董玉紅，劉世梁，王 軍，侯笑云

（1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所/國家林業(yè)局林木培育重點實驗室，北京100091；2. 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京 100875；3. 國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100812）

基于景觀格局的土地整理風(fēng)險與固碳功能評價

董玉紅1，劉世梁2※，王 軍3，侯笑云2

（1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所/國家林業(yè)局林木培育重點實驗室，北京100091；2. 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京 100875；3. 國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100812）

通過生態(tài)風(fēng)險指數(shù)構(gòu)建和碳儲量服務(wù)模擬，評價土地整理對生態(tài)風(fēng)險和固碳功能的影響，由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在生態(tài)風(fēng)險研究中的缺乏，利用土地整理前后生態(tài)風(fēng)險變化和碳儲量服務(wù)變化之間的相關(guān)關(guān)系分析，探討利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化評價生態(tài)風(fēng)險的可能。以吉林省西部重大土地整理區(qū)為研究對象，基于景觀格局變化構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，利用InVEST模型分析碳儲量服務(wù)變化，結(jié)果表明：土地整理使整理區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，優(yōu)勢景觀類型由鹽堿地和草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，耕地破碎度和分離度降低，鹽堿地和草地的分離度和破碎度增加。土地整理后，耕地、建設(shè)用地和其他用地的景觀損失度指數(shù)降低，其他景觀類型的景觀損失度指數(shù)增加。土地整理前后整理區(qū)生態(tài)風(fēng)險等級以較低風(fēng)險區(qū)和中等風(fēng)險區(qū)為主，整理后低和較低風(fēng)險區(qū)面積變化明顯，其他等級風(fēng)險區(qū)的面積變化不大。InVEST模擬結(jié)果表明，土地整理前后整理區(qū)總碳儲量分別為990.82、1 145.22萬t，總碳儲量增加154.40萬t，土地整理導(dǎo)致固碳功能的增加。相關(guān)分析結(jié)果表明整理區(qū)碳儲量服務(wù)變化與生態(tài)風(fēng)險變化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化在生態(tài)風(fēng)險評價中應(yīng)用的可能。

整理；生態(tài)；風(fēng)險評價；Invest模型；固碳功能

董玉紅，劉世梁，王 軍，侯笑云. 基于景觀格局的土地整理風(fēng)險與固碳功能評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(7)：246－253.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.032 http://www.tcsae.org

Dong Yuhong, Liu Shiliang, Wang Jun, Hou Xiaoyun. Assessment of risk and carbon sequestration function of land consolidation based on landscape pattern[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 246－253. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.032 http://www.tcsae.org

0 引 言

土地整理項目通過一系列生物、工程或綜合措施對土地資源進(jìn)行整理，不可避免地影響環(huán)境要素及其相關(guān)生態(tài)過程，影響敏感生態(tài)系統(tǒng)及景觀組分[1]。土地整理顯著改變土地利用和景觀格局，土地整理項目的景觀生態(tài)效應(yīng)受到廣泛的關(guān)注[2-6]。利用景觀結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化進(jìn)行區(qū)域尺度上生態(tài)風(fēng)險評價是當(dāng)今學(xué)者研究的趨勢[7-10]，針對土地整理活動的生態(tài)風(fēng)險評價，一般是通過建立生態(tài)風(fēng)險識別體系，采用層次分析法進(jìn)行評價并建構(gòu)綜合生態(tài)風(fēng)險評價指數(shù)[11]。目前，生態(tài)風(fēng)險評價中，景觀生態(tài)學(xué)的研究受到重視，如艾建超等[12]以吉林省鎮(zhèn)賚縣土地整理區(qū)為研究對象，分析土地整理前后的景觀格局變化和可能的生態(tài)風(fēng)險。鄧靜等[13]以天津市武清區(qū)下朱莊街農(nóng)村居民點整理工程為研究對象，利用景觀干擾度指數(shù)和脆弱度指數(shù)計算生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，分析景觀生態(tài)風(fēng)險變化。

