劉永超, 李加林,2, 史小麗, 袁麒翔,4, 浦瑞良, 楊 磊

(1.寧波大學(xué) 地理與空間信息技術(shù)系, 浙江 寧波 315211; 2.浙江省海洋文化與經(jīng)濟(jì)研究中心,浙江 寧波 315211; 3.寧波大學(xué) 學(xué)報(bào)編輯部, 浙江 寧波 315211; 4.象山縣海洋與漁業(yè)局海洋資源管理中心, 浙江 象山 315700; 5.南佛羅里達(dá)大學(xué) 地理系, 美國(guó) 佛羅里達(dá) 坦帕 33620)

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1985-2015年美國(guó)Tampa Bay流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)研判

劉永超1, 李加林1,2, 史小麗3, 袁麒翔1,4, 浦瑞良5, 楊 磊1

(1.寧波大學(xué) 地理與空間信息技術(shù)系, 浙江 寧波 315211; 2.浙江省海洋文化與經(jīng)濟(jì)研究中心,浙江 寧波 315211; 3.寧波大學(xué) 學(xué)報(bào)編輯部, 浙江 寧波 315211; 4.象山縣海洋與漁業(yè)局海洋資源管理中心, 浙江 象山 315700; 5.南佛羅里達(dá)大學(xué) 地理系, 美國(guó) 佛羅里達(dá) 坦帕 33620)

摘要：[目的] 探究坦帕灣流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化態(tài)勢(shì),為中國(guó)港灣流域開發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃提供科學(xué)借鑒。[方法] 以1985,1995,2005及2015年4個(gè)時(shí)期的TM/OLI遙感影像為主要數(shù)據(jù)源,結(jié)合土地利用數(shù)據(jù),構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局演變模型,對(duì)美國(guó)坦帕灣流域景觀格局及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空特征進(jìn)行了分析。[結(jié)果] (1) 研究期間,坦帕灣流域人工景觀面積明顯大于自然景觀面積。 (2) 1985年,坦帕灣流域景觀低、較低等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占流域總面積的24.16%和20.30%。1995年以后,低、較低等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有減少,中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積顯著增加。至2015年,高、較高等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積與前20 a相比仍在增加。 (3) 30 a來坦帕灣流域內(nèi)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低向高轉(zhuǎn)變的總面積為3 210.84 km2,約占全流域總面積的48.65%,較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)沿港灣海域一側(cè)區(qū)域繼續(xù)擴(kuò)張,大陸一側(cè)東北部逐漸零星出現(xiàn)。[結(jié)論] 受人類活動(dòng)的影響,近30 a來坦帕灣流域景觀及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局時(shí)空變化顯著,但后10 a生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升速率明顯低于前20 a,說明人類在開發(fā)利用港灣資源的同時(shí),也逐漸注重港灣流域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與管理。

關(guān)鍵詞：景觀格局; 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn); 空間分析; Tampa Bay流域

文獻(xiàn)參數(shù)： 劉永超, 李加林, 史小麗, 等.1985—2015年美國(guó)Tampa Bay流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)研判 [J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：125-130.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.023

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是隨著環(huán)境管理目標(biāo)和環(huán)境觀念的轉(zhuǎn)變而逐漸興起并得到發(fā)展的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過了解各種生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，評(píng)估不同生態(tài)系統(tǒng)遭遇風(fēng)險(xiǎn)的可能性及受到生態(tài)危害的大小，確定其抵抗風(fēng)險(xiǎn)的能力，為風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持[1]?？茖W(xué)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)格局演化分析對(duì)建立生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制、降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概率[2]，促進(jìn)流域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了較多的流域生態(tài)研究，主要涉及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估[3-5]，道路[6]、城市化[7]對(duì)流域景觀的影響，干旱區(qū)內(nèi)陸河流[8-9]、湖泊[10]的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析，海岸濕地景觀格局與景觀生態(tài)建設(shè)[11-12]以及生態(tài)學(xué)視野下流域土地利用研究[13]等，但較少有景觀尺度的流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分異評(píng)價(jià)研究見文獻(xiàn)[14]。坦帕灣流域位于美國(guó)東南佛羅里達(dá)半島中段海岸西部，受熱帶海洋氣團(tuán)與極地大陸氣團(tuán)交替控制，屬熱帶氣候與亞熱帶氣候的過渡地帶，該區(qū)域開發(fā)歷史悠久，長(zhǎng)期的人類活動(dòng)使流域生態(tài)環(huán)境受到了不同程度的影響和破壞。本文擬以坦帕灣流域?yàn)檠芯繀^(qū)，構(gòu)建流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，對(duì)1985—2015年以人類生產(chǎn)、生活開發(fā)利用活動(dòng)為主要風(fēng)險(xiǎn)源的景觀利用進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局演化分析，探明研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化態(tài)勢(shì)，以期為中國(guó)港灣流域開發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃提供科學(xué)借鑒。

