基于土地利用變化的瑪納斯河流域景觀生態風險評價

康紫薇,張正勇,*,位 宏,劉 琳,寧 珊,趙貴寧,王統霞,田 浩

1 石河子大學理學院, 石河子 832000 2 南京師范大學地理科學學院, 南京 210023

景觀生態風險評價能較好地反映出景觀格局對生態過程和功能的影響[1],通過對各景觀生態風險等級時空分異變化及其地類構成等方面的分析與辨析[2-3],可解釋和預測生態環境健康程度以及潛在風險壓力的時空分布及變化特征。流域作為研究景觀生態風險評價的理想“靶地”,同時又為生物繁衍以及人類活動提供了強有力的保障,但隨著城鎮化的快速發展,工業和農業大規模的推動和建設,流域生態環境變化引起的生態問題及風險壓力等科學問題受到越來越多的關注和探究,而基于土地利用/覆被變化的流域景觀生態風險評價是流域生態環境保護與管理的重要研究內容之一[4]。

自景觀生態風險評價概念提出以來,眾多學者將研究重點放在其理論與方法上,且已初步形成了具有一定國際引領意義的結構框架[1],但基于土地利用變化的景觀生態風險評價方面的研究還不夠成熟、完整。土地本身就是地表景觀的宏觀表征方式,其組成結構和格局變化與景觀生態風險的時空分布和動態高度關聯[4],反之以土地利用動態變化和景觀格局變化為切入點的景觀生態風險評價,能夠揭示一個區域自然或人為因素影響下景觀格局與生態過程相互作用可能產生的不良后果,可有效指引區域景觀格局優化與管理[1]。目前該方面的研究仍處于起步階段,主要以單一風險源、單一受體為主,且景觀生態風險評價研究沿襲了區域生態風險評價的熱點區域,以省域、縣域、流域、城市地域為主,也有一些針對工礦開采區、自然保護區等重點風險控制區的研究[5-7],但對于孕育綠洲區的干旱區內陸河流域的研究較少。干旱區綠洲以荒漠為基質,以水文條件發育并沿水系分布,其作為干旱區人類生產生活的重要載體[3],是生態最為敏感脆弱的部位,相較其他地區綠洲區景觀生態風險受人為因素干擾較大且被破壞后較難恢復,受水資源牽制作用較大,生態環境極為脆弱。另外對于較大尺度區域來說,缺少較為系統完整的生態統計與監測數據[8],而基于土地利用動態數據得到的景觀格局指數可以從空間分異及其格局變化角度解釋景觀生態風險情況,因此通過土地利用動態變化去評價景觀生態風險,已成為解析和揭示各景觀生態風險及其空間分異的重要手段,同時還可彌補該評價在理論技術支持和風險管理機制研究方面的不足。反之,對該地區景觀生態風險評價進行研究可以反過來規劃指導土地利用類型的再組合,同時改善現行規劃中不合理的土地利用類型,為土地可持續發展提供依據。

瑪河流域作為新疆最大綠洲農墾區和我國第四大灌溉農業區,人口和經濟都相對比較集聚。隨著全球變暖等自然過程的演變,人類活動范圍和強度的擴大和增強,水土資源開發程度的提高,沙漠綠洲和冰川等對全球變化具有極強響應且自身生態脆弱的自然地帶的景觀資源變化迅速而明顯,且遭到了越來越嚴重的破壞,導致流域景觀生態發生變化,生態環境退化問題突出,景觀整體格局趨于破碎且穩定性及恢復力差；這些景觀生態問題一直是政府和學者們關注的焦點,且已有眾多學者從不同角度研究瑪河流域生態環境,如于濤等[9]從不同等級道路角度對該區域景觀格局進行探討；楊愛民等[10]從地學信息圖譜角度分析該區域土地利用變化；馮異星等[11]從土地利用變化角度評價該區域生態安全；張青青等[12]從流域生態問題角度評估該區域潛在風險；顯然該區域已然成為景觀生態風險熱點研究區,但在瑪河流域生態風險研究中基于土地利用變化及景觀格局指數的景觀生態風險評價方面的研究較少。作為生態環境極為脆弱的干旱半干旱綠洲區,高寒山區的冰雪融水與上游的降水作為該流域主要的徑流水源,經過出山口的水體轉運后到達耗散最明顯的綠洲區,河流最終流逝于荒漠之中,這形成了瑪河流域獨具典型且完整的“山-盆”系統地形地貌結構特征。對其景觀生態風險的時空分布規律進行研究對于整個新疆乃至干旱區綠洲來說都具有一定的現實指導和理論借鑒意義。基于以上分析,本研究以土地利用變化數據為基礎,在流域景觀格局變化及生態風險空間分異分析的基礎上,更為完整的分析和解釋瑪河流域土地利用變化及景觀生態風險的時空分異規律,科學地指導瑪河流域生態環境健康有序合理的發展。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

