王 敏,胡守庚,張緒冰,*,張學(xué)斌,吳 思

1 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地理與信息工程學(xué)院, 武漢 430074 2 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)公共管理學(xué)院, 武漢 430074 3 自然資源部法治研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430074 4 西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 蘭州 730070

干旱區(qū)是對氣候變化和人類活動最為敏感的地區(qū)之一,生態(tài)環(huán)境一直很脆弱[1]。我國干旱區(qū)約占國土面積的1/3,蘊(yùn)藏著豐富的光、熱和礦產(chǎn)等資源,為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供著可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。綠洲城市作為干旱區(qū)典型的自然-人工復(fù)合系統(tǒng),聚集了地區(qū)90%以上的社會財(cái)富和人口,人地關(guān)系復(fù)雜且敏感[3]。一方面,“西部大開發(fā)”、“一帶一路”倡議實(shí)踐進(jìn)程加快,使得人口增長、城市發(fā)展等需求對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成劇烈影響[4]；另一方面,隨著“生態(tài)文明”以及“山水林田湖草沙生命共同體”建設(shè)不斷推進(jìn),區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)也會隨之發(fā)生變化。近年來綠洲草地退化、土地荒漠化、生物多樣性減少等生態(tài)環(huán)境等問題被不斷凸顯[5],綠洲城市的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)安全受到威脅,這對推動形成“美麗中國”藍(lán)圖以促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提出重大挑戰(zhàn)。因此,如何診斷區(qū)域生態(tài)狀況識別其生態(tài)風(fēng)險,生態(tài)風(fēng)險又呈現(xiàn)何種時、空間態(tài)勢,這種態(tài)勢又可給綠洲城市土地資源利用與保護(hù)帶來何種啟示？上述問題的回答不僅是推動綠洲城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境交互機(jī)理研究的關(guān)鍵,更是未來追尋綠洲城市可持續(xù)發(fā)展路徑的重要研究內(nèi)容。

景觀生態(tài)風(fēng)險作為識別區(qū)域生態(tài)風(fēng)險、衡量區(qū)域生態(tài)安全的一種有效手段。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,強(qiáng)調(diào)景觀格局對生態(tài)過程或功能的影響,注重風(fēng)險的時空異質(zhì)性和尺度效應(yīng),致力于實(shí)現(xiàn)多源風(fēng)險的綜合空間表征與可視化[6]。近年來諸多學(xué)者針對流域[7—8]、城市[9—10]、礦區(qū)[11—12]、海岸帶[13—14]、自然保護(hù)區(qū)[15—16]、濕地[17—18]等人類活動劇烈和生態(tài)敏感脆弱區(qū)域開展了大量研究且取得豐碩成果。隨著城市化的快速推進(jìn)和對城市可持續(xù)發(fā)展的重視,國內(nèi)外學(xué)者對城市景觀生態(tài)風(fēng)險尤為關(guān)注。其中，國外學(xué)者更加偏向從微觀角度和適宜性方法探索等去評估城市區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險狀況。如Pérez等[19]通過土壤沉積物和地表水中殺蟲劑使用情況評估了阿根廷潘帕斯地區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險狀況。Islam等[20]通過調(diào)查不同土地用途的城市土壤中有害元素的變化評估了孟加拉國首都Dhaka的生態(tài)風(fēng)險潛在來源及特征。Yanes等[21]從生態(tài)風(fēng)險定義出發(fā)構(gòu)建基于“自然現(xiàn)象+人類壓力”的框架用來評估哥倫比亞Antioquia沿海地區(qū)的生態(tài)風(fēng)險。而國內(nèi)學(xué)者則直接從城市類型、方法以及地理位置等著手探索分析城市景觀生態(tài)風(fēng)險的時空動態(tài)分異。如李少玲等[22]對面臨轉(zhuǎn)型的資源型城市烏海市及周邊縣域進(jìn)行了景觀生態(tài)風(fēng)險時空評價。胡云峰等[23]通過城市生態(tài)價值和城市景觀生態(tài)受損率對北京天壇地區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)狀評估。張文等[24]選取位于我國沿海地區(qū)城市擴(kuò)張迅速的48個城市,重點(diǎn)研究了城市化對沿海城市生態(tài)系統(tǒng)的影響。整體上,目前關(guān)于城市景觀生態(tài)風(fēng)險的研究多在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)、快速城市化地區(qū)以及部分資源型城市等,相較于大量針對人為活動劇烈和工礦業(yè)密集地區(qū)的城市研究聞言,立足于干旱區(qū)沙漠綠洲、荒漠過渡帶和農(nóng)牧交錯帶等生態(tài)脆弱且對全球環(huán)境變化具有強(qiáng)烈響應(yīng)的綠洲城市關(guān)注較少。

