耦合InVEST与Geodetector模型的银川市生境质量时空演变特征及影响因子研究

doi:10.12118/j.issn.1000-6060.2023.563

干旱区地理 ›› 2024, Vol. 47 ›› Issue (7): 1242-1251.doi: 10.12118/j.issn.1000-6060.2023.563

耦合InVEST与Geodetector模型的银川市生境质量时空演变特征及影响因子研究

张晓东¹(), 武丹²^,³, 王莹¹, 赵银鑫¹, 马瑜¹, 马玉学¹, 倪海玲⁴

1.宁夏回族自治区地质调查院（宁夏回族自治区地质矿产中心实验室），宁夏银川 750021
2.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083
3.宁夏回族自治区遥感调查院（高分辨率对地观测系统宁夏数据与应用中心），宁夏银川 750021
4.宁夏回族自治区水文环境地质调查院，宁夏银川 750021

收稿日期:2023-10-11 修回日期:2023-11-08 出版日期:2024-07-25 发布日期:2024-07-30
作者简介:张晓东（1980-），男，博士，高级工程师，主要从事环境遥感应用研究. E-mail: xiangrikui1540@163.com
基金资助:
宁夏回族自治区自然科学基金项目(2023AAC03772)

Spatiotemporal evolution characteristics and influencing factors of habitat quality in Yinchuan City by coupling InVEST and Geodetector models

ZHANG Xiaodong¹(), WU Dan²^,³, WANG Ying¹, ZHAO Yinxin¹, MA Yu¹, MA Yuxue¹, NI Hailing⁴

1. Ningxia Fundamental Geological Survey Institute, Geological and Mineral Resources Center Laboratory of Ningxia, Yinchuan 750021, Ningxia, China
2. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing, Beijing 100083, China
3. Ningxia Institute of Remote Sensing Survey, Ningxia Data and Application Center of High Resolution Earth Observation System, Yinchuan 750021, Ningxia, China
4. Institute of Hydrogeology and Environmental Geology of Ningxia, Yinchuan 750021, Ningxia, China

Received:2023-10-11 Revised:2023-11-08 Published:2024-07-25 Online:2024-07-30

摘要/Abstract

摘要：

银川市作为黄河流域重要的水源涵养区及国家重点生态功能区，其生境质量关乎区域生态安全和可持续发展。然而，针对银川市生境质量及其影响因子仍需深入研究。基于2000、2010年和2020年3期土地利用数据，耦合InVEST和Geodetector模型估算银川市20 a间生境质量，对研究区生境质量空间分布特征及影响因子进行分析。结果表明：（1） 2000、2010年和2020年银川市平均生境质量指数分别为0.337、0.332和0.322，生境质量指数较低且20 a间略有下降，生境质量整体呈“南北高、中部低”的空间分布特征。（2）银川市生境质量在空间上存在着较强的空间集聚效应，莫兰指数呈下降趋势，集聚程度逐渐下降。（3）高程和土地利用类型是银川市生境质量的主要影响因子。各影响因子交互作用都存在增强效应，对生境质量的影响力随之增强，且以双因子增强为主，其次为非线性增强，其中高程与各因子的交互作用最为显著。研究结果可为银川市生态保护与高质量、可持续发展提供科学依据和决策支持。

关键词: InVEST模型, 生境质量, 地理探测器, 银川市

Abstract:

As an essential water source conservation area and a fundamental national ecological functional area in the Yellow River Basin, Yinchuan City’s habitat quality is related to regional ecological security and sustainable development. However, further research is needed on the habitat quality and influencing factors in Yinchuan City of Ningxia, China. Based on three phases of land-use data from 2000, 2010, and 2020, as well as the habitat quality module of the InVEST model, Moran’s I index, and Geodetector, habitat quality was estimated and the spatial distribution characteristics were analyzed over the past 20 years. The impact of nine influencing factors, such as elevation, slope, and vegetation coverage, etc, on habitat quality was quantified. The results showed the following: (1) Yinchuan City’s average habitat quality index in 2000, 2010, and 2020 was 0.337, 0.332, and 0.322, respectively. The habitat quality index was low and slightly decreased over the past 20 years. The magnitude and proportion of habitat quality improvement are lower than those of deterioration, and the habitat quality exhibits a spatial distribution characteristic of high in the north and south, and low in the middle. (2) Habitat quality has a strong spatial agglomeration effect in space, and Moran’s I index shows a downward trend. The degree of spatial autocorrelation of habitat quality has weakened, and agglomeration has gradually decreased. The LISA clustering map results show that the areas that have changed over the past 20 years primarily include the central and northern parts of the study area, with high-low clustering areas changing to low-low clustering areas. (3) Elevation and land-use type are the primary factors influencing habitat quality in Yinchuan City. The interplay of various influencing factors showed that the enhancement effect on habitat quality increases accordingly, primarily with a dual-factor enhancement, followed by a nonlinear enhancement. The interaction between elevation and various factors emerges as the most significant contributor. The results provide a scientific basis and support for decision-making for ecological protection and high-quality and sustainable development in Yinchuan City.

