李月月, 黃義雄, 楊陽(yáng), 葉功富

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福建省長(zhǎng)汀縣土地利用變化及其對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響

李月月, 黃義雄*, 楊陽(yáng), 葉功富

福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350007

為探討南方紅壤地區(qū)土地利用的時(shí)間和空間變化及其對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響, 以長(zhǎng)汀縣為典型研究區(qū)域, 以2000、2010、2015年的Landsat TM遙感影像為基礎(chǔ), 在ENVI5.0中對(duì)研究區(qū)進(jìn)行監(jiān)督分類, 在此基礎(chǔ)上用Fragstats4.2計(jì)算研究區(qū)各類景觀指數(shù), 利用ArcGIS10.0地統(tǒng)計(jì)模塊中普通克里格法進(jìn)行空間插值, 對(duì)長(zhǎng)汀縣景觀格局生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及其時(shí)空變化進(jìn)行評(píng)估, 結(jié)果表明: 2000—2015年長(zhǎng)汀縣景觀格局復(fù)雜化, 主要表現(xiàn)為建筑用地、耕地和水域景觀類型面積增加迅速, 草地面積減少明顯。研究期間, 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有先增后減的階段性變化, 較高和高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要在中部一帶延伸或縮小; 2000—2010年研究區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變大, 低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積減少, 中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積增加, 占總面積的66%, 區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)明顯升高, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降; 2010—2015年景觀格局變化顯著, 耕地、建筑用地、水域面積分別增加6033.72 hm2、3822.01 hm2、714.24 hm2, 草地面積減少, 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積減少7%, 而低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積增加7%, 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)明顯下降, 生態(tài)環(huán)境問(wèn)題明顯好轉(zhuǎn)。

景觀格局; 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); 時(shí)空變化; 長(zhǎng)汀

1 前言

風(fēng)險(xiǎn)是指某一特定環(huán)境下, 在某一特定時(shí)段內(nèi), 某種損失發(fā)生的可能性[1-2]景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指在自然或人為因素影響下景觀格局與景觀生態(tài)過(guò)程間的相互作用, 及其可能產(chǎn)生的不良結(jié)果[3-5], 它從景觀的時(shí)空格局與生態(tài)過(guò)程耦合關(guān)聯(lián)的視角強(qiáng)調(diào)景觀風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空差異和格局的尺度效應(yīng)[6-7]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為當(dāng)今區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的一種重要科學(xué)手段, 為土地利用生態(tài)效應(yīng)的評(píng)估帶來(lái)了新思路[8]。目前, 針對(duì)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的模式主要有兩種: 一是基于傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)源匯模式。徐申來(lái)在“源匯”景觀理論基礎(chǔ)上, 探討陜北黃土丘陵溝壑地區(qū)景觀格局與水土流失的關(guān)系[9]。王金亮根據(jù)基于源匯的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法, 構(gòu)建了源匯景觀單元的土壤侵蝕權(quán)重, 分析綦江流域的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的變化特征[10]。劉芳等用基于“源-匯”的評(píng)價(jià)方法, 結(jié)合景觀空間負(fù)荷對(duì)比指數(shù), 研究長(zhǎng)江上游流域內(nèi)景觀格局與非點(diǎn)源污染的定量關(guān)系, 并提出了有效的管理對(duì)策[11]。由于大部分地區(qū)缺乏全面的實(shí)地生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 而土地利用類型作為地表景觀的宏觀表征形式, 基于景觀格局和過(guò)程的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)探索也取得了一定成果[12-13]。曾輝、高賓等人在景觀格局基礎(chǔ)上建立生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系, 研究區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化[14-15]。這種模式相對(duì)于第一種模式, 在評(píng)估區(qū)域整體生態(tài)質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)量的同時(shí), 也側(cè)重分析風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分異特征以及特定空間格局對(duì)于生態(tài)功能、過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)[16]。