1研究區(qū)概況

坦帕灣是美國(guó)東南部的一個(gè)大型天然海灣，地理位置介于27°30′—28°15′ N和83°00′—81°45′ W，由希爾斯堡灣、舊坦帕灣、中坦帕灣和低坦帕灣這4部分組成。行政上包含了佛羅里達(dá)州派內(nèi)拉斯縣、希爾斯伯勒縣的大部分區(qū)域，馬納提縣、帕斯科縣、波爾克縣以及薩拉索塔縣的局部地區(qū)。坦帕灣是佛羅里達(dá)州最大的開放型河口，灣口至灣頂?shù)拈L(zhǎng)度約為56 km，寬度約為8～16 km，水面面積為1 030 km2，平均深度小于4 m。坦帕灣底部多泥沙，流入河流較多，年平均河流水量約為63 m3/s，包括Hillsborough，Alafia，Manatee，Little Manatee河在內(nèi)的100多條大小河流，流域面積約為6 600 km2，水體總體積約為4.00×109m3。

本研究所指的坦帕灣流域范圍選用美國(guó)坦帕灣水圖網(wǎng)中的流域矢量數(shù)據(jù)為界[15]，包括了坦帕、圣彼得斯堡、清水等十幾座中小型城市，面積2 560 km2，人口約300萬。全區(qū)地勢(shì)平坦，多年平均降水量1 100 mm，蒸發(fā)量1 200 mm，河流分散。6 000 a前 Manasota人就在坦帕灣沿岸定居，19世紀(jì)以來，坦帕灣地區(qū)的舊坦帕灣、希爾斯堡灣以及中坦帕灣沿岸城市化進(jìn)程加快，導(dǎo)致海洋環(huán)境污染、海水動(dòng)力條件失衡、港灣生態(tài)環(huán)境破壞等，使可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近幾十年，坦帕灣交通隨著航道清淤工程和跨海大橋的建設(shè)而非常發(fā)達(dá)，港口經(jīng)濟(jì)逐漸成為坦帕灣的重要發(fā)展方向，港灣周邊的房地產(chǎn)開發(fā)、港口建設(shè)、漁業(yè)發(fā)展等對(duì)港灣自然景觀生態(tài)過程造成了更為顯著的影響。然而20世紀(jì)90年代以來，坦帕灣推行海灣保護(hù)計(jì)劃并配套采取一系列的港灣保護(hù)與管理方案，生態(tài)環(huán)境得到一定程度改善。

