王杰云, 羅志軍, 齊 松

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院, 南昌330045; 2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南昌 330045)

城鎮(zhèn)化會(huì)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)、生活方式造成深刻變革，涉及城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境資源支撐等諸多方面[1]。近年來國(guó)家大力推行新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，追求區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，提高城鎮(zhèn)發(fā)展質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型、生態(tài)文明高效、體制改革創(chuàng)新為重點(diǎn)的嶄新城鎮(zhèn)化過程[2]。城鎮(zhèn)化主要地理表現(xiàn)形式是空間擴(kuò)張，城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張?jiān)斐勺匀簧鷳B(tài)環(huán)境的損失破壞，區(qū)域生態(tài)安全將受到嚴(yán)重威脅[3-5]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指受到外界脅迫作用下，某種群、生態(tài)系統(tǒng)或景觀的正常功能受到干擾或毀損，從而造成系統(tǒng)健康、生產(chǎn)力、遺傳能力、經(jīng)濟(jì)和美學(xué)價(jià)值降低的一種狀況[6]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)上升主要體現(xiàn)在大量生態(tài)資源被侵占，生態(tài)系統(tǒng)失衡等方面，例如森林斑塊消失、破碎化嚴(yán)重，水資源稀缺，生物多樣性退化等[7-8]，而城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張是導(dǎo)致發(fā)生的關(guān)鍵因素之一。因此深入探索城鎮(zhèn)擴(kuò)張與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間復(fù)雜而緊密的聯(lián)系，對(duì)于科學(xué)理解城鎮(zhèn)擴(kuò)張與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)耦合內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展意義深遠(yuǎn)[9-11]。

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間存在密不可分的耦合聯(lián)系[12]，大量學(xué)者從不同角度和方法對(duì)此進(jìn)行廣泛而深入的探討。從城市發(fā)展的角度出發(fā)，城市擴(kuò)張模式對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的擠占影響因城鎮(zhèn)規(guī)模及其增長(zhǎng)率的不同有所差異[13]。劃定城市增長(zhǎng)邊界過程中，研究者們通常都會(huì)考慮生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，或通過識(shí)別生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間、評(píng)估生境質(zhì)量進(jìn)行生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)[14-15]，或選擇生態(tài)阻力因子作為剛性約束條件與城鎮(zhèn)擴(kuò)張模擬耦合[16-18]，最終得到顧及生態(tài)安全的綜合城鎮(zhèn)增長(zhǎng)邊界。從景觀生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，以生態(tài)保護(hù)優(yōu)先，通過構(gòu)建綜合生態(tài)安全格局，識(shí)別生態(tài)安全與城鎮(zhèn)建設(shè)沖突區(qū)域，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)與城鎮(zhèn)擴(kuò)張協(xié)調(diào)發(fā)展[19-20]?；诰坝^格局的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析方面，許多研究者目光聚焦在流域環(huán)境上[21-24]，研究地方區(qū)市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體相對(duì)較少[25-26]。但也有研究者們開始定量的探索城鎮(zhèn)化與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)部關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過選取景觀格局指數(shù)構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型，然后采用空間分析方法研究區(qū)域內(nèi)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分異，最后將城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行線性回歸擬合[27-28]。以上研究對(duì)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境及其之間的耦合聯(lián)系做出了初步探索。在相關(guān)研究基礎(chǔ)之上[29-31]，本研究首先以城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)來表征袁州區(qū)2000—2018年城鎮(zhèn)擴(kuò)張時(shí)空特征變化，然后利用景觀格局指數(shù)構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型，再以地統(tǒng)計(jì)方法分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間異質(zhì)結(jié)構(gòu)并通過插值得到袁州區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)空分布可視化圖，最后通過構(gòu)建GWR模型，探索城鎮(zhèn)擴(kuò)張與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)耦合聯(lián)系。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