近年來生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響已成為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的研究熱點，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用最為廣泛的是 Costanza等[14]提出的價值量評價[15-17]。土地整理的生態(tài)效益可用土地整理前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化量來衡量，一些研究通過價值量分析評價土地整理對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響[18-21]。而利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價受到關(guān)注，國內(nèi)外相關(guān)研究還很少，大多還都處在探討階段，只是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為評價終點進(jìn)行研究，康鵬等[22]提出從生態(tài)服務(wù)提供者、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險的研究。景觀格局變化后生態(tài)風(fēng)險的增大直接表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的降低，進(jìn)而影響人類福祉，彭建等[23]提出可將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失作為景觀生態(tài)風(fēng)險對人類福祉影響的重要評判依據(jù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價方法還可利用模型方法，其中InVEST模型發(fā)展最為成熟，利用InVEST模型（integrated valuation of ecosystem services and trade-offs）模擬不同土地覆被情景下生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能定量評估的空間化。國內(nèi)外學(xué)者利用該模型對碳儲量、水源供給、水土保持功能、生物多樣性以及生境質(zhì)量等生態(tài)功能評價進(jìn)行了研究[24-30]。土地整理導(dǎo)致土地利用發(fā)生變化，利用InVEST模型可模擬土地整理對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。

國家重大土地整理工程的生態(tài)風(fēng)險目前受到廣泛關(guān)注，吉林西部大安市作為重要的土地儲備戰(zhàn)略資源與土地開發(fā)整理重大工程所在地，土地整理對景觀格局產(chǎn)生了重要的影響。目前已經(jīng)進(jìn)行了不同空間幅度整理區(qū)土地整理前后的景觀格局指數(shù)[31]、基于層次分析法—模糊綜合評價模型的土地整理可持續(xù)性評價[32]以及村域、鎮(zhèn)域和縣域尺度下土地整理區(qū)的服務(wù)價值變化[33]方面的研究工作，對項目區(qū)土地整理引起的生態(tài)風(fēng)險變化目前還沒有研究。本文以大安市土地整理區(qū)為研究對象，通過生態(tài)風(fēng)險小區(qū)劃分，基于景觀格局指數(shù)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險指標(biāo)，將生態(tài)風(fēng)險指數(shù)定量化和空間化，探討土地整理對生態(tài)風(fēng)險的影響，選擇土地整理對碳儲量的擾動為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指標(biāo)，利用InVEST模型分析土地整理前后碳儲量服務(wù)的變化，進(jìn)一步分析生態(tài)風(fēng)險變化和碳儲量服務(wù)變化的相關(guān)關(guān)系，探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化應(yīng)用于生態(tài)風(fēng)險評價的可能，對于進(jìn)一步深入研究土地整理的生態(tài)效應(yīng)具有重要意義。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

大安市（123°08′45″－124°21′56″E，44°57′00″－45°45′51″N）位于吉林省西北部，地處松嫩平原腹地，總面積4 879 km2。氣候?qū)儆诎霛駶?、半干旱中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降雨量為413.7 mm，年平均蒸發(fā)量為1 749 mm，年平均氣溫4.3 ℃，年平均積溫2 921.3 ℃。大安市土壤鹽堿化程度嚴(yán)重且分布較集中，重度鹽堿地面積多[34]。大安市土地整理項目是吉林西部土地開發(fā)整理重大工程，整理區(qū)總面積約1 201.96 km2，是吉林省西部蘇打鹽堿地分布的核心區(qū)，分布范圍包括新平安鎮(zhèn)、兩家子鎮(zhèn)、樂勝鄉(xiāng)和海坨鄉(xiāng)等14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，整理區(qū)地貌類型包括微起伏平地?壟間低地?沙垅?鹽漬低地?湖沼洼地和漫灘，土壤主要有沖積土、沼澤土、鹽土和堿土等類型[31,33]?

