福州市環(huán)境科學(xué)研究院　游麗平

基于景觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析
——以福清市江陰半島為例

福州市環(huán)境科學(xué)研究院游麗平

以福清市江陰半島為研究對(duì)象，基于景觀格局構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，利用空間分析方法得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖，對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)，從而對(duì)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：2006年～2009年研究區(qū)各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別在空間分布上發(fā)生明顯變化，2006年高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要分布在西南部、南部靠近工業(yè)區(qū)區(qū)域及北部中心地區(qū)，2009年研究區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域消失，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域較2006年向西偏移；研究期間較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積基本維持不變，中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)面積均有所降低，弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積有較大的增加。

景觀結(jié)構(gòu) 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) 江陰半島

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是在區(qū)域尺度上描述和評(píng)估人為活動(dòng)、環(huán)境污染和自然災(zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生不利作用的可能性及其大小的過程［1-2］。近年來，基于景觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已成為當(dāng)前區(qū)域環(huán)境研究的熱點(diǎn)之一［3-6］。本文以福清市江陰半島為例，基于景觀格局指數(shù)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，分析該區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征，以期為生態(tài)規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考。

1　研究區(qū)概況

江陰半島座落于福建省福清市南部，是福建省9個(gè)海島鄉(xiāng)鎮(zhèn)中第一大海島，面積69.74km2，海岸線長65公里，屬地震引起的大陸斷層，地形以丘陵、崗臺(tái)地為主。江陰半島屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，本地區(qū)年平均氣溫19.6℃，年降水量1239.1mm，土壤類型有赤紅壤、鹽土等，島上植被主要為森林植被和農(nóng)田植被。

2　數(shù)據(jù)處理及研究方法

2.1數(shù)據(jù)處理

以2006年和2009年2期LandsatETM+/TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，結(jié)合對(duì)江陰半島的實(shí)地調(diào)查，參照國內(nèi)常用的土地利用分類系統(tǒng)，并根據(jù)江陰半島的具體情況及研究目的，將土地利用分成道路、工礦用地（包括取料場(chǎng)）、居民點(diǎn)、林地、農(nóng)耕地、水域（包括海域、河流水面、水庫水面）、養(yǎng)殖區(qū)等7種類型。在遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，目視解譯得到江陰半島景觀類型圖。

2.2研究方法

基于景觀結(jié)構(gòu)利用景觀指數(shù)建立生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的空間分析法，得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖，從而對(duì)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。

2.2.1生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)用于描述一個(gè)樣地內(nèi)綜合生態(tài)損失的相對(duì)大小， 以景觀損失指數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ERIk計(jì)算公式如下：

式中：ERIk為第k采樣區(qū)內(nèi)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，Aki為采樣區(qū)內(nèi)景觀類型面積，Ak為第k采樣區(qū)面積，LLi為景觀生態(tài)損失指數(shù)。

2.2.2景觀損失指數(shù)

景觀損失指數(shù)（LLi）用以反映不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)在受到自然、人為干擾時(shí)其自然屬性損失的程度［7］，景觀損失指數(shù)是區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，由景觀干擾指數(shù)和景觀脆弱度構(gòu)建而成，其公式為：

式中，Ui為景觀干擾指數(shù)，Si為脆弱度指數(shù)，i為農(nóng)耕地、工礦用地、林地等7種景觀類型。

2.2.2.1景觀干擾度指數(shù)

景觀干擾度指數(shù)（Ui）用來反映不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)受到干擾（主要是人類活動(dòng)）的程度［8］，可通過對(duì)景觀破碎度指數(shù)（Ci）、景觀分離度指數(shù)（Fi）和景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D）加權(quán)疊加獲得［7］。

景觀干擾度指數(shù)公式為：

式中，Ni為景觀類型的斑塊數(shù)、Ai為景觀類型斑塊面積A為景觀總面積m為景觀類型數(shù)；Pi為各類景觀的面積比。a、b、c分別為景觀破碎度指數(shù)（Ci）、景觀分離度指數(shù)（Fi）和景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D）的權(quán)重，本文結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況并借鑒前人的研究成果［7-8］，對(duì)a、b、c分別賦值0.5、0.3、0.2。

2.2.2.2景觀脆弱度指數(shù)

景觀脆弱度指數(shù)（Si）與其在景觀自然演替過程中所處的階段有關(guān)，一般情況下，處于初級(jí)演替階段、生物多樣性指數(shù)小的生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，受人為作用強(qiáng)、可以通過管理輸入負(fù)熵的生態(tài)系統(tǒng)類型，如農(nóng)田、居民區(qū)往往比其他生境類型較穩(wěn)定［9］。根據(jù)研究區(qū)7種景觀類型所代表的生態(tài)系統(tǒng)，研究區(qū)以水域最為脆弱，其次是養(yǎng)殖區(qū)，而居民點(diǎn)及工礦用地最穩(wěn)定，分別對(duì)7種景觀類型賦以脆弱度指數(shù)：水域?yàn)?、養(yǎng)殖區(qū)為6、耕地為5、林地為4、道路為3、居民點(diǎn)為2、工礦用地為1，然后進(jìn)行歸一化處理，得到各自的脆弱度指數(shù)。

