石羊河流域土地利用景觀變化及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王璐 喬蕻強(qiáng) 馬世瑛 張睿 王書(shū)凝 湯超鑫

摘要：以人類(lèi)活動(dòng)為風(fēng)險(xiǎn)源的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)于合理調(diào)整流域景觀結(jié)構(gòu)、維護(hù)流域生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。文章以人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響為角度構(gòu)建景觀格局指數(shù)，以四期遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，劃分生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)石羊河流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空特征進(jìn)行分析。石羊河流域中部區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，南部區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)位于中等，北部地區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。今后應(yīng)加強(qiáng)土地利用合理調(diào)控和人類(lèi)活動(dòng)的管理，提高生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)能力和生態(tài)承載力。

關(guān)鍵詞：景觀格局指數(shù);生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);石羊河流域

一、研究區(qū)與項(xiàng)目概況

石羊河流域地理位置介于北緯36°29′～39°27′，東經(jīng)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(nèi)蒙古高原的交匯過(guò)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(qū)、北部低山丘陵區(qū)及荒漠區(qū)四大地貌單元組成， 為我國(guó)水資源現(xiàn)開(kāi)發(fā)利用度最高的內(nèi)陸河。研究區(qū)總?cè)丝诖蠹s為227萬(wàn)，人口密度較高，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地利用變化影響較大。依據(jù)石羊河流域土地的覆蓋特點(diǎn)，此次實(shí)驗(yàn)將土地類(lèi)型分為：耕地、草地、林地、水域、建設(shè)用地以及其他用地。

二、數(shù)據(jù)源及處理

實(shí)驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)為Iandsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用2010年和2016年的TM，5個(gè)時(shí)相的數(shù)據(jù)。選擇數(shù)據(jù)的原則是影像無(wú)云霧遮擋。分類(lèi)前對(duì)影像做重采樣、幾何精糾正并進(jìn)行配準(zhǔn)，并將幾何精度控制為1個(gè)像元內(nèi)。影像分類(lèi)采用方法為最大似然分類(lèi)法及目視解譯，將土地類(lèi)型分為6類(lèi)：耕地、草地、林地、建設(shè)用地、水域、其他用地。遙感解譯精度為90%以上，能滿(mǎn)足本次實(shí)驗(yàn)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(zhì)性，同時(shí)可以對(duì)不同尺度上的各種生態(tài)過(guò)程做出分析，景觀格局分析方法在景觀生態(tài)學(xué)的研究過(guò)程中起很重要的作用。本次研究根據(jù)我國(guó)干旱半干旱區(qū)的土地特點(diǎn)，選取破碎度指數(shù)、分離度指數(shù)、景觀分維數(shù)、景觀干擾度、生態(tài)損失度指數(shù)、景觀脆弱度，對(duì)景觀生態(tài)損失度進(jìn)行分析。

（二）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析

在人類(lèi)活動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的景觀內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成可以揭示出不同土地利用方式和強(qiáng)度所導(dǎo)致的生態(tài)影響，而且其具有區(qū)域性和累積性的特點(diǎn)，因而從區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)出發(fā)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型可以表征區(qū)域內(nèi)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況，綜合評(píng)估各種潛在生態(tài)影響的種類(lèi)及其造成的累積性的生態(tài)后果。本文主要依據(jù)流域內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的影響，研究區(qū)斑塊面積大小以及數(shù)據(jù)處理量，將研究區(qū)分成20km*20km的采樣網(wǎng)格，共127個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。在景觀格局指數(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建模型，利用公式（1）計(jì)算研究區(qū)各樣方的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，經(jīng)過(guò)歸一化處理，將該值賦予各風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)中心的屬性值。之后運(yùn)用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析模塊，通過(guò)半變異函數(shù)進(jìn)行理論變異函數(shù)擬合，運(yùn)用球形擬合較為理想。采用普通克里金插值法分析研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征。

