杜華明

(1.綿陽(yáng)師范學(xué)院 資源環(huán)境工程學(xué)院,四川 綿陽(yáng) 621000； 2.生態(tài)安全與保護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 綿陽(yáng) 621000)

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指在自然或人為因素影響下,景觀格局與生態(tài)過(guò)程相互作用可能產(chǎn)生的不利后果[1].伴隨人類活動(dòng)和自然災(zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的加強(qiáng),景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)引起政府、學(xué)界、社會(huì)的廣泛關(guān)注,并已有大量研究報(bào)道.例如，馬勝等[2-4]通過(guò)構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),分別對(duì)陜西省米脂縣高渠鄉(xiāng)、陜西榆林市、貴州夾巖水利樞紐區(qū)52個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行了景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究；傅微等[5-7]分別以黃土高原、三江平原、升金湖濕地等為研究對(duì)象,對(duì)區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行時(shí)空變化探討；奚世軍等[8-9]分別對(duì)烏江流域、太湖流域開(kāi)展流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；劉焱序等[10-11]對(duì)城市景觀格局及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析；姜坤等[12]對(duì)福州鼓嶺避暑旅游區(qū)景觀格局及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析.目前關(guān)于景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取、評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建及景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變等研究已取得一定成果,但景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略、景觀生態(tài)格局優(yōu)化等研究尚顯不足.

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶處于森林生態(tài)系統(tǒng)與草原生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)區(qū)與牧業(yè)區(qū)的復(fù)合過(guò)渡帶[13],地理?xiàng)l件特殊、生態(tài)環(huán)境復(fù)雜、生態(tài)系統(tǒng)類型多樣，該區(qū)域海拔高差大、地域廣闊、經(jīng)度跨度大，分為東北段、華北段、西北段3個(gè)部分[14](見(jiàn)圖1).由于長(zhǎng)期采取粗放的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)模式,忽視了生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,從而使得人地矛盾突出、生態(tài)損毀嚴(yán)重、生態(tài)監(jiān)測(cè)與監(jiān)管能力不足,致使北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)面臨嚴(yán)峻的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),生態(tài)環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞，如生態(tài)功能衰退、草地退化、土地沙漠化等.景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和景觀格局優(yōu)化是有效應(yīng)對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑,加強(qiáng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)自然地理環(huán)境稟賦條件、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和格局優(yōu)化研究,有利于為北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐.

圖1 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶區(qū)位圖Fig.1 Location of Farming-pastoral Ecotone in Northern China

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中所涉及的數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)及DEM數(shù)據(jù).1∶1 000 000的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(http://www.webmap.cn/)；遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于USGS(https://earthexplorer.usgs.gov/),通過(guò)對(duì)2018年Landsat 7 ETM影像進(jìn)行校正拼接處理后,運(yùn)用ENVI5.1軟件進(jìn)行監(jiān)督分類處理得到2018年土地利用數(shù)據(jù)(分辨率為30 m),得到的土地利用數(shù)據(jù)主要用于土地利用分析、香農(nóng)均勻度指數(shù)和蔓延度指數(shù)的計(jì)算；土壤類型數(shù)據(jù)(分辨率為1 000 m)來(lái)源于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.resdc.cn/),運(yùn)用ArcGIS軟件進(jìn)行重采樣處理(分辨率統(tǒng)一為30 m)；數(shù)字高程數(shù)據(jù)(分辨率為30 m)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/),主要用于高程指標(biāo)、坡度的提取與相關(guān)計(jì)算.

1.2 研究方法

1.2.1 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的構(gòu)建

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受多源因素的綜合影響,在充分認(rèn)識(shí)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地理特征、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人文條件等的基礎(chǔ)上,結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況,遵循生態(tài)災(zāi)害所固有的復(fù)雜性和不確定性等風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)原理,依據(jù)科學(xué)性、可靠性、可操作性、系統(tǒng)性和簡(jiǎn)明性等原則,同時(shí)參考前人研究成果,選取坡度、海拔、土壤類型、距河流距離、距居民點(diǎn)距離、距城鎮(zhèn)用地距離、距道路距離、土地利用類型、香農(nóng)均勻度指數(shù)、蔓延度指數(shù)等10個(gè)指標(biāo),從“自然環(huán)境-人類社會(huì)-景觀格局”3個(gè)維度構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[15-16].運(yùn)用ArcGIS10.5軟件的重分類功能,對(duì)10個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)(見(jiàn)表1),不同景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分成5個(gè)等級(jí),1～5級(jí)分別表示低、較低、中等、較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū).