土地利用是人類開(kāi)發(fā)利用自然地理環(huán)境最直觀的表現(xiàn)形式之一, 土地利用變化與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)[17-18], 不同土地利用方式和強(qiáng)度產(chǎn)生的生態(tài)影響具有區(qū)域性和累積性特征[19-20]。土地利用變化作為一種生態(tài)系統(tǒng)人為干擾源, 對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)起著決定作用, 是當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展和全球變化研究的熱點(diǎn)之一。福建省長(zhǎng)汀縣曾是我國(guó)南方紅壤區(qū)水土流失最嚴(yán)重的縣份之一, 素有“紅色沙漠”之稱。因其土壤侵蝕的典型性、嚴(yán)重性與治理的長(zhǎng)期性, 一直受到政府與社會(huì)人士的高度重視。因此, 本文以長(zhǎng)汀縣為研究對(duì)象, 用景觀生態(tài)學(xué)的原理、地統(tǒng)計(jì)學(xué)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法, 研究其土地利用變化的信息, 構(gòu)建長(zhǎng)汀縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù), 并對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估, 揭示研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化特征, 旨在為長(zhǎng)汀縣的風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)參考。

2 資料與方法

2.1 研究區(qū)概況

福建省長(zhǎng)汀縣地理位置為 116°16'E—116°34'E、25°30'N—25°44'N, 地處福建西部, 武夷山南麓, 為閩贛兩省的邊界要地, 面積為775.40 km2。研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候, 年平均氣溫 18.3 ℃, 降雨量集中, 降雨強(qiáng)度大, 年平均降水量1 730.4 mm, 地形破碎, 嶺谷相間, 土壤類型以紅壤土和砂壤土為主土層薄, 土壤抵抗侵蝕能力低。長(zhǎng)汀縣是全國(guó)丘陵紅壤區(qū)水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以長(zhǎng)汀2000、2010、2015年三期30m分辨率的Landsat TM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源(成像時(shí)間集中在6—11月, 影像平均含云量低于7%)。根據(jù)我國(guó)土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合長(zhǎng)汀土地利用具體情況, 在ENVI5.0軟件平臺(tái)的支持下, 對(duì)圖像進(jìn)行融合、校正、配準(zhǔn)等圖像預(yù)處理, 用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類, 將研究區(qū)劃分為林地、耕地、草地、建筑用地、水體及未利用地6種類型作為風(fēng)險(xiǎn)受體, 研究長(zhǎng)汀縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布情況, 經(jīng)檢驗(yàn)解譯精度在88%以上, 滿足研究需要。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖

2.3 研究方法

2.3.1 景觀指數(shù)法

景觀指數(shù)法是景觀生態(tài)學(xué)中最常用的定量研究方法[21-23], 通過(guò)單一指數(shù)或若干指數(shù)相結(jié)合, 其數(shù)值變化反應(yīng)景觀格局變化信息及其結(jié)構(gòu)組成和空間配置.不同的景觀類型具有不同的生態(tài)功能, 抵抗外界干擾的能力也不同。本文選取的景觀格局指數(shù)為景觀損失度指數(shù), 用以表示遇到干擾時(shí)各類景觀受到生態(tài)損失的差別, 它是某一景觀類型的景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)和脆弱度指數(shù)的綜合, 計(jì)算公式為:

R=S×F

公式中:S為景觀干擾度指數(shù);F為景觀脆弱度指數(shù)。

景觀干擾度指數(shù)指不同區(qū)域受到干擾之后的損失程度, 是景觀破碎度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)、景觀分維數(shù)指數(shù)權(quán)重的疊加, 表達(dá)式為:

S=aC+bN+cD

其中:C為景觀破碎度指數(shù);N為景觀分離度指數(shù);為景觀分維數(shù);為對(duì)應(yīng)景觀指數(shù)的權(quán)重。根據(jù)相關(guān)研究成果分別賦值0.50.30.2。

