劉光旭，毛夢瑤，相愛存

(贛南師范學(xué)院 地理與規(guī)劃學(xué)院，江西 贛州　341000)

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基于景觀格局的贛江上游區(qū)生態(tài)風(fēng)險變化研究* 1

劉光旭，毛夢瑤，相愛存

(贛南師范學(xué)院 地理與規(guī)劃學(xué)院，江西 贛州341000)

摘要：基于景觀格局的生態(tài)風(fēng)險變化分析是區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險管理的科學(xué)基礎(chǔ).本文選用區(qū)域綜合風(fēng)險分析模型，結(jié)合層次分析法、GIS技術(shù)和FRAGSTATS3.3軟件，根據(jù)地球科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)1980s以來的土地利用數(shù)據(jù)，通過生態(tài)景觀類型提取、綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)和生態(tài)風(fēng)險要素中的風(fēng)險源、風(fēng)險受體和風(fēng)險效應(yīng)計算，系統(tǒng)的分析贛江上游區(qū)80年代以來生態(tài)風(fēng)險的時空變化特征及其驅(qū)動因素.結(jié)果表明在研究區(qū)的六種景觀類型中，聚落景觀增加明顯(從0.90%增加到0.97%)，林地、農(nóng)業(yè)景觀和水域占比在波動中略有增加，草地和其他景觀呈下降趨勢.綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分析顯示研究區(qū)自1990s以來生態(tài)風(fēng)險水平呈上升趨勢.基于風(fēng)險“三要素”的變化機制分析表明，贛江上游區(qū)風(fēng)險源主要來源于農(nóng)業(yè)景觀和聚落景觀的變化.人為因素是本區(qū)生態(tài)風(fēng)險水平上升的最主要原因.

關(guān)鍵詞：贛江上游區(qū)；景觀格局；生態(tài)風(fēng)險；驅(qū)動因素

1引言

近幾十年來,隨著我國工業(yè)化進程的高速發(fā)展和氣候變暖加速，許多地方出現(xiàn)了森林植被退化、土地荒漠化、酸雨及生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低等生態(tài)問題，危險到我們賴以生存的自然環(huán)境[1-2].其中，作為生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌構(gòu)成的整體[3]，景觀是具有明顯視覺特征的地理實體，具有經(jīng)濟、生態(tài)和美學(xué)等多重價值[4].景觀異質(zhì)性在空間中的展布就是景觀格局，是大小和形狀各異的景觀要素(生態(tài)系統(tǒng))在空間上的排列和組合[5]，包括斑塊、廊道、基質(zhì)以及要素的類型、數(shù)量構(gòu)成、空間配置形式、多樣性、破碎化、連通性和優(yōu)勢度等[6]，決定于異質(zhì)性景觀要素的數(shù)量、種類、形狀、規(guī)模和其空間展布模式[7].外界干擾和景觀內(nèi)部各組成要素本身的自然演替會影響景觀的格局和功能，影響區(qū)域生態(tài)風(fēng)險水平.生態(tài)風(fēng)險是生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險，是外界干擾或災(zāi)害對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能造成損害的可能性[8]，風(fēng)險評估結(jié)果既可對區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險管理提供綜合、系統(tǒng)、科學(xué)的理論借鑒和技術(shù)支持，也是景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的科學(xué)基礎(chǔ)[9]，是生態(tài)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟學(xué)研究的熱點和前沿[10].

江西贛江上游區(qū)是我國著名的革命老區(qū)和貧困地區(qū)，近些年隨著城市化進程加快，水土流失、城市及礦業(yè)廢水等使贛江流域生態(tài)問題日益嚴峻，已有研究顯示贛江仍舊是鄱陽湖最大的泥沙攜入者[11].因此，基于景觀格局分析贛江上游區(qū)生態(tài)風(fēng)險變化情況及其驅(qū)動因素，是優(yōu)化贛江流域生態(tài)功能和進行生態(tài)風(fēng)險調(diào)控的關(guān)鍵，也是保障贛南蘇區(qū)振興、實現(xiàn)人地和諧發(fā)展的核心.

