徐 羽,鐘業(yè)喜,馮興華,徐麗婷,鄭 林

江西師范大學(xué) 鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地理與環(huán)境學(xué)院, 南昌 330022

鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局

徐 羽,鐘業(yè)喜*,馮興華,徐麗婷,鄭 林

江西師范大學(xué) 鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地理與環(huán)境學(xué)院, 南昌 330022

以鄱陽(yáng)湖流域土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),定量分析2005年以來(lái)鄱陽(yáng)湖流域土地利用變化特征;借助空間自相關(guān)、地統(tǒng)計(jì)分析等方法,揭示了鄱陽(yáng)湖流域土地利用變化下生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征。結(jié)果表明：2005—2013年,鄱陽(yáng)湖流域土地利用轉(zhuǎn)移非農(nóng)化趨勢(shì)明顯;土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈小幅上升趨勢(shì),在空間分布上具有顯著相關(guān)性,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)“北熱南冷”空間分異及等級(jí)擴(kuò)散特征明顯;依據(jù)空間差值結(jié)果可將研究區(qū)劃分為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI<0.15)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.15≤ERI<0.25)、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.25≤ERI<0.35)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.35≤ERI<0.45)、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI≥0.45)5類;高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要分布在濱湖區(qū)、南昌、九江及贛中部分地區(qū)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布與地形存在顯著相關(guān)性,隨著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提高,分布區(qū)域表現(xiàn)出明顯的地形指向性。以土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行表征,嘗試從宏觀上把握大尺度區(qū)域生態(tài)安全格局,為鄱陽(yáng)湖流域土地利用格局優(yōu)化提供了相關(guān)借鑒及建議。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);土地利用;鄱陽(yáng)湖流域;空間格局

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指種群、生態(tài)系統(tǒng)及其組分受自然或人類活動(dòng)脅迫所承受的風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而對(duì)其健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和美學(xué)價(jià)值造成不利影響[1]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于區(qū)域生態(tài)建設(shè)和資源利用具有重要指示意義,因此,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成為現(xiàn)階段指導(dǎo)區(qū)域生態(tài)建設(shè)、資源管理、環(huán)境修復(fù)、環(huán)境政策制定等工作的重要依據(jù),因而受到學(xué)界的高度關(guān)注,已成為當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)估的核心課題和應(yīng)用生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)之一[2- 3]。

土地利用是人與自然交互作用的核心環(huán)節(jié),它與諸多環(huán)境與生態(tài)問(wèn)題密切關(guān)聯(lián)。不同土地利用方式和強(qiáng)度的生態(tài)影響可直觀的表現(xiàn)在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化上,并且具有區(qū)域性和累積性特征[4],而土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能改變深刻影響著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,對(duì)區(qū)域生態(tài)安全格局起決定性作用[5]。因此,從區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)景觀結(jié)構(gòu)角度,開展土地利用變化下的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重要意義。借助土地利用數(shù)據(jù)的高效性、易得性,諸多學(xué)者基于景觀尺度對(duì)小流域、縣域、海島的等中小尺度區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[6- 10],逐步形成景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架,但該方法對(duì)于大尺度區(qū)域生態(tài)安全格局的把握方面適應(yīng)性不足[11]。

