王 鵬, 趙 微, 柯新利

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院, 武漢 430070)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人類活動(dòng)的不斷加劇，水土流失、生物多樣性銳減、全球氣候變暖等一系列生態(tài)環(huán)境問題大量涌現(xiàn)，使得生態(tài)系統(tǒng)遭受巨大威脅，生態(tài)脆弱性問題日益凸顯。生態(tài)脆弱性是在特定時(shí)空背景下，生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)外界因素干擾所表現(xiàn)出的敏感和恢復(fù)反映狀態(tài)，由自然環(huán)境特征和人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)共同決定[1-2]。目前，生態(tài)脆弱性有關(guān)研究已成為全球變化與可持續(xù)發(fā)展研究中的熱點(diǎn)問題[3]，其中有關(guān)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的實(shí)踐研究受到學(xué)者們廣泛關(guān)注[4-5]。生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)主要是針對(duì)特定區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，分析生態(tài)環(huán)境脆弱性的變化規(guī)律，識(shí)別生態(tài)環(huán)境脆弱的成因機(jī)制，其結(jié)果可為生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)提供方向[6-7]。

近年來，學(xué)者們針對(duì)生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)開展了諸多研究，為客觀認(rèn)識(shí)區(qū)域生態(tài)脆弱狀態(tài)提供了經(jīng)驗(yàn)和證據(jù)。從評(píng)價(jià)模型和方法上看，形成了包含PSE模型[8]、PSR模型[9]、VSD模型[10]、SRP模型等[5]在內(nèi)的多種模型及囊括主成分分析法[7]、層次分析法[11]、模糊評(píng)價(jià)法[12]、景觀評(píng)價(jià)法等[13]在內(nèi)的一系列綜合評(píng)價(jià)方法。從研究尺度上看，宏觀尺度多以鄉(xiāng)鎮(zhèn)[14]、縣域[15]、市域[16]作為基本評(píng)價(jià)單元，微觀尺度多基于柵格[4,7]、格網(wǎng)[5]進(jìn)行評(píng)價(jià)。從研究時(shí)段上看，已經(jīng)從過去單一時(shí)點(diǎn)的研究[2]轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的多時(shí)段研究[5-7]，且尤為注重對(duì)長時(shí)間序列生態(tài)脆弱性時(shí)空變化的研究。但是當(dāng)前針對(duì)生態(tài)脆弱性變化的研究大多采用轉(zhuǎn)移矩陣[17]、空間差值等[18]方法來分析生態(tài)脆弱性的時(shí)序和空間格局變化，這些方法在一定程度上反映了生態(tài)脆弱性時(shí)空變化特征，但其對(duì)生態(tài)脆弱性變化起落點(diǎn)的空間表達(dá)存在明顯不足。而地學(xué)信息圖譜方法能夠把空間信息特征和時(shí)間起落點(diǎn)合二為一，可以很好地表示生態(tài)脆弱性變化的空間格局和時(shí)序特征[19-20]。此外，當(dāng)前的研究區(qū)多集中在干旱區(qū)[21]、高寒區(qū)[11]、山區(qū)[22]、水庫區(qū)[7]、煤礦區(qū)等[23]自然條件較差或人為干擾劇烈的區(qū)域，但是對(duì)潛江市這類近年來經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展而又地處典型平原農(nóng)業(yè)區(qū)的研究鮮見報(bào)道。

鑒于此，本文以江漢平原典型城市潛江市為研究區(qū)，基于SRP模型構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用空間主成分分析法提取生態(tài)脆弱性主要驅(qū)動(dòng)因子，從km格網(wǎng)尺度上對(duì)2008—2017年潛江市生態(tài)脆弱性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并運(yùn)用地學(xué)信息圖譜方法分析生態(tài)脆弱性的時(shí)空變化規(guī)律，以期為市域范圍內(nèi)的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