式中，ERIi表示第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);n表示景觀的數(shù)量;Aij表示在i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)第j類(lèi)景觀的面積;Ai表示第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的面積;Ri表示生態(tài)損失度指數(shù)。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)出比較大幅度的減小趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著人們生態(tài)保護(hù)意識(shí)的提高，政府出臺(tái)相關(guān)生態(tài)保護(hù)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(shuō)明6年來(lái)耕地受人類(lèi)活動(dòng)影響劇烈，大的板塊被不斷分割，斑塊數(shù)目大幅度增加。建設(shè)用地的破碎度和分離度變化不大，說(shuō)明建設(shè)用地結(jié)構(gòu)變化較平穩(wěn)。水域的分維數(shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，從1.5611降至1.3302，圖形變化更為簡(jiǎn)單。而建設(shè)用地和其他用地的分維數(shù)則呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，說(shuō)明圖形變化更為復(fù)雜。景觀格局指數(shù)能反映不同生態(tài)系統(tǒng)受到的干擾程度，由表1可知，研究區(qū)景觀中建設(shè)用地受干擾程度最大，其他用地最小;從時(shí)間上來(lái)看，草地、林地、水域及建設(shè)用地的景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明這幾種類(lèi)型景觀結(jié)構(gòu)得到有序調(diào)整，受人類(lèi)干擾程度趨于平緩。而建設(shè)用地和其他用地景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)呈現(xiàn)出小幅度上升，說(shuō)明受人類(lèi)干擾程度增加。

（二）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化分析

為了比較研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)空間變化，借助ArcGIS所提供的自然斷點(diǎn)法將研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分成5個(gè)等級(jí)：低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.0199～0.1736）、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.1736～0.4076）、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.4076～0.7217）、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.7217～1.0892）、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（1.0892～1.7242）。并得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖，依據(jù)空間分布圖統(tǒng)計(jì)面積，得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積（表2）。

2010年石羊河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征與2016年進(jìn)行對(duì)比來(lái)看，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少明顯，主要分布在研究區(qū)的中部綠洲區(qū)，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(qū)南部也有小部分分布;較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積小幅度增加，都以高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為中心呈環(huán)狀分布，中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在民勤中部和西部區(qū)域、古浪東部也有部分分布;較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積大幅度減少，大部分轉(zhuǎn)化為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域在民勤區(qū)域以較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈包圍趨勢(shì)分布，分布在肅南、天祝北部地區(qū)，涼州的中部地區(qū)。綜合以上對(duì)石羊河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空特征的分析可知：研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的區(qū)域主要分布在流域中部的綠洲區(qū)，這是因?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)，人口較密集、人類(lèi)活動(dòng)較頻繁，經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城鎮(zhèn)化發(fā)展以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)的影響對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響較大，所以該區(qū)域在進(jìn)行工農(nóng)業(yè)等的經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)的同時(shí)，要合理利用土地，調(diào)整土地利用的結(jié)構(gòu)，合理安排農(nóng)業(yè)活動(dòng)，保護(hù)天然植被等措施提高生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)能力和生態(tài)承載力;流域生態(tài)險(xiǎn)等級(jí)較低的區(qū)域主要分布在流域上游及下游地區(qū)，這是因?yàn)槭艿匦斡绊?，人口較少，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響較少，上游區(qū)域要提高水土的保持效益，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，下游區(qū)域則應(yīng)加大人工植被的種植，提高區(qū)域植被的覆蓋度和物種的多樣性，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的共同發(fā)展。

五、結(jié)論與討論

1. 研究區(qū)的主要景觀類(lèi)型為耕地和草地，研究期內(nèi)耕地、草地、林地、建設(shè)用地的面積都呈現(xiàn)總體上增加的趨勢(shì)，水域和其他用地類(lèi)型的面積則呈現(xiàn)了總體上減少的趨勢(shì)。

2. 研究區(qū)的景觀格局指數(shù)顯示出建設(shè)用地的受干擾程度最大，其他用地最小。在研究期內(nèi)石羊河流域的呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3. 在研究區(qū)的中部地區(qū)由于人類(lèi)活動(dòng)最為頻繁，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以及較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在中部地區(qū)。在研究期內(nèi)，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)有明顯的減少，說(shuō)明政府政策對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的效果明顯。

4. 本文以人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀格局結(jié)構(gòu)的影響角度構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，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(guò)程中的誤差，對(duì)遙感影像分類(lèi)結(jié)果的精度影響無(wú)法避免。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分是以均質(zhì)的方式，對(duì)流域內(nèi)荒原邊緣區(qū)、森林邊緣區(qū)和綠洲邊緣區(qū)等較為敏感區(qū)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(xiàn)：

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