王 俊，劉 超，王智源，陳求穩(wěn)，黃 玉，胡曉東，劉東升，吳蘇舒，閆丹丹

(1.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029； 2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074；3.南京水利科學(xué)研究院生態(tài)環(huán)境研究所，江蘇 南京 210029； 4.長(zhǎng)江保護(hù)與綠色發(fā)展研究院，江蘇 南京 210098)

流域水生態(tài)健康是生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ)[1]，保障流域水生態(tài)健康是國(guó)家水環(huán)境安全的重要組成部分[2-3]。流域生境質(zhì)量對(duì)水生態(tài)健康有著重要的表征指示作用，近年來(lái)人類(lèi)活動(dòng)增強(qiáng)引起的土地利用變化降低了土地景觀連通性，改變了污染負(fù)荷的產(chǎn)出和運(yùn)移，破壞了斑塊之間的物質(zhì)和能量循環(huán)，導(dǎo)致生境的結(jié)構(gòu)和組成遭到破壞，這是生境質(zhì)量降低的主要原因[4-5]。

生境的定義在20世紀(jì)90年代被提出，Hall等[6]定義生境為“存在于一個(gè)地區(qū)的資源和條件，為給定生命體提供生存和繁殖的棲息用地環(huán)境”，生境質(zhì)量指生態(tài)系統(tǒng)基于生存資源可獲得性，為生物的生存繁殖提供適合個(gè)體和種群生存條件的能力，是在0～1之間的連續(xù)變量，具有明顯的地域特性[7]。高生境質(zhì)量數(shù)值趨近于1，量化數(shù)值越小，生境質(zhì)量越差。生境質(zhì)量的量化數(shù)值主要取決于土地利用覆被和土地利用威脅因子對(duì)生物多樣性的威脅距離和威脅權(quán)重及各個(gè)生境類(lèi)型的生境適宜度指數(shù)和對(duì)威脅的相對(duì)敏感性[8-9]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)生境質(zhì)量開(kāi)展了大量研究，并在生境質(zhì)量的服務(wù)功能、價(jià)值、內(nèi)在機(jī)理以及驅(qū)動(dòng)影響因素等方面取得了一系列成果[10-12]。周婷等[13]應(yīng)用雙變量空間自相關(guān)和地理加權(quán)回歸對(duì)神農(nóng)架林區(qū)生境質(zhì)量與人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行了定性的分析；田義超等[14]以流域尺度模擬預(yù)測(cè)了北部灣南流江生物多樣性生境質(zhì)量與生境退化程度；楊潔等[15]評(píng)估了黃河流域生境質(zhì)量，并探究了生境質(zhì)量的空間分布特征及其內(nèi)在驅(qū)動(dòng)因素；李子等[16]基于土地利用研究了渭河流域生態(tài)服務(wù)功能與生態(tài)之間的平衡關(guān)系。氣候變化、地理特征、人類(lèi)活動(dòng)等因素是生境質(zhì)量變化的驅(qū)動(dòng)因素[17-18]，城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可逆趨勢(shì)增加了環(huán)境壓力，環(huán)境壓力增大最直接的特征表現(xiàn)為污染負(fù)荷產(chǎn)出增加[19]，地區(qū)污染負(fù)荷的產(chǎn)出總量以及單位產(chǎn)出量都能在不同層面反映區(qū)域城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度[20]。研究生境質(zhì)量與污染負(fù)荷之間的關(guān)聯(lián)特征，對(duì)于尋求城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生境質(zhì)量的平衡區(qū)間具有重要意義，可為當(dāng)前實(shí)施的一系列環(huán)境治理措施對(duì)生境質(zhì)量的改善效果提供一種評(píng)價(jià)方法，也有助于預(yù)測(cè)實(shí)施污染負(fù)荷削減措施對(duì)生境質(zhì)量的改善效果，在土地資源的優(yōu)化配置以及精細(xì)化管理方面具有重要參考價(jià)值。但目前關(guān)于流域生境質(zhì)量與污染負(fù)荷之間的定量響應(yīng)關(guān)系尚不明晰。

