張曉媛，周啟剛，張建軍

（重慶工商大學(xué) 旅游與國土資源學(xué)院，重慶400067）

研究土地利用變化及其對土地生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)險，對于了解生態(tài)環(huán)境和合理利用土地資源，恢復(fù)和治理生態(tài)環(huán)境具有極其重要的現(xiàn)實意義，也能為制定生態(tài)安全條件下的土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)［1－3］。當(dāng)前國內(nèi)生態(tài)風(fēng)險研究主要集中在水環(huán)境化學(xué)風(fēng)險、區(qū)域災(zāi)害以及景觀生態(tài)風(fēng)險方面［4］。土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)研究還比較薄弱，特別是綜合生態(tài)效應(yīng)的研究更為少見［5］。目前，國內(nèi)外風(fēng)險評價研究主要把定性和定量相結(jié)合，創(chuàng)立了許多風(fēng)險評價方法，主要有：主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)法、層次分析法、模糊綜合評價法等［6］。模糊綜合評價法是層次分析法和模糊理論相結(jié)合的一種評價方法，對于多因子、多層次的生態(tài)風(fēng)險評價具有很好的適用性。

三峽庫區(qū)屏障帶重慶段由于受三峽庫區(qū)水位變化的影響，呈現(xiàn)不穩(wěn)定的特征，屬于典型而特殊的生態(tài)環(huán)境脆弱帶［7－11］。在這一生態(tài)脆弱帶，人類活動（特別是人類對土地的利用方式）會對本身極為脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來巨大的影響，甚至?xí)頌?zāi)難性的后果［12－13］?；谝陨显颍疚囊?007年、2010年兩期遙感影像、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，采用PSR模型構(gòu)建風(fēng)險源、風(fēng)險受體和風(fēng)險響應(yīng)評價指標(biāo)體系，利用綜合模糊評價法建立評價模型，對三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險進行綜合評價，以期為三峽庫區(qū)土地利用及生態(tài)保護提供參考。

1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)位于長江上游末端，東起巫山縣、西至江津市、南起武隆縣、北至開縣。三峽庫區(qū)重慶段面積占整個三峽庫區(qū)總面積的85．6%，其行政范圍包括重慶市22個區(qū)、縣（自治縣）。庫區(qū)（重慶段）內(nèi)水系發(fā)達，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量1 000～1 800 mm，分布均勻。三峽庫區(qū)屏障帶是全國乃至全世界最大的庫區(qū)屏障帶，具有典型性以及特殊性，其土地利用生態(tài)風(fēng)險評價研究具有理論意義和實踐價值。屏障帶重慶段區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展相對落后，經(jīng)濟發(fā)展與水庫保護產(chǎn)生了巨大的矛盾。屏障區(qū)經(jīng)濟發(fā)展滯后、水土流失、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境污染等問題已引起全國乃至全世界的關(guān)注。

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

2．1 數(shù)據(jù)源與預(yù)處理

本研究主要采用2007年和2010年兩期Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)。兩期影像數(shù)據(jù)均采用Albers投影，中央經(jīng)線為東經(jīng)105°，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線分別采用北緯25°和47°。收集三峽庫區(qū)重慶段1∶5萬DEM數(shù)據(jù)，以及2007和2010年相關(guān)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)和資源環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

本研究采用Erdas 8．7圖像處理軟件，經(jīng)假彩色合成、增強，參照地形圖對影像進行幾何糾正、配準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)的空間位置偏差控制在0．5個像元以內(nèi)。相關(guān)社會經(jīng)濟環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和空間化。

2．2 土地利用遙感圖像解譯

本研究中選用Landsat TM 4、3、2波段組合成假彩色遙感影像，結(jié)合三峽庫區(qū)屏障帶重慶段的實際情況，采用目視解譯與計算機分類相結(jié)合的方法，獲取2007年和2010年三峽庫區(qū)內(nèi)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。根據(jù)中國科學(xué)院“八五”期間“國家資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查”的土地利用分類體系，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地以及未利用地6個地類。