2數(shù)據(jù)與方法

2.1景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)來源及處理

以1985，1995，2005及2015年的TM/OLI遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m，每年包含2景影像，影像行列號(hào)為16-41和17-41。采用的Landsat影像數(shù)據(jù)都由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站[16]、地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站[17]免費(fèi)提供，其中TM影像為美國(guó)陸地衛(wèi)星landsat-5拍攝，共7個(gè)波段，OLI影像為2013年最新發(fā)射的美國(guó)陸地衛(wèi)星landsat-8所獲取，共9個(gè)波段。在Envi 4.7軟件的支持下，以坦帕灣1∶5萬地形圖為基準(zhǔn)并結(jié)合GPS野外調(diào)查控制點(diǎn)對(duì)4期TM/OLI遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合校正處理，為保證校正精度，采用三次多項(xiàng)式模型，選取容易識(shí)別、且每年幾乎沒有變化的地物標(biāo)志(如橋梁的端點(diǎn)，道路的交叉點(diǎn)及圍墾的邊界點(diǎn)等)作為地面控制點(diǎn)，每景影像的控制點(diǎn)>10個(gè)，且均勻分布在影像上。重采樣方式選擇雙線性內(nèi)插，使得校正結(jié)果的總均方根誤差<0.5個(gè)像元。在此基礎(chǔ)上，參考坦帕灣河口保護(hù)計(jì)劃官方網(wǎng)站提供的佛羅里達(dá)州土地利用/土地覆被矢量數(shù)據(jù)[18]，將研究區(qū)的景觀類型劃分為建設(shè)用地、娛樂休閑用地、未利用地、耕地與牧場(chǎng)、河流與湖泊、林地及灘涂與沼澤，利用eCognition Developer 8.7基于樣本的分類方式進(jìn)行初步分類，通過分類后比較法[19]以及人機(jī)交互式解譯等方法，借助ArcGIS 10.2對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行校對(duì)、更正，得到研究區(qū)1985—2015年的景觀格局矢量圖。在此基礎(chǔ)上，對(duì)4期遙感圖像的分類結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，分別在每幅景觀類型圖中產(chǎn)生檢驗(yàn)點(diǎn)200個(gè)，解譯精度為0.87，達(dá)到研究需求。最后將不同時(shí)期的各類型景觀作為流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的受體，在此基礎(chǔ)上建立生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，利用ArcGIS 10.2中的Spatial Analyst及Geostatistical Analyst工具，得到坦帕灣流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布圖，對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。

人類活動(dòng)導(dǎo)致的流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局演變分析可以表示為流域景觀的生態(tài)脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)受體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的響應(yīng)程度函數(shù)式[20]，其中包括干擾度指數(shù)、破碎度指數(shù)、分離度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、損失度指數(shù)。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，同時(shí)在借鑒已有研究成果[21-22]的基礎(chǔ)上，采用專家打分法，將研究區(qū)的景觀類型脆弱性分為7級(jí)，由低到高分別為建設(shè)用地、林地、耕地與牧場(chǎng)、河流與湖泊、娛樂休閑用地、灘涂與沼澤和未利用地，歸一化處理后得到各類景觀類型的脆弱度指數(shù)Fi(表1)。并利用ArcGIS 10.2及Fragstats 3.4軟件的相關(guān)功能，分別提取1985—2015年各景觀類型面積及斑塊數(shù)，參照張學(xué)斌等[20]的計(jì)算公式，得到坦帕灣流域1985，1995，2005，2015年各景觀類型的景觀格局指數(shù)(表1)。

表1　美國(guó)坦帕灣流域1985，1995，2005，2015年景觀格局指數(shù)

2.2生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析方法

結(jié)合已有相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)[23-24]，并綜合考慮研究區(qū)范圍及處理工作量的大小，將研究區(qū)劃分為20 km×20 km的風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)采樣方格，運(yùn)用等間距系統(tǒng)采樣法，落在研究區(qū)范圍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)共117個(gè)。計(jì)算每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，將其作為該小區(qū)中心質(zhì)點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

計(jì)算景觀指數(shù)并構(gòu)建綜合的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[20]來表征一個(gè)樣地內(nèi)綜合的生態(tài)損失的相對(duì)大小，通過采樣的方法將景觀的空間格局轉(zhuǎn)化為空間化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變量。在此過程中，引入景觀各組分的面積比重，由景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)來構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其計(jì)算公式如下：

(1)

式中：ERIi——第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ri——i類景觀的損失度指數(shù)；Aki——第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)景觀類型i的面積(km2)；Ak——第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的面積(km2)；N——風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)景觀類型的數(shù)目。

