劉春艷,張　科,劉吉平

吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 四平　136000

自然生態(tài)系統(tǒng)為人類社會發(fā)展提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)和生態(tài)服務(wù),其結(jié)構(gòu)與功能的持續(xù)穩(wěn)定已成為人類社會發(fā)展的先決條件[1]。然而,人類社會的不斷擴(kuò)張使得全球絕大部分區(qū)域的自然生態(tài)系統(tǒng)都直接或間接地承受著人類活動所帶來的壓力和脅迫,這些壓力和脅迫導(dǎo)致了諸多的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[2]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是一個種群、生態(tài)系統(tǒng)乃至整個景觀的生態(tài)功能受到外界脅迫,從而在當(dāng)前和將來對該系統(tǒng)的健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)價值和美學(xué)價值產(chǎn)生不良影響的一種狀況[3]。作為尺度研究評價指標(biāo),景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指自然或人為因素影響下景觀格局與生態(tài)過程相互作用可能產(chǎn)生的不利后果。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價依托景觀生態(tài)學(xué)的生態(tài)過程與空間格局耦合關(guān)聯(lián)視角,更加注重風(fēng)險(xiǎn)的時空異質(zhì)性和尺度效應(yīng),致力于實(shí)現(xiàn)多源風(fēng)險(xiǎn)的綜合表征及其空間可視化。因此,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究可以為區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)防范提供決策依據(jù)、有效指引區(qū)域景觀格局優(yōu)化與管理[2]。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對不同區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了廣泛而深入探討。國外學(xué)者研究主要集中在基于區(qū)域尺度的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價及其方法和模型的探討[4]。如Ayre等[5]運(yùn)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型,對美國俄勒岡州森林景觀進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價, 而Molinos等[6]通過對當(dāng)?shù)貧夂驐l件度量,研究了日本海洋保護(hù)區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況,Bayliss等[7]將Ranger鈾礦點(diǎn)源風(fēng)險(xiǎn)與彌散景觀尺度風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行比較,定量化研究了澳大利亞卡卡杜國家公園Magela Creek泛濫平原的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),Paukert等[8]從土地利用變化和景觀結(jié)構(gòu)角度構(gòu)建了景觀尺度上的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。國內(nèi)相關(guān)學(xué)者利用景觀格局指數(shù)比較不同景觀之間的結(jié)構(gòu)特征,揭示了景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)變化過程及其時空規(guī)律[9]。如許妍、鞏杰、凡姚申等[10- 12]利用景觀指數(shù)分別對太湖地區(qū)土地利用、甘肅白龍江流域和舟山朱家尖島的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局進(jìn)行了研究,取得了較好的研究成果,這些研究成果主要涉及土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價、流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價和海域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價等。盡管目前景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究已成為國內(nèi)研究熱點(diǎn)之一,但國內(nèi)研究學(xué)者對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動力的研究多從定性方面進(jìn)行分析,缺乏定量的研究手段,本文利用地理探測器進(jìn)行定量分析景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化及驅(qū)動力。目前地理探測器主要應(yīng)用于土地利用、公共健康、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、區(qū)域規(guī)劃、考古、地質(zhì)、氣象、環(huán)境、污染、遙感和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究[13],但在景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化與其驅(qū)動因子定量研究中尚不多見。三江平原作為我國最為集中的沼澤分布區(qū)和重要的商品糧基地,研究其景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局對區(qū)域環(huán)境保護(hù)和國家糧食安全具有重要意義,同時豐富了景觀生態(tài)學(xué)理論,也為景觀規(guī)劃和管理決策提供了輔助手段。本文以三江平原為研究區(qū)域,基于GIS和RS技術(shù)研究三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時空動態(tài)變化規(guī)律,并利用地理探測器研究三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化與其驅(qū)動因子之間的定量關(guān)系,比較不同驅(qū)動因子對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)量的大小,為三江平原可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)域與方法