瑪河流域位于準噶爾盆地南緣,北至天山山脈中段高山區,地理坐標為85°01′—86°32′E,43°27′—45°21′N。本研究以石河子市、瑪納斯縣、沙灣縣三個行政區及周邊第八師和第六師兩大農牧團場為主要研究區域(圖1),總面積約21060 km2,多年平均徑流量約22.98×108m3,主要依靠降水和冰雪融水補給。流域屬于冬寒冷、夏炎熱的溫帶大陸性氣候,年均溫在4.7—5.7 ℃之間且晝夜溫差大,主要景觀類型包括草原、荒漠、高山冰川、森林,且垂直分異特征明顯。自我國西部大開發等政策實施以來,土地利用已由傳統的水土開發、農業墾殖主導型轉向現代城市經濟、生態經濟模式,使得流域土地利用變化過程及景觀生態風險狀況均發生了深刻的改變。

圖1 瑪河流域概況及生態風險評價單元的劃分

1.2 數據來源與處理

基于前人研究成果,均可看出瑪河流域土地利用變化演變比較劇烈的時期聚焦在2000—2015年[9-10,13-14],且在這一時期我國實施了西部大開發、各類土地開發政策、天山北坡經濟帶建設、“十二五”總體規劃,五位一體總體布局等多項引導性政策,故選取瑪河流域2000、2005、2010、2015年4期Landsat TM/ETM系列遙感影像數據(時相為植被覆蓋率較高的6—10月份,云量均<10%,影像軌道行/列號分別是144/28、144/29、144/30)以及社會經濟發展統計數據,首先利用ENVI 5.3軟件對4期遙感影像數據進行輻射定標、大氣校正、拼接、裁剪等預處理,并參照《土地利用現狀分類標準》(GB/T21010—2015),結合研究區實際景觀類型及遙感影像特點等,將研究區土地利用類型劃分成林地、草地、水域、耕地、城建用地、未利用地6種類型,對解譯后的土地利用類型分類數據進行精度驗證,Kappa系數均在0.85以上,符合分類要求。

2 研究方法

本研究以4期土地利用類型分類數據為基礎,根據瑪河流域景觀格局特征選取景觀破碎度(Ci)、分離度(Si)和優勢度(Ki)、干擾度(Ui)、脆弱度(Ei)、損失度(Ri)6個指數,并以此構建景觀生態風險模型；參考相關理論對研究區進行景觀生態風險小區劃分[15-16],借助GIS空間分析和插值技術計算各風險小區景觀生態風險指數,在此基礎上獲取各年份景觀生態風險狀況,并以此為支撐進一步分析2000—2015年研究區內景觀格局指數時序變化、景觀生態風險空間分異及格局變化,為瑪河流域景觀的預測和發展提供理論和數據支撐。

2.1 風險小區的劃分

為合理劃分景觀生態風險評價小區以及空間化顯示瑪河流域景觀生態風險指數,在考慮景觀空間異質性、斑塊大小和流域面積的基礎上[17],利用ArcGIS 10.3軟件,依據研究區景觀斑塊平均面積2—5倍原則,同時考慮采樣和計算的工作量,對研究區采用12 km×12 km的正方形網格并進行等間距采樣的漁網操作處理[15-16],共劃分景觀生態風險小區175個(圖1)。利用景觀生態風險評價模型計算每一風險小區的景觀生態風險指數,并將賦予景觀生態風險值的各小區中心點作為空間插值分析的樣本。