Key words: InVEST model, habitat quality, Geodetector, Yinchuan City

张晓东, 武丹, 王莹, 赵银鑫, 马瑜, 马玉学, 倪海玲. 耦合InVEST与Geodetector模型的银川市生境质量时空演变特征及影响因子研究[J]. 干旱区地理, 2024, 47(7): 1242-1251.

ZHANG Xiaodong, WU Dan, WANG Ying, ZHAO Yinxin, MA Yu, MA Yuxue, NI Hailing. Spatiotemporal evolution characteristics and influencing factors of habitat quality in Yinchuan City by coupling InVEST and Geodetector models[J]. Arid Land Geography, 2024, 47(7): 1242-1251.

图/表 12

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表5

表6

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参考文献 25

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数据类型	数据来源	数据说明
土地利用数据	中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn），空间分辨率为30 m	土地利用类型主要依据全国《土地利用现状分类》（GB/T 2010—2017），并结合研究区生态环境现状将其分为耕地、林地、草地、水域、建设用地及未利用地6类，用于银川市生境质量评估和生境质量影响因子分析
高程	地理空间数据云（https://www.gscloud.cn）	用于生境质量影响因子分析
归一化植被指数	地理空间数据云（https://www.gscloud.cn）	用于生境质量影响因子分析
坡度	由DEM数据计算获得	用于生境质量影响因子分析
气温	国家地球系统科学数据中心（https://www.geodata.cn）	用于生境质量影响因子分析
降水	国家地球系统科学数据中心（https://www.geodata.cn）	用于生境质量影响因子分析
人口密度	Worldpop网站（http://www.worldpop.org）	用于生境质量影响因子分析
地区生产总值	中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn）	用于生境质量影响因子分析
土地利用程度	文献[16]	用于生境质量影响因子分析

威胁因子	最大影响距离/km	权重	衰减线性相关性
耕地	4	0.7	线性
城镇用地	8	1.0	指数
农村居民点	7	0.8	指数
其他建设用地	6	0.6	线性
未利用地	4	0.3	线性

地类编码	类型	生境适宜度	威胁因子
地类编码	类型	生境适宜度	耕地	城镇用地	农村居民点	其他建设用地	未利用地
11	水田	0.40	0.30	0.70	0.60	0.60	0.20
12	旱地	0.30	0.30	0.60	0.50	0.50	0.20
21	有林地	1.00	0.70	0.80	0.80	0.80	0.30
22	灌木林	0.90	0.60	0.75	0.70	0.70	0.30
23	疏林地	0.80	0.60	0.70	0.70	0.70	0.20
24	其他林地	0.60	0.50	0.65	0.65	0.70	0.20
31	高覆盖草地	0.90	0.60	0.60	0.60	0.65	0.20
32	中覆盖草地	0.70	0.55	0.55	0.55	0.60	0.10
33	低覆盖草地	0.60	0.50	0.50	0.50	0.60	0.10
41	河渠	0.90	0.50	0.70	0.60	0.50	0.30
42	湖泊	0.90	0.50	0.70	0.60	0.50	0.30
43	水库坑塘	0.80	0.50	0.60	0.50	0.50	0.20
46	滩地	0.60	0.20	0.20	0.20	0.20	0.20
51	城镇用地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
52	农村居民点	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
53	其他建设用地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
61	沙地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
62	戈壁	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
63	盐碱地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
64	沼泽地	0.60	0.40	0.60	0.50	0.30	0.20
65	裸土地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
66	裸岩石砾地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00

生境质量等级	2000年		2010年		2020年
生境质量等级	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%
低	1510.64	21.73	1623.91	23.36	1930.70	27.78
较低	2647.92	38.09	2535.11	36.47	2377.61	34.20
中	247.88	3.57	217.47	3.13	244.56	3.52
较高	2004.25	28.83	2016.79	29.01	1869.37	26.89
高	540.64	7.78	558.05	8.03	529.09	7.61
总计	6951.33	100.00	6951.33	100.00	6951.33	100.00

等级	级差	2000—2010年		2010—2020年		2000—2020年
等级	级差	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%	面积/km²	比例/%
明显降低	-4、-3	55.83	0.80	115.27	1.66	188.23	2.71
轻微降低	-2、-1	440.35	6.33	522.79	7.52	824.97	11.87
无明显变化	0	6120.54	88.06	6117.17	88.00	5486.23	78.92
轻微上升	1、2	267.27	3.84	163.70	2.35	365.16	5.25
明显上升	3、4	67.35	0.97	32.40	0.47	86.74	1.25

耦合InVEST与Geodetector模型的银川市生境质量时空演变特征及影响因子研究

Spatiotemporal evolution characteristics and influencing factors of habitat quality in Yinchuan City by coupling InVEST and Geodetector models

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生境质量等级		2000年
生境质量等级		低	较低	中	较高	高
2020年	低	84.03	17.34	6.61	7.87	5.17
	较低	9.34	77.67	9.70	2.94	0.45
	中	1.07	0.77	67.75	6.37	1.28
	较高	4.33	4.12	14.50	80.88	7.00
	高	1.23	0.10	1.44	1.94	86.10