本研究以1980—2020年土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用InVEST(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs)生境質(zhì)量模型評(píng)價(jià)了洪澤湖流域生境質(zhì)量的演變，基于Johnes輸出系數(shù)模型計(jì)算了基于土地利用程度的流域污染負(fù)荷產(chǎn)出，探討流域污染負(fù)荷與生境質(zhì)量之間的回歸關(guān)系，預(yù)測(cè)了不同污染負(fù)荷削減情景對(duì)流域生境質(zhì)量的改善效果。

1 研究區(qū)概況

洪澤湖是我國(guó)第四大淡水湖泊，在防洪、生物多樣性保護(hù)等方面起著極其重要的作用。近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)加劇加快了流域內(nèi)生態(tài)失衡，生境質(zhì)量逐年下降，嚴(yán)重影響了洪澤湖生態(tài)環(huán)境和周邊地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。洪澤湖流域作為農(nóng)業(yè)化向城鎮(zhèn)化過(guò)渡的代表流域，其研究成果具有普適性。

洪澤湖流域包含江蘇省淮安市和宿遷市的2區(qū)4縣(圖1)，流域內(nèi)產(chǎn)業(yè)多元、經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，農(nóng)作物主要以水稻、三麥、玉米、大豆等為主；經(jīng)濟(jì)作物主要以花生、棉花、油菜等為主；漁業(yè)和旅游業(yè)也為當(dāng)?shù)貛?lái)了不菲的經(jīng)濟(jì)收益；工業(yè)經(jīng)濟(jì)近年發(fā)展迅速，主要有鹽、硝礦業(yè)以及化工工業(yè)。2020年《宿遷市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《淮安市統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，流域總?cè)丝诮?98.9萬(wàn)人，地區(qū)生產(chǎn)總值6 970億元，總面積9 826 km2，耕地42.64萬(wàn)hm2，人均耕地0.09 hm2。面源污染是洪澤湖流域污染的一個(gè)主要污染源。洪澤湖流域農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)，農(nóng)田污染物質(zhì)(農(nóng)藥、化肥等)以及陸域分散的污染物質(zhì)蓄積于土地中，會(huì)隨著降雨徑流等發(fā)生遷移轉(zhuǎn)換進(jìn)入湖中；點(diǎn)源污染是洪澤湖流域另一個(gè)污染源，城區(qū)工業(yè)尾水排放，村鎮(zhèn)和漁民生活污水排放，增加了流域內(nèi)污染負(fù)荷的產(chǎn)出。

圖1 洪澤湖流域行政邊界和高程Fig.1 Administrative boundary and elevation of Hongze Lake Basin

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1980年、1990年、2000年、2010年和2020年Landsat系列遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn/)，數(shù)據(jù)源空間分辨率為30 m，且云量覆蓋度小于2%?；诙喙庾V信息源，通過(guò)監(jiān)督分類(lèi)和人工解譯相結(jié)合的方式，將遙感影像數(shù)據(jù)解譯、劃分為6個(gè)一級(jí)土地利用類(lèi)型和26個(gè)二級(jí)土地利用類(lèi)型，將解譯結(jié)果和歷史高分辨率影像進(jìn)行精度驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明整體精度達(dá)到90%，保證了分類(lèi)精度的可靠性。根據(jù)本研究?jī)?nèi)容的需要，在ArcGIS 10.6中將土地利用重分類(lèi)為水田、旱地、林地、草地、水域、城鎮(zhèn)用地以及農(nóng)村居民點(diǎn)7種土地利用類(lèi)型。

2.2 研究思路

分別選用InVEST生境質(zhì)量模型和Johnes輸出系數(shù)模型模擬生境質(zhì)量和計(jì)算污染負(fù)荷。InVEST生境質(zhì)量模型相比于其他模型具有數(shù)據(jù)易于獲取、能模擬現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)未來(lái)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度高、空間可視化效果強(qiáng)等特點(diǎn)[21]；Johnes輸出系數(shù)模型具有使用簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料要求低、參數(shù)需求少、精度高等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)[22]。

