王 舒 ,劉鳳蓮** ,陳威廷 ,劉 艷 ,蔡 巍

(1.云南財經(jīng)大學(xué)國土資源與持續(xù)發(fā)展研究所 昆明 650221;2.云南財經(jīng)大學(xué)經(jīng)濟(jì)研究院 昆明 650221)

生態(tài)風(fēng)險評價是生態(tài)修復(fù)區(qū)域識別的重要前提,是對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評判的基礎(chǔ),是識別區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展因素進(jìn)而規(guī)避生態(tài)風(fēng)險的保障[1-2]。人為因素和自然因素對景觀結(jié)構(gòu)的干擾會打破生態(tài)系統(tǒng)的平衡性與穩(wěn)定性,而景觀生態(tài)學(xué)能夠通過對景觀的異質(zhì)性研究以揭示外界對景觀結(jié)構(gòu)的干擾程度,這為景觀生態(tài)風(fēng)險評價的研究創(chuàng)造了條件。景觀生態(tài)風(fēng)險相關(guān)研究將研究的空間尺度變大,視角從土地結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化到景觀尺度上,能夠反映景觀的時空異質(zhì)性并探索驅(qū)動機(jī)制,有助于區(qū)域土地的動態(tài)研究,從而降低生態(tài)風(fēng)險對生態(tài)環(huán)境的影響[3]。在過去40年間我國經(jīng)歷了大規(guī)模的快速城鎮(zhèn)化,導(dǎo)致生態(tài)問題頻發(fā)[4]。因此,加強(qiáng)景觀生態(tài)風(fēng)險的研究是生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容,亦是維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和推動高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。

景觀生態(tài)風(fēng)險的研究對區(qū)域緩解人地矛盾、維持生態(tài)功能穩(wěn)定性具有重要意義,相關(guān)的研究內(nèi)容也逐漸成為研究熱點(diǎn)。景觀生態(tài)學(xué)起始于歐洲,1939 年由德國地理學(xué)家Carl Troll (卡爾·特羅爾)提出,是從生態(tài)學(xué)衍生出來的一門學(xué)科[5]。自20 世紀(jì)80 年代起,國外學(xué)者就開始關(guān)注景觀生態(tài)學(xué)、生態(tài)風(fēng)險評價相關(guān)的概念研究[6]。國內(nèi)則是從20 世紀(jì)80年代末才開始進(jìn)行景觀生態(tài)風(fēng)險的探索[7]。研究尺度涉及市[8-9]、縣[10]、流域[11]、國家公園[12]、盆地[13]等。研究角度集中在景觀生態(tài)風(fēng)險的評價[14]和景觀生態(tài)風(fēng)險格局的構(gòu)建[15],景觀生態(tài)風(fēng)險評價的研究為景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。目前景觀生態(tài)風(fēng)險評價多基于土地利用變化數(shù)據(jù)展開[16-17],運(yùn)用定性和定量方法識別景觀生態(tài)風(fēng)險演變的驅(qū)動因素亦是研究的一項重要內(nèi)容。定性分析主要是以案例的形式,通過分析單一景觀[18-19]或由綜合測算結(jié)果識別出驅(qū)動因素[20-21];定量分析最常用的方法是運(yùn)用回歸模型[22-23]或地理探測器[24-25]識別主要驅(qū)動因素。相關(guān)學(xué)者為景觀生態(tài)風(fēng)險的研究提供了豐富的成果,但仍存在一些不足: 1)現(xiàn)有對云南省范圍內(nèi)進(jìn)行景觀生態(tài)風(fēng)險評價的研究區(qū)域主要集中在少數(shù)湖泊流域[26-27]和邊境地區(qū)[28],鮮少涉及滇中高原湖泊流域。2)景觀生態(tài)風(fēng)險的演變特征受多種干擾因素的影響,對驅(qū)動機(jī)制的研究能一定程度上反映因子對景觀生態(tài)風(fēng)險變化情況的解釋作用。但是在驅(qū)動因素識別中,以往研究聚焦于揭示全局驅(qū)動因素,對于局部區(qū)域驅(qū)動因素進(jìn)行識別的研究較少;此外,相關(guān)研究只關(guān)注定性或定量其中一方面的驅(qū)動力探索。3)在時間序列上,缺乏長時間、短間隔的景觀生態(tài)風(fēng)險研究,不利于完整地研究景觀生態(tài)風(fēng)險的時空演變過程,也不利于后期的動態(tài)監(jiān)測。

