侯艷麗，劉學(xué)錄，馬 俊

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

目前國內(nèi)外大量有關(guān)生態(tài)安全的研究主要集中在生物入侵、環(huán)境污染和城市、地區(qū)生態(tài)安全的評價等方面,主要涉及生態(tài)安全的概念及本質(zhì)、生態(tài)安全評價體系的構(gòu)建、生態(tài)安全度數(shù)量化指標(biāo)或生態(tài)安全系數(shù)的設(shè)計[1-4]。關(guān)于山地生態(tài)安全的研究主要集中在環(huán)境脆弱性和保護(hù)策略等方面[5－6]，而從景觀生態(tài)角度入手的研究較少。在人類活動改變和影響地球環(huán)境的過程中，山地系統(tǒng)是最敏感的區(qū)域之一。由于景觀本身是人類經(jīng)濟活動的資源和開發(fā)利用的對象,人類的經(jīng)濟開發(fā)活動主要是在景觀層次上進(jìn)行的，因而景觀成為研究人類活動對山地環(huán)境影響的適度尺[7]。近年來，祁連山地系統(tǒng)在自然因素和人類活動影響下，森林資源破壞嚴(yán)重，野生動物銳減，冰川退縮。據(jù)專家提供資料，祁連山東段冷龍嶺北坡的水管河4號冰川，1956~1976年冰川平均每年退縮16m，1976年以來，冰川后退了71.2m，平均每年退縮8.9 m。目前對祁連山的研究主要集中在對祁連山冰川的研究上，關(guān)于祁連山地景觀生態(tài)安全度的研究還未見報導(dǎo)。因此，本文通過對景觀類型斑塊破碎度、邊界破碎度、斑塊優(yōu)勢度、斑塊聯(lián)系度和斑塊脆弱度等的分析，反映東祁連山地各景觀類型生態(tài)安全度，為未來山地景觀生態(tài)安全度的研究提供一定的理論依據(jù)。

本文用熵權(quán)表示評價指標(biāo)的相對重要程度，基本思想是認(rèn)為評價指標(biāo)的差異程度越大越重要，則權(quán)重相應(yīng)也越大。熵是系統(tǒng)無序程度的度量，它還可以度量數(shù)據(jù)所提供的有效信息量，因此，可以用熵來確定權(quán)重[8]。當(dāng)評價對象在某項指標(biāo)上的值相差較大時，熵值較小，說明該指標(biāo)提供的有效信息量較大，該指標(biāo)的權(quán)重也應(yīng)較大；反之，若某項指標(biāo)的值相差越小，熵值較大，說明該指標(biāo)提供的信息量較小，該指標(biāo)的權(quán)重也應(yīng)較小。

1 研究區(qū)概況

祁連山位于中國青海省東北部與甘肅省西部邊境，由多條西北-東南走向的平行山脈和寬谷組成。因位于河西走廊南側(cè)，又名南山。西端在當(dāng)金山口與阿爾金山脈相接，東端至黃河谷地，與秦嶺、六盤山相連，長近1 000 km，屬褶皺斷塊山。最寬處在酒泉市與柴達(dá)木盆地之間，達(dá)300 km。自北而南，包括大雪山、托來山、托來南山、野馬南山、疏勒南山、黨河南山、土爾根達(dá)坂山、柴達(dá)木山和宗務(wù)隆山。山峰多海拔4 000～5 000m，最高峰疏勒南山的團結(jié)峰海拔5 808m。海拔4 000m以上的山峰終年積雪，山間谷地也在海拔3 000～3 500m之間。

