洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險評價及其時空演化

熊鷹 ，汪敏，袁海平，杜春艷 ，武海鵬

1. 長沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院，湖南 長沙 410114；2. 洞庭湖水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410114；3. 長沙理工大學(xué)資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃研究中心，湖南 長沙 410114

生態(tài)風(fēng)險是指種群、生態(tài)系統(tǒng)或整個景觀的正常功能受到外界脅迫，從而在目前和將來減少該系統(tǒng)內(nèi)部某些要素或其本身的健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟價值以及美學(xué)價值的可能性（王濤等，2017）。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價是從區(qū)域的尺度上，評價自然及人類活動對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)所造成的不利影響的可能性和危害程度的評價（呂樂婷等，2018）。區(qū)域性風(fēng)險問題一般由多個因素交互作用共同引起的，其強度會影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性，易危及生態(tài)系統(tǒng)安全和健康，區(qū)域風(fēng)險進行評價至關(guān)重要，特別是對復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，存在著不確定性、危害性、內(nèi)在價值性、客觀性，因此需進行風(fēng)險決策分析。在以人類活動為主導(dǎo)的景觀中，不同的土地利用的格局和強度會對生態(tài)產(chǎn)生區(qū)域性和積累性影響，并且較為直觀的在生態(tài)系統(tǒng)的組織和結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)（何莎莎等，2019）。景觀生態(tài)風(fēng)險評價可揭示人類積極干預(yù)下生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能負面后果的時空動態(tài)變化，也便于從景觀生態(tài)學(xué)的角度審視理想生態(tài)恢復(fù)目標與真實性之間的距離和矛盾（傅微等，2019）。在快速城鎮(zhèn)化驅(qū)動下，人類活動對土地利用的動態(tài)變化會引起并加劇生態(tài)環(huán)境惡化等系列問題。洞庭湖在維護長江中下游防洪安全、供水安全、調(diào)蓄安全以及維系完整的濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，保護豐富的生物多樣性等方面發(fā)揮著無可替代的作用。對洞庭湖區(qū)景觀進行及時、科學(xué)的生態(tài)風(fēng)險評價和時空演變研究，有助于監(jiān)測生態(tài)過程和預(yù)測生態(tài)風(fēng)險發(fā)展趨勢。

自 2005年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署等共同發(fā)起《千年生態(tài)系統(tǒng)評估》（Millennium Ecosystem Assessment，MA）以來，國內(nèi)外有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)評估的研究增加迅速，特別是隨著遙感、“3S”技術(shù)的發(fā)展，利用RS技術(shù)與生態(tài)模型結(jié)合評估生態(tài)風(fēng)險得到較為廣的泛應(yīng)用。該方法既能直觀展示風(fēng)險的時空分布格局特征，又能較好地掌握生態(tài)風(fēng)險現(xiàn)狀及趨勢。Obery et al.（2002）對賓夕法尼亞州的Codorus Creek流域運用相對風(fēng)險評估模型進行評估；Paukert et al.（2010）從土地利用變化和景觀結(jié)構(gòu)角度構(gòu)建了景觀尺度上的生態(tài)威脅指數(shù)；黃木易等（2016）基于景觀格局探索了近20年來巢湖風(fēng)險及空間演變規(guī)律；趙越等（2018）基于土地利用演變特征化對鄱陽湖流域的生態(tài)風(fēng)險時空特征進行了評估。鞏杰等（2014）利用GIS技術(shù)和生態(tài)模型評價了甘肅白龍江流域的景觀生態(tài)風(fēng)險及時空演變。汪朝輝等（2004）開展了洞庭湖景觀格局變化分研究，并分析了質(zhì)心的變化；鄭建蕊等（2010）對洞庭湖區(qū)濕地景觀指數(shù)選取與格局進行了研究；盧宏瑋等（2003）對洞庭湖流域的生態(tài)風(fēng)險進行了定量評價；王艷分等（2019）對洞庭湖生態(tài)風(fēng)險評價及階段性特征進行了探討。總的來看，生態(tài)風(fēng)險相關(guān)研究成果不斷豐富，但對于景觀生態(tài)風(fēng)險格局及其與空間自相關(guān)之間的耦合響應(yīng)機制等研究仍存有一定的不足；同時，在研究對象上，圍繞洞庭湖區(qū)景觀格局的視角對其生態(tài)風(fēng)險時空分布特征及其演化的研究較為缺乏，其生態(tài)風(fēng)險與空間相關(guān)性仍不明確，綜合考慮土地利用演變及人類活動影響等因素的生態(tài)風(fēng)險評價尚仍處于探索階段。