2.2 景觀生態風險模型的構建

綠洲不是孤立存在的,其存在于干旱區、半干旱區的荒漠背景條件下時,荒漠地區才是真正意義的綠洲。它與山地、荒漠構成了一個完整的相互作用的干旱區生態系統,其作為干旱區景觀結構最復雜、類型最豐富,景觀多樣性最高的地區,具有高風沙,干旱嚴重,受人類活動干擾較大且較難恢復等景觀生態風險特征。隨著人工干擾時間的延長,綠洲景觀多樣性和均勻度下降,而優勢度指數增加,鄰近沙漠的綠洲愈來愈為少數斑塊控制,人類活動對鄰近沙漠的人工綠洲的直接影響逐漸減弱,而間接影響逐漸增強,追其根源綠洲地區景觀生態風險主要受自然因素和人為因素決定[18-19]。故參照相關景觀生態風險評價研究及研究區景觀格局特點,本文選取景觀破碎度(Ci)、分離度(Si)和優勢度(Ki)指數來構建景觀干擾度指數(Ui)計算模型[16],并借助景觀生態學方法,選取景觀干擾度(Ui)、脆弱度(Ei)和損失度指數(Ri)作為風險評價指標,以此構建景觀生態風險指數(ERI),以表征瑪河流域景觀生態風險空間分異及格局變化情況。對于干旱區綠洲景觀生態風險評價來說比較重要及特殊的表征指標是景觀干擾度、脆弱度指數,其重要性和特殊性以及與其他地區的不同主要體現在對其指數中的參數根據綠洲干旱區各景觀的實際情況及所占地位賦予不同的權重。對于景觀干擾度中參數(Ci、Ki、Si)的權重,白龍江流域[20]賦予0.5、0.2和0.3,西北干旱區綠洲[3]賦予0.3、0.5和0.2；對于景觀脆弱度指數而言,細河流域[16]、紅河流域[21]中未利用地最為脆弱,紅河流域[21]、渭干河—庫車河綠洲[22]中林草地最為穩定；本研究則根據研究區實際情況并借助前人研究成果對各參數進行權重賦值。具體各景觀格局指數計算公式及含義[16,21,23]見表1。

表1 景觀格局指數及計算方法

為分析瑪河流域景觀生態風險空間分布特征,將各景觀生態風險評價小區的ERI值作為其漁網中心點的屬性值,同時參考相關研究借助ArcGIS地統計模塊中的普通克里金插值功能得到研究區景觀生態風險空間分布情況。根據4個時期ERI值的實際分布情況,利用自然斷點法對景觀生態風險指數進行等級劃分[24-25],設定了5個景觀生態風險等級,低生態風險(0.036—0.047)、較低生態風險(0.047—0.052)、中生態風險(0.052—0.057)、較高生態風險(0.057—0.065)、高生態風險(0.065—0.114),并統計研究區內不同時期各景觀生態風險等級的面積及比例。

2.3 空間分析方法

景觀生態風險評價是生態風險評價在區域尺度的重要組分,其借助景觀生態學的生態過程與空間格局耦合關聯視角,更加注重風險的時空異質性和尺度效應,致力于實現多源風險的綜合表征及其空間可視化[26-27]。地統計學則主要用于檢驗、模擬和估算變量在空間上的相關關系和格局,半方差分析作為地統計學的一個子部分可借助其統計方法對空間特征進行分析[21,23]。為了更清晰的描述瑪河流域各景觀生態風險的空間分布情況,本研究根據景觀生態風險評價的要求和各分析方法的作用針對性的選取了地統計學方法,借助 GIS軟件,通過求和、采樣、普通克里金空間插值等處理得出2000、2005、2010、2015年的景觀生態風險等級連續空間分布情況,定量測度和描述2000—2015年各景觀生態風險等級的轉化方向及面積,分析其景觀生態風險空間分布特征及變化原因。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

對瑪河流域2000—2015年土地利用類型結構變化進行分析(圖2、圖3),就各景觀類型面積發生的變化而言,草地和未利用地的面積呈減少趨勢,耕地、水域和城建用地的面積呈增加趨勢,而林地的面積則呈先減少后增加的趨勢；其中耕地面積增加的最多,增加量為2638.31 km2,未利用地減少的最多,減少量為2559.99 km2,草地面積減少了429.45 km2,林地面積增加了7.95 km2。從各景觀類型面積占總面積的比例來看,耕地所占面積比例從20.84%增加至33.37%,未利用地所占面積比例從37.19%減少至25.04%,水域和城建用地所占面積比例分別由0.18%、1.50%增加至1.27%、2.67%,草地所占面積比例從35.37%減少至33.33%,林地所占面積比例由4.29%增加至4.33%。

