基于顯隱性分析的青龍滿族自治縣景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)空間分異研究

簡(jiǎn) 卿, 張立強(qiáng), 張蓬濤, 趙 麗

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院, 河北 保定 071001)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是一種具有多風(fēng)險(xiǎn)因子、多風(fēng)險(xiǎn)受體，注重對(duì)復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)特征進(jìn)行分析的綜合評(píng)價(jià)，能夠明晰制約區(qū)域生態(tài)持續(xù)性的主要生態(tài)要素與過(guò)程，已成為生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)[1-2]。景觀作為具有高度空間異質(zhì)性的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的集合，其整體結(jié)構(gòu)的改變和動(dòng)態(tài)過(guò)程均比較緩慢，但組成景觀的空間組分在受到干擾時(shí)可以不同速度和強(qiáng)度發(fā)生變化。這就使得生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以通過(guò)景觀這一慢速改變量來(lái)衡量風(fēng)險(xiǎn)受體范圍和危害狀況等關(guān)鍵要素，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究提供了新的視角[2-3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者十分關(guān)注景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究，從不同的評(píng)價(jià)對(duì)象、評(píng)價(jià)方法等方面進(jìn)行了探討，并對(duì)景觀格局變化進(jìn)行量化分析，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)表征風(fēng)險(xiǎn)值變化。評(píng)價(jià)單元根據(jù)研究區(qū)域和評(píng)價(jià)目的的差異而進(jìn)行劃分，熱點(diǎn)研究區(qū)域包括流域[4-6]、城市地域及行政單元[7-9]、道路沿線[10]、自然保護(hù)區(qū)[11-13]、礦區(qū)[14-15]、海岸帶[16]等，也有針對(duì)青藏高原東部等特定地貌區(qū)[17]的研究。評(píng)價(jià)方法總體上可以概括為基于源匯理論評(píng)價(jià)法[8-9]和基于景觀格局指數(shù)評(píng)價(jià)法[4,6]兩種。對(duì)于生態(tài)功能區(qū)的研究較少，且評(píng)價(jià)角度較為單一，基于景觀格局指數(shù)的評(píng)價(jià)模型構(gòu)建往往局限于通過(guò)景觀干擾度和景觀脆弱度計(jì)算景觀損失度進(jìn)而得到的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值，其全面性有待進(jìn)一步完善。借鑒知識(shí)管理對(duì)知識(shí)的分類，知識(shí)可分為顯性知識(shí)和隱性知識(shí)兩方面，風(fēng)險(xiǎn)作為一種認(rèn)知，其本身也應(yīng)具有顯性風(fēng)險(xiǎn)和隱性風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)方面。從顯隱性的角度看，目前大部分研究都只分析了顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而對(duì)隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不全，所以從景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的顯隱性兩個(gè)方面出發(fā)才能完整地分析景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

生態(tài)功能區(qū)可為自身和周邊地域提供生態(tài)服務(wù)功能，對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定和生態(tài)平衡具有重要意義。青龍滿族自治縣于2016年9月被認(rèn)定為國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，對(duì)于保障京津冀地區(qū)的生態(tài)安全具有重要意義。本文從風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)屬性出發(fā)，提出顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概念，并分別從顯、隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)角度構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以青龍滿族自治縣為研究區(qū)域，評(píng)價(jià)和揭示區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和時(shí)空分異，旨在為研究區(qū)未來(lái)的城鎮(zhèn)發(fā)展和土地利用規(guī)劃生態(tài)布局提供參考。