2研究數(shù)據(jù)和方法

2.1研究區(qū)域概況

贛江是鄱陽流域最大的河流，也是長江第7大支流.以萬安縣棉津站為界，以南為贛江上游區(qū)，占贛江流域的45.5%，絕大部分隸屬于贛州市.本文中研究的贛江上游區(qū)即指贛州市整個地區(qū)(圖1).圖1顯示，研究區(qū)在113.54′-116.38′E和24.29′-27.09′N間，氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，降水豐富但季節(jié)分布不勻，季風(fēng)盛行的春夏季降水較為集中，熱量豐富；區(qū)內(nèi)河流眾多、水資源豐富，東源貢水和南源章水等匯入以贛江為中軸的流域水系，流域相對完整；地貌類型齊全，以山地、丘陵為主，山丘面積占總面積的75%以上.整個地勢四周高中部低，西北向開口；自然景觀以林地為主，包括草地、水域、城鎮(zhèn)、農(nóng)村聚落等類型.林地景觀由原始天然林、次生林、以馬尾松及杉木為主的人工用材林，以及水土嚴重流失后飛播的馬尾松林(退化林)等多種典型林地類型.天然林以亞熱帶常綠闊葉為主，針葉林面積比重較大，以杉、松、竹及油茶和柑桔為主，是國家重要的木本油料基地和五大杉木種植區(qū)之一.80年代以來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和資源的開發(fā)利用，原有的景觀類型發(fā)生了明顯改變，該區(qū)的生態(tài)環(huán)境的壓力也在逐步加大.

圖1　研究區(qū)范圍

2.2研究數(shù)據(jù)

該研究的主要數(shù)據(jù)來源于地球科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)，包括研究區(qū)1986年、1995年、2000年和2005年四個時段的土地利用數(shù)據(jù)，通過校對和重分類，獲得80年代以來不同時段的生態(tài)景觀類型信息.根據(jù)研究數(shù)據(jù)，本文把贛江上游的景觀類型分為林地、草地、水域、農(nóng)業(yè)景觀、聚落景觀和其他六種類型.

2.3研究方法

研究方法上，采用安佑志等構(gòu)建的區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險模型，結(jié)合層次分析法、GIS技術(shù)和FRAGSTATS3.3軟件，通過生態(tài)風(fēng)險指數(shù)和生態(tài)風(fēng)險要素中的風(fēng)險源、風(fēng)險受體和風(fēng)險效應(yīng)計算，系統(tǒng)的分析贛江上游區(qū)80年代以來生態(tài)風(fēng)險的時空變化特征.其中，區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險模型為：

(1)

式中，ERI是生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；i是第i種景觀類型；Si是第i類景觀類型的面積；S是區(qū)域總面積；Pi是不同類型景觀類型下的生態(tài)風(fēng)險強度指數(shù)，通過專家咨詢打分確定.本文根據(jù)相關(guān)研究，將林地、草地、水域、農(nóng)業(yè)景觀、聚落景觀和其他類型的風(fēng)險強度指數(shù)確定為0.146 9、0.072 8、0.083 9、0.101 3、0.316 1、0.088 4[12].

生態(tài)風(fēng)險分析需綜合考慮多風(fēng)險源、多受體和復(fù)雜的空間信息[13]，在進行風(fēng)險指數(shù)計算的基礎(chǔ)上，本文從生態(tài)風(fēng)險三要素：風(fēng)險源、風(fēng)險受體、風(fēng)險效應(yīng)入手，通過代用指標(biāo)計算，探討影響生態(tài)風(fēng)險的主要因子.根據(jù)相關(guān)研究，風(fēng)險要素的具體指標(biāo)如表1所示.采用FRAGSTATS3.3和ArcGIS10.2軟件計算各指標(biāo)在贛江上游區(qū)的分布情況.

表1　贛江上游區(qū)生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系

表2　贛江上游主要景觀類型空間展布(單位%)

3結(jié)果與分析

3.1贛江上游景觀類型時空變化特征

基于2005年土地利用圖重分類得出的景觀類型圖，以縣級行政區(qū)劃為基本單元，分析贛江上游區(qū)六類景觀類型的空間分布情況見表2.

表2顯示，贛江上游主要景觀類型為農(nóng)業(yè)、林地和草地，這3種類型的面積占比在98%以上.其中，林地是本區(qū)占比最大的景觀類型，2005年面積比高達81.39%.按照面積比，本區(qū)景觀類型依次為林地、耕地、草地、水域、聚落和其他類型.從各個縣(或縣級市)空間分布分析，林地和農(nóng)業(yè)景觀占比最大.定南的林地比重最高，達到90.8%，尋烏、崇義也接近90%.農(nóng)業(yè)景觀占比最大的縣市是南康，高達18.4%，贛州市區(qū)、信豐、大余等也在15%以上.聚落景觀占比中位數(shù)為0.93%，接近1%.