圖2 瑪河流域2000—2015年土地利用類型結構變化

圖3 瑪河流域2000—2015年土地利用類型面積變化

基于ArcGIS軟件對相鄰兩期分類后影像進行疊加分析獲得瑪河流域2000—2015年土地利用類型轉移矩陣。對土地利用類型轉化過程進行分析,可以看出各景觀類型在這15年期間發生了較為明顯的相互轉化。具體表現在耕地、城建用地、林地、水域用地的面積以轉入為主,草地和未利用地的面積以轉出為主；其中轉入面積最多的是耕地,轉入量為3004.51 km2,主要由草地和未利用地轉入,轉入面積分別為1601.22、1054.45 km2；轉出面積最多的是未利用地,轉出量為2602.86 km2,轉出的未利用地主要轉化成了草地、耕地和林地,轉出面積分別為1192.12、1054.45、301.15 km2；在這15年間面積總量上增減幅度較大的是耕地和未利用地,草地的轉化力度和數量較大但在面積總量上增減幅度較小,其他土地利用類型之間也產生了不同程度的轉化。

3.2 流域景觀生態風險時空變化分析

3.2.1景觀格局指數的時序變化

統計結果發現,2000—2015年瑪河流域總體ERI值由8.858下降至8.780,且流域各時期ERI最大值、最小值、均值都呈現減小趨勢,說明研究期內流域各景觀生態風險區生態風險值整體變化均呈現減少趨勢。從各景觀斑塊面積和數目的轉化上、破碎度、分離度、損失度指數等指標的變化上(表2),可以看出在這15年間瑪河流域景觀格局演變較為劇烈。

表2 瑪河流域2000—2015年景觀格局指數

就景觀格局指數變化來看,林地和耕地除景觀優勢度指數呈增大趨勢,其他指數均呈減小趨勢,說明林地和草地景觀受其他因素的干擾逐漸減小；林地景觀格局指數的減小主要是由于自身面積的減少,而耕地景觀格局指數的減小主要是由于人們對土地利用需求增加,耕地面積擴張聯結了周圍的細小斑塊,導致自身斑塊數目減少。草地和未利用地除景觀優勢度指數呈減小趨勢,其他指數均呈增大趨勢,草地景觀格局指數增大主要是由于流域南部地區冰雪消融導致很多碎小斑塊出現,增大了景觀破碎度；未利用地景觀格局指數增大的主要原因在于,應社會和經濟發展要求,大量未利用地轉化成了耕地、草地和林地,導致未利用地面積不斷減少且景觀中的大斑塊被拆分,使得未利用地景觀斑塊趨于分散化和個體化[28-29]。城建用地除景觀優勢度指數整體上呈增大趨勢,其他指數整體上均呈減小趨勢,主要原因在于城鎮化進程加速增大了城建用地需求量,周圍細小斑塊被聯結導致景觀斑塊趨于集中化和整體化[30]。而水域除景觀優勢度指數呈增大趨勢,其他指數均處波動狀態,這主要是由于水域自身面積和斑塊數量呈現波動狀態且景觀脆弱度指數也很高。

3.2.2景觀生態風險的空間分異及其格局變化

從瑪河流域不同時期各景觀生態風險等級面積數量情況(圖4)可以看出,各時期各景觀生態風險等級所占面積比例存在一定差異；2000—2015年瑪河流域景觀生態以低、較低和中風險為主,較高和高風險次之(圖5)。研究期內,低和中風險區面積在增加,分別增加了148.41、1750.93 km2,占總面積的9.02%；較低、較高、高風險區面積在減少,分別減少了661.72、749、489.17 km2,占總面積的9.02%；低風險范圍的面積逐漸增加,而高風險范圍的面積逐漸減小,且流域整體景觀生態風險指數處于減小趨勢；因此在這15年間瑪河流域整體景觀生態風險處于好轉狀態。