在此基礎(chǔ)上，得出坦帕灣流域117個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)1985，1995，2005及2015年的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)其變異函數(shù)進(jìn)行理論模型的最優(yōu)擬合。然后選取高斯模型并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，運(yùn)用ArcGIS 10.2的地統(tǒng)計(jì)分析模塊，通過Kriging進(jìn)行區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分析。為便于比較不同時(shí)期的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) 的大小變化情況，在此采用相對(duì)指標(biāo)法進(jìn)行計(jì)算和空間模擬，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行自然斷點(diǎn)等距劃分，等級(jí)間隔為0.018，共5個(gè)等級(jí)：低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI<0.035)，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.035≤ERI<0.053)，中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.053≤ERI<0.071)，較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.071≤ERI<0.089)，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI≥0.089)。最后利用ArcGIS 10.2中的空間疊加分析功能，將研究區(qū)各時(shí)段生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布圖進(jìn)行疊加，得到坦帕灣流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖，并定量分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化面積和速率。

3結(jié)果與分析

3.1景觀格局時(shí)空變化

根據(jù)遙感解譯結(jié)果可以看出(附圖1)，1985—2015年，坦帕灣流域隨著人類活動(dòng)對(duì)其資源環(huán)境時(shí)空控制力的提升景觀格局變化顯著，且人工景觀面積明顯大于自然景觀面積，具體表現(xiàn)出建設(shè)用地、娛樂休閑用地和未利用地等人工景觀面積不斷增加，河流與湖泊、林地、灘涂與沼澤等自然景觀面積不斷減少的態(tài)勢(shì)(圖1)。各景觀類型中，30 a來面積減少最多的為耕地與牧場(chǎng)，凈減少量為138.40 km2。面積增加最多的為建設(shè)用地，占整個(gè)研究區(qū)景觀類型增加總量的80.63%，娛樂休閑用地和未利用地雖有所增加，但相對(duì)建設(shè)用地而言，優(yōu)勢(shì)并不明顯。特別是1995年以來研究區(qū)人類活動(dòng)及港灣資源利用趨勢(shì)繼續(xù)加快，使境內(nèi)的派內(nèi)拉斯和希爾斯伯勒縣近海平原都市圈發(fā)展較為成熟，重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域也轉(zhuǎn)移至帕斯科縣東南部、波爾克縣西部和薩拉索塔縣北部，人工景觀主導(dǎo)地位進(jìn)一步強(qiáng)化，成為影響流域景觀格局演變的重要因素。

圖1　1985-2015年美國(guó)坦帕灣流域景觀結(jié)構(gòu)及面積構(gòu)成變化

從景觀類型的斑塊數(shù)量上看(圖2)，1985—2015年各景觀類型的斑塊數(shù)量均有變化，從1985年的3820個(gè)增加到2015年的4 131個(gè)，其中以建設(shè)用地減少最為明顯，由1985年的583個(gè)減少至2015年的489個(gè)，減少率達(dá)19.22%。此外，河流與湖泊累計(jì)增加64個(gè)，是斑塊數(shù)量動(dòng)態(tài)變化僅次于建設(shè)用地的景觀類型。變化最小的景觀類型是灘涂與沼澤。這說明受流域人居環(huán)境開發(fā)空間的限制，坦帕灣西部、北部沿海區(qū)域在人類活動(dòng)的干擾下，建設(shè)用地斑塊數(shù)量減少，破碎度降低，景觀類型由復(fù)雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊鑲嵌體向單一、均質(zhì)和連續(xù)的人工景觀密集整體變化。另外，坦帕灣林地因水系襯砌、牧場(chǎng)開發(fā)等導(dǎo)致天然林與紅樹林破壞，造成林地景觀干擾度指數(shù)上升，使破碎度波動(dòng)加大，但優(yōu)勢(shì)景觀仍為林地、建設(shè)用地，可以看出坦帕灣在城市化的進(jìn)程中，同時(shí)也注意了對(duì)自然景觀的維護(hù)與保育。

圖2　1985-2015年美國(guó)坦帕灣流域各景觀類型斑塊數(shù)量變化

3.2景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局時(shí)空分異

研究期間，坦帕灣流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化較大(附圖2)，對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的分級(jí)所占面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