隨著人類活動加劇，以及城鎮(zhèn)化的加快發(fā)展，洞庭湖區(qū)局部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化較為嚴重，濕地不斷減少，快速的環(huán)境變遷和復(fù)雜的湖垸、江湖關(guān)系使得洞庭湖區(qū)的生態(tài)脆弱性表現(xiàn)突出。本文利用 1990、2000、2010、2015年4期Landsat TM多光譜遙感影像，分析了1990—2015年洞庭湖區(qū)土地利用演變特征；基于景觀生態(tài)學(xué)原理、GIS和地統(tǒng)計學(xué)，構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險評價模型，探討洞庭湖區(qū)1990—2015年景觀生態(tài)風(fēng)險的時空分布格局和空間自相關(guān)性，以期為洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)格局形成過程與機理以及土地資源的合理配置與高效利用提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)域

圖1 洞庭湖區(qū)DEM圖示意圖Fig. 1 DEM of Dongting lake area

洞 庭 湖 地 處 27°98′— 30°23′N ， 110°20′—114°14′E，長江荊江河段以南，區(qū)域內(nèi)水系發(fā)達，河網(wǎng)稠密；境內(nèi)北部為平原（海拔25—40 m），西部為山地（海拔200—1000 m），中南部為丘陵與盆地（海拔50—400 m）（張旭等，2009）。洞庭湖區(qū)DEM如圖1所示。該區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱充足，水資源豐富。年降水量達 1100—1400 mm，年內(nèi)降水量季節(jié)分布不均勻，夏季降雨集中，且降水量由外丘向內(nèi)平原遞減。汛期較長，洪澇災(zāi)害嚴重。研究區(qū)域總面積為25761 km2，包括岳陽樓區(qū)、云溪區(qū)、君山區(qū)、岳陽縣、華容縣、湘陰縣、汨羅市、臨湘市、武陵區(qū)、鼎城區(qū)、安鄉(xiāng)縣、漢壽縣、澧縣、臨澧縣、津市市、資陽區(qū)、赫山區(qū)、南縣、沅江市。洞庭湖在長江流域開發(fā)治理、促進區(qū)域經(jīng)濟社會健康發(fā)展等方面占有重要的地位（周柏林，2014）。由于人類活動影響及城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，洞庭湖湖泊面積萎縮，生物多樣性減少，局部生態(tài)退化較為嚴重，并由此產(chǎn)生等一系列生態(tài)問題。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究以 1990、2000、2010、2015年 4期的Landsat TM（或ETM+）多光譜遙感影像圖作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，影像軌道號/行號分別為123/39、123/40、124/39和124/40，每期4景，分辨率為30 m×30 m。除考慮影像本身的顯示質(zhì)量外，同時也考慮到影像在不同時期的差異性，因此本研究選取影像的時間均為夏季，運用ENVI進行遙感影像預(yù)處理，輻射校正、幾何精校正、影像的拼接、圖像配準，并選擇波段組合進行解譯，解譯精度達到85%以上。根據(jù)全國土地利用現(xiàn)狀分類標準（GB/T2010—2017），借助 ArcGIS采用最大似然法將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地及未利用地6個一級類，采用Fragstats軟件計算其景觀指數(shù)。為了解研究區(qū)域地形地貌，所用的 DEM 數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn），數(shù)字高程模型（DEM）提取研究區(qū)域地形，柵格大小為30 m。洞庭湖區(qū)1990—2015年土地利用如圖2所示。