張掖市是西北干旱區(qū)典型綠洲城市,隨著“一帶一路”深入實(shí)施與生態(tài)文明建設(shè),在如何合理聚集產(chǎn)業(yè)和人口,更好的承擔(dān)起“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”重要節(jié)點(diǎn)城市、促進(jìn)區(qū)域綠色可持續(xù)發(fā)展等方面仍面臨一系列問題。厘清張掖市景觀生態(tài)風(fēng)險時空演變特征及驅(qū)動因素,一方面,有助于更好的優(yōu)化城市資源配置、社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展,另一方面,對維系河西走廊綠洲生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有現(xiàn)實(shí)意義,進(jìn)而對維護(hù)我國西北生態(tài)安全格局具有積極作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

張掖市位于甘肅省西北部,河西走廊中段(37°28′—39°57′N,97°20′—102°12′E),轄甘州區(qū)、高臺縣、臨澤縣、民樂縣、山丹縣和肅南裕固族自治縣(圖1),總面積3.86×104km2,集聚了黑河流域80%以上的綠洲、人口、GDP和耕地資源。隨著社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、城市化大幅提升等,區(qū)域總?cè)丝谟?987年的67.4萬人增長至2018年的123.38萬人,期間工、農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢良好,截至2018年三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為21.85∶22.27∶55.87,逐步趨于合理。其社會經(jīng)濟(jì)活動主要集中在綠洲區(qū)域,但由于綠洲生態(tài)基底較為薄弱,伴隨“三西建設(shè)”、“西部大開發(fā)”和“一帶一路”倡議實(shí)踐,人類活動干擾強(qiáng)烈,使得地表覆被長期受到外界脅迫,導(dǎo)致區(qū)域地表景觀格局發(fā)生較大變化,進(jìn)而影響著區(qū)域生態(tài)風(fēng)險。為更加客觀直接地表達(dá)生態(tài)風(fēng)險演變特征,便于決策者有針對性的制定適應(yīng)性管理政策,本文以張掖綠洲[25]所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為評價單元。

圖1 張掖市及研究區(qū)位置示意圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取張掖綠洲人類活動較為明顯時段(1987、1995、2005、2018年)的Landsat/TM影像數(shù)據(jù)(http://www.gscloud.cn)。參照《土地資源現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017)和全國遙感監(jiān)測土地利用/覆蓋分類體系方法,結(jié)合張掖市的景觀特點(diǎn),按照區(qū)分差異性、歸納共同性方法,將研究區(qū)景觀劃分為林地、草地、水域、耕地、建設(shè)用地及未利用地6種類型(圖2)。此外還參考了張掖市各區(qū)、縣統(tǒng)計(jì)年鑒、《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒.2018(鄉(xiāng)鎮(zhèn)卷)》以及張掖市行政區(qū)劃、高程等相關(guān)輔助數(shù)據(jù)。

圖2 1987—2018張掖綠洲土地利用分類

1.3 研究方法

1.3.1景觀生態(tài)風(fēng)險模型構(gòu)建

文章采用常見的“損失與概率累乘”范式[26]構(gòu)建綜合景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(ERI)來表征生態(tài)風(fēng)險時、空間特征。具體指數(shù)及含義如表1。

表1 景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)計(jì)算方法

1.3.2景觀生態(tài)風(fēng)險空間格局測度

基于探索性空間數(shù)據(jù)分析方法揭示張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險分布格局。其中,利用全局空間Moran′sI判斷景觀生態(tài)風(fēng)險是否存在統(tǒng)計(jì)上的集聚或分散現(xiàn)象,局部空間Moran′sI判斷是否存在空間上的集聚或分散現(xiàn)象,以此來揭示研究對象之間的空間相互作用機(jī)制[30]。其具體公式如下：