可以看出，1985—2015年研究區(qū)高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在：舊坦帕灣派內(nèi)拉斯縣東南部、希爾斯堡灣希爾斯伯勒縣西岸中部近海低地區(qū)域、中坦帕灣馬納提縣西北部及希爾斯伯勒西南部。該區(qū)域是佛羅里達(dá)州開發(fā)較早的區(qū)域，形成了以“克利爾沃特市、圣彼得斯堡市、坦帕市”為中心的都市圈，人口眾多，交通發(fā)達(dá)，建成區(qū)面積較大，是人類活動(dòng)最為劇烈的區(qū)域，因此生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向馬納提東北部、希爾斯伯勒東南部和波爾克西南部3縣交界地帶及帕斯科縣附近遷移，面積減少1 229.24 km2，所占比例下降28.41%，這是由于20世紀(jì)90年代房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)快速轉(zhuǎn)移至此，景觀人工化強(qiáng)度顯著變化。較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向希爾斯伯勒縣東北方向推進(jìn)，面積增加531.8 km2；分布在流域下游港灣海岸的中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向河口不斷收縮，同時(shí)，流域內(nèi)的高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，被較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包圍，面積逐漸增加；較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在派內(nèi)拉斯縣、舊坦帕灣沿岸、希爾斯堡灣及中坦帕灣海岸帶，所占比例增加至15.86%；高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在派內(nèi)拉斯縣和希爾斯伯勒縣擴(kuò)展為大片區(qū)域，面積增加370.50 km2，所占比例上升8.56%，這也說明港灣都市圈的交通路網(wǎng)修建、城鎮(zhèn)化推進(jìn)提升了該區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移亦推動(dòng)了流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生改變的速度。

流域各等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積變化差異較大，且主要集中在1995年以后。1985年以低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積為主，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積較小。2005年低、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積減小，而較低、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加，流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)由低等級(jí)為主導(dǎo)演化為低、較低與高等級(jí)并存的態(tài)勢(shì)。研究區(qū)內(nèi)陸流域上游地區(qū)帕斯科中南部以及馬納提縣東南部林地景觀類型廣布，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度低，其中部分地區(qū)景觀類型是以耕地與牧場(chǎng)為主，脆弱度較高，導(dǎo)致出現(xiàn)較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；海岸平原區(qū)開發(fā)歷史悠久，城市化水平高，人口稠密，人工景觀廣布，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)加大。尤其是20世紀(jì)90年代以來，該區(qū)房地產(chǎn)開發(fā)、港口建設(shè)、漁業(yè)發(fā)展等對(duì)耕地的需求加大，使港灣資源環(huán)境開發(fā)過度，人類活動(dòng)作為一種外在力量疊加于自然景觀演變之上，加劇了流域生態(tài)環(huán)境的惡化。與此同時(shí)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展，雖然海灣保護(hù)計(jì)劃已經(jīng)實(shí)施，但受生態(tài)環(huán)境惡化逆轉(zhuǎn)周期較長(zhǎng)的影響，近10 a的高、較高等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積與前20 a相比仍在增加。

3.3景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化分析

30 a間各等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積增減交替演變，在此將4個(gè)不同時(shí)期的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布圖按照時(shí)間順序進(jìn)行疊加，得到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣，進(jìn)而得出1985—1995,1995—2005,2005—2015以及1985—2015年各生態(tài)等級(jí)轉(zhuǎn)化面積和速率的動(dòng)態(tài)變化情況(圖3)。

對(duì)各時(shí)段相互轉(zhuǎn)化量進(jìn)行分析，總體來看，1985—2015年整個(gè)流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低向高轉(zhuǎn)變的總面積為3 210.84 km2，約占全流域總面積的48.65%。其中，變化最大的是由低到較低等級(jí)的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化面積達(dá)1 396.45 km2，此類變化主要分布在內(nèi)陸帕斯科縣中部、波爾克縣西南部、馬納提縣東北部以及希爾斯伯勒縣東部地區(qū)，這說明隨著人類干擾強(qiáng)度的深化，較多的林地景觀被生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的耕地與牧場(chǎng)、建設(shè)用地等景觀類型所替代，使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)上升?？梢钥闯?，坦帕灣流域在過去的30 a間，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在整體上呈現(xiàn)出逐步增高的趨勢(shì)。