2．3 三峽庫區(qū)重慶段屏障帶范圍提取

本研究所指的三峽庫區(qū)屏障帶是指受三峽庫區(qū)修建、蓄水影響最大，同時也極易影響三峽庫區(qū)生態(tài)安全的區(qū)域。庫區(qū)屏障帶劃分采用1∶5萬DEM提取175水位線和第一層山脊線，再利用村組界線進行封閉，形成三峽庫區(qū)重慶段屏障帶范圍。

2．4 土地利用生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)選取方法

基于PSR模型，從生態(tài)“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”3個方面選擇評價指標(biāo)，構(gòu)建評價指標(biāo)體系。壓力指標(biāo)反映人類活動給環(huán)境造成的負荷；狀態(tài)指標(biāo)表征環(huán)境質(zhì)量、自然資源與生態(tài)系統(tǒng)的狀況；響應(yīng)指標(biāo)表征人類面臨環(huán)境問題所采取的對策與措施。從PSR概念模型出發(fā)，遵循科學(xué)性、完備性、針對性、可比性和可操作性的原則著眼于對三峽庫區(qū)生態(tài)風(fēng)險的影響以及與目前各種評價方法的適應(yīng)性，建立指標(biāo)體系。

2．5 土地利用生態(tài)風(fēng)險評價方法

利用層次分析法確定土地利用生態(tài)風(fēng)險各評價指標(biāo)的權(quán)重，然后運用模糊數(shù)學(xué)的理論構(gòu)建評判矩陣，最后通過運算得出土地利用生態(tài)風(fēng)險等級，具體為：

（1）層次分析法確定權(quán)重。采用專家評判的方法獲得各評價指標(biāo)兩兩比較的矩陣B，通過求解判斷矩陣的最大特征根λmax和特征向量G，得出各指標(biāo)值的權(quán)重。

（2）隸屬度判斷。隸屬度函數(shù)是模糊控制的應(yīng)用基礎(chǔ)，能否正確地構(gòu)造隸屬度函數(shù)是用好模糊控制的關(guān)鍵之一。綜合考慮土地利用生態(tài)風(fēng)險評價的各因素，將評價集定義為：

評價指標(biāo)在評判集上的隸屬度計算公式為：

（3）模糊綜合評價。在進行模糊綜合評判時，應(yīng)從評價指標(biāo)的最底層開始，分別對生態(tài)風(fēng)險壓力、生態(tài)風(fēng)險狀態(tài)、生態(tài)風(fēng)險響應(yīng)下的各個指標(biāo)進行相對于評判集的隸屬度的評判，得到模糊評判向量Bij，從而構(gòu)成上一級的單因素評判矩陣。然后采用“加權(quán)平均型”模糊算子進行模糊運算。即：

式中：bj——綜合模糊評判集；am——指標(biāo)權(quán)重矩陣；rmn——指標(biāo)的隸屬度矩陣。bj的含義為：綜合考慮所有因素的影響時，評判對象對評判集中第j個元素的隸屬度。

最后對獲得的模糊向量，采用加權(quán)平均原則對模糊評判結(jié)果進行處理，具體為：用1，2，3，4，5分別代表評判集中的低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中度風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險，則：

3 三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險評價

3．1 評價單元劃分

由于本次研究范圍較大，基于評價單元內(nèi)部土地利用具有相對均一性、單元間具有可比性的原則，采用縣級行政區(qū)作為土地利用生態(tài)風(fēng)險評價的基本單元；同時考慮重慶市主城區(qū)內(nèi)（主城九區(qū)）土地利用與社會經(jīng)濟環(huán)境有較高的一致性，將重慶市主城區(qū)合并為一個評價單元?；谝陨蟿澐址椒?，將三峽庫區(qū)重慶段劃分為14個評價單元。

3．2 土地利用生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)三峽庫區(qū)土地利用方式的種類，結(jié)合區(qū)域地形地貌特征，以及區(qū)域經(jīng)濟社會狀況和具體土地利用條件，確定由三峽庫區(qū)重慶段土地利用產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險壓力指標(biāo)有5類：農(nóng)用地比例、工業(yè)污染物排放強度、農(nóng)田面源污染強度、路網(wǎng)密度和建設(shè)用地比例；生態(tài)風(fēng)險的狀態(tài)指標(biāo)為斑塊密度、形狀指數(shù)、周長面積分維數(shù)、多樣性指數(shù)；風(fēng)險響應(yīng)指標(biāo)以綜合結(jié)構(gòu)指數(shù)、人口密度、地表植被覆蓋度以及耕地墾殖指數(shù)為主要指標(biāo)（表1）。

