占正相关数的57%；46.5%的物种与土壤6个生境关联，正相关物种数最多的是两个主分量中的高浓度区，占正相关数的52.6%，明显高于中浓度区和低浓度区正相关的物种数，负相关物种数最多的仍是高浓度区，占负相关数的42.8%，其次为低浓度区，占26.3%。结果表明，土壤生境分化对暖温带-北亚热带过渡区物种的空间分布有着重要作用；样地内大部分物种存在生境分化，这不仅是对地形生境分化的利用，而且更多的是对土壤生境分化的利用；研究结果支持物种共存机制中的生态位理论，地形和土壤生境分化是宝天曼暖温带-北亚热带过渡区物种共存的重要机制之一，在一定程度上解释了该区物种多样性的维持机制。 . 物种生境相关性分析有利于更好的理解群落构建机制。以暖温带-北亚热带过渡区的宝天曼自然保护区1 ha固定监测样地调查数据为依托，选择胸径（<em>DBH</em>）≥1 cm、个体数≥5的43种木本植物作为分析对象，选择4个地形因子和15个土壤因子作为两类环境因子，用典范对应分析（CCA）研究了地形因子和土壤因子对物种分布的影响，用Torus-translation检验来分析物种与不同生境的关联。结果如下：（1）CCA分析表明地形因子对物种分布的解释量为7.3%，土壤因子对物种分布的解释量为16.2%。（2）Torus-translation检验结果表明，被检验的43个物种中，23.3%的物种与地形4个生境关联，其中正相关物种数最多的是山脊，占正相关数的57%；46.5%的物种与土壤6个生境关联，正相关物种数最多的是两个主分量中的高浓度区，占正相关数的52.6%，明显高于中浓度区和低浓度区正相关的物种数，负相关物种数最多的仍是高浓度区，占负相关数的42.8%，其次为低浓度区，占26.3%。结果表明，土壤生境分化对暖温带-北亚热带过渡区物种的空间分布有着重要作用；样地内大部分物种存在生境分化，这不仅是对地形生境分化的利用，而且更多的是对土壤生境分化的利用；研究结果支持物种共存机制中的生态位理论，地形和土壤生境分化是宝天曼暖温带-北亚热带过渡区物种共存的重要机制之一，在一定程度上解释了该区物种多样性的维持机制。 |
| [24] | . <p><正> 一 按照地表自然界的相似性与差异性将地域加以划分,并按照划分出的单位来探討自然綜合体的特征及其发生、发展与分布的規律性,这就是綜合自然区划的內容。几年来,中国科学院自然区划工作委員会曾組织气候学、土壤学、植物学、自然地理学等方面的科学工作者集体拟訂了一个主要为利用土地与水的事业服务的全国綜合自然区划。此次区划工作的第一步是制定一个符合我們目的的区划分类单位系統。我們首先比較各項自然現象的分析图、分布图和区划图,探究各項自然因素之間相互依存的关系,借以了解自然棕合体地域分异的輪廓。</p> . <p><正> 一 按照地表自然界的相似性与差异性将地域加以划分,并按照划分出的单位来探討自然綜合体的特征及其发生、发展与分布的規律性,这就是綜合自然区划的內容。几年来,中国科学院自然区划工作委員会曾組织气候学、土壤学、植物学、自然地理学等方面的科学工作者集体拟訂了一个主要为利用土地与水的事业服务的全国綜合自然区划。此次区划工作的第一步是制定一个符合我們目的的区划分类单位系統。我們首先比較各項自然現象的分析图、分布图和区划图,探究各項自然因素之間相互依存的关系,借以了解自然棕合体地域分异的輪廓。</p> |
| [25] | . <p>三大自然区（东部季风区、西北干旱区、青藏高原区）过渡地带,由于其特殊的地理位置,受到亚洲季风、中纬度西风环流共同影响,对气候变化的响应较为敏感。使用国际通用的柯本气候分类法和国内常用的积温与干燥度分类法,研究了97.5°~108°E,33°~41.5°N的三大自然区过渡地带1961—2010年的气候带类型及其变化过程。并通过将各气候类型的面积变化与主要季风指数、西风指数和南方涛动等主要指数进行了对比,并计算了他们的关系,与此同时结合东亚各气候区气温及降水的变化模式探讨三大自然区过渡地带气候变化对各气候系统的响应。基于此项研究：夏季西风和东亚冬季风的增强会使该区域变湿,东亚夏季风、南亚夏季风增强则会使该区域海拔较低的区域变干,海拔较高的区域变湿。