2.2.3生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分析

由景觀指數(shù)計(jì)算得到的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)本身是一種空間變量，通過采樣方法將景觀空間格局轉(zhuǎn)化為空間化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變量。根據(jù)研究區(qū)范圍，采用2km×2km的正方形網(wǎng)格對(duì)研究區(qū)進(jìn)行等間距系統(tǒng)采樣，利用公式（1）～（6）計(jì)算每個(gè)樣地的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)作為該采樣地的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，采用空間插值法進(jìn)行空間插值，得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖。

3　結(jié)果與分析

根據(jù)公式（1）～（6）計(jì)算研究區(qū)2006年和2009年各采樣區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并對(duì)2006年和2009年各采樣區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行了插值，結(jié)果見圖1。

圖1　2006年、2009年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布特征

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)反映一個(gè)種群、生態(tài)系統(tǒng)或整個(gè)景觀的正常功能受外界脅迫，從而在目前和將來減小該系統(tǒng)健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和美學(xué)價(jià)值的一種狀況［10-11］。為便于比較生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的變化特點(diǎn)，運(yùn)用自然斷點(diǎn)法將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)插值結(jié)果劃分為5個(gè)等級(jí)，即：高（0.360≤ERI＜0.550）、較高（0.280≤ERI＜0.359）、中（0.228≤ERI＜0.279）、低（0.182≤ERI＜0.227）和弱生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（ERI＜0.181）。從圖1可以看出，2006年高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要分布在西南部、南部靠近工業(yè)區(qū)區(qū)域，說明隨著工業(yè)化發(fā)展，該類用地被征用可能性高，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性較高。2009年上述兩塊區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值均降至弱風(fēng)險(xiǎn)至中風(fēng)險(xiǎn)，說明上述區(qū)域在人為的影響下，隨著工業(yè)化開發(fā)程度提高、道路建設(shè)等原因，臨近景觀類型趨于穩(wěn)定，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低。2006年另一主要的高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布在北部中心地區(qū)，該區(qū)域景觀類型主要以林地、農(nóng)耕地和養(yǎng)殖區(qū)為主，受人類擾動(dòng)因素影響較大，因而生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)較高。至2009年，該區(qū)域高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別消失，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域向西即養(yǎng)殖區(qū)偏移，一定程度上反映區(qū)域景觀類型的開發(fā)利用方向。為反映研究區(qū)各級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積的變化特征，對(duì)研究區(qū)各級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)所占的面積比進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2。

圖2　2006年、2009年各風(fēng)險(xiǎn)級(jí)所占面積比

結(jié)果表明，2006年評(píng)價(jià)單元主要以中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)為主，存在一定比例的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；2009年的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別與2006年相比，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域消失，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積基本維持不變，中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)面積均有所降低，弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積占比有較大的增加。以上不同級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)所占面積的變化說明，從2006年到2009年，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所緩和。

4　結(jié)論

本文基于景觀結(jié)構(gòu)、利用景觀指數(shù)建立生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的空間分析法，得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖，從而對(duì)福清市江陰半島生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。從空間分布上看，

研究區(qū)2006年高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要分布在西南部、南部靠近工業(yè)區(qū)區(qū)域及北部中心地區(qū)，研究區(qū)2009年高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域消失，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域較2006年向西偏移。從面積比例上看，2006年評(píng)價(jià)單元主要以中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)為主，存在一定比例的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；2009年的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別與2006年相比，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域消失，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積基本維持不變，中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)面積均有所降低，弱風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積比有較大的增加。研究表明，從2006年到2009年，研究區(qū)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所緩和。今后該地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的生態(tài)保護(hù)，避免生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的提高和區(qū)域范圍的擴(kuò)大，同時(shí)應(yīng)做好低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和弱生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的管理工作，確保區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

［1］ Landis WG.The frontiers in ecological risk assessment at expanding spatial and temporal scales［J］.Human and Ecological Risk Assessment， 2003，9（6）：1415-1424.

［2］ 陳鵬，潘曉玲.干旱區(qū)內(nèi)陸流域區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2003，22（4）：l 16-120.

［3］ Paukert C P，Pitts K L，Whittier J B，et a1.Development and assessment of a landscape—scale ecological threat index for the Lower Colorado River Basin［J］.Ecological Indicators，2011，11（2）：304-310.

［4］ 王巍淇， 李天宏. 基于土地利用空間結(jié)構(gòu)的云南省生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化分析［J］. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2014（2）： 355-360.

［5］ 鞏杰，謝余初，趙彩霞，高彥凈. 甘肅白龍江流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及其時(shí)空分異［J］.中國環(huán)境科學(xué)， 2014，34（8）：2153-2156.

［6］ 謝花林. 基于景觀結(jié)構(gòu)的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間特征分析——以江西興國縣為例［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2011，3l（4）：688-695.

［7］ 王娟，崔保山，劉杰，等.云南瀾滄江流域土地利用及其變化對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（2）：269-277.

［8］ 李謝輝，李景宜.基于GIS的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析——以渭河下游沿線區(qū)域?yàn)槔跩］.干旱區(qū)研究，2008，25（6）：899-902.

［9］ 許學(xué)工，林輝平，付在毅， 等.黃河三角洲濕地區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，37（1）：111-120.

［10］ 荊玉平， 張樹文，李穎. 基于景觀結(jié)構(gòu)的城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.生態(tài)學(xué)雜志， 2008，27（2）：229-234.

［11］ 李國旗，安樹青，陳興龍，等.生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究述評(píng)［J］.生態(tài)學(xué)雜志，1999，18（4）：57-64.