自然環(huán)境維度主要考慮坡度、高程、土壤類型、距水體距離4個(gè)因子對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合影響.坡度大易導(dǎo)致水土流失,從而發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,因此坡度越大景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高,根據(jù)《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》,把坡度劃分為5個(gè)等級(jí),即1級(jí)(<5 °)、2級(jí)(5 °～15 °)、3級(jí)(15 °～25 °)、4級(jí)(25 °～35 °)、5級(jí)(>35 °)[17].降水、氣溫、光照、濕度、植被類型等隨海拔高度的不同而發(fā)生變化,根據(jù)區(qū)域特征及高程,結(jié)合文獻(xiàn)[18-19],將海拔分為5個(gè)等級(jí)(見(jiàn)表1).不同類型土壤的含沙量、土壤通氣性、保水性能等亦不一致,按照不同類型土壤抵抗外界壓力能力的強(qiáng)弱,把不同土壤類型劃分成5個(gè)等級(jí)[20].水域生態(tài)系統(tǒng)在涵養(yǎng)水源、保持水土、維護(hù)物種多樣性方面起著非常重要的作用,距水域越近的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越小[21].

表1 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Indicators and Grading Evaluation Criteria of Ecological Risk

人類社會(huì)維度選取距居民地距離、距城鎮(zhèn)用地距離、距道路距離3個(gè)指標(biāo).距居民地、城鎮(zhèn)用地、道路越近的區(qū)域,受到人類活動(dòng)的影響越大.參考文獻(xiàn)[22],并結(jié)合區(qū)域自然地理環(huán)境特征,將距居民地距離、距城鎮(zhèn)用地距離、距道路距離劃分成5個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)低、較低、中等、較高、高風(fēng)險(xiǎn).

景觀格局維度選取土地利用類型、香農(nóng)均勻度指數(shù)和蔓延度指數(shù)3個(gè)指標(biāo).不同地類的生態(tài)穩(wěn)定性不同,抗外界干擾能力不一樣,其生態(tài)恢復(fù)能力、水土保持能力亦不同,不同利用類型土地對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的敏感性亦不同,參考生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合區(qū)域土地利用類型,將土地劃分為林地、草地、水域和濕地、耕地、建設(shè)用地5種類型,分別對(duì)應(yīng)低、較低、中等、較高、高風(fēng)險(xiǎn)[23].香農(nóng)均勻度指數(shù)、蔓延度指數(shù)分別表示景觀豐富度和景觀組分空間配置，指數(shù)越高生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定[15].

1.2.2 空間主成分分析(spatial principal component analysis,SPCA)

SPCA方法可將主成分因子分析結(jié)果在對(duì)應(yīng)的每一個(gè)柵格上展現(xiàn)出來(lái),空間可視化效果良好[24].運(yùn)用ArcGIS軟件下空間分析中的Principal Components工具,對(duì)研究區(qū)域10個(gè)指標(biāo)進(jìn)行空間主成分分析,確定各指標(biāo)對(duì)區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)度,并根據(jù)分析結(jié)果計(jì)算指標(biāo)權(quán)重[25].具體分析流程：打開(kāi)Principal Components工具,在輸入柵格波段中添加10個(gè)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子所對(duì)應(yīng)的柵格數(shù)據(jù),進(jìn)行SPCA并得到分析結(jié)果,根據(jù)分析結(jié)果中的成分矩陣及方差解釋表計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重[26],結(jié)果見(jiàn)表1.

1.2.3 景觀綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(landscape ecological risk index,ERI)

參考相關(guān)文獻(xiàn),采用景觀綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(ERI,IERI)進(jìn)行區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算,計(jì)算公式為

(1)

式中：IERI為第i個(gè)柵格的綜合景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，i為交錯(cuò)帶30 m×30 m的像元;Pij為第i個(gè)柵格對(duì)應(yīng)的第j個(gè)指標(biāo);Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重[27]，結(jié)果見(jiàn)表1.

1.2.4 最小累積阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型

最小累積阻力是經(jīng)過(guò)不同阻力的景觀所耗費(fèi)的距離或克服阻力所做的功[18],運(yùn)用MCR模型進(jìn)行區(qū)域生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建，其公式為

(2)

式中：VMCR表示生態(tài)源j到任意點(diǎn)i之間的最小累積阻力值;f是反映MCR與變量(DijRi)之間正比關(guān)系的函數(shù)；Dij表示從第j個(gè)生態(tài)源地到目標(biāo)點(diǎn)i的距離;Ri為景觀表面上第i個(gè)柵格的阻力值[15].