表1 土地利用生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系

3．3 評價指標(biāo)權(quán)重確定

通過AHP構(gòu)建判斷矩陣，利用matlab軟件計算矩陣的最大特征值及特征向量，得到各指標(biāo)值以及生態(tài)風(fēng)險壓力、生態(tài)風(fēng)險狀態(tài)和生態(tài)風(fēng)險響應(yīng)的權(quán)重（表2）。

表2 三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)及其權(quán)重

從表2可以看出，壓力、狀態(tài)和響應(yīng)各指標(biāo)對土地利用風(fēng)險的影響存在明顯差異。在生態(tài)壓力中工業(yè)面源污染的貢獻最大，農(nóng)業(yè)面源污染次之，而農(nóng)用地比例與生態(tài)壓力相關(guān)性最小，且對生態(tài)壓力起負效應(yīng)；生態(tài)狀態(tài)各指標(biāo)的權(quán)重從大到小依次為：多樣性指數(shù)、周長面積分維數(shù)、形狀指數(shù)、斑塊密度；生態(tài)壓力各指標(biāo)中地表植被覆蓋度貢獻率較高，綜合結(jié)構(gòu)指數(shù)和人口密度權(quán)重相當(dāng)，耕地墾殖指數(shù)的相關(guān)性最小。生態(tài)壓力、生態(tài)狀態(tài)、生態(tài)響應(yīng)3個子系統(tǒng)在整個評價單元土地利用生態(tài)風(fēng)險中的相對權(quán)重，也揭示了它們之間的相對重要性關(guān)系，其中生態(tài)壓力權(quán)重值為0．375，這是由于區(qū)域所面臨的風(fēng)險壓力是生態(tài)風(fēng)險的來源，對生態(tài)風(fēng)險的影響大；生態(tài)響應(yīng)權(quán)重與生態(tài)壓力相同，區(qū)域面臨風(fēng)險壓力時所反映出的風(fēng)險大小是生態(tài)風(fēng)險的直觀表征；生態(tài)狀態(tài)與生態(tài)風(fēng)險的影響最較小，權(quán)重為0．25。

3．4 評價結(jié)果

根據(jù)公式（3—4），在ArcGIS軟件支持下，計算得到評價單元生態(tài)壓力、生態(tài)狀態(tài)、生態(tài)狀態(tài)以及綜合生態(tài)風(fēng)險評判結(jié)果，見表3。

表3 三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險評價值

根據(jù)綜合風(fēng)險值的最大值和最小值在ArcMAP中采用四舍五入法將評價結(jié)果進行分級，將其分為高風(fēng)險區(qū)、較高風(fēng)險區(qū)、中等風(fēng)險區(qū)、較低風(fēng)險區(qū)、低風(fēng)險區(qū)共5個等級，結(jié)果見表4。

表4 三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險等級

4 結(jié)果與分析

4．1 土地利用生態(tài)風(fēng)險時間變化特征

4．1．1 生態(tài)風(fēng)險值時間變化特征 三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用風(fēng)險值總體有明顯增大趨勢。2007年，庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險平均值為2．84，2010年為2．99，比2007年增加了0．15，增加比例為5．5%，年增幅為1．8%?？梢钥闯?，三峽庫區(qū)重慶段屏障帶土地利用生態(tài)環(huán)境總體以一定的速度與規(guī)模惡化，長期發(fā)展的結(jié)果堪憂。

三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險值呈兩頭小、中間大的梭行分布。2007年，其生態(tài)風(fēng)險最大值為4．53，最小值為1．16，主要集中在2．5～3．5之間；其中風(fēng)險值在1～2．5之間的有4個區(qū)縣，包括江津、長壽、武隆及重慶主城九區(qū)，占總體評價單元的28．57%；風(fēng)險值在2．5～3．5之間的有8個區(qū)縣，占評價單元總數(shù)的57．1%；風(fēng)險值大于3．5只有巫溪和巫山，只占評價單元總數(shù)的14．29%。2010年，其生態(tài)風(fēng)險分布在1．22～4．67之間；其中，風(fēng)險值小于2．5的有5個評價單元，包括長壽、江津、石柱、武隆以及重慶主城九區(qū)；風(fēng)險值在2．5～3．5之間的有5個評價單元；風(fēng)險值大于3．5的區(qū)縣有4個，包括奉節(jié)、巫溪、巫山及云陽。