式中,Xi和Xj為空間單元i和j的屬性值,Wij是空間權(quán)重矩陣元素,表示各空間單元臨近關(guān)系,n為風(fēng)險單元數(shù)量。Moran′sI范圍為[-1,1],當(dāng)I=0,呈隨機(jī)性,全局空間顯著無關(guān)；I>0,正相關(guān),空間要素在整體區(qū)域聚合；I<0,負(fù)相關(guān),空間要素離散。

當(dāng)I為正,表明景觀生態(tài)風(fēng)險高、低單元在空間上呈顯著集聚,I為負(fù),則在空間上呈顯著分散。通常用Z值來檢驗(yàn)Moran′sI值的顯著水平,計(jì)算公式為：

式中,E(I)代表Moran′sI的期望值,VAR表示方差,當(dāng)Z大于1.96或者小于-1.96時,表明景觀生態(tài)風(fēng)險存在顯著空間自相關(guān)。

1.3.3景觀生態(tài)風(fēng)險影響因素分析

地理探測器是探測空間分異和揭示其驅(qū)動力的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[31]。參考相關(guān)成果[32—33],結(jié)合張掖綠洲平原地形、荒漠氣候以及區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等實(shí)際情況,從自然因素、社會經(jīng)濟(jì)因素和人為干擾度3方面選取坡度、高程、降雨量、年平均氣溫、人口、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)GDP(萬元)、農(nóng)民可支配收入(元)、人為干擾度8個影響因子,分析綠洲城鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險與地理環(huán)境因子的內(nèi)在聯(lián)系。其計(jì)算模型如下：

式中,q∈[0,1],值越大,表明對Y值的影響越強(qiáng)。σh2表示Y的離散方差；h為變量X的數(shù)量；Nh表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元；N為張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元總數(shù)；σ2是區(qū)域總方差。其中,人為干擾度參照陳愛蓮等[34]和莊大方等[35]的相關(guān)研究計(jì)算得到。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀格局特征

1987—2018年張掖綠洲土地利用景觀格局發(fā)生了較大變化(表2)：耕地、建設(shè)用地明顯增加而未利用地減少是主要特征,具體面積變化為林地、草地、水域、耕地和建設(shè)用地分別增長65.95、11.89、14.75、429.03 km2和236.26 km2,未利用地減少757.89 km2。各景觀面積和斑塊數(shù)量的變化,使得相應(yīng)景觀格局指數(shù)也發(fā)生變化。受人類活動干擾,未利用地雖為區(qū)域絕對優(yōu)勢景觀但斑塊破碎度和分離度持續(xù)增長,導(dǎo)致其優(yōu)勢度指數(shù)下降；隨著建設(shè)用地斑塊數(shù)激增,優(yōu)勢度增長較大；耕地斑塊數(shù)量增加,破碎度增長明顯,分離度先增后降;余下地類景觀中林地的破碎度、分離度和干擾度指數(shù)下降明顯,表明其用地斑塊的聚集程度有所提升。各地類景觀的脆弱度排序依次為未利用地>水域>耕地>草地>林地>建設(shè)用地,其用地脆弱度數(shù)分別為0.2858、0.2381、0.1905、0.1429、0.0952和0.0476。反映出在張掖綠洲獨(dú)特的地理環(huán)境影響下,水域和耕地對外界干擾反映更為敏感,對區(qū)域水土資源的保護(hù)應(yīng)更加重視。

表2還反映出張掖綠洲景觀格局在2005—2018年時段內(nèi)變化劇烈,尤其是林地和建設(shè)用地,其破碎度、分離度、干擾度和損失度下降明顯。結(jié)合圖2和圖3進(jìn)一步分析其用地變化在空上的表征：2005—2018年時段內(nèi)變化明顯區(qū)域集中在甘州主城區(qū)周圍以及綠洲邊緣地區(qū),反映在用地類型上則主要是耕地、建設(shè)用地和未利用地之間的變化；1987—2018年用地變化除了在各主要城區(qū)外,綠洲與戈壁灘、荒漠過度邊緣地區(qū)更加明顯。整體上,張掖綠洲用地在研究時段內(nèi)歷經(jīng)較大規(guī)模的變化,且在綠洲邊緣區(qū)域尤為突出。究其原因除城鎮(zhèn)化擴(kuò)張外,隨著科學(xué)技術(shù)的提升,對戈壁灘的開發(fā)與利用力度加大,尤其是在綠洲邊緣過度區(qū)域,隨著時間推移,景觀斑塊歷經(jīng)擴(kuò)張→破碎→融合的演變過程,導(dǎo)致景觀結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜,區(qū)域空間上的景觀豐度在逐步提升。

