人类足迹对中国东北地区生境质量和冻土环境的影响研究

为探究人类活动对生态环境及地温的长期影响，研究人员基于人类足迹数据、InVEST 模型及 GeoDetector 模型，分析了中国东北地区人类足迹、生境质量（HQ）和冻土分布的时空特征。发现人类足迹增长显著、HQ 下降、冻土退化，水 ways 和 roads 是地温升高主因，为生态保护提供依据。

　　在全球气候变化与人类活动加剧的背景下，高纬度及高海拔地区的生态系统正经历前所未有的挑战。中国东北地区作为典型的边缘冻土区，其不连续且零星分布的冻土对气候变暖与人类扰动尤为敏感。然而，过往研究更多聚焦于气候因素对冻土的影响，对人类活动如何通过多重压力因子作用于生境质量（Habitat Quality, HQ）和冻土环境的机制尚缺乏系统性认知。随着城市化、工业化进程加速，该区域面临着生物多样性下降、栖息地破碎化及冻土退化等多重生态危机，亟需明确人类足迹与生态环境变化的内在关联，为区域生态安全屏障构建提供科学支撑。

为填补这一研究空白，国内研究团队围绕 “人类足迹对生态环境的多维影响” 这一核心问题展开深入研究。研究以中国东北为研究区域，时间跨度涵盖 2000 至 2020 年（部分冻土数据至 2018 年），综合运用人类足迹指数、InVEST 模型（生态系统服务与权衡综合评估模型）及 GeoDetector 模型（地理探测器），解析人类足迹的时空演变特征及其对生境质量、冻土分布和地温变化的驱动效应。研究成果发表于《Ecological Indicators》，为寒区人地关系研究提供了新的视角。

研究方法

研究采用多源数据融合与模型集成的技术路线：

1. 人类足迹分析：基于 1 km 分辨率的年度人类足迹数据，整合建成环境、人口密度、夜间灯光（NTL）、耕地、牧场、道路、铁路、水路 8 项压力变量，通过加权计算生成人类足迹指数，量化人类活动强度的空间分布与动态变化。
2. 生境质量评估：利用 InVEST 模型的 HQ 模块，结合土地利用与覆盖变化（LUCC）数据，通过威胁因子距离衰减函数与栖息地敏感性矩阵，评估 HQ 的时空变化，识别栖息地退化热点区域。
3. 冻土环境与驱动因子分析：基于欧洲航天局的长期冻土数据集（2000-2018 年），获取 10 米深度年均地温（MAGT_10m）数据，运用 GeoDetector 模型计算单因子及交互因子的 q 值，揭示人类压力变量对冻土退化的解释力。

研究结果

3.1 人类足迹的时空特征

2000-2020 年，东北地区人类足迹指数整体增长 54.2%，呈现 “四阶段” 增长模式：2000-2005 年为初始增长（年均 9.3%），2005-2010 年进入快速增长（12.6%），2010-2015 年达持续高增长（17.5%），2015 年后增速趋缓（6.4%）。空间上，省会城市（哈尔滨、长春、沈阳）及交通走廊（公路、铁路沿线）人类足迹强度最高，而大兴安岭、小兴安岭等山区受干扰较小。建成环境（贡献度 51.7%）和夜间灯光（67.8%）是主要驱动因子，耕地面积仅下降 1.3%，显示土地利用转型以城市化为主导。

3.2 生境质量的演变

研究期内，全区 HQ 总量下降 14.5%，呈现 “中心低、周边高” 的空间格局。高 HQ 斑块面积减少 12.2%，低质量（[0,0.4]）栖息地占比显著上升（增加 2.2%），而偏远山区的较高质量栖息地（[0.8,1.0]）略有增加（1.6%）。栖息地退化程度与人类足迹指数呈正相关，交通用地（道路、铁路）是主要威胁因子，导致栖息地破碎化加剧，核心区面积缩减。

3.3 冻土环境退化

2000-2018 年，东北地区 MAGT_10m年均上升 0.063°C，累计升温 0.15°C，冻土面积减少 0.9×10⁵ km²，纬度冻土南界（SLLP）向北迁移。冻土退化呈现显著空间异质性：呼伦贝尔高原、松嫩平原及大小兴安岭南部退化速率最快，而大兴安岭北部低温冻土区（MAGT < -1°C）相对稳定。

3.4 驱动因子解析

GeoDetector 显示，水路（q=0.56）和道路（q=0.51）是冻土升温的最主要人为因子，两者交互作用 q 值达 0.71，协同效应显著。铁路（0.43）、牧场（0.32）、耕地（0.31）的影响次之，而人口密度贡献度最低（0.06）。这表明线性基础设施（如道路、水路）通过破坏冻土热稳定性、改变地表覆被和水文过程，加速冻土融化。

结论与讨论

本研究系统揭示了东北地区人类足迹对生态环境的复合胁迫效应：人类活动通过城市化、交通网络扩张等途径，不仅导致生境质量下降和栖息地破碎化，还通过改变地表能量平衡与水文条件，加剧冻土退化。值得关注的是，水路与道路的交互作用对冻土升温的解释力最强，提示在寒区基础设施规划中需重视 “热干扰廊道” 的协同效应。

研究成果为寒区生态保护提供了多维度启示：① 优先保护高 HQ 区域（如大小兴安岭森林生态系统），限制人类活动强度；② 在冻土敏感区（如呼伦贝尔高原）实施交通线路的热防护工程，减少人为热扰动；③ 整合人类足迹与冻土监测数据，建立区域生态风险预警模型。此外，研究方法（如多模型耦合）为其他过渡冻土区（如阿拉斯加、西伯利亚）的人地关系研究提供了参考范式，有助于深化全球变化背景下人类活动与自然系统相互作用的科学认知。