鑒于此,本研究從景觀生態(tài)學(xué)角度審視生態(tài)環(huán)境保護(hù),基于多期土地利用數(shù)據(jù),構(gòu)建2000—2020年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險的評價體系,對研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險的時空分異特征及變化趨勢進(jìn)行分析,并從自然和社會經(jīng)濟(jì)因素兩方面探究全局和局部景觀生態(tài)風(fēng)險演變的內(nèi)在驅(qū)動力,以期為高原湖泊流域乃至整個云南省的土地資源合理利用、生態(tài)風(fēng)險防控提供參考借鑒和決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究選取云南省高原湖泊中的滇池、陽宗海、撫仙湖、星云湖、杞麓湖流域作為研究區(qū)(24°04′～25°27′N,102°29′～103°02′E),該區(qū)域處于云南省的中部偏東,滇中城市群的中部,因此將流域命名為滇中高原湖泊流域。此流域涉及14 個區(qū)縣(尋甸回族彝族自治縣、嵩明縣、盤龍區(qū)、五華區(qū)、西山區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)、晉寧區(qū)、宜良縣、澄江市、江川區(qū)、紅塔區(qū)、華寧縣、通?？h),面積約5523.60 km2。流域內(nèi)地形以盆地和山地為主,海拔1688～2803 m,年均氣溫14 ℃左右,年平均降水量578～792 mm。流域內(nèi)的滇池為金沙江支流;陽宗海屬于珠江流域南盤江水系;撫仙湖地處長江流域和珠江流域的分水嶺地帶,是我國最大的深水型淡水湖泊;杞麓湖是典型的封閉型小流域湖泊。整個流域內(nèi)水資源充裕、生物資源豐富、旅游資源優(yōu)越,是云南省進(jìn)行生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域(圖1)。近年來城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快帶來的景觀破碎化問題使滇中高原湖泊流域經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)之間的矛盾日益突出。

圖1 滇中高原湖泊流域區(qū)位圖Fig.1 Location of plateau lake basin in central Yunnan

1.2 數(shù)據(jù)來源

通過對比多個數(shù)據(jù)集在本研究區(qū)的土地利用情況,選擇武漢大學(xué)發(fā)布的全國土地覆被數(shù)據(jù)集[29]作為研究區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),根據(jù)需要將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6 類。高程(DEM)數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(https://www.gscloud.cn/);坡度由DEM 數(shù)據(jù)中提取而來,植被歸一化指數(shù)和年均氣溫數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/),年降水量數(shù)據(jù)來源于國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://data.tpdc.ac.cn/home),人口密度數(shù)據(jù)來源于Worldpop(https://www.worldpop.org/),2000 年、2005 年、2010年、2015 年、2020 年夜間燈光數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心公布的DMSP/OLS 和NPP/VIIRS 數(shù)據(jù)集(https://www.resdc.cn/)。

1.3 流域提取

運(yùn)用ArcGIS 10.8 中的水文分析進(jìn)行流域劃分,最終提取出合理的流域范圍(圖2)。首先對DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌得到滇中高原湖泊流域附近的DEM (先提取湖泊疊加到DEM 上便于定位研究區(qū))。由于DEM 數(shù)據(jù)的誤差和某些地形(喀斯特地貌)的存在使圖像表面存在部分凹陷區(qū)域,這些區(qū)域的存在對水流方向的測算會造成一定影響,因此,對DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行填洼處理能有效提高水流方向計算的準(zhǔn)確率。確定水流方向能夠為提取流域奠定基礎(chǔ)。之后運(yùn)用柵格計算器提取出流量≥2000 m3·s-1的河流。再根據(jù)湖泊的范圍選擇合適的傾瀉點(diǎn)。最后運(yùn)用分水嶺工具確定流域范圍后通過柵格轉(zhuǎn)面工具得到滇中高原湖泊流域的矢量圖。

圖2 滇中高原湖泊流域提取過程圖Fig.2 Extraction process of the plateau lake basin in central Yunnan

1.4 研究方法

1.4.1 景觀生態(tài)風(fēng)險評價模型

評價小區(qū)劃分: 參考相關(guān)學(xué)者對于景觀生態(tài)風(fēng)險評價小區(qū)劃分的結(jié)果,評價小區(qū)面積為平均斑塊面積的2～5 倍最佳[30]。按平均斑塊面積的5 倍計算,小區(qū)數(shù)量為19 645 個,數(shù)據(jù)量過大,與實(shí)際不符。因此,本研究根據(jù)滇中高原湖泊流域范圍大小,將研究區(qū)劃分為2 km×2 km 的網(wǎng)格單元,共計1555 個,剔除中心點(diǎn)不在區(qū)域中的風(fēng)險小區(qū),最終得到1372 個評價單元。

景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(ERI)計算: 將ArcGIS 10.8中得到的柵格文件導(dǎo)入Fragstats 4.2 中計算得到滇中高原湖泊流域景觀格局指數(shù)后,根據(jù)表1 的計算方法在Excel 中計算景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)。