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究景觀類型數(shù)據(jù)由國土資源部土地整治重點實驗室提供，數(shù)據(jù)來源于大安市項目區(qū)土地整理前（2008年）1:10 000土地利用圖和土地整理后（2014年）1:10 000土地整理圖，運用GIS數(shù)字化整理區(qū)的土地利用圖件，獲得整理區(qū)的景觀類型數(shù)據(jù)[31]。依據(jù)全國土地利用現(xiàn)狀分類，將整理區(qū)景觀類型劃分為 9類，包括林地、建設(shè)用地、交通運輸用地、耕地、鹽堿地、濕地、草地、其他用地和園地。項目區(qū)土地整理前后的景觀類型及分布如圖1所示。

1.2.2 風(fēng)險小區(qū)劃分

為了能夠?qū)⑸鷳B(tài)風(fēng)險值進(jìn)行空間化，將整理區(qū)按4 km×4 km的采樣網(wǎng)格進(jìn)行劃分，獲得146個生態(tài)風(fēng)險小區(qū)，分別計算每個生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，分析土地整理前后整理區(qū)的生態(tài)風(fēng)險變化情況。

圖1 大安市土地整理前后的景觀類型Fig.1 Landscape types before and after land consolidation in Da’an city

1.2.3 景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)構(gòu)建

利用景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)計算每個生態(tài)風(fēng)險小區(qū)各景觀類型的損失度指數(shù)，基于小區(qū)內(nèi)各景觀類型的面積比例和景觀損失度指數(shù)計算生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（ecological risk index, ERI）。

1）景觀干擾度指數(shù)

景觀干擾度指數(shù)（Si）用來反映生態(tài)系統(tǒng)受外部干擾的程度，通過景觀格局分析，利用景觀破碎度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)和景觀優(yōu)勢度指數(shù)的疊加來構(gòu)建景觀干擾度指數(shù)[10,35]。其表達(dá)式為

式中Ci是景觀破碎度指數(shù)，，Ni是景觀分離度指數(shù)，，Di是景觀優(yōu)勢度指數(shù)，Ci=0.4Li+0.6Pi。ni為景觀類型i的斑塊數(shù)，Ai為景觀類型i的總面積，A為景觀總面積，hm2；Li為景觀i的斑塊數(shù)/斑塊總數(shù)，Pi為景觀i的斑塊面積/總面積。a、b、c為Ci、Ni和Di的權(quán)重，且a+b+c=1，根據(jù)相關(guān)研究，a、b和c分別賦以0.5、0.3、0.2的權(quán)重值，由于鹽堿地的生態(tài)脆弱性強，優(yōu)勢度更能代表其受干擾程度，因此，a、b和c分別賦以0.3、0.2、0.5的權(quán)重值[12,36]。

2）景觀脆弱度指數(shù)

景觀脆弱度指數(shù)（Fi）表示受外部干擾導(dǎo)致的不同景觀類型所代表生態(tài)系統(tǒng)的易損性，采用專家打分法[8-9]，將研究區(qū)景觀類型的脆弱性分為9級，從低到高依次為：交通運輸用地、建設(shè)用地、林地、草地、園地、耕地、濕地、鹽堿地、其他用地，通過歸一化處理計算各景觀類型的脆弱度指數(shù)Fi，分別為0.02、0.04、0.07、0.09、0.11、0.13、0.16、0.18和0.20。

3）景觀損失度指數(shù)

每一景觀類型的景觀損失度指數(shù)Ri，可以表示為以下公式

式中Si是景觀干擾度指數(shù)；Fi是景觀脆弱度指數(shù)。

4）生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

利用各景觀類型的面積比例和景觀損失度指數(shù)，建立景觀結(jié)構(gòu)和區(qū)域生態(tài)風(fēng)險之間的聯(lián)系，計算各生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)[8,37]

式中 ERIi是為景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；n為生態(tài)風(fēng)險小區(qū)內(nèi)景觀類型的數(shù)量，Ai為第生態(tài)風(fēng)險小區(qū)i類景觀類型的面積；A為生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的總面積。

1.2.4 基于InVEST模型的碳儲量服務(wù)模擬

利用 InVEST模型中的碳儲量模塊對土地整理區(qū)的碳儲量服務(wù)進(jìn)行評估，所需要的數(shù)據(jù)包括：整理區(qū)土地整理前后的景觀類型圖，不同景觀類型地上部分碳密度、地下部分碳密度、土壤碳密度和死亡有機碳的碳密度，碳密度數(shù)據(jù)通過查閱文獻(xiàn)[38-41]獲得（表1）。通過模型模擬獲得整理區(qū)土地整理前后的碳儲量和碳儲量變化，分析土地整理區(qū)的固碳功能變化。