景觀脆弱度指數(shù)是指不同生態(tài)系統(tǒng)的易損性, 根據(jù)前人研究結(jié)果[24], 對(duì)其景觀類型分別賦以脆弱度指數(shù)建設(shè)用地=1、林地=2、草地=3、耕地=4、水域=5、未利用地=6, 并進(jìn)行歸一化處理, 得到相應(yīng)的脆弱度指數(shù)0.0476、0.0952、0.1429、0.1905、0.2381、0.2857。

2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù):

為了將研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間化, 本文結(jié)合學(xué)者研究經(jīng)驗(yàn)[25-26], 在根據(jù)研究區(qū)范圍大小和采樣工作量的大小的基礎(chǔ)上, 采用5 km×5 km的正方形風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)采樣格網(wǎng)進(jìn)行等間距采樣, 生成120個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。利用Fragstats4.2軟件計(jì)算出研究區(qū)各景觀類型的面積、斑塊數(shù)和分維度, 并根據(jù)研究區(qū)景觀特點(diǎn), 利用景觀損失度構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來(lái)反應(yīng)研究區(qū)綜合生態(tài)損失的相對(duì)大小, 計(jì)算公式如下[27]:

式中,ERI為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),A為第個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)景觀類型的面積;為第個(gè)小區(qū)的的總面積;R為景觀類型的景觀損失度指數(shù)。在此基礎(chǔ)上, 計(jì)算每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù), 并將其作為該風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)中心質(zhì)點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

2.3.3 地統(tǒng)計(jì)分析

地統(tǒng)計(jì)學(xué)是一系列檢測(cè)、模擬、評(píng)估變量在空間上的相關(guān)關(guān)系和格局的統(tǒng)計(jì)方法。為了直觀的表現(xiàn)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的空間分布特點(diǎn), 本文基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)中半方差函數(shù)的理論進(jìn)行模擬分析, 利用ArcGIS10.0平臺(tái)地統(tǒng)計(jì)模塊中普通克里格法進(jìn)行插值生成2000、2010、2015年的空間連續(xù)分布圖, 半方差函數(shù)為[28]:

函數(shù)中,()為變異函數(shù);()為樣本間距時(shí)的樣本對(duì)總數(shù);為樣本間距離;為某系統(tǒng)屬性的隨機(jī)變量;(x)和(x+)分別為變量在x和(x+h)處的風(fēng)險(xiǎn)值。

研究為了直觀反應(yīng)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的空間特征, 根據(jù)景觀結(jié)構(gòu)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)采用相對(duì)指標(biāo)法對(duì)其進(jìn)行自然斷點(diǎn)等級(jí)劃分, 高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(> 0.03837)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)( 0.0299≤<0.03837)、中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)( 0.02645≤<0.02990)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.02505≤<0.02645)、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(≤ 0.02505)。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀格局指數(shù)的時(shí)間變化

2000—2010年耕地、林地、草地和水域的面積都表現(xiàn)出下降趨勢(shì), 分別由2000年的32226.66 hm2、264785.31 hm2、7344.36 hm2、2096.01 hm2減少到2010年的31846.14 hm2、264272.31 hm2、3967.74 hm2、2073.15 hm2, 草地減少最為明顯, 耕地和林地減少相對(duì)較少, 而建筑用地和林地面積分別從2000年的3659.58 hm2、193.59 hm2增加到2010年的7848.99 hm2、297.18 hm2, 建筑用地面積增幅比較大。耕地、草地及水域的破碎度增加, 表明隨著人類的干預(yù), 耕地、草地及水域的破碎化程度加深, 但林地、建筑用地和未利用地破碎度從2000年的0.0012、0.0981、0.1860下降到2010年的0.0007、0.0942、0.1461, 破碎化程度減輕。耕地、林地、草地和水域的干擾度和損失度均有增加, 干擾更嚴(yán)重, 而建筑用地和未利用地都在下降, 建筑用地和未利用地受干擾程度減輕。

