2000—2020年重慶市土地利用變化及景觀生態風險評價

摘要：基于重慶市2000、2010、2020年的土地利用數據，分析其土地利用動態變化特征，并利用景觀脆弱度指數和景觀格局指數建立生態風險評價模型，對生態風險時空變化特征進行評價。結果表明，2000—2020年，重慶市主要土地利用類型為耕地、林地；人造地表、林地、水體面積不斷增加，耕地、草地、灌木地、濕地面積不斷減少，其中，人造地表面積明顯增加，且主要來自耕地；重慶市各時期景觀生態風險在空間上呈正向集聚效應，高-高集聚區呈減少趨勢；重慶市以中生態風險區、較低生態風險區為主，整體生態風險逐漸減弱。需針對不同生態風險區，采取差異化的土地利用措施。

關鍵詞：土地利用；景觀格局；景觀生態風險評價；重慶市

中圖分類號：F301" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）07-0038-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.07.007 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Based on the land use data of Chongqing in 2000， 2010， and 2020， the dynamic changes in land use characteristics were， and" analyzed an ecological risk assessment model was established using the landscape vulnerability index and landscape pattern index to evaluate the spatiotemporal changes in ecological risk. The results indicated that from 2000 to 2020， the main types of land use in Chongqing were arable land and forest land；the area of artificial surface， forest land， and water bodies continued to increase， while the area of arable land， grassland， shrubland， and wetland continued to decrease. Among them， the area of artificial surface had significantly increased， mainly from arable land；the landscape ecological risks in various periods of Chongqing showed a positive agglomeration effect in space， while the high high agglomeration areas showed a decreasing trend；Chongqing was mainly located in areas with medium and low ecological risks， with overall ecological risks gradually weakening. Differentiated land use measures needed to be taken for different ecological risk areas.

Key words： land use； landscape pattern； landscape ecological risk assessment； Chongqing City

土地作為人類所需的重要資源，其利用方式與程度不僅影響經濟社會可持續發展，更會對生態環境造成區域性和累積性的影響，并體現在生態系統的結構和功能上［1］。有研究表明，土地利用/覆被變化與各類現實或潛在的生態風險密切相關，在一定程度上決定區域生態風險大小［2，3］。生態風險評價是用來描述評估自然環境變化、人類活動等對區域生態系統結構與功能產生不利影響的可能性及其大小程度［4，5］，是山、水、林、田、湖、草生命共同體安全研究的基礎。近年來，從土地利用變化及景觀格局特征角度構建生態風險指數，定量識別和評估區域生態狀況及空間分異，成為當前研究的熱點［6-8］。

國內外對土地利用帶來的生態風險研究主要采用2種評價方法。一是基于相對生態風險評價模型（RRM）［9，10］進行評價，主要利用各風險單元內部因子的風險貢獻程度，再結合風險源、生境和風險受體對區域生態風險進行定量評價［11，12］。二是基于景觀格局指數、土地利用變化進行生態風險研究，主要利用景觀脆弱度指數和景觀格局指數等作為評價指標，構建生態風險指數進行生態風險評價［13-15］。目前，基于景觀格局進行生態風險評價相對科學可行，區域劃分方法主要包括以行政區劃、地貌、流域等自然地理邊界來劃分風險單元的方法和網格法，其中網格法運用較普遍［16］。顧夢瑤等［17］、劉希朝等［18］、康紫薇等［19］、杜軍等［20］通過劃分不同大小的生態風險評價單元，利用景觀結構指數、景觀脆弱指數及擾動指數等構建生態風險指數，再結合ArcGIS空間分析法，評價景觀生態風險空間分異特征。綜上可知，生態風險評價方法和體系比較成熟，但生態風險往往受多個因素交互作用的影響，因此，需要針對不同地區的區域特征進行評價和分析。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

重慶市是中國中西部地區惟一的直轄市，地處青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，東經105°11′—110°11′、北緯28°10′—32°13′，面積達8.24萬km2，轄38個區縣（26區、8縣、4自治縣）。地貌以丘陵、山地為主，其中山地占76%；長江、嘉陵江、烏江三江過境，境內有河流5 300余條；中亞熱帶濕潤季風性氣候。2020年，重慶市平均降水量為 1 361.7 mm，平均氣溫為17.8 ℃，空氣質量優良天數達333 d，森林覆蓋率達52.5%，地區生產總值達25 002.79億元。第七次全國人口普查顯示，2020年重慶市人口總數為32 054 159人。