潛江市位于湖北省中南部、江漢平原腹地(112°29′39″—113°01′27″E，30°04′53″—30°38′53″N)，為省管縣級(jí)市，下轄10個(gè)鎮(zhèn)、6個(gè)街道、6個(gè)管理區(qū)和1個(gè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，國土面積2 004 km2。該地區(qū)屬典型的北亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四季分明，雨熱同期，多年平均降水量1 119.7 mm，年均溫16.1℃；境內(nèi)地勢(shì)平坦，海拔介于0～100 m，耕地眾多，水面廣闊。潛江市是湖北“兩圈兩帶”戰(zhàn)略的重要節(jié)點(diǎn)城市，是江漢平原上重要的糧棉油生產(chǎn)基地和唯一的石油資源型城市。自2009年被國務(wù)院確定為全國第二批資源枯竭型城市以來，潛江市開始走上轉(zhuǎn)型發(fā)展的道路。近十年來，區(qū)內(nèi)人類開發(fā)利用活動(dòng)逐漸增多，土地利用變化劇烈，伴隨著人口轉(zhuǎn)移和產(chǎn)業(yè)增長的城市快速擴(kuò)張占據(jù)了周邊大量的生態(tài)用地，農(nóng)業(yè)墾殖強(qiáng)度的加大直接導(dǎo)致化肥、農(nóng)藥用量的增加，以漁業(yè)養(yǎng)殖為代表的特色農(nóng)業(yè)大規(guī)模發(fā)展客觀上破壞了許多原生態(tài)的湖泊，丹江口水庫蓄水導(dǎo)致漢江中下游水位下降也伴隨著諸多生態(tài)問題的顯現(xiàn)；另一方面該地區(qū)降水時(shí)空分布不均，旱澇災(zāi)害多發(fā)，這對(duì)區(qū)域生態(tài)安全造成了嚴(yán)重的威脅。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

系統(tǒng)合理選取指標(biāo)體系是科學(xué)評(píng)價(jià)生態(tài)脆弱性的關(guān)鍵。SRP(Ecological Sensitivity-Ecological Recovery-Ecological Pressure Model)模型是一項(xiàng)專門用于評(píng)價(jià)特定區(qū)域生態(tài)脆弱狀態(tài)的綜合性評(píng)價(jià)模型[24]。針對(duì)特定時(shí)段下的某個(gè)特定區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，對(duì)于外界干擾會(huì)表現(xiàn)出敏感性，同時(shí)會(huì)因應(yīng)對(duì)外界壓力而不斷調(diào)整自身以適應(yīng)環(huán)境，從而呈現(xiàn)出恢復(fù)力[18,24]。SRP模型重點(diǎn)關(guān)注自然系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的相互作用和影響，其三維結(jié)構(gòu)界定可幫助研究者全面選取生態(tài)脆弱性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[5,24]，結(jié)合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境實(shí)際情況，本著可操作性、科學(xué)性、系統(tǒng)性及數(shù)據(jù)可得性等原則，從生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)壓力度等3個(gè)層面選取了14個(gè)指標(biāo)構(gòu)建潛江市生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 潛江市生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

生態(tài)敏感性是生態(tài)系統(tǒng)在外界影響下生態(tài)功能下降的可能性[25]。遵循評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)反映區(qū)域最主要生態(tài)問題的基本原則，從地形、氣象、地表等3個(gè)方面選擇評(píng)價(jià)因子。地形因子選取坡度和地形起伏度指示區(qū)域的地形特征，坡度和地形起伏度越大，坡體越不穩(wěn)定，受降雨侵蝕風(fēng)險(xiǎn)越大；氣象因子選取年均溫和年均降雨量，氣溫顯示區(qū)域的熱力分布情況，其通過積溫形式影響植被的生長，降雨是造成生態(tài)脆弱性的重要原因，直接影響著區(qū)域的降水侵蝕能力；地表因子主要以地表覆被和景觀斑塊的空間分布與組合來表征，土地利用類型體現(xiàn)了人類對(duì)自然的利用強(qiáng)度，景觀破碎度體現(xiàn)人類活動(dòng)所造成的景觀斑塊的完整度，景觀多樣性指數(shù)反映景觀組團(tuán)的復(fù)雜程度，景觀多樣化程度越低，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性則越差。