2010—2015年, 耕地、水域、建筑用地以及未利用地面積分別增加6033.72 hm2、714.17 hm2、3822.3 hm2、38.16 hm2, 耕地和建筑用地面積增加較多, 相反, 林地和草地面積分別減少9787.95 hm2和820.47 hm2, 由于建設(shè)和人民生活需要, 部分林地和草地被建筑用地、耕地和水域占用, 且除建筑用地外斑塊數(shù)目都在減少, 破碎度除林地由2010年的0.0007增加到2015年的0.0008外, 所有景觀類型的破碎度都在下降, 整體景觀破碎化程度逐漸好轉(zhuǎn)。耕地、水域、建筑用地和未利用地的損失度和干擾度都有不同程度的下降, 景觀建設(shè)受人類干擾有所減輕, 而林地和草地?fù)p失度和干擾度均有上升。

2000—2015年林地面積略有減少但面積仍是最大, 耕地面積一直很大并有所增加, 可見(jiàn)耕地和林地是研究區(qū)最主要的景觀類型。耕地和水域的面積均經(jīng)歷了先減后增但總體在增加的趨勢(shì), 耕地由2000年的32226.66 hm2增加到2015年的37879.86 hm2, 水域由2000年的2096.01 hm2增加到2010年的2787.39 hm2, 耕地增加幅度大于水域, 耕地、林地的破碎度、損失度和干擾度表現(xiàn)出先增后減總體在減小的趨勢(shì), 說(shuō)明在治理模式下的景觀格局逐漸合理; 林地和草地的面積一直在下降, 干擾度和損失度逐漸上升, 且草地的分離度度也在一直增加, 由2000年的1.1866增加到2015年的2.3993, 生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性下降, 需要合理的治理方案。建設(shè)用地和未利用地的面積一直在增加, 干擾度和損失度則是一直在下降的變化趨勢(shì), 建筑用地的分離度也表現(xiàn)為不斷下降的趨勢(shì), 由2000年的1.4421下降到2015年的0.7651, 說(shuō)明隨著城市化的快速發(fā)展, 建筑用地和未利用地在空間分布上更趨于集中, 且生態(tài)穩(wěn)定性增強(qiáng), 變化合理。

3.2 景觀格局空間變化

基臺(tái)值通常表示系統(tǒng)內(nèi)總的變異, 塊金基臺(tái)的比值可作為相關(guān)分析的依據(jù), 若比值小于25%, 屬于強(qiáng)度相關(guān), 25%—75%屬于中等相關(guān), 75%以上屬于弱相關(guān)[29]。由表2可以看出2000年、2010年用球狀模型擬合效果比較理想, 2015年用高斯模型更合理。2000、2010年塊金值/基臺(tái)值的值分別為18%、23%, 具有強(qiáng)相關(guān)性; 2015年比值比較大為45%, 具有中等的空間相關(guān)性, 該階段隨機(jī)因素對(duì)總空間變異程度的貢獻(xiàn)相對(duì)較大[30], 存在一些小尺度的非結(jié)構(gòu)因素影響, 說(shuō)明研究區(qū)各風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的隨機(jī)變異性比較大, 人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響比較深, 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在小尺度上的隨機(jī)變異性不斷增加。

表1 研究區(qū)各景觀類型的景觀指數(shù)

表2 變異函數(shù)理論模型參數(shù)

注:為平均誤差;E為均方根誤差;為標(biāo)準(zhǔn)化平均誤差;為標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差;為平均標(biāo)準(zhǔn)誤差。