研究區(qū)地理位置為 93°30′~103°00′E，36°30′~39°30′N。祁連山東段山勢由西向東降低，包括走廊南山-冷龍嶺-烏鞘嶺，大通山-達(dá)坡山，青海南山-拉背山三列平行山系。其間夾有大通河谷地、湟水谷地和青海湖盆。由于受新構(gòu)造運動的強烈抬升而劇烈褶皺，同時在流水地質(zhì)作用的強烈侵蝕下大幅度下切，形成陡峻的“V”型河谷。山峰海拔高度為3 000~5 500 m,平均海拔4 000 m左右，海拔2 500～3 300m分布有寒溫帶針葉林。海拔4 700m以上的山地終年積雪，廣泛發(fā)育現(xiàn)代冰川，有冰川3 306條，面積2 063 km2，呈現(xiàn)高寒礫漠（或巖漠）景觀[9]。區(qū)內(nèi)自然氣候條件復(fù)雜、水熱條件差異大，使植被的分布具有明顯的水平差異和垂直梯度變化。祁連山河流水系發(fā)育良好，分屬于河西內(nèi)陸河流域和黃河流域兩大流域。其中，內(nèi)陸河流域的石羊河水系較大的河流自西向東有西大河、東大河、西營河、金塔河、雜木河、黃羊河、古浪河、大靖河等，均發(fā)源于祁連山東段冷龍嶺和毛毛山，集水面積9 057 km2，山區(qū)徑流量為15.63億m3，出山徑流量為15.4億m3[10-12]。東部森林資源破壞嚴(yán)重，野生動物減少。研究區(qū)域地貌見圖1。

2 研究方法

2.1 材料

本研究所選用的遙感數(shù)據(jù)為美國陸地資源衛(wèi)星1995年6月11日Landsat 5 TM（Thematic Mapper） 遙感影像和 2009年 6月 17日 Landsat 7 ETM+（Enhanced Thematic Mapper）遙感圖像。

2.2 圖像處理

首先用ERDAS9.1將TIF格式遙感圖像轉(zhuǎn)換為柵格格式，融合7、4、2三個波段以獲得具有最大光譜多樣性的多波組合圖像，對這兩個時相的融合圖像進(jìn)行非監(jiān)督分類得到研究區(qū)域的分類柵格圖像。利用ARCVIEW GIS中的Spatial Analyst擴展模塊將ERDAS分類柵格圖像轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格圖（Grid）格式，用FRAGSTATS景觀指標(biāo)計算軟件計算景觀指數(shù)。

2.3 景觀生態(tài)安全度指標(biāo)選取及其方法

2.3.1 景觀類型斑塊破碎度 景觀類型斑塊破碎度，也即類型密度，計算公式如式（1）。

式中，N（i）為類型斑塊數(shù)，A（i）為類型面積。

2.3.2 景觀類型邊界破碎度 景觀類型邊界破碎度，也即類邊界密度，邊界密度揭示了景觀或類型被邊界的分割程度，是景觀破碎化程度的直接反映，計算公式如式（2）。

式中，C（i）為類型周長，A（i）為類型面積。

2.3.3 斑塊優(yōu)勢度 優(yōu)勢度描述景觀由少數(shù)幾個生態(tài)系統(tǒng)控制的程度。計算公式如式（3）。

式中，RD是相對優(yōu)勢度指數(shù)（百分比）；D是Shannon-Wienner多樣性指數(shù)；Dmax是D的最大可能取值。D與Dmax的計算公式分別為式（4）、式（5）：

式中，log是以 2為底的對數(shù)；P（i）是生態(tài)系統(tǒng)類型i在景觀中的面積比例；T是景觀中生態(tài)系統(tǒng)的類型總數(shù)。

2.3.4 斑塊聯(lián)系度 聯(lián)系度指數(shù)可用來描述景觀中同類斑塊聯(lián)系程度。聯(lián)系度指數(shù)是最近相鄰斑塊距離的反函數(shù)，它使用斑塊面積做加權(quán)數(shù)，見式（6）。

式中，PX是聯(lián)系度指數(shù)；A（i）是斑塊i的面積；NND（i）是斑塊i到其相鄰斑塊的最小距離。PX取值從0到1；PX取值大時，則表明景觀中給定斑塊類型是群聚的。