表1 景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)計算公式及意義Table 1 Calculation formula and significance of landscape ecological risk indexes

1.4.2 空間分析模型

根據(jù)計算的結(jié)果利用克里金插值法對風(fēng)險小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行空間分析,探索景觀生態(tài)風(fēng)險的空間演變特征?？死锝鸩逯祷诳臻g半變異函數(shù),能夠識別景觀生態(tài)風(fēng)險在未知樣本點(diǎn)的基本情況,具體函數(shù)表達(dá)見參考文獻(xiàn)[31]。由于目前對于景觀生態(tài)風(fēng)險等級劃分并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),為了比較各時期的景觀生態(tài)風(fēng)險變化情況,利用自然斷點(diǎn)法根據(jù)景觀風(fēng)險指數(shù)(ERI)將2000 年的景觀生態(tài)風(fēng)險劃分為5 個等級: 低風(fēng)險區(qū)(0≤ERI≤0.0439)、中低風(fēng)險區(qū)(0.0439＜ERI≤0.0507)、中風(fēng)險 區(qū)(0.0507＜ERI≤0.0567)、中高風(fēng)險區(qū)(0.0567＜ERI≤0.0686)和高風(fēng)險區(qū)(0.0686＜ERI≤1.0000),為了便于分析,2005 年、2010 年、2015 年和2020 年均按照2000 年的標(biāo)準(zhǔn)劃分。

1.4.3 地理探測器

地理探測器打破傳統(tǒng)對于景觀生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因素的定性研究,定量檢測驅(qū)動因素之間的交互作用,其基本思想是通過對研究區(qū)進(jìn)行劃分,并比較各區(qū)域之間的方差大小,從而揭示背后的驅(qū)動機(jī)制[32-33];核心思想是某些因子對景觀生態(tài)風(fēng)險有重要影響,那么這些因子和景觀生態(tài)風(fēng)險的空間分布應(yīng)該具有相似性,故而這些相關(guān)因子對景觀生態(tài)風(fēng)險的空間分布具有關(guān)鍵作用[34]?？紤]到滇中高原湖泊流域的地勢條件、植被的覆蓋情況和氣候條件,本研究選取的自然因素有高程、坡度、植被歸一化指數(shù)、年均氣溫、年降水量;結(jié)合該流域人口大量向城鎮(zhèn)遷移和經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況[35],選取人口密度和夜間燈光作為社會經(jīng)濟(jì)因素,前者能解釋區(qū)域社會發(fā)展程度[8],后者能夠反映地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平[36]。主要用到因子探測和交互探測兩個功能定量研究驅(qū)動因素對景觀生態(tài)風(fēng)險的解釋作用。地理探測器的函數(shù)表達(dá)、交互探測的作用類型和判斷依據(jù)詳見參考文獻(xiàn)[28,37]。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀生態(tài)風(fēng)險分析

2.1.1 景觀類型變化

滇中高原湖泊流域2000—2020 年景觀類型變化情況如圖3 所示。研究區(qū)內(nèi)的景觀類型主要是耕地和林地,占流域總面積的67%以上。2010—2020年林地面積不斷增加,耕地面積呈減少趨勢,2010 年起林地超過耕地成為流域內(nèi)占比最高的景觀類型,一定程度上反映了流域內(nèi)推行的退耕還林政策效果顯著。2015—2020 年草地面積顯著減少,氣候變暖、降水減少是導(dǎo)致流域內(nèi)草地退化的重要原因。研究期內(nèi),建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,農(nóng)業(yè)和生態(tài)用地空間受到一定程度的擠壓。水域面積先減后增,說明在湖泊保護(hù)的相關(guān)政策干預(yù)下,景觀類型有一定程度的改變。未利用地的面積最小,占比不足0.2%。

圖3 2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀類型面積占比Fig.3 Area proportions of different types of landscape in the plateau lake basin of central Yunnan from 2000 to 2020