生態(tài)恢復(fù)力是生態(tài)系統(tǒng)受到干擾后適應(yīng)環(huán)境和自我恢復(fù)的能力[25]。生態(tài)恢復(fù)力用歸一化植被指數(shù)(NDVI)來表示，NDVI值越大，表示植被生長越旺盛，生態(tài)系統(tǒng)抗干擾和自我調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。

生態(tài)壓力度是指生態(tài)系統(tǒng)所承受來自外界擾動(dòng)的壓力[25]。人類活動(dòng)是壓力產(chǎn)生的重要原因，選取人口密度、人均GDP、人均耕地面積、第二產(chǎn)業(yè)比重、化肥施用強(qiáng)度、農(nóng)藥施用強(qiáng)度來表征社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的脅迫作用。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文所采用的數(shù)據(jù)主要包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等自然地理數(shù)據(jù)。2008年和2017年的土地利用數(shù)據(jù)來源于30 m分辨率Landsat遙感影像進(jìn)行目視解譯，解譯精度在90%以上，將其分為耕地、林地、水域、建設(shè)用地和未利用地等5種類型(草地實(shí)際面積小于0.1%)；DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率為30 m，利用ArcGIS 10.2軟件提取出坡度和地形起伏度；2008年和2017年的NDVI數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云MOD13Q1產(chǎn)品經(jīng)歸一化處理得到，分辨率為250 m；2008年和2017年的氣象數(shù)據(jù)(年均溫、年均降水量)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)，基于各氣象站點(diǎn)進(jìn)行空間插值；景觀多樣性和景觀破碎度是基于土地利用數(shù)據(jù)利用Fragstas 4.2軟件提?。蝗丝诿芏?、人均GDP、人均耕地面積、第二產(chǎn)業(yè)比重、化肥施用強(qiáng)度、農(nóng)藥施用強(qiáng)度等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于2008年和2017年《潛江市統(tǒng)計(jì)年鑒》，基于各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))范圍進(jìn)行空間插值得到，其中人口密度為各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的總?cè)丝?總面積，人均GDP、人均耕地分別為各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的生產(chǎn)總值和耕地總面積/總?cè)丝冢诙a(chǎn)業(yè)比重為各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值/總產(chǎn)值，化肥、農(nóng)藥施用強(qiáng)度分別為各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的化肥和農(nóng)藥施用總量/耕地總面積。

考慮到自然地理數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的屬性和精度存在差異，采用小尺度的評(píng)價(jià)單元無法較好地反映生態(tài)環(huán)境的實(shí)際空間格局特征，本文參考王貝貝等[5]、郭椿陽等[26]的研究，借助ArcGIS 10.2軟件將研究區(qū)劃分為1 km×1 km的格網(wǎng)作為基本評(píng)價(jià)單元，基于格網(wǎng)尺度計(jì)算每個(gè)單元中各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值。同時(shí)，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一為WGS 1 984坐標(biāo)系、Albers投影。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化及評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.3.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化 分別采用極差法、分級(jí)賦值法對(duì)定量和定性指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1) 極差標(biāo)準(zhǔn)化：正向、負(fù)向指標(biāo)采用不同的標(biāo)準(zhǔn)化公式。

(1)

(2)

式中:Zij為指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)化值,變化范圍為0～10；Xij為指標(biāo)i在第j個(gè)格網(wǎng)的值；Ximax,Ximin分別為指標(biāo)i的最大值和最小值。

