基于InVEST模型的秦岭产水量时空变化对土地利用变化的响应

来源:用户上传      作者:王茜 李宛莹

　　摘 要：本文以秦岭为研究区，以2000、2010和2018年的遥感、气象、土壤质地等为基础数据，通过土地利用转移矩阵分析土地利用时空变化，采用InVEST模型评估研究区产水量，探讨其空间异质性特征及各土地利用类型的产水能力。结果表明：林地是秦岭最主要的土地利用类型，其次是草地和耕地，水域、建设用地和未利用地的面积变化较小;产水量南坡分布高于北坡，呈现持续增长的趋势;不同土地利用类型的产水能力差异较大，与各地类植被覆盖率、蒸散量和面积等因素有关。研究结果为秦岭生态发展和自然资源利用提供科学参考。
　　关键词：土地利用;转移矩阵;产水量;InVEST模型
　　中图分类号：Q148 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）33-0119-04
　　Abstract：In this study， remote sensing， meteorology and soil texture in 2000， 2010 and 2018 were selected as the basic data， the spatial and temporal changes of land use were analyzed by the land use transfer matrix， and the InVEST model was used to evaluate the water yield of the study area and explore its spatial heterogeneity characteristics. The spatial heterogeneity characteristics and the water production capacity of each land use type were explored by using the InVEST model. The results showed that forest land was the most dominant land use type in the Qinling Mountains ， followed by grassland and cropland with smaller changes in the areas of watershed， construction land and unused land. Moreover， the distribution of water production was higher on the southern slopes than on the northern slopes， showing a continuous increase trend. The water production capacity of different land use types varied greatly， which related to vegetation cover， evapotranspiration and each category area. The study provide a scientific reference for ecological development and natural resource utilization in the Qinling Mountains.
　　Keyword：land usage ; transition matrix ; water production ; InVEST model
　　生B系统服务与人类福祉和社会发展有着密切联系[1，2]，因此生态系统服务成为国际研究的热点与前沿[3]。产水量是其中最具价值的服务功能之一，通常理解为降水量与实际蒸散发之差，对生物量、碳循环及泥沙输出等诸多生态功能产生重要的影响[4，5]。目前研究多通过水文模型分析和评估产水量，例如SWAT、TOPMODEL和InVEST模型等[6]。如崔远来[7]利用南方多水源灌区水循环及灌溉取水特点对SWAT模型进行了改进以统计推求研究区灌溉用水量;戴明龙[8]采用TOPMODEL模型模拟柬埔寨境内的典型流域径流过程;杨洁[9]通过InVEST模型分析黄河流域产水量的时空变化及其影响因子。目前，InVEST模型因适用范围广、所需参数较少等优势已在国内外研究中取得较好的应用效果[10]。土地利用是影响产水服务的重要因素之一，可以通过改变流域水循环以影响蒸散作用、下渗过程等驱动着产水量的变化[11]。
　　秦岭是中国重要的南北生态分界线，将长江流域和黄河流域划分开来，北部包括渭河、洛河等，南部是汉江、嘉陵江和丹江等，水资源储量丰富。同时秦岭山区面临土壤侵蚀导致的土地资源退化和生物多样性变化等问题，进而会影响产水服务，为探究土地利用变化与产水量的关系，以秦岭为研究区分析2000、2010和2018年的产水量时空变化特征，探究不同土地利用类型的产水能力对该区域生态系统服务发展和生态保护治理有重要意义。
　　1 研究区概况
　　秦岭位于我国大陆中部，广义上的秦岭自东向西经过河南、陕西、甘肃、青海等地，本文以狭义上的秦岭作为研究区，即陕西省南部的秦岭。地理范围105°30 '―111°05 'E，32°40 '―34°35 'N，东起商南县，西至略阳县郭家坝，南起安康市汉滨区，北至渭南市华阴市，面积约5.8×104 km2。地处大陆性季风气候，南北受地理位置等因素影响温差较大，北坡以暖温带半湿润气候为主，南坡为亚热带湿润气候。年均温-4～17 ℃，年降水600～1 200 mm，空间分布差异较大。海拔范围在134～3 771 m之间，地势东低西高。
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