圖4 瑪河流域景觀生態風險等級面積圖

圖5 瑪河流域景觀生態風險等級空間分布圖

2000—2005年,瑪河流域低、中、較高風險區面積增加,面積所占比例分別從17.98%、17.40%、10.77%上升至20.97%、18.95%、13.63%；而較低、高風險區面積減少,面積所占比例分別從49.81%、4.04%下降至44.07%、2.39%。但在此期間對于各風險區來說,空間分布格局上發生的變化相對較小；較高和高風險區依舊主要分布在研究區的中部,主要以水域、城建用地為主；此地區景觀生態風險程度較高一方面是由于河流水的減少,河道斷流,生態難以修復；另一方面是因為在此期間,石河子、沙灣等行政區在此修建了大量的重化工企業及發電廠,原本脆弱的生態環境又遭到破壞。低、較低以及中風險區在流域內分布較廣,主要以林地、草地、耕地和未利用地為主；值得注意的是,干旱內陸河黑河流域耕地占比約11%左右,無規劃開墾荒地以及不合理使用草地,使得沙漠化、鹽漬化土地急速增加,景觀生態風險程度加深[31]；而瑪河流域耕地占比(27%)明顯高于黑河流域,但瑪河流域耕地田塊連片分布且普遍都采用節水灌溉技術,這在很大程度上提高了水資源的利用率,與一般干旱區相比,有效的降低了流域干旱和水資源風險。同時綠洲農牧業和林果業發達,所以景觀生態風險程度較低；中等景觀生態風險區主要處在較高景觀生態風險區外圍,主要分布在人類活動比較頻繁和集中的景觀類型中。

2005—2010年,瑪河流域低、較低、較高和高風險區面積減少,面積所占比例分別從20.97%、44.07%、13.63%、2.39%下降至18.42%、44.01%、8.33%、2.17%；而中風險區面積呈現增加趨勢,面積所占比例從18.95%上升至27.06%。此期間各級生態風險區在格局上也發生了較大變化,流域中部的中風險區有較大部分轉化成了低和較低風險區,主要是由于2000年我國西部大開發政策實施后,生態環境惡化等問題凸顯出來,人們開始注重環境和生態保護；同時2005年以來為治理生態環境而實施的節水灌溉和退耕還林等工程都取得了良好效果,在一定程度上降低了生態風險程度[30]。另一個顯著變化是低、中、較高和高風險區的分布范圍在研究區內變得分散和個體,分布區域較多,且向流域南部和北部轉移和集聚；主要原因在于城鎮化建設不斷帶動社會和經濟發展且陸續吸引大量人口和資金聚集于此,為滿足更高的城市發展需求和土地利用需求,就需要提高土地的開發利用程度和范圍,從而導致大量的草地、林地和未利用地轉化成了耕地和城建用地,增大了景觀格局破碎度和分離度,且草地、林地和未利用地本身脆弱度也較高,加深了景觀生態風險程度；同時流域北部荒漠和耕地交替地帶景觀生態風險程度較2005年有所加深,主要是由于人類開發利用等活動,導致景觀斑塊趨于破碎和零散,景觀生態風險程度隨之升高；流域西南部景觀生態風險變化幅度也較大,主要是由于近年來環境污染、全球變暖等生態問題加速了冰雪消融,冰雪消融伴隨新植物長出導致許多破碎的小斑塊出現,增加了景觀的破碎度和分離度,景觀生態風險程度也隨之增大[16]。

2010—2015年,瑪河流域低、較低風險區面積增加,所占面積比例分別從18.42%、44.01%上升至18.69%、46.67%；而中、較高、高風險區面積減少,面積比例分別從27.06%、8.33%、2.17%下降至25.71%、7.21%、1.72%。在這5年間,景觀生態風險在格局上發生的變化相對較小,主要表現在流域中部的中、較高和高風險區范圍較為明顯的減少了；這主要得益于國家在經濟發展的基礎上所頒布的政策以及做出的努力,2011年國家環境保護“十二五”規劃頒布,2012年國家提出把生態文明建設納入中國特色社會主義事業“五位一體”的總體布局等,這五年一系列政策的頒布和實施使生態文明建設和環境保護取得了顯著成效。

