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Changes of human activity intensity in Qinling-Daba Mountains for 2000-2015
人类活动与生态环境的相互作用是当今全球变化研究中关注的关键问题,特别是人类活动强度(HAI)的空间分布及变化规律对地球表层系统格局和功能的研究尤其重要。秦岭—大巴山处于陕、甘、豫、川、渝、鄂六省市交会地带,是中国南北过渡带的主体,更是中华文明发源与演进的核心地区,具有悠久的人类活动历史,人地关系具有高度的复杂性、异质性。本文基于高分辨率的土地利用数据、基础地理数据等,从自然资源和社会经济两个维度选取了人口密度、道路密度、土地改造程度、距道路遥远度、距居民区遥远度、地形及河流密度7个指标,绘制了秦巴山区2000年和2015年的人类活动强度分布图,从区域、县域、自然保护区等层面对HAI变化进行了深入分析,结果表明:①秦巴山区人类活动强度较强且具有明显的区域分异,53.36%的区域为中度以上HAI分布区,秦巴山区东部、汉水谷地HAI最强,西嘉陵江流域和大巴山南坡的HAI也较强,海拔较高的山区如大巴山、秦岭中段和西秦岭的HAI相对较低。②秦巴山区人类活动强度呈增强趋势,2000—2015年HAI增强的区域占全区面积的62.31%,约61.68%的县市HAI呈增强趋势,人类活动受约束的自然保护区虽然HAI较低,但绝大部分(65.45%)也表现出HAI增强的趋势。③秦巴山区人类活动强度的变化具有明显的区域分异,大巴山南坡、秦岭东段、汉水谷地以及嘉陵江流域HAI呈明显增强的趋势,秦岭北坡、西秦岭、南水北调水源涵养区HAI基本上呈下降或无明显变化、轻度增强趋势。④秦巴山区人类活动强度及其变化具有明显的地形分异特征,海拔1500 m以下的地区HAI都较强,其变化也较显著;而海拔2000 m以上的地区HAI较低,其变化也不显著。本文获得的HAI数据及规律可以为定量分析人类活动对植被覆被变化、生态系统结构和功能的影响提供科学数据,为区域生态系统过程、区域生态脆弱关键区的识别、恢复与治理工作提供重要依据。
Abstract
Accurate quantification of human activity intensity (HAI) is crucial for understanding land surface changes. The Qinling-Daba Mountains (QDM), spanning six provincial-level regions in China's north-south transitional zone, exhibit complex human-environment interactions due to their ecological significance and long history of anthropogenic influence. This study integrates seven indicators from socio-economic and geographical dimensions, including population density, road density, land transformation degree, distance from roads, distance from settlements, topography and river density, to map HAI distribution across the QDM for 2000 and 2015. HAI changes were analyzed at regional, county, and nature reserve scales. The results showed that: (1) The HAI distribution shows obvious spatial heterogeneity. Some 53.36% of the QDM exhibits moderate-to-higher HAI, with hotspots in the eastern QDM, the Hanshui River Valley and the Western Jialing River Basin as well as the southern flank of the Daba Mountains; while high-altitude mountainous areas (e.g., the Daba Mountains, the central-to-western Qinling Mountains) show lower HAI. (2) The HAI changes of the QDM from 2000 to 2015 show an increasing trend, including 62.31% of the QDM, 61.68% of the counties and 65.45% of nature reserves. (3) The HAI Changes also show a clear spatial differentiation. The southern flank of the Daba Mountains, the eastern Qinling Mountains, the Hanshui River Valley and the Jialing River basin experience an obvious increasing trend; while the northern flank of the Qinling Mountains, the western Qinling Mountains, and the South-to-North Water Diversion Water Resource Breeding Area basically show a decreasing trend, no significant change, or a slight increasing trend. (4) HAI and its changes in the QDM exhibit altitude variations. Low-altitude areas (< 1500 m) display stronger HAI and more significant changes, whereas high-altitude areas (> 2000 m) show low HAI and negligible variation. The HAI datasets enable quantitative assessment of human impacts on vegetation and ecosystem functions, and provide an important basis for identification of ecological fragility for conservation prioritization in this biodiversity hotspot.
秦巴山区人类活动强度较强且区域分异明显
2015年秦巴山区约53.36%的区域为中度以上HAI分布区,其中中度、重度和极重度HAI分别占36.16%、12.22%和4.99%。秦巴山区东部、汉水谷地HAI最强,西嘉陵江流域和大巴山南坡也较强,海拔较高山区如大巴山、秦岭中段和西秦岭HAI相对较低。
2000—2015年秦巴山区人类活动强度总体呈增强趋势
2000—2015年HAI增强的区域占全区面积的62.31%,其中轻度、中度和显著增强分别占38.24%、18.77%和5.29%;HAI下降的区域仅占0.56%,无明显变化区域占37.13%。中度以上HAI占比由2000年的36.37%升高到2015年的53.37%,人类活动影响的广度、强度和深度持续增强。
约六成县市人类活动强度呈增强趋势
在167个县市或市辖区中,2000—2015年103个县市HAI呈增强趋势,占61.68%,主要分布在大巴山南坡、秦岭东段和嘉陵江流域;仅64个县市(38.32%)HAI变化不明显,主要是秦岭北坡、西秦岭及南水北调水源涵养区安康一带的县市。
自然保护区人类活动强度普遍增强
秦巴山区110个各级自然保护区中,72个保护区HAI呈增强趋势,占65.45%,其中新开岭、神农架大九湖湿地、五台山、龙神沟及丹凤五关河自然保护区HAI增速明显;仅38个保护区(34.55%)HAI无明显变化,表明保护区内尤其是其一般控制区的人类活动干扰依然严峻。
人类活动强度及变化具有明显地形分异
海拔1500 m以下地区HAI都较大,以中度以上HAI为主,且变化显著;海拔2000 m以上地区HAI较低且变化不显著。2000—2015年海拔500~1000 m地区HAI增强最为显著,其次是1000~1500 m地区,表明中低海拔地区是人类活动增强的主要区域。
核心解释变量
人口密度、道路密度、土地改造程度、距道路遥远度、距居民区遥远度、地形及河流密度7个指标(均赋分为0~10分,经主成分分析法降维加权组合后归一化得到人类活动强度)
被解释变量
人类活动强度(HAI)及其2000—2015年变化量(ΔHAI),分为低度、轻度、中度、重度和极重度5级以及降低、无明显变化、轻度增强、中度增强和显著增强5级
样本与数据
研究区为秦巴山区,涉及陕、甘、豫、川、渝、鄂六省市;数据源包括WorldPop全球人口格网数据(100 m)、中国多时期土地利用遥感监测数据集(100 m)、SRTM 90 m DEM、1∶25万全国基础地理数据库及OpenStreetMap火车站数据,选取2000年和2015年两期数据,分析单元涵盖全区、167个县市及110个各级自然保护区
识别方法 / 模型设定
采用Xie等(2024)的区域HAI定量化研究方法,对距道路、距居民区遥远度的成本距离赋分方法进行改进,即采用Cao等对道路、居民区成本距离的赋分模型与方法,利用主成分分析法降低维度并按方差贡献率分配权重,实现各指标加权线性组合后归一化
内生性及稳健性检验
利用地理探测器初步分析气温、降水与HAI对秦巴山区NDVI的影响,结果表明HAI对NDVI的解释能力(Q=0.211,p<0.001)甚至超过气温(Q=0.166),与已有关于HAI对森林和阔叶林地上生物量影响的研究结果一致;同时通过采用每5 a连续更新的土地利用数据以保证不同时期HAI数据的可对比性
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