高原夏季风的增强则会使整个区域变干。北大西洋涛动增强,会使该区域变湿;厄尔尼诺增强（减弱）,则会使该区域变干（变湿）。总体来讲,该区域的水分状况主要受控于中纬度西风带环流,虽然亚洲夏季风的增强有可能会增加该区域东南部的降水,但是根据计算出的干燥度和气候带类型变化,增温效应可能会抵消降水增加,从而使该区域变干。根据本项研究,三大自然区过渡地带受到多个气候系统的相互作用,气温及降水等单一指标,并不能完全代表该区域气候变化特征,气候带类型面积变化可以作为一个重要的指标运用于该区域气候变化评价。</p> . <p>三大自然区（东部季风区、西北干旱区、青藏高原区）过渡地带,由于其特殊的地理位置,受到亚洲季风、中纬度西风环流共同影响,对气候变化的响应较为敏感。使用国际通用的柯本气候分类法和国内常用的积温与干燥度分类法,研究了97.5°~108°E,33°~41.5°N的三大自然区过渡地带1961—2010年的气候带类型及其变化过程。并通过将各气候类型的面积变化与主要季风指数、西风指数和南方涛动等主要指数进行了对比,并计算了他们的关系,与此同时结合东亚各气候区气温及降水的变化模式探讨三大自然区过渡地带气候变化对各气候系统的响应。基于此项研究：夏季西风和东亚冬季风的增强会使该区域变湿,东亚夏季风、南亚夏季风增强则会使该区域海拔较低的区域变干,海拔较高的区域变湿。高原夏季风的增强则会使整个区域变干。北大西洋涛动增强,会使该区域变湿;厄尔尼诺增强（减弱）,则会使该区域变干（变湿）。总体来讲,该区域的水分状况主要受控于中纬度西风带环流,虽然亚洲夏季风的增强有可能会增加该区域东南部的降水,但是根据计算出的干燥度和气候带类型变化,增温效应可能会抵消降水增加,从而使该区域变干。根据本项研究,三大自然区过渡地带受到多个气候系统的相互作用,气温及降水等单一指标,并不能完全代表该区域气候变化特征,气候带类型面积变化可以作为一个重要的指标运用于该区域气候变化评价。</p> |
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| [27] | . 选取中国235个地级以上城市为样本，研究了1990．2009年中国城市私人汽车拥有量演变的时空特征，并选取了9个解释变量，使用1995—2009年的面板数据，建立面板数据模型量化各影响因素的贡献率，分析各因素对城市私人汽车拥有量的作用机制。研究结果表明：①中国城市私人汽车的发展呈现出一定的阶段性特点，并具有明显的空间集聚及区域分异特征；②中国城市私人汽车发展的空间差异呈先增大后缩小的倒“u”形变动轨迹；2000年后，中国城市私人汽车发展的空间差异出现了地带问趋异而地带内趋同的现象；③经济因素是私人汽车拥有量的决定性因素，私人汽车拥有量随人均收入的发展呈现出“s”形增长，城市化水平对私人汽车拥有量具有显著正效应，但对特大及巨大城市却产生了不显著的负效应；④城市空间扩张带来的城市规模增加会导致城市私人交通工具使用需求增大。当城市人口规模达到一定的临界值以上后，城市人口密度的增加能抑制私人汽车拥有量的增加；⑤城市公共交通及出租车的服务能力对私人汽车的增长有抑制作用，但并不显著，且随着城市规模的扩大，城市公共交通发展对私人汽车增长的抑制作用逐渐增强。 . 选取中国235个地级以上城市为样本，研究了1990．2009年中国城市私人汽车拥有量演变的时空特征，并选取了9个解释变量，使用1995—2009年的面板数据，建立面板数据模型量化各影响因素的贡献率，分析各因素对城市私人汽车拥有量的作用机制。研究结果表明：①中国城市私人汽车的发展呈现出一定的阶段性特点，并具有明显的空间集聚及区域分异特征；②中国城市私人汽车发展的空间差异呈先增大后缩小的倒“u”形变动轨迹；2000年后，中国城市私人汽车发展的空间差异出现了地带问趋异而地带内趋同的现象；③经济因素是私人汽车拥有量的决定性因素，私人汽车拥有量随人均收入的发展呈现出“s”形增长，城市化水平对私人汽车拥有量具有显著正效应，但对特大及巨大城市却产生了不显著的负效应；④城市空间扩张带来的城市规模增加会导致城市私人交通工具使用需求增大。当城市人口规模达到一定的临界值以上后，城市人口密度的增加能抑制私人汽车拥有量的增加；⑤城市公共交通及出租车的服务能力对私人汽车的增长有抑制作用，但并不显著，且随着城市规模的扩大，城市公共交通发展对私人汽车增长的抑制作用逐渐增强。 |
