基于土地利用的“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動分析*

韓會慶，張英佳，郜紅娟，李 琳，翟晨宇，李 陵

(1.貴州理工學院 建筑與城市規劃學院，貴州 貴陽 550003；2.貴州師范學院 地理與旅游學院，貴州 貴陽 550018)

0 引 言

工業革命以來，人類活動的增強以及氣候的變化使得生態系統的擾動不斷增強[1]，這導致生態系統的結構和功能發生明顯的變化，進而可能引起生態功能下降和生物多樣性降低[2]。因此，研究生態系統擾動對生態系統平衡、生態系統恢復和生態功能提高具有重要的意義。

目前，生態系統擾動研究多集中生態系統擾動因子識別及驅動機理、擾動因子對生態系統影響、擾動區生態系統恢復等方面。如楊毅等[3]認為火災、蟲害、氮沉降、干旱和洪水等是陸地生態系統主要自然擾動因子，并分析了自然因子擾動過程與陸地碳收支動態變化的關系。姜明等[4]認為氣候、火、工程、圍墾、放牧、石油開發等是擾動松嫩平原濕地生態系統的主要因子。郁達威等[5]認為砍伐、火災、城鎮化是擾動森林生態系統的重要因素。陳驥等[6]分析了螞蟻擾動對青海湖北岸高寒草甸草原群落結構的影響。徐長君等[7]認為濕地污染、濕地水資源利用過度、濕地景觀破碎化、噪聲和電磁輻射污染等擾動因子導致龍鳳濕地鳥的種類明顯減少。趙國琴等[8]分析了高原鼠兔擾動對高寒草地植物群落特征的影響。曾旭等[9]以向家壩水電工程為例，分析了大型水利水電工程擾動區植被生態恢復的目標、原則及方法。人類活動引起的土地利用變化是擾動陸地自然生態系統重要因素。李鋒瑞等[10]分析了土地覆被變化和管理擾動對地面節肢動物營養類群的影響。C.BANOU等[11]認為城市化、撂荒、造林、毀林等是擾動巴塞羅那大都市區生物多樣性重要因素。然而當前研究多關注中小尺度，鮮有從大尺度分析土地利用對生態系統擾動的影響，且更鮮有針對國際經濟合作區這一特殊區域的相關研究。

“南方絲綢之路”是一條起于我國四川，經云南進入南亞和東南亞的商業、文化交流通道。隨著我國一系列國際合作戰略的提出，以孟中印緬、東盟為基礎的“南方絲綢之路”經濟帶正式上升到國家層面。經濟帶沿線印度、巴基斯坦、阿富汗、泰國、新加坡、馬來西亞、菲律賓、緬甸等國家是當前以及未來世界政治、經濟大戰略格局中的關鍵區域[12]。隨著區域合作的深入，該經濟區必將進入快速發展階段，這將深刻影響該區生態系統，因此，筆者以“南方絲綢之路”經濟帶為例，分析土地利用對生態系統擾動的影響，以期為該區生態環境保護和可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究范圍界定

“南方絲綢之路”經濟帶是“絲綢之路”經濟帶重要組成部分，但目前缺乏精確范圍界定。依據相關文獻[13-14]，筆者將南方“絲綢之路”經濟帶界定為中國西南地區的云南省、貴州省、廣西壯族自治區、四川省和重慶市、南亞的印度、孟加拉國、巴基斯坦、阿富汗、尼泊爾、不丹、馬爾代夫、斯里蘭卡以及東南亞菲律賓、緬甸、老撾、泰國、越南、柬埔寨、印度尼西亞、馬來西亞、新加坡、文萊、東帝汶共20個國家和地區。

1.2 數據來源及處理

土地利用數據是利用歐洲宇航局(European Space Agency，ESA)氣候變化啟動計劃(Climate Change Initiative，CCI)的1992年和2015年300 m分辨率土地利用數據[15]，該數據是基于Envisat衛星ASAR傳感器獲取的遙感影像解譯得到。依據研究區特點，將土地利用類型劃分為耕地、有林地、灌木林、草地、建設用地、水域和未利用地共7種。該數據分辨率較高，可滿足大尺度相關研究需要。

1.3 研究方法

人類活動對不同生態系統的干擾程度存在差異。農田、城鎮、農村居民點、工礦等生態系統的人類活動較為突出，進而使得人類活動對其干擾程度較高。同理，人類活動在沙漠、戈壁、林地、草地等生態系統較弱，這使得人類活動對其干擾程度較低。此外，由于不同生態系統人類活動強度存在差異，某一生態系統的人類活動會對周邊生態系統產生干擾，進而影響生態系統質量。依據此思路，本研究首先依據劉紀遠等[1，16]研究成果將研究區各生態系統歸并為自然未利用型(包括未利用地)、自然再生利用型(包括有林地、灌木林、草地和水域)、人為再生利用型(包括耕地)和人為非再生利用型(包括建設用地)。基于人類活動對不同生態系統的干擾程度，依據專家打分，將人類活動對自然未利用型、自然再生利用型、人為再生利用型和人為非再生利用型的干擾強度分別賦值為0、10、50和100。其次，依據人類活動影響下生態系統變化對周邊生態系統的干擾強度差異，利用專家打分法，將自然未利用型、自然再生利用型、人為再生利用型和人為非再生利用型生態系統變化對周邊生態系統的影響權重和距離分別進行賦值(表1)。最后，利用各生態系統類型的比例、人類活動對各生態系統類型干擾強度、人類活動影響下生態系統變化對周邊生態系統的影響權重和距離計算區域生態系統擾動指數。具體計算公式為