流域作為集生物多樣性、水源涵養(yǎng)、土壤保持等生態(tài)功能和人類社會(huì)發(fā)展功能于一體的綜合生態(tài)地域系統(tǒng),是構(gòu)建區(qū)域資源利用和生態(tài)保護(hù)相協(xié)調(diào)的和諧人地關(guān)系的最佳途徑[12]。鄱陽(yáng)湖流域作為長(zhǎng)江中下游自然特征保存最為完整的流域,使其成為流域問(wèn)題研究的最理想場(chǎng)所。鄱陽(yáng)湖流域內(nèi)的鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)屏障及贛南山地森林生態(tài)屏障分別是長(zhǎng)江中下游和珠江流域水生態(tài)安全重要保障區(qū)[13],作為中部地區(qū)加速形成的增長(zhǎng)極之一的國(guó)家戰(zhàn)略區(qū)域鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)一直是江西省內(nèi)人口、城鎮(zhèn)最密集的區(qū)域,其生態(tài)地位和經(jīng)濟(jì)功能極為重要。因而,開展鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)于流域生態(tài)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要理論及現(xiàn)實(shí)意義。以往關(guān)于鄱陽(yáng)湖流域土地問(wèn)題研究較多[14- 17],其中關(guān)于土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)主要是基于縣域尺度利用綜合指標(biāo)法來(lái)展開[14],對(duì)數(shù)據(jù)要求較高且評(píng)價(jià)尺度有所限制。從土地利用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變角度考察區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況是揭示大尺度區(qū)域生態(tài)安全格局的有效手段[1],為此,本研究結(jié)合空間自相關(guān)、地統(tǒng)計(jì)分析等空間分析方法,考察鄱陽(yáng)湖流域土地利用變化下生態(tài)安全格局,揭示其空間分異規(guī)律,為流域開展生態(tài)治理和風(fēng)險(xiǎn)管控提供參考。

1 研究區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖流域位于長(zhǎng)江中下游南岸,多年平均降水量為1635.9 mm,年均氣溫為17.5 ℃,流域總面積約為16.22萬(wàn)km2,鄱陽(yáng)湖流域在江西省內(nèi)面積占全省國(guó)土面積的97.2%,其流域范圍與江西省域高度吻合,流域內(nèi)東南西三面群山環(huán)繞,內(nèi)側(cè)丘陵廣布,整個(gè)地勢(shì)周高中低,由南向北、由外向內(nèi)、向鄱陽(yáng)湖逐次傾斜,依次分布著贛、撫、信、饒、修五大流域和鄱陽(yáng)湖區(qū),是我國(guó)南方重要的生態(tài)屏障。鑒于邊界的高度重合及數(shù)據(jù)的可獲取性、完整性原則,研究采用江西省土地利用數(shù)據(jù)對(duì)鄱陽(yáng)湖流域的土地利用演變及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局進(jìn)行深入分析。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所用到的數(shù)據(jù)包括2005年、2010年、2013年3期鄱陽(yáng)湖流域土地利用數(shù)據(jù)及相應(yīng)地形數(shù)據(jù),均來(lái)源于江西省重大生態(tài)安全問(wèn)題監(jiān)控協(xié)同創(chuàng)新中心平臺(tái)。其中土地利用數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)源為3個(gè)時(shí)相的Landsat TM/ETM遙感影像,空間分別率為30 m×30 m,經(jīng)輻射校正、幾何精校正,由人工目視判讀解譯而得,解譯精度均達(dá)到90%以上,能夠達(dá)到研究要求。按照土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010—2007),結(jié)合流域土地經(jīng)營(yíng)及土地利用特點(diǎn),劃分為6類一級(jí)地類,包括草地、林地、建設(shè)用地、水域、未利用地。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建

圖1 研究區(qū)范圍Fig.1 Study area

為提高估算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的精確度以及空間分異特征的有效呈現(xiàn),根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論在鄱陽(yáng)湖流域各土地利用類型面積基礎(chǔ)上依據(jù)等間距系統(tǒng)采樣方式將研究區(qū)劃分為1510個(gè)10 km ×10 km的網(wǎng)格(圖1),從而確定景觀生態(tài)樣方面積。其次,基于網(wǎng)格采樣法,利用各樣地內(nèi)的各地類面積比例來(lái)構(gòu)建土地利用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),用以描述一個(gè)樣地內(nèi)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)大小,從而通過(guò)采樣方式將土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值,并以此作為樣地中心點(diǎn)的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。具體計(jì)算方法如下：

(1)