2 結(jié)果與分析

2.1 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1.1 區(qū)域“自然環(huán)境-人類社會(huì)-景觀格局”3個(gè)維度景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

運(yùn)用ArcGIS10.5對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶10個(gè)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分,結(jié)果見(jiàn)圖2.圖2a～d是自然環(huán)境維度評(píng)價(jià)因子風(fēng)險(xiǎn)圖,坡度因子和高程因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布較一致,內(nèi)蒙古東北部與吉林、黑龍江、遼寧西部交界區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)最低,山西北部、河北北部與內(nèi)蒙古中部交綏區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)較低,青海、甘肅、寧夏、河北北部地區(qū)屬于高及較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū).從土壤因子的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)看,農(nóng)牧交錯(cuò)帶河北省北部地區(qū)、遼寧省西部地區(qū)及交錯(cuò)帶東部局部地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低；北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶西北段大部分區(qū)域、交錯(cuò)帶東北段部分區(qū)域?qū)儆诟呒拜^高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域.從距河流距離看,農(nóng)牧交錯(cuò)帶西北部地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)較高,而東南部區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)較低.

圖2e～g是人類社會(huì)維度評(píng)價(jià)因子風(fēng)險(xiǎn)圖,從距居民地距離的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)看，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段的黑吉遼西部、華北段、西北段大部分區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高,內(nèi)蒙古東北局部區(qū)域、陜西南部局部區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低.距城鎮(zhèn)用地距離和距道路距離的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上分布較為一致,風(fēng)險(xiǎn)度與城鎮(zhèn)的建設(shè)及路網(wǎng)密切相關(guān),距城鎮(zhèn)及道路越近風(fēng)險(xiǎn)越高.總體上看,除內(nèi)蒙古東北部局部區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低外,華北段和西北段相對(duì)較高.

圖2h～j是景觀格局維度評(píng)價(jià)因子風(fēng)險(xiǎn)圖,受土地利用類型的影響,內(nèi)蒙古大部分區(qū)域?qū)儆诓莸?東部局部為林地,其風(fēng)險(xiǎn)較低；交錯(cuò)帶西部的青海部分、甘肅大部分區(qū)域、寧夏大部分區(qū)域、陜西中部和北部區(qū)域、山西北部局部地區(qū)等屬于較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；甘肅中部地區(qū)、寧夏南部、陜西大部分地區(qū)、遼寧西北部、內(nèi)蒙古東部局部區(qū)域等屬于較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū).從香農(nóng)均勻度指數(shù)看,農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段和華北段大部分區(qū)域?qū)儆诘汀⑤^低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),高、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在交錯(cuò)帶西北段大部分區(qū)域.從蔓延度指數(shù)看,交錯(cuò)帶大部分區(qū)域均屬于高、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),而低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)所占比例相對(duì)較小.

a.坡度； b.海拔； c.土壤類型； d.距河流距離； e.距居民地距離；f.距城鎮(zhèn)用地距離； g.距道路距離； h.土地利用類型; i.香農(nóng)均勻度指數(shù)； j.蔓延度指數(shù).圖2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子空間分布Fig.2 Spatial Distribution of Landscape Ecological Risk Factors

2.1.2 區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用ArcGIS空間分析的Weighted Overlay工具,結(jié)合指標(biāo)權(quán)重,將10個(gè)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)柵格圖層進(jìn)行加權(quán)疊加分析,得到研究區(qū)域綜合景觀格局生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果(見(jiàn)圖3),運(yùn)用自然斷點(diǎn)分級(jí)法,根據(jù)景觀格局生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)的大小將其劃分為低、較低、中等、較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)5個(gè)等級(jí).分析發(fā)現(xiàn),低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占統(tǒng)計(jì)面積的0.07 %,零星分布在農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段局部地區(qū)；較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占統(tǒng)計(jì)面積的16.54 %,主要集中分布于農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段大部分區(qū)域、西北段東部局部區(qū)域；中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布面積最廣,占區(qū)域總面積的64.32 %；較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占統(tǒng)計(jì)面積的19.05 %,主要分布于農(nóng)牧交錯(cuò)帶的華北段和西北段部分區(qū)域；農(nóng)牧交錯(cuò)帶的西北段南部局部區(qū)域?yàn)楦呱鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),占總面積的0.02 %.總體上看,農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段綜合景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)偏低,這與該區(qū)域海拔低、坡度小、河網(wǎng)密集、居民點(diǎn)較少、香農(nóng)均勻度指數(shù)較高密切相關(guān).華北段和西北段大部分地區(qū)綜合景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高,海拔高、坡度大、居民點(diǎn)多、城鎮(zhèn)多、道路密集、香農(nóng)均勻度指數(shù)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)較大.