2.1.2 景觀生態(tài)風(fēng)險時空分異

根據(jù)計算得出的風(fēng)險小區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù),運(yùn)用ArcGIS 10.8 軟件進(jìn)行克里金插值,得到滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險時空變化情況如表2 和圖4 所示。2000 年、2005 年和2010 年流域內(nèi)面積占比最大的景觀生態(tài)風(fēng)險等級為中風(fēng)險,分別為34.71%、36.65%、30.46%;2015 年、2020 年流域內(nèi)面積占比最大的景觀生態(tài)風(fēng)險等級為中低風(fēng)險,分別為30.62%、28.61%。2000—2020 年整體看,低風(fēng)險區(qū)面積增加最多,為279.85 km2;其次是高風(fēng)險區(qū)和中低風(fēng)險區(qū),分別增加243.70 km2和133.91 km2;中風(fēng)險區(qū)面積減少最多,為589.29 km2;其次為中高風(fēng)險區(qū),減少68.16 km2。2000—2020 年,滇中高原湖泊流域高風(fēng)險區(qū)主要位于滇池以北的五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、西山區(qū)的交匯處,呈不斷擴(kuò)張趨勢并向西北和東南方向延伸。中高風(fēng)險區(qū)主要分布在滇池流域,其以南的中高風(fēng)險區(qū)范圍先縮小后擴(kuò)大,陽宗海西部和撫仙湖北部的中高風(fēng)險區(qū)不斷向滇池北部匯集,星云湖和杞麓湖流域的中高風(fēng)險區(qū)范圍先減后增再減。中風(fēng)險地區(qū)逐漸向流域的中部聚攏。低風(fēng)險區(qū)和中低風(fēng)險區(qū)緊密相連,主要分布在湖泊、湖泊周圍及流域北部。總體上,經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險都相對較高,受人類活動干擾較大;生物資源和水資源豐富的地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險較低,受人類活動干擾較小,這符合景觀生態(tài)風(fēng)險值與人類活動的正相關(guān)關(guān)系。

表2 2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險等級面積及占比Table 2 Areas and percentages of landscape ecological risk levels in the plateau lake basin of central Yunnan from 2000 to 2020

圖4 2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險等級分布圖Fig.4 Distribution of landscape ecological risk levels in the plateau lake basin of central Yunnan from 2000 to 2020

2.1.3 景觀生態(tài)風(fēng)險變化趨勢

為把握研究期內(nèi)滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險的發(fā)展趨勢,利用柵格計算器進(jìn)行相關(guān)計算得到景觀生態(tài)風(fēng)險等級的變化情況,如表3 和圖5 所示。不同時間段的景觀生態(tài)風(fēng)險等級變化情況有所不同。2000—2005 年風(fēng)險等級不發(fā)生轉(zhuǎn)變的面積 為3887.33 km2,發(fā) 生轉(zhuǎn)變的面積為1636.25 km2。這一時期景觀生態(tài)風(fēng)險呈下降趨勢,表現(xiàn)在降低區(qū)域面積占流域總面積的27.07%;升高區(qū)域的面積占流域總面積的2.55% (表3),主要分布在滇池、撫仙湖和星云湖周圍(圖5)。2005—2010 年與上一時間段相比,生態(tài)系統(tǒng)開始惡化,表現(xiàn)在風(fēng)險升高的區(qū)域較為明顯,占總面積的18.88%,主要集中在滇池北、東、南3面;降低區(qū)域面積僅占流域總面積的6.62%。2010—2015 年與上一時間段相比,生態(tài)系統(tǒng)惡化程度加深,表現(xiàn)在高風(fēng)險面積占比持續(xù)升高,為19.04%,以環(huán)狀分散在各湖 泊周圍,這與湖 泊面積減少有密切關(guān)系。2015—2020 年湖泊保護(hù)力度加強(qiáng),周圍的生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)。這一時期,整個流域生態(tài)得到改善,表現(xiàn)在景觀生態(tài)風(fēng)險降低的面積為821.30 km2,占流域總面積的14.87%;升高區(qū)域的面積與上一時間段相比顯著減少,僅占流域總面積的8.99%,主要集中在滇池和杞麓湖北部。2000—2020 年生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn),表現(xiàn)在風(fēng)險等級不變的區(qū)域超過1/2,且降低區(qū)域面積占總流域面積的26.19%,大于升高區(qū)域面積的占比。等級升高的區(qū)域主要集中在滇池周圍,等級降低的區(qū)域成塊分布于整個流域。整體上看,滇中高原湖泊流域內(nèi)生態(tài)風(fēng)險等級升高主要發(fā)生在人為因素干擾強(qiáng)度大的區(qū)域,生態(tài)環(huán)境較好的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險等級不發(fā)生改變甚至降低。此外,因湖泊占比較大,生態(tài)保護(hù)與生活界限不清,若對其周圍的保護(hù)工作不做到位,必將導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)大面積失衡,從而導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險升高。

表3 2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險等級變化趨勢的面積及占比Table 3 Areas and proportions of landscape ecological risk changing trend in the plateau lake basin of central Yunnan from 2000 to 2020

圖5 2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險等級變化趨勢Fig.5 Changing trend of landscape ecological risk levels in the plateau lake basin of central Yunnan from 2000 to 2020