式中，R為土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);i為各土地利用類型;Ai為樣地內(nèi)第i種土地利用類型的面積;A為樣地總面積;Wi為第i種土地利用類型所反映的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度權(quán)重。綜合參考前人研究成果[18-19]結(jié)合專家意見(jiàn),同時(shí)考慮研究區(qū)內(nèi)各地類利用方式和開發(fā)強(qiáng)度對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的作用程度,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度權(quán)重Wi分別設(shè)定為：耕地0.32、林地0.12、草地0.16、水域0.53、建設(shè)用地0.85、未利用地0.82。

2.2.2 土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局分析方法

(1)空間自相關(guān)

(2)半變異函數(shù)

半變異函數(shù)可以關(guān)聯(lián)到樣本之間的空間獨(dú)立量,已逐步成為挖掘地理現(xiàn)象空間分布規(guī)律的重要工具之一。研究借助半變異函數(shù)法對(duì)鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行空間分析,并通過(guò)樣地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值的空間插值,以反映各樣地之間的空間關(guān)系[21]。其具體計(jì)算公式為：

(2)

式中,γ(h)為變異函數(shù);h為樣本空間間隔距離;N(h)為抽樣間距為h時(shí)的樣點(diǎn)對(duì)總數(shù);Z(xi)和Z(xi+h)分別是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Z(x)在空間位置xi和xi+h的實(shí)測(cè)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 鄱陽(yáng)湖流域土地利用演變格局

從各地類增減變化來(lái)看,建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速,其面積由2005年的7396.91km2增長(zhǎng)至2013年的10282.07km2,凈增加2885.86km2,大幅增長(zhǎng)了39.01%。鄱陽(yáng)湖流域面積減少最多的用地類型是耕地,凈減少2633.76km2,但由于耕地面積基數(shù)較大,減少比例為5.2%。草地面積持續(xù)減少,其面積減少637km2,比2005年減少22%。林地面積呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì),但發(fā)生變化比例不大,僅為0.22%。水域總體上呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),其面積增加了411km2,增長(zhǎng)4.38%。未利用地有所減少,其面積減少232.8km2,下降比例為18.38%。從土地利用類型轉(zhuǎn)移來(lái)看(表1),2005—2013年,鄱陽(yáng)湖流域土地利用發(fā)生變化的面積占土地總面積的9.2%,達(dá)15376.4km2。在眾多的土地轉(zhuǎn)移類型中,耕地與建設(shè)用地、林地之間的轉(zhuǎn)移占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì),發(fā)生在此3種用地之間的轉(zhuǎn)移面積達(dá)10526.85km2,占總轉(zhuǎn)移變化面積的68.5%。其中,主要的土地轉(zhuǎn)移類型依次為耕地轉(zhuǎn)林地、林地轉(zhuǎn)耕地、耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地、草地轉(zhuǎn)林地、林地轉(zhuǎn)建設(shè)用地,轉(zhuǎn)移面積占總變化面積的比例分別為24.1%、19.4%、15.2%、5.8%、5.6%?？傮w來(lái)看,研究區(qū)土地利用變化以耕地、林地、建設(shè)用地為主,且土地轉(zhuǎn)移非農(nóng)化趨勢(shì)明顯。

表1 鄱陽(yáng)湖流域2005—2013年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

從空間分布來(lái)看,建設(shè)用地呈明顯的板塊狀分布于鄱陽(yáng)湖流域區(qū)域內(nèi),其變化是由于城市的擴(kuò)張而導(dǎo)致區(qū)域建設(shè)用地的增長(zhǎng);草地以散點(diǎn)狀分布于林地之中;未利用地則主要分布在城市周邊地帶,海拔及坡度均較低;耕地及水域則主要分布在贛北鄱陽(yáng)湖平原地帶,其分布的地域性較為顯著,與坡度及海拔呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性;林地是流域內(nèi)分布最廣、面積最大的地類,主要位于贛南地區(qū)及贛北省際邊緣地區(qū),其分布基本與地形顯著相關(guān)。