三峽庫區(qū)屏障帶重慶段各評價單元的生態(tài)風(fēng)險值時間變化差異明顯。2007—2010年，奉節(jié)、巫溪、云陽及忠縣4個評價單元明顯增加；奉節(jié)因其土地利用綜合結(jié)構(gòu)指數(shù)的大幅增加導(dǎo)致其生態(tài)風(fēng)險變化明顯，因此防治生態(tài)風(fēng)險應(yīng)從土地利用結(jié)構(gòu)抓起；路網(wǎng)密度以及工業(yè)污染的增加對巫溪生態(tài)風(fēng)險的增加起主要作用；云陽土地利用生態(tài)風(fēng)險值的增加因其農(nóng)業(yè)面源污染、路網(wǎng)密度以及土地利用綜合結(jié)構(gòu)指數(shù)多項因素的增加，生態(tài)風(fēng)險的治理應(yīng)從多方面進行綜合管制；長壽生態(tài)風(fēng)險值增加的主導(dǎo)因素是工業(yè)污染的增加，大型重工業(yè)的遷入使得其工業(yè)污染大量增加。石柱、巫山的土地利用生態(tài)風(fēng)險值顯著降低，石柱工業(yè)污染的大幅降低，而對生態(tài)風(fēng)險呈負相關(guān)的農(nóng)用地比例以及植被覆蓋指數(shù)的增加導(dǎo)致其土地利用生態(tài)風(fēng)險顯著降低；巫山由于高速公路的修建導(dǎo)致路網(wǎng)密度增加，但其植被覆蓋指數(shù)也顯著增加，使得其生態(tài)風(fēng)險值不增反減，且變化明顯。其余評價單元存在變化，但不明顯（圖1）。

圖1 2007－2010年三峽庫區(qū)屏障帶重慶段綜合生態(tài)風(fēng)險值

4．1．2 生態(tài)風(fēng)險等級時間變化特征 從風(fēng)險等級來看，三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險以中度風(fēng)險為主，2007年中度風(fēng)險的評價單元有8個，低風(fēng)險和較低風(fēng)險包括長壽、江津、武隆以及主城九區(qū)4個評價單元，而僅有巫溪和巫山兩個區(qū)縣屬于高風(fēng)險及較高風(fēng)險；2010年豐都、涪陵、開縣、萬州、忠縣5個區(qū)縣的屏障帶屬于中度風(fēng)險等級，其中除開縣、忠縣外，其他3個區(qū)縣皆為長江橫穿區(qū)域，屏障帶面積較大；較高風(fēng)險與較低風(fēng)險生態(tài)風(fēng)險的區(qū)縣個數(shù)相差為1，較高風(fēng)險區(qū)域包括奉節(jié)、巫山、云陽3個縣，而長壽、石柱、武隆、主城九區(qū)則表現(xiàn)出較低的生態(tài)風(fēng)險；而巫溪縣內(nèi)的屏障帶呈現(xiàn)高風(fēng)險。風(fēng)險大小在外界其他因素一定的情況下，取決于人類活動的范圍及力度，在一定強度的開發(fā)活動下，范圍越大，風(fēng)險越大；在某一范圍內(nèi)，開發(fā)強度越大，風(fēng)險越大。