2 研究方法

2.1 生態(tài)風(fēng)險評價模型構(gòu)建

圖2 洞庭湖區(qū)土地利用圖（1990—2015年）Fig. 2 Dongting lake area land use map from 1990 to 2015

景觀格局指數(shù)是反映景觀結(jié)構(gòu)組成及其空間配置特征的定量指標（鄭建蕊等，2010），是景觀格局信息在某個時段內(nèi)的集中反映和高度濃縮。利用洞庭湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的景觀格局與生態(tài)風(fēng)險之間的關(guān)系構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險評價模型，遵循景觀生態(tài)學(xué)原理，按照斑塊平均面積的 2—5倍，基于網(wǎng)格采樣法，本文將研究區(qū)域劃分為5 km×5 km大小網(wǎng)格單元，共1165個風(fēng)險小區(qū)。生態(tài)風(fēng)險評價單元校區(qū)的劃分如圖3所示。同時，根據(jù)生態(tài)風(fēng)險指數(shù)模型，計算各個單元（風(fēng)險小區(qū)）的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，并賦值給各單元中心點代表景觀生態(tài)風(fēng)險值。景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)ERI依據(jù)土地利用類型面積比重和景觀損失度指數(shù)Ri構(gòu)建，景觀損失度是通過外部景觀干擾度和內(nèi)部景觀脆弱度來衡量的（傅微等，2019）。其計算公式如下所示（鞏杰等，2014）：

圖3 生態(tài)風(fēng)險評價單元劃分示意圖Fig. 3 Division of Dongting lake ecological risk assessment unit

式（1）中，ERIx表示第x個網(wǎng)格單元（生態(tài)風(fēng)險小區(qū)）的景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，Axi表示第x個網(wǎng)格單元（生態(tài)風(fēng)險小區(qū)）中第i類景觀的面積，Ax表示第x個網(wǎng)格單元（生態(tài)風(fēng)險小區(qū)）的總面積為25 km2，Ri為i類景觀的損失度指數(shù)。具體生態(tài)學(xué)含義見表1所示。

通過參考相關(guān)文獻，利用 ArcGIS中 Natural breaks將景觀生態(tài)風(fēng)險分為5個等級。為探討分析洞庭湖區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險時空分布與演變趨勢，利用自然間斷法 Natural breaks將研究區(qū)域的景觀生態(tài)風(fēng)險劃分為5個生態(tài)風(fēng)險等級（徐羽等，2016；張學(xué)斌等，2014）：高生態(tài)風(fēng)險區(qū)（0.09＜ERI≤0.1）、較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)（0.08＜ERI≤0.09）、中生態(tài)風(fēng)險區(qū)（0.07＜ERI≤0.08）、較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)（0.06＜ERI≤0.07）、低生態(tài)風(fēng)險區(qū)（0.04＜ERI≤0.06）。

2.2 空間自相關(guān)計算

空間相關(guān)性是揭示空間參考單元和相鄰單元在屬性特征值方面的空間相關(guān)特征（李雅婷等，2018），本研究采用GeoDa 5.1 i和ArcGIS軟件計算空間權(quán)重與Moran’sI指數(shù)，從而得出洞庭湖區(qū)生態(tài)風(fēng)險的空間自相關(guān)性，反映在空間上相鄰生態(tài)風(fēng)險值的分布狀況。空間自相關(guān)分析可分全局相關(guān)性和局部相關(guān)性。

表1 景觀格局指數(shù)構(gòu)建方法Table 1 Landscape pattern index construction method

2.2.1 全局空間自相關(guān)