基于高分辨率土地利用覆被數(shù)據(jù)，篩選土地利用威脅因子，運(yùn)用InVEST生境質(zhì)量模型計(jì)算分析洪澤湖流域1980—2020年生境質(zhì)量變化情況。運(yùn)用Johnes輸出系數(shù)模型計(jì)算不同土地利用類(lèi)型非點(diǎn)源總氮(TN)和總磷(TP)的污染負(fù)荷量。在ArcGIS 10.6平臺(tái)進(jìn)行正交網(wǎng)格單元分析，提取網(wǎng)格質(zhì)點(diǎn)生境質(zhì)量表示網(wǎng)格區(qū)域生境質(zhì)量的平均水平，并計(jì)算網(wǎng)格單元非點(diǎn)源污染負(fù)荷，通過(guò)回歸模型構(gòu)建污染負(fù)荷與生境質(zhì)量之間的回歸關(guān)系，研究思路流程見(jiàn)圖2。2018年江蘇省人民政府辦公廳出臺(tái)了《江蘇省“三線一單”生態(tài)環(huán)境分區(qū)管控方案》，于2019年完成了規(guī)劃目標(biāo)，明確了生態(tài)環(huán)境治理與修復(fù)的遠(yuǎn)景目標(biāo)，其中，“三線一單”指生態(tài)保護(hù)紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和生態(tài)環(huán)境準(zhǔn)入清單。本研究對(duì)規(guī)劃目標(biāo)下生境質(zhì)量改善效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于遠(yuǎn)景目標(biāo)，對(duì)未來(lái)生境質(zhì)量變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖2 研究思路流程圖Fig.2 Flowchart of research ideas

2.3 土地利用生境質(zhì)量評(píng)價(jià)

參考前人研究成果[23-24]，根據(jù)本研究區(qū)域特點(diǎn)將生境質(zhì)量按值域區(qū)間劃分為差(0～0.25)、中(>0.25～0.50)、良(>0.50～0.75)和優(yōu)(>0.75～1)4個(gè)級(jí)別。為量化局部區(qū)域生境質(zhì)量平均水平，以合理性與可操作性為原則，采用5 km×5 km正交網(wǎng)格單元對(duì)生境質(zhì)量進(jìn)行提取，以網(wǎng)格單元質(zhì)心點(diǎn)的生境質(zhì)量作為該網(wǎng)格單元生境質(zhì)量，以所有單元數(shù)值的平均值代表區(qū)域生境質(zhì)量整體水平。

InVEST生境質(zhì)量模型計(jì)算生境質(zhì)量主要受到4個(gè)因素的影響，分別為威脅因子的相對(duì)影響距離，生境類(lèi)型對(duì)各個(gè)威脅因子的相對(duì)敏感性，柵格單元生境與威脅因子之間的距離，柵格單元受到合法保護(hù)的水平[25]。威脅因子對(duì)生境的威脅水平通常隨距離的增加而降低，影響程度有線性衰減和指數(shù)衰減2種方式，計(jì)算公式[26-27]分別為

(1)

(2)

式中：Irxy為柵格y的威脅因子r對(duì)柵格x的威脅水平；dxy為柵格x與y之間的直線距離；drmax是威脅因子r對(duì)生境的最大影響距離。

每一種生境類(lèi)型對(duì)每一種威脅因子的敏感性具有顯著差異性，敏感性越高，其值越接近1。計(jì)算公式為

(3)

式中：Dxj為生境類(lèi)型j在柵格x的退化度；R為威脅因子數(shù)量；Yr為威脅因子r的柵格數(shù)；wr為威脅因子r的權(quán)重；ry為柵格y對(duì)應(yīng)的威脅因子個(gè)數(shù)；βx是威脅因子對(duì)柵格x的可接近性；Sjr為生境類(lèi)型j對(duì)威脅因子r的敏感度。

生境質(zhì)量計(jì)算公式為

(4)

式中：Qxj為生境類(lèi)型j的生境質(zhì)量；Hj為生境類(lèi)型j的生境適宜度；z為歸一化指數(shù)；K為半飽和常數(shù)。

威脅因子屬性值以及不同生境類(lèi)型對(duì)其敏感性具有地域差異性，參考前人研究的基礎(chǔ)成果[28-29]，結(jié)合洪澤湖流域特征對(duì)其進(jìn)行確定。因洪澤湖流域農(nóng)業(yè)化程度高，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，故選擇水田、旱地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、工業(yè)用地作為生境威脅因子。威脅因子的最大影響距離和權(quán)重以及生境對(duì)威脅因子的敏感性如表1和表2所示。

