李瀟然, 李陽兵,2, 韓芳芳

(1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 重慶 401331;

2.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴州 貴陽 550001; 3.新疆昌吉州第二中學(xué), 新疆 昌吉 831100)

基于土地利用的三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶生態(tài)風(fēng)險評價

李瀟然1, 李陽兵1,2, 韓芳芳3

(1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 重慶 401331;

2.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴州 貴陽 550001; 3.新疆昌吉州第二中學(xué), 新疆 昌吉 831100)

摘要：[目的] 揭示三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶生態(tài)風(fēng)險，為庫區(qū)生態(tài)風(fēng)險評估及土地利用優(yōu)化提供理論依據(jù)。 [方法] 基于遙感影像數(shù)據(jù)，運用RS與GIS技術(shù)，計算土地利用相對合理性指數(shù)，同時構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險評價模型，劃分高程/坡度帶定量評價三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶的生態(tài)風(fēng)險情況，劃分生態(tài)風(fēng)險等級，并對生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行空間自相關(guān)分析。 [結(jié)果] 較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)占比例最大，為36.77%，高生態(tài)風(fēng)險區(qū)及較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)主要分布在沿長江兩岸建設(shè)用地及耕地較為集中的區(qū)域，土地利用相對合理性指數(shù)隨高程增高逐漸變大，隨坡度增大逐漸減小，研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險空間自相關(guān)分析呈現(xiàn)出十分顯著的局部自相關(guān)性。 [結(jié)論] 研究區(qū)內(nèi)生態(tài)風(fēng)險總體呈現(xiàn)較低值，沿江高值區(qū)需對土地利用進(jìn)行重點優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：生態(tài)屏障帶; 生態(tài)風(fēng)險評價; 土地利用; 三峽庫區(qū)

“生態(tài)屏障”一詞最早由蔡明孫[1]在1999年提出，最初構(gòu)想是為保持流域內(nèi)水土，封山育林，后來有學(xué)者對生態(tài)屏障的概念有了新的理解。王玉寬[2]指出，生態(tài)屏障是指處于某一特定區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)，其功能和結(jié)構(gòu)符合人類生存和發(fā)展的生態(tài)要求。在生態(tài)屏障帶發(fā)展的基礎(chǔ)上，陳國階[3]、潘開文[4]等人提出建設(shè)長江上游生態(tài)屏障帶的研究。提出建設(shè)長江上游生態(tài)屏障帶，提高長江上游地區(qū)生態(tài)安全系數(shù)，為上游生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展提供良好的空間。隨著2006年5月三峽大壩的全線建成，三峽庫區(qū)生態(tài)安全問題也逐漸成為研究熱點，三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶的提出，為庫區(qū)生態(tài)安全評價提出新的思路。對于如何合理有效地界定三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶的范圍，國內(nèi)外學(xué)者做了不少探討。胡友兵[5]、周啟剛[6]等人提出，為減輕人類活動對環(huán)境的壓力、保護(hù)三峽水庫水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境，劃定的175 m土地征用線到第一道山脊線之間的特殊區(qū)域為生態(tài)屏障帶。三峽庫區(qū)屏障帶(重慶段)由于受庫區(qū)水位變化的影響，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的特征，屬于典型的生態(tài)環(huán)境脆弱帶[7]。在這種生態(tài)脆弱帶中，人類活動(特別是人類對土地的利用方式)會對本身就極為脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來巨大的影響。因此，對三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶的研究不僅關(guān)系到庫區(qū)生態(tài)安全問題，同時也是西部大開發(fā)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)和內(nèi)容之一。2010年10月三峽水庫試驗性蓄水175 m的成功，標(biāo)志著水庫管理的工作重點由保障三峽工程為主轉(zhuǎn)向確保水庫運行安全、保護(hù)庫區(qū)生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)庫區(qū)社會經(jīng)濟(jì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展[8]。蓄水成功后，生態(tài)屏障的功能和建設(shè)問題被作為重點提出。目前，對三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶的研究多集中在水庫水環(huán)境研究、庫區(qū)人口對環(huán)境壓力的影響[9-11]。但關(guān)于三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶土地利用生態(tài)安全、生態(tài)風(fēng)險評價的研究相對較少。為此，本研究結(jié)合RS與GIS技術(shù)，劃分生態(tài)風(fēng)險評價網(wǎng)格單元，通過計算每個網(wǎng)格的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險評價模型，以此對三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶沿江第一分水嶺內(nèi)的土地利用空間分異及生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行分析，為庫區(qū)生態(tài)屏障帶的生態(tài)風(fēng)險評估及土地利用優(yōu)化提供合理的理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