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險演變的驅(qū)動因素分析

2.2.1 全流域驅(qū)動因素分析

前文基于景觀生態(tài)風(fēng)險的測算結(jié)果定性分析了景觀生態(tài)風(fēng)險演變受自然因素和人為因素的影響。為進(jìn)一步研究滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險演變的驅(qū)動因素,根據(jù)流域內(nèi)的實(shí)際情況從自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素兩方面選擇指標(biāo)進(jìn)行定量分析。X1-X7 分別代表高程、坡度、植被歸一化指數(shù)、年均氣溫、年降水量、人口密度、夜間燈光。

1)單因子探測

由表4 可知,2000—2020 年,在自然因素中,植被歸一化指數(shù)對滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險演變的解釋力最強(qiáng),因子貢獻(xiàn)度分別為26.58%、24.33%、20.56%、24.41%、20.26%,說明植被的生長情況影響著景觀類型從而影響著流域內(nèi)景觀生態(tài)風(fēng)險。在社會經(jīng)濟(jì)因素中,除2000 年外,夜間燈光的解釋力均為最強(qiáng),因子貢獻(xiàn)度分別為25.11%、26.13%、19.72%、19.17%、22.40%,說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于流域的景觀生態(tài)風(fēng)險空間演變的驅(qū)動作用最強(qiáng)。人口密度的貢獻(xiàn)度持續(xù)減弱,說明城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,人類活動密集區(qū)域增多,雖然人類活動給生態(tài)系統(tǒng)造成了不良影響,但隨著生態(tài)保護(hù)修復(fù)戰(zhàn)略部署的不斷深化,人為干擾對景觀生態(tài)風(fēng)險的影響得到了一定的控制。綜合來看,2000 年社會經(jīng)濟(jì)因素的解釋力略強(qiáng)于自然因素,說明在這段時間內(nèi)人為因素對流域內(nèi)景觀生態(tài)風(fēng)險的空間演變起到主導(dǎo)作用,但自然因素也具有一定的影響力。2005—2020 年的景觀生態(tài)風(fēng)險演變中則是自然因素占主導(dǎo)地位,像高程、植被歸一化指數(shù)、年均氣溫這樣的主要影響因子都能不同程度地作用于地形地貌和植被生長,這說明自然景觀的改變對景觀生態(tài)風(fēng)險的影響作用在變大。

表4 2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因素的單因子探測結(jié)果Table 4 Single factor detection results of landscape ecological risk drivers in the plateau lake basin of central Yunnan from 2000 to 2020

2)交互因子探測

如圖6 所示,交互探測結(jié)果顯示驅(qū)動因子均表現(xiàn)出雙因子增強(qiáng)和非線性增強(qiáng),不存在非線性減弱、單因子非線性減弱和獨(dú)立的情況,這說明因子間的交互作用對景觀生態(tài)風(fēng)險空間演變的驅(qū)動作用相對于單個驅(qū)動因子均有明顯增強(qiáng),也說明景觀生態(tài)風(fēng)險的空間演變不單是依靠其中一個因子的作用,而是不同因子進(jìn)行不同程度交互作用的結(jié)果。2000年X3(植被歸 一化指 數(shù))∩X7(夜間燈 光)(0.2600)、X3∩X6(人口密 度)(0.2586)、X1(高 程)∩X3(0.2275)對景觀生態(tài)風(fēng)險的解釋力位列前三,這表明植被生長狀態(tài)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對景觀結(jié)構(gòu)的改變較大,不同的植被類型是影響景觀空間分異的重要因素;經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致土地粗放利用等情況發(fā)生,影響了生態(tài)系統(tǒng)的有序發(fā)展,兩個因子的交互作用使景觀生態(tài)風(fēng)險的變化更為顯著。人口密度會導(dǎo)致景觀類型產(chǎn)生顯著變化,使景觀破碎度和分離度提高,從而使景觀的連通性減弱,提高景觀生態(tài)風(fēng)險;高程反映了地形地貌,使得景觀存在差異。人口密度和高程分別與植被歸一化指數(shù)的交互作用加劇了景觀生態(tài)風(fēng)險程度。2005 年X4(年均氣溫)∩X7(0.2162)、X3∩X7(0.2133)、X2(坡度)∩X7(0.2042)對景觀生態(tài)風(fēng)險的解釋力位列前三,自然因素與人為因素的交互解釋作用變強(qiáng)。與2000 年相比,植被歸一化指數(shù)、夜間燈光、人口密度、高程的交互作用有所減弱。2010 年、2015 年、2020 年植被歸一化指數(shù)、夜間燈光、人口密度、高程的交互作用對景觀生態(tài)風(fēng)險的解釋力相較于上一年份均有提升。2020 年,年降水量(X5)與植被歸一化指數(shù)、夜間燈光的交互作用對景觀生態(tài)風(fēng)險的解釋力提升,躋身當(dāng)年主要驅(qū)動因子行列。其原因為:降水是影響植被生長的基本因素之一,降水量多少對林地、草地等景觀的破碎度有重要影響,與其他因子的交互作用對景觀生態(tài)風(fēng)險影響程度加深。

