馬 駿, 裴燕如, 王慧媛, 于 強(qiáng), 牛 騰, 岳德鵬

(北京林業(yè)大學(xué) 精準(zhǔn)林業(yè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083)

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類城鎮(zhèn)化加快。一方面土地利用類型不合理利用，人地矛盾尖銳；另一方面大多數(shù)國內(nèi)的礦產(chǎn)資源不能夠合理地開發(fā)利用，環(huán)境代價(jià)巨大，使絕大多數(shù)的自然生態(tài)系統(tǒng)都受到人類活動(dòng)的影響，而這些人類活動(dòng)影響會造成諸多的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，因此科學(xué)管理這些生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)成為人類與自然和諧發(fā)展的重要前提[1]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)作為現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境修復(fù)、治理以及生態(tài)安全格局構(gòu)建和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等諸多工作的重要參考依據(jù)，引起了全球?qū)W者的高度重視。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指生態(tài)系統(tǒng)及其組分在受到外界干擾后所承受的風(fēng)險(xiǎn)，其會對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能會造成不利影響[1-2]，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)起源于小尺度的人體健康評價(jià)，后來演變?yōu)楹饬恳环N或多種脅迫因素對生態(tài)系統(tǒng)造成正在發(fā)生或潛在發(fā)生的具有負(fù)生態(tài)效益的可能性的研究手段[2-4]。隨著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)理論和方法的完善，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的提出，將空間異質(zhì)性和風(fēng)險(xiǎn)因子等級關(guān)系納入到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要應(yīng)用在土壤、大氣以及水環(huán)境的生態(tài)評估。趙曉光等人[5]對礦區(qū)不同土地利用類型的土壤重金屬污染程度和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害進(jìn)行評價(jià),何瑞東等人[6]分析鄭州市某生活區(qū)大氣重金屬元素的污染特征，對鄭州市某生活區(qū)進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和居民健康風(fēng)險(xiǎn)的評估。李捷等學(xué)者[7]探究了北方六湖沉積物中重金屬污染源的差異性。為了探究景觀格局對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的定量影響，基于區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)提出景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)更加注重尺度效應(yīng)、空間異質(zhì)性以及景觀格局對的生態(tài)功能、過程的影響。目前國內(nèi)外對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究已經(jīng)相對成熟，從研究對象上來看，流域[8-10]、礦區(qū)[11-12]、城市[13]、自然保護(hù)區(qū)[14]等已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，從研究尺度來看，綜合考慮研究區(qū)面積和景觀斑塊的平均面積來劃分網(wǎng)格是主流的研究手段[15-17]，也有部分學(xué)者從縣域、市域等行政單位為研究單元進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究[18-19]；從評價(jià)方法上來看，大多基于風(fēng)險(xiǎn)源匯和景觀格局兩種方法，有的學(xué)者還基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估的研究[20]，當(dāng)前關(guān)于景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的研究主要將土地利用與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合并探究其時(shí)空分布，鮮有涉及到不同驅(qū)動(dòng)力影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變過程的定量分析，在本研究中使用地理探測器探測鄂爾多斯—榆林地區(qū)(以下簡稱“鄂榆地區(qū)”)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變過程中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。

鄂榆地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，被譽(yù)為中國的“能源走廊”。進(jìn)入21世紀(jì)，西部大開發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施，西部資源開發(fā)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快，煤炭能源開發(fā)成為鄂榆地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)[21]。隨著人為開發(fā)活動(dòng)的進(jìn)行，對整個(gè)鄂榆地區(qū)的草地、林地、未利用地等景觀要素都造成了不同程度的影響，在很大程度上改變了景觀結(jié)構(gòu)的布局，并對生態(tài)安全產(chǎn)生威脅?；诖耍疚囊远跤艿貐^(qū)為研究區(qū)，基于土地利用變化信息和景觀格局構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，測定各評價(jià)單元的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值，通過地理探測器對引起生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)力因素進(jìn)行探測，確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變的主要驅(qū)動(dòng)因子，為生態(tài)環(huán)境治理、修復(fù)以及生態(tài)安全格局的構(gòu)建提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我國第二大沉積盆地——鄂爾多斯盆地腹地，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市和陜西省榆林市兩個(gè)地級市，并以此為邊界向外擴(kuò)長5 km,將對鄂榆地區(qū)生態(tài)環(huán)境有重要影響的黃河及黃河周邊的地區(qū)也能納入研究區(qū)范圍內(nèi)。