選取巫山縣、奉節(jié)縣、云陽縣、萬州區(qū)、忠縣、石柱縣、豐都縣、涪陵區(qū)等8個區(qū)縣中位于三峽水庫145 m土地淹沒線至第一分水嶺以內(nèi)的區(qū)域(不包括此區(qū)域內(nèi)平壩河谷地區(qū))作為研究區(qū)。由于三峽庫區(qū)蓄水位在冬季和夏季有30 m左右的波動，本文影像獲取時間為夏季，水位線在145 m左右，所以選擇145 m土地淹沒線以上區(qū)域。研究區(qū)位于三峽庫區(qū)中心地帶，北緯29°45′—31°10′，東經(jīng)107°15′—108°4′，總面積約為5 897.5 km2，研究區(qū)內(nèi)地勢呈現(xiàn)出東北高，西南低的特點，地形較為復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱。其中地勢最高點在奉節(jié)縣中部，海拔1 927 m，最低點位于巫山縣境內(nèi)。坡度最大值達(dá)到87.8°，位于巫山縣境內(nèi)，而最小值位于涪陵區(qū)西北部。

2數(shù)據(jù)處理與研究方法

2.1　數(shù)據(jù)處理

影像數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http:∥www.gscloud.cn)，分辨率為30 m，影像獲取時間為2012年6月30日凌晨4點54分，查閱當(dāng)時水情資料，三峽上游水位為145.70 m。借助ERDAS 8.5圖像處理軟件，對研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行非監(jiān)督分類，分類標(biāo)準(zhǔn)參照中國科學(xué)院資源環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫土地利用分類方法，將研究區(qū)土地利用分為耕地、有林地、疏(灌)林地、草地、建設(shè)用地、水域等6個地類。運用ArcGIS 10.2軟件分析模塊對非監(jiān)督分類產(chǎn)生的小圖斑進(jìn)行處理，再對研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行人機(jī)交互式目視解譯，獲得研究區(qū)2012年土地利用數(shù)據(jù)(圖略)。

2.2　研究方法

2.2.1高程坡度重分類利用1∶5萬數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，得到高程重分類數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計出面積分布(表1)，考慮到研究區(qū)人類活動范圍主要集中在150~500 m這一高程段內(nèi)，故將各分段逐一合并為6個高程帶：低于150 m，150～300 m，300～500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m、高于1 500 m；同樣以DEM為數(shù)據(jù)源，利用ArcGIS空間分析中Slope功能，得到研究區(qū)坡度的柵格圖，考慮國家規(guī)定坡改梯、退耕還林的坡度為15°和25°，將其坡度依次劃分為6個坡度段：0°,0°~3°,3°~8°,8°~15°,15°~25°,>25°，高程、坡度重分類如附圖3所示。

2.2.2生態(tài)風(fēng)險評價單元運用ArcGIS 10.2中Create Fishnet工具，構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險評價單元，對研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小選取2 km×2 km，共計1 909個(風(fēng)險樣區(qū))，同時，生成樣區(qū)中心坐標(biāo)點。通過計算每個風(fēng)險樣區(qū)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，并將其作為該樣區(qū)中心點的生態(tài)風(fēng)險水平，以此對全區(qū)進(jìn)行分析研究。

表1　研究區(qū)高程重分類各高程帶面積比例

2.2.3生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的構(gòu)建涉及景觀破碎度指數(shù)C、景觀分離度指數(shù)S、景觀優(yōu)勢度指數(shù)DO、景觀干擾度指數(shù)E、景觀脆弱度指數(shù)F等，具體計算方法詳見表2。根據(jù)分析權(quán)衡，對景觀干擾度指數(shù)影響由大到小分別賦以0.5，0.3，0.2的指標(biāo)權(quán)重[12]。景觀脆弱度指數(shù)與自然演替過程所處階段有關(guān)[13]，該區(qū)6種景觀類型所代表的生態(tài)系統(tǒng)，以水體最為脆弱，其次是耕地，建設(shè)用地最穩(wěn)定。因此分別對6種景觀類型賦以脆弱度指數(shù)：水域為6，耕地為5，草地為4，灌叢為3，林地為2，建設(shè)用地為1，然后進(jìn)行歸一化處理，得到各自的脆弱度指數(shù)Fi。通過選取景觀分離度指數(shù)Si、景觀破碎度指數(shù)Ci以及景觀優(yōu)勢度指數(shù)DOi來構(gòu)建景觀干擾度指數(shù)Ei，從而衡量不同景觀受干擾的程度。景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)ERI的計算公式[14]為：