1 研究區(qū)概況

青龍滿族自治縣(118°34′—119°36′E，40°04′—40°36′N)，位于河北省東北部，隸屬秦皇島市，縣域總面積為350 557.93 hm2，轄11鄉(xiāng)14鎮(zhèn)，常住人口506 989人。縣域東、西、北三面高，南面較低，呈簸箕狀分布。地貌主要是中低山和丘陵，占全縣面積的80%左右，河谷面積占10%，耕地面積占10%左右，素有“八山一水一分田”之稱。該縣為暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年均溫為9.3℃，年均降水量為759.1 mm，一日最大降水量為121.5 mm。境內(nèi)河流總長(zhǎng)478 km，其中較大的河流共有6條，最大最主要的為青龍河。土壤類型主要為褐土和棕壤土，其中褐土所占全縣總面積比例達(dá)79.6%，主要分布在低山、丘陵地區(qū)，棕壤占17.6%，主要分布在較高的山地地區(qū)。該縣森林覆蓋率較高，達(dá)56.24%，且樹(shù)種比較齊全，有野生動(dòng)植物達(dá)590多種。但隨著人口的快速增加，耕地減少速度過(guò)快，導(dǎo)致區(qū)域土地供需矛盾突出；人類活動(dòng)對(duì)景觀的干擾加劇，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境敏感度升高。

圖1 青龍滿族自治縣地理位置

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

Landsat TM遙感影像和DEM影像數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn)。其中2001年、2007年和2013年Landsat TM影像空間分辨率為30 m，成像時(shí)間為8月和9月，每期2景，條帶號(hào)/行編號(hào)為121/32，122/32。DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)的ASTER GDEM數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m，共2景。3期NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)NASA網(wǎng)站(http:∥reverb.echo.nasa.gov)下載的MOD13Q1數(shù)據(jù)，空間分辨率為250 m，每期3景，成像時(shí)間為7月28日—8月12日。社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于青龍滿族自治縣統(tǒng)計(jì)資料。

土地利用類型的劃分依據(jù)全國(guó)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際土地利用結(jié)構(gòu)，分為耕地、園地、林地、建設(shè)用地、未利用地和水域6大類。以2012年土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)定義坐標(biāo)系、幾何校正、融合、鑲嵌和裁剪等預(yù)處理后，采用人機(jī)交互解譯，分別得到3期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，并抽取2%的圖斑經(jīng)過(guò)精度驗(yàn)證，解譯精度均大于85%，可以滿足景觀分析的需要。

2.2 研究方法

基于研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的景觀類型，從風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)屬性出發(fā)，提出顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概念，并從這兩個(gè)方面選取因子計(jì)算景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，建立景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；基于格網(wǎng)GIS劃分風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)，保證風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的區(qū)間異質(zhì)性和區(qū)內(nèi)同質(zhì)性，求得每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，以生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值作為小區(qū)中心點(diǎn)的值，在ArcGIS中利用普通克里金插值法，獲得研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布格局圖；結(jié)合自然斷點(diǎn)分級(jí)法，將研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平劃分為低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)5個(gè)等級(jí)，并對(duì)其時(shí)空演變和空間相關(guān)性進(jìn)行分析。

2.2.1 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)顯、隱性分析 景觀是由多種要素構(gòu)成的、具有高度異質(zhì)性的集合體，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的變化反映在景觀上就是景觀要素的空間結(jié)構(gòu)變化和景觀功能的變化。自然狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)，區(qū)域內(nèi)景觀要素形狀相對(duì)規(guī)則、景觀結(jié)構(gòu)相對(duì)完整、連接度良好，但在外界干擾的長(zhǎng)時(shí)期作用下，外在上會(huì)表現(xiàn)出景觀斑塊的破碎、同質(zhì)景觀的分離以及景觀斑塊形狀復(fù)雜化加劇等，本文將這種已表現(xiàn)出來(lái)的景觀斑塊外在變化定義為顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；而在外界干擾下，區(qū)域內(nèi)在的生態(tài)系統(tǒng)敏感性、不穩(wěn)定性也隨之增加，盡管這種風(fēng)險(xiǎn)在一定時(shí)期內(nèi)沒(méi)有外在的表現(xiàn)形式，但長(zhǎng)久以往必然導(dǎo)致景觀格局的變化、生物物種多樣性的減少和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的增高，本文將這種暫無(wú)外在表現(xiàn)形式但對(duì)景觀結(jié)構(gòu)和功能造成影響的風(fēng)險(xiǎn)定義為隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。為保證評(píng)價(jià)對(duì)象的一致性，顯隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均指景觀本身的風(fēng)險(xiǎn)變化，而非討論外界干擾的顯隱性和潛在性。隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在達(dá)到一定閾值后會(huì)轉(zhuǎn)化為顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。本文暫不考慮潛在的自然災(zāi)害。