式中：S為區域生態系統擾動指數；Pi為各生態系統類型比例；Ei為人類活動對各生態系統類型干擾強度分值；Wi為人類活動影響下生態系統變化對周邊生態系統影響權重；d為人類活動影響下生態系統變化對周邊生態系統影響距離；D為人類活動影響下生態系統變化對周邊生態系統影響最大距離。

表1 人類活動影響下生態系統變化對周邊生態系統影響權重和距離Table 1 Affect weight and distance of surrounding ecosystem resulting from human activity

2 結果與分析

2.1 生態系統擾動指數時空變化

1992—2015年間，“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數呈增加趨勢，增長7.43%。從不同區域看，中南半島、南亞和馬來群島生態系統擾動指數均呈增加趨勢，僅有中國西南地區生態系統擾動指數呈下降趨勢。從變化量和變化率看，中南半島、南亞和馬來群島生態系統擾動指數變化較大，中國西南地區變化較小(表2)。

表2 1992—2015年“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數變化Table 2 Ecosystem disturbance index change in economic corridor along Southern Silk Road from 1992 to 2015

1992年和2015年“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數空間異質性突出。馬來群島大部、中南半島北部以及南亞西北部生態系統擾動指數較低，南亞中南部、中南半島南部、馬來群島東北部生態系統擾動指數較高(圖1)。從國家尺度看，1992年東帝汶、孟加拉國、印度、泰國、新加坡的生態系統擾動指數較高，阿富汗、馬爾代夫、不丹和文萊的生態系統擾動指數較低，其他國家生態系統擾動指數居中。2015年孟加拉國、印度、泰國、新加坡的生態系統擾動指數較高，阿富汗、馬爾代夫、不丹和文萊的生態系統擾動指數較低，其他國家生態系統擾動指數居中(表3)。

圖1 1992和2015年“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數空間格局Fig. 1 Spatial pattern of ecosystem disturbance index in economic corridor along Southern Silk Road in 1992 and 2015

國家1992年2015年國家1992年2015年阿富汗987.01 057.1緬甸2 075.42 238.7巴基斯坦1 959.92 152.1尼泊爾1 688.01 838.3不丹1 008.11 063.9斯里蘭卡2 719.12 984.6東帝汶3 087.72 920.8泰國3 359.43 591.1菲律賓2 784.02 614.0文萊1 334.21 260.5柬埔寨2 403.42 814.1新加坡3 327.04 659.4老撾1 509.91 662.9印度3 518.43 746.5馬爾代夫1 006.91 057.3印尼1 846.82 005.9馬來西亞1 765.61 873.9越南2 486.02 760.8孟加拉國3 939.54 206.6中國西南2 265.82 200.5

24 a間，“南方絲綢之路”經濟帶大部分地區生態系統擾動指數呈增加趨勢，其中，南亞大部、中南半島南部生態系統擾動指數增加量較大，僅有馬來群島東北部、中國西南地區生態系統擾動指數呈下降趨勢；中南半島東部生態系統擾動指數變化率較大，馬來群島東北部和中國西南地區生態系統擾動指數變化率較小(圖2)。從不同國家看，東帝汶、菲律賓、文萊、中國西南地區生態系統擾動指數呈下降趨勢，其他國家均呈增加趨勢。從變化量看，柬埔寨、孟加拉國、越南、印度、新加坡、斯里蘭卡和泰國生態系統擾動指數變化量較大，阿富汗、不丹、馬爾代夫、中國西南地區和文萊生態系統擾動指數變化量較小；從變化率看，柬埔寨、老撾、越南和新加坡生態系統擾動指數變化率較大，中國西南地區生態系統擾動指數變化率較小(表4)。

圖2 1992—2015年“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數空間變化Fig. 2 Spatial change of ecosystem disturbance index in economic corridor along Southern Silk Road from 1992 to 2015

國家指數變化量指數變化率/%國家指數變化量指數變化率/%阿富汗70.17.10緬甸163.37.87巴基斯坦192.19.80尼泊爾150.38.90不丹55.85.54斯里蘭卡265.59.76東帝汶-166.9-5.41泰國231.86.90菲律賓-170.1-6.11文萊-73.7-5.52柬埔寨410.817.09新加坡1 332.440.05老撾152.910.13印度228.16.48馬爾代夫50.45.00印尼159.18.62馬來西亞108.26.13越南274.811.05孟加拉國267.16.78中國西南-65.3-2.89