1.1　研究區(qū)域概況

三江平原位于我國東北部,黑龍江省東部,總面積為10.89×104km2,是由黑龍江、松花江和烏蘇里江沖積形成的低平原,位于43°50′—48°27′N,129°30′—135°5′E,包括佳木斯市、鶴崗市、雙鴨山市、七臺河市、雞西市所屬的21個縣(市)和牡丹江市所屬的穆棱縣、哈爾濱市所屬的依蘭縣(圖1)。三江平原屬溫帶濕潤、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫2.5—3.6℃,10℃以上活動積溫2300—2500℃,年降水量500—600 mm。在三江沖積低平原和興凱湖沖積、湖積低平原內(nèi),沼澤植被大面積分布。土壤類型主要有草甸土、白漿土、暗棕壤、沼澤土,土地的自然肥力較高。三江平原地勢總趨勢是西南高,東北低。三江平原的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主,并且農(nóng)業(yè)以種植業(yè)和牧業(yè)為主,林業(yè)和漁業(yè)比重相對較小。20世紀(jì)90年代中期,三江平原的糧食種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化,由種植大豆、小麥為主的農(nóng)作物逐步向種植大豆、玉米和水稻為主轉(zhuǎn)變,尤其是水田發(fā)展迅速[9]。

圖1　三江平原位置圖Fig.1　Location map of the Sanjiang Plain

1.2　數(shù)據(jù)來源與處理

選取三江平原1976年、1995年和2013年遙感影像為數(shù)據(jù)源。其中,1976年采用Landsat MSS影像,分辨率為80 m；1995年和2013年數(shù)據(jù)源分別來自于Landsat TM和Landsat OLI遙感數(shù)據(jù),分辨率為30 m。遙感數(shù)據(jù)時相均為5月中旬—9月中旬。為了減少影像分辨率對景觀格局指數(shù)計(jì)算的影響,將各時期的遙感影像分辨率統(tǒng)一重采樣為80 m,對遙感影像進(jìn)行幾何校正和圖像增強(qiáng)處理,建立圖像解譯標(biāo)志,然后進(jìn)行人工解譯,同時根據(jù)研究區(qū)的特點(diǎn)和分析精度要求, 參照 《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[14]和《中國資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動態(tài)研究》[15],將三江平原景觀類型劃分為6類：農(nóng)田、林地、草地、水域(包括河流、湖泊和水庫)、居民建設(shè)用地和濕地(包括沼澤和灘涂)。經(jīng)野外調(diào)查驗(yàn)證其準(zhǔn)確率達(dá)到92%,滿足本研究需要。

驅(qū)動力分析中的氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)；土壤類型數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)；DEM 數(shù)據(jù)由馬里蘭大學(xué)地球科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://glcfapp.umiacs.umd.edu/)提供；地貌類型是直接對三江平原地貌圖數(shù)字化處理,并進(jìn)行歸類合并；居民點(diǎn)是通過提取三江平原土地利用圖而獲得的,然后采用ArcGIS進(jìn)行緩沖區(qū)分析,得到各評價單元距居民點(diǎn)的距離；保護(hù)區(qū)是直接數(shù)字化研究區(qū)中各自然保護(hù)區(qū)的規(guī)劃圖獲得。

1.3　研究方法

用Fragstats 3.4軟件計(jì)算研究區(qū)6種景觀格局指數(shù)。為了更好的研究三江平原3個時期景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的時空差異,本文采用網(wǎng)格分析法,計(jì)算不同時期各網(wǎng)格的景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),并采用克里格插值對景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行插值,得到三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖,進(jìn)而對研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間特征的動態(tài)變化進(jìn)行分析,并利用地理探測器定量分析景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的驅(qū)動力。

1.3.1景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分

結(jié)合三江平原的面積和研究尺度,參考相關(guān)文獻(xiàn)[9- 12],將研究區(qū)劃分為10 km×10 km的網(wǎng)格單元,共劃分風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)1222個。