全局空間自相關(guān)計算公式（呂樂婷等，2018）如下所示：

式（2）中：n為網(wǎng)格單元（生態(tài)風(fēng)險小區(qū)）樣本總數(shù)，xi與xj為x相鄰單元柵格i與j的屬性值，為樣本平均值，wij為空間權(quán)重矩陣。在一定顯著水平，Global Moran′sI＞0表明存在空間正相關(guān)性，其值越大，空間相關(guān)性越強；Global Moran′sI=0表明空間呈隨機性；Global Moran′sI＜0表明存在空間負相關(guān)性，其值越小，空間差異性越大（何莎莎等，2019）。

2.2.2 局部空間自相關(guān)計算

局部空間自相關(guān)計算公式（鄭杰等，2019）如下所示：

式（5）中，各變量含義同上。局部相關(guān)性是采用ArcGIS 10.2軟件結(jié)合空間分析結(jié)果形成LISA聚類圖。由此識別局部空間高高（H-H）集聚和低低（L-L）集聚，并探析局部空間異常特征。由于莫蘭指數(shù)不能反映空間上聚集的關(guān)系，只能展示生態(tài)風(fēng)險在研究區(qū)的整體分布情況，故需結(jié)合局部自相關(guān)LISA分析來探討洞庭湖區(qū)生態(tài)風(fēng)險的相關(guān)程度和空間聚集性。

3 結(jié)果與分析

3.1 洞庭湖區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)變分析

1990—2015年洞庭湖區(qū)的土地利用類型轉(zhuǎn)移變化如圖2和表2所示，洞庭湖區(qū)不同的土地利用類型顯現(xiàn)出較為明顯的變化特征，在研究期間，洞庭湖區(qū)各用地類型中耕地、草地、林地面積減少，建設(shè)用地和未利用地面積增加。其中耕地減少顯著，面積比例由50.807%減少至49.236%，減少量為404.915 km2，建筑用地的面積增加最多，面積比例由2.594%增加至4.0%，增加量為362.162 km2，草地呈現(xiàn)逐年減少的趨勢，減少量為45.911 km2。未利用地呈逐年增加趨勢，增加量為247.789 km2。在 1990—2010年，水域面積增加，面積比例由17.515%增加至18.037%，增加量為134.454 km2，2010—2015年，水域面積減少，面積比例由18.037%減少至17.177%，減少量為221.424 km2。以上景觀類型的面積轉(zhuǎn)變情況反映了洞庭湖區(qū)景觀類型以耕地、建設(shè)用地、未利用地、水域變動為主，此景觀格局動態(tài)變化特征是由洞庭湖區(qū)自然生態(tài)環(huán)境演變與人類長期活動共同作用形成的。

表2 洞庭湖區(qū)1990—2015年土地利用變化Table 2 Change of land use in Dongting lake area from 1990 to 2015 km2

3.2 洞庭湖區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移過程分析

1990—2015年洞庭湖區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣如表3所示，耕地是洞庭湖區(qū)土地利用主要的轉(zhuǎn)出類型，其面積主要是轉(zhuǎn)為了水域和林地，林地主要轉(zhuǎn)為了水域和耕地，水域面積主要轉(zhuǎn)為耕地和未利用地，建設(shè)用地的增加主要是由于耕地和林地的轉(zhuǎn)入，未利用地的增加主要是由耕地和水域的轉(zhuǎn)入。同時，其他土地利用類型也產(chǎn)生了不同程度的變化。某一景觀類型的變化往往是雙向的，這是一種土地利用類型動態(tài)變化轉(zhuǎn)移的過程。總體上，洞庭湖區(qū)土地利用幅度和廣度加大，呈土地非農(nóng)化趨勢。經(jīng)濟的飛速發(fā)展加快了城鎮(zhèn)化的進程以導(dǎo)致土地的轉(zhuǎn)變逐漸擴大，同時“退耕還林、退田環(huán)湖”等政策的實施，對土地資源的合理配置也產(chǎn)生了重大變化。土地利用類型的動態(tài)轉(zhuǎn)移會影響景觀干擾指數(shù)和景觀脆弱指數(shù)，特別是不規(guī)則的景觀結(jié)構(gòu)變化易引起生態(tài)風(fēng)險等級的改變與提高。