1.2 數據來源

選取2000、2010、2020年3期的重慶市土地利用矢量數據，數據均來源于中國研制的 30 m全球地表覆蓋數據GlobeLand30。其中GlobeLand30 2000數據和GlobeLand30 2010數據的總體精度均為83.50%，Kappa系數為0.78；GlobeLand30 2020數據的總體精度為85.72%，Kappa系數為0.82。根據GlobeLand30分類系統，重慶市分為耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體、人造地表、裸地8種類型。

2 研究方法

2.1 土地利用動態變化

利用2000、2010、2020年的土地利用數據，通過土地利用面積變化、單一土地利用動態度K、綜合土地利用動態度LC等指標分析不同時期土地利用動態變化過程；運用土地利用轉移矩陣研究不同時期各土地利用類型間相互轉化的數量與方向。

式中，[Ci]、[Si]、[Fi]分別為第[i]個評價單元的景觀破碎度指數、景觀分離度指數、景觀分維數；[Ci]、[Si]、[Fi]由于量綱不同，需進行歸一化處理。[a]、[b]、[c]分別為景觀破碎度指數、景觀分離度指數、景觀分維數的權重，借鑒已有研究［17-20］，分別賦值為0.5、0.3、0.2。

景觀脆弱度指數[Vi]表示各類景觀受外界干擾的敏感程度，鑒于研究區域的景觀特點與已有研究成果［21，22］，認為裸地最脆弱，人造地表最穩定。依據景觀類型脆弱性由高到低依次賦值，裸地、水體、濕地、耕地、草地、灌木地、林地、人造地表賦值分別為8、7、6、5、4、3、2、1，并對其進行歸一化處理。其中考慮到2000、2010年景觀無裸地，在對它們進行歸一化處理的時候，僅考慮水體、濕地、耕地、草地、灌木地、林地、人造地表（表1）。

2.4 空間統計學方法

空間自相關分析可用來研究某一空間變量在空間上是否存在相關性及相關程度。本研究以景觀生態風險指數作為一種空間變量，利用全局Moran’s I 指數測度研究區域整體的空間關聯和差異狀態。運用空間關聯局域指標（LISA）分析統計景觀生態風險高-高聚集、低-低聚集情況在局部地區的分布情況。

3 結果與分析

3.1 土地利用類型變化特征分析

3.1.1 土地利用結構和速率變化 重慶市主要的土地利用類型為耕地、林地，共占總面積的88%以上。由表2可知，2000年和2010年重慶市土地利用類型面積從大到小依次為耕地、林地、草地、水體、人造地表、灌木地、濕地、裸地，2020年人造地表面積超過水體面積，其他次序不變。2000—2020年，重慶市人造地表、林地、水體、裸地面積不斷增加，其中，人造地表面積增加的最多，增加了2 066.32 km2，其次是林地，增加了1 022.18 km2；耕地、草地、灌木地、濕地面積不斷減少，其中，耕地、草地面積減少的較多，分別達1 974.88、1 429.32 km2。在2000—2010年、2010—2020年、2000—2020年人造地表土地利用動態度最大，分別為3.89%/a、23.10%/a、17.99%/a。同時，3個時段重慶市綜合土地利用動態度分別為0.16%/a、0.26%/a、0.21%/a，表明2010—2020年重慶市整體土地利用類型變化活躍。

3.1.2 土地利用方向變化 2000—2020年重慶市土地利用轉移矩陣如表3、表4所示。2000—2010年，草地是重慶市土地利用的主要轉出類型，草地、耕地、林地的轉化比較劇烈，轉出面積分別為2 710.18、2 362.11、2 155.78 km2。受退耕還林（草）工程、天然林保護工程、公益林建設和自然保護區建設等實施的影響，林地是重慶市土地利用的主要轉入類型，其增加面積主要來源于草地、耕地，轉入面積分別為1 682.25、1 262.22 km2。2010—2020年，隨著退耕還林（草）工程的繼續實施以及重慶市行政區劃變革后道路、水利、房屋等設施的建設，耕地成為重慶市土地利用的主要轉出類型，轉為人造地表、林地，轉出面積分別為1 655.22、1 620.02 km2。林地依然是重慶市土地利用的主要轉入類型，其次是耕地、人造地表，3種土地利用類型轉入面積分別為2 645.62、1 967.30、1 875.33 km2。