2000年長(zhǎng)汀縣處于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積分別是66093.01 hm2、51742.19 hm2約占全區(qū)面積的21%和17%, 低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要分布在西部邊緣一帶和東山、園丁山附近, 該地區(qū)山地地形, 人類活動(dòng)干擾比較少, , 生物量大, 植被覆蓋率高, 生態(tài)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定; 較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布在北部的大乾以北偏東、南部的高凸背一帶以及西部山區(qū)邊緣呈帶狀分布, 主要是山地邊緣, 居民點(diǎn)相對(duì)較少, 又是鐵路公路避開(kāi)的一帶。中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要在沿較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一帶及東北和南部地區(qū), 西部的古城鎮(zhèn)附近也有分布, 景觀類型為林地和耕地及水域的過(guò)渡帶, 受居民點(diǎn)活動(dòng)影響大于山地, 約占全區(qū)面積的30%; 較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)集中分布在中部偏東地區(qū), 南部偏西的四都鎮(zhèn)附近也有分布, 主要在沿河流一帶又有公路修建, 地勢(shì)平坦, 居民點(diǎn)比較多, 原有植被被建筑用地、耕地占領(lǐng), 生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重, 約占總面積的24%; 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要分布在以長(zhǎng)汀縣城周圍、及沿河流一帶有公路通過(guò)的地區(qū), 人類活動(dòng)干預(yù)最嚴(yán)重, 裸地比較多, 破碎度大, 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高。

相比2000年, 2010中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在原來(lái)的基礎(chǔ)上向四周延伸, 面積增加12%, 使其它風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化。低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不再是連續(xù)的帶狀分布, 而是均勻的向四周分散轉(zhuǎn)移, 主要在芹菜胡、山崗尾、橫山背及夾溪口附近, 低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積比2000減少4%, 較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積增加5%; 較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布在原來(lái)范圍略有減少, 西南部黃屋塘一帶由較低和中等變?yōu)檩^高和高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí), 但總面積不變; 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的空間分布和面積變化較小。

與2010年相比, 2015年風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的變化主要是低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積增加7%, 西部低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積增加呈帶狀; 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積減少7%, 南部黃屋塘高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化為中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); 中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的總面積沒(méi)有變化, 但空間分布上向東部轉(zhuǎn)移, 部分低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化為中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的空間分布均是在原來(lái)范圍內(nèi)的縮小, 爛泥坑一帶由中等變?yōu)檩^高等級(jí), 變化不大。

2000—2015年長(zhǎng)汀縣的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度總體在降低, 但也有占總面積4%的低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)地區(qū)向中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化, 主要原因是人類為了滿足生產(chǎn)和生活需要, 不斷開(kāi)墾, 將部分林地、草地轉(zhuǎn)化為耕地增加風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); 較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的主要分布在海拔較低的流域周圍, 由于人們建設(shè)需要建筑用地和水域面積增加, 自身破碎度降低, 降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí), 轉(zhuǎn)化為中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí), 主要原因是當(dāng)?shù)厮亮魇Чぷ鞯拈_(kāi)展和政府針對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題制定和實(shí)施的保護(hù)工作, 部分高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題得到遏制; 中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積增加顯著, 由2000年的30%增加到2015年的42%, 生態(tài)環(huán)境問(wèn)題逐漸穩(wěn)定。

注: I低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); II較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); III中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); IV較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); V高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

圖3 2000、2010、2015年研究區(qū)各生態(tài)等級(jí)面積比重(%)

3.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積轉(zhuǎn)移矩陣分析

2000—2010年研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在空間上變化明顯, 轉(zhuǎn)移最顯著的是低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的轉(zhuǎn)移, 分別轉(zhuǎn)移22060.52 hm2和25504 hm2, 其次是較高向較低轉(zhuǎn)移2968.1 hm2, 2010—2015年各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移比較明顯, 主要表現(xiàn)為較高一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向較低等級(jí)轉(zhuǎn)移, 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)為較高等級(jí)的有15493.48 hm2, 較高轉(zhuǎn)移為中等的面積是27967.15 hm2轉(zhuǎn)移幅度最大, 其次是中等轉(zhuǎn)為較低, 轉(zhuǎn)移22319.41 hm2, 中等轉(zhuǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的有19300.75 hm2, 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低比較明顯。2000—2015高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)為較高等級(jí)的面積為17807.55 hm2約占總面積的5.8%, 較高等級(jí)轉(zhuǎn)為中等的為32721.51 hm2, 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)總體上呈下降趨勢(shì), 說(shuō)明自2000年以來(lái)長(zhǎng)汀縣的生態(tài)恢復(fù)工作雖然曲折但效果顯著。