(1)

式中：ERI——景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；n——景觀類型的數(shù)量；Ski——第k個風(fēng)險樣區(qū)中i類景觀的面積;Sk——第k個風(fēng)險樣區(qū)總面積。

表2　研究區(qū)各類指數(shù)計算公式

注：Ai——景觀類型i的面積；Ni——景觀類型i的斑塊數(shù)；Di——景觀類型i的距離指數(shù)； AIi——景觀類型i在景觀總面積A中占的比例；Qi——斑塊i出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù)；Mi——景觀類型i的斑塊數(shù)Ni/斑塊的總數(shù)N；Li——景觀類型i的面積/斑塊總面積。不同的景觀類型抵抗外界干擾的能力也各有不同，a，b，c分別表示各景觀指數(shù)權(quán)重值，且a+b+c=1。

2.2.4土地利用相對合理性指數(shù)陳利頂?shù)萚15]通過研究不同坡度帶土地利用狀況，提出了土地利用相對合理性指數(shù)(Lr)，該指數(shù)能夠有效地反映某一區(qū)域內(nèi)不同土地利用方式的合理程度。通過參照水利部《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)(SL190—2007)》，結(jié)合三峽庫區(qū)生態(tài)屏障帶高程及坡度特征，從而計算得到研究區(qū)土地利用相對合理指數(shù)。計算公式為：

(2)

式中：Lr——土地利用相對合理性指數(shù)；Sji——第j高程/坡度帶對第i種土地利用的適宜程度，值在0～1之間，1表示最適宜，0表示不適宜；Lji——j種高程/坡度i種土地利用類型所占面積百分比；n——高程/坡度的分級；m——土地利用類型總數(shù)目。Lr值越大表明土地利用越合理，越有利于土地的保護(hù)和水土流失問題的減弱，當(dāng)Lr值等于1時，表示此狀態(tài)下土地利用結(jié)構(gòu)處于最佳。利用專家打分法，參考已有研究[16-17]，確定各高程帶及坡度帶土地利用方式權(quán)重，根據(jù)研究區(qū)具體情況，確定了土地利用適宜程度(表3)。

表3　不同利用方式對高程/坡度的適應(yīng)性評價

2.2.5空間自相關(guān)分析空間自相關(guān)分析是一種檢驗相關(guān)性的統(tǒng)計方法，通常用于檢驗?zāi)骋坏乩碜兞康目臻g分布相鄰位置之間的相關(guān)程度，若某一位置變量值高，其附近位置上該變量值也高，則此時稱為正空間自相關(guān)，反之稱為負(fù)空間自相關(guān)[18]。為了能夠全面反映研究區(qū)樣點空間差異變化趨勢，需要采用局部空間自相關(guān)分析，包括Moran散點圖、G統(tǒng)計和LISA圖。

本研究借助LISA聚集圖和散點圖分析研究區(qū)1 909個樣區(qū)間的生態(tài)風(fēng)險相關(guān)性。

3結(jié)果分析

3.1　研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險分布的總體特征

通過求得每個生態(tài)風(fēng)險樣區(qū)的生態(tài)風(fēng)險值ei，并將其劃分成低生態(tài)風(fēng)險區(qū)(ei<0.3)、較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)(0.30.7)。

為了更為直觀地反映研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險的空間分布情況，將每個樣地生態(tài)風(fēng)險值作為中心點屬性值，在ArcGIS的地統(tǒng)計模塊中，采用普通Kriging方法進(jìn)行插值，得到生態(tài)風(fēng)險空間插值圖(圖1)。由圖1可知，總體來看研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險值的變化趨勢與距離長江的遠(yuǎn)近程度變化大體一致，距長江越近生態(tài)風(fēng)險越大，生態(tài)風(fēng)險等級越高。位于研究區(qū)萬州段長江北側(cè)及豐都段長江北側(cè)低生態(tài)風(fēng)險區(qū)與較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)所占面積明顯增大，這與萬州沿長江北側(cè)、豐都沿江北側(cè)地區(qū)林地覆蓋面較廣有關(guān)。