1.3.2景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的構(gòu)建

研究選取了6個景觀指數(shù)進(jìn)行分析：景觀破碎度、景觀分離度、景觀優(yōu)勢度、景觀干擾度、景觀脆弱度、景觀損失度。景觀干擾度指數(shù)由景觀破碎度、景觀分離度和景觀優(yōu)勢度疊加所得, 計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[16]；景觀脆弱度指數(shù)由專家打分法獲得(表1)；在此基礎(chǔ)上通過景觀脆弱度指數(shù)和景觀干擾度指數(shù)構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

表1　景觀格局指數(shù)計(jì)算方法

ni為景觀類型i的斑塊數(shù)；Ai為景觀類型i的總面積；li為景觀類型i的距離指數(shù)；A為景觀總面積；Qi=斑塊i出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù)；Mi=斑塊i的數(shù)目/斑塊總數(shù)；Li=斑塊i的面積/樣方的總面積；a,b,c為相應(yīng)各景觀指數(shù)的權(quán)重,且a+b+c=1,根據(jù)分析權(quán)衡,并結(jié)合前人研究成果,認(rèn)為破碎度指數(shù)最為重要,其次為分離度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù),以上3種指數(shù)分別賦以0.6,0.3,0.1的權(quán)值

最終得到景觀損失度指數(shù)(Ri)以及景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(ERI)計(jì)算公式如下：

Ri=Si×Fi

(1)

(2)

式中,Ai為區(qū)域內(nèi)景觀類型i的面積；A為景觀總面積,Ri為景觀損失度指數(shù)。

1.3.3地理探測器

地理探測器由風(fēng)險(xiǎn)探測器、因子探測器、生態(tài)探測器和交互作用探測器四部分組成[13]。風(fēng)險(xiǎn)探測器用來探測風(fēng)險(xiǎn)存在的區(qū)域,生態(tài)探測器主要用于探測不同因子在影響景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布方面的作用是否有顯著差異,因子探測器用于檢驗(yàn)?zāi)撤N因子是否是形成該景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布格局的原因,交互探測器可以用來識別因子兩兩之間的交互作用[17]。由于本文主要定量分析各驅(qū)動因子對三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的貢獻(xiàn)率大小,交互作用探測器雖能解釋各因子間的定量關(guān)系,但受文章篇幅所限,加之交互作用的機(jī)理較為復(fù)雜,因此本文選取“因子探測器”。

因子探測器,用因子的解釋力PD,H進(jìn)行判斷,解釋力越大,因子對于景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的貢獻(xiàn)量越大,即關(guān)系越密切,反之則越小。計(jì)算方法如下：

(3)

(4)

式中,D為影響因子,H為景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值,PD,H為D對H的解釋力,即貢獻(xiàn)量[13]。

1.3.4人為干擾度的架構(gòu)

為了分析三江平原人為干擾度對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響[18],根據(jù)前人的研究成果[18- 21],結(jié)合研究區(qū)的景觀類型和實(shí)際情況[9],對研究區(qū)的6種景觀類型進(jìn)行人為干擾度指數(shù)賦值[22]。

某個網(wǎng)格單元的人為干擾度計(jì)算公式為：

(5)

式中,D為某個網(wǎng)格單元的人為干擾度,HIi為第i類景觀類型的干擾度指數(shù),Si為第i類景觀類型的面積,S為網(wǎng)格單元的總面積。

三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局的時空性差異是自然與社會經(jīng)濟(jì)要素共同作用的結(jié)果。本文選取地貌、海拔高程、河流、土壤、降水量與氣溫作為自然驅(qū)動因子,選取距居民點(diǎn)和保護(hù)區(qū)距離、人為干擾度作為人為驅(qū)動因子。