3.3 洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險時空演變分析

洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險空間分布如圖4所示。1990—205年，洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險呈上升趨勢，較高風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)面積逐年增加。但總體而言，處于較低、低和中等風(fēng)險區(qū)的面積所占比例較大。通過景觀生態(tài)風(fēng)險空間分布圖可知，其中處于低風(fēng)險區(qū)主要分布在研究區(qū)四周，較高和高生態(tài)風(fēng)險區(qū)主要集中在湖濱區(qū)。其生態(tài)風(fēng)險等級面積的變化表明，洞庭湖區(qū)局部的生態(tài)風(fēng)險有加大的態(tài)勢，必須強化對較高、高等級生態(tài)風(fēng)險區(qū)的生態(tài)監(jiān)測以及生態(tài)保護與修復(fù)，特別是適當降低該等級區(qū)土地利用和人為活動的強度，以此緩解對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的干擾與影響，有利于生態(tài)服務(wù)功能的維護與提升。

由表4洞庭湖區(qū)各生態(tài)風(fēng)險等級區(qū)域面積比可知，1990—2010年，洞庭湖區(qū)的低景觀生態(tài)風(fēng)險面積所占比分別為10.48%、8.17%和7.16%，較低景觀生態(tài)風(fēng)險面積所占比分別為 32.47%、30.20%和28.38%，洞庭湖區(qū)的較低、低景觀生態(tài)風(fēng)險減小。較高、高景觀生態(tài)風(fēng)險的空間分布也發(fā)生了變化，自湖濱區(qū)向周圍擴散。在這期間，洞庭湖區(qū)楊樹種植過多（2008年種植面積超過40 km2），湖區(qū)生態(tài)多樣性退化，穩(wěn)定性較低；岳陽縣和沅江市等環(huán)洞庭湖重要經(jīng)濟開發(fā)區(qū)隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，優(yōu)勢景觀為耕地和林地，農(nóng)用地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變使得原有的較完整的景觀變得破碎，景觀分離度加大，景觀破碎度增高，同時水域的脆弱性較高，湖區(qū)景觀生態(tài)高風(fēng)險區(qū)集聚。2010—2015年，低等生態(tài)風(fēng)險面積由7.16%增加到9.04%，中等風(fēng)險區(qū)面積比由46.09%下降到34.0%，中等風(fēng)險區(qū)面積主要轉(zhuǎn)到了低、較低風(fēng)險區(qū)。景觀生態(tài)風(fēng)險得到改善，同時高等生態(tài)風(fēng)險增速減小為7.67%，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積增加且向有序方向轉(zhuǎn)變，人類活動干擾減小，以政府為主導(dǎo)相關(guān)保護環(huán)境的措施起到了相應(yīng)成效，在一定程度上降低了區(qū)域生態(tài)風(fēng)險。

3.4 景觀生態(tài)風(fēng)險空間相關(guān)性分析

3.4.1 全局自相關(guān)分析

依據(jù) 1990—2015年的洞庭湖區(qū)土地利用變化的生態(tài)風(fēng)險空間分布關(guān)系，用ArcGIS 10.2將土地利用變化結(jié)果柵格化后將各景觀指數(shù)疊加，再對景觀風(fēng)險指數(shù)數(shù)據(jù)運用 Geoda軟件相關(guān)性分析得到Moran’sI散點圖（圖5）。洞庭湖區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險的全局 Moran’sI值在 1990、2000、2010、2015年分別為0.7944、0.8006、0.8041、0.8061，生態(tài)風(fēng)險指數(shù)值都為正值表示洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險存在正相關(guān)關(guān)系。生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的Moran’sI呈現(xiàn)增加的趨勢，說明洞庭湖區(qū)生態(tài)風(fēng)險的自相關(guān)性及空間集聚程度逐漸增強，在景觀生態(tài)風(fēng)險值低的區(qū)域和景觀生態(tài)風(fēng)險值高的區(qū)域呈集聚現(xiàn)象，屬于“低-低”和“高-高”聚集模式。