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，介于北緯37°35′24″—40°51′40″，東經(jīng)106°42′40″—111°27′20″，總面積為86 752 km2。榆林市位于陜西省最北部，介于北緯36°57′—39°35′，東經(jīng)107°28′—111°15′，總面積為43 578 km2。鄂榆地區(qū)的東部、北部、西部三面被黃河環(huán)繞，北側(cè)與庫布齊沙漠相接，毛烏素沙地則地處陜西省榆林地區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市之間，屬于北溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，地勢由西北向東南傾斜，土地利用類型主要以草地和未利用地為主，冬夏寒暑變化大，多年平均氣溫7.2 ℃，日最高溫度39 ℃，日最低氣溫-31.4 ℃。多年平均降水約357 mm，降水主要集中在7—9月，占全年總降水的70%左右。鄂榆地區(qū)人口結(jié)構(gòu)主要以漢族占大多數(shù)，根據(jù)第7次人口普查數(shù)據(jù)，鄂爾多斯市常住人口為2 153 638人，榆林市常住人口為3 624 750人。鄂榆地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要以第二產(chǎn)業(yè)為主，第二產(chǎn)業(yè)的比例大致保持在50%左右。2020年，鄂爾多斯市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值(GDP)為3 533.66億元，榆林市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值(GDP)為4 089.66億元。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文數(shù)據(jù)主要選取鄂榆地區(qū)2000和2010年30 m空間分辨率的Landsat 7 TM/ETM+遙感影像和2020年30 m空間分辨率的Landsat 8OLI遙感影像為數(shù)據(jù)源，將其在ENVI 5.3中對影像進(jìn)行輻射校正、大氣校正、幾何校正、圖像增強(qiáng)以及鑲嵌裁剪等預(yù)處理，得到鄂榆地區(qū)3期的遙感影像數(shù)據(jù)。利用極大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類，根據(jù)目視解譯并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，采取LUCC分類體系將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)，工礦，居民用地(以下稱建設(shè)用地)及未利用地6類，在解譯結(jié)果隨機(jī)抽取驗(yàn)證樣地與Google Earth和實(shí)地進(jìn)行選取的1 217個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，總體分類精度均達(dá)88%以上，滿足研究需求。驅(qū)動(dòng)因子分析中使用的人為干擾度數(shù)據(jù)是通過于立忠等[22]提出的人為干擾度賦值表，參考谷東起等[23]建立的人為干擾度計(jì)算模型計(jì)算并將其空間化所得；NDVI數(shù)據(jù)為NASA提供的MOD13A1產(chǎn)品(http:∥ladsweb.nascom.nasa.gov/)；年降水量數(shù)據(jù)、年均氣溫?cái)?shù)據(jù)來自于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(http:∥www.geodata.cn/);DEM數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(www.gscloud.cn/)；地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)來源于NASA官方遙感影像數(shù)據(jù)(https:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化指標(biāo)構(gòu)建

(1) 土地利用動(dòng)態(tài)度。在景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究中，土地利用類型通常被看作是景觀嵌體的類型。土地利用動(dòng)態(tài)度可以描述景觀更替變換的速度與強(qiáng)度，通常定義為指定時(shí)間范圍內(nèi)區(qū)域土地利用類型變化的快慢[24]，以表現(xiàn)區(qū)域內(nèi)土地利用的劇烈程度。通常分為以下兩類：

①單一土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度。單一土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度指的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)，某一土地利用類型的面積變化情況[24]，計(jì)算公式為：

(1)

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua，Ub分別問研究初、研究末期某一土地利用類型面積；T為研究時(shí)段(a)。

②綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度。綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度表示所有土地利用類型變化的整體情況，計(jì)算公式為：

(2)

式中：LC為研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型年變化率； LUi為研究初期第i類土地利用類型面積； ΔLUi-j為研究初期至研究末期時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值。

(2) 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用作為景觀最直觀的表達(dá)形式，當(dāng)強(qiáng)烈人類活動(dòng)或自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會對土地利用類型造成變更，景觀要素的空間結(jié)構(gòu)以及生態(tài)功能也隨之發(fā)生改變，從而使區(qū)域的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生變化。土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣描述研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型的變更過程，能夠充分反映研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型的變化方向，計(jì)算公式為：

(3)

式中：Aij為土地利用類型面積；n為土地利用類型數(shù)量；i，j為轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型。