2　結(jié)果與分析

2.1　景觀格局動態(tài)變化

利用Fragstats 3.4軟件,得到研究區(qū)1976、1995和2013年各景觀類型的景觀格局指數(shù)。由于自然脅迫和人類活動的干擾,導(dǎo)致各景觀類型面積及斑塊數(shù)的變化, 進(jìn)而導(dǎo)致相應(yīng)景觀類型風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的變化[23],農(nóng)田和林地為三江平原主要景觀類型；濕地次之,面積呈不斷減少趨勢；居民用地最少,但其面積在緩慢增加。從景觀類型面積和斑塊數(shù)量上看,農(nóng)田和林地斑塊數(shù)量均呈先降低后增加趨勢,農(nóng)田面積不斷擴(kuò)大,導(dǎo)致農(nóng)田景觀破碎度指數(shù)和分離度指數(shù)不斷降低,引起農(nóng)田生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降,農(nóng)田景觀類型空間分布特征由初期小塊隨機(jī)散落分布變?yōu)榧羞B片分布；林地面積逐漸減少,導(dǎo)致其破碎度指數(shù)和分離度指數(shù)不斷增加,使林地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)上升,空間分布特征由初期集中連片分布變?yōu)樾K隨機(jī)散落分布；濕地的面積和斑塊數(shù)量不斷減少,景觀優(yōu)勢度從1976年到2013年減少了近4.78倍,此外,濕地本身在6種景觀類型中脆弱度最高,加快了濕地喪失速度,使得濕地景觀損失度指數(shù)較高。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的大小受景觀脆弱度、景觀干擾度、景觀類型及土地利用結(jié)構(gòu)等多種因素的綜合影響,可通過景觀損失度來表征：從景觀類型上看,濕地、居民用地、草地、水域與林地景觀損失度指數(shù)均較高,而農(nóng)田則較低,居民用地和草地?fù)p失度雖較高,但受其景觀面積限制,對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響力較?。淮送?不同時期景觀損失度指數(shù)有所差異,濕地、水域、草地和農(nóng)田的景觀損失度不斷降低,其中濕地?fù)p失度變化最為顯著,從1976年的0.7345下降到2013年的0.2643,因此,使?jié)竦貙坝^生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響力有所下降,但依然較大,而林地和居民用地的損失度指數(shù)呈逐漸升高趨勢(表2)。

表2　1976—2013年三江平原景觀格局指數(shù)

2.2　景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異

2.2.1景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

利用ArcGIS 10.2地統(tǒng)計(jì)分析模塊,對1976年、1995年和2013年1222個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行Kring插值。對三江平原生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖的ERI進(jìn)行分類,依據(jù)1976年、1995年和2013年風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值的分布特點(diǎn),按照等間隔分類法將研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)依次劃分為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI<0.12)、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.12≤ERI<0.17)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.17≤ERI<0.22)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.22≤ERI<0.27)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI ≥0.27)(圖2),同時對研究區(qū)1976年、1995年和2013年各風(fēng)險(xiǎn)等級面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖3)。

圖2　1976—2013年三江平原生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖Fig.2　Spatial distribution pattern of ecological risk from 1976 to 2013 in the Sanjiang Plain

圖3　1976—2013年各風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)面積Fig.3　Distribution of the ecological risk areas from 1976 to 2013

由圖2和圖3可以看出,1976年以高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)為主,分別占研究區(qū)總面積的41.51%和26.80%,主要分布在三江平原東北部、西北部、東部及中部地區(qū),這些地區(qū)包括同江市、撫遠(yuǎn)縣、友誼縣、寶清縣、蘿北縣、饒河縣、虎林市、密山市和富錦北部,該區(qū)域分布著景觀敏感性和脆弱性程度較高的沼澤濕地,導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高；中風(fēng)險(xiǎn)所占比例為14.73%,主要分布在研究區(qū)西南部的小興安嶺及中部的完達(dá)山脈,而低風(fēng)險(xiǎn)面積最小,僅為0.4×104km2,零星分布在三江平原西部和北部地區(qū),該地以損失度較低的農(nóng)田景觀為主,因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。

