都江堰市土地生態風險評價

(1.西藏自治區環境監測中心站 西藏 拉薩 850000) (2.四川師范大學地理與資源科學學院 四川 成都 610101)

土地是人類生存和發展的重要資源之一，土地利用開發是人類利用開發自然界最直接的表現形式之一。土地利用類型的變化不僅影響了土地資源的結構和類型，還影響著土地生態系統的安全與健康程度，存在潛在的生態風險，其變化不僅影響單一生態系統要素，而且對區域生態環境演變過程均有明顯影響[1～10]。生態風險(Ecological Risk)是指一個種群、生態系統或整個景觀的正常功能受到外界脅迫，從而在目前或將來減少該系統內部某些要素的健康、生產力、遺傳結構、經濟價值和美學價值的可能性(Kelly J,1986)。都江堰市位于成都平原西北部，是四川省生態環境較好的區域之一。然而，近年來，隨著人類活動和全球氣候的變化引起土地利用/覆被劇烈變化，尤其是都江堰市東南部的平原人類活動如城市化、大型基礎設施建設、旅游業發展等正在持續加速該區土地利用/覆被變化。都江堰市區域生態環境發生了很大變化，生態服務功能也有所下降，對其生態安全進行監測，制定適應對策，對四川省西部地區生態環境保護和生態安全具有至關重要的意義。本研究以2005年、2010年、2016年Landsat-TM和Landsat-OLI遙感影像和Google Earth影像為基礎數據源，DEM數據為參考數據，提取出都江堰市的土地利用信息及景觀數據；并通過劃分生態風險評價單元，結合土地利用生態風險評價模型，評價都江堰市200～2016年的生態風險變化特征。

一、都江堰市概況

都江堰市位于成都平原西北部，地處岷江上游和中游結合部岷江出山口，介于北緯31°44′54″-31°02′9″、東經103°25′42″-103°47′0″之間，幅員面積1208km2。都江堰市地跨川西龍門山地帶和成都平原岷江沖積扇扇頂部位，地勢西北高，東南低，都江堰山地丘陵面積占65.79%，平壩面積占34.21%。地勢從高山、中山到低山再到平原逐級降低，海拔500～4500余米，相對高差3900米；在地質構造體系上，屬華夏構造體系，跨成都平原和龍門山地區兩個不同自然地理區，地貌單元屬岷江沖積扇一級階地；處于四川盆地中亞熱帶濕潤季風氣候區，雨量充沛，氣候溫和四季分明，常年氣溫在10℃～22℃之間，平均氣溫15.2℃，綠化覆蓋率31.58%；河流屬岷江水系，主要有岷江及其在市境內的支流等常年性自然河、都江堰灌溉渠等人工河、山溪等季節性自然河等三種類型；屬亞熱帶濕潤常綠闊葉林區域，是川西平原植被和龍門山植被兩大植物區系的交匯地區。

二、數據來源及評價方法

(一)數據來源

(二)評價方法

遙感影像前期處理主要應用ENVI5.0和ArcGIS10.3平臺，進行波段融合、影像剪裁、配準、大氣校正、輻射校正、圖像增強、遙感目視解譯等步驟，獲得都江堰市2005年、2010年和2016年的土地利用解譯成果，并結合Google Earth影像進行精度驗證。土地利用解譯成果主要包括了耕地、林地、園地、草地、水域、建設用地、交通用地、未利用地等8種土地景觀。然后利用景觀干擾度指數、景觀脆弱度指數、景觀損失度指數，構建了都江堰市土地利用生態風險指數，如圖2所示。

式中：土地利用生態風險指數；為景觀類型數量；為第個風險小區第類景觀面積；為為第個風險小區的面積；為第類景觀的景觀損失度指數。

1.土地生態風險小區劃分

首先，在ArcGIS軟件中，利用Create fishnet工具，采用等距離系統采樣法對研究區進行系統采樣，劃分土地生態風險小區。參考景觀生態學研究的觀點，如果要反映采樣地點周圍景觀的格局信息，景觀樣本的面積必須達到斑塊平均面積的2-5倍。因此根據都江堰市景觀斑塊的平均大小，確定采樣單元2km×2km為共劃分為364個風險小區，如圖1所示。運用土地利用生態風險指數的計算公式，計算都江堰市各風險小區的生態風險指數，并賦值給相應風險小區的中心點。

2.景觀干擾度指數

結合研究區景觀特征，選取能夠反映人為干擾程度的景觀破碎度指數、景觀分離度指數和周長面積分維數指數，對上述三類指標賦予權重來計算各生態系統的景觀干擾度指數。結合前人研究成果，景觀破碎度指數，景觀分離度指數，面積周長分維數倒數分別賦予0.5、0.3、0.2的權重。應用景觀指標計算軟件fragstats4.2和ArcGIS軟件的統計分析工具進行各景觀指數的統計與計算。

圖1 研究區行政區劃及土地利用生態風險小區

圖2 土地利用生態風險指數指標體系

3.景觀脆弱度指數

1.2.1 最鄰近指數(R) 最鄰近點指數(R)表示點狀事物的空間分布特征，是表示點狀事物的相互鄰近程度的地理指標[22]，是一種主要的基于距離的點模式分析方法.