1.3.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建 土地利用速度、強(qiáng)度以及方向的變化會引起景觀格局的改變，不同的景觀格局對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的抵御能力是不相同的。為了將景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上以定量化的形式呈現(xiàn)，并改善現(xiàn)狀中不利的環(huán)境要素，在未來的設(shè)計(jì)規(guī)劃中提出發(fā)展性意見，通常通過計(jì)算多種景觀指數(shù)，按照不同的權(quán)重構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

(1) 劃分評價(jià)單元。為了將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間化，結(jié)合蘇海民等研究[25]，評價(jià)單元大小的選擇應(yīng)為斑塊平均面積的2～5倍，利用ArcGIS 10.2漁網(wǎng)構(gòu)建工具對研究區(qū)處理，分割為5 km×5 km大小相同的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單元，共劃分5 864個(gè)，作為評價(jià)單元。

(2) 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建。景觀格局是在多種驅(qū)動(dòng)力在景觀結(jié)構(gòu)綜合作用形成的，反映了人類活動(dòng)對景觀結(jié)構(gòu)作用的強(qiáng)度、頻率以及范圍，同時(shí)也影響著生態(tài)系統(tǒng)的格局和過程。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[17,23]利用景觀干擾度和景觀脆弱度構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，計(jì)算每個(gè)評價(jià)單元的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，將其作為評價(jià)單元的中心值。

景觀干擾度是景觀受到外界因素干擾程度的一種定量表征，將景觀破碎度、景觀分離度、景觀優(yōu)勢度按一定的權(quán)重疊加計(jì)算所得[26-30]，結(jié)果詳見表1。

表1 景觀指數(shù)計(jì)算公式及意義

景觀脆弱度(Fi)表示不同類型景觀對外界干擾的敏感程度和易損程度，景觀脆弱度在不同階段的景觀自然演替過程中是不同的[31]。根據(jù)前人的研究成果[32]，將研究區(qū)的景觀分別進(jìn)行如下賦值：未利用地6，水域5，耕地4，草地3，林地2，建設(shè)用地1，歸一化得到景觀類型脆弱度指數(shù)。

通過景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可以建立起景觀結(jié)構(gòu)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，能夠定量地反映景觀格局與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性，計(jì)算方法如下為：

(4)

式中：Aki表示第k個(gè)樣區(qū)i類景觀的面積；Ak表示第k類樣區(qū)的總面積。

1.3.3 空間自相關(guān)分析 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上量化后，通常會在空間上按一定的規(guī)律分布，而空間相關(guān)性分析是對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布模式描述的一種有效方法?？臻g相關(guān)性是檢測空間中某一要素的屬性值是否與相鄰空間點(diǎn)屬性值相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)。正相關(guān)表示某空間單元的屬性值與其相鄰單元的屬性值有相同的變化趨勢，負(fù)相關(guān)則相反。常用的指標(biāo)有Moran’sI指數(shù)和LISA指數(shù)。

(1) Moran’sI指數(shù)(全局自相關(guān))是描述空間要素及屬性值在區(qū)域內(nèi)的空間依賴程度，其計(jì)算公式為：

(5)

(2) LISA指數(shù)(局部自相關(guān))是描述空間單元與其相鄰單元的相似程度，其計(jì)算公式為：

(6)

1.3.4 地理探測器 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是由多種風(fēng)險(xiǎn)因子對區(qū)域內(nèi)景觀的綜合影響所產(chǎn)生，是由多種驅(qū)動(dòng)力，包括自然環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及人類活動(dòng)等多種條件綜合作用所致。地理探測器是探測空間分異性并揭示其背后驅(qū)動(dòng)因子的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。其核心思想是：如果自變量對某個(gè)因變量有很強(qiáng)的關(guān)系，那么自變量和因變量在空間分布上具有一定的相似性。其中地理探測器中的主要用來因子探測器用來探測自變量對因變量的解釋力,其大小用q值來衡量[33]。因此本文選取因子探測器來分析影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子,計(jì)算公式為：

(7)

(8)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型時(shí)空變化分析

2.1.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化 根據(jù)圖1和表2可得，在鄂榆地區(qū)，草地、耕地和未利用地所占的面積比例最大，共占90%以上，在2000—2010年，林地、建設(shè)用地、未利用地呈現(xiàn)增加的趨勢，其中建設(shè)用地的面積增加最多，相比2000年增加了0.29%；耕地、草地及水域分別呈現(xiàn)減少的趨勢，耕地的面積減少最多，相比2000年減少了0.21%，其他土地利用類型的變化幅度比較小，總的來說2000—2010年的趨于相對穩(wěn)定的狀態(tài)；在2010—2020年，耕地、水域和建設(shè)用地的面積有較明顯的增長，其中耕地面積增加比例最大，相比2010年增加2.01%，其次為建設(shè)用地，相比2010年增加1.32%。相反草地的面積減少比例最大，相比2010年減少2.17%，其他土地利用類型變化幅度較小，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖1 鄂榆地區(qū)2000，2010和2020年土地利用變化