與1976年相比,1995年研究區(qū)內(nèi)高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積分別減少了3.6×104km2和0.6×104km2,從空間分布上看,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要向研究區(qū)中部的撓力河流域、東北部的三江自然保護(hù)區(qū)、西南部的倭肯河流域、東部的烏蘇里江沿岸以及南部的興凱湖地區(qū)收縮,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)降幅達(dá)80%,主要原因是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人口不斷增加,人們毀林開荒、毀草開荒和部分沼澤濕地農(nóng)田化,以生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低的農(nóng)田景觀取代原有的林地和濕地景觀[16],因此造成高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積急劇減少；低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)和中風(fēng)險(xiǎn)占全區(qū)的比例分別為13.32%、32.78%和24.26%,與1976年相比,三類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均不同程度增加,且增幅明顯；較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)是5類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中面積最大一類,景觀類型以林地為主,草地和農(nóng)田次之,主要分布在研究區(qū)西部和西南部,以依蘭縣、雞東縣、樺川縣、集賢縣、綏濱縣、雞西市、穆棱縣北部和蘿北縣南部最為突出,主要由高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化而來。此外,在研究區(qū)中部、東北部和東南部出現(xiàn)零散分布的幾個高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),這主要由于自然保護(hù)區(qū)(東北部洪河和三江保護(hù)區(qū)、東南部興凱湖保護(hù)區(qū))建立,使保護(hù)區(qū)內(nèi)沼澤濕地得以保存下來,而保護(hù)區(qū)外受人類活動影響顯著,大量沼澤濕地被開墾,使農(nóng)田成為該地區(qū)主要的景觀類型[24],景觀脆弱度和損失度降低,因此造成保護(hù)區(qū)內(nèi)外風(fēng)險(xiǎn)類型差異。

至2013年,研究區(qū)內(nèi)高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)一步減少,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)僅占研究區(qū)總面積的3.24%,主要分布在保護(hù)區(qū)附近；而低風(fēng)險(xiǎn)和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積明顯增加,其中低風(fēng)險(xiǎn)由1995年的1.5×104km2增加到2013年的3.2×104km2,漲幅近2.2倍,較低風(fēng)險(xiǎn)占全區(qū)總面積比例由1995年的32.78%提高到2013年的35.46%,說明此時低風(fēng)險(xiǎn)和較低風(fēng)險(xiǎn)成為研究區(qū)主要風(fēng)險(xiǎn)類型。

2.2.2景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間格局變化

利用GIS技術(shù),得到不同時期三江平原風(fēng)險(xiǎn)變化分布圖。1976—2013年,三江平原大部分地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)值呈逐漸降低的趨勢,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)平均值由1976年的0.300下降到1995年的0.186,再降低為2013年的0.162。降低幅度較大的地區(qū)主要位于研究區(qū)東北部的撓力河、別拉洪河和鴨綠河流域,以及東部的穆棱河下游地區(qū),該區(qū)域主要位于濕地喪失明顯的地區(qū),景觀類型主要由濕地向農(nóng)田轉(zhuǎn)變,而農(nóng)田的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)低于濕地,造成這些地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值大幅度下降。三江平原部分地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)值逐漸升高,主要位于研究區(qū)西部的小興安嶺、中部的完達(dá)山脈,以及興凱湖地區(qū),這些區(qū)域景觀類型以林地或水域?yàn)橹?而林地和水域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值逐漸降低?？傮w來看,三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)逐漸降低趨勢,這主要由于三江平原人口數(shù)量的不斷增多,耕地需求量隨著人口的增加而不斷增大,為了保證國家糧食安全,國家在政策上鼓勵對濕地進(jìn)行開發(fā),而大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動[25]導(dǎo)致大片濕地破碎化,使得濕地面積不斷減少,破碎度和優(yōu)勢度降低,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低(圖4)。

圖4　1976—2013年三江平原生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化圖Fig.4　Change of ecological risk from 1976 to 2013 in the Sanjiang Plain

圖5　1976—2013年三江平原風(fēng)險(xiǎn)質(zhì)心和標(biāo)準(zhǔn)化橢圓的動態(tài)變化Fig.5　Change of risk centroid and standard ellipse from 1976 to 2013 in the Sanjiang Plain