表3 洞庭湖區(qū)1990—2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Land Use Transfer Matrix of Dongting lake area from 1990-2015 km2

圖4 洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險空間分布圖（1990—2015年）Fig. 4 Spatial distribution of landscape ecological risk in Dongting lake area

表4 洞庭湖區(qū)各生態(tài)風(fēng)險等級區(qū)域面積比（1990—2015）Table 4 Ratio of various ecological risk levels in Dongting lake area

3.4.2 局部自相關(guān)分析

采用了局部空間自相關(guān)LISA指數(shù)探索洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險局部空間相關(guān)集聚性，其局部空間自相關(guān)集聚圖如圖6所示。據(jù)圖可知：洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險分布與區(qū)域地理環(huán)境具有極高的耦合性，人類活動的集聚程度與風(fēng)險的空間集聚程度是對應(yīng)的；洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險以高值-高值（H-H）和低值-低值（L-L）聚集模式為主，高值-高值（H-H）風(fēng)險聚集區(qū)主要分布在人口密集、社會經(jīng)濟相對發(fā)達的湖濱周邊，如沅江市、湘陰縣、岳陽縣等，表明受周邊地區(qū)風(fēng)險度的影響較高，這與同期的景觀生態(tài)風(fēng)險克里金插值空間分布格局較為一致，且同樣出現(xiàn)向四周擴散的趨勢；低值-低值（L-L）風(fēng)險聚集區(qū)主要分布在遠離湖濱區(qū)受人為干擾較小的地帶，如鼎城區(qū)、赫山區(qū)、君山區(qū)等，其低生態(tài)風(fēng)險面積呈現(xiàn)增長趨勢，以林地耕地為主且分布廣泛，景觀破碎度、損失度較小，因此該區(qū)生態(tài)風(fēng)險較低。通過土地利用動態(tài)變化的景觀指數(shù)分析，研究區(qū)中濱湖地區(qū)與遠離核心水體地區(qū)表現(xiàn)出顯著兩大群體景觀生態(tài)風(fēng)險相異特征，表明了洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險格局的空間差異性。

4 討論

4.1 景觀生態(tài)風(fēng)險格局

圖5 洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險Moran散點圖（1990—2015年）Fig. 5 The Moran scatter of the landscape ecological risk in Dongting lake area

本文基于土地利用動態(tài)變化，評估了洞庭湖區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險，并結(jié)合空間統(tǒng)計探討了生態(tài)風(fēng)險的時空格局演變。景觀生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果分為五個等級區(qū)（高、較高、中、較低、低），其結(jié)果可為生態(tài)環(huán)保的監(jiān)測管理提供參考。同時，利用土地利用類型的面積比重和景觀損失度指數(shù)構(gòu)建了生態(tài)風(fēng)險評價模型（鞏杰等，2014；鄭杰等，2019），由于角度選取及客觀條件限制，未將洞庭湖區(qū)的地形、社會經(jīng)濟等因素的影響綜合考慮，同時，若能細分土地利用類型，采用尺度小、高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)進行景觀生態(tài)風(fēng)險評估及時空格局分析，能進一步提高其分析結(jié)果的精確度與可靠性。其次，加強土地利用轉(zhuǎn)移過程與景觀指數(shù)的分析，將有助于揭示土地利用類型變化與景觀生態(tài)風(fēng)險的內(nèi)在聯(lián)系與作用機理，上述問題也是今后有待強化探討的方向。本研究從土地利用動態(tài)變化，景觀生態(tài)風(fēng)險時空分布，空間自相關(guān)性的層面上客觀地分析了洞庭湖區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險時空格局。在 1990—2015年期間，洞庭湖區(qū)的景觀類型有明顯的演變過程，其耕地顯著減少，建設(shè)用地增加，土地利用類型的動態(tài)轉(zhuǎn)移影響景觀干擾指數(shù)和景觀脆弱指數(shù)，導(dǎo)致洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險增大；從景觀風(fēng)險分布來看，濱湖地區(qū)風(fēng)險高，湖區(qū)四周風(fēng)險低，且空間上也成集聚性。洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險分布與區(qū)域地理環(huán)境具有較高的耦合性，研究區(qū)域四周以耕地、林地為主，景觀破碎度、損失度較小，而湖濱地區(qū)人口聚集，經(jīng)濟發(fā)展迅速，反映了經(jīng)濟發(fā)展狀況、人類活動的集聚程度與景觀生態(tài)風(fēng)險的空間集聚程度總體上是對應(yīng)的。