表1 威脅因子最大影響距離和權(quán)重Table 1 Maximum influence distance and weight of threat factors

表2 不同土地利用類(lèi)型生境適宜度及其對(duì)威脅因子的敏感度Table 2 Habitat suitability and its sensitivity to threat factors of different land use types

2.4 土地利用程度綜合指數(shù)計(jì)算

為探討生境質(zhì)量時(shí)間和空間差異性原因，對(duì)流域各縣(區(qū))土地利用程度綜合指數(shù)進(jìn)行計(jì)算[30-32]：

(5)

式中：L為土地利用程度綜合指數(shù)；ai為i級(jí)土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)的分級(jí)指數(shù)；Ci為i級(jí)土地利用類(lèi)型面積占比。土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)的分級(jí)指數(shù)如下：未利用土地為1，草地、林地、水域?yàn)?，水田、旱地為3，城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)為4。

2.5 基于土地利用的流域污染負(fù)荷估算

采用Johnes輸出系數(shù)模型對(duì)1980年、1990年、2000年、2010年和2020年土地利用產(chǎn)生的非點(diǎn)源TN和TP污染負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。采用5 km×5 km正交網(wǎng)格單元作為污染負(fù)荷輸出的基礎(chǔ)計(jì)算單元，總污染負(fù)荷以各網(wǎng)格為輸出單元進(jìn)行累計(jì)求和，模型計(jì)算公式為

(6)

式中：W為輸出污染負(fù)荷；Ei為i類(lèi)土地利用類(lèi)型輸出系數(shù)；Ai為營(yíng)養(yǎng)物輸入的i類(lèi)土地利用類(lèi)型面積。

Johnes輸出系數(shù)模型的核心在于輸出系數(shù)的確定，本研究中土地利用類(lèi)型的輸出系數(shù)主要參考胡晴等[33]研究成果，結(jié)合洪澤湖流域的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整得到TN和TP的輸出系數(shù)，結(jié)果如表3所示。

表3 土地利用非點(diǎn)源污染負(fù)荷輸出系數(shù)Table 3 Non-point source pollution load output coefficient of different land use types

3 結(jié)果與分析

3.1 生境質(zhì)量與人口密度時(shí)空變化特征

不同時(shí)期洪澤湖流域生境質(zhì)量空間分布如圖3所示。從空間尺度看，洪澤湖流域生境質(zhì)量整體呈“南優(yōu)北差、東優(yōu)西差”，東南方區(qū)域向西北方區(qū)域生境質(zhì)量有惡化趨勢(shì)，差等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)具有明顯聚合特征。宿城區(qū)差等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)分布趨于邊緣化，2020年平均生境質(zhì)量為0.634 6；泗洪縣差等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)主要集中在中心，呈四周優(yōu)的環(huán)狀分布特征，2020年平均生境質(zhì)量為0.638 7；盱眙縣2020年平均生境質(zhì)量為0.664 1，在洪澤湖流域的6個(gè)分區(qū)中最高，優(yōu)等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)主要集中在正南方，由東向西也有零散分布，優(yōu)等級(jí)生境質(zhì)量面積占比大于差等級(jí)生境質(zhì)量面積占比；洪澤縣生境質(zhì)量具有“近湖差、遠(yuǎn)湖優(yōu)”的分布特征，2020年平均生境質(zhì)量為0.675 4；淮陰區(qū)生境質(zhì)量呈現(xiàn)“四周差、中間優(yōu)”的分布格局，2020年平均生境質(zhì)量為0.657 9；泗陽(yáng)縣差等級(jí)生境質(zhì)量區(qū)域集聚成“倒三角”形狀、生境質(zhì)量呈南北向中間惡化的分布特征，2020年平均生境質(zhì)量為0.661 8。

(a) 1980年

(b) 1990年

(c) 2000年

(d) 2010年

(e) 2020年

圖3 洪澤湖流域1980—2020年生境質(zhì)量時(shí)空變化特征Fig.3 Temporal and spatial characteristics of habitat quality in Hongze Lake Basin from 1980 to 2020