這種變化與研究區(qū)域的實(shí)際情況相符合, 前期居民為了生產(chǎn)及道路建設(shè)需要向林地、草地進(jìn)軍, 大部分草地和林地被建設(shè)用地和耕地占用, 加之治理措施不成熟, 增加了生態(tài)環(huán)境的脆弱性, 加重研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。后期由于治理措施逐漸成熟, 根據(jù)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的具體問(wèn)題采取針對(duì)性的措施, 合理規(guī)劃建設(shè)用地和道路, 部分耕地、草地還林, 植被覆蓋度增加, 以及加強(qiáng)對(duì)水域的恢復(fù)和保護(hù), 使緊張的生態(tài)環(huán)境形式有了實(shí)質(zhì)性的好轉(zhuǎn)。

表3 2000—2015年各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積轉(zhuǎn)移矩陣

4 討論

學(xué)者研究結(jié)果表明, 生態(tài)環(huán)境隨著土地利用變化而變化, 作為全國(guó)典型的水土流失的地區(qū), 長(zhǎng)汀縣生態(tài)環(huán)境更加脆弱, 受土地利用變化影響更明顯。研究表明: 2000—2015年林地和草地不斷減少, 建筑用地不斷擴(kuò)張, 生態(tài)環(huán)境與人類活動(dòng)處于此消彼長(zhǎng)的狀態(tài), 快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展人類向林地、草地索取, 生態(tài)環(huán)境遭到破壞, 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展政府提出了相應(yīng)的保護(hù)生態(tài)環(huán)境的政策, 生態(tài)環(huán)境有所緩和; 城鎮(zhèn)建設(shè)、人口和當(dāng)?shù)卣邔?duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響比較大, 可以為水土流失治理提供科學(xué)參考。由于遙感數(shù)據(jù)分辨率和土地分類標(biāo)準(zhǔn)的限制, 本文可能有一定的誤差, 有待進(jìn)一步改進(jìn)。

5 結(jié)論

(1)研究期間, 長(zhǎng)汀縣的景觀格局發(fā)生了明顯變化: 耕地、水域、建設(shè)用地、未利用地面積均有不同程度的增加, 其中建設(shè)用地面積增加量較大; 林地和草地面積呈下降趨勢(shì)。耕地、林地、水域、建設(shè)用地、未利用地、未利用地的破碎度和分離度均呈下降趨勢(shì), 景觀類型越來(lái)越集中, 而草地的破碎度和分離度呈上升趨勢(shì), 景觀破碎化日趨嚴(yán)重。

(2)15年以來(lái)長(zhǎng)汀縣景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隨時(shí)間的演變也發(fā)生了較大變化。2000年長(zhǎng)汀縣以中等、較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為主, 2010年研究區(qū)低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的面積均有不同程度下降, 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積有所增加, 2015年研究區(qū)內(nèi)低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積回升, 高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積大量減少。

(3)2010—2015研究區(qū)內(nèi)景觀生態(tài)的空間分布也發(fā)生了較大變化, 2000年研究區(qū)內(nèi)低、較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要分布在西部邊緣一帶和東山、園丁山附近以及北部的大乾以北偏東、南部的高凸背一帶以及西部山區(qū)邊緣等人類干擾程度較小的地區(qū), 高和較高風(fēng)險(xiǎn)主要分布于城鎮(zhèn)、公路等人類密集區(qū); 2010年景觀風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在原來(lái)的基礎(chǔ)上向四周延伸, 低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不再是連續(xù)的帶狀分布, 而是均勻的向四周分散轉(zhuǎn)移, 西南部黃屋塘一帶由較低和中等變?yōu)檩^高和高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí), 但總面積變化不大; 2015年高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)不斷向內(nèi)縮小, 西部低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈帶狀增加。