借鑒相關學者研究成果，將8中景觀類型所代表的生態系統，以未利用地最為脆弱，其次是水域，而建設用地最為穩定。本文采用層次分析法確定研究區域8種土地利用類型的景觀脆弱度，通過一致性檢驗，權重的確立具有滿意的結果。耕地、林地、園地、草地、水域、建設用地、交通用地、未利用地的景觀脆弱性指數分別為0.1606、0.0833、0.1011、0.1389、0.1924、0.0478、0.0556、0.2203。

4.景觀損失度指數

面對相同的外來干擾時，不同的景觀利用類型代表的不同生態系統的損失度是不同的，本文用生態損失度指數表示遭遇干擾時各類型景觀類型生態損失度的差別(臧淑英等，2005)。在數值上，景觀損失度指數是某一景觀的景觀結構指數和景觀脆弱度指數的綜合，計算公式如下：

Fi=Si×Fi=aFi+bDi+cGi

式中，Si表示第i種景觀類型的景觀干擾度指數，Fi表示第i種景觀類型的景觀脆弱度指數。

三、結果與分析

(一)土地景觀結構分析

2005年都江堰市土地利用類型面積最大的是林地，總面積為683.84km2，占56.36%。其次是耕地，總面積為425.02km2，占35.18%，建設用地29.83km2，占2.47%，水域、未利用地、園地、草地、交通用地的總面積分別為23.23km2、18.07km2、12.71km2、9.08km2、6.23km2，占總面積比例分別是1.92%、1.5%、1.05%、0.75%、0.52%。

2010年都江堰市土地利用類型面積最大的是林地，總面積為697.21km2，占57.72%，其次為耕地，總面積為369.08km2，占30.54%，建設用地總面積為56.78km2，占4.7%，水域、園地、未利用地、草地、交通用地的總面積分別為27.28km2、24.42km2、15.67km2、10.48km2、7.09km2，占比例分別為2.26%、2.02%、1.3%、0.87%、0.59%。

2016年都江堰市的土地利用類型面積最大的是林地，總面積為683.11km2，占56.55%，其次是耕地，總面積為354.66km2，占29.35%，建設用地的總面積為74.16km2，占6.14%，園地、水域、未利用、交通用地、草地的總面積分別為36.71km2、25.37km2、17.29km2、8.64km2、8.07km2，占比例分別為3.04%、2.1%、1.43%、0.72%、0.67%。

(二)土地景觀變化分析

與2005年相比較，2010年都江堰市的耕地、未利用地的面積在減少，分別減少了55.94km2和2.4km2。林地、園地、草地、水域、建設用地和交通用地的面積在增加，分別增加了13.37km2、11.71km2、1.41km2、4.04km2、26.95km2、0.86km2。其中面積減少幅度最大的土地利用類型是耕地，面積增加幅度最大的土地利用類型是建設用地。

與2010年相比較，2016年江堰市的耕地、林地、草地、水域的面積在減少，分別減少了14.42km2、14.1km2、2.42km2、1.9km2。而建設用地、園地、未利用地、交通用地的面積在增加，分別增加了17.38km2、12.29km2、1.62km2、1.55km2。

圖3 研究區2005-2016年土地利用解譯成果

(三)景觀格局指數的生態損失度分析

由分析表明，2005-2016年期間，都江堰市景觀結構發生了明顯的變化。除園地、建設用地、交通用地的破碎度指數下降以外其他景觀的破碎度都有不同幅度的增加。說明研究時段內，都江堰市的景觀總體呈破碎趨勢，區域景觀穩定性降低。未利用地的景觀破碎度變化小，表明改景觀破碎化程度受人類開發利用影響不大；耕地、林地、水域景觀的破碎度增長明顯，說明這三類景觀受人為活動的干擾明顯，大的斑塊面積被分割成小塊，景觀斑塊數目增加，破碎度增大，園地的景觀破碎度減少，則是因為受人類活動的影響，園地面積的增加，以前零散的斑塊連接成片。建設用地有所下降以外，其他土地利用類型基本呈上升趨勢；林地、水域、未利用地的周長面積分維度略微上升，說明這些景觀受到的人為干擾比較小，較好的保持了原來的自然狀態。

