石羊河流域土地利用景觀變化及生態風險評價

王璐 喬蕻強 馬世瑛 張睿 王書凝 湯超鑫

摘要：以人類活動為風險源的生態風險評價對于合理調整流域景觀結構、維護流域生態環境具有重要的意義。文章以人類活動對景觀格局的影響為角度構建景觀格局指數，以四期遙感數據為基礎，構建生態風險指數，劃分生態風險等級，對石羊河流域的生態風險的時空特征進行分析。石羊河流域中部區域的生態風險較高，南部區域的生態風險位于中等，北部地區的生態風險較低。今后應加強土地利用合理調控和人類活動的管理，提高生態系統的自然恢復能力和生態承載力。

關鍵詞：景觀格局指數;生態風險評價;石羊河流域

一、研究區與項目概況

石羊河流域地理位置介于北緯36°29′～39°27′，東經101°41′～104°16′之間，位于甘肅省河西走廊東部、祁連山北麓，地處黃土高原、青藏高原、內蒙古高原的交匯過渡帶，屬巴丹吉林沙漠與騰格里沙漠的匯合地，面積約41600km2，全流域由南部祁連地、中部走廊平原區、北部低山丘陵區及荒漠區四大地貌單元組成， 為我國水資源現開發利用度最高的內陸河。研究區總人口大約為227萬，人口密度較高，人類活動對土地利用變化影響較大。依據石羊河流域土地的覆蓋特點，此次實驗將土地類型分為：耕地、草地、林地、水域、建設用地以及其他用地。

二、數據源及處理

實驗遙感數據為Iandsat衛星數據，采用2010年和2016年的TM，5個時相的數據。選擇數據的原則是影像無云霧遮擋。分類前對影像做重采樣、幾何精糾正并進行配準，并將幾何精度控制為1個像元內。影像分類采用方法為最大似然分類法及目視解譯，將土地類型分為6類：耕地、草地、林地、建設用地、水域、其他用地。遙感解譯精度為90%以上，能滿足本次實驗的研究需求。

三、研究方法

（一）景觀格局變化分析

景觀格局能反映景觀異質性，同時可以對不同尺度上的各種生態過程做出分析，景觀格局分析方法在景觀生態學的研究過程中起很重要的作用。本次研究根據我國干旱半干旱區的土地特點，選取破碎度指數、分離度指數、景觀分維數、景觀干擾度、生態損失度指數、景觀脆弱度，對景觀生態損失度進行分析。

（二）生態風險評價分析

在人類活動占優勢的景觀內，生態系統的結構和組成可以揭示出不同土地利用方式和強度所導致的生態影響，而且其具有區域性和累積性的特點，因而從區域生態系統的結構出發構建生態風險評價模型可以表征區域內的生態風險狀況，綜合評估各種潛在生態影響的種類及其造成的累積性的生態后果。本文主要依據流域內人類活動對景觀結構的影響，研究區斑塊面積大小以及數據處理量，將研究區分成20km*20km的采樣網格，共127個風險小區。在景觀格局指數的基礎上構建模型，利用公式（1）計算研究區各樣方的生態風險指數，經過歸一化處理，將該值賦予各風險小區中心的屬性值。之后運用ArcGIS地統計分析模塊，通過半變異函數進行理論變異函數擬合，運用球形擬合較為理想。采用普通克里金插值法分析研究區生態風險時空變化特征。

式中，ERIi表示第i個風險小區的生態風險指數;n表示景觀的數量;Aij表示在i個風險小區內第j類景觀的面積;Ai表示第i個風險小區的面積;Ri表示生態損失度指數。