3.2 鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)集聚空間格局

全局空間自相關(guān)指標(biāo)用于驗(yàn)證整個(gè)研究區(qū)某一要素的空間模式及其顯著性。研究以樣地風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為變量,在GeoDa軟件支持下計(jì)算得出鄱陽(yáng)湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的全局Moran′sI。結(jié)果顯示：3個(gè)時(shí)間斷面下,鄱陽(yáng)湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的全局Moran′sI均達(dá)到0.73以上,其中,2005年為0.7312、2010年為0.7362、2013年下降至0.7319,差異變化較小。3個(gè)時(shí)期全局Moran′sI估計(jì)值均為正值,顯著性水平均小于0.05,表明鄱陽(yáng)湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在空間分布上具有顯著的正相關(guān)性;其差異變化表明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間集聚表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖2 土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化G值空間分布Fig.2 The Getis-Ord of land use ecological risk index

借助局部自相關(guān)指標(biāo)G指數(shù)來(lái)考察研究區(qū)2005—2013年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化的局部情況,如圖2所示,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化冷熱點(diǎn)南北差異顯著。鄱陽(yáng)湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化溫點(diǎn)區(qū)分布較為廣泛;熱點(diǎn)區(qū)分別呈“U”型分布在環(huán)鄱陽(yáng)湖區(qū)、呈散點(diǎn)狀分布在地級(jí)市周邊地區(qū);生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化次熱點(diǎn)區(qū)主要在熱點(diǎn)區(qū)周邊地區(qū);冷點(diǎn)及次冷點(diǎn)區(qū)主要分布在鄱陽(yáng)湖區(qū),省域邊緣山地地區(qū);說(shuō)明環(huán)鄱陽(yáng)湖濱湖區(qū)及中心城市周邊是土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加的主要區(qū)域。

3.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的空間分布特征分析

為探討土地利用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的空間結(jié)構(gòu),對(duì)3個(gè)時(shí)期的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的半變異函數(shù)進(jìn)行模型擬合。結(jié)果顯示：3期半變異函數(shù)的球狀模型的擬合效果最佳(表2),決定系數(shù)R2分別達(dá)到96.2%、96.9%和97.4%。變程可以反映生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的空間相關(guān)距離,2005—2013年,鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變程由165834 m持續(xù)增長(zhǎng)至174603 m,這是由于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的地域集聚性十分顯著;基臺(tái)值由0.1354增長(zhǎng)至0.1464,土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度的空間分布不均衡性增強(qiáng),差異呈逐步擴(kuò)大的趨勢(shì);塊金基臺(tái)比可以塊金方差占總空間異質(zhì)性變異的大小,識(shí)別區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間異質(zhì)性,2005—2013年,塊金基臺(tái)比均高于74%,表明土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有高度的空間自相關(guān)性,地形、坡度等結(jié)構(gòu)性因素對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分異具有顯著的影響作用。

表2 土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)半變異函數(shù)擬合參數(shù)

根據(jù)半變異函數(shù)擬合最優(yōu)模型及其參數(shù),利用普通克里金(Ordinary Kriging)方法進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)插值,在相對(duì)指標(biāo)方法下進(jìn)行分級(jí)(低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI<0.15)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.15≤ERI<0.25)、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.25≤ERI<0.35)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.35≤ERI<0.45)、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI≥0.45)),計(jì)算得出各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積(表3),并制成專題地圖(圖3)進(jìn)行深入分析。

圖3 鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布圖Fig.3 Distribution of land use ecological risk in Poyang Lake basin