表2 1987—2018年張掖綠洲景觀格局指數(shù)

圖3 張掖綠洲不同時段景觀變化區(qū)域

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險時空分異特征

利用自然斷點(diǎn)法將張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險劃分為低生態(tài)風(fēng)險(0.021≤ERI<0.035)、較低生態(tài)風(fēng)險(0.035≤ERI<0.051)、中等生態(tài)風(fēng)險(0.051≤ERI<0.069)、較高生態(tài)風(fēng)險(0.069≤ERI<0.085)和高生態(tài)風(fēng)險(≥0.085)5級,以便進(jìn)行時空特征分析。

2.2.1景觀生態(tài)風(fēng)險時序變化

研究時段內(nèi)張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險呈下降趨勢。1987年、1995年、2005年和2018年ERI值分別為0.0901、0.0885、0.0853和0.0759下,下降了15.74%,且最大值和平均值逐漸變小。低、較低、中等、較高和高風(fēng)險等級面積約占總面積的4%、6%、15%、23%和52%,且低、較低、高風(fēng)險區(qū)面積分別增長190.66、547.07 km2和757.71 km2,中等和較高風(fēng)險區(qū)分別減少737.72 km2和757.71 km2,對應(yīng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量分別增加1個、3個、2個,減少4個和2個。各風(fēng)險區(qū)在2005—2018年動態(tài)度變化較大,這與區(qū)域景觀格局變化明顯時段一致。在這一時段內(nèi)較低和高風(fēng)險區(qū)面積增長明顯分別為536.2 km2和560.19 km2,因面積占比差異,它們的動態(tài)度為6.2%和0.74%。反映出隨著景觀類型改變,張掖綠洲整體生態(tài)安全逐步改善,且中等和較高風(fēng)險區(qū)是區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險水平變化的關(guān)鍵。

表3 1987—2018年張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險面積變化

2.2.2景觀生態(tài)風(fēng)險空間差異

張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險表現(xiàn)出南北高中間低的空間格局(圖4)。高風(fēng)險鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要分布在走廊北山,以荒漠和戈壁灘等未利用地景觀為主；較高風(fēng)險鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中在南部地區(qū),多為荒草地；低、較低風(fēng)險鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布在中部綠洲平原核心區(qū),以耕地和建設(shè)用景觀為主；中等風(fēng)險鄉(xiāng)鎮(zhèn)則散布在綠洲平原邊緣地帶。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中黑泉鄉(xiāng)和新壩鄉(xiāng)在1987—1995年和2005—2018年時段內(nèi)由較高轉(zhuǎn)為高風(fēng)險；鴨暖鄉(xiāng)和沙河鎮(zhèn)、三閘鎮(zhèn)、大滿鎮(zhèn)在1995—2005年和2005—2018年由中等轉(zhuǎn)為較低風(fēng)險；沙井鎮(zhèn)在1995—2005年從較低轉(zhuǎn)為低風(fēng)險,其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險水平等級無變化?？傮w來看,張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險等級變化主要在1995—2018年,變化鄉(xiāng)鎮(zhèn)由中等轉(zhuǎn)為較低風(fēng)險較多,且多在綠洲邊緣,進(jìn)一步反映出位于“綠洲-沙漠”過渡帶的鄉(xiāng)鎮(zhèn)對外界干擾反應(yīng)更為敏感,風(fēng)險易變性較大。

圖4 1987—2018年張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險等級

2.3 景觀生態(tài)風(fēng)險相關(guān)性分析

基于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)ERI值,利用ESDA得到張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險的全局Moran′sI值分別為0.4901、0.4941、0.4816和0.5231,呈波動上升趨勢,且正太統(tǒng)計(jì)量Z 值均大于1.96。表明1987—2018年張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險呈正的空間自相關(guān),即風(fēng)險水平較高或較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)呈集聚狀態(tài)。

全局Moran′sI值雖能表征整體的聚集態(