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| [29] | . 建设国家级经济技术开发区（经开区）是中国扩大对外开放和促进区域发展的重要政策。历经30年多发展，国家级经开区已遍布全国，其个体间的发展差异也由于不同的动力机制而日趋显著。认识和探讨国家级经开区经济增长率的空间分异及其核心影响因素，对因地制宜制定发展策略、引导开发区高效发展具有重要意义。运用变异系数和地理探测器方法，分析2010年国家级经开区经济增长率的空间分异，并探测了其核心影响因素。结果表明：① 总体上，国家级经开区经济增长率在东中西三大区差异显著，呈现出高低高的U型格局；② 个体上，国家级经开区经济增长率在三大区内部存在不同分异特征，其中西部分异度最大、东部次之、中部最小；③ 探测因子决定力显示，主导三大地区国家级经开区经济增长率的核心要素明显不同；在所选出的5大核心影响因素中，中西东三大区呈现出由开发区内在因子主导向城市和区域性外在因子主导的转变趋势；④ 国家级经开区经济增长率及核心影响因素在三大区间的分异特征，一定程度上反映了开发区生命周期阶段性的演变规律。由此建议：近期内，中西部国家级经开区仍应聚焦于改进其自身发展要素；而从长远看，城市性和区域性的外部因子对经开区的影响将变得日益重要，亦即是经开区的未来发展将越来越依赖于与其所在城市和区域的有效融合。 建设国家级经济技术开发区（经开区）是中国扩大对外开放和促进区域发展的重要政策。历经30年多发展，国家级经开区已遍布全国，其个体间的发展差异也由于不同的动力机制而日趋显著。认识和探讨国家级经开区经济增长率的空间分异及其核心影响因素，对因地制宜制定发展策略、引导开发区高效发展具有重要意义。运用变异系数和地理探测器方法，分析2010年国家级经开区经济增长率的空间分异，并探测了其核心影响因素。结果表明：① 总体上，国家级经开区经济增长率在东中西三大区差异显著，呈现出高低高的U型格局；② 个体上，国家级经开区经济增长率在三大区内部存在不同分异特征，其中西部分异度最大、东部次之、中部最小；③ 探测因子决定力显示，主导三大地区国家级经开区经济增长率的核心要素明显不同；在所选出的5大核心影响因素中，中西东三大区呈现出由开发区内在因子主导向城市和区域性外在因子主导的转变趋势；④ 国家级经开区经济增长率及核心影响因素在三大区间的分异特征，一定程度上反映了开发区生命周期阶段性的演变规律。由此建议：近期内，中西部国家级经开区仍应聚焦于改进其自身发展要素；而从长远看，城市性和区域性的外部因子对经开区的影响将变得日益重要，亦即是经开区的未来发展将越来越依赖于与其所在城市和区域的有效融合。 |
| [30] | . Physical environment, man‐made pollution, nutrition and their mutual interactions can be major causes of human diseases. These disease determinants have distinct spatial distributions across geographical units, so that their adequate study involves the investigation of the associated geographical strata. We propose four geographical detectors based on spatial variation analysis of the geographical strata to assess the environmental risks of health: the risk detector indicates where the risk areas are; the factor detector identifies factors