表1 碳密度參數(shù)Table1 Carbon density index t·hm-2

2 結(jié)果與分析

2.1 土地整理前后景觀格局指數(shù)變化

大安市土地整理項目區(qū)各種景觀類型的景觀格局變化如表2所示，土地整理前后景觀格局變化的總趨勢是：耕地面積顯著增加，鹽堿地和草地面積顯著減少，濕地面積減少，其他景觀類型面積變化不大。土地整理后，耕地面積增加了68 432.7 hm2，斑塊數(shù)、破碎度和分離度減少，優(yōu)勢度增加，土地整理使得一些小斑塊合并成大斑塊，減少了耕地的破碎化程度。土地整理后，鹽堿地和草地面積分別減少了31 332.34和33 203.79 hm2，斑塊數(shù)、破碎度和分離度增加，優(yōu)勢度減少，土地整理使得鹽堿地和草地開發(fā)為耕地，分布特征由大片集中分布變?yōu)樾K隨機散落分布。土地整理后，濕地面積減少3 718.1 hm2，斑塊數(shù)和優(yōu)勢度減少，破碎度和分離度增加。

表2 土地整理區(qū)景觀格局指數(shù)Table2 Landscape pattern index of land consolidation district

土地整理后，林地、建設(shè)用地、交通運輸用地、其他用地和園地面積變化不大，其中林地和交通運輸用地斑塊數(shù)、破碎度、分離度和優(yōu)勢度增加，建設(shè)用地斑塊數(shù)、破碎度、分離度和優(yōu)勢度減少，其他用地的斑塊數(shù)、破碎度和分離度減少，園地的破碎度和分離度增加。耕地、鹽堿地、濕地和草地的優(yōu)勢度變化主要取決于面積變化，林地、建設(shè)用地和交通運輸用地的變化主要取決于斑塊數(shù)量變化。

2.2 土地整理前后的生態(tài)風(fēng)險評價

土地整理區(qū)各景觀類型的干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)如表 3所示，建設(shè)用地、其他用地和園地的干擾度指數(shù)最高，主要是因為建設(shè)用地、其他用地和園地的面積最少，分離度明顯高于其他景觀類型。土地整理后耕地、建設(shè)用地和其他用地的干擾度指數(shù)降低，主要是土地整理導(dǎo)致其破碎度和分離度降低所致，鹽堿地、草地、林地、交通運輸用地、濕地和園地的干擾度指數(shù)增加，主要是土地整理導(dǎo)致其破碎度和分離度增加所致。利用干擾度指數(shù)和脆弱度指數(shù)計算景觀損失度指數(shù)，土地整理后各景觀類型的損失度指數(shù)的變化與干擾度指數(shù)變化一致。土地整理通過改變景觀格局影響干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)，土地整理后，耕地面積增加，破碎度和分離度的減少導(dǎo)致其干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)的降低，鹽堿地、草地和濕地面積減少，破碎度和分離度的增加導(dǎo)致其干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)的增加，林地面積變化不大，破碎度和分離度的增加導(dǎo)致其干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)的增加。

表3 土地整理區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)Table3 Landscape ecological risk index of land consolidation district

利用公式（3），計算出各個生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險值（圖2），土地整理前各生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險范圍為0.014 5～0.098 6，整理區(qū)生態(tài)風(fēng)險值總和為5.57，土地整理后各生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險范圍為 0.013 0～0.095 6，整理區(qū)生態(tài)風(fēng)險值總和為 5.25，綜合生態(tài)風(fēng)險比整理前降低，各生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險變化在?0.068 2～0.058 6之間。生態(tài)風(fēng)險值較高的小區(qū)景觀類型分布以鹽堿地分布為主，鹽堿地面積比例越大，生態(tài)風(fēng)險值越高，土地整理后鹽堿地面積減少，耕地變?yōu)橹饕坝^類型，生態(tài)風(fēng)險值降低。