在時(shí)間上，1980—2020年洪澤湖流域生境質(zhì)量整體呈現(xiàn)出衰退趨勢(shì)。1980—2000年主要在宿城區(qū)北部、泗陽(yáng)縣中部、淮陰區(qū)東部以及盱眙縣中部等局部小面積呈現(xiàn)出衰退特征，2000—2020年生境質(zhì)量衰減趨勢(shì)更顯著，差等級(jí)生境質(zhì)量面積在各縣(區(qū))向四周擴(kuò)張。圖4為1980—2020年各生境質(zhì)量等級(jí)面積變化情況，從圖4可以看出，1980—2020年洪澤湖流域生境質(zhì)量的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在差與中等級(jí)之間，優(yōu)和良等級(jí)面積在2000年之后有小幅度降低。1980年差等級(jí)生境質(zhì)量面積比例為15.1%，2020年上升到27.5%；中等級(jí)生境質(zhì)量面積變化趨勢(shì)與差等級(jí)生境質(zhì)量相反，面積占比由1980年57.4%降低到2020年的47%；優(yōu)等級(jí)和良等級(jí)生境質(zhì)量面積變化較小，1980—2020年面積比例分別降低了0.3%和1.8%。

圖4 1980—2020年洪澤湖流域各生境質(zhì)量等級(jí)面積變化Fig.4 Area changes of different habitat quality grades in Hongze Lake Basin from 1980 to 2020

洪澤湖流域人口密度分布如圖5所示，由高到低各等級(jí)人口密度分別為≤270 人/km2、271～550人/km2、551～825人/km2、>825人/km2。由圖5可見(jiàn)，2000—2020年低人口密度區(qū)域不斷向高一級(jí)人口密度區(qū)域轉(zhuǎn)移，2000年低、較低、較高和高人口密度區(qū)域面積分別占總面積的40.3%、39.3%、16.0%和9.9%，到2020年，不同人口密度區(qū)域面積占比分別變化為31.0%，41.4%，22.2%和5.4%。

(a) 2000年

(b) 2010年

(c) 2020年

圖5 2000—2020年洪澤湖流域人口密度空間分布特征Fig.5 Spatial distribution characteristics of population density in Hongze Lake Basin from 2000 to 2020

3.2 土地利用程度與生境質(zhì)量相關(guān)性

洪澤湖流域1980—2020年土地利用程度綜合指數(shù)計(jì)算結(jié)果如表4所示，可以看到所有土地利用類(lèi)型的綜合指數(shù)之和在1980—1990年出現(xiàn)略微降低，在1990—2020年逐步上升。從類(lèi)型上看，1980—2020年水田、旱地和城鎮(zhèn)用地綜合指數(shù)的變化最為劇烈，水田和城鎮(zhèn)用地綜合指數(shù)分別增加了27.59和15.75，旱地則降低了44.20。

表4 洪澤湖流域1980—2020年土地利用程度綜合指數(shù)Table 4 Comprehensive index of land use degree in Hongze Lake Basin from 1980 to 2020

基于土地利用程度指數(shù)與生境質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，顯著性均大于0.05，滿足了相關(guān)性分析的統(tǒng)計(jì)條件。土地利用程度與生境質(zhì)量相關(guān)性分析結(jié)果如圖6所示，其中，宿城區(qū)土地利用程度最高，洪澤縣利用程度最低。6縣(區(qū))土地利用程度均與生境質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，根據(jù)Pearson相關(guān)系數(shù)r排序，兩者的相關(guān)性由高到底的順序?yàn)轫祉艨h、泗洪縣、洪澤縣、泗陽(yáng)縣、宿城區(qū)和淮陰區(qū)。

(a) 泗陽(yáng)縣

(b) 宿城區(qū)

(c) 盱眙縣

(d) 洪澤縣

(e) 淮陰區(qū)

(f) 泗洪縣圖6 土地利用程度與生境質(zhì)量相關(guān)性Fig.6 Correlation between land use degree and habitat quality