為了更好地研究流域景觀生態風險等級之間的轉化,借助景觀生態風險轉移矩陣分析各等級風險區的變化情況(表3)；總體來說,2000—2015年,低、中風險區面積呈增加趨勢,而較高和高風險區面積呈現減少趨勢,較低風險區面積存在波動但最終在總量上變化較小；低和較低風險區之間的轉換、較低和中風險區之間的轉換、較高和較低、中、高風險區之間的轉換均較為明顯。在這15年間,有6120.57 km2的低風險區等級上升了,占研究區面積的29.06%,有2516.80 km2的高風險區等級下降了,占研究區面積的11.95%；較低風險轉為中風險的速率最高,轉換速率為246.71 km2/a,其次為中風險到低風險的轉換,轉換速率為128.26 km2/a。中、較高、高風險區由瑪河流域中部向南北部轉移且由集中分布變為分散分布,較低風險區由流域南部轉向北部,同時結合各景觀格局指數分析得,在研究期內瑪河流域景觀生態風險情況呈好轉趨勢,但局部地區生態環境惡化情況較明顯,如河流斷流、湖泊枯萎、且伴隨著城鎮化建設、經濟發展、人口增長、耕地需求量增加等[32-33],人類對各景觀不合理的開發和利用,對景觀格局的變化和生態環境惡化的加劇均產生了不同程度的影響。

表3 瑪河流域2000—2015年景觀生態風險轉移矩陣

4 討論與結論

4.1 討論

為了比對我國不同自然(氣候)區劃帶各景觀生態風險評價結果的異同,本文從各風險等級所占面積比例、所占地類情況及等級劃分方式3個方面進行比較(表4),盡管各文獻涉及的自然區劃帶流域土地利用類型構成和氣候變化不同,且采用的景觀生態風險等級劃分方法不統一,但仍可為評估對比景觀生態風險評價研究提供重要依據,也可為今后在該方面研究的其他學者提供劃分及評價的參考依據及理論支撐。在借助克里金插值法劃分景觀生態風險指數時,學者們在景觀生態風險等級劃分方式上多以自然斷點法為主,且大多遵循“低風險區值小且范圍小,高風險區值大且范圍大”的原則,其次用的較多的方法是等間隔法[34-36],本研究在對比后結合研究區實際情況選取了自然斷點法。需要注意的是即使選取相同等級劃分方式的兩研究,但因其各等級端點數值不同卻存在很大差異,這主要是由于各地區景觀生態風險指數本身存在差異。對選取的相關研究成果進行總結可以看出, 較低和低景觀生態風險等級所占面積比例上下波動較大,但大多數結果在50%左右,中景觀生態風險等級所占面積比例一般在20%—40%左右,較高和高景觀生態風險等級所占面積比例上下懸殊最大,高可達58%,低可至4.26%,這些都與各地區景觀生態風險狀況密切相關,可以很明顯的看出,較高和高景觀生態風險等級所占面積比例越大則景觀生態風險程度越高,反之越小[37-39]。除此之外,對比各自然區劃帶研究區各景觀生態風險等級地類分布及占比情況可以明顯的發現,相比干旱區綠洲區而言,濕潤地區較高和高景觀生態風險區面積占比較大,且大多數分布于開發程度和條件較高的未利用地、城建用地、耕地及流域沿岸；而干旱區綠洲較高和高風險區面積占比相對較小,主要分布在人類活動相對比較頻繁或自身脆弱度較高的區域中,如耕地、未利用地。對干旱區綠洲區和濕潤地區而言,其低和較低景觀生態風險區主要集中分布在林、草地及受人類活動和擾動較小的未利用地和石質山區中,但這些區域一旦受到人類活動或其他因素的干擾和破壞后,其恢復重建比較困難；例如日益加劇的生態環境問題、人類對未利用地的開發利用等活動都導致這些區域景觀生態風險程度加深,更值得注意的是這些區域遭到破壞后會誘發并加劇滑坡泥石流、水土流失等地質災害,因此應更加注重此類地區的保護和建設[40-41]。中等風險區主要處在較高風險區的外圍,多集中在水域、距離人類活動和干擾較近的草地、林地和未利用地等景觀中,或分布在原本景觀生態風險等級較低但受人類干擾和破壞后較難恢復重建的景觀類型中,相比濕潤地區而言干旱區綠洲表現的尤為明顯,這主要是由于其受水資源牽制作用較大。