袁州區(qū)位于江西省宜春市西南部，處于113°54′—114°37′E，27°33′—28°05′N，東西跨度約68 km，南北跨度長(zhǎng)約58 km，土地總面積2 541.90 km2。袁州區(qū)自然資源十分豐富，林地面積所占比例最大，植物物種多種多樣，森林覆蓋率達(dá)62.7%，轄內(nèi)明月山被列為國(guó)家森林公園。區(qū)內(nèi)地貌以丘陵、山地為主，東部和袁河兩岸分布部分平原地帶。氣候條件優(yōu)越，屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，降水充沛，熱量豐富。袁州區(qū)轄區(qū)內(nèi)含17個(gè)鎮(zhèn)，3個(gè)鄉(xiāng)，8個(gè)街道。人口總數(shù)為107.92萬人，其中包含城鎮(zhèn)人口62.44萬，農(nóng)村人口45.48萬。2000年以來，袁州區(qū)處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速時(shí)期，2018年全區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)300.78億，增長(zhǎng)率7%。城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地面積猛增，2000年城鎮(zhèn)用地面積39 km2，2018年城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積達(dá)到103.48 km2，增長(zhǎng)64.48 km2，用地面積大幅上升。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口快速增長(zhǎng)和新型城鎮(zhèn)化的加速推進(jìn)，未來城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積將持續(xù)擴(kuò)張，袁州區(qū)需要同時(shí)兼顧城鎮(zhèn)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等多方面因素，走生產(chǎn)、生態(tài)、生活協(xié)調(diào)發(fā)展道路。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究從美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局USGS官網(wǎng)上(https:∥www.usgs.gov/)獲取Landsat TM/ETM+/OLI衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，選取2000年、2010年和2018年成像時(shí)間在6—9月且平均含云量低于10%的影像，各期影像空間分辨率均為30 m。結(jié)合袁州區(qū)當(dāng)?shù)氐仡悓?shí)際情形，將土地利用類型分為耕地、林地、水域、建設(shè)用地和未利用地5類。在ENVI 5.1軟件中對(duì)影像進(jìn)行大氣校正、幾何糾正、影像增強(qiáng)、影像鑲嵌與裁剪等預(yù)處理，采用監(jiān)督分類法與人機(jī)交互結(jié)合方法進(jìn)行解譯判讀，最終利用混淆矩陣和Kappa系數(shù)對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，總體分類精度均超過85%，解譯結(jié)果精度較好，滿足相關(guān)研究分析的需要。此外水系數(shù)據(jù)和路網(wǎng)數(shù)據(jù)通過OpenStreetMap官方網(wǎng)站(https:∥www.openstreetmap.org/)獲取。

2 研究方法

2.1 城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度系數(shù)

城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度系數(shù)是城鎮(zhèn)擴(kuò)展數(shù)量特征研究的常用指標(biāo)，用以表征城鎮(zhèn)擴(kuò)張程度和速度。城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)是指城鎮(zhèn)用地空間在研究期內(nèi)其拓展面積占區(qū)域土地總面積的百分比[32]。結(jié)合相關(guān)研究成果[33]，以袁州區(qū)中心城區(qū)、圩鎮(zhèn)中心、工業(yè)園區(qū)等建成區(qū)作為城鎮(zhèn)用地空間，研究袁州區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)張的時(shí)間和空間變化特征，其公式見式(1)。

(1)

式中:I表示城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度系數(shù)；Sk表示第k年城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積；Sk-Δt表示距第k年時(shí)間間隔Δt年份的建設(shè)用地面積；S表示研究區(qū)域內(nèi)總面積。

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型

2.2.1 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)劃分 綜合考慮景觀類型的種類、斑塊平均面積和研究區(qū)總面積等因素，將研究區(qū)劃分為3 km×3 km的等間距單元網(wǎng)格，以每個(gè)網(wǎng)格作為研究樣本區(qū)，共得到349個(gè)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。通過公式計(jì)算研究樣本區(qū)內(nèi)各地類景觀格局指數(shù)并得到景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值，以此值表示研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

2.2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) 景觀損失度反映在自然和人為干擾作用下，不同景觀類型自然屬性損失的相對(duì)大小，可以用來定量衡量景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。通過計(jì)算各景觀組分面積比重，同時(shí)引入景觀損失度來描述各研究樣本區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ERI，從而構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型。模型公式見式(2)。

(2)

式中:ERI表示第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；N為表示景觀類型種類；Ri表示景觀類型i的損失度指數(shù)；Aki表示第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)i類景觀組分的面積；Ak表示第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的總面積。