圖6 2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因素的因子交互作用探測結(jié)果Fig.6 Factor interaction detection results of landscape ecological risk drivers in the plateau lake basin of central Yunnan from 2000 to 2020

2.2.2 局部驅(qū)動因素分析

為了解局部景觀生態(tài)風(fēng)險演變的原因,本研究參考相關(guān)學(xué)者[38]的研究選取2020 年景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最小值(ERI2020min=0.0158)作為判定景觀生態(tài)風(fēng)險變化的條件,將ERI2020-ERI2000＞0.0158 的區(qū)域定義為惡化區(qū),ERI2020-ERI2000＜-0.0158 的區(qū)域定義為改善區(qū),其余地區(qū)為穩(wěn)定區(qū)。本研究的惡化區(qū)與改善區(qū)分布在滇池流域,共有3 個改善區(qū)、2 個惡化區(qū)。選取面積較大的1 個改善區(qū)、1 個惡化區(qū)和5 個示例穩(wěn)定區(qū)(分別在每個高原湖泊流域選取一個示例穩(wěn)定區(qū))進(jìn)行分析,如圖7 中區(qū)域a-g 所示。

圖7 2000 年和2020 年滇中高原湖泊流域的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險變化及土地利用情況Fig.7 Regional landscape ecological risk changes and land use of the plateau lake basin in central Yunnan in 2000 and 2020

將這7 個區(qū)域分別進(jìn)行因子探測,得到的結(jié)果如表5 所示?？梢钥闯龈叱逃绊懽畲蟮膮^(qū)域為e 和g,坡度影響最大的區(qū)域是e 和f,植被歸一化指數(shù)影響最大的區(qū)域為b 和c,年均氣溫影響最大的區(qū)域為f和g,年降水量影響最大的區(qū)域為b 和f,人口密度影響最大的區(qū)域為c 和f,夜間燈光影響最大的區(qū)域為a 和d。根據(jù)a-g 區(qū)的實(shí)際情況可知: a 區(qū)位于五華區(qū)、盤龍區(qū)、西山區(qū)、官渡區(qū)的交界處,雖然是經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為發(fā)達(dá)和人類活動頻繁的區(qū)域,受夜間燈光影響較大,但是注重自然生態(tài)環(huán)境保護(hù),因此營造林面積增加,對景觀生態(tài)風(fēng)險改善起到了重要作用。b 區(qū)主要位于官渡區(qū)和呈貢區(qū),是城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的典型區(qū)域,建設(shè)用地擴(kuò)張顯著,造成自然景觀破碎化,年降水量對該區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險的影響較大,此外,植被歸一化指數(shù)也是影響景觀生態(tài)風(fēng)險的重要因子。c 區(qū)位于晉寧區(qū),人口密度增加使耕地等自然景觀被破壞從而影響景觀生態(tài)風(fēng)險的演變,植被歸一化指數(shù)也是主要的驅(qū)動因子。d 區(qū)位于陽宗海西部,植被相對茂密,水是影響植被生長的基本因素之一,因此年降水量對景觀生態(tài)風(fēng)險的影響較大。e 區(qū)處在澄江市盆地與群山交界處,海拔高度差異明顯,群山處自然景觀豐富,因此該區(qū)域主要受到高程和年降水量的影響。f 和g 區(qū)建設(shè)用地零星分布于其他景觀內(nèi),f 區(qū)位于江川區(qū)內(nèi),g 區(qū)位于通海縣內(nèi),前者比后者更為靠近玉溪市主城區(qū),因此f 區(qū)的人口密度對景觀生態(tài)風(fēng)險的影響力要大于g 區(qū),年降水量、植被歸一化指數(shù)分別是這兩個區(qū)域影響力排名第一的因子。通過對比a-g 區(qū)自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素的總貢獻(xiàn)度發(fā)現(xiàn),自然因素對景觀生態(tài)風(fēng)險演變的影響要大于社會經(jīng)濟(jì)因素,說明自然條件是造成區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險變化的主要原因,這是滇中高原湖泊流域特殊的地理位置造成的結(jié)果。

表5 滇中高原湖泊流域的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因素的單因子探測結(jié)果Table 5 Single factor detection results of regional landscape ecological risk drivers of the plateau lake basin in central Yunnan