that are responsible for the risk; the ecological detector discloses relative importance between the factors; and the interaction detector reveals whether the risk factors interact or lead to disease independently. In a real‐world study, the primary physical environment (watershed, lithozone and soil) was found to strongly control the neural tube defects (NTD) occurrences in the Heshun region (China). Basic nutrition (food) was found to be more important than man‐made pollution (chemical fertilizer) in the control of the spatial NTD pattern. Ancient materials released from geological faults and subsequently spread along slopes dramatically increase the NTD risk. These findings constitute valuable input to disease intervention strategies in the region of interest. |
| [31] | . <p>以中国电子地图数据和分县经济社会数据为基础,利用最邻近距离<em>R</em>指数模型分析中国村庄分布模式格局,结合地理探测器的研究方法对影响因素进行探测识别,同时解析乡村空间优化重组背景和模式.研究得出以下主要结论:① 中国村庄空间分布呈现出聚集、随机、离散均匀分布的并存空间分布模式,村庄空间分布模式区域差异特征显著.东南半壁的村庄分布密度远大于西北半壁,不同地域类型区的村庄空间分布模式表现出各异的特征.平原地区的村庄空间分布密集,空间分布模式以随机、分散为主,村庄之间邻近距离较近.高寒山区、沙漠边缘地带,村庄空间分布密度极低,村庄之间邻近距离偏大,村庄空间分布相对聚集.丘陵、山地交汇过渡地带,村庄空间分布密度较大,空间分布模式偏向随机分布.② 村庄分布受到传统因素和经济发展双重因子的影响,传统影响因素依然在发挥作用,但经济发展的影响愈加明显.不同区域地形、水资源条件对村庄分布影响显著.交通条件、产业非农化、经济发展、农业现代化发展对乡村生活、生产空间的空间形态和分布模式产生剧烈影响.③ 伴随乡村各种生产要素非农化流失,村庄空间亟待优化重组,优化以镇区为依托的中心村-基层村体系空间组织结构应为乡村物质空间优化重组有效选择.④ 在不同地域类型区域,村镇格局的空间优化重组形态可以采用放射均衡、放射非均衡、多核心均衡、走廊式布局模式及混合模式.</p> . <p>以中国电子地图数据和分县经济社会数据为基础,利用最邻近距离<em>R</em>指数模型分析中国村庄分布模式格局,结合地理探测器的研究方法对影响因素进行探测识别,同时解析乡村空间优化重组背景和模式.研究得出以下主要结论:① 中国村庄空间分布呈现出聚集、随机、离散均匀分布的并存空间分布模式,村庄空间分布模式区域差异特征显著.东南半壁的村庄分布密度远大于西北半壁,不同地域类型区的村庄空间分布模式表现出各异的特征.平原地区的村庄空间分布密集,空间分布模式以随机、分散为主,村庄之间邻近距离较近.高寒山区、沙漠边缘地带,村庄空间分布密度极低,村庄之间邻近距离偏大,村庄空间分布相对聚集.丘陵、山地交汇过渡地带,村庄空间分布密度较大,空间分布模式偏向随机分布.② 村庄分布受到传统因素和经济发展双重因子的影响,传统影响因素依然在发挥作用,但经济发展的影响愈加明显.不同区域地形、水资源条件对村庄分布影响显著.交通条件、产业非农化、经济发展、农业现代化发展对乡村生活、生产空间的空间形态和分布模式产生剧烈影响.③ 伴随乡村各种生产要素非农化流失,村庄空间亟待优化重组,优化以镇区为依托的中心村-基层村体系空间组织结构应为乡村物质空间优化重组有效选择.④ 在不同地域类型区域,村镇格局的空间优化重组形态可以采用放射均衡、放射非均衡、多核心均衡、走廊式布局模式及混合模式.</p> |