3.1.1不同生態(tài)風(fēng)險區(qū)土地利用分布因耕地、有林地、疏(灌)林地在整個研究區(qū)中所占面積較大，所以3種地類在各生態(tài)風(fēng)險區(qū)中所占面積都較大。由表4可知，在各土地利用類型中，低生態(tài)風(fēng)險區(qū)、較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)主要為耕地、有林地和疏(灌)林地；低生

態(tài)風(fēng)險區(qū)在整個研究區(qū)中所占面積最大的地類為有林地，中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險區(qū)中面積所占比重最大的地類均為耕地；其中，草地在較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)和較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)所占比例較高，其原因為是在這兩個風(fēng)險區(qū)內(nèi)300～500 m高程帶草地分布較廣；面積較小的地類為水域，各風(fēng)險等級所占比重均小于1.0%。通過對比同一地類在不同生態(tài)風(fēng)險區(qū)中所占面積可以得出以下結(jié)果：耕地、有林地、疏(灌)林地及草地主要分布在較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)；高生態(tài)風(fēng)險區(qū)中主要有坡耕地和建設(shè)用地分布，這與人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響是分不開的；而水域的分布，其規(guī)律性不強(qiáng)。

圖1　研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險劃分

%

3.1.2不同高程/坡度帶生態(tài)風(fēng)險分布將重分類后的高程、坡度圖與生態(tài)風(fēng)險指數(shù)圖分別疊加，計算統(tǒng)計出不同生態(tài)風(fēng)險等級對應(yīng)的不同高程/坡度面積比例(圖2)。由圖2可以看出，低生態(tài)風(fēng)險區(qū)在研究區(qū)中所占面積比重較大的高程帶為500～1 000 m高程帶，所占面積大于研究區(qū)總面積的9%，在低于150 m高程帶和高于1 500 m高程帶所占面積均小于0.01%；較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)、中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)分別在500～1 000 m，300～500 m，300～500 m高程帶所占面積比重較大；高生態(tài)風(fēng)險區(qū)主要集中在150～300 m高程帶上；各生態(tài)風(fēng)險等級在低于150 m和高于1 500 m高程帶所占面積都較小。由圖2可知，隨著坡度帶的增大，各生態(tài)風(fēng)險等級面積都呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。其中，低生態(tài)風(fēng)險區(qū)、較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)在3°～8°坡度帶面積比重達(dá)到最大，中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險區(qū)均在0°～3°坡度帶面積比達(dá)到峰值；在大于25°坡度帶占研究區(qū)面積最小。各個坡度帶不同生態(tài)風(fēng)險等級的分布情況也呈現(xiàn)出隨著生態(tài)風(fēng)險等級的提高，生態(tài)風(fēng)險區(qū)在對應(yīng)坡度帶所占面積先增加后減小的變化趨勢。

3.2　研究區(qū)土地利用相對合理性評價

對6個高程及坡度帶的土地利用合理性指數(shù)進(jìn)行了計算(表5)，由表5可知，隨著研究區(qū)高程的增加，土地利用的合理性指數(shù)呈現(xiàn)逐步增大的變化趨勢，并在高于1 500 m高程帶達(dá)到最大值，此高程帶土地利用最為合理。隨著坡度的增加，土地利用相對合理性指數(shù)逐漸減小，在0°～3°坡度帶土地利用的合理性指數(shù)為1，為整個研究區(qū)土地利用合理性指數(shù)的最大值，表明0°～3°坡度帶土地利用最為合理。最小值出現(xiàn)在15°～25°坡度帶，此帶中有較多的陡坡耕地，土地利用不合理，應(yīng)使坡耕地退耕或改為梯田耕種。

圖2　不同高程/坡度帶生態(tài)風(fēng)險等級分布

高程/m<150150~300300~500500~10001000~1500>1500相對合理性指數(shù)0.640.710.740.830.971.00坡度/(°)00~33~88~1515~25>25相對合理性指數(shù)1.001.000.920.850.840.85