4.2 景觀生態(tài)風(fēng)險演化驅(qū)動因素

在 1990—2015年，洞庭湖區(qū)高風(fēng)險區(qū)呈持續(xù)增長趨勢，低風(fēng)險區(qū)先增后減。研究區(qū)人口由1996年1309.30萬增長到2016年1319.97萬，洞庭湖區(qū)人口增長和城市化擴張促進了景觀類型的轉(zhuǎn)變。隨著洞庭湖區(qū)社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，建設(shè)用地呈增加態(tài)勢，耕地面積呈減少趨勢。研究結(jié)果與王丹等（2018）對洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)農(nóng)田景觀格局變化及其驅(qū)動力研究吻合。人口增加和城鎮(zhèn)化加速等人類活動干擾是景觀生態(tài)風(fēng)險的主要驅(qū)動因子（趙越等，2018；鄭杰等，2019）。同時，由于洞庭湖長年的泥沙淤積，水生生境向陸生生境演替，減少了湖泊的蓄水量且加劇了洪澇災(zāi)害的威脅。洞庭湖區(qū)地勢低洼，在防洪過程中，由于對自然環(huán)境認識的局限和歷史因素的影響，以及追求經(jīng)濟發(fā)展，導(dǎo)致湖泊生態(tài)自我調(diào)節(jié)功能衰弱，景觀損失度增大（姜加虎等，2004）。以上狀況說明，自然因素對景觀格局的演化存在一定的影響。其次，早期湖區(qū)大規(guī)模的進行農(nóng)田開墾和魚類養(yǎng)殖活動，水域作為優(yōu)勢景觀被大量開發(fā)利用，使生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，景觀破碎度增加，生態(tài)風(fēng)險加劇。近年來在加大實施“平垸行洪”，“退田還湖”等生態(tài)政策的同時，湖區(qū)各地市加大調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及加強湖區(qū)環(huán)境治理與生態(tài)保護的力度，成效較明顯，洞庭湖區(qū)低、較低生態(tài)風(fēng)險面積顯著增加，景觀生態(tài)風(fēng)險有所緩解，表明政策調(diào)控也是景觀生態(tài)風(fēng)險的驅(qū)動因素之一（雷金睿等，2020；汪朝輝等，2004）。

圖6 洞庭湖區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險局部空間自相關(guān)集聚圖（1990—2015年）Fig. 6 Local spatial autocorrelation cluster of landscape ecological risk in Dongting lake area

4.3 降低生態(tài)風(fēng)險的建議

洞庭湖地處長江中游，對長江水系防洪、長江生態(tài)濕地和長江主要水源都發(fā)揮了重要作用（彭中遙，2019），因此解決好洞庭湖區(qū)的水生態(tài)問題刻不容緩。隨著城鎮(zhèn)化的推進，洞庭湖區(qū)在經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，必須協(xié)調(diào)好資源利用與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，尤其是湖濱區(qū)域的人為活動對生態(tài)環(huán)境的影響嚴重，需實行嚴格的生態(tài)保護紅線管控制度；在加快推進區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的同時，應(yīng)因地制宜，全力構(gòu)建“山水林田湖草”的生命共同體，優(yōu)化農(nóng)業(yè)用地和建筑用地的布局，加強國土空間用地管控；洞庭湖區(qū)要加強提高綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實力，將傳統(tǒng)農(nóng)作物轉(zhuǎn)化為高效經(jīng)濟作物，推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，向生態(tài)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型（漆良華等，2013）。加快落實《洞庭湖生態(tài)環(huán)境專項整治三年行動計劃(2018—2020年)》、《湖南省洞庭湖水環(huán)境綜合治理規(guī)劃實施方案 (2018—2025年)》等，樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念，全面推動濕地生態(tài)修復(fù)，加強湖區(qū)水域保護，減緩水體面積縮小趨勢。加大完善生態(tài)保護重點區(qū)域的監(jiān)測工作，加強區(qū)域間生態(tài)問題聯(lián)防聯(lián)控聯(lián)治，重點監(jiān)測湖濱區(qū)，嚴格控制景觀生態(tài)較高風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)的擴張。