注：A低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)； B較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)； C中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)； D較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)； E高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

1985—1995年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低到高轉(zhuǎn)變的面積為852.61 km2，其中以中到較高等級(jí)最為明顯，年均轉(zhuǎn)化速率為33.35 km2/a，表明人類活動(dòng)對(duì)該區(qū)的生態(tài)影響逐步增大，并且隨著人類對(duì)流域下游派內(nèi)拉斯縣、舊坦帕灣以及希爾斯伯灣的開發(fā)利用強(qiáng)度加大，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈現(xiàn)由海岸帶向內(nèi)陸呈半環(huán)狀遞增趨勢(shì)。1995—2005年，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低到高轉(zhuǎn)變的速率為1985—1995年的1.23倍，此類轉(zhuǎn)化主要集中在舊坦帕灣、希爾斯堡灣以及派內(nèi)拉斯縣大部分區(qū)域。2005—2015年在前10 a的基礎(chǔ)上生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低到高累積增長(zhǎng)速率為143.19 km2/a，是前20 a變化速率的75.23%。對(duì)比前后3個(gè)時(shí)段的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化情況可知，1985—1995年由中到較高、較高到高的轉(zhuǎn)變速率較快，分別為33.35,29.57 km2/a，主要分布在中坦帕灣局部地區(qū)、希爾斯伯勒縣西北部、派內(nèi)拉斯縣中南部以及舊坦帕灣、希爾斯堡灣一帶。1995—2005年，變化最大的是低到較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化速率較前10 a有所增加，而2005—2015年，變化較大的為低到較低、較低到中的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速率累計(jì)達(dá)106.58 km2/a，在研究區(qū)均有分布?？梢钥闯?，這些較大面積的生態(tài)等級(jí)轉(zhuǎn)化源于坦帕灣流域城市化進(jìn)程加快、大都市圈與重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移發(fā)展，使土地利用與景觀結(jié)構(gòu)受干擾程度逐漸增加，不同景觀類型之間及邊界的變更越來越復(fù)雜，導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化速率遞增。而1985—2005和2005—2015年，年均轉(zhuǎn)化速率分別為26.08，17.94 km2/a，且近10 a生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升速率明顯低于前20 a，說明人類在開發(fā)利用港灣資源的同時(shí)，也逐漸注重海灣生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與管理。

4結(jié) 論

(1) 在研究時(shí)段內(nèi)，坦帕灣流域隨著人類活動(dòng)對(duì)其資源環(huán)境時(shí)空控制力提升景觀格局變化顯著，且人工景觀面積明顯大于自然景觀面積，具體表現(xiàn)出建設(shè)用地、娛樂休閑用地和未利用地等人工景觀面積不斷增加，河流與湖泊、林地、灘涂與沼澤等自然景觀面積不斷減少的態(tài)勢(shì)。另外，1995年以后坦帕灣流域派內(nèi)拉斯和希爾斯伯勒縣沿海平原都市圈發(fā)展較為成熟，重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域也轉(zhuǎn)移至帕斯科縣東南部、波爾克縣西部、薩拉索塔縣北部，使人工景觀的主導(dǎo)地位進(jìn)一步強(qiáng)化。

(2) 近30 a來，研究區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在時(shí)間演變過程上發(fā)生了顯著的變化。1985年，坦帕灣流域景觀以低、較低等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主，分別占全流域總面積的24.16%和20.30%，20世紀(jì)90年代以后，隨著港灣城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，自然景觀的人工控制程度加強(qiáng)，使帕斯科縣東部、馬納提縣西南部和波爾克縣西部的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生變化，尤其是低、較低等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有減少，中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積顯著增加。至2015年，重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展的同時(shí)，雖然海灣保護(hù)計(jì)劃已經(jīng)實(shí)施，但受生態(tài)環(huán)境惡化逆轉(zhuǎn)周期較長(zhǎng)的影響，高、較高等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積與前20 a相比仍在增加。