為了便于比較土地整理前后的生態(tài)風(fēng)險的空間差異，按照等間距法的劃分方法[37,42]將生態(tài)風(fēng)險值劃分為5個等級：0.01～0.02低生態(tài)風(fēng)險，＞0.02～0.03較低生態(tài)風(fēng)險，＞0.03～0.04中生態(tài)風(fēng)險，＞0.04～0.05較高生態(tài)風(fēng)險，大于0.05為高生態(tài)風(fēng)險，統(tǒng)計各等級風(fēng)險區(qū)的面積（圖 3）。結(jié)果表明，土地整理區(qū)生態(tài)風(fēng)險等級以較低和中等生態(tài)風(fēng)險為主，土地整理后較低和中等生態(tài)風(fēng)險面積百分比分別減少了8.87%、1.16%，低、較高和高生態(tài)風(fēng)險面積百分比分別增加了8.19%、1.32%和0.51%。表明土地整理后整理區(qū)由于景觀格局的改變導(dǎo)致部分地區(qū)的生態(tài)風(fēng)險降低，生態(tài)環(huán)境有所改善，但是有少部分地區(qū)生態(tài)風(fēng)險增加。較高生態(tài)風(fēng)險面積增加的小區(qū)景觀變化主要是鹽堿地減少、草地減少或草地和鹽堿地共同減少，高生態(tài)風(fēng)險面積增加的小區(qū)的景觀變化主要是濕地面積減少、草地面積減少或濕地和草地面積共同減少，導(dǎo)致較高和高生態(tài)風(fēng)險面積增加的小區(qū)景觀類型以耕地為主，但耕地的斑塊數(shù)增加，使得其生態(tài)風(fēng)險增加。

圖2 土地整理前后土地整理區(qū)各生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險Fig.2 Ecological risk of each ecological sub-area in land consolidation district before and after land consolidation

圖3 土地整理區(qū)的生態(tài)風(fēng)險等級面積比例Fig.3 Area ratio of ecological risk grade of land consolidation district

2.3 土地整理前后碳儲量變化

利用 InVEST模型的碳儲量模塊模擬土地整理前后整理區(qū)的碳儲量服務(wù)變化（圖4），結(jié)果表明，土地整理前的碳儲量和碳密度分別為990.82萬t和82.43 t/hm2，土地整理后的碳儲量和碳密度分別為 1 145.22萬 t和95.28 t/hm2，土地整理導(dǎo)致整理區(qū)的碳儲量增加了154.40 萬t，增幅達(dá)15.58%，表明土地整理導(dǎo)致固碳功能的改善?？傮w上看，碳儲量服務(wù)增加的區(qū)域分布在整理區(qū)的中部和東部，在土地整理前，這些地區(qū)集中分布著鹽堿地景觀類型。碳儲量服務(wù)的變化主要受土地整理后景觀類型化的影響，土地整理后耕地的碳儲量增加，其他景觀類型碳儲量減少，雖然草地面積的減少導(dǎo)致碳儲量減少，但可通過耕地的大面積增加導(dǎo)致碳儲量大幅增加而抵消，碳儲量服務(wù)的增加主要是由于鹽堿地大面積開發(fā)為耕地，導(dǎo)致整理區(qū)總碳儲量增加。

圖4 土地整理前后土地整理區(qū)的碳儲量Fig.4 Carbon storage of land consolidation districts before and after land consolidation

2.4 碳儲量變化和生態(tài)風(fēng)險變化的關(guān)系

將整理區(qū)土地整理前后各生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的碳儲量變化與生態(tài)風(fēng)險變化進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明二者具有顯著的相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)為0.747（P＜0.01）。進(jìn)一步回歸分析表明生態(tài)風(fēng)險變化和碳儲量變化可用線性方程擬合（圖 5），說明整理區(qū)碳儲量服務(wù)變化與生態(tài)風(fēng)險變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著生態(tài)風(fēng)險的降低，碳儲量服務(wù)增加，而隨著生態(tài)風(fēng)險增加則碳儲量服務(wù)降低。

圖5 土地整理前后土地整理區(qū)碳儲量服務(wù)變化與生態(tài)風(fēng)險變化的關(guān)系Fig.5 Relationship between changes of carbon storage service and eological risk in land consolidation district before and after land consolidation