顯性風(fēng)險(xiǎn)和隱性風(fēng)險(xiǎn)共同構(gòu)成了完整的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)對(duì)顯、隱性兩方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，最終得到研究區(qū)內(nèi)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布及演變。顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取主要從景觀結(jié)構(gòu)和景觀功能兩個(gè)方面考慮。

(1) 顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

① 景觀破碎度指數(shù)(Ci)用以表述在受到自然或人為干擾后一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)或該生態(tài)系統(tǒng)的組成部分被分割的破碎程度[18]，與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈正相關(guān)。其公式可以表述為:

Ci=Ni/Ai

(1)

式中：Ni為第i類景觀斑塊數(shù)目；Ai為第i類景觀斑塊面積。

② 景觀分離度指數(shù)(Di)用以表述不同類型景觀斑塊在空間上的離散程度和相互演變的速度[18]，與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈正相關(guān)。其公式可以表述為：

(2)

式中：A為所有景觀類型的總面積。

③ 景觀分維數(shù)指數(shù)(Fi)用以描述景觀斑塊受干擾后形態(tài)變化的復(fù)雜程度，值域[1,2]，景觀斑塊的形狀越復(fù)雜，景觀分維數(shù)指數(shù)越高[19]，且與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈正相關(guān)。其公式可以表述為：

Fi=2ln(Pi/4)/lnAi

(3)

式中：Pi為第i類景觀斑塊的周長(zhǎng)。

④ 植被覆蓋度指數(shù)(PL)可以定量地說(shuō)明植被的生長(zhǎng)狀況，反映了生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定程度[20]，生物量越大往往其恢復(fù)力穩(wěn)定性越強(qiáng)，對(duì)外界干擾的抵抗能力也越強(qiáng)。植被覆蓋度指數(shù)與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值呈負(fù)相關(guān)，值域[0,1]，其公式可以表示為：

PL=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

(4)

式中：NDVI為歸一化植被指數(shù)；NDVIsoil為裸土或無(wú)植被覆蓋區(qū)域的NDVI值；NDVIveg為純植被區(qū)域的NDVI值。

(2) 隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

① 景觀脆弱度指數(shù)(Vi)用以表述不同生態(tài)系統(tǒng)受外界干擾的易損性和敏感性，與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈正比。不同景觀類型對(duì)外界干擾的敏感程度不同，抵抗外界的干擾能力也是不同的。景觀類型抵抗外界干擾的能力越弱，景觀脆弱性越高。景觀類型的脆弱度和景觀結(jié)構(gòu)及功能都有著緊密的聯(lián)系，但要對(duì)景觀類型的脆弱度有準(zhǔn)確的定位往往不容易得到[21]。根據(jù)前人研究成果[19,22]，生物多樣性比較單一、食物鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及處于群落演替初級(jí)階段的景觀生態(tài)系統(tǒng)的脆弱度往往較高。因此，參考相關(guān)研究成果[4,6,19]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，將6種土地利用景觀類型脆弱度從低到高依次賦值1～6，得到各類景觀類型脆弱度賦值如表1所示。

表1 景觀脆弱度賦值標(biāo)準(zhǔn)

② 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)(SIi)用以表述土地利用景觀狀態(tài)的穩(wěn)定程度[23-25]，該指數(shù)與景觀類型受到干擾后的穩(wěn)定性呈正相關(guān)，與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。該值理論值域?yàn)閇0,0.5]，其公式可以表述為：

SIi=|1.5-Di|

(5)