通過計算四期景觀類型占比，分析研究區(qū)景觀類型的變化情況見表3.根據(jù)表3，贛江上游聚落景觀增加明顯，從1986的0.9%增加到2005年的0.97%.草地和其他景觀類型持續(xù)下降，尤其是其他景觀類型，20年間減少了50%，占比從1986年的0.02%，到2005年減少為0.01%.水域景觀在波動中上升，而林地景觀、農(nóng)業(yè)景觀變化平緩但略有增加.

表3　1986-2005年贛江上游主要景觀類型占比變化

圖2　1986-2005年贛江上游區(qū)生態(tài)風(fēng)險指數(shù)動態(tài)變化

圖3　2005年贛江上游區(qū)生態(tài)風(fēng)險分區(qū)

3.2贛江上游生態(tài)風(fēng)險變化分析

基于2.3中介紹的區(qū)域景觀綜合生態(tài)風(fēng)險模型，分析1986年以來贛江上游區(qū)的生態(tài)風(fēng)險變化情況(圖2).

據(jù)圖2，贛江上游區(qū)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在1986年到1995年期間呈下降趨勢，自1995年后，逐步上升，速度由快到緩.結(jié)合表3可以看出，1986-2005年景觀類型結(jié)構(gòu)的變化與生態(tài)風(fēng)險指數(shù)呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性：聚落景觀比重最高的年份(2005年)生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最高.究其原因，在贛江上游區(qū)四期景觀類型中，景觀結(jié)構(gòu)雖保持了一定的穩(wěn)定性，但是內(nèi)部不同景觀類型的轉(zhuǎn)換在持續(xù)發(fā)生，景觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整，直接影響了生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的變化，而前者更多的受到社會經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動(聚落占比持續(xù)增加).隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展,不同景觀類型之間的轉(zhuǎn)換速度可能還會加快，贛江上游區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能也會發(fā)生較大改變，生態(tài)風(fēng)險也會隨之增加，進而會影響到生態(tài)潛力的發(fā)揮.

3.3生態(tài)風(fēng)險區(qū)劃分析

根據(jù)2005年贛江上游區(qū)各縣(或縣級市)的各個景觀類型的面積比重和GIS技術(shù)，以縣市為評價單元對研究區(qū)進行生態(tài)風(fēng)險區(qū)劃分析(圖3).圖3中，風(fēng)險等級中的Ⅰ～Ⅳ級是根據(jù)計算出來的風(fēng)險指數(shù)以0.05為間隔進行劃分的.其中，把指數(shù)在0.80以下的劃分為Ⅰ級風(fēng)險區(qū)，0.80-0.85、0.85-0.90、0.90以上的依次劃分為Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級.等級越高表明其生態(tài)風(fēng)險指數(shù)越大，生態(tài)風(fēng)險水平越高.

圖3顯示，贛江上游區(qū)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)總體從南向北有遞增趨勢，贛州市區(qū)和南康區(qū)最高，其次是石城、寧都、大余、于都、信豐、瑞金，林地面積較大的上猶、贛縣、全南、安遠、興國、龍南稍低，而定南、尋烏和崇義三縣的生態(tài)風(fēng)險水平最低.

3.4生態(tài)風(fēng)險系統(tǒng)變化機制分析

基于2005年贛江上游區(qū)景觀類型分布數(shù)據(jù)和2005年贛江上游區(qū)人口、GDP和道路長度等數(shù)據(jù)，通過本文所構(gòu)建的生態(tài)風(fēng)險指標(biāo)體系分析模型，探討分析影響生態(tài)風(fēng)險的變化機制.其中，風(fēng)險源因子基于贛江上游區(qū)景觀類型結(jié)構(gòu)變化數(shù)據(jù)進行選取，選取變化顯著的農(nóng)業(yè)景觀、聚落景觀、林地景觀面積占比作為指標(biāo)；風(fēng)險受體中各項指標(biāo)是利用專業(yè)軟件FRAGSTATS3.3對2005贛江上游區(qū)景觀類型分類景觀圖分析得出，斑塊密度、形狀指數(shù)反映景觀斑塊復(fù)雜程度，聚集度反映板塊的空間構(gòu)型[13]；風(fēng)險效應(yīng)選取的是與贛江上游區(qū)生態(tài)環(huán)境變化、頻發(fā)自然災(zāi)害息息相關(guān)的3個指標(biāo)，包括植被覆蓋度、水面率、人口密度3項.根據(jù)FRAGSTATS3.3和ArcGIS10.2的計算結(jié)果，在SPSS17.0軟件中，本文采用主成分分析法，探討影響風(fēng)險三要素的主要影響因子.分析結(jié)果如下(表4).