圖5的線性擬合結(jié)果表明，土地整理引起的生態(tài)風(fēng)險的增加直接表現(xiàn)為碳儲量服務(wù)的下降，生態(tài)風(fēng)險的降低則表現(xiàn)為碳儲量服務(wù)的增加，可基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失與不利服務(wù)進(jìn)行表征區(qū)域土地整理的生態(tài)效應(yīng)，可利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化來指示生態(tài)風(fēng)險。

3 討 論

國內(nèi)學(xué)者高賓等[8-9]、卿鳳婷等[37]等基于損失度指數(shù)和景觀類型的面積比例構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，表明從景觀格局角度來研究區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險變化是可行的、合理的。本研究利用空間采樣方格劃分生態(tài)風(fēng)險小區(qū)，利用景觀損失度指數(shù)和景觀面積比例計算生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，也能較好地反映整理區(qū)土地整理前后的生態(tài)風(fēng)險變化。但通過景觀指數(shù)計算的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)只是反映了景觀空間格局的變化，沒有考慮具體生態(tài)過程的影響。

土地利用變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量有著顯著的影響，關(guān)于土地利用對固碳功能的研究越來越受到重視，現(xiàn)階段的土地整理以增加耕地面積為目的，明顯改變了土地利用的格局變化，對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化影響明顯。土地整理的大部分區(qū)域都處理水土流失的不敏感區(qū)域，并且整理區(qū)所獲數(shù)據(jù)有限，沒有考慮整理后水土保持生態(tài)服務(wù)功能的變化[43]。此外，由于土地整理區(qū)所獲數(shù)據(jù)有限，僅利用InVEST模型根據(jù)景觀格局變化進(jìn)行了碳儲量服務(wù)變化的模擬，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化和生態(tài)風(fēng)險變化之間的關(guān)系進(jìn)行初步的探討。目前國內(nèi)外基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)風(fēng)險研究并不多見，可基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失與不利服務(wù)進(jìn)行表征生態(tài)風(fēng)險。本研究通過生態(tài)風(fēng)險變化和碳儲量服務(wù)變化之間的相關(guān)性分析表明碳儲量服務(wù)變化和生態(tài)風(fēng)險變化具有顯著的相關(guān)性，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在生態(tài)風(fēng)險評價中應(yīng)用，彌補基于景觀格局進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價的不足。

4 結(jié) 論

土地利用景觀格局能夠反映人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響，本文以吉林省大安市土地整理區(qū)為研究對象，從景觀格局角度來研究土地整理前后的生態(tài)風(fēng)險變化，并采用InVEST模型分析碳儲量服務(wù)的變化，得出以下結(jié)論：

1）土地整理明顯改變土地利用類型，從景觀類型格局變化來看，大安市的土地整理以增加耕地數(shù)量為主。研究區(qū)土地整理前，占優(yōu)勢的景觀類型是鹽堿地和草地，而耕地受優(yōu)勢景觀類型分割的影響，分布比較零散。土地整理后，大部分的草地和鹽堿地轉(zhuǎn)換為耕地，形成了以耕地為主的景觀格局，耕地集中連片分布，減少了破碎度和分離度。

2）土地整理造成的景觀格局的差異導(dǎo)致整理區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險的變化，土地整理后耕地、建設(shè)用地和其他用地的景觀損失度指數(shù)降低，鹽堿地、草地、林地、交通運輸用地、濕地和園地景觀類型的景觀損失指數(shù)增加。土地整理區(qū)的生態(tài)風(fēng)險以較低和中等風(fēng)險為主，土地整理后較低和中等生態(tài)風(fēng)險面積降低，低、較高和高生態(tài)風(fēng)險面積增加。

3）土地整理造成的景觀格局的變化導(dǎo)致整理區(qū)碳儲量服務(wù)的變化，InVEST模擬結(jié)果表明，整理區(qū)土地整理前后的土壤碳儲量由990.82萬t變?yōu)? 145.22萬t，碳儲量增加了154.40萬t，表明土地整理導(dǎo)致固碳功能的改善，碳儲量服務(wù)的增加主要是由于鹽堿地大面積開發(fā)為耕地，導(dǎo)致整理區(qū)總碳儲量增加。