模型中景觀損失度Ri由景觀脆弱度Si和景觀干擾度Ui進(jìn)行積運(yùn)算所得。其中景觀脆弱度Si基于MATLAB平臺(tái)，采用層次分析法得出，AHP權(quán)重結(jié)果如下：建設(shè)用地權(quán)重0.061 8，林地權(quán)重0.093，耕地權(quán)重0.159 9，水域權(quán)重0.262 5，未利用地權(quán)重0.418 5。景觀干擾度Ui由景觀破碎度Ci、景觀分離度Fi、景觀優(yōu)勢(shì)度Di進(jìn)行加權(quán)累加所得，相應(yīng)權(quán)重通過專家咨詢法，分別賦予景觀破碎度權(quán)重0.5，分離度權(quán)重0.3，優(yōu)勢(shì)度權(quán)重0.2。相應(yīng)計(jì)算景觀格局指數(shù)的公式及生態(tài)含義見表1。

表1 景觀格局指數(shù)計(jì)算方法及其生態(tài)含義

2.3 地統(tǒng)計(jì)分析

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)作為區(qū)域化變量，其空間異質(zhì)性可以通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)來分析。本研究通過構(gòu)建半變異函數(shù)模型對(duì)區(qū)域化變量的空間變異結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，半變異函數(shù)公式見式(3)。

(3)

式中:γ(h)為半變異函數(shù)h表示步長(zhǎng),即配對(duì)樣本之間的空間距離；Z(xi)和Z(xi+h)表示在位置x和xi+h處的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的觀測(cè)值；N(h)為間隔距離為h的樣本總配對(duì)數(shù)。

半變異函數(shù)模型常用來研究變量空間變異結(jié)構(gòu)，探索其空間相關(guān)性與空間異質(zhì)性的規(guī)律，其參數(shù)主要包含塊金值(Nugget)，基臺(tái)值(Sill)和變程(Range)。塊金值(Nugget)指當(dāng)配對(duì)樣本空間間隔h=0時(shí)，半變異函數(shù)值卻不等于0，這種由于測(cè)量誤差及空間變異導(dǎo)致的隨機(jī)性的發(fā)生就表現(xiàn)為塊金值。隨著空間距離h逐漸增大，半變異函數(shù)值γ(h)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的常數(shù)時(shí)，此時(shí)這個(gè)穩(wěn)定常數(shù)值即為基臺(tái)值(Sill)。從塊金值到基臺(tái)值之間的空間距離變化大小即為變程(Range)，它體現(xiàn)配對(duì)樣本觀測(cè)值之間空間相關(guān)性的變化范圍。此外，塊金值和基臺(tái)值之比，多用來表示系統(tǒng)變量之間的空間相關(guān)程度[26]。它表示由隨機(jī)因素造成的空間異質(zhì)性比例大小，其值越小，則觀測(cè)值之間空間自相關(guān)性造成的空間變異占比越大。

為實(shí)現(xiàn)可視化形式直觀地表現(xiàn)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的空間分布，本研究以普通克里金插值方法對(duì)袁州區(qū)景觀生態(tài)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行插值，從而獲得全區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布圖。

2.4 地理加權(quán)回歸模型

地理加權(quán)回歸模型(GWR)在傳統(tǒng)最小二乘回歸模型(OLS)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，將變量的地理位置嵌入到回歸參數(shù)中，利用局部加權(quán)最小二乘方法進(jìn)行逐點(diǎn)參數(shù)估計(jì)[34]。GWR充分考慮到空間變量的局部特性，解決變量關(guān)系隨著地理位置的改變產(chǎn)生的空間非平穩(wěn)性問題，體現(xiàn)了變量的空間異質(zhì)性。其模型公式見式4。

(i=1,2,…,n)

(4)

式中:yi為因變量,(ui,vi)為采樣點(diǎn)i的坐標(biāo)；β0(ui,vi)為截距項(xiàng)；βk(ui,vi)為i點(diǎn)上第k個(gè)回歸系數(shù),是與地理位置相關(guān)的函數(shù)；p為解釋變量個(gè)數(shù)；xik為解釋變量xk在i點(diǎn)的值；εi表示隨機(jī)干擾項(xiàng)。

地理加權(quán)回歸模型核心是構(gòu)建空間權(quán)重矩陣，本研究選取高斯函數(shù)作為距離衰減函數(shù)，計(jì)算空間權(quán)重值。高斯函數(shù)公式見式5。

Wij=exp[-(dij/b)2]

(5)

式中:dij為樣本點(diǎn)i,j之間的距離；b為帶寬,是描述權(quán)重與距離之間函數(shù)關(guān)系的非負(fù)衰減參數(shù),帶寬越大,權(quán)重隨距離的增加衰減的越慢,帶寬越小,權(quán)重隨距離的增加衰減越快[32]。研究采用最小信息準(zhǔn)則(AIC)方法評(píng)價(jià)模型擬合優(yōu)良性,計(jì)算最適宜帶寬。