利用ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)工具,分別計(jì)算1976、1995和2013年三江平原的風(fēng)險(xiǎn)質(zhì)心和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓。由圖5可知,1976—2013年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)質(zhì)心總體呈現(xiàn)“東北-西南”的空間分布格局,質(zhì)心轉(zhuǎn)移距離37.8 km,受人類活動的影響,風(fēng)險(xiǎn)質(zhì)心逐漸向研究區(qū)西南方向轉(zhuǎn)移,1976—2013年標(biāo)準(zhǔn)差橢圓短軸與長軸之比逐漸增大,短軸與長軸均呈現(xiàn)增加趨勢,這表明研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在東-西方向和南-北方向均呈現(xiàn)延伸狀態(tài),且短軸的延伸趨勢要強(qiáng)于長軸延伸趨勢。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)質(zhì)心在1976—1995年向西南轉(zhuǎn)移了28.1 km,而在1995—2013年向西南轉(zhuǎn)移了9.8 km,說明前期風(fēng)險(xiǎn)比后期變化顯著,這是由于1976—1995年間研究區(qū)東北部的濕地遭到大量開墾,濕地面積明顯減少,農(nóng)田面積逐漸增加,同時隨著機(jī)械化程度的提高與交通條件的便利,使許多開發(fā)初期不便開發(fā)的宜農(nóng)荒地得到了進(jìn)一步開墾[26],到2013年研究區(qū)東北部農(nóng)田面積明顯增多,受地形地勢限制,而西南部農(nóng)田面積相對較少,景觀類型以生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在逐漸升高的林地為主,因此造成三江平原西南部的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)超過其東北部,所以表現(xiàn)為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體向研究區(qū)西南方向移動(圖5)。

2.3　三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)變化影響因素分析

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響因素隨時間推移有所變化,并且其影響程度在空間上也存在明顯差異。

2.3.1地形地貌因素

利用ArcGIS的空間分析工具,結(jié)合研究區(qū)的DEM,得到1976—2013年三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與海拔的關(guān)系圖。由圖6可知,不同時期三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在不同海拔高度有所差異,總體上呈降低態(tài)勢。3個時期最大值均出現(xiàn)在0—35 m,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降幅在50—65 m處達(dá)到最大,之后景觀風(fēng)險(xiǎn)值交替變化,但變化幅度相對平穩(wěn)；0—50 m景觀主要類型是濕地和水域,景觀的分離度和脆弱度較高,因此景觀風(fēng)險(xiǎn)較大,農(nóng)田和居民點(diǎn)主要出現(xiàn)在海拔50—95 m,該景觀類型的分離度和脆弱度相對較低,因而景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)居中；在95—800 m,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈低位波動變化并逐漸趨于穩(wěn)定,由于人類活動主要發(fā)生在低海拔平原區(qū),而95—800 m景觀類型主要為林地,受人類活動影響較小,因此景觀分離度和破碎度相對較低,景觀優(yōu)勢度明顯,導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值最??；從地貌類型上看,1976—2013年,三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高地區(qū)主要集中在3種地貌類型上,即地勢較低的低河漫灘、河流階地、高河漫灘,且與研究區(qū)中沼澤濕地集中分布區(qū)相一致[27]。

2.3.2居民點(diǎn)建設(shè)

居民點(diǎn)是人類按照生產(chǎn)和生活需要而形成的集聚定居地點(diǎn)[24],也是影響景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局重要的土地利用方式。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,利用ArcGIS軟件,以1 km為緩沖單元,分別制作1976—2013年三江平原居民點(diǎn)的緩沖區(qū),統(tǒng)計(jì)不同距離條件下三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)平均值(圖7)。圖7表明,隨著距居民點(diǎn)距離的增加,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。但不同時期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大值位置相同,均位于9—10 km處,在11—20 km,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。這主要由于在居民點(diǎn)附近,工農(nóng)業(yè)活動頻繁,早期沼澤濕地和水域早已被開墾為農(nóng)田,因而景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對較低,隨著距居民點(diǎn)距離增加,人類活動受到限制,使得濕地和水域能夠較好的保存下來,在17—20 km景觀類型主要為林地,受地形地勢條件限制,林地分布廣泛,優(yōu)勢度明顯,而脆弱度和損失度較低,因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對較低,人類活動是土地利用變化的直接驅(qū)動因子[28],同時人類活動也是引起生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的直接原因[29]。