(2) 分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)化：對(duì)于定性指標(biāo)，具體為土地利用類型，根據(jù)相關(guān)研究成果[7,27]，按照專家知識(shí)及土地利用實(shí)際特征，采用分級(jí)賦值法對(duì)林地、水域、耕地、建設(shè)用地、未利用地依次賦值為2，4，6，8，10。

2.3.2 模型構(gòu)建 采用空間主成分分析方法(Spatial Principal Components Analysis，SPCA)對(duì)14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分提取，根據(jù)主成分特征值大于1的規(guī)則確定2008年和2017年的5個(gè)主成分(表2)。然后將提取的主成分與其對(duì)應(yīng)解釋變量貢獻(xiàn)率的加權(quán)和定義為生態(tài)脆弱性指數(shù)(Ecological Vulnerability Index，EVI)，計(jì)算公式如下：

表2 各主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率

EVI=r1PC1+r2PC2+r3PC3+，…，+rnPCn

(3)

式中:EVI為生態(tài)脆弱性指數(shù);PCi,ri分別為第i個(gè)主成分及其對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率。

2.4 生態(tài)脆弱性分級(jí)及綜合指數(shù)

參照國內(nèi)外生態(tài)脆弱性評(píng)級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合潛江市生態(tài)環(huán)境的實(shí)際特征，基于自然斷點(diǎn)法對(duì)2008年和2017年的生態(tài)脆弱性指數(shù)(EVI)進(jìn)行分級(jí)。為了確保評(píng)價(jià)結(jié)果的可對(duì)比性，求取2008年和2017年等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的平均值作為分級(jí)依據(jù)，并將生態(tài)環(huán)境脆弱性劃分為微度脆弱、輕度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和極度脆弱5個(gè)等級(jí)，詳見表3。

表3 生態(tài)脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

為更加直觀分析研究區(qū)生態(tài)脆弱性狀態(tài)，基于生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)一步構(gòu)建生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)(EVSI)，計(jì)算公式如下：

(4)

式中:EVSI為生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)；Pi,Ai分別為第i類脆弱性的等級(jí)值和面積；S為區(qū)域總面積。

2.5 生態(tài)脆弱性圖譜構(gòu)建

2.5.1 生態(tài)脆弱性變化圖譜 將生態(tài)環(huán)境微度、輕度、中度、重度和極度脆弱的代碼值依次設(shè)置為1，2，3，4，5?；贏rcGIS 10.2軟件對(duì)兩期生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果做疊加處理，將前后兩期生態(tài)脆弱性等級(jí)代碼值分別作為十位數(shù)和個(gè)位數(shù)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，具體計(jì)算公式如下：

Z=10X+Y

(5)

式中:Z為生態(tài)脆弱性變化的圖譜代碼值,表示生態(tài)脆弱性起點(diǎn)和落點(diǎn)等級(jí)代碼值的組合,如代碼13,表示生態(tài)脆弱性由微度脆弱轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸却嗳?X,Y分別為前后兩期生態(tài)脆弱性等級(jí)代碼值。

2.5.2 生態(tài)脆弱性漲勢(shì)、落勢(shì)圖譜 生態(tài)脆弱性變化可分為從低脆弱等級(jí)向高脆弱等級(jí)轉(zhuǎn)變和從高脆弱等級(jí)向低脆弱等級(jí)轉(zhuǎn)變兩條路徑，反映到各個(gè)脆弱性等級(jí)上則表現(xiàn)為由該等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌燃?jí)和其他等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)樵摰燃?jí)的轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入兩個(gè)方向。轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出分別意味著某脆弱性等級(jí)面積的增加(漲勢(shì))和減少(落勢(shì))，本文進(jìn)一步利用變化圖譜中的信息構(gòu)造生態(tài)脆弱性漲勢(shì)和落勢(shì)圖譜，用于對(duì)各生態(tài)脆弱性等級(jí)轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出空間信息的可視化表達(dá)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)脆弱性驅(qū)動(dòng)因子