3 結(jié)果與分析

3.1 袁州區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)張?zhí)卣鞣治?/h3>

從2000年以來，袁州區(qū)城鎮(zhèn)用地面積總體保持增長(zhǎng)、2000—2010年擴(kuò)張面積28.28 km2、擴(kuò)張強(qiáng)度系數(shù)0.11%。2010—2018年擴(kuò)張面積達(dá)到36.20 km2、年均擴(kuò)張速率達(dá)4.53 km2/a、增幅較快。從2000—2018年整個(gè)發(fā)展周期來看、袁州區(qū)一直處于發(fā)展增長(zhǎng)期、2000年城鎮(zhèn)用地面積為39 km2、2010年為67.28 km2、2018年達(dá)103.48 km2、城鎮(zhèn)用地面積是2000年的2.65倍、城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)為0.14%、總體而言、袁州區(qū)新時(shí)期城鎮(zhèn)化發(fā)展迅猛，發(fā)展速度大幅提升，處于城鎮(zhèn)化發(fā)展快速期。不同時(shí)期城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張面積見表2。

表2 袁州區(qū)不同時(shí)期城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張情況

從2000—2018年、城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張主要集中在中心城區(qū)、金園街道、下浦街道三處、呈現(xiàn)較為明顯的往北和東西方擴(kuò)張的倒“T”形擴(kuò)張形狀。袁州區(qū)城區(qū)作為區(qū)域發(fā)展中心、建設(shè)用地需求強(qiáng)烈、呈現(xiàn)急速向外擴(kuò)張的趨勢(shì)。往北擴(kuò)張、金園街道從2000年以來建設(shè)用地?cái)U(kuò)張十分明顯，由于緊靠中心城區(qū)北部，區(qū)位條件優(yōu)越，同時(shí)擁有便捷的交通，與三陽鎮(zhèn)、柏木鄉(xiāng)形成向北發(fā)展廊道，與萬載縣連通。往東西方向擴(kuò)張，滬昆高速從東向西連接新余市、袁州區(qū)、萍鄉(xiāng)市。沿線下浦街道、彬江鎮(zhèn)通過滬昆高速與分宜縣，新余市相通，湖田鄉(xiāng)、西村鎮(zhèn)沿滬昆高速與萍鄉(xiāng)市相連，滬昆高速為袁州區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)張?zhí)峁┝肆己玫慕煌l件，沿線地區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)擴(kuò)張面積顯著高于全區(qū)其他地方。同時(shí)袁河自西向東從西村鎮(zhèn)流向彬江鎮(zhèn)，沿途經(jīng)過中心城區(qū)，為城鎮(zhèn)發(fā)展提供良好的水資源條件。由此袁州區(qū)形成了東西方向沿滬昆高速、袁河發(fā)展，往北沿萬宜公路發(fā)展的倒“T”形城鎮(zhèn)擴(kuò)張發(fā)展格局。

此外，西北方向慈化鎮(zhèn)城鎮(zhèn)擴(kuò)張現(xiàn)象較為突出，這主要是因?yàn)榇然?zhèn)沿交通干線城鎮(zhèn)發(fā)展水平較為迅速。新坊鄉(xiāng)位于東南方向，與安?？h連通，近年來隨著工業(yè)發(fā)展水平上升，城鎮(zhèn)用地面積增長(zhǎng)較大。溫湯鎮(zhèn)因?yàn)槊髟律絿?guó)家級(jí)森林公園坐落于鎮(zhèn)西南角，隨著地方旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，景區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施不斷加大建設(shè)和完善，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張較為明顯(圖1)。