圖3 綜合景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)Fig.3 Landscape Ecological Risk Levels

由表2可知,低、較低、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶面積的80.93 %,較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占19.07 %,說(shuō)明目前北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的生態(tài)環(huán)境整體狀況良好.從景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布上看,東北段景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低,華北段、西北段景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)偏高.其中,低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在東北段,該區(qū)域海拔低、坡度小、濕地林地面積大,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較強(qiáng),建議該區(qū)域要合理保護(hù)濕地、水域,發(fā)揮生態(tài)環(huán)境的調(diào)節(jié)作用.中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶中部地區(qū),呈帶狀分布,該區(qū)域海拔較高、坡度不是很大,但該區(qū)域路網(wǎng)密集、城鎮(zhèn)分布眾多,人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干預(yù)較大,建議合理進(jìn)行土地資源的開(kāi)發(fā)利用,建立人工生態(tài)綠道.較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于西北段大部分區(qū)域和華北段局部地區(qū),該區(qū)域海拔高、坡度大、路網(wǎng)密集、居民點(diǎn)多、香農(nóng)均勻度指數(shù)較低、建設(shè)用地及耕地所占比例較大,生態(tài)較破碎，且受到的人為干擾較大,建議該區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè),以保護(hù)為主,設(shè)置人類活動(dòng)的限制區(qū),促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的改善.

表2 各等級(jí)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積及所占比例Tab.2 The Area and Percentage of Landscape Ecological Risk Levels

2.2 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶景觀格局優(yōu)化

通過(guò)確立生態(tài)源地、構(gòu)建生態(tài)廊道、識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn),在景觀層面構(gòu)建“點(diǎn)-線-面”多層次生態(tài)網(wǎng)絡(luò),有利于促進(jìn)物種遷移、生物多樣性的保護(hù),促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),以維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、健康地發(fā)展,增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值.

2.2.1 生態(tài)源地的確定

結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H狀況,選擇抗外界干擾能力較強(qiáng)的大面積林地及具有涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)蓄徑流的水域作為生態(tài)源地.運(yùn)用粒度反推法[28],通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),最終以2 000 m粒度的景觀組分結(jié)構(gòu)為依據(jù),在此基礎(chǔ)上，采用選取相連的斑塊以及間距在20 m以內(nèi)的斑塊合并為1個(gè)生態(tài)源地等方法,共得到29個(gè)生態(tài)源地(見(jiàn)圖4),總面積為119 322.97 km2,占區(qū)域總面積的16.73 %.由圖4可知,北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)源地整體分布欠均勻,即東北段分布比較集中且規(guī)模較大、華北段生態(tài)源地小且分散、西北段分散但面積較大.具體看,林地型生態(tài)源地面積達(dá)116 010.26 km2,主要分布在農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段和西北段；水源型生態(tài)源地主要集中在華北段,東北段及西北段也有零星分布,總面積為3 312.71 km2.其中，面積最大的生態(tài)源地位于河北北部、遼寧西部和內(nèi)蒙古東部的交界地帶,占地面積51 657.66 km2；其次是位于青海與甘肅交界處的生態(tài)源地,面積12 305.47 km2；較小的生態(tài)源地面積僅有266.15 km2.總體上看,該區(qū)域生態(tài)源地規(guī)模差異顯著、分散,反映出生態(tài)環(huán)境受人為干擾的程度較大,景觀破碎,不利于生態(tài)流在生態(tài)源地之間的流通.