(四)基于景觀損失度的生態風險時序變化分析

結果表明，在8種土地利用類型中，耕地的貢獻率最大，交通用地的貢獻率最小；耕地，園地，未利用地的生態風險值呈減少趨勢，水域呈現增加后減少的趨勢，交通用地呈先減少后增加的趨勢，林地，草地，建設用地均呈增加趨勢。2005年，不同景觀對生態風險的貢獻率依次為耕地>草地>未利用地>園地>林地>建設用地>水域>交通用地；2010年依次為耕地>園地>草地>建設用地>未利用地>林地>水域>交通用地；2016年依次為耕地>園地>建設用地>草地>未利用地>林地>水域>交通用地。耕地的貢獻率最大，園地的上升最快。

表1 2005-2016年都江堰市不同土地利用類型景觀生態風險指數對照表

(五)土地利用生態風險空間演化特征

利用生態風險的計算公式，計算得出每個采樣單元的土地利用生態風險值。基于地統計學中變差函數的理論基礎模型，在ArcGIS地統計分析模塊下，采用普通克里金插值法獲得都江堰市3期土地利用生態風險空間分布等級圖。由于當前生態風險評價研究中缺乏關于生態風險等級劃分的統一標準，因此本研究在參照已有研究的基礎上，在ArcGIS圖層符號系統設置中采用自然斷點法將研究區的生態風險劃分為低風險區、較低風險區、中風險區、較高風險區、高風險區。

圖4 都江堰市2005年、2010年、2016年土地利用生態空間分布圖

由研究區三期生態風險空間分布圖(圖4-2)可以看出，都江堰市生態風險分異特征明顯。2005年都江堰市生態風險的空間分布特征表現為：高風險區主要分布在都江堰市的城市建設區和北部的未利用地區。較高風險區主要集中于高風險區的外圍。中風險區主要分布在都江堰市東南部的平原地區，這區域是耕地分布的主要區域。較低風險區主要在北部的山地和東南部的平原上。低風險區分布在都江堰市北部的和西南部，這一區域是林地的主要分布區域。

2010年都江堰市生態風險空間分布特征。高風險區的面積有所擴大，較高風險區由高風險區向外圍擴展，同時呈片狀出現在東南部的平原的耕地上。中風險區的仍然在東南部平原的耕地上，且面積明顯擴大。較低風險區和低風險區分布范圍與2005年相比分布范圍有所縮小。

2016年都江堰市生態風險空間分布特征。高生態風險區的進一步向外擴展，擴展方向東北方向延伸，同時零星出現在平原耕地上的鄉鎮建設區上。較高風險區進一步向外擴展，在平原耕地鄉鎮建設區風險區出現大面積擴大。較低風險區和低風險區的分布區域沒多大變化。

(六)生態風險時序變化特征分析

從研究區不同風險區面積分布情況來看，2005年研究區域中以低風險區面積最大，為498.88km2，占41.3%，較低風險區次之，面積為376.13km2，占31.14%，中風險區位列第三，面積為266.34km2，占22.05%，較高和高風險區面積分別位列第四和第五，面積分別為36.77km2和29.89km2，占2.04%和2.47%；2010年各風險面積前面兩位的依然是低風險區和較低風險區，面積分別為468.27km2和328.3km2，占38.76%和27.18%，中風險區位居第三，面積為295.21km2，占9.7824.44%，高風險區的面積超過較高風險區，高風險區的面積為60.42km2，占5%，位列第四。較高風險區的面積為55.81km2，占4.62%。與2005年風險等級相比，低風險區、較低風險區的面積都有所下降，分別下降了30.61km2，47.83km2。中風險區、較高風險區和高風險區的面積呈增長趨勢，分別增長了28.87km2、19.04km2和30.53km2，其中較低風險區面積的變動幅度最大。

2016年，占研究區生態風險面積最大的是低風險區，為438.85km2，占36.33%。其次是中風險區，面積為336.92km2，比例為27.89%。較低風險區位列第三，面積為305.95km2，比例為25.33%。位列第四和第五依次是較高風險區和高風險區，面積分別為72.65km2和53.63km2，分別占6.01%和4.44%。與2010年相比，低風險區、較低風險區和高風險區的面積分別減少了29.42km2、22.34km2、6.79km2，中風險區和較高風險區的面積分別增加了41.712km2、16.84km2。其中，中風險區的面積變化幅度最大。綜上所述，2005-2016年，研究區低風險區、較低風險區和中風險區的面積呈下降趨勢，而較高風險區和高風險區呈增長趨勢。其中變化幅度最大的是中風險區和較高風險區。

四、分析與展望

本文在對都江堰市土地利用和景觀格局動態變化進行分析的基礎上，以人類活動為風險源，構建了基于景觀結構的土地生態風險評價模型，對土地生態風險時空變化特征進行了具體分析，較為全面的揭示了研究區的生態風險發展趨勢。

生態系統的變化是一個積累性的復雜過程，由于缺乏具體的生態監測數據以及其他生態環境相關統計資料，本文僅從景觀結構變化的角度來建立模型表征類活動對區域生態環境的干擾程度。尚缺乏對于景觀結構與生態系統變化之間的機理分析。