(3) 1985—2015年的30 a間，研究區(qū)內(nèi)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間分布格局上發(fā)生了顯著的變化。整個(gè)流域內(nèi)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由低向高轉(zhuǎn)變的總面積為3 210.84 km2，約占全流域總面積的48.65%，較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)沿港灣海域一側(cè)區(qū)域繼續(xù)擴(kuò)張，在大陸一側(cè)東北部逐漸零星出現(xiàn)，占據(jù)了原有的中、較低等級(jí)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，到2015年，較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域在港灣海岸地帶更為集中分布。而1985—2005年和2005—2015年，年均轉(zhuǎn)化速率分別為26.08，17.94 km2/a，且近10 a生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升速率明顯低于前20 a，說明人類在開發(fā)利用港灣資源的同時(shí)，也逐漸注重港灣生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與管理。

[參考文獻(xiàn)]

[1]巫麗蕓,黃義雄.東山島景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].臺(tái)灣海峽,2005,24(1):35-42.

[2]劉曉,蘇維詞,王錚,等.基于RRM模型的三峽庫(kù)區(qū)重慶開縣消落區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2012,32(1):248-256.

[3]Landis W G, Wiegers J A. Design considerations and a suggested approach for regional and comparative ecological risk assessment[J]. Human and Ecological Risk Assessment, 1997,3(3):287-297.

[4]Diamond J M, Serveiss V B. Identifying sources of stress to native aquatic fauna using a watershed ecological risk assessment framework[J]. Environmental Science & Technology, 2001,35(24):4711-4718.

[5]Obery A M, Landis W G. A regional multiple stressor risk assessment of the Codorus Creek watershed applying the relative risk model[J]. Human and Ecological Risk Assessment, 2002,8(2):405-428.

[6]劉世梁,楊志峰,崔保山,等.道路對(duì)景觀的影響及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià):以瀾滄江流域?yàn)槔齕J].生態(tài)學(xué)雜志,2005,24(8):897-901.

[7]劉存東.基于景觀格局的城市流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D].重慶:重慶師范大學(xué),2010:3-64.

[8]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:以阜康三工河流域?yàn)槔齕J].生態(tài)學(xué)雜志,2003,22(4):116-120.

[9]薛英,王讓會(huì),張慧芝,等.塔里木河干流生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].干旱區(qū)研究,2008,25(4):562-567.

[10]許妍,高俊峰,張寧紅.太湖流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2010,2(6):1-4.

[11]李加林,張忍順,王艷紅,等.江蘇淤泥質(zhì)海岸濕地景觀格局與景觀生態(tài)建設(shè)[J].地理與地理信息科學(xué),2003,19(5):86-90.

[12]王明月,李加林,鄭忠明,等.基于生態(tài)功能強(qiáng)度分析的灘涂圍墾區(qū)景觀格局優(yōu)化[J].生態(tài)學(xué)雜志,2015,34(7):1943-1949.

[13]葉延瓊,陳國(guó)階.GIS支持下的岷江上游流域景觀格局分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2006,15(1):112-115.

[14]盧遠(yuǎn),蘇文靜,華璀,等.左江上游流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].熱帶地理,2010,30(5):496-502.

[15]Xian G, Crane M. Assessments of urban growth in the Tampa Bay watershed using remote sensing data[J]. Remote Sensing of Environment, 2005,97(2):203-215.

[16]美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局官方網(wǎng)站.影像數(shù)據(jù)下載[EB/OL].(1985-07-03,1995-06-02,2005-04-20,2015-02-20)[2015-04-12]http:∥glovis.usgs.gov/

[17]地理空間數(shù)據(jù)云官方網(wǎng)站.影像數(shù)據(jù)下載[EB/OL].(2005-04-20)[2015-04-12]http:∥datamirror.csdb.cn/

[18]坦帕灣官方網(wǎng)站.坦帕灣水圖集[EB/OL].(2006-03-07)[2015-04-12]http:∥www.tampabay.wateratlas.usf.edu/digitallibrary/

[19]劉慧平,朱啟疆.應(yīng)用高分辨率遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用與覆蓋變化監(jiān)測(cè)的方法及其研究進(jìn)展[J].資源科學(xué),1999,21(3):23-27.