將各個高程/坡度帶土地利用合理性指數(shù)與土地利用類型分布進(jìn)行比較(表6)，可以發(fā)現(xiàn)，隨著有林地、疏(灌)林地面積比重的增加，土地利用合理性指數(shù)也隨之增加，在高程達(dá)1 500 m以上時，土地利用受人類活動影響較小，土地利用相對合理性指數(shù)達(dá)到最高，表明土地利用最合理。當(dāng)坡度低于3°時，其地類分布主要為林地、草地，耕地和建設(shè)用地分布相對較少，故此時相對合理性指數(shù)達(dá)到最高；隨著坡度逐漸增加，坡耕地在各坡度帶所占面積比重逐漸加大，土地利用相對合理性指數(shù)隨之降低?？梢姡祟惢顒訉ι鷳B(tài)環(huán)境影響之大。通過2014年7月對研究區(qū)巫山、奉節(jié)等區(qū)縣實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，8°～15°坡度帶耕地類型多為梯田，實施了水土保持等措施；15°～25°坡度段基本已完成退耕工作，但林地尚未長成，處于撂荒狀態(tài)；大于25°地帶也多為林地和灌木林地分布。計算得出這3個坡度段土地利用相對合理性指數(shù)比較客觀，符合實際情況。

3.3　基于生態(tài)風(fēng)險的空間自相關(guān)分析

3.3.1研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險的LISA聚集圖和Moran散點圖為了分析研究區(qū)域生態(tài)風(fēng)險的分布規(guī)律和聚集程度，采用空間統(tǒng)計學(xué)中的空間自相關(guān)法進(jìn)行分析，借助ArcGIS 10.2和GeoDa095 i軟件得到研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險的Moran散點圖(圖略)和LISA聚集圖(圖3)。

表6　研究區(qū)各高程/坡度帶土地利用類型分布　%

其中Moran散點圖的4個象限，分別與區(qū)域單元及其鄰居之間4種類型局部空間聯(lián)系形式相對應(yīng)。LISA聚集圖中“高—高”，即高值包圍的高值區(qū)，指區(qū)域本身與其周邊的生態(tài)風(fēng)險等級均較高，二者間的差異較?。弧暗汀汀?，即低值包圍的低值區(qū)，指區(qū)域本身與其周邊的生態(tài)風(fēng)險等級均較低，二者間的差異較?。弧案摺汀?，即低值包圍的高值區(qū)，指區(qū)域本身的生態(tài)風(fēng)險等級較高，周邊生態(tài)風(fēng)險等級較低；“低—高”，即高值包圍的低值區(qū)，指區(qū)域自身生態(tài)風(fēng)險等級較低，周邊地區(qū)生態(tài)風(fēng)險等級水平較高，二者差異大。

圖3　研究區(qū)LISA聚集圖

3.3.2研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險空間自相關(guān)分析將Moran散點圖與LISA聚集圖結(jié)合分析，可見研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險強(qiáng)度主要呈現(xiàn)出隨距長江兩岸距離的增加，生態(tài)風(fēng)險強(qiáng)度降低的空間分布特征，局部自相關(guān)性十分顯著。Moran指數(shù)計算得出為0.708 1，則說明其風(fēng)險程度呈現(xiàn)出較高的正相關(guān)性和空間集聚性。其中，被高風(fēng)險區(qū)包圍的高風(fēng)險區(qū)主要集中在長江兩岸，此區(qū)域是整個研究區(qū)危險性最高的區(qū)域，不論是以上區(qū)域自身還是外圍地區(qū)生態(tài)風(fēng)險強(qiáng)度都較高，這與此區(qū)域內(nèi)人類活動較頻繁、不合理的土地利用有較為緊密的關(guān)系；被低風(fēng)險區(qū)包圍的低風(fēng)險區(qū)主要集中在研究區(qū)萬州段西部及豐都段東南部，其自身及周邊生態(tài)風(fēng)險均較低，表明該區(qū)域土地利用較為合理，有益于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和良好發(fā)展，歸功于萬州段和豐都段相應(yīng)區(qū)域良好的森林覆蓋率；被高風(fēng)險區(qū)包圍的低風(fēng)險區(qū)在研究區(qū)中分布較少，僅在研究區(qū)東北部及西南部零星分布，包括萬州段長江北岸、涪陵段長江北岸等區(qū)域，該區(qū)域雖然自身生態(tài)風(fēng)險等級較低，但其被生態(tài)風(fēng)險較高的區(qū)域包圍，存在潛在的危險性，對其進(jìn)行土地的整治刻不容緩；被低風(fēng)險區(qū)包圍的高風(fēng)險區(qū)分布更為稀少，除萬州段長江沿岸及豐都、涪陵段長江北岸略有分布外，其余區(qū)域均無分布，此區(qū)域自身生態(tài)風(fēng)險等級較高，但周圍生態(tài)風(fēng)險等級較低，具備生態(tài)風(fēng)險等級降低的條件，存在生態(tài)環(huán)境改善的可能，對此區(qū)域采取環(huán)境保護(hù)措施，有費力小、見效快的優(yōu)勢。