圖1 袁州區(qū)2000-2018年城鎮(zhèn)建設(shè)用地時(shí)空分布

3.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化分析

3.2.1 景觀格局指數(shù)分析 由表3得出，從2000—2018年以來、林地作為袁州區(qū)優(yōu)勢(shì)度最高的景觀類型面積一直在減少，從2000年的1 949.803 2 km2減少到2018年的1 321.515 km2，景觀優(yōu)勢(shì)度也從0.671 5下降為0.565 4。林地破壞問題嚴(yán)重很大部分原因是城鎮(zhèn)化和人口快速增長(zhǎng)導(dǎo)致的，通過毀林建房，毀林耕種等手段，造成林地景觀破碎度顯著增加，斑塊數(shù)上升，破碎化明顯加重。景觀分離度從0.093 6增加到0.160 4，景觀損失度也由此增大。袁州區(qū)水域面積較小，景觀優(yōu)勢(shì)度較低，從2010—2018年、受退耕還湖，保護(hù)濕地等政策影響，面積稍有增加，景觀破碎度和分離度也有所下降，由于其特殊景觀生態(tài)地位，景觀脆弱度指數(shù)較高，景觀損失度稍有下降，從0.260 1下降為0.235 6。受農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)影響，耕地面積出現(xiàn)大幅上漲，耕地面積從2000年的314.002 8 km2增加到2018年859.016 7 km2，景觀優(yōu)勢(shì)度也達(dá)到0.490 4。耕地景觀破碎度和分離度都明顯減小，干擾度從0.375下降到0.244 6，景觀類型表現(xiàn)更為集聚，景觀損失度也較低。從2000—2018年、城鎮(zhèn)用地面積大幅增加，景觀分離度從0.825 2減小到0.428 2，破碎度從0.041 8減小到0.029 9，干擾度減小，表現(xiàn)出連續(xù)和聚集形態(tài)。其他建設(shè)用地景觀優(yōu)勢(shì)度有所上升、2010—2018年景觀損失度下降明顯。未利用地在2000—2010年面積大幅減少，從80.481 6 km2減少到20.997 3 km2，這段時(shí)間主要由于袁州區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展初期呈現(xiàn)無序狀態(tài)，對(duì)荒草地、沙地等潛力資源開發(fā)較為嚴(yán)重。未利用地景觀破碎度下降較大，斑塊數(shù)從9 956個(gè)減少到772個(gè)，此外未利用地由于受到人為干擾影響最大，景觀脆弱度指數(shù)也最高。

表3 袁州區(qū)2000-2018年景觀格局指數(shù)

3.2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分布 通過ArcGIS 10.2中地統(tǒng)計(jì)分析工具對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行探索性數(shù)據(jù)分析，然后以普通克里金插值方法對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行插值，通過計(jì)算半變異函數(shù)并構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停芯堪l(fā)現(xiàn)3個(gè)時(shí)期指數(shù)模型擬合結(jié)果較好，相關(guān)參數(shù)見表4。

由表4可以得出：(1) 2000年、2010年和2018年半變異函數(shù)模型塊金值都接近于0，表明由隨機(jī)因素造成的空間異質(zhì)性作用較小；(2) 變程從2000年14 984 m增加到2018年17 564 m，說明空間相關(guān)性導(dǎo)致的空間異質(zhì)性作用范圍變長(zhǎng)，主要是由于各種景觀類型相互轉(zhuǎn)化造成的。同時(shí)發(fā)現(xiàn)基臺(tái)值逐漸減小，說明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間變異隨著時(shí)間的推移有所減小；(3) 通過對(duì)比3個(gè)年份的塊金/基臺(tái)值，隨機(jī)因素引起的空間變異均遠(yuǎn)小于空間自相關(guān)引起的。同時(shí)發(fā)現(xiàn)2000年的塊金/基臺(tái)值>25%，表明該時(shí)期空間變異由隨機(jī)因素影響較為顯著。2010年、2018年塊金/基臺(tái)值均小于25%，表明此時(shí)空間異質(zhì)特點(diǎn)主要取決于自身空間相關(guān)程度?？傮w來看、從2000—2018年、塊金值/基臺(tái)值呈現(xiàn)先減小后稍有增加的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)?000年時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相對(duì)較慢，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間變異由自然隨機(jī)因素引起的比重較大，2010年時(shí)期處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展高漲期，空間變異結(jié)構(gòu)主要由于自身相關(guān)性引起。近年來，國(guó)家政府十分注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境，受此影響自然隨機(jī)變異所占比重稍有增加。

表4 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)半變異函數(shù)及其參數(shù)

通過對(duì)349個(gè)景觀風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行克里金插值，得到2000年、2010年、2018年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布。為便于直觀展示和比較生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化情況，結(jié)合自然斷點(diǎn)法分布區(qū)間，以自定義間隔將其劃分為5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)：Ⅰ級(jí)低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI<0.032)，Ⅱ級(jí)較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.032≤ERI<0.046)，Ⅲ級(jí)中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.046≤ERI<0.060)，Ⅳ級(jí)較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.060≤ERI<0.074)，Ⅴ級(jí)高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(≥0.074)。袁州區(qū)不同時(shí)期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布見圖2。