由圖3可知,土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度南北差異明顯,呈現(xiàn)出明顯的圈層擴(kuò)展及軸向擴(kuò)散特征。2005年,高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在鄱陽(yáng)湖區(qū)、南昌市南部、南昌縣及九江市北部;較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要以散點(diǎn)狀分布在贛北及贛中地區(qū)(鷹潭、撫州、吉安及新余等地級(jí)市),以呈環(huán)狀分布在高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周邊;中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以“十”字狀分布在贛北、贛中地區(qū),而在贛南地區(qū)基本呈現(xiàn)出散點(diǎn)狀分布;較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積廣闊;低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在省際邊緣山區(qū)。2010年,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在鄱陽(yáng)湖及其周邊地區(qū)基本連成一片,在九江市沿江地區(qū)得到小幅度擴(kuò)張;較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在2005年的基礎(chǔ)上也稍有擴(kuò)張,在上饒市、贛州市等地區(qū)也呈散點(diǎn)狀分布中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)總體呈進(jìn)一步擴(kuò)張趨勢(shì),尤以贛中及贛西迅速發(fā)展,而在贛西北地區(qū)受退耕還林、生態(tài)發(fā)展等政策影響而出現(xiàn)縮小趨勢(shì);較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在空間分布上變化較小。2013年,各類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的空間分布均變化較小,僅部分散點(diǎn)狀較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)稍有擴(kuò)張,如：贛州市、吉安市、高安市、上饒市,由表3可知,2005—2013年間,鄱陽(yáng)湖流域高、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積迅速增加,由15138.76 km2增長(zhǎng)到19488.07 km2,占土地總面積的比例由9.08%增至11.68%;其中高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)增長(zhǎng)1574.97 km2,比例上升至4.08%,較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)2774.34 km2,比例上升為7.6%。中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增長(zhǎng)顯著,由40577.9 km2增長(zhǎng)至44135.66 km2,其面積比例由24.32%上升至26.46%。較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少最為明顯,其面積縮小了6292.5 km2,縮減幅度達(dá)到3.77%。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積出現(xiàn)小幅度縮小,其面積比例縮小了0.98%。

表3 鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積及比例統(tǒng)計(jì)

3.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布與地形關(guān)系

為厘清生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與區(qū)域地理環(huán)境的耦合關(guān)系,研究以地形為主要影響因子,以2013年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算結(jié)果為案例,考察不同高程/坡度上的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布情況。具體方法為：(1)參考相關(guān)文獻(xiàn)[22],將高程劃分為6個(gè)高程帶：低于150,150—300,300—500,500—1000,1000—1500 m、高于1500 m;將坡度重分類為6個(gè)坡度帶：0°,0°—3°,3°—8°,8°—15°,15°—25°,大于25°。(2)將2013年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖與重分類后的高程、坡度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行疊加運(yùn)算計(jì)算出各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在不同高程/坡度上的分布面積比例(圖4),據(jù)此進(jìn)行深入分析。如圖4所示,低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在各個(gè)高程帶上均有分布,分別在500—1000 m、150—300 m高程段分布面積比例最大;中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則主要集中在兩個(gè)高程帶上,在150—300 m和<150 m高程帶上呈“二八分”格局;較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)高程分布更為集中,二者均主要分布在<150 m高程帶上,所占比重分別達(dá)到98%和99%。從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布與坡度的關(guān)系來(lái)看,隨著坡度帶上升,各等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布面積比例總體上呈現(xiàn)先增后減的變化態(tài)勢(shì)。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在15°—25°坡度帶面積比例達(dá)到最高值;較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則在8°—15°坡度帶面積占比達(dá)到最大值;中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)均在0°—3°坡度帶達(dá)到峰值,并且在>25°坡度帶降為最低值。

圖4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與海拔、坡度關(guān)系Fig.4 The correlation between ecological risk grade and altitude, slope

綜上所述,地形與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布存在顯著相關(guān)性。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域分布范圍較為廣泛,在各高程帶、坡度帶均有分布;隨著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提高,所對(duì)應(yīng)的分布區(qū)域表現(xiàn)出明顯的地形指向性,海拔較低、地勢(shì)平坦的鄱陽(yáng)湖平原和河谷平原地帶由于人口密集、城鎮(zhèn)發(fā)達(dá)是高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布地區(qū)。