4討 論

4.1　研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險與空間自相關(guān)分析的關(guān)系

在構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險指數(shù)模型的基礎(chǔ)上，運用網(wǎng)格模型、普通Kriging插值等方法，對研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行綜合評估，并通過空間自相關(guān)分析，得出風(fēng)險程度呈現(xiàn)出較高的正相關(guān)性和空間集聚性。本研究較前人研究創(chuàng)新之處在于，不只得出每個風(fēng)險等級的土地利用合理性，更揭示了不同生態(tài)風(fēng)險區(qū)相互影響關(guān)系[19-20]。將Moran散點圖與LISA顯著水平相結(jié)合，可以進(jìn)一步分析各區(qū)域生態(tài)風(fēng)險等級空間自相關(guān)的程度，得出研究區(qū)處于“高—高”值的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險更大，需要對其土地利用進(jìn)行調(diào)整，主要集中在沿長江兩岸，其土地利用類型主要為建設(shè)用的和耕地，受人類活動影響大，生態(tài)風(fēng)險等級高；“低—低”值區(qū)域多為林地、草地，植被覆蓋率高，生態(tài)風(fēng)險等級低，應(yīng)維持現(xiàn)狀，并加強(qiáng)保護(hù)。

4.2　研究區(qū)土地利用相對合理性指數(shù)與生態(tài)風(fēng)險關(guān)系

結(jié)合研究區(qū)高程/坡度分類圖和生態(tài)風(fēng)險圖并與土地利用相對合理性指數(shù)進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，二者呈現(xiàn)出反比例關(guān)系。研究區(qū)高生態(tài)風(fēng)險區(qū)主要分布在150～300 m高程帶，0°～3°坡度帶，這是由于研究區(qū)內(nèi)土地壓力加劇，人地矛盾突出所致[21]。從研究區(qū)不同坡度帶土地利用相對合理指數(shù)可以看出，需要加大治理力度的是15°～25°坡度帶中的撂荒土地，此坡度帶面積占研究區(qū)總面積的15.77%。坡耕地作為三峽庫區(qū)主要的侵蝕源，隨著高程/坡度帶內(nèi)耕地面積的增加，土地利用相對合理指數(shù)下降，生態(tài)環(huán)境的破壞加劇，生態(tài)風(fēng)險等級也隨之上升；反之，則相反。土地利用合理與否，密切聯(lián)系著庫區(qū)生態(tài)安全，是生態(tài)風(fēng)險的主要影響因素。

4.3　基于生態(tài)風(fēng)險的研究區(qū)土地利用優(yōu)化

研究區(qū)土地利用方式是影響庫區(qū)生態(tài)風(fēng)險的重要因子，為緩解生態(tài)惡化，研究區(qū)應(yīng)結(jié)合自身高程、坡度、巖性及土壤等情況，調(diào)節(jié)不合理的土地利用方式，根據(jù)土地利用相對合理指數(shù)的變化，找到較適合的土地利用搭配方式，改善原有不合理生態(tài)環(huán)境，降低或規(guī)避生態(tài)風(fēng)險。首先，對于145～175 m高程帶，這個區(qū)域?qū)儆谌龒{庫區(qū)消落區(qū)，一般情況下，此區(qū)域內(nèi)陸地不宜人為干擾，應(yīng)嚴(yán)禁生產(chǎn)和開發(fā)活動。但考慮到植被保持水土的作用，可考慮在該區(qū)域種植耐淹、耐瘠薄且樹形較好的喬木或灌木，如垂柳、馬桑等，采用喬灌混交的方式種植，比純林更有助于保持水土[22]。其次，對于高于175 m高程區(qū)域土地利用優(yōu)化，著重考慮坡度大于15°地區(qū)的坡耕地退耕，或?qū)ζ溥M(jìn)行梯田改造，以減少土壤侵蝕和農(nóng)藥、化肥施用過量造成的面源污染，坡改梯對陡坡地區(qū)水土流失的防治也有一定的效果。對于城鎮(zhèn)地區(qū)，應(yīng)控制固體廢棄物及生產(chǎn)生活污水的排放，以免造成城市點源污染。