表2 鄂榆地區(qū)2000-2020年土地利用類型面積變化

2.1.2 土地利用速度變化 鄂榆地區(qū)的單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度詳見表3，在2000—2010年和2010—2020年2個(gè)時(shí)間段內(nèi)，建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度均為最高，分別為5.75和16.47，表明在2000—2020年建設(shè)用地的增加速度始終正向增長，且2010—2020年建設(shè)用地的擴(kuò)張?jiān)黾铀俣缺?000—2010年要快，增加的建設(shè)用地主要分布在烏海市、達(dá)拉特旗、鄂爾多斯市、準(zhǔn)格爾旗伊金霍洛旗、府谷縣、神木縣、榆陽區(qū)、靖邊縣以及定邊縣等地區(qū)。在研究期間，2000—2010年與2010—2020年的綜合土地利用動(dòng)態(tài)變化度分別為0.19與0.69，表明在2010—2020年研究區(qū)整體的土地利用類型間變化比較活躍。

表3 鄂榆地區(qū)2000-2020年單一動(dòng)態(tài)度和綜合動(dòng)態(tài)度

2.1.3 土地利用方向變化 2000—2020年土地利用類型發(fā)生了明顯的變化(表4)，其中在2000—2010年，草地是主要的轉(zhuǎn)出類型也是主要的轉(zhuǎn)入類型，草地轉(zhuǎn)出為耕地的面積為987.18 km2，占轉(zhuǎn)出類型總比重的45.52%，轉(zhuǎn)出為未利用地的面積為504.17 km2，占轉(zhuǎn)出類型總比重的23.25%，轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的面積為211.26 km2，占轉(zhuǎn)出比例的9.74%;轉(zhuǎn)入草地的來源主要是耕地，轉(zhuǎn)入面積為1 152.12 km2，占總轉(zhuǎn)入比例的57.93%，其次為未利用地，轉(zhuǎn)入面積為441.33 km2，占總轉(zhuǎn)入比例的22.19%。其他土地利用類型的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出面積較少。在2010—2020年，草地仍然為主要的轉(zhuǎn)出類型和主要的轉(zhuǎn)入類型，轉(zhuǎn)出耕地面積為5 154.39 km2，占總轉(zhuǎn)出比例的51.30%，轉(zhuǎn)出為未利用地的面積為2 156.52 km2，占總轉(zhuǎn)出比例的21.46%，轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的面積為1 375.14 km2,占總轉(zhuǎn)出比例的13.69%；轉(zhuǎn)入草地的主要來源是未利用地和耕地，其中未利用地轉(zhuǎn)入面積為3 131.30 km2，占轉(zhuǎn)入比例的44.71%，耕地轉(zhuǎn)入面積為2 483.85 km2，占轉(zhuǎn)入面積的35.47%，其他土地利用類型的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出變化很小。草地景觀作為一種生態(tài)脆弱性比較低的景觀，且在鄂榆地區(qū)分布相當(dāng)廣泛，當(dāng)受到自然和人為因素等作用容易產(chǎn)生性變，而草地作為鄂榆地區(qū)主要的景觀類型，其數(shù)量的增減會導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的直接變化。

表4 鄂榆地區(qū)2000-2020年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化分析

在ArcGIS 10.2中采用克里金插值分析方法，對研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行空間插值，然后根據(jù)自然斷點(diǎn)法，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)5類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

由圖2可知，總體上鄂榆地區(qū)的中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在北部的庫布齊沙漠和中部的毛烏素沙漠地區(qū)，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在東部、北部邊緣地區(qū)、西南部分地區(qū)以及庫布齊沙漠和毛烏素沙漠之間的地區(qū)。由表5可知，2000—2010年，鄂榆地區(qū)的中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)以及高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢，擴(kuò)大比例分別2.02%，0.22%和0.57%，與較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)相比，中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的面積增幅較大，主要由于在研究期間鄂榆地區(qū)實(shí)施退耕還林(草)、沙漠農(nóng)業(yè)試驗(yàn)田以及圍封禁牧等大量生態(tài)保護(hù)政策，對鄂榆地區(qū)庫布齊沙漠和毛烏素沙漠地區(qū)沙漠化逆轉(zhuǎn)起到一定的作用，沙漠地區(qū)出現(xiàn)草地、林地和耕地等景觀類型，植被作物從無到有，區(qū)域景觀類型多樣性增多，導(dǎo)致斑塊破碎度增大，脆弱性增強(qiáng)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)升高趨勢。