根據(jù)分析結(jié)果，農(nóng)業(yè)景觀比例和聚落景觀比例是驅(qū)動贛江上游區(qū)風(fēng)險源強的主要因子.綜合分析表3和圖3可以看出，因近年來贛州城區(qū)及各縣市強力推進城市化進程、工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展及人口持續(xù)增長，贛江上游區(qū)的景觀類型格局也隨之變化，林地減少，聚落和農(nóng)業(yè)景觀增加，風(fēng)險源強增加，對本地生態(tài)穩(wěn)定性造成了一定的影響，生態(tài)風(fēng)險水平有增加趨勢.

表4　風(fēng)險要素主要影響因子分析

注：1、KMO 和 Bartlett 的檢驗顯示，風(fēng)險源、風(fēng)險受體和風(fēng)險效應(yīng)在檢驗統(tǒng)計量觀測值為

1.896、2.87、0.83時，相應(yīng)的概率p分別為0.59、0.41和0.84，高于顯著性水平.但本研究僅用之確定主要因子，未作定量分析.2、根據(jù)特征值大于1的標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)險源和風(fēng)險受體選取兩個主要影響因子，風(fēng)險效應(yīng)選取一個主要影響因子.

受體暴露度是反映一個區(qū)域風(fēng)險源強空間暴露程度，土地斑塊形狀越復(fù)雜、空間越分散、景觀類型越多，面對風(fēng)險源壓力的受體暴露度越大[13].根據(jù)分析結(jié)果，在贛江上游區(qū)景觀類型的形狀指數(shù)和斑塊密度對受體暴露度起正效應(yīng)，聚集度起負效應(yīng)，其中形狀指數(shù)和聚集度是受體暴露度的主要影響因子.

風(fēng)險效應(yīng)中植被覆蓋度是風(fēng)險效應(yīng)的主要影響因子(表4).贛江上游區(qū)植被覆蓋率高，林地景觀是生態(tài)環(huán)境的最主要組分.如果林地面積持續(xù)減少、植被覆蓋率不斷降低，受其影響的風(fēng)險源強和生態(tài)風(fēng)險效應(yīng)值也會發(fā)生著相應(yīng)的變化，綜合風(fēng)險源的主要影響因子可以看出兩者具有高度的相關(guān)性.

總之，生態(tài)風(fēng)險三要素中，風(fēng)險源、風(fēng)險受體和風(fēng)險效應(yīng)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同決定著區(qū)域生態(tài)風(fēng)險的大小和趨勢.受農(nóng)業(yè)景觀比例和聚落景觀比例驅(qū)動的風(fēng)險源強變化，作用于風(fēng)險受體，最終以植被覆蓋度等風(fēng)險效應(yīng)展現(xiàn)，造成了贛江上游區(qū)景觀格局的變化，進而影響贛江上游區(qū)生態(tài)風(fēng)險水平.

3.5生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子分析

結(jié)合生態(tài)風(fēng)險機制分析和贛江上游區(qū)社會經(jīng)濟、人口情況，研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險的驅(qū)動因子可歸納出以下幾個方面.

4結(jié)論和討論

本文基于1980s年代以來贛江上游區(qū)四期土地利用數(shù)據(jù)，在校對和重分類后，從林地、草地、水域、農(nóng)業(yè)、聚落和其他六種景觀類型的時空變化視角，綜合風(fēng)險指數(shù)的分析方法和生態(tài)風(fēng)險要素系統(tǒng)，分析了贛江上游區(qū)的生態(tài)風(fēng)險時空變化狀況和驅(qū)動因素.研究得出如下結(jié)論：