由圖2看出，2000年高和較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在中心城區(qū)、金園街道、下浦街道、湖田鄉(xiāng)、西村鎮(zhèn)和飛劍潭水庫等處，中心城區(qū)和周圍街道景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高主要由于該時(shí)期內(nèi)，城鎮(zhèn)化發(fā)展處于相對(duì)無序狀態(tài)，城區(qū)和城郊劃出大量的未利用土地，景觀脆弱度高，同時(shí)受到人類干擾因素強(qiáng)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)因此也最高。西村鎮(zhèn)、湖田鄉(xiāng)和彬江鎮(zhèn)由于袁河的流經(jīng)，飛劍潭鄉(xiāng)存在飛劍潭水庫，均由于水域的景觀脆弱度較高，受自然和人為干擾因素影響大，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)因此也較高。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要存在于南邊和西北方鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如溫湯鎮(zhèn)，洪江鄉(xiāng)、慈化鎮(zhèn)、楠木鄉(xiāng)等，溫湯鎮(zhèn)因?yàn)榱值馗采w率高，植被成片，景觀類型規(guī)整，同時(shí)鎮(zhèn)域內(nèi)坐落著明月山國(guó)家風(fēng)景旅游區(qū)，注重生態(tài)保護(hù)，因此生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也最低。

圖2 袁州區(qū)2000-2018年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布

2010年以后袁州區(qū)城市發(fā)展重心往金園街道方向靠攏，與2000年相比較，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)往金園街道方向發(fā)展，同時(shí)湖田鄉(xiāng)，彬江鎮(zhèn)也在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高，這兩處鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高的原因與2000年中心城區(qū)相同，均是由于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展初期的相對(duì)無序擴(kuò)張，同時(shí)城鎮(zhèn)周郊存在較大面積的未利用地，為后期發(fā)展提供資源。飛劍潭鄉(xiāng)由于水庫的影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)依然很高。對(duì)比2000年，袁河流經(jīng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)如西村鎮(zhèn)、湖田鄉(xiāng)、彬江鎮(zhèn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有很大部分由較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)化為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，這體現(xiàn)了當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)河流生態(tài)的意識(shí)在提高。低和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在西北邊和南方范圍有所擴(kuò)大，主要體現(xiàn)在楠木鄉(xiāng)、天臺(tái)鎮(zhèn)、洪塘鎮(zhèn)等地。

與2010年相比，2018年高和較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在金園街道和湖田鄉(xiāng)，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍顯著減小，飛劍潭水庫景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也下降為較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。中心城區(qū)由于城市化發(fā)展達(dá)到末期，城市建設(shè)用地集中連片，斑塊完整，景觀類型十分穩(wěn)定，因此部分地區(qū)下降為較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，大部分地區(qū)降低為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。同時(shí)袁河流經(jīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)如彬江鎮(zhèn)、下浦街道生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也由較高風(fēng)險(xiǎn)降為中等風(fēng)險(xiǎn)。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，變化較為明顯地區(qū)分布在新坊鄉(xiāng)、洪塘鎮(zhèn)、水江鄉(xiāng)和天臺(tái)鎮(zhèn)。同時(shí)對(duì)不同時(shí)期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布進(jìn)行面積和比例統(tǒng)計(jì)，得到面積和比例見表5。

結(jié)合圖2和表5，從2000—2018年以來，袁州區(qū)高和較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍出現(xiàn)較大幅度減小，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積分布逐漸擴(kuò)大。高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)所占比例逐漸下降，占比從2000年的20.53%下降為2018年的4.17%，較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積從407.61 km2減小到61.21 km2，面積減少尤為顯著。中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積也出現(xiàn)顯著減小，面積從606.21 km2減小為264.8 km2。低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積出現(xiàn)明顯擴(kuò)大分布，面積從614.5 km2增長(zhǎng)到1 237.9 km2，所占比例也增加到48.7%。

表5 袁州區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積及比例統(tǒng)計(jì)

得出總體結(jié)論：2000—2018年以來，袁州區(qū)中等及以上生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別分布范圍均顯著減小，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍明顯增大，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈逐漸下降趨勢(shì)。其中原因主要是城鎮(zhèn)化和人口增長(zhǎng)造成建設(shè)用地?cái)U(kuò)張顯著，耕地面積增加較大，景觀斑塊更加完整，損失度減小，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度降低，同時(shí)近年來袁州區(qū)大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，既注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又要經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展，因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體呈下降趨勢(shì)。