根據(jù)主成分分析的原理，評(píng)價(jià)指標(biāo)的載荷系數(shù)越大則該指標(biāo)對(duì)生態(tài)脆弱性的貢獻(xiàn)越大。通過分析2008年和2017年潛江市生態(tài)脆弱性的載荷矩陣可以發(fā)現(xiàn)：各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)潛江市生態(tài)脆弱性的影響程度在兩個(gè)年份間具有一定的差異，但在核心驅(qū)動(dòng)因子上又表現(xiàn)出一致性。具體地，2008年，第1主成分與年均降水量、第二產(chǎn)業(yè)比重、歸一化植被指數(shù)、化肥施用強(qiáng)度有較大的相關(guān)；第2，3主成分中，土地利用類型、景觀破碎度、人均GDP、人均耕地的貢獻(xiàn)較大。2017年，第1主成分中人口密度、土地利用類型、人均GDP、人均耕地的貢獻(xiàn)率較高，第2，3主成分中，景觀破碎度、第二產(chǎn)業(yè)比重、化肥施用強(qiáng)度、歸一化植被指數(shù)的貢獻(xiàn)高于其他指標(biāo)。由于前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率均達(dá)到70%以上，所以可以認(rèn)為土地利用類型、人均GDP、人均耕地、第二產(chǎn)業(yè)比重、化肥施用強(qiáng)度、歸一化植被指數(shù)、景觀破碎度等共同構(gòu)成了潛江市生態(tài)脆弱性的主要驅(qū)動(dòng)因子。綜合來看，潛江市生態(tài)脆弱性是人類活動(dòng)和自然條件共同作用的結(jié)果，且隨著時(shí)間的推移，人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響在逐漸加強(qiáng)。

3.2 生態(tài)脆弱性分布特征

3.2.1 生態(tài)脆弱性時(shí)空分布特征 基于SPCA計(jì)算結(jié)果，借助ArcGIS 10.2軟件得到潛江市2008—2017年空間分布圖(圖1)及生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果(表4)。可以發(fā)現(xiàn)，2008—2017年潛江市生態(tài)脆弱性主要分布在微度脆弱、輕度脆弱和中度脆弱3個(gè)等級(jí)。其中，微度與輕度脆弱面積總占比均在70%左右，說明潛江市的生態(tài)脆弱性整體處于良好水平，且潛江市生態(tài)脆弱性主要表現(xiàn)為微度和輕度脆弱面積減少、中度和重度脆弱面積增加的趨勢(shì)；此外，潛江市生態(tài)脆弱性在空間分布上表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即由建成區(qū)向外，極度、重度、中度、輕度和微度脆弱依次呈圈層結(jié)構(gòu)發(fā)散分布。

表4 2008-2017年生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果

圖1 2008-2017年生態(tài)脆弱性空間分布

2008年，輕度脆弱面積占比居首位，所占比例達(dá)51.65%，主要集中分布在城市建成區(qū)以南的熊口鎮(zhèn)、龍灣鎮(zhèn)、張金鎮(zhèn)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)；其次為微度脆弱，面積占比為26.81%，主要分布在高石碑鎮(zhèn)、漁洋鎮(zhèn)、白鷺湖管理區(qū)；中度脆弱面積占比15.02%，集中分布于周磯管理區(qū)、周磯街道、高場(chǎng)街道；重度和極度脆弱面積占比較小，分別為4.47%，2.05%，重度脆弱主要分布在廣華街道和潛江經(jīng)開區(qū)，而極度脆弱集中于園林街道這一城市核心區(qū)。