5 結(jié)論

（1）1990—2015年，洞庭湖區(qū)6種土地利用類型都存在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)變。由于退耕還林等生態(tài)工程實施及區(qū)域城鎮(zhèn)化進程的加快，土地利用類型中的建設(shè)用地面積擴張變化較大，年均增幅達3.61%，其增加面積主要來自耕地和林地面積的轉(zhuǎn)入。耕地、草地、林地的面積減少，湖濱區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較快，生態(tài)環(huán)境由此受到影響，土地開發(fā)強度與生態(tài)風(fēng)險強度也隨之提高，表明土地利用類型的轉(zhuǎn)移過程對景觀生態(tài)風(fēng)險造成很大影響，其動態(tài)變化會使景觀破碎，導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險上升。

（2）1990—2015年，洞庭湖區(qū)高等級生態(tài)風(fēng)險呈上升趨勢，生態(tài)風(fēng)險類型主要是較低和中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)，較低、低等生態(tài)風(fēng)險區(qū)范圍先減后增。1990—2000年洞庭湖區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，高風(fēng)險區(qū)增速為28.69%，較低、低等風(fēng)險區(qū)呈減少趨勢，在這期間洪水災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞，從而導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險等級升高。2000—2010年高風(fēng)險區(qū)增速為26.84%，其高風(fēng)險增速呈減小的趨勢。實施“退田還湖”生態(tài)保護政策措施在洞庭湖區(qū)域產(chǎn)生了積極的影響。2010—2015年洞庭湖區(qū)風(fēng)險呈降低趨勢，高風(fēng)險區(qū)增速減少為7.67%，中等風(fēng)險區(qū)面積由46.09%降到34%，中等風(fēng)險區(qū)轉(zhuǎn)為低、較低風(fēng)險區(qū)顯著。隨著生態(tài)環(huán)境保護體系的完善，公眾對環(huán)境保護意識的加強，生態(tài)風(fēng)險有所緩解，湖濱區(qū)景觀風(fēng)險有所改善，低生態(tài)風(fēng)險區(qū)和較低風(fēng)險區(qū)的面積增加。

（3）在研究時段內(nèi)，流域的全局自相關(guān)Moran'sI值增大，景觀生態(tài)風(fēng)險呈顯著的空間正相關(guān)現(xiàn)象，其局部自相關(guān)LISA分布與景觀生態(tài)風(fēng)險空間分布格局較為一致，高值-高值（H-H）在湖濱區(qū)呈集聚分布，主要集中分布在景觀生態(tài)風(fēng)險較高地區(qū)，高值區(qū)與建設(shè)用地、湖泊水面、圍湖造田等區(qū)域相對應(yīng)，與城鎮(zhèn)化的發(fā)展、城市擴張及基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)等導(dǎo)致農(nóng)用地的大量占用有關(guān)。低值-低值（L-L）分布于遠離湖濱區(qū)地帶，主要集中在景觀生態(tài)低風(fēng)險區(qū)。研究結(jié)果為洞庭湖區(qū)的生態(tài)治理與生態(tài)恢復(fù)，調(diào)控生態(tài)風(fēng)險提供一定的參考依據(jù)。