3.3 城鎮(zhèn)擴(kuò)張與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)耦合關(guān)系

3.3.1 城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)耦合分析 研究以生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為因變量，城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積為解釋變量，通過進(jìn)行地理加權(quán)回歸(GWR)分析，探索兩者之間的耦合聯(lián)系。在ArcGIS 10.2中通過GWR工具建立回歸模型，模型以高斯函數(shù)為內(nèi)核作為距離權(quán)重衰減函數(shù)，采用AICc值評(píng)價(jià)模型優(yōu)良度，尋找最佳帶寬。對(duì)比發(fā)現(xiàn)選擇Adaptive核類型具有較好的擬合優(yōu)度，其通過選定最近鄰點(diǎn)個(gè)數(shù)來表示帶寬變化，相應(yīng)模型參數(shù)見表6。

表6中，帶寬大小通過最近鄰點(diǎn)個(gè)數(shù)(Neighbors)來表示，由于研究區(qū)樣本均勻分布，點(diǎn)個(gè)數(shù)越多，函數(shù)擬合相對(duì)更為平滑，空間權(quán)重隨距離衰減更為平緩。R2表示模型擬合優(yōu)度，其值范圍在[0,1]，值越大擬合越好，2000年模型擬合精度相對(duì)較好，其他兩個(gè)時(shí)期擬合結(jié)果相對(duì)較差。由GWR標(biāo)準(zhǔn)化殘差分布圖(圖3)可以得出，各景觀風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)97%以上局部回歸模型標(biāo)準(zhǔn)化殘差落在[-2.5,2.5]區(qū)間內(nèi)，模型總體構(gòu)建較好。

表6 地理加權(quán)回歸模型檢驗(yàn)參數(shù)

圖3 地理加權(quán)回歸(GWR)模型標(biāo)準(zhǔn)化殘差空間分布

由回歸系數(shù)分布圖所示(圖4)，總體來看，3個(gè)時(shí)期城鎮(zhèn)用地面積與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，但是從2000—2018年回歸系數(shù)逐漸減小說明這種正向影響關(guān)系正在逐漸減弱。隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷推進(jìn)，城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積不斷擴(kuò)張，導(dǎo)致城鎮(zhèn)中心斑塊集中成片，景觀破碎度和分離度不斷下降，同時(shí)由于城鎮(zhèn)用地狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，脆弱度指數(shù)較低，因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)上升幅度也較小。3個(gè)時(shí)期中心城區(qū)的回歸系數(shù)與同期其他地區(qū)相比都較低，主要是由于中心城區(qū)城鎮(zhèn)化程度較高，城鎮(zhèn)用地面積增長(zhǎng)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的影響幅度較小，生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高。但是總體而言隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程向前推進(jìn)，袁州區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一直在增加，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了不小壓力。

圖4 城鎮(zhèn)用地面積與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)回歸系數(shù)分布

3.3.2 城鎮(zhèn)擴(kuò)張指數(shù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化指數(shù)耦合分析研究同時(shí)以2000—2018年的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化率作為因變量，城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)作為解釋變量，進(jìn)行地理加權(quán)回歸(GWR)建模，相應(yīng)模型參數(shù)設(shè)置和模型檢驗(yàn)方法同上。

由表7可得，2000—2010年的R2值為0.692 6，擬合優(yōu)度相對(duì)較好，其他兩個(gè)時(shí)間跨度擬合結(jié)果相對(duì)較一般。GWR標(biāo)準(zhǔn)化殘差超過95%的采樣區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化殘差值在[-2.5,2.5]，總體來看模型構(gòu)建較好。同時(shí)對(duì)每個(gè)研究單元回歸系數(shù)進(jìn)行可視化表達(dá)，GWR回歸系數(shù)空間分布圖見圖5。

表7 地理加權(quán)回歸模型檢驗(yàn)參數(shù)