| [32] | . 空间分异是自然和社会经济过程的空间表现,也是自亚里士多德以来人类认识自然的重要途径.地理探测器是探测空间分异性,以及揭示其背后驱动因子的一种新的统计学方法,此方法无线性假设,具有优雅的形式和明确的物理含义.基本思想是:假设研究区分为若干子区域,如果子区域的方差之和小于区域总方差,则存在空间分异性;如果两变量的空间分布趋于一致,则两者存在统计关联性.地理探测器q统计量,可用以度量空间分异性、探测解释因子、分析变量之间交互关系,已经在自然和社会科学多领域应用.本文阐述地理探测器的原理,并对其特点及应用进行了归纳总结,以利于读者方便灵活地使用地理探测器来认识、挖掘和利用空间分异性. . 空间分异是自然和社会经济过程的空间表现,也是自亚里士多德以来人类认识自然的重要途径.地理探测器是探测空间分异性,以及揭示其背后驱动因子的一种新的统计学方法,此方法无线性假设,具有优雅的形式和明确的物理含义.基本思想是:假设研究区分为若干子区域,如果子区域的方差之和小于区域总方差,则存在空间分异性;如果两变量的空间分布趋于一致,则两者存在统计关联性.地理探测器q统计量,可用以度量空间分异性、探测解释因子、分析变量之间交互关系,已经在自然和社会科学多领域应用.本文阐述地理探测器的原理,并对其特点及应用进行了归纳总结,以利于读者方便灵活地使用地理探测器来认识、挖掘和利用空间分异性. |
| [33] | . 城市宜居性是与居民生活质量密切相关的科学议题,深入探讨宜居满意度影响机理对把握转型期北京市居民居住环境需求、促进宜居城市建设等具有重要的现实意义。以北京市为案例,基于2013年宜居城市大规模问卷调查数据,运用因子分析方法提取了北京市居民宜居满意度主要感知因素,并分别从居民宜居感知因素、个体与家庭属性因素两个视角,借助地理探测器方法揭示了北京市居民宜居满意度特征与影响机理。研究发现:1北京市居民宜居满意度主要由污染噪声因子、生活设施因子、人文环境因子、出行便捷因子、自然环境因子、安全环境因子和休闲活动因子等7个维度构成。2宜居满意度受到宜居感知因素和个体与家庭属性共同影响,但宜居感知因素的解释力明显要强,其中污染噪声因子、自然环境因子和出行便捷因子等因素是关键因子。3宜居满意度与宜居感知因素具有相对一致性,且存在个体与家庭属性差异。通常宜居感知因素得分低居民,其宜居满意度也相对较低;另外,远郊区、租赁房、有迁居经历、男性、30~39岁、高中学历、家庭月收入5000元以下和外地户口等社会群体的宜居满意度明显要低。 . 城市宜居性是与居民生活质量密切相关的科学议题,深入探讨宜居满意度影响机理对把握转型期北京市居民居住环境需求、促进宜居城市建设等具有重要的现实意义。以北京市为案例,基于2013年宜居城市大规模问卷调查数据,运用因子分析方法提取了北京市居民宜居满意度主要感知因素,并分别从居民宜居感知因素、个体与家庭属性因素两个视角,借助地理探测器方法揭示了北京市居民宜居满意度特征与影响机理。研究发现:1北京市居民宜居满意度主要由污染噪声因子、生活设施因子、人文环境因子、出行便捷因子、自然环境因子、安全环境因子和休闲活动因子等7个维度构成。2宜居满意度受到宜居感知因素和个体与家庭属性共同影响,但宜居感知因素的解释力明显要强,其中污染噪声因子、自然环境因子和出行便捷因子等因素是关键因子。3宜居满意度与宜居感知因素具有相对一致性,且存在个体与家庭属性差异。通常宜居感知因素得分低居民,其宜居满意度也相对较低;另外,远郊区、租赁房、有迁居经历、男性、30~39岁、高中学历、家庭月收入5000元以下和外地户口等社会群体的宜居满意度明显要低。 |
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