式中：D為二維歐式空間的面積周長(zhǎng)分維數(shù)，其值介于[1,2]，且D值越大，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；但D值越接近1.5時(shí)景觀結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，即其處于類似布朗運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[23]。D值的計(jì)算通常采用在ArcGIS中運(yùn)用最小二乘法模擬面積周長(zhǎng)線性函數(shù)得到[24]，本文用上文分析得到的景觀分維數(shù)指數(shù)Fi替代各類景觀的D值進(jìn)行估算。

2.2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

(1) 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。由于各指數(shù)的性質(zhì)不同，不同指數(shù)存在不同的量綱和量綱單位，直接加權(quán)計(jì)算會(huì)影響到評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了消除不同量綱的影響，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文采取極差標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)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)、植被覆蓋度指數(shù)、景觀脆弱度指數(shù)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

對(duì)于正向指標(biāo)，需采用：

(6)

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)，需采用：

(7)

(2) 風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分。景觀格局在空間上分布不均，具有空間異質(zhì)性。通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)進(jìn)行劃分，可以在一定程度上彌補(bǔ)這種不足，使每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)既具有區(qū)內(nèi)同質(zhì)性又具有區(qū)間異質(zhì)性[19]。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)及研究區(qū)面積，選取2 km×2 km的格網(wǎng)作為評(píng)價(jià)單元不僅可以保證工作量適中，又可以對(duì)區(qū)內(nèi)同質(zhì)性和區(qū)間異質(zhì)性有很好的區(qū)分，且評(píng)價(jià)單元精度合理準(zhǔn)確，因此按此粒度將研究區(qū)分為973個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。

(3) 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是區(qū)域內(nèi)顯性生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和隱性生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)合，每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)其顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算公式分別為：

(8)

式中：ERIk顯為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Aki為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)中第i類景觀的面積；Ak為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的總面積；PLk為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的植被覆蓋度；a，b，c，d分別為相應(yīng)的權(quán)重，由層次分析法得到；PLk是根據(jù)植被覆蓋度PL和風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)2 km×2 km的格網(wǎng)，在ArcGIS中進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)得到，取平均值為每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的植被覆蓋度。

(9)

式中：ERIk隱為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；e，f分別為相應(yīng)的權(quán)重值，由層次分析法得到。

那么，每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可以表示為：

ERIk=w1ERIk顯+w2ERIk隱

(10)

式中：w1和w2分別為層次分析法得到顯性指數(shù)的權(quán)重和隱性指數(shù)的權(quán)重。

表2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.3 空間相關(guān)性分析 空間的自相關(guān)性是景觀格局分布的最大特征之一，空間相關(guān)性分析可以檢驗(yàn)在空間分布上具有一定規(guī)律性的空間變量在各自不同的空間位置上的離散或聚集程度[26]。常用的測(cè)度空間自相關(guān)的模型有Moran′s I，Geary′s C，Join count等，在此本文基于Geoda軟件，選取全局空間自相關(guān)指數(shù)Moran′s I和局部空間自相關(guān)指數(shù)LISA進(jìn)行空間相關(guān)性分析。

(1) 全局空間自相關(guān)分析。全局自相關(guān)分析是對(duì)空間變量的某種屬性在整個(gè)區(qū)域內(nèi)的空間分布特征的整體描述，其計(jì)算公式如下[27]：

(11)

(2) 局部空間自相關(guān)分析。局部空間自相關(guān)是對(duì)局部小范圍內(nèi)的空間變量的某一屬性值與周邊單元相同屬性值相似性和相關(guān)性的描述，也可以用來(lái)識(shí)別“熱點(diǎn)區(qū)域”和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的“異質(zhì)性”，其公式表述為[28]:

(12)