3.2 重慶市景觀生態風險時空變化分析

3.2.1 景觀格局指數變化分析 據計算，2000—2020年，重慶市的景觀生態風險指數ERI由0.079下降至0.064，說明重慶市的景觀生態風險整體呈下降的趨勢。由表5可知，2000—2020年，林地、草地、灌木地、濕地、水體的斑塊數均有不同幅度的減少，耕地、人造地表、裸地的斑塊數有不同幅度的增加，其中，人造地表的斑塊數變化最明顯，由2000年的" " "2 966個上升至2020年的8 958個。各景觀類型的破碎度、分離度的變化趨勢相同，耕地、草地、濕地的景觀破碎度、景觀分離度均有所增加，林地、灌木地、人造地表、水體的景觀破碎度、景觀分離度均有所降低；重慶市各土地利用類型的分維數變化不明顯，其中，耕地、人造地表的分維數略有上升，形狀變的復雜不規則，林地、草地、灌木地、濕地、水體的形狀則日趨簡單。2000—2020年，重慶市的景觀格局發生明顯變化，除裸地外，其他類型土地利用類型的干擾度指數、損失度指數均呈下降趨勢。

3.2.2 景觀生態風險空間自相關分析 2000、2010、2020年重慶市的景觀生態風險的全局Moran’s I 分別為0.681 2、0.668 5、0.668 9，均為正值且呈增加趨勢，表明重慶市生態風險的自相關性及空間集聚程度逐漸增強。利用局部空間自相關 LISA 指數探索重慶市景觀生態風險局部空間相關集聚性，如圖1所示。2000—2020年，重慶市景觀生態風險以高-高和低-低聚集模式為主，其中，高-高聚集區主要景觀類型為耕地、林地，聚集于開州區、涪陵區、南川區、綦江區及渝東南、渝東北部分地區，且呈減少趨勢；生態風險的低-低聚集區主要景觀類型為林地，聚集于城口縣、巫溪縣及石柱縣-彭水縣-豐都縣的交界處。

3.2.3 景觀生態風險時空變化分析 2000、2010、2020年重慶市景觀生態風險指數均值分別為0.007 4、0.007 2、0.006 7，景觀生態風險整體呈下降趨勢。利用ArcGIS中的重分類工具，將重慶市的景觀生態風險區劃分為5類：低生態風險區（ERI≤0.005 0）、較低生態風險區（0.005 0＜ERI≤0.007 0）、中生態風險區（0.007 0＜ERI≤0.008 0）、較高生態風險區（0.008 0＜ERI≤0.009 5）、高生態風險區（ERI＞0.009 5）。

由表6和圖2可知，2000—2020年，重慶市以中生態風險區、較低生態風險區為主，面積占比為75.53%～88.75%，其較低生態風險區面積占比持續增加，較高生態風險區、高生態風險區面積占比不斷降低。較低生態風險區面積占比明顯增加，在渝西地區、渝東北的城口縣、巫溪縣、巫山縣，以及石柱縣—豐都縣—武隆區—彭水縣—黔江區交界處的基礎上，進行了大范圍的擴展，由2000年的34.04%上升至2020年的56.50%，增加了22.46個百分點；較高生態風險區的面積占比由2000年的21.15%減少至2020年的5.84%，降低了15.31個百分點，空間范圍也縮小至高風險區周邊的涪陵區、南川區、綦江區、巴南區，以及武陵區—彭水縣交界處、彭水縣—黔江區交界處、開州區西北部；高生態風險區較集中，其面積占比由2000年2.35%降至2020年的1.07%，空間分布范圍也由涪陵區、巴南區、南川區縮小到涪陵區；低生態風險區面積占比由2000年的0.97%增加至2020年的4.34%，空間分布范圍也由城口縣擴展到巫溪縣以及開州區東北部。

4 小結與討論

基于重慶市2000、2010、2020年3期土地利用數據探索其土地利用變化情況，并利用景觀格局指數對重慶市土地利用生態風險進行評價。2000—2020年，耕地和林地是重慶市的主要土地利用類型，人造地表、林地、水體、裸地面積有所增加，耕地、草地、灌木地、濕地面積有所降低，其中，人造地表面積明顯增加、耕地面積明顯減少。2000—2010年，草地是土地利用的主要轉出類型，2010—2020年，耕地是土地利用的主要轉出類型，耕地轉出的主要去向是人造地表、林地。

2000—2020年，耕地、林地、草地、灌木地、人造地表、濕地、水體的干擾度指數、損失度指數均呈下降趨勢，景觀生態風險整體上有所降低，生態風險程度在空間上表現出正相關性增強，有明顯的集聚趨勢。景觀生態風險以高-高和低-低聚集為主，且高-高集聚區整體上呈減少趨勢。

2000—2020年，重慶市景觀生態風險指數的均值由0.007 4減少至0.006 7，整體景觀生態風險降低；景觀生態風險主要以中生態風險、較低生態風險為主，低生態風險區、較低生態風險區的面積占比增加，中生態風險區、較高生態風險區、高生態風險區的面積占比下降，其中，較低生態風險區、較高生態風險區面積占比的變化較明顯。