2.3.5 斑塊脆弱度 斑塊脆弱度很難確定，原因如下。①脆弱度與景觀類型自然演替過程中所處的階段有關(guān),相當(dāng)復(fù)雜;②與景觀類型本身的結(jié)構(gòu)和功能完整性有關(guān);③與景觀類型對外界干擾的抵抗能力有關(guān);④與干擾的種類、性質(zhì)、強度、方式等特性有關(guān)。本研究將斑塊脆弱度與景觀類型特性相關(guān)聯(lián)，將斑塊脆弱度從小到大順序排列并賦值如下：林地（0.111）<草地（0.138 9）<灌叢（0.166 7）<冰雪（0.199 4）<水體（0.199 4）<裸地（0.222 2）[13]。

2.3.6 生態(tài)安全度 本研究采用各景觀類型受干擾程度和斑塊脆弱度來表征景觀類型生態(tài)安全程度[13]，計算過程與步驟如下。

景觀類型受干擾程度用Ii來表示,公式中四項景觀指數(shù)采用熵權(quán)法計算權(quán)重，計算步驟如下。（1）定義熵。在有m個評價指標(biāo)，n個評價對象的評價問題中，第i個指標(biāo)的熵定義見式（7）。（2）定義熵權(quán)。定義了第i個指標(biāo)的熵之后，第i個指標(biāo)的熵權(quán)定義見式（8）。（3）干擾度公式見式（9）。

式中：Ii為干擾度；PDi為景觀類型斑塊破碎度，也即類型密度；EDi為景觀類型邊界破碎度，也即類邊界密度；RD為景觀類型斑塊優(yōu)勢度，也即類斑優(yōu)勢度；PX為景觀類型斑塊聯(lián)系度，也即類斑分離度。

景觀類型生態(tài)安全度用ESi，其計算方法見式（10）：

式中，Qi為景觀類型斑塊脆弱度；2.5為換算系數(shù)；總體景觀的生態(tài)安全度用ES表示，計算方法見式（11）。

式中，PRi為景觀類型斑塊面積百分比,即類斑蓋度,n為景觀類型數(shù)。

3 結(jié)果分析

從表1中可以看出，東祁連山地景觀由林地、草地、灌叢、冰雪、水體和裸地等6種組分構(gòu)成。其中，草地面積最大，為山地景觀的基質(zhì)，水系為山地景觀的廊道，林地、灌叢和冰雪為斑塊。

表1 東祁連山地景觀結(jié)構(gòu)組分類型

1995年和2009年各景觀類型的斑塊破碎度、邊界破碎度、斑塊優(yōu)勢度、斑塊聯(lián)系度和斑塊脆弱度的值見表2。從1995年和2009年景觀類型干擾度動態(tài)變化來看（表3），1995年各類景觀類型干擾度范圍在0.210 2~0.937 8之間，按大小順序排列為水體>灌叢>裸地>草地>林地>冰雪。2009年年各類景觀類型干擾度范圍在0.173 6~1.037 8之間，按大小順序排列為水體>灌叢>草地>林地>裸地>冰雪。干擾變化率降低的景觀依次為灌叢（-29.79%）、冰雪（-17.37）、裸地（-33.22），而林地、草地和水體的干擾度均有不同程度的增加。

表2 東祁連山地景觀生態(tài)安全指數(shù)（1995、2009）

表3 東祁連山地景觀類型干擾度和生態(tài)安全度變化

2009年景觀類型生態(tài)安全度相比于1995年各景觀類型生態(tài)安全度，林地、草地和水體的生態(tài)安全度變化率降低，分別為-0.30、-0.37和-5.85，其他景觀類型的生態(tài)安全度均有不同程度的增加。2009年各景觀類型生態(tài)安全度范圍在0.608 0~0.936 7之間，生態(tài)安全度分布在安全度等級0.6～0.9級范圍內(nèi)。生態(tài)安全度為0.9級的有林地、草地和冰雪；0.8級為有裸地；0.7級的為灌叢；0.6級的為水體。這可以看出，生態(tài)安全度隨著干擾度的增加而降低。