式中：LISAi為局部空間自相關(guān)指數(shù)。由此繪制LISA聚類圖，得到局部高—高、低—低等空間聚類現(xiàn)象。

3 結(jié)果與分析

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

由圖2可知，從空間分布上看，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要集中在縣域的西南部、中部以及東北部地區(qū)，該區(qū)域景觀斑塊破碎、分散，植被覆蓋度不高，且未利用地較多，因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高；較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積最大，幾乎遍布于整個(gè)縣域；而景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低的區(qū)域主要分布在縣域的縣界周邊，尤其是西北部的都山林場(chǎng)和東南部的祖山林場(chǎng)，該區(qū)域植被覆蓋度高，景觀斑塊連續(xù)且較為完整，地類以林地為主?？傮w看來(lái)，青龍滿族自治縣西部的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值高于縣域東部地區(qū)。

圖2 青龍滿族自治縣景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

由圖3可知，2001—2013年，青龍滿族自治縣景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)發(fā)生變化的區(qū)域面積較大，遍布全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，整體上景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈降低趨勢(shì)，且東部降低較為明顯。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下降區(qū)域面積共121 882.90 hm2，且以降低1等別為主。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升區(qū)域面積為11 118.31 hm2，主要分布在馬圈子鎮(zhèn)、土門(mén)子鎮(zhèn)、青龍鎮(zhèn)及龍王廟鄉(xiāng)；其中馬圈子鎮(zhèn)、土門(mén)子鎮(zhèn)及青龍鎮(zhèn)風(fēng)險(xiǎn)升高主要是開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)使區(qū)域景觀斑塊破碎度增大導(dǎo)致顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)升高明顯，而龍王廟鄉(xiāng)風(fēng)險(xiǎn)上升主要是荒草地退化所致。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)未發(fā)生變化的區(qū)域面積為217 556.70 hm2，占縣域面積的62.06%。對(duì)比2001—2007年和2007—2013年風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化，前者風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化面積明顯高于后者。2001—2007年風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升區(qū)域面積為17 118.31 hm2，主要分布縣域北部和東部區(qū)域；其中北部風(fēng)險(xiǎn)升高區(qū)也是由建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致的景觀破碎化加劇引起，而東部風(fēng)險(xiǎn)升高主要是人類干擾嚴(yán)重的低山丘陵區(qū)的荒草地退化引起。2007—2013年風(fēng)險(xiǎn)上升區(qū)域面積為21 208.74 hm2，比2001—2007年增長(zhǎng)4 090.43 hm2，且主要分布在縣域西北部和南部地區(qū)；其中西北部馬圈子鎮(zhèn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)依舊升高，青龍鎮(zhèn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高主要由于建設(shè)用地增長(zhǎng)和未利用地的退化導(dǎo)致植被覆蓋度減小所致，而南部風(fēng)險(xiǎn)升高區(qū)則是由于水域面積減少引起?？傮w來(lái)看，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的變化主要發(fā)生在人類活動(dòng)干擾密集區(qū)，而都山林場(chǎng)、祖山林場(chǎng)以及縣界周邊區(qū)域由于植被覆蓋度較高、高程較大而人類活動(dòng)干擾較小景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)往往較低。

由表3可知，2001—2013年，除林地和水域外各景觀類型斑塊數(shù)均呈先增加后減少趨勢(shì)，但相比2001年的斑塊數(shù)量均大幅度增加(未利用地除外)。各類型景觀面積也均有波動(dòng)，其中耕地、水域和未利用地面積均有不同程度的減少，且未利用地減少幅度最大，由2001年的108 387.09 hm2減至2013年的87 923.35 hm2，減少了20 463.74 hm2，減少的未利用地主要轉(zhuǎn)化為耕地和建設(shè)用地，其次面積減少的速率依次是水域和耕地；建設(shè)用地、林地和園地面積均有不同程度的增加，且以林地面積增加最快，由2001年的141 220.89 hm2增至2013年的156 374.24 hm2，增加了15 153.35 hm2，其次按增速排列依次是園地和建設(shè)用地。由此可見(jiàn)，青龍滿族自治縣十分重視林地的保護(hù)，積極響應(yīng)國(guó)家退耕還林的號(hào)召，林地的增加導(dǎo)致植被覆蓋率升高，間接增加了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；但耕地斑塊數(shù)的大量增加導(dǎo)致耕地破碎化嚴(yán)重，盡管由于地形坡度使耕地大規(guī)模集中連片較為困難，然而減少耕地破碎化、加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)仍應(yīng)是工作重點(diǎn)。