2009年潛江市被確定為資源枯竭型城市以后，與石油相關(guān)的產(chǎn)業(yè)持續(xù)萎縮，潛江市走上轉(zhuǎn)型發(fā)展道路，不斷布局新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)，城鎮(zhèn)化水平在近十年間不斷提高，經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)的矛盾日益突出。2017年，中度、重度和極度脆弱面積均有所增加，其中，中度脆弱面積增幅最大，新增比例為10.83%，重度和極度脆弱面積分別增加為6.98%，1.68%，極度脆弱主要分布在園林街道和潛江經(jīng)開區(qū)，重度脆弱主要分布在極度脆弱區(qū)周邊的廣華街道、高場(chǎng)街道和周磯街道，而中度脆弱主要集中在熊口管理區(qū)及重度脆弱區(qū)周圍的楊市街道、泰豐街道和后湖管理區(qū)；輕度和微度脆弱面積分別下降8.37%，11.19%，二者交替分布在建成區(qū)以南的白鷺湖管理區(qū)、浩口鎮(zhèn)、龍灣鎮(zhèn)、漁洋鎮(zhèn)等區(qū)域。

3.2.2 生態(tài)脆弱性綜合分布特征 根據(jù)公式(4)計(jì)算得到潛江市2008年和2017年的生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)(EVSI)分別為2.034，2.413，EVSI有所增加，但仍處于相對(duì)較低水平，這主要是由于重度脆弱和中度脆弱面積增加、輕度脆弱和微度脆弱面積基數(shù)較大導(dǎo)致。進(jìn)一步計(jì)算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道、管理區(qū)、開發(fā)區(qū))的EVSI發(fā)現(xiàn)(圖2)，2008年除潛江經(jīng)開區(qū)、園林街道、泰豐街道、廣華街道以外，其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的EVSI均在3以下；2017年EVSI大于3的新增鄉(xiāng)鎮(zhèn)有楊市街道、周磯街道、高場(chǎng)街道、周磯管理區(qū)和王場(chǎng)鎮(zhèn)，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)EVSI變化的幅度大小不一。

圖2 2008-2017年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)

具體來看，2008—2017年絕大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)EVSI有所增加，浩口鎮(zhèn)和泰豐街道EVSI分別下降0.32，0.10。研究期內(nèi)，潛江經(jīng)開區(qū)、園林街道和廣華街道EVSI始終保持在較高水平；此外，潛江經(jīng)開區(qū)、楊市街道、王場(chǎng)鎮(zhèn)、熊口管理區(qū)、總口管理區(qū)增加幅度最大，周磯管理區(qū)、后湖管理區(qū)、運(yùn)糧湖管理區(qū)、高場(chǎng)街道、周磯街道、高石碑鎮(zhèn)增幅次之。究其原因，近十年間潛江市政府大力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集中布局，潛江經(jīng)開區(qū)現(xiàn)已成為潛江市產(chǎn)業(yè)高度集中區(qū)，產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展加速了建設(shè)用地的擴(kuò)張；快速城鎮(zhèn)化使得以園林街道為核心的5個(gè)街道近年來吸引了不少周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口，推動(dòng)了建設(shè)用地對(duì)生態(tài)型用地的大面積占用；周磯管理區(qū)、熊口管理區(qū)、總口管理區(qū)、后湖管理區(qū)、運(yùn)糧湖管理區(qū)、王場(chǎng)鎮(zhèn)和高石碑鎮(zhèn)人類活動(dòng)相對(duì)劇烈，高強(qiáng)度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、自然水面減少及建設(shè)用地?zé)o序擴(kuò)張對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。此外，泰豐街道通過植樹造林、增加綠化使區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到有效恢復(fù)，浩口鎮(zhèn)有序推動(dòng)蝦稻共作替代傳統(tǒng)水面漁業(yè)，這既保護(hù)了湖泊資源，也減少了化肥、農(nóng)藥的使用，加上較好的自然本底條件，區(qū)域生態(tài)環(huán)境水平不斷提升。