3 討論和結(jié)論

3.1 討論

研究結(jié)果顯示,2000—2020 年滇中高原湖泊流域景觀生態(tài)風(fēng)險較高的區(qū)域經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá),人為干擾強(qiáng)度大;景觀生態(tài)風(fēng)險較低的區(qū)域主要集中在湖泊及其周圍,水資源較為豐富,生物資源充足,受人類活動干擾較小,這與張詠琦等[26]、王濤等[27]的研究結(jié)果相印證。研究表明流域內(nèi)中低風(fēng)險區(qū)面積增加、低風(fēng)險區(qū)面積明顯增加,生態(tài)系統(tǒng)整體水平發(fā)展向好,這與鐘祺康等[39]的研究結(jié)果相似。此外,研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險演變受多個因子的影響,因子間的交互作用對景觀生態(tài)風(fēng)險空間演變的驅(qū)動作用相對于單個驅(qū)動因子均有明顯增強(qiáng),這與鄭可君等[28]的研究結(jié)果一致。單因子檢測結(jié)果顯示,整體流域來看,2000 年社會經(jīng)濟(jì)因素的解釋力略強(qiáng)于自然因素;2005—2020 年則是自然因素占主導(dǎo)地位,除2000 年外,其余年份結(jié)果與高彬嬪等[38]的研究相印證。2000 年研究結(jié)果有所不同,這可能與研究區(qū)選擇、驅(qū)動因素選擇不同有關(guān)。高原湖泊治理是云南省面臨的一項重要任務(wù),結(jié)合研究結(jié)論和研究區(qū)的實(shí)際情況,對生態(tài)風(fēng)險防控和環(huán)境整治提出以下建議:

1)高風(fēng)險和中高風(fēng)險區(qū)域主要位于滇池流域,尤其是滇池北部,這些區(qū)域人口密度大,建設(shè)用地密集,是云南省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速的區(qū)域。城鎮(zhèn)化進(jìn)程使高風(fēng)險、中高風(fēng)險區(qū)域的面積均有不同程度的增加,繼而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境脆弱。政府應(yīng)該注意對這些區(qū)域的調(diào)控,正確認(rèn)識經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系,統(tǒng)籌推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展和高水平保護(hù)。在城市建設(shè)過程中,避免“粗放建造”,要正確認(rèn)識區(qū)域規(guī)劃在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位,合理預(yù)留生態(tài)空間。此外,還應(yīng)該繼續(xù)開展相關(guān)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作,格外注重林地、草地等自然景觀的保護(hù),強(qiáng)化景觀破碎的修復(fù)工作,發(fā)揮昆明市的核心優(yōu)勢,帶動周圍區(qū)域共同修復(fù)破碎景觀。

2)中風(fēng)險區(qū)域面積較大,嵌于中高風(fēng)險區(qū)和中低風(fēng)險區(qū)之間。因此,要做好中高風(fēng)險和中低風(fēng)險區(qū)域的銜接工作,合理劃分生態(tài)保護(hù)區(qū)與建設(shè)用地的范圍。政府可以針對中風(fēng)險區(qū)成立相關(guān)的工作小組,用于定期評估這些區(qū)域惡化帶來的大面積生態(tài)系統(tǒng)失衡問題,引導(dǎo)中風(fēng)險區(qū)向更低一級的風(fēng)險區(qū)演變,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

3)中低風(fēng)險和低風(fēng)險區(qū)域主要位于湖泊及其周圍以及流域北部。因此,針對湖泊及其周圍應(yīng)該合理劃分湖濱生態(tài)保護(hù)紅線和緩沖區(qū)域。其余區(qū)域可以發(fā)揮地理優(yōu)勢,發(fā)展生態(tài)旅游和綠色農(nóng)業(yè),在提高居民生活質(zhì)量的同時將生態(tài)保護(hù)責(zé)任落實(shí)到個人身上,同時政府也要在這一環(huán)節(jié)做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)和監(jiān)督工作;滇中高原湖泊流域北部區(qū)域植被茂密,耕地資源豐富,應(yīng)該維護(hù)好這些區(qū)域的生態(tài)環(huán)境,對林地實(shí)施更嚴(yán)格的保護(hù)制度,加強(qiáng)森林普法工作,同時要防止耕地“非農(nóng)化” “非糧化”,也要做到提升耕地質(zhì)量,減輕農(nóng)民的耕種壓力。