5結(jié) 論

(1) 研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險等級的分布，隨著距離長江的增大，生態(tài)風(fēng)險等級逐漸減低，其中較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)所占面積比重最大，達(dá)到36.77%，高生態(tài)風(fēng)險區(qū)所占面積比重最小，為11.75%；各風(fēng)險等級隨高程/坡度的增加，所占面積比均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，峰值出現(xiàn)的區(qū)域不一。

(2) 土地利用相對合理性指數(shù)隨著高程/坡度的增加，分別呈現(xiàn)出逐步增加和逐步遞減的變化趨勢，隨著各高程/坡度帶內(nèi)耕地與建設(shè)用地分布的增加，土地利用相對合理性指數(shù)降低，且此指數(shù)變化與林地占地面積呈正比關(guān)系，在高于1 500 m高程帶/0°～3°坡度帶土地利用相對合理性指數(shù)達(dá)到最大值1，土地利用最合理。

(3) 研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險呈現(xiàn)出較高的正相關(guān)性和空間集聚性?！案摺摺奔啊暗汀汀眱煞N相關(guān)性分布較廣，“高—高”主要分布在長江沿岸、“低—低”主要分布在萬州段西部及豐都段東南部；“高—低”及“低—高”分布較少，這部分區(qū)域最容易改善其生態(tài)風(fēng)險狀態(tài)，應(yīng)及時對土地利用不合理地區(qū)進(jìn)行調(diào)整。

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Ecological Risk Assessment of Ecological Barrier Belt in Three Gorges Reservoir Area Based on Land Use

LI Xiaoran1, LI Yangbing1,2, HAN Fangfang3

(1.CollegeofGeographyandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing401331,China; 2.CollegeofGeographyandEnvironmentalSciences,GuizhouNormalUniversity,Guiyang,Guizhou550001,China; 3.TheSecondMiddleSchoolofChangjiCity,Changji,Xinjiang831100,China)

Abstract：[Objective] The purpose of the ecological risk assessment of the ecological barrier belt in Three Gorges Reservoir area was to provide a reasonable theoretical basis for ecological risk management and land use optimization of the reservoir area. [Methods] Based on remote sensing data, using RS and GIS technology, the land use relative rationality index was calculated and the ecological risk assessment model was built so as to evaluate the ecological risk of ecological barrier belt located in different altitude and slope quantificationally according to the ecological risk levels and spatial autocorrelation analysis. [Results] The results showed that the proportion of lower ecological risk area was maximum, covering an area of 36.77% of the total study area. Area assessed with great or more ecological risk distribute in both sides of the Yangtze River, where construction lands and farmlands are concentrated. The relative rationality index of land use increased gradually with the increase of elevation, decreased when slope gradient increases. The spatial autocorrelation analysis of ecological risk indicated that there was a significant partial correlation in the study area. [Conclusion] The ecological risk in the research area is generally at a low level, but optimization of land use in the areas with high risk still needs to be done preferentially.

Keywords:ecological barrier belt; ecological risk assessment; land use; the Three Gorges Reservoir area

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0188-07

中圖分類號：X321， F301.2

通信作者：李陽兵(1968—),男(漢族),重慶市人,博士,教授,主要從事土地利用與生態(tài)過程方面的研究。E-mail:li-yapin@sohu.com。

收稿日期：2014-08-08修回日期：2014-10-19

資助項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項”三峽庫區(qū)及上游流域農(nóng)村面源污染控制技術(shù)與工程示范”(2012ZX07104-003)

第一作者：李瀟然(1991—),女(漢族),新疆自治區(qū)塔城市人,碩士研究生,研究方向為水資源與水環(huán)境保護(hù)。E-mail:494981733@qq.com。