基于本文研究結(jié)論，林地景觀是贛江上游區(qū)最主要的景觀類型，林地景觀的面積占比、破碎化程度、形狀指數(shù)等可用來直觀表征本區(qū)域生態(tài)風(fēng)險水平，林地景觀占比較高的縣市，生態(tài)風(fēng)險水平較低，如定南縣、尋烏縣等，林地占比在90%左右，均屬于低度風(fēng)險區(qū).綜合自然、人文、經(jīng)濟三方法的生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子，人文、經(jīng)濟因子依然是驅(qū)動本區(qū)生態(tài)風(fēng)險水平變化的主要因素.加速的城市化進程使聚落景觀面積占比出現(xiàn)了明顯增加，人口密度和經(jīng)濟發(fā)展水平較高的贛州市轄區(qū)和南康區(qū)成為極高的生態(tài)風(fēng)險區(qū)，面臨著林地、水域面積減少、景觀斑塊化和生態(tài)廊道缺失等問題.研究區(qū)發(fā)達的采礦業(yè)也直接影響礦區(qū)所在縣市的生態(tài)風(fēng)險水平.研究區(qū)稀土、鎢等礦產(chǎn)資源豐富，但開采相對工藝簡單，監(jiān)管不力，常造成水土流失、破壞森林植被及污染環(huán)境等問題.其中，著名的鎢礦所在地大余縣，就因生態(tài)環(huán)境退化成為高度生態(tài)風(fēng)險區(qū).受本區(qū)特殊的自然地理環(huán)境影響，自然驅(qū)動因子中的地形、氣候、土壤等因素對生態(tài)風(fēng)險也有直接的影響，如位于贛江源自然保護區(qū)的石城縣，屬于典型的東南丘陵低山區(qū)，“八山半水一分田”.雖經(jīng)濟發(fā)展水平不高，但林地占比只有71.37%，且易受洪水災(zāi)害影響，滑坡、沖溝坍塌、泥石流等多發(fā)，生態(tài)風(fēng)險水平較高.因此，在降低贛江上游區(qū)生態(tài)風(fēng)險的策略中，既需要科學(xué)利用政策、規(guī)劃的作用，把經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護與修復(fù)整合起來，優(yōu)化各個景觀類型的空間格局.還需要加強生態(tài)風(fēng)險科學(xué)管理，根據(jù)不同縣市的生態(tài)風(fēng)險水平，因地制宜的進行動態(tài)的、實時的監(jiān)控和科學(xué)的分析，辨析生態(tài)風(fēng)險源的類型、影響范圍和作用強度，采取多種措施有效管理風(fēng)險.

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* 收稿日期：2016-03-16

DOI：10.13698/j.cnki.cn36-1037/c.2016.03.019

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(41561020)

作者簡介：劉光旭(1977-)，男，河南南陽人，贛南師范學(xué)院地理與規(guī)劃學(xué)院講師、博士，研究方向：災(zāi)害風(fēng)險與資源環(huán)境.

中圖分類號：X171；P208

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-8332(2016)03-0072-05

A Research on Changes of Ecology Risk in the Upstream of the Ganjiang River based on Landscape Patterns

LIU Guangxu, MAO Mengyao, XIANG Aicun

(SchoolofGeographyandPlanning,GannanNormalUniversity,Ganzhou341000,China)

Abstract:It is a scientific basis for regional ecological risk management to research into changes in ecological risk based on landscape patterns. This paper employed a regional synthesis risk analysis model, integrated with methods like analytic hierarchy process(AHP),GIS technology and FRAGSTATS3.3 software, to analyze the temporal and spatial variation characteristic of ecological risk since 1980s as well as their driving factors in the upstream of the Ganjiang River. The data were from Data-Sharing Network of Earth System Science including the land use GIS records in 1986, 1995, 2000 and 2005.We extracted the ecological landscape types, calculated and analyzed the risk elements such as the risk source, risk receptors and risk effects. The results show that of the six landscape types involved, the ratio of settlement landscape noticeably increased from 0.90% in 1986 to 0.97% in 2005. The ratios of landscapes such as forests, agricultures and waters have fluctuated to increase slightly. The ratio of grasslands and other landscapes have tended to decline. The comprehensive ecological risk indexes exhibit that the ecological risk levels in the region of interest have remarkably increased since 1990s. The driving factor analysis from the three risk elements proclaims that the risk source in the upstream of the Ganjiang River were mainly from the agriculture landscape and settlement landscape, which implies human disturbances might be the key factor to explain the ascending tendency of ecological risk level.

Key words:upstream of the Ganjiang River; landscape patterns; ecological risk; driving factors

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