表5 鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級面積及比例

在2010—2020年，鄂榆地區(qū)的中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)及高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的面積呈現(xiàn)大幅降低趨勢，減少比例分別為4.28%，1.09%和2.06%，同時(shí)低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積大幅增加，增加比例分別為4.48%和2.95%。由圖2可知，在西北部的庫布齊沙漠地區(qū)較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少顯著，主要原因是隨著多年生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施，鄂榆地區(qū)生態(tài)環(huán)境演變具有明顯的生態(tài)累積效應(yīng)，生態(tài)功能的可恢復(fù)性發(fā)揮了作用，草地、耕地景觀類型在空間分布上逐漸呈現(xiàn)均勻趨勢，景觀優(yōu)勢度增加且破碎度減少，脆弱性降低，抵抗外界干擾的能力增強(qiáng)，最終使得生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低。

圖2 鄂榆地區(qū)2000-2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

2.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間聚集特征分析

鄂榆地區(qū)2000，2010和2020年的全局Moran’sI指數(shù)均在0.5以上，分別為0.823，0.826和0.845，說明研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。散點(diǎn)主要集中在一、三象限，相似值呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，大多數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)單元在空間上的分布規(guī)律呈現(xiàn)高—高和低—低，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍分布著相應(yīng)的高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)分布著相應(yīng)的低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。全局自相關(guān)Moran’sI指數(shù)在2000—2020年呈現(xiàn)上升趨勢，表明鄂榆地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)聚集趨勢呈現(xiàn)上升趨勢。

鄂榆地區(qū)2000，2010和2020年的局部自相關(guān)LISA指數(shù)分布圖如3所示。從空間分布上看，3個(gè)時(shí)期的高—高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在杭錦旗西北部和東北部、鄂托克前旗的西部、烏審旗及榆陽區(qū)，少量高—高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)分布在靖邊縣和準(zhǔn)格爾旗周圍，這些區(qū)域往往景觀類型多樣性高，景觀優(yōu)勢度低且景觀分布破碎化，人類活動(dòng)極易引起以林草退化為主等生態(tài)問題。低—低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在鄂榆地區(qū)杭錦旗、達(dá)拉特旗北部邊緣地區(qū)、準(zhǔn)格爾旗、府谷縣、神木縣、佳縣、吳堡縣和清澗縣東部邊緣地區(qū)，以及正定縣、烏海市、鄂托克旗中部、杭錦旗東南部、鄂爾多斯市、伊金霍洛旗西北部和神木縣北部地區(qū)，這些地區(qū)景觀類型以耕地為主，景觀優(yōu)勢度高，且斑塊的破碎度較低。極少數(shù)的高—低和低—高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要在分布在高—高和低—低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)聚集區(qū)周圍，說明研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比較穩(wěn)定，出現(xiàn)急劇變化的可能性較低。

圖3 鄂榆地區(qū)2000-2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)LISA指數(shù)分布

2.4 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)力分析

鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變受多種外界干擾因素綜合影響。例如人為、自然及社會經(jīng)濟(jì)因素等。本文采用地理探測器探測各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對2000，2010及2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的解釋力(圖4)。本文選取人為干擾度、人造地表作為人為因素，利用NDVI值、降水量、年平均氣溫、高程以及地表蒸散發(fā)作為自然因素綜合分析鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響機(jī)制的分析指標(biāo)?；贏rcGIS平臺對7個(gè)因子使用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級，使用地理探測器測算每個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的q值，q值越大說明對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的解釋力越強(qiáng)。

圖4 鄂榆地區(qū)2000-2020年鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子解釋力

由圖4可知，在2000—2020年不同時(shí)期影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)因子的解釋力變化相對顯著。在人為因素中，人為干擾度的q值均大于0.7，且逐年增加，反映了人類活動(dòng)強(qiáng)度對景觀格局的擾動(dòng)呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢，人為干擾度對鄂榆地區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的解釋力越來越增強(qiáng)，成為影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的最主要驅(qū)動(dòng)因素；而人造地表的q值小于0.1，對鄂榆地區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)解釋力并不強(qiáng)；在自然因素中，NDVI的q值均在0.6左右，對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有很強(qiáng)的解釋力，年降水量的q值在2000和2010年大于0.3，2020年大于0.1，年平均氣溫的q值保持在0.1附近，這兩種驅(qū)動(dòng)因子在自然因素中僅次于NDVI，但作為植被生長必不可少的因素，在一定程度上也影響著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的變化。高程和地表蒸散發(fā)的q值均在0.1以下，其對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響作用微乎其微。