3.3 生態(tài)脆弱性圖譜特征分析

3.3.1 生態(tài)脆弱性變化圖譜分析 2008—2017年潛江市生態(tài)脆弱性變化圖譜共生成21類圖譜單元，其中16類圖譜單元生態(tài)脆弱性等級(jí)發(fā)生變化，變化單元的總面積為1 176.40 km2，占潛江市總面積的58.70%。生態(tài)脆弱性等級(jí)上升和下降的圖譜單元面積分別為883.09 km2，293.31 km2，分別占變化單元面積的75.07%，24.93%(表5)。

表5 2008-2017年生態(tài)脆弱性變化圖譜單元統(tǒng)計(jì)

在所有變化圖譜單元中，前4類圖譜單元占變化單元面積的72.87%。其中，“輕度→中度”(代碼23)圖譜類型最為顯著，主要分布在總口管理區(qū)和后湖管理區(qū)。究其原因，總口管理區(qū)和后湖管理區(qū)是潛江市最主要的國營農(nóng)場(chǎng)區(qū)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展促使人們加強(qiáng)了對(duì)土地的墾殖力度，直接導(dǎo)致化肥、農(nóng)藥施用量的大幅上升。其次為“微度→輕度”(代碼12)，主要分布在高石碑鎮(zhèn)和運(yùn)糧湖管理區(qū)。第三是“輕度→微度”(代碼21)，主要集中在浩口鎮(zhèn)。微度和輕度的相互轉(zhuǎn)換可歸因于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的發(fā)展變化，高石碑鎮(zhèn)和運(yùn)糧湖管理區(qū)為水源的相對(duì)集中區(qū)，傳統(tǒng)的水面養(yǎng)殖漁業(yè)面積較大，很多坑塘水面在粗放的利用方式下被破壞，養(yǎng)殖用建設(shè)用地在這個(gè)過程中也有所擴(kuò)張；相反，浩口鎮(zhèn)的自然水面相對(duì)較少，稻蝦、稻魚等一些生態(tài)綜合種養(yǎng)農(nóng)業(yè)有效替代了部分傳統(tǒng)水面漁業(yè)和耕種農(nóng)業(yè)?！爸卸取囟取?代碼34)圖譜類型的面積也超過100 km2，主要集中在周磯管理區(qū)、周磯街道和廣華街道。這主要是因?yàn)橹艽壗值篮蛷V華街道在近年來吸引了大量周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口并承接了園林街道一些轉(zhuǎn)移的企業(yè)，區(qū)內(nèi)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)加劇對(duì)自然景觀的完整性造成了破壞，同時(shí)使得建設(shè)用地面積急劇增加、綠地和濕地面積逐漸萎縮；此外，周磯管理區(qū)受周邊街道影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)強(qiáng)度不斷加大，原來的濕地和林地被大面積開墾用來補(bǔ)充耕地。

3.3.2 生態(tài)脆弱性漲勢(shì)、落勢(shì)圖譜分析 根據(jù)圖3的結(jié)果，2008—2017年潛江市生態(tài)脆弱性中度脆弱漲勢(shì)最強(qiáng)，轉(zhuǎn)入面積高達(dá)410.52 km2，占變化圖譜單元面積的34.90%，主要分布在總口管理區(qū)和后湖管理區(qū)。其次為輕度脆弱、微度脆弱、重度脆弱，轉(zhuǎn)入面積分別為333.20 km2，201.32 km2，192.53 km2，新增輕度脆弱單元主要分布在老新鎮(zhèn)、高石碑鎮(zhèn)和運(yùn)糧湖管理區(qū)，新增微度脆弱單元主要集中在浩口鎮(zhèn)，新增重度脆弱單元主要集中在周磯管理區(qū)、周磯街道和王場(chǎng)鎮(zhèn)。極度脆弱轉(zhuǎn)入面積最小。