圖6　1976—2013年三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與海拔之間的關(guān)系Fig.6　Relationship between landscape ecological risk and altitude from 1976 to 2013 in the Sanjiang Plain

圖7　1976—2013年三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與距居民點(diǎn)距離之間的關(guān)系Fig.7　The relationship between landscape ecological risk and distance from residential area from 1976 to 2013 in the Sanjiang Plain

2.3.3保護(hù)政策與保護(hù)區(qū)建設(shè)

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與保護(hù)政策以及保護(hù)區(qū)建設(shè)關(guān)系密切。1992年中國加入《濕地公約》,開始重視濕地保護(hù),1994年《中國生物多樣性行動計(jì)劃》執(zhí)行,三江平原成為國家重點(diǎn)保護(hù)的地區(qū)之一,1998 年黑龍江省政府決定在省內(nèi)停止任何形式的濕地開發(fā),2003 年黑龍江省人大常委會討論通過《黑龍江省濕地保護(hù)條例》等[30],與此同時,國家興建了許多自然保護(hù)區(qū),如：三江自然保護(hù)區(qū)(1992年)、興凱湖國家級自然保護(hù)區(qū)(1994年)、洪河國家級自然保護(hù)區(qū)(1994年)、撓力河國家級自然保護(hù)區(qū)(1996年)等,20世紀(jì)90年代還提出用于濕地恢復(fù)的退耕還濕政策,保護(hù)三江平原濕地,因此,在國家政策的強(qiáng)制調(diào)控下,濕地面積變化較緩和。而現(xiàn)在殘存的沼澤濕地也主要分布在保護(hù)區(qū)及周邊地區(qū)[24]。

利用GIS技術(shù)統(tǒng)計(jì)保護(hù)區(qū)不同距離景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的變化情況(圖8)。結(jié)果表明,1995年,距離保護(hù)區(qū)越近,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大,保護(hù)區(qū)的建立使保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地得到有效保護(hù),但保護(hù)區(qū)外的濕地還是受到人為干擾的影響[31],在0—2 km處是距保護(hù)區(qū)最近的區(qū)域,也是受人為干擾最強(qiáng)烈的區(qū)域,所以景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高,距保護(hù)區(qū)15 km以外,由于人為干擾影響較小,因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。

2.3.4人為干擾度

干擾是自然界中普遍存在的一種現(xiàn)象,其直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的演變過程[32- 33]。人類活動所造成的人為干擾對地表自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響急劇增加[34]。景觀類型變化作為區(qū)域人類活動影響最直觀表現(xiàn),研究人為干擾條件下景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化對實(shí)現(xiàn)人類社會與自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。利用GIS空間分析功能,將人為干擾度劃分為10級,數(shù)值越大干擾強(qiáng)度越大。借助Excel軟件,建立人為干擾度與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間關(guān)系。如圖9所示,可以看出,1976—2013年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大值出現(xiàn)在1—2級之間,說明人為干擾度越小景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大；不同時期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最小值均出現(xiàn)在9—10級之間,說明隨著人類干擾強(qiáng)度增大,人類活動改變了地表覆被狀況,特別是經(jīng)過四次大規(guī)模農(nóng)業(yè)開墾[35],濕地景觀完整性遭到破壞,引起濕地逐漸農(nóng)田化,因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)逐漸降低?？傮w上看,1976—2013年三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隨人為干擾強(qiáng)度增加而不斷降低。但各時期略有不同,1976年呈現(xiàn)先增后降再增的“N”字型分布規(guī)律。1995年和2013年分布趨勢較一致,均呈逐漸下降態(tài)勢。但1976年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)明顯高于其他兩個時期,說明1976年人為干擾度最強(qiáng),而1976—2013年人為干擾度呈現(xiàn)不斷降低趨勢,這主要與保護(hù)政策、保護(hù)區(qū)建立和濕地破碎化有直接關(guān)系。