4 結(jié)論與討論

2005—2013年,鄱陽(yáng)湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)總體上呈現(xiàn)小幅上升趨勢(shì),主要是由于隨著流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展及城市化進(jìn)程加速促使了區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的深刻變化和土地開發(fā)強(qiáng)度的明顯提升,其中建設(shè)用地面積大幅增長(zhǎng)了39.01%,其內(nèi)部的城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和工業(yè)及交通建設(shè)用地分別增長(zhǎng)了51.2%、14.5%、40.2%,顯示出江西工業(yè)發(fā)展、城鄉(xiāng)建設(shè)方面巨大的土地需求,同時(shí)也也應(yīng)注意當(dāng)前存在的工業(yè)用地閑置、“濫占耕地、一戶多宅”等土地浪費(fèi)問(wèn)題。而以耕地為主的農(nóng)用地由于受到建設(shè)用地侵占及退耕還林政策實(shí)施的影響,面積持續(xù)萎縮。這一趨勢(shì)勢(shì)必對(duì)流域土地生態(tài)系統(tǒng)健康造成威脅,也將進(jìn)一步制約江西經(jīng)濟(jì)發(fā)展后備土地資源保障能力。

受自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響,流域內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)“北熱南冷”空間分異及等級(jí)擴(kuò)散特征。首先,以南昌等地級(jí)城市為中心,京九鐵路和浙贛鐵路為縱橫主軸,集聚了區(qū)內(nèi)主要的城市及發(fā)展要素,高強(qiáng)度、高密度的開發(fā)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾極大,形成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高值區(qū),由高至低向外梯度擴(kuò)散;其次,省域邊緣地帶及贛南山地丘陵地帶,海拔較高地形起伏度大,林地面積占比大,受人類活動(dòng)干擾小,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低于其他地區(qū);而環(huán)鄱陽(yáng)湖區(qū)海拔坡度低,城市與人口密集,土地開發(fā)強(qiáng)度大,生態(tài)易損性大,成為高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,從而構(gòu)成“北熱南冷”的空間分異格局;另外,鄱陽(yáng)湖高水是湖,低水似河的特點(diǎn),也深刻影響湖區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)和方式,再加之經(jīng)常出現(xiàn)澇漬、干旱災(zāi)害,更加劇了環(huán)鄱陽(yáng)湖區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

因此,鄱陽(yáng)湖流域在當(dāng)前開發(fā)建設(shè)中應(yīng)注意：首先,提高土地集約節(jié)約利用水平,逐步轉(zhuǎn)變低效、粗放的土地利用方式,控制建設(shè)用地供應(yīng)總量,盤活已有建設(shè)用地,提高土地利用效率;其次,更加重視耕地保護(hù),嚴(yán)格土地用途管制。在兼顧效率的同時(shí),在產(chǎn)業(yè)布局、城鎮(zhèn)建設(shè)時(shí)適當(dāng)向交通條件優(yōu)越、環(huán)境約束較小的丘陵山區(qū)傾斜,實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分散化的同時(shí)促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展;最后,高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)集中分布在城市及其周邊區(qū)域,城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加,城鄉(xiāng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)兩極分化。因此,江西省生態(tài)建設(shè)工作應(yīng)當(dāng)在保護(hù)鄉(xiāng)村生態(tài)的同時(shí)強(qiáng)化城市生態(tài)安全管理。

本研究基于土地利用變化視角對(duì)鄱陽(yáng)湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),研究結(jié)果基本符合流域土地利用實(shí)際。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為地理過(guò)程和生態(tài)過(guò)程集成的科學(xué)問(wèn)題受到學(xué)界的重點(diǎn)關(guān)注,研究?jī)?nèi)容逐漸豐富和完善,尺度多元、方法創(chuàng)新、視角融合特征明顯[23]。因此,如能結(jié)合系統(tǒng)生態(tài)學(xué)相關(guān)理論及方法,構(gòu)建更具科學(xué)性和綜合性的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源替代指標(biāo),同時(shí),將區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的水土保持、生物多樣性等核心生態(tài)功能進(jìn)行整合納入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系,將有助于提高評(píng)價(jià)結(jié)果理論深度和應(yīng)用價(jià)值。