2.2 生態系統擾動指數變化驅動因素分析

自然未利用型(包括未利用地)和自然再生利用型生態系統(包括有林地、灌木林、草地和水域)對區域生態系統擾動具有負向作用。人為再生利用型(包括耕地)和人為非再生利用型(包括建設用地)生態系統對區域生態系統擾動具有正向作用。由于研究區大部分地區自然未利用型和人為非再生利用型生態系統較少。因此，影響研究區生態系統擾動指數的主要為自然再生利用型和人為再生利用型生態系統。

中南半島、中國西南地區、馬來群島以自然再生利用型為主，其次為人為再生利用型，而自然未利用型和人為非再生利用型比例很低。南亞地區以人為再生利用型為主，其次為自然再生利用型。由于自然再生利用型生態系統呈現馬來群島>中國西南>中南半島>南亞，且人為再生利用型生態系統呈現南亞>中南半島>中國西南>馬來群島。因此，馬來群島生態系統擾動指數較低，中國西南和中南半島居中，南亞生態系統擾動指數較高(表5)。從國家尺度看，馬爾代夫、不丹和文萊的自然再生利用型生態系統較大，導致這些國家生態系統擾動指數較低。值得注意的是，盡管阿富汗自然再生利用型生態系統不大，但其自然未利用型生態系統較大，進而使得該國生態系統擾動指數也較低。同時，東帝汶、孟加拉國、泰國和印度的人為再生利用型生態系統較大，從而使得這些國家生態系統擾動指數較高。但新加坡生態系統擾動指數較高，與該國人為非再生利用型生態系統較大有關(表6)。

表5 1992和2015年“南方絲綢之路”經濟帶各生態系統類型比例

表6 1992和2015年“南方絲綢之路”經濟帶各國家的生態系統類型比例

24 a間，中南半島和馬來群島生態系統擾動指數增加與該地區自然再生利用型生態系統下降及人為再生利用型生態系統增加有關。相反，中國西南地區生態系統擾動指數下降與自然再生利用型生態系統增加和人為再生利用型生態系統下降有關。值得注意的是，盡管南亞地區自然再生利用型生態系統呈小幅增加趨勢，但其人為再生利用型生態系統呈增加趨勢，進而使得南亞地區生態系統擾動指數也呈增加趨勢(表7)。從國家尺度看，東帝汶、菲律賓、文萊和中國西南地區人為再生利用型生態系統呈下降趨勢，而自然再生利用型生態系統呈增加趨勢，這使得這些地區生態系統擾動指數呈下降趨勢。同理，大部分國家生態系統擾動指數增加與人為再生利用型生態系統增加和自然再生利用型生態系統下降密切相關。需要指出的是，新加坡生態系統擾動指數增加與其人為非再生利用型生態系統增加有關(表8)。

表7 1992—2015年“南方絲綢之路”經濟帶各生態系統比例變化Table 7 Change of each ecosystem types in economic corridor along Southern Silk Road from 1992 to 2015 %

表8 1992—2015年“南方絲綢之路”經濟帶各國家生態系統比例變化Table 8 Change of each ecosystem types in each country in economic corridor along Southern Silk Road from 1992 to 2015 %

3 結 論

基于土地利用數據，依據人類活動對生態系統干擾強度存在差異特點，構建區域生態系統擾動指數評估模型，進而分析“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數時空變化特征，得出以下結論：

1) 1992—2015年間，“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數增加7.43%。研究區大部分地區生態系統擾動指數呈增加趨勢，僅有中國西南、東帝汶、菲律賓、文萊等國家和地區的生態系統擾動指數呈下降趨勢。

2) “南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數變化主要與自然再生利用型和人為再生利用型生態系統變化有關。生態系統擾動指數增加區域多與自然再生利用型生態系統下降和人為再生利用型生態系統增加有關。生態系統擾動指數下降區域多與自然再生利用型生態系統增加和人為再生利用型生態系統下降有關。

3) 為應對“南方絲綢之路”經濟帶生態系統擾動指數不斷增加的趨勢，首先要保護自然再生利用型生態系統，減少毀林開荒、圍湖造田、過度放牧對其的破壞，這在越南、柬埔寨、老撾等國家尤為重要。其次，控制城市擴張，減少新增建設用地對林地和耕地的破壞，從而減少人為非再生利用型生態系統的增加，這在新加坡較為重要。

人類活動對生態系統的影響不僅直接體現在對生態系統的影響，還體現在人類活動影響下某一生態系統變化對周邊生態系統的影響程度和距離。筆者不僅考慮了土地利用面積變化對生態系統擾動的影響，還考慮了人類活動影響下生態系統變化對周邊生態系統的干擾強度差異，即人類活動對周邊生態系統影響距離和權重的差異。此方法已在人類活動對生境質量擾動研究中廣泛使用，如美國斯坦福大學創建的InVEST模型生境質量模塊。然而，土地管理方式、氣候變化、火災等因素也是擾動生態系統的重要因素，本研究尚未考慮，今后將綜合多種因素進行生態系統擾動研究。

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