3.3 污染負(fù)荷與生境質(zhì)量回歸關(guān)系

表5為輸出系數(shù)模型的污染負(fù)荷計(jì)算結(jié)果。1980—2020年各縣(區(qū))污染負(fù)荷產(chǎn)出整體呈增加趨勢(shì)。洪澤縣TN負(fù)荷產(chǎn)出增長(zhǎng)率(35.9%)最大，泗陽(yáng)縣增長(zhǎng)率(1.3%)最小，其余縣(區(qū))增長(zhǎng)率由大到小分別為泗洪縣(24.7%)、盱眙縣(3.3%)、宿城區(qū)(3.1%)、淮陰區(qū)(2.1%)。TP負(fù)荷產(chǎn)出增長(zhǎng)率最大為洪澤縣(47.3%)，最小為泗陽(yáng)縣(0.9%)，其余縣(區(qū))增長(zhǎng)率由大到小分別為泗洪縣(26.3%)、宿城區(qū)(7.4%)、盱眙縣(2.3%)、淮陰區(qū)(2.1%)。

表5 1980—2020年洪澤湖流域TN和TP污染負(fù)荷Table 5 TN and TP pollution loads in Hongze Lake Basin from 1980 to 2020

污染負(fù)荷與生境質(zhì)量之間的定量回歸關(guān)系如圖7所示。TN和TP負(fù)荷與生境質(zhì)量回歸關(guān)系具有顯著負(fù)效應(yīng)(p<0.01)。當(dāng)TN負(fù)荷等于3 500 t時(shí)，生境質(zhì)量均值在95%置信區(qū)間為0.689 6～0.700 4；當(dāng)TP負(fù)荷為230 t時(shí)，生境質(zhì)量在95%置信區(qū)間為0.693 1～0.705 4。

(a) TN

(b) TP圖7 洪澤湖流域污染負(fù)荷與生境質(zhì)量回歸關(guān)系Fig.7 Regression relationship between pollution load and habitat quality in Hongze Lake Basin

3.4 污染負(fù)荷削減情景下生境質(zhì)量變化預(yù)測(cè)

洪澤湖流域自然發(fā)展和污染負(fù)荷削減情景下生境質(zhì)量變化預(yù)測(cè)如表6所示。在自然發(fā)展(污染負(fù)荷不削減)情景下，與2020年相比，2030年6縣(區(qū))平均生境質(zhì)量皆下降，盱眙縣、宿城區(qū)、泗陽(yáng)縣、泗洪縣、淮陰區(qū)和洪澤縣生境質(zhì)量分別下降了0.07%～2.0%、0.3%～1.6%、0.2%～1.5%、5.2%～6.6%、0.1%～1.3%和0.3%～1.6%。以8%削減率對(duì)污染負(fù)荷進(jìn)行控制時(shí)，較未削減情景下2030年6縣(區(qū))生境質(zhì)量均有不同程度的提升，宿城區(qū)平均生境質(zhì)量提升幅度最大，盱眙縣提升幅度最小，提升區(qū)間分別為0.009 4～0.017 7和0.002 8～0.012 3，提升效率分別為11.8%～22.1%和3.5%～15.4%。以18%削減率對(duì)污染負(fù)荷進(jìn)行控制時(shí)，生境質(zhì)量整體提升效果更好，但相比于8%削減比例，宿城區(qū)和盱眙縣生境質(zhì)量提升效率有所降低，分別為7.8%～12.2%和2.5%～8.4%。

表6 2030年不同污染負(fù)荷削減情景下洪澤湖流域生境質(zhì)量變化預(yù)測(cè)Table 6 Prediction of habitat quality change under different pollution load reduction scenarios in 2030 in Hongze Lake Basin