表4 不同自然區劃帶景觀生態風險評價比較

生態風險指在自然或人類活動干擾下生態系統及其組分所承受的風險,是一定區域內生態系統的結構和功能受到來自不確定性事故或災害可能產生的不利影響,而景觀生態風險作為生態風險評價在區域尺度的重要分支領域[42],指景觀格局與生態過程在自然或人為因素影響下相互作用可能產生的不利后果[1]；但在該方面相關研究時,不少學者在探究和描述過程都用生態風險評價一詞替代景觀生態風險評價,然而對于同一時間同一區域來說景觀生態風險等級高卻不等同于生態風險等級也高,景觀生態風險作為生態風險的一個分支領域只是從某一方面衡量了一個地區生態風險程度[43-44]。例如,有學者分別對白龍江流域生態風險和景觀生態風險進行研究,將兩研究結果進行辨析可以看出,趙彩霞[45]在研究白龍江流域生態風險過程中,將環境風險評價理論、景觀生態理論與自然災害風險理論相結合,對人類活動、地質災害和水土流失三種典型的風險源進行研究,所以最終的結果由三方面共同表現(綜合生態風險范圍在1.00—9.42之間)；而鞏杰等[20]為評價白龍江流域景觀生態風險,基于土地利用變化的生境脆弱度和景觀生態損失度構建了流域景觀綜合生態風險評價模型,以此評價景觀生態風險,但最終結果只能解釋該區域景觀生態風險程度(景觀生態風險范圍在0.29—1.59之間),并不能決定生態風險的高低,且生態風險程度高的區域景觀生態風險程度卻不一定高,本質上來說生態風險并不等同于景觀生態風險,因此在此類研究中要注意兩者的混用。

基于本文研究結果及瑪河流域生態現狀存在的問題,建議瑪河流域結合自身實際情況,在社會經濟發展、資源開發及土地利用過程中,應在堅持生態優先的原則下進行耕地景觀的再開發和再發展；在保護水域及林地的同時,要限制對地表擾動及對景觀生態破壞較大的大規模城建用地的發展；同時由于新疆存在特殊且脆弱的荒漠和冰川景觀類型,且在其過渡帶地區尤為脆弱,所以在注重冰川及荒漠的保護治理外,還應在其景觀的開發及建設過程中保留一定的生態緩沖區,加強對各景觀過渡帶的保護與治理,這在很大程度上控制了研究區內易產生生態風險的高風險地區生態環境的惡化。

4.2 結論

本研究以遙感影像數據為基礎,在GIS技術的支持下對瑪河流域景觀生態風險進行評價；從土地利用變化及轉移、景觀生態風險時序特征和景觀生態風險空間分異3個方面對瑪河流域的景觀生態風險進行了綜合分析,得出以下結論：

(1)2000—2015年,瑪河流域主要以草地、耕地和未利用地為主,耕地景觀面積增加的最多,面積比例從20.84%增加至33.37%,增加的2638.31 km2耕地主要由草地和未利用地轉化而來；未利用地景觀面積減少的最多,面積比例從37.19%下降至25.04%,減少的2560 km2未利用地主要轉化成了耕地、草地和林地。總體來說,伴隨著城鎮化進程的加速,人們也加大了對土地資源的需求,所以導致大量的草地和未利用地轉化成了城建用地和耕地。

(2)研究期內瑪河流域整體景觀生態風險指數呈減小趨勢,流域主要以低、較低和中風險區為主,較高和高風險區次之；低、中風險區面積呈增加趨勢,而較低、較高和高風險區面積呈減小趨勢。整體而言2000—2015年,流域景觀生態狀況好轉,但局部地區景觀生態狀況有所惡化,景觀生態風險程度較高。

(3)2000—2005年瑪河流域景觀生態風險呈中部高、南北低的分布格局；2005—2010年流域景觀生態風險出現了轉移、分散和聚集等明顯變化,具體表現為中、較高、高風險向流域南北部轉移、低風險向流域中部和北部轉移,且分布變的分散和破碎；2010—2015年流域景觀生態風險分布格局變化較小,主要變化為較高、高風險區面積較為明顯的減少,景觀生態風險分布格局的變化主要受國家政策、地類變化、人口和經濟發展以及人類活動等因素影響。

本研究借助土地利用變化數據構建景觀生態風險評價模型,受篇幅等限制,在景觀生態風險評價上未考慮地形地貌、海拔氣候等自然風險源對其影響,對于瑪河流域景觀生態風險時空關聯格局的驅動力解釋也有待進一步完善；正如部分學者認為區域生態風險涉及的風險因子很多,并存在相互作用和疊加效應[46-47],在未來對景觀生態風險評價的研究中,要進一步關注研究區地形地貌、海拔氣候等自然因素對景觀生態風險高低的影響以及驅動力的解釋,以深入評價并預測景觀生態風險空間分布格局變化。