圖8　1995年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與距保護(hù)區(qū)距離之間的關(guān)系Fig.8　The relationship between landscape ecology risk and distance from protected area at 1995 in the Sanjiang Plain

圖9　1976—2013年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與人為干擾度之間的關(guān)系Fig.9　The relationship between landscape ecology risk and human disturbance from 1995 to 2013 in the Sanjiang Plain

2.3.51976—2013年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化影響因子定量分析

利用因子探測器探測各影響因子之間的相對重要性,即計(jì)算每個因子對風(fēng)險(xiǎn)變化的貢獻(xiàn)量(PD,H),見表3。

由表3可知,1976—2013年,人為干擾度和距居民點(diǎn)距離在影響景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的貢獻(xiàn)量中排在前兩位,且解釋力均在30%以上,說明人為干擾度和距居民點(diǎn)距離是三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的主控制因素,此外,地貌類型和流域類型對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)量也較為顯著,說明自然因素對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化同樣具有重要作用。1995年影響三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化主要因素為人為干擾度(71.2%)、居民點(diǎn)距離(64.6%)、保護(hù)區(qū)距離(43.7%)、地貌類型(11.2%)、流域類型(8.9%),其中人為干擾度、居民點(diǎn)距離和保護(hù)區(qū)距離的因子解釋力明顯高于地貌類型和流域類型,說明人文因素對三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化起主導(dǎo)作用,2013年對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)解釋力較大的因子依次為人為干擾度(36.9%)、居民點(diǎn)距離(32.8%)、地貌類型(23.5%)和保護(hù)區(qū)距離(23.3%),而地貌類型解釋力大于保護(hù)區(qū)距離,說明并不是所有的人文因素解釋力都大于自然因素,由于三江平原濕地農(nóng)田化過程在該時期表現(xiàn)的最為劇烈,雖然國家制定了一系列相關(guān)保護(hù)政策,建立了自然保護(hù)區(qū),但保護(hù)政策落實(shí)和保護(hù)區(qū)的完善仍需要一個過程。

表3　景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)各驅(qū)動因子貢獻(xiàn)量/%

3　結(jié)論

(1)1976—2013年,三江平原景觀空間變化由小塊隨機(jī)分布向集中連片轉(zhuǎn)變。農(nóng)田、草地、水域和居民用地的優(yōu)勢度明顯增加,景觀的空間聚集性逐漸增加,而濕地景觀損失度最高,優(yōu)勢度降低,景觀的空間聚集性逐漸降低。

(2)從研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布與格局變化上看,1976—2013年,三江平原的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈逐漸降低的趨勢。1976年,三江平原以高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)為主,1995年高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)面積顯著減少,2013年高風(fēng)險(xiǎn)面積進(jìn)一步減??；高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)不斷向研究區(qū)內(nèi)保護(hù)區(qū)收縮,低風(fēng)險(xiǎn)和較低風(fēng)險(xiǎn)逐漸向三江平原西部和西南部擴(kuò)張；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體向西南方向運(yùn)移。

(3)從影響因素上看,三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局變化主要受海拔、地貌、居民點(diǎn)、保護(hù)區(qū)距離和人為干擾度等因素影響；景觀風(fēng)險(xiǎn)最大值出現(xiàn)在海拔0—35 m,地勢較低的低河漫灘、河流階地、高河漫灘景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高；景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隨居民點(diǎn)和保護(hù)區(qū)距離增加而降低,隨人為干擾度增強(qiáng)而下降；地理探測器定量分析結(jié)果表明,人為干擾度、居民點(diǎn)及保護(hù)區(qū)距離是影響三江平原景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素。

本文在利用地理探測器確定影響因素的貢獻(xiàn)量時,由于時間跨度大,數(shù)據(jù)收集困難,因此本研究并沒有考慮人口和GDP要素對景觀風(fēng)險(xiǎn)的影響,同時,本文僅做了因子探測分析,并沒有考慮各因子之間交互作用,在以后的研究中會更加深入的研究各因子以及因子交互對景觀風(fēng)險(xiǎn)的影響。