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Ecological risk pattern of Poyang Lake basin based on land use

XU Yu, ZHONG Yexi*, FENG Xinghua, XU Liting, ZHENG Lin

KeyLaboratoryofPoyangLakeWetlandandWatershedResearch,MinistryofEducation/SchoolofGeographyandEnvironment,JiangxiNormalUniversity,Nanchang330022,China

The ecological impact of different land use types and intensity could reveal on regional ecosystem structure changes directly, and the changes of structure and function of land ecosystem would profoundly affect regional ecosystem health. Therefore, ecological risk assessment in terms of landscape structure is an effective method to study regional ecological risk pattern. Poyang Lake, the largest freshwater lake in China, plays an essential role in biodiversity protection and water ecological security in Yangtze River basin. However, irrational development and construction activities have resulted in significant landscape changes in recent years, which may aggravate regional ecological risk. This study takes Poyang Lake basin as a case study to explore the impact of land use change on ecological risk. Based on an ecological risk assessment model derived from land use structure, the study tries to explore ecological security pattern and provide a scientific reference for optimizing land utilization in Poyang Lake basin. The characteristics of land use changes in Poyang Lake watershed were analyzed quantitatively based on land use data during 2005—2013. Then, the spatial-temporal variation of the ecological risk and the relationship between ecological risk and terrain factors were investigated by GIS techniques. The result shows that about 9.2% of the total areas experienced land use changes, which 68.5% occurred among farmland, construction land and forests. The major types of land transformation are mutual conversion between forests and farmland, and the conversion of farmland to construction land, showing a remarkable trend of non-agricultural transformation. The average ecological risk index (ERI) increased from 0.237 in 2005 to 0.246 in 2013, probably as the consequence of farmland reduction and rapid expansion of construction land. The ERI showed a positive spatial autocorrelation and obvious local spatial clustering, and generally decreased significantly from north to south. Based on the spatial interpolation of ERI, the study area was divided into five grades: low risk region (ERI<0.15), inferior risk region (0.15≤ERI <0.25), mediate risk region (0.25≤ERI <0.35), relatively high risk region (0.35≤ERI <0.45), high risk region (ERI≥0.45). The high risk and relatively high risk region expanded rapidly, mainly located in Poyang Lake area, Nanchang, Jiujiang and central Jiangxi province, with the area proportion increasing from 9.08% in 2005 to 11.68% in 2013. The spatial distribution of ERI grades was significantly related to topographic characteristics, i.e. 99% of the high risk regions and 98% of the relatively high risk regions were concentrated in lowlands or slightly hilly areas (with an altitude of 0—150 m); high, relatively high and mediate risk regions were mostly distributed in flat areas with a slope of 0°—3°. To promote the sustainable utilization status of regional land resource and optimize the land use pattern, several suggestions are given as follows: (1) reform the inefficient way of land use and encourage intensive land utilization; (2) implement strict land use control, especially protect farmland, and transfer industries and urbanization to hilly areas according to local conditions for mitigating ecological risk in lowland areas; and (3) strengthen urban ecological security management while paying more attention to rural environment protection.

ecological risk; land use; spatial pattern; Poyang Lake basin

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41561025);江西省重大生態(tài)安全問(wèn)題監(jiān)控協(xié)同創(chuàng)新中心資助項(xiàng)目(JXS-EW-00)

2015- 12- 15;

2016- 04- 22

10.5846/stxb201512152507

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhongyexi@126.com

徐羽,鐘業(yè)喜,馮興華,徐麗婷,鄭林.鄱陽(yáng)湖流域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(23):7850- 7857.Xu Y, Zhong Y X, Feng X H,Hu L T, Zheng L.Ecological risk pattern of Poyang Lake basin based on land use.Acta Ecologica Sinica,2016,36(23):7850- 7857.