由圖5可得，2000—2010年、城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化率兩者回歸系數(shù)總體有正有負(fù)、正值集中于中心城區(qū)附近、表明城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度增加會(huì)導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化率上升、造成生態(tài)壓力加大。負(fù)值主要分布于飛劍潭和天臺(tái)等西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)、這些地區(qū)城鎮(zhèn)化程度相對(duì)來說較低、發(fā)展較慢、城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度增加、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化率減小、但結(jié)合圖4生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)依然處于增長(zhǎng)趨勢(shì)。2010—2018年、總體來看在大部分區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)變化率仍是正相關(guān)關(guān)系、主要分布在中心城區(qū)往金園街道方向、但在天臺(tái)、竹亭和遼市等鄉(xiāng)鎮(zhèn)仍處于負(fù)相關(guān)區(qū)域。整體2000—2018年、中心城區(qū)、下浦街道和金園街道等地區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化率之間表現(xiàn)為正向關(guān)系，城鎮(zhèn)化強(qiáng)度增加導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化加劇，生態(tài)壓力也逐漸增加。負(fù)值區(qū)域分布在溫湯、新坊和洪江等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些地區(qū)植被覆蓋范圍較為廣泛，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化幅度因此較小。

圖5 城鎮(zhèn)擴(kuò)張指數(shù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化率回歸系數(shù)分布

4 結(jié) 論

(1) 2000—2018年、袁州區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)張面積達(dá)到64.48 km2、擴(kuò)張強(qiáng)度系數(shù)為0.14%、城鎮(zhèn)用地面積是2000年的2.65倍。城鎮(zhèn)擴(kuò)張空間分布呈現(xiàn)東西方向沿滬昆高速、袁河發(fā)展、往北沿萬宜公路發(fā)展的倒“T”形發(fā)展格局、同時(shí)西北方慈化鎮(zhèn)、西南方溫湯鎮(zhèn)、東南方新坊鄉(xiāng)擴(kuò)張也較為明顯。

(2)從2000—2018年景觀格局指數(shù)分析中得出、林地作為袁州區(qū)優(yōu)勢(shì)度最大的景觀類型正在逐漸喪失優(yōu)勢(shì)、受人口增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化等影響耕地和建設(shè)用地面積增長(zhǎng)十分顯著。未利用地和水域景觀脆弱度較高，同時(shí)受外界干擾因素影響大，因此未利用地和水域景觀損失度也很高。

(3) 對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)半變異函數(shù)構(gòu)建模型并分析參數(shù)得出結(jié)論，袁州區(qū)2000年、2010年、2018年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)存在較強(qiáng)的空間自相關(guān)性，隨機(jī)因素造成的空間異質(zhì)作用較小。同時(shí)由景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布圖和統(tǒng)計(jì)表、2000—2018年期間，袁州區(qū)中等及以上生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別分布范圍均顯著減小，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍明顯增大，其原因主要是城鎮(zhèn)化和人口增長(zhǎng)導(dǎo)致的建設(shè)用地和耕地?cái)U(kuò)張，景觀斑塊更加完整，損失度減小，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度降低。同時(shí)由于近年積極推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和打造“山水林田湖草”生命共同體，生態(tài)環(huán)境得到改善生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因此降低。

(4) 通過構(gòu)建GWR模型，分析得出2000—2018年袁州區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體呈正相關(guān)關(guān)系，且隨時(shí)間推移回歸系數(shù)在逐漸減小。中心城區(qū)的回歸系數(shù)與同期其他地區(qū)相比都較低，主要是由于中心城區(qū)城鎮(zhèn)化程度較高，生態(tài)穩(wěn)定性更高。城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度系數(shù)與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化率相關(guān)關(guān)系有正有負(fù)，中心城區(qū)、下浦街道和金園街道等地區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化率之間表現(xiàn)為正相關(guān)，城鎮(zhèn)化強(qiáng)度增加導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化加劇。負(fù)值區(qū)域主要分布在溫湯、新坊和洪江等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些地區(qū)植被覆蓋范圍較為廣泛，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化幅度因此較小。

研究通過對(duì)袁州區(qū)2000—2018年城鎮(zhèn)擴(kuò)張和景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，然后探尋兩者之間耦合關(guān)系并得出相應(yīng)結(jié)論，但研究也存在諸多不足之處。構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型過程中，僅僅從土地利用的角度考慮了各景觀類型的面積權(quán)重，沒有考慮其他生態(tài)因子如地形、降水、土壤類型等影響，因此景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)缺乏一定的生態(tài)涵義。此外深入探討城鎮(zhèn)擴(kuò)張與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間耦合關(guān)系時(shí)，并未將GWR與其他回歸模型進(jìn)行對(duì)比[35]，因此模型最優(yōu)性值得商榷，需進(jìn)一步完善研究。