圖4 生態(tài)源地Fig.4 Ecological Sources Areas

2.2.2 景觀格局阻力表面

以景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果和生態(tài)源地為基礎(chǔ),運(yùn)用ArcGIS中的Cost Distance工具,獲得北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶景觀格局累積阻力表面,按自然斷裂法將其劃分為5個(gè)等級(jí)(見(jiàn)圖5).從圖5可以看出,低阻力區(qū)主要位于內(nèi)蒙古東部局部地區(qū)、遼寧西北部邊緣、河北北部地區(qū)、山西北部局部區(qū)域、黃河流域沿線、陜西中部地帶、青海甘肅交綏區(qū)域等,占比最高(38.80 %),占地面積276 781.92 km2.較低阻力區(qū)零星分布在低阻力區(qū)的外圍地帶,華北段部分占比較高(25.79 %),占地面積183 964.08 km2.中等阻力區(qū)主要位于內(nèi)蒙古東部局部區(qū)域、華北段部分地區(qū)、陜西北部地帶、甘肅寧夏交界地帶、青海局部區(qū)域,占地面積132 584.35 km2,占比18.59 %.較高阻力區(qū)占地面積79 752.96 km2,占比11.18 %.高阻力區(qū)主要位于農(nóng)牧交錯(cuò)帶西北段的甘肅與寧夏的交界地區(qū)、陜北北部區(qū)域,華北段部分主要位于內(nèi)蒙古境內(nèi),東北段部分位于內(nèi)蒙古東部邊緣與吉林、遼寧的交界區(qū)域,高阻力區(qū)面積40 206.40 km2,占比5.64 %.總體上看,低阻力區(qū)主要分布于林地、水域等斑塊,這些斑塊物種多樣性相對(duì)豐富,受人為干擾較少.研究發(fā)現(xiàn)，海拔越高、坡度越大、受人類活動(dòng)干擾越大的區(qū)域阻力值越大,成為景觀生態(tài)流的阻礙.

圖5 景觀格局阻力分級(jí)Fig.5 Landscape Pattern Cumulative Resistance Levels

2.2.3 區(qū)域生態(tài)廊道的構(gòu)建

廊道是帶狀的連接著斑塊并一起鑲嵌于基質(zhì)中的景觀要素,是連接各種生境斑塊的通道,廊道可增強(qiáng)生態(tài)源地之間的連通性,有利于物種的遷徙,是促進(jìn)生態(tài)流的主要途徑[29].根據(jù)生態(tài)源地和阻力成本面,運(yùn)用最小累積阻力模型構(gòu)建51條生態(tài)廊道(見(jiàn)圖6).生態(tài)廊道劃分為3個(gè)等級(jí)，即廊道長(zhǎng)度≥400 km為1級(jí)、100 km<廊道長(zhǎng)度<400 km為2級(jí)、廊道長(zhǎng)度≤100 km為3級(jí).1級(jí)生態(tài)廊道共有4條：1號(hào)生態(tài)廊道經(jīng)過(guò)寧夏、甘肅、陜西、內(nèi)蒙,長(zhǎng)度為619.85 km；2號(hào)生態(tài)廊道主要位于農(nóng)牧交錯(cuò)帶華北段內(nèi),連接內(nèi)蒙與河北,長(zhǎng)度為565.01 km；3號(hào)生態(tài)廊道位于交錯(cuò)帶東北段內(nèi),位于吉林與內(nèi)蒙的邊緣地帶,長(zhǎng)度為499.68 km；4號(hào)生態(tài)廊道位于交錯(cuò)帶西北段,是連接甘肅和陜西的生態(tài)通道,長(zhǎng)度為459.25 km.2級(jí)生態(tài)廊道共有16條:農(nóng)牧交錯(cuò)帶西北段有5條,主要位于甘肅、寧夏、陜西境內(nèi)；華北段內(nèi)有4條,位于陜西、內(nèi)蒙、河北境內(nèi)；東北段內(nèi)有7條,主要位于內(nèi)蒙、黑龍江境內(nèi).3級(jí)生態(tài)廊道共有31條：西北段3條、華北段18條、東北段10條.

圖6 景觀格局優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)Fig.6 Optimization of Landscape Ecological Network