4)對于改善區(qū)a,要確保之前所做的生態(tài)修復(fù)工作帶來的效益可持續(xù)性,加強(qiáng)該區(qū)域的林地保護(hù);對于惡化區(qū)b,應(yīng)合理調(diào)控人類活動強(qiáng)度,杜絕建設(shè)用地?zé)o序擴(kuò)張的現(xiàn)象,科學(xué)管理、合理利用土地;對于穩(wěn)定區(qū)c,應(yīng)防止建設(shè)用地擴(kuò)張侵占耕地的現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)生,在嚴(yán)守耕地保護(hù)紅線和保護(hù)生態(tài)用地基礎(chǔ)上,再考慮建設(shè)用地的規(guī)劃;d 區(qū)應(yīng)以全面推行“林長制”為基礎(chǔ)開展天然林的恢復(fù)工作,引進(jìn)保護(hù)技術(shù)和林木培育技術(shù),減輕病蟲災(zāi)害,形成多樹種的混交林;e、f、g 區(qū)應(yīng)注重自然和人造景觀系統(tǒng)間的相互作用,嚴(yán)禁開發(fā)大規(guī)模的建設(shè)用地以保障景觀結(jié)構(gòu)的完整性和系統(tǒng)的連通性。還應(yīng)考慮景觀類型搭配對生態(tài)系統(tǒng)的作用,實(shí)現(xiàn)不同景觀類型之間的優(yōu)勢互補(bǔ);與此同時,建立自然保護(hù)區(qū)以解決景觀破碎化造成生物棲息地喪失的問題。

5)對流域內(nèi)各湖泊實(shí)行最嚴(yán)格的治理措施,緩解環(huán)湖發(fā)展強(qiáng)大動力與湖泊承載能力有限的基本矛盾。首先,從源頭治理,嚴(yán)禁污水亂排,杜絕污水處理不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生。同時,建立湖濱濕地保障湖泊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。此外,還要在發(fā)展中保護(hù),優(yōu)先發(fā)展信息化產(chǎn)業(yè),推動綠色、健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展,將信息產(chǎn)業(yè)與節(jié)水親水的文化旅游產(chǎn)業(yè)結(jié)合,完善滇中高原湖泊的旅游體系,促進(jìn)生態(tài)修復(fù)與旅游發(fā)展有效融合。最后,強(qiáng)化政策引導(dǎo),處理好湖泊保護(hù)政策與其他政策的銜接工作,結(jié)合實(shí)際情況,完善水資源保護(hù)制度。

3.2 結(jié)論

本研究以滇中高原湖泊流域為研究對象,分析景觀生態(tài)風(fēng)險的時空分異特征和變化趨勢,采用地理探測器揭示全流域及各提取區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險的驅(qū)動因素。具體結(jié)論如下:

1)研究期內(nèi),耕地和林地是滇中高原湖泊流域的基質(zhì)景觀類型,占總流域的67%以上。建設(shè)用地呈不斷擴(kuò)張趨勢。未利用地面積占比少于0.2%?；|(zhì)景觀能提高生態(tài)安全質(zhì)量,因此在城市建設(shè)過程中嚴(yán)禁胡亂侵占耕地和林地。

2)流域內(nèi)整體以中景觀生態(tài)風(fēng)險區(qū)、中低景觀生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積最大,二者占比達(dá)50%以上。景觀生態(tài)風(fēng)險較高的區(qū)域主要分布在滇池周圍,高風(fēng)險區(qū)呈擴(kuò)張趨勢并向西北和東南方向延伸。景觀生態(tài)風(fēng)險較低的區(qū)域水資源較為豐富,生物資源充足,受人類活動干擾較小,主要分布在湖泊周圍。要注意重點(diǎn)把控中風(fēng)險區(qū)和中低風(fēng)險區(qū)的變化情況,防止這些區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險上升。

3)超過70%的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險等級未發(fā)生改變。流域內(nèi)景觀生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷好轉(zhuǎn)—惡化—持續(xù)惡化—改善的過程,但最終表現(xiàn)為景觀生態(tài)風(fēng)險小幅下降,生態(tài)系統(tǒng)整體水平發(fā)展向好。滇中高原湖泊流域內(nèi)生態(tài)風(fēng)險等級升高主要發(fā)生在人口密集的區(qū)域,受城鎮(zhèn)化發(fā)展影響較大;生態(tài)環(huán)境較好的區(qū)域有自身的保護(hù)機(jī)制,外加政策的影響,因此景觀生態(tài)風(fēng)險等級不發(fā)生改變甚至降低;湖泊周圍的生態(tài)系統(tǒng)脆弱,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

4)景觀生態(tài)風(fēng)險的演變是自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素共同作用的結(jié)果。從滇中高原湖泊整體流域來看,單因子檢測結(jié)果顯示植被歸一化指數(shù)、夜間燈光、人口密度是景觀生態(tài)風(fēng)險的主要影響因子。交互因子顯示,植被歸一化指數(shù)、夜間燈光、人口密度、高程的交互作用對景觀生態(tài)風(fēng)險的影響最大。從局部來看,自然因素對景觀生態(tài)風(fēng)險演變的影響大于社會經(jīng)濟(jì)因素,主要受夜間燈光、年降水量、植被歸一化指數(shù)等因子的影響。