三峽庫區(qū)屏障帶重慶段的土地利用生態(tài)風(fēng)險等級的轉(zhuǎn)化存在一定規(guī)律。由表4可以看出，豐都、涪陵、開縣、萬州、武隆、忠縣以及主城九區(qū)的土地利用生態(tài)風(fēng)險等級未發(fā)生改變；長壽、奉節(jié)、江津、巫溪、云陽的風(fēng)險等級升高；僅有石柱以及巫山兩個評價單元的生態(tài)風(fēng)險等級降低，說明三峽庫區(qū)屏障帶重慶段的土地利用生態(tài)風(fēng)險由2007年到2010年存在一定的惡化，急需治理。其中長壽由低風(fēng)險轉(zhuǎn)為較低風(fēng)險，奉節(jié)由中度風(fēng)險轉(zhuǎn)為高風(fēng)險，江津由低風(fēng)險轉(zhuǎn)為較低風(fēng)險，巫山則由高風(fēng)險轉(zhuǎn)化較高風(fēng)險，由此可得，三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險等級的轉(zhuǎn)化都在相鄰兩個風(fēng)險級之間，未發(fā)生跨級轉(zhuǎn)換。

4．2 三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險空間變化特征分析

根據(jù)2007及2010年三峽庫區(qū)屏障帶重慶段的土地利用生態(tài)風(fēng)險等級分布情況，制作三峽庫區(qū)屏障帶重慶段2007及2010年土地利用生態(tài)風(fēng)險等級分布圖（圖2—3）。

圖2 2007年三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險等級

圖3 2010年三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險等級

由圖2與圖3可直觀看出，2007年三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險東北高，西南低。位于重慶東北的巫山表現(xiàn)出高風(fēng)險，因為該區(qū)域的經(jīng)濟相對落后，人地矛盾突出，對土地的利用強度較高；處于三峽庫區(qū)中段的奉節(jié)、云陽、萬州、開縣、忠縣、豐都、石柱等表現(xiàn)出中度風(fēng)險，該區(qū)域距離重慶1小時經(jīng)濟圈相對較遠，經(jīng)濟發(fā)展受核心經(jīng)濟圈影響小，發(fā)展相對較慢，對土地利用強度較弱；西南區(qū)域包括長壽、武隆及主城九區(qū)屬于較低風(fēng)險或低風(fēng)險，此區(qū)域為重慶經(jīng)濟發(fā)展最快的區(qū)域，土地利用的集約度高，粗放型浪費較少，從而生態(tài)風(fēng)險較低；而最西南部的江津則隸屬于低風(fēng)險。2010年三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險分布規(guī)律與2007年相似，都表現(xiàn)為由東北向西南逐步降低，高風(fēng)險與較高風(fēng)險區(qū)域仍位于重慶東北部，具體包括巫山、巫溪、奉節(jié)以及云陽；而萬州、開縣、忠縣、豐都、涪陵仍為中度風(fēng)險；長壽、江津、石柱、武隆及主城九區(qū)屬于較低風(fēng)險，無低風(fēng)險區(qū)。

2007—200年，從空間動態(tài)來看，三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險空間分布規(guī)律未發(fā)生較大改變。高風(fēng)險與較高風(fēng)險區(qū)域擴大，將奉節(jié)與云陽也涵蓋在內(nèi)；由于江津與長壽的生態(tài)風(fēng)險增加，低風(fēng)險區(qū)域消失。

5 結(jié) 論

采用三峽庫區(qū)2007年、2010年遙感數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)以及環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于PSR模型構(gòu)建評價指標(biāo)體系，利用綜合模糊評判法對三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險進行評價。得出如下結(jié)論：

（1）基于PSR模型構(gòu)建評價指標(biāo)體系，利用層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重，采用綜合模糊評判法對三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險進行評價是可行的。

（2）三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險時間變化特征為：土地利用生態(tài)風(fēng)險等級的轉(zhuǎn)化都在相鄰兩個風(fēng)險級之間進行，未發(fā)生跨級轉(zhuǎn)換。其中長壽、奉節(jié)、江津、巫溪、云陽的風(fēng)險等級升高；僅有石柱以及巫山兩個評價單元的生態(tài)風(fēng)險等級降低。土地利用生態(tài)風(fēng)險由2007年到2010年存在一定的惡化。

（3）三峽庫區(qū)屏障帶重慶段土地利用生態(tài)風(fēng)險空間特征為東北高，西南低，由東北向西南逐漸降低。2007—2010年，空間分布規(guī)律未發(fā)生較大改變。高風(fēng)險與較高風(fēng)險區(qū)域擴大，將奉節(jié)與云陽也涵蓋在內(nèi)；由于江津與長壽的生態(tài)風(fēng)險增加，低風(fēng)險區(qū)域消失。

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