(4)轉(zhuǎn)換方式上2000—2010年主要為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的轉(zhuǎn)移, 2010—2015年主要表現(xiàn)為較高一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向較低等級(jí)轉(zhuǎn)移, 2010—2015年主要為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積的減少, 減少量為32721.51 hm2, 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)總體上呈下降趨勢(shì)。

[1] 張小飛, 王如松, 李正國(guó), 等. 城市綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)——以淮北市城區(qū)為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(20): 6204– 6214

[2] 朱艷景, 張彥, 高思, 等. 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法學(xué)研究進(jìn)展與評(píng)價(jià)模型選擇[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài), 2015(1): 17– 21.

[3] 彭建, 黨威雄, 劉焱序, 等. 基于生態(tài)適應(yīng)性循環(huán)三維框架的城市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 地理學(xué)報(bào), 2015, 70(7): 1052–1067.

[4] 彭建, 劉焱序, 潘雅婧, 等. 基于景觀格局—過(guò)程的城市自然災(zāi)害生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究: 回顧與展望[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(10): 1186–1196.

[5] 付在毅, 許學(xué)工, 林輝平, 等. 遼河三角洲濕地區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2001, 21(1): 365–373.

[6] 陽(yáng)文銳, 王如松, 黃錦樓, 等. 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 18(8): 1869–1876.

[7] 彭建, 黨威雄, 劉焱序, 等. 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展與展望[J]. 地理學(xué)報(bào), 2015, 70(4): 664–677.

[8] 吳劍, 陳鵬, 文超祥, 等. 基于探索性空間數(shù)據(jù)分析的海壇島土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25(7): 2056–2062.

[9] 許申來(lái). 基于“源匯”過(guò)程的景觀格局分析和水土流失評(píng)價(jià)[D]. 北京, 中國(guó)科學(xué)院研究生院, 2009.

[10] 王金亮, 謝德體, 倪九派, 等. 基于源匯景觀單元的流域土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)格局識(shí)別[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(24): 1-11.

[11] 劉芳, 沈珍瑤, 劉瑞民. 基于“源-匯”生態(tài)過(guò)程的長(zhǎng)江上游農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(6): 3271– 3277.

[12] 謝花林. 基于景觀結(jié)構(gòu)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(10): 5020–5026.

[13] 楊帆, 毛顯強(qiáng). 區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分析[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2006, 26(5): 623–626.

[14] 曾輝, 郭慶華, 劉曉東, 等. 景觀格局空間分辨率效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 1998, 34(6): 820–826.

[15] 高賓, 李小玉, 李志剛, 等. 基于景觀格局的錦州灣沿海經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(12): 3441–3450.

[16] 巫麗蕓. 區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理研究——以東山島為例[D]. 福州: 福建師范大學(xué), 2004.

[17] OVERMARS K P, KONING G H J D, VELDKAMP A. Spatial autocorrelation in multi-scale land use models[J]. Ecological Modelling, 2003, 164(2/3): 257–270.

[18] LAMBIN E F. Modelling and monitoring land-cover change processes in tropical regions[J]. Progress in Physical Geography, 1996, 21(3): 375–393.

[19] 傅麗華, 謝炳庚, 張曄, 等. 長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2011, 20(2): 96–101.

[20] 臧淑英, 梁欣, 張思沖. 基于GIS的大慶市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2005, 14(4): 141–145.

[21] 寧?kù)o, 杜國(guó)明, 孟凡浩, 等. 巴西熱帶雨林森林景觀轉(zhuǎn)化時(shí)空特征及破碎化分析[J]. 地理研究, 2015, 34(7): 1235–1246.

[22] 王云, 周忠學(xué), 郭鐘哲. 都市農(nóng)業(yè)景觀破碎化過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響——以西安市為例[J]. 地理研究, 2014, 33(6): 1097–1105.