4）整理區(qū)碳儲量服務(wù)變化與生態(tài)風(fēng)險變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著生態(tài)風(fēng)險的降低，碳儲量增加，生態(tài)風(fēng)險增加則碳儲量降低，可考慮將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為生態(tài)風(fēng)險的評價方法。

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Assessment of risk and carbon sequestration function of land consolidation based on landscape pattern

Dong Yuhong1, Liu Shiliang2※, Wang Jun3, Hou Xiaoyun2
(1.Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State Forestry Administration, Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing100091, China; 2.State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control,School of Environment, Beijing Normal University, Beijing100875, China; 3.Key Laboratory of Land Consolidation of Land and Resources Ministry, Beijing100812, China)

Land consolidation has been regarded as an important measure to realize quantity equilibrium of cultivated land. However, the ecological environmental problem of land consolidation has

widespread concern. There may exist some ecological risks under the consolidation of the western fragile area. The objective of this paper was to evaluate the effect of land consolidation on ecological risk and carbon sequestration function by construction of ecological risk index and simulation of carbon storage services. Due to the lack of ecosystem services in ecological risk study, by analyzing the relationship between changes of ecological risk and carbon storage services in the consolidation district before and after land consolidation, the possibility of the application of ecosystem services in ecological risk assessment was discussed. Taking the great land consolidation area in western Jinlin Province as the study area, ecological risk and carbon storage services of land consolidation were assessed based on landscape pattern change. Based on 1:10 000 current landuse map (in 2008) before land consolidation and 1:10 000 land consolidation map (in 2014), the ecological risks were assessed based on landscape loss index and area ratio of landscape type, and the changes of carbon storage services were analyzed with the Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs (InVEST) model. The results showed that land consolidation resulted in great change of landscape pattern, the dominant landscape types changed from saline-alkali land and grassland to cultivated land. The fragmentation index and isolation index of cultivated land decreased, while that of saline-alkali land and grassland increased. After land consolidation, the ecological loss degree of cultivated land, construction land and other land decreased, while that of other landscape types presented an increasing trend. By re-sample in the district, the ecological risk of each ecological risk sub-area was calculated. The integrated ecological risk of the land consolidation district changed from 5.57 to 5.25. After land consolidation, the ecological risk of the consolidation district decreased. According to the scope of ecological risk, 5 ecological risk grades were separated with the equal interval method. If ecological risk was less than 0.01-0.02, the ecological risk grade was low; if ecological risk was 0.02-0.03, the ecological risk grade was lower; if ecological risk was ＞0.03-0.04, the ecological risk grade was medium; if ecological risk was ＞0.04-0.05, the ecological risk grade was higher; and if ecological risk was over 0.05, the ecological risk grade was high. The ecological risk grades of the land consolidation district were mainly lower and medium. After land consolidation, the percentage of the areas with the lower and medium risk grade deceased by 8.87% and 1.16%, respectively, and that of low, higher and high grade increased by 8.19%, 1.32% and 0.51%, respectively. The simulation results of InVEST model showed that the carbon storage in the consolidation district before and after land consolidation was 990.82 and 1 145.22 million ton, respectively, and carbon storage increased by 154.40 million ton after land consolidation. Land consolidation led to an increase in carbon sequestration function. The relationship analysis showed that the change of carbon storage service in the consolidation area was significantly negatively correlated with the change of ecological risk; with the decrease of ecological risk, the carbon storage increased, and the carbon storage decreased with the increase of ecological risk. It is suggested that the ecosystem service change is possible to be applied in ecological risk assessment.

consolidation; ecology; risk assessment; InVEST model; carbon sequestration function

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.032

X821

A

1002-6819(2017)-07-0246-08

2016-09-16

2017-04-13

國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFC0502103）；國土資源部土地整治重點實驗室開放課題（20160328）資助

董玉紅，女，副研究員，主要從事生態(tài)系統(tǒng)模擬研究。北京 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所/國家林業(yè)局林木培育重點實驗室，100091。

Email：yhongdong@163.com

※通信作者：劉世梁，博士，主要從事景觀生態(tài)學(xué)和土地利用的研究。北京北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院/環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，100875。

Email：Shiliangliu@bnu.edu.cn