[20]張學(xué)斌,石培基,羅君,等.基于景觀格局的干旱內(nèi)陸河流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析:以石羊河流域?yàn)槔齕J].自然資源學(xué)報(bào),2014,29(3):410-419.

[21]徐昕.上海濱海地區(qū)景觀格局與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[D].上海:上海師范大學(xué),2008:2-70.

[22]謝花林.基于景觀結(jié)構(gòu)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(10):5020-5026.

[23]曾輝,劉國(guó)軍.基于景觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),1999,19(5):454-457.

[24]高賓,李小玉,李志剛,等.基于景觀格局的錦州灣沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(12):3441-3450.

收稿日期：2015-06-08修回日期：2015-07-30

通訊作者：李加林(1973—),男(漢族),浙江省臺(tái)州市人,博士，教授,博士生導(dǎo)師,主要從事海岸帶開發(fā)與保護(hù)研究。E-mail: nbnj2001@163.com。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0125-06

中圖分類號(hào)：Q149, X826

Landscape Ecological Risk Assessment in Tampa Bay Watershed of America During 1985-2015

LIU Yongchao1, LI Jialin1,2, SHI Xiaoli3, YUAN Qixiang1,4, PU Ruiliang5, YANG Lei1

(1.DepartmentofGeography&SpatialInformationTechniques,NingboUniversity,Ningbo,Zhejiang315211,China; 2.ResearchCenterforMarineCultureandEconomyofZhejiangProvince,Ningbo,Zhejiang315211,China; 3.EditorialDepartmentofJournalofNingboUniversity,Ningbo,Zhejiang315211,China; 4.CenterforMarineResourceManagement,OceanandFisheryBureauofXiangshanCounty,Xiangshan,Zhejiang315700,China; 5.DepartmentofGeography,UniversityofSouthFlorida,Tampa33620,USA)

Abstract：[Objective] We study the landscape ecological risk in Tampa Bay watershed of America at temporal and spatial scale in order to provide scientific reference for exploitation, utilization and protection of Chinese harbor basin. [Methods] The TM/OLI remote sensing data in Tampa Bay watershed in 1985, 1995, 2005 and 2015 and the land use data were collected as the main data source, the landscape ecological risk evolution model was constructed, and the temporal and spatial characteristics of landscape pattern and ecological risk in Tampa Bay watershed was analyzed. [Results] (1) The area of artificial landscape was significantly larger than the area of natural landscape. (2) In 1985, the low and relative low ecological risk area accounted for 24.16% and 20.30%, respectively, in the Tampa Bay watershed. After 1995, the low and relative low ecological risk area was decreased, while the moderate ecological risk area was increased significantly. High and relative high ecological risk area was keep increasing until 2015. (3) During the last 30 years, about 3 210.84 km2 of low ecological risk area was converted to high risk area, which accounted for 48.65% of the total area in the whole basin. The high ecological risk area expanded along the harbor side, and sporadic distributed in the mainland side of the Northeast area. [Conclusion] Impacted by human activities, the changes of landscape pattern and ecological risk in the Tampa Bay basin watershed was great during the past 30 years. The increasing rate of ecological risk level within the later 10 years was significantly lower than that at the initial 20 years. More attention has been paid on the protection and management of the ecological environment with the development and utilization of resources in the harbor.

Keywords:landscape pattern; ecological risk; spatial analysis; Tampa Bay watershed

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“人工地貌建設(shè)對(duì)港灣海岸地貌景觀演化的影響比較研究:以中國(guó)浙江象山港與美國(guó)佛羅里達(dá)坦帕灣為例”(41471004)， “圍墾影響下的象山港潮汐汊道潮盆系統(tǒng)沉積動(dòng)力學(xué)研究”(41171073); 浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“圍墾影響下的象山港潮汐汊道潮灘過程研究”(Y5110321); 浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃項(xiàng)目(2016R405073)； 寧波大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目(G16082)

第一作者：劉永超(1990—),男(漢族),甘肅省慶陽市人,碩士研究生,研究方向?yàn)楹０稁зY源環(huán)境保護(hù)與利用。E-mail:lycgeo@163.com。

綜合研究