2.2.4 區(qū)域生態(tài)節(jié)點(diǎn)的建立

生態(tài)節(jié)點(diǎn)有益于物種遷徙及生態(tài)流的運(yùn)行,利于維持局部區(qū)域生態(tài)平衡.參考文獻(xiàn)[15]研究發(fā)現(xiàn),農(nóng)牧交錯(cuò)帶共有34個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)，其中生態(tài)廊道與阻力脊線的交點(diǎn)，即“廊道-阻力”型生態(tài)節(jié)點(diǎn)29個(gè)；生態(tài)廊道與生態(tài)廊道的交點(diǎn)，即“廊道-廊道”型生態(tài)節(jié)點(diǎn)5個(gè).1級(jí)生態(tài)節(jié)點(diǎn)有13個(gè):農(nóng)牧交錯(cuò)帶西北段境內(nèi)有7個(gè),即甘肅與寧夏交界處1個(gè)、甘肅境內(nèi)2個(gè)、陜西境內(nèi)4個(gè)；華北段境內(nèi)有3個(gè),即內(nèi)蒙古2個(gè)、河北北部地區(qū)1個(gè)；東北段有3個(gè),即內(nèi)蒙古2個(gè)、吉林1個(gè).2級(jí)生態(tài)節(jié)點(diǎn)有15個(gè)：西北段有6個(gè),即甘肅境內(nèi)3個(gè)、寧夏境內(nèi)1個(gè)、陜西中部2個(gè)；華北段有3個(gè),即山西北部2個(gè)、內(nèi)蒙古境內(nèi)1個(gè)；東北段內(nèi)有6個(gè),即黑龍江西部1個(gè)、內(nèi)蒙古東北部5個(gè).3級(jí)生態(tài)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)：西北段甘肅中部1個(gè)；陜西中部地區(qū)1個(gè)；華北段內(nèi)有4個(gè),即河北北部地區(qū)1個(gè)、山西西北部地區(qū)3個(gè).

總體上看,生態(tài)節(jié)點(diǎn)和廊道的分布具有空間一致性,表現(xiàn)為西北段和東北段多、華北段偏少、景觀斑塊破碎的區(qū)域廊道和節(jié)點(diǎn)較多.“廊道-阻力”型生態(tài)節(jié)點(diǎn)的生態(tài)阻力值高,是生態(tài)功能最薄弱的地方,應(yīng)該加以保護(hù)和減少人為活動(dòng)的干擾；“廊道-廊道”型生態(tài)節(jié)點(diǎn)的生態(tài)阻力值相對(duì)較低,是促進(jìn)生態(tài)流運(yùn)行的主要節(jié)點(diǎn)[30].

3 結(jié) 論

從“自然環(huán)境-人類社會(huì)-景觀格局”3個(gè)維度構(gòu)建了北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用粒度反推法優(yōu)選生態(tài)源地并構(gòu)建區(qū)域生態(tài)廊道,得到以下結(jié)論：1) 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶低、較低、中、較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的占比分別為0.07 %,16.54 %,64.32 %,19.05 %,0.02 %,低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段大部分區(qū)域、西北段東部局部區(qū)域，較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于農(nóng)牧交錯(cuò)帶的華北段和西北段部分；2) 運(yùn)用粒度反推法識(shí)別出生態(tài)源地29個(gè),其規(guī)模差異顯著、分布分散，生態(tài)源地總面積為119 322.97 km2,占區(qū)域總面積的16.73 %，其中林地型生態(tài)源地面積達(dá)116 010.26 km2、水源型生態(tài)源地面積為3 312.71 km2；3) 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶由29個(gè)生態(tài)源地、51條生態(tài)廊道、34個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)形成“點(diǎn)-線-面”多層次生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)是連接生態(tài)源地的通道,對(duì)維持生態(tài)流起著非常重要的生態(tài)作用,應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)域生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點(diǎn)的建設(shè),以維持區(qū)域生態(tài)景觀多樣性及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性.

4 討 論

采用空間主成分分析、加權(quán)疊加分析、最小累積阻力模型等方法對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及格局優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn),較高、高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于農(nóng)牧交錯(cuò)帶的華北段和西北段部分,研究識(shí)別出29個(gè)生態(tài)源地、構(gòu)建出51條生態(tài)廊道、識(shí)別出34個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn),形成多層次生態(tài)網(wǎng)絡(luò).北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶屬于濕潤(rùn)氣候與干旱氣候的過(guò)渡區(qū)域,生境復(fù)雜,生態(tài)環(huán)境脆弱,根據(jù)區(qū)域地理位置和環(huán)境特征,從“自然環(huán)境-人類社會(huì)-景觀格局”3個(gè)維度構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,該指標(biāo)體系具有很好的適宜性；但由于景觀生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在演化機(jī)理問(wèn)題還缺乏全面、綜合、系統(tǒng)深入地分析研究,因此在景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建上還存在不足,今后應(yīng)認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn),并在此基礎(chǔ)上拓展新的研究領(lǐng)域.