[23] DALE V H, KLINE K L. Issues in using landscape indicators to assess land changes[J]. Ecological Indicators, 2013, 28(5): 91–99.

[24] GAO B, XIAOYU L I, ZHIGANG L I, et al. Assessment of ecological risk of coastal economic developing zone in Jinzhou Bay based on landscape pattern[J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(12): 3441–3450.

[25] 張?jiān)? 張飛, 周梅, 等. 干旱區(qū)內(nèi)陸艾比湖區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及時(shí)空分異[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 27(1): 233–242.

[26] 鞏杰, 謝余初, 趙彩霞, 等. 甘肅白龍江流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及其時(shí)空分異[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2014, 34(8): 2153–2160.

[27] 盧遠(yuǎn), 蘇文靜, 華璀, 等. 左江上游流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 熱帶地理, 2010, 30(5): 496–502.

[28] OLIVER M A, WEBSTER R. A tutorial guide to geostatistics: Computing and modelling variograms and kriging[J]. Catena, 2014, 113(2): 56–69.

[29] 王軍, 傅伯杰, 邱揚(yáng), 等. 黃土丘陵小流域土壤水分的時(shí)空變異特征——半變異函數(shù)[J]. 地理學(xué)報(bào), 2000, 1(4): 428–438.

[30] 李燦, 張鳳榮, 朱泰峰, 等. 大城市邊緣區(qū)景觀破碎化空間異質(zhì)性——以北京市順義區(qū)為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(17): 5363–5374.

Land use change and its impact on ecological risk in Changting County, Fujian Province

LIYueyue, HUANG Yixiong*, YANG Yang, YE Gongfu

Fujian Normal University, Fuzhou 350000, China

This study takes Changting County as the typical red soil research area, based on remote sensing imagery of Landsat TM in 2000, 2010, 2015, and carries on the supervision classification of the research area in ENVI5.0. On this basis, using the Fragstats4.2 computation area all kinds of landscape index, using the ArcGIS10.0 statistic module, the common kriging method for spatial interpolation, the ecological risk of the landscape pattern of Changting County and its temporal and spatial change were evaluated.The results showed that2000-2015, the landscape pattern of Changting County changed markedly, with the construction land, cultivated land and water landscape type area increasing rapidly, andgrassland area decreased obviously. The risk rank had the first increment after the period change. The higher and the high risk rank extended or dropped mainly in the middle area. In the 2000-2010, research area risk index became bigger. Low risk level and lower risk grade area decreased, moderate risk level and high risk grade area increased, accounting for 66% of total area. Regional risk rank increased markedly, and ecological environment quality decreased. In 2010-2015 landscape pattern changed significantly; cultivated land, construction land, water area increased 6033.72hm2, 3822.01hm2, 714.24hm2. Grassland area decreased, the high risk grade area decreased 7%, while the low risk grade area increased 7%. The risk level decreased obviously, and the eco-environmental problems were improved obviously.

landscape pattern, risk grade, temporal and spatial variation, Changting

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.06.007

F301.2

A

1008-8873(2018)06-052-08

2017-09-28;

2018-09-03

福建省水土保持林生態(tài)效益評(píng)價(jià)模型研究(HO0888); 福建省水主要土保持林改良土壤效應(yīng)研究(CO0058)

李月月(1990—), 女, 河南蘭考人, 碩士研究生, 從事景觀生態(tài)研究, E-mail: 115239326@qq.com

黃義雄(1960—), 男, 福建福州人, 研究員, 從事景觀生態(tài)方面研究, E-mail: yxhuang@fjnu, edu.cn

李月月, 黃義雄, 楊陽(yáng), 等. 福建省長(zhǎng)汀縣土地利用變化及其對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(6): 52-59.

LI Yueyue, HUANG Yixiong, YANG Yang, et al. Land use change and its impact on ecological risk in Changting County, Fujian Province[J]. Ecological Science, 2018, 37(6): 52-59.