圖3 青龍滿族自治縣景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化

景觀類型年份斑塊數(shù)面積/hm2破碎度指數(shù)分離度指數(shù)景觀分維數(shù)脆弱度指數(shù)干擾度指數(shù)2001416430861.990.13490.01241.45130.19050.3614耕地20071809630638.880.59060.00591.50890.19050.598920131476930404.990.48570.00661.50070.19050.54502001308314003.740.22020.03081.45090.04760.4095建設(shè)用地20071002314678.200.68280.01681.49640.04760.64572013576315992.790.36030.02061.47550.04760.4814200115831141220.890.11210.00141.48120.09520.3527林地200717543150345.090.11670.00121.48590.09520.3559201317141156374.240.10960.00121.48650.09520.3525200113708116.290.16880.08181.43600.23810.3961水域200716457003.170.23490.08461.43920.23810.4307201320246951.870.29110.07751.43740.23810.4563200121105108387.090.19470.00161.49750.28570.3973未利用地20072449895235.210.25720.00171.50980.28570.431120131965587923.350.22350.00211.49970.28570.41232001933447967.930.19460.00491.47540.14290.3939園地20071637652657.380.31100.00351.49750.14290.456120131619852910.680.30610.00371.49720.14290.4536

由圖4可知，2001—2013年，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積略有增加，但基本變化不大；較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積占比逐年升高，但最高也僅占5.00%左右；中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積比例逐年升高，且在2001—2007年增速明顯，由2001年的9.90%增至2007年的19.89%，增加了近1倍，2007—2013年增加幅度不明顯，增幅在5.00%以內(nèi)；較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在2001—2013年間面積占比均最大，達(dá)到40%以上，雖然每年增幅不大，但均呈增加趨勢(shì)，其中2013年較高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積占比為47.47%；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的比例呈減小趨勢(shì)，由2001年的40.81%下降至2013年的24.98%，尤其是2001—2007年減少幅度較大，減少了11.84%，2007—2013年減少了3.99%?？傮w來(lái)看，青龍滿族自治縣的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在這13年間有所下降，但整體風(fēng)險(xiǎn)仍較高。

圖4 青龍滿族自治縣各年份景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積占比

3.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局變化空間相關(guān)性分析

基于GeoDa空間分析軟件，利用青龍滿族自治縣973個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)3期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間自相關(guān)分析，得到3期全局自相關(guān)Moran′sI指數(shù)，以及3期局部空間自相關(guān)LISA結(jié)果。結(jié)果顯示，在顯著性水平p<0.05下，青龍滿族自治縣2001年、2007年、2013年3年的Moran′sI分別是0.533 7，0.571 5，0.562 7，呈先增加后減少的趨勢(shì)，盡管后來(lái)有所下降，但在這13年間整體上升了0.029，可以看出，青龍滿族自治縣的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在空間上存在著較強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，相鄰樣地在空間上呈較高度的聚集分布。