4 結(jié)論與討論

東祁連山地各景觀類型生態(tài)安全度變化率分析：灌叢、冰雪和裸地的生態(tài)安全度變化率均不同程度增加，分別為灌叢（16.98%）、冰雪（2.03%）、裸地（7.22%）；林地、草地和水體的生態(tài)安全度變化率降低，分別為林地（-0.30%）、草地（-0.37%）、水體（-5.85%）。這說明從1995年到2009年，灌叢、冰雪和裸地的生態(tài)安全度提高，其中，灌叢從0.6級提高到0.7級，冰雪從0.8級提高到0.9級。而林地、草地和水體的生態(tài)安全度有所降低，但幅度不大。東祁連山地景觀的生態(tài)安全度整體呈上升趨勢，14年來提高0.015，提高率為1.76%。

通過各景觀類型的生態(tài)安全度計算，林地和草地的安全程度有所降低是由于人為活動的干預(yù)和破壞而導(dǎo)致，水體的安全程度降低可能是由環(huán)境污染、全球溫度變化等引起的，未來還要在這一方面加大保護(hù)力度。此外，本文所涉及的熵權(quán)法確定景觀類型權(quán)重的方法以及脆弱度的確定方法也有待完善和改善。

[1] Irena Twardowska.Ecotoxicology,environmental safety,and sustainable development:challenges of the third millennium[J].Ecotoxicology and Environm ental Safety,2004,58:3-6.

[2]Don T.Luymes,Ken Tamminga.Integrating public safety and use into planning urban greenways[J].Landscape and Urban Planning,1995,33:391-400.

[3] 馬克明，傅伯杰，黎曉亞，等.區(qū)域生態(tài)安全格局、概念與理論基礎(chǔ)[J].生態(tài)學(xué)報，2004，24（4）：761-768.

[4] Shi Peijun,Song Changqing,Jing Guifei.Strengthening the study of land use/cover chance and its impact on Eco-environmental security[J].Advance in Earth Sciences,2002,17（2）：161-168.

[5] Tao Heping,Gao Pan,Zhong Xianghao.A study of regional ecoen-vironment vulnerability:A case of“one-river-two-tributaries”Tibet[J].Journal of Mountain Science,2006,24（6）：761-768.

[6]Zhong Xianhao,Liu Shuzhen,Wang Xiaodan,et al.A research on the protection and construction of the state ecological safe shelter zone on the Tibet p lateau [J].Journal of Mountain Science,2006,24（2）：129-136.

[7] Peng Jian,Wang Yanglin,Liu Song,et al.Research on landscape ecology and sustainable land use[J].Acta Scientiarum N aturaliumUniversitatis Pekinensis,2004,40（1）：154-160.

[8] LIU Xue-lu,REN Jiz-hou.Landscape diversity of the meta-ecosystem consisted ofmountain,desert and oasis in Hexi corridor,Gansu,China[J].Acta Prataculturae Sinica,2003,12（4）：100-103.

[9] CHEN Jian-huang,WEIXiao-mei.Problems and countermeasures of Shiyang River basin[J].Agricultural Research On Arid Regions.2005,23（1）：197-198.

[10]ZHANG jie,LIDong-liang.Characteristic analysis on the distribution of rainfall in Qilian Mountainous and The heihe basin[J].Plateau Weather,2004,23（1）：81-89.

[11]ZHANG Cun-jie,GUO Ni.Climate change about nearly 40 years of Qilian Mountain[J].meteorological,2003,28（12）：33-46.

[12]郭 濼，薛達(dá)元，余世孝，等.泰山景觀生態(tài)安全動態(tài)分析與評價[J].山地學(xué)報，2008，（5）：331-338.