在自然因素中，NDVI、年降水量和年均氣溫是主要的驅(qū)動(dòng)因子，其中景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與植被覆蓋、降水和氣溫因子的起伏變化密切相關(guān)，結(jié)合鄂榆地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)以及NDVI數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)氐闹脖桓采w范圍在2000—2020年期間有明顯的擴(kuò)大，庫布奇沙漠和毛烏素沙地的治理中，以生態(tài)保護(hù)為主的防沙治沙取得到了明顯的成效，沙區(qū)的生態(tài)環(huán)境從不穩(wěn)定逐漸趨于穩(wěn)定，由人工干預(yù)的植被群落結(jié)構(gòu)也趨于穩(wěn)定，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)逐漸變低；根據(jù)鄂榆地區(qū)的氣象資料，2000—2010年，鄂榆地區(qū)的氣溫呈現(xiàn)降低的趨勢，降水呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢。2010—2020年，氣溫呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)，降水仍呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢。與全球變暖和全球降水呈現(xiàn)極端的趨勢不同，最可能原因就是人類活動(dòng)的影響，改變了地表景觀類型布局，從而改變了當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，進(jìn)而導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也隨之發(fā)生變化。

在人為因素中，以生態(tài)保護(hù)為主的人類活動(dòng)是造成鄂榆地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。為切實(shí)推動(dòng)生態(tài)建設(shè)發(fā)展，從21世紀(jì)初西部大開發(fā)中央政府政策的實(shí)施，眾多生態(tài)保護(hù)措施接連落實(shí)。這些年來，鄂榆地區(qū)普遍實(shí)施退耕還林、退牧還草，禁牧、休牧、輪牧、生態(tài)移民等保護(hù)措施的推進(jìn)。鄂榆地區(qū)的植被在恢復(fù)的過程中，景觀的結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，景觀的數(shù)量從單一向綜合發(fā)展，景觀的布局也由簡單向復(fù)雜轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致景觀格局在空間的布局發(fā)生顯著變化，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也隨之出現(xiàn)先增減后降低的變化。

3 結(jié) 論

(1) 鄂榆地區(qū)主要的土地利用類型為草地、耕地和未利用地，約占整個(gè)研究區(qū)的90%以上，在2010—2020年，土地利用強(qiáng)度和速度最為活躍。在研究期間，草地作為主要的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出類型，轉(zhuǎn)出為耕地的比例增加5.68%，轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地比例增加3.95%，轉(zhuǎn)出為未利用地的比例減少1.79%，耕地轉(zhuǎn)入的比例減少22.46%，未利用地轉(zhuǎn)入的比例增加22.52%。

(2) 鄂榆地區(qū)在2000—2010年，中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積呈現(xiàn)收縮趨勢，其主要原因是人為生態(tài)修復(fù)活動(dòng)的影響，沙漠地區(qū)逐漸出現(xiàn)耕地、草地、林地等土地利用類型，景觀類型多樣性增強(qiáng)，破碎度變大，景觀優(yōu)勢度降低，導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變高。在2010—2020年，景觀中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低面積呈現(xiàn)收縮趨勢，而低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢，主要由于多年生態(tài)政策的實(shí)施，景觀類型逐漸均一化，破碎度降低且優(yōu)勢度增強(qiáng)，導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低。

(3) 鄂榆地區(qū)2000，2010，2020年的全局自相關(guān)分析Moran’sI指數(shù)分別為0.823，0.826和0.845，說明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間分布上呈顯著正相關(guān)，大多數(shù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單元呈現(xiàn)高—高和低—低分布，少數(shù)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單元在高—高和低—低風(fēng)險(xiǎn)單元周圍分布，說明研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比較穩(wěn)定，出現(xiàn)急劇變化的可能性較低。

(4) 影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要驅(qū)動(dòng)因子是人為因素中的人為干擾度，自然因素中的主要驅(qū)動(dòng)是NDVI，年降水量和年均氣溫屬于次要驅(qū)動(dòng)因子，人造地表、高程以及地表蒸散發(fā)對鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響不大。