4 討 論

1980—2020年洪澤湖流域生境質(zhì)量逐漸惡化，呈“南優(yōu)北差，東優(yōu)西差” 空間分布特征，這與土地利用程度增強(qiáng)有密切聯(lián)系。生境適宜度對(duì)生境質(zhì)量的優(yōu)差有決定性作用[34-35]，土地利用程度的提高破壞了區(qū)域生境適宜度的平衡，大量人為開(kāi)發(fā)耕地和建設(shè)用地降低了地區(qū)生境適宜度[36-37]。在城鎮(zhèn)化大背景下，洪澤湖流域土地利用程度逐年增強(qiáng)，1980—2000年土地利用程度增長(zhǎng)幅度較小，綜合指數(shù)僅增加0.46，流域內(nèi)整體以農(nóng)業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位[38];同時(shí)流域內(nèi)人為活動(dòng)程度相對(duì)較低，城鎮(zhèn)化水平不高，城鎮(zhèn)用地與農(nóng)村居民點(diǎn)等主要生境質(zhì)量威脅因子面積變化較為緩慢，城鎮(zhèn)用地面積增加17.93 km2，增長(zhǎng)率為14.3%，農(nóng)村居民點(diǎn)面積增加18.19 km2，增長(zhǎng)率為1.3%，造成洪澤湖流域在1980—2000年生境質(zhì)量呈現(xiàn)局部小面積惡化。2000—2020年，洪澤湖流域土地利用程度急劇增強(qiáng)，水田、城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民點(diǎn)土地利用程度綜合指數(shù)分別由55.72、6.78和63.89增長(zhǎng)到84.56、21.65和68.37，導(dǎo)致洪澤湖流域在2000年之后生境質(zhì)量出現(xiàn)大面積惡化。空間上，洪澤湖流域各縣(區(qū))土地利用程度綜合指數(shù)范圍為259～327，由高到低的排列順序?yàn)樗蕹菂^(qū)、淮陰區(qū)、泗陽(yáng)縣、泗洪縣、盱眙縣、洪澤縣，這與生境質(zhì)量在空間上的分布特征一致，即土地利用程度空間差異性是造成生境質(zhì)量空間差異的主要原因。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者在其他研究區(qū)域也得出和本文一致的結(jié)果，如Ma等[39]在疏勒河流域、Brumm等[40]在密歇根湖支流的研究結(jié)果，驗(yàn)證了本文關(guān)于土地利用程度增強(qiáng)會(huì)促進(jìn)生境質(zhì)量降低結(jié)論的可靠性。

從人口密度和生境質(zhì)量的時(shí)空分布特征可以看出，人口密度在時(shí)間上的轉(zhuǎn)移變化特征與生境質(zhì)量在時(shí)間上的變化特征相吻合，本研究認(rèn)為人類(lèi)聚集對(duì)生境質(zhì)量具有負(fù)效應(yīng)，人類(lèi)活動(dòng)增強(qiáng)直接帶來(lái)各類(lèi)建設(shè)用地和耕地面積增加，導(dǎo)致地區(qū)景觀破碎化、連通性降低，使地區(qū)生境受到威脅[41-42]，造成地區(qū)生境質(zhì)量逐年下降?？臻g上，高和較高人口密度區(qū)域主要聚集在淮陰區(qū)、泗陽(yáng)縣和宿城區(qū)；泗洪縣、盱眙縣和洪澤縣人口密度等級(jí)主要為低和較低，較高密度區(qū)域零星分布在邊緣和中間。城鎮(zhèn)化程度不統(tǒng)一和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡導(dǎo)致人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)弱存在空間差異是生境質(zhì)量空間差異的重要原因，這合理解釋了空間上宿城區(qū)平均生境質(zhì)量最低，洪澤縣平均生境質(zhì)量最高的分布特征。已有學(xué)者在甘肅省、泛長(zhǎng)三角地區(qū)的研究中得出相似結(jié)論[43-44]，說(shuō)明本文關(guān)于人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度影響生境質(zhì)量的結(jié)論具有普適性。

5 結(jié) 論

a.1980—2020年洪澤湖流域整體生境質(zhì)量逐年惡化，空間上呈“南優(yōu)北差，東優(yōu)西差”分布格局，40年間差等級(jí)生境質(zhì)量面積占總面積比例提升12.4%，中、良、優(yōu)等級(jí)生境質(zhì)量面積比例分別降低10.4%、1.8%和0.3%。污染負(fù)荷與生境質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

b.洪澤湖流域土地利用程度綜合指數(shù)在1980—1990年有略微降低，在1990—2020年呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，40年間綜合指數(shù)變化最大的土地利用類(lèi)型依次為旱地、水田和城鎮(zhèn)用地。

c.自然發(fā)展情景下，2030年流域生境質(zhì)量平均值與2020年相比下降1.0%～2.4%；在8%和18%污染負(fù)荷削減率情景下，流域平均生境質(zhì)量相比自然發(fā)展情景改善率分別為0.9%～2.2%和1.3%～2.7%。