基于以上分析，對重慶市土地利用現狀和變化趨勢、景觀生態風險狀況有了初步了解，可為優化重慶市土地利用空間布局和土地管理提供決策支持。未來需針對不同風險級別的地區，采取差異化的調控措施，其中，對較高風險區和高風險區制定適宜的國土空間規劃，合理調整土地利用結構，充分協調好土地的利用與區域發展之間的關系，構建合理的景觀生態格局；對于其他類型的風險區，則需按照生態經濟規律更好地統籌土地開發、利用、整治和保護，在加大土地資源生態保護的基礎上進行適度土地開發利用，促進人口、資源、經濟與環境的協調發展。

參考文獻：

［1］ 呂樂婷，張 杰，孫才志，等.基于土地利用變化的細河流域景觀生態風險評估［J］.生態學報，2018，38（16）：5952-5960.

［2］ 蘇英慧，邸曉慧，明 弘，等.基于土地景觀格局的重慶市永川區生態風險評價［J］.水土保持通報，2020，40（3）：195-201，215.

［3］ 侯 蕊，李紅波，高艷麗.基于景觀格局的武漢市江夏區土地利用生態風險評價［J］.水土保持研究，2021，28（1）：323-330，403.

［4］ 趙 越，羅志軍，李雅婷，等.贛江上游流域景觀生態風險的時空分異——從生產-生活-生態空間的視角［J］.生態學報，2019，" 39（13）：4676-4686.

［5］ 周汝佳，張永戰，何華春.基于土地利用變化的鹽城海岸帶生態風險評價［J］.地理研究，2016，35（6）：1017-1028.

［6］ 王 娟，崔保山，劉 杰，等.云南瀾滄江流域土地利用及其變化對景觀生態風險的影響［J］.環境科學學報，2008，28（2）：269-277.

［7］ 許 妍，高俊峰，高永年.基于土地利用動態變化的太湖地區景觀生態風險評價［J］.湖泊科學，2011，23（4）：642-648.

［8］ 王 濤，張 超，于曉童，等.洱海流域土地利用變化及其對景觀生態風險的影響［J］.生態學雜志，2017，36（7）：2003-2009.

［9］ LANDIS W G. Twenty years before and hence ecological risk assessment at multiple endpoints［J］.Human and ecological risk assessment，2003，9： 1317-1326.

［10］ BARTOLO R E， VANDAM R A， BAYLISS P. Regional ecological risk assessment for Australia’s tropical rivers： Application of the relative risk model［J］. Human and ecological risk assessment： An international journal， 2012， 18（1）： 16-46.

［11］ 王 輝，宋長春.三江平原濕地區域生態風險評價研究［J］.地理科學進展，2019，38（6）：872-882.

［12］ 孫洪波，楊桂山，蘇偉忠，等.沿江地區土地利用生態風險評價——以長江三角洲南京地區為例［J］.生態學報，2010，30（20）：5616-5625.

［13］ 張 彪，劉萬波，張俊華.基于土地利用變化的三江平原景觀生態風險研究［J］.國土與自然資源研究，2021（2）：53-55.

［14］ 陳心怡，謝跟蹤，張金萍.海口市海岸帶近30年土地利用變化的景觀生態風險評價［J］.生態學報，2021，41（3）：975-986.

［15］ 張 月，張 飛，周 梅，等.干旱區內陸艾比湖區域景觀生態風險評價及時空分異［J］.應用生態學報，2016，27（1）：233-242.

［16］ 王 潔，擺萬奇，田國行.土地利用生態風險評價研究進展［J］.自然資源學報，2020，35（3）：576-585.

［17］ 顧夢瑤，李 娟，趙曉峰.基于土地利用變化的貴安新區景觀生態風險評價［J］.生態科學，2020，39（5）：73-81.

［18］ 劉希朝，李效順，蔣冬梅.基于土地利用變化的黃河流域景觀格局及生態風險評估［J］.農業工程學報，2021，37（4）：265-274.

［19］ 康紫薇，張正勇，位 宏，等.基于土地利用變化的瑪納斯河流域景觀生態風險評價［J］.生態學報，2020，40（18）：6472-6485.

［20］ 杜 軍，趙勝朝，邱士可，等.2000—2015年豫西黃土丘陵區土地利用變化及景觀生態風險評價［J］.水土保持研究，2021，28（1）：279-284，291.

［21］ 鞏 杰，趙彩霞，謝余初，等.基于景觀格局的甘肅白龍江流域生態風險評價與管理［J］.應用生態學報，2014，25（7）：2041-2048.

［22］ 周汝佳，張永戰，何華春.基于土地利用變化的鹽城海岸帶生態風險評價［J］.地理研究，2016，35（6）：1017-1028.