四、實驗結果

（一）景觀格局變化分析

由表1得，2010～2016年草地、林地、水域的破碎度和分離度都呈現出比較大幅度的減小趨勢，這是因為隨著人們生態保護意識的提高，政府出臺相關生態保護方面的政策，草地、林地、水域的面積增加，逐漸趨向于連片分布。而耕地的破碎度和分離度由0.2130和0.6101增加到0.6640和1.0590，說明6年來耕地受人類活動影響劇烈，大的板塊被不斷分割，斑塊數目大幅度增加。建設用地的破碎度和分離度變化不大，說明建設用地結構變化較平穩。水域的分維數呈現出下降的趨勢，從1.5611降至1.3302，圖形變化更為簡單。而建設用地和其他用地的分維數則呈現出上升的趨勢，說明圖形變化更為復雜。景觀格局指數能反映不同生態系統受到的干擾程度，由表1可知，研究區景觀中建設用地受干擾程度最大，其他用地最小;從時間上來看，草地、林地、水域及建設用地的景觀結構指數呈現下降趨勢，說明這幾種類型景觀結構得到有序調整，受人類干擾程度趨于平緩。而建設用地和其他用地景觀結構指數呈現出小幅度上升，說明受人類干擾程度增加。

（二）生態風險時空變化分析

為了比較研究區生態風險的等級空間變化，借助ArcGIS所提供的自然斷點法將研究區的生態風險劃分成5個等級：低風險區（0.0199～0.1736）、較低風險區（0.1736～0.4076）、中等風險區（0.4076～0.7217）、較高風險區（0.7217～1.0892）、高風險區（1.0892～1.7242）。并得到生態風險空間分布圖，依據空間分布圖統計面積，得到生態風險區面積（表2）。

2010年石羊河流域生態風險空間分布特征與2016年進行對比來看，高風險區面積減少明顯，主要分布在研究區的中部綠洲區，是位于金川南部、永昌北部及部分涼州和永昌的交界處在天祝地區南部也有小部分分布;較高風險區和中等風險區面積小幅度增加，都以高風險區為中心呈環狀分布，中等風險區在民勤中部和西部區域、古浪東部也有部分分布;較低風險區面積大幅度減少，大部分轉化為低風險區域。低風險區域在民勤區域以較低風險區呈包圍趨勢分布，分布在肅南、天祝北部地區，涼州的中部地區。綜合以上對石羊河流域生態風險時空特征的分析可知：研究區生態風險等級較高的區域主要分布在流域中部的綠洲區，這是因為該區域內，人口較密集、人類活動較頻繁，經濟建設、城鎮化發展以及農業生產等活動的影響對區域生態環境影響較大，所以該區域在進行工農業等的經濟建設活動的同時，要合理利用土地，調整土地利用的結構，合理安排農業活動，保護天然植被等措施提高生態系統的自然恢復能力和生態承載力;流域生態險等級較低的區域主要分布在流域上游及下游地區，這是因為受地形影響，人口較少，對生態系統的影響較少，上游區域要提高水土的保持效益，增強生態系統的穩定性，下游區域則應加大人工植被的種植，提高區域植被的覆蓋度和物種的多樣性，協調經濟和生態環境的共同發展。

五、結論與討論

1. 研究區的主要景觀類型為耕地和草地，研究期內耕地、草地、林地、建設用地的面積都呈現總體上增加的趨勢，水域和其他用地類型的面積則呈現了總體上減少的趨勢。

2. 研究區的景觀格局指數顯示出建設用地的受干擾程度最大，其他用地最小。在研究期內石羊河流域的呈現下降趨勢。

3. 在研究區的中部地區由于人類活動最為頻繁，高風險區以及較高風險區主要分布在中部地區。在研究期內，高風險區有明顯的減少，說明政府政策對生態環境保護的效果明顯。

4. 本文以人類活動對景觀格局結構的影響角度構建生態風險指數，角度較為單一。受遙感影像分辨率的限制，以及ArcGIS軟件使用過程中的誤差，對遙感影像分類結果的精度影響無法避免。生態風險小區的劃分是以均質的方式，對流域內荒原邊緣區、森林邊緣區和綠洲邊緣區等較為敏感區域的變化考慮不全面，從這些方面可以有更多的提升。

參考文獻：

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