圖3 2008-2017年生態(tài)脆弱性漲勢(shì)、落勢(shì)圖譜

2008—2017年潛江市生態(tài)脆弱性輕度脆弱落勢(shì)最強(qiáng)，轉(zhuǎn)出面積為556.77 km2，占變化圖譜單元面積的比例高達(dá)47.33%，主要集中分布在王場(chǎng)鎮(zhèn)、浩口鎮(zhèn)、總口管理區(qū)、后湖管理區(qū)和楊市街道。其次為微度脆弱，轉(zhuǎn)出面積為367.44 km2，主要集中在老新鎮(zhèn)和運(yùn)糧湖管理區(qū)。第三為中度脆弱，轉(zhuǎn)出面積為194.18 km2，要集中分布在周磯管理區(qū)和廣華街道。重度脆弱和極度脆弱轉(zhuǎn)出面積較小。

對(duì)比生態(tài)脆弱性變化圖譜和漲落勢(shì)圖譜可以發(fā)現(xiàn)：2008—2017年潛江市生態(tài)脆弱性漲勢(shì)圖譜中新增中度脆弱面積410.52 km2，落勢(shì)圖譜中輕度脆弱減少面積556.77 km2，同時(shí)，生態(tài)脆弱性變化圖譜中輕度脆弱轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸却嗳?代碼23)面積為307.11 km2，3個(gè)數(shù)據(jù)間的數(shù)量關(guān)系說明研究期間新增中度脆弱主要來源于輕度脆弱的減少；此外，三者的空間分布都主要集中在總口管理區(qū)和后湖管理區(qū)等地，進(jìn)一步說明高強(qiáng)度的墾殖活動(dòng)加深了生態(tài)脆弱性水平。對(duì)輕度和微度脆弱進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)上述規(guī)律同樣存在，這說明研究期內(nèi)潛江市生態(tài)脆弱性漲落勢(shì)圖譜和生態(tài)脆弱性變化優(yōu)勢(shì)圖譜的空間分布基本對(duì)應(yīng)。

4 結(jié) 論

(1) 潛江市生態(tài)脆弱性是人類活動(dòng)和自然條件共同作用的結(jié)果，人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響隨時(shí)間推移逐漸加強(qiáng)。土地利用類型、人均GDP、人均耕地、第二產(chǎn)業(yè)比重、化肥施用強(qiáng)度、歸一化植被指數(shù)、景觀破碎度等共同構(gòu)成了潛江市生態(tài)脆弱性的主要驅(qū)動(dòng)因子。

(2) 2008—2017年潛江市微度與輕度脆弱面積占比均在70%左右，說明生態(tài)脆弱性整體處于良好水平。潛江市生態(tài)脆弱性主要表現(xiàn)為微度和輕度脆弱面積減少、中度和重度脆弱面積增加的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)變化面積比例分別為19.56%，17.81%；重度和極度脆弱集中分布在城市核心建成區(qū)，輕度和微度脆弱主要分布在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，且由建成區(qū)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，極度、重度、中度、輕度和微度脆弱依次呈圈層結(jié)構(gòu)發(fā)散分布。

(3) 2008—2017年潛江市生態(tài)脆弱性程度有所上升，市域生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)(EVSI)增加0.379，絕大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)EVSI有所增加，浩口鎮(zhèn)和泰豐街道EVSI分別下降0.32，0.10。生態(tài)脆弱性等級(jí)發(fā)生變化的圖譜單元面積為1 176.40 km2，其中“輕度→中度”、“微度→輕度”、“輕度→微度”、“中度→重度”圖譜類型最為顯著，對(duì)應(yīng)面積分別占變化單元面積的26.11%，22.38%，15.55%，8.83%；漲勢(shì)、落勢(shì)圖譜中，中度脆弱轉(zhuǎn)入面積最大，輕度脆弱轉(zhuǎn)出面積最大，分別占變化單元面積的34.90%，47.33%；且生態(tài)脆弱性漲落勢(shì)圖譜和生態(tài)脆弱性變化優(yōu)勢(shì)圖譜的空間分布信息基本一致。