從景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的局部空間自相關(guān)聚集來(lái)看，青龍滿族自治縣景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布以高—高聚類和低—低聚類為主，高—低聚類和低—高聚類呈零星分布。2001—2013年13年間，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)高值聚集區(qū)主要分布在研究區(qū)中部、中西部以及東北部地區(qū)；其中2001—2007年，高值聚集區(qū)向西部、南部和東部擴(kuò)展，呈分散演化，但東北部的高值聚集區(qū)則向中部靠攏，其原因是東北部地區(qū)在此期間加大了林業(yè)建設(shè)，森林覆蓋率不斷提高，蘋(píng)果等經(jīng)濟(jì)林的種植也是景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降的主要原因，而高風(fēng)險(xiǎn)值擴(kuò)散區(qū)主要是區(qū)域人口的快速增加導(dǎo)致建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、景觀斑塊的破碎度明顯加大，人類活動(dòng)劇烈；2007—2013年南部和東部的高值風(fēng)險(xiǎn)區(qū)減少，整體向中部地區(qū)收縮，主要是因?yàn)樵诖似陂g青龍滿族自治縣大力開(kāi)展了土地整治，建設(shè)用地集中整理、復(fù)墾使該景觀類型逐漸連片，景觀斑塊數(shù)量迅速縮減，且中南部的桃林口水庫(kù)區(qū)域更加注重生態(tài)建設(shè)，加大水土涵養(yǎng)防護(hù)林建設(shè)，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值下降。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低值聚集區(qū)主要分布在縣域周圍，且在研究期間變化不明顯，一般位于地形坡度稍高的山區(qū)，植被覆蓋度高，人類活動(dòng)干擾不明顯，景觀斑塊完整，明顯聚集地為都山林場(chǎng)和祖山林場(chǎng)。高—低聚類“奇異點(diǎn)”零星分布于縣域的邊界地帶，且以西南部分布稍集中，原因是桃林口水庫(kù)下游的林地和未利用地相間分布，未利用地植被覆蓋度低，生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是復(fù)雜的系統(tǒng)性的評(píng)價(jià)，本文通過(guò)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的表現(xiàn)對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)的顯隱性進(jìn)行定義，進(jìn)而選取評(píng)價(jià)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)，明確風(fēng)險(xiǎn)變化。未來(lái)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以加上對(duì)風(fēng)險(xiǎn)本身的顯隱性和潛在性的分析，如自然災(zāi)害預(yù)警等。生態(tài)功能區(qū)對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和穩(wěn)定有著重要意義，只有全面分析其風(fēng)險(xiǎn)，才能防患于未然，以期長(zhǎng)久有效地發(fā)揮生態(tài)功能區(qū)的功能。

4.2 結(jié) 論

(1) 本文從景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)屬性出發(fā)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的顯隱性表現(xiàn)，從不同的角度選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，將顯性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和隱性景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合，得到研究區(qū)的整體景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)分析更為全面，為景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究提供了新的思路。不難發(fā)現(xiàn)，景觀斑塊的破碎化等顯性風(fēng)險(xiǎn)是風(fēng)險(xiǎn)升高的直接原因，而隱性風(fēng)險(xiǎn)例如長(zhǎng)久以往的人類活動(dòng)干擾而導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞無(wú)疑是誘因。

(2) 研究結(jié)果顯示，2001—2013年，青龍滿族自治縣雖然整體景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)下降，但生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)仍處于較高狀態(tài)，且呈西部高東部低的特征。從空間上看，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要集中在縣域的西南部、中部以及東北部地區(qū)，主要由于人口的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致了人類活動(dòng)干擾加劇，不同地類之間演變速度加快，建設(shè)用地面積的增加導(dǎo)致了景觀斑塊的破碎和形變，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也相應(yīng)升高。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在空間上存在著較強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性，且整體上呈高—高、低—低聚集的空間分布。因此，在未來(lái)的土地利用規(guī)劃中，應(yīng)加快對(duì)該區(qū)域的產(chǎn)業(yè)調(diào)整，重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)，加大土地整治力度，使景觀斑塊趨于連續(xù)、完整，確保生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3) 通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)變化區(qū)的地類變化分析可知，林地對(duì)于區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的變化起著至關(guān)重要的作用，林地面積的增加可有效降低區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值；未利用地整體生態(tài)脆弱度高，將其開(kāi)發(fā)為林地等其他地類可以明顯降低景觀脆弱度指數(shù)，但未利用地極快速地演變?yōu)榻ㄔO(shè)用地在一定程度上反而會(huì)因?yàn)槠茐淖陨砩鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而加劇區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的上升。因此，未利用地開(kāi)發(fā)前應(yīng)充分考慮開(kāi)發(fā)前后的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化，控制未利用地合理適時(shí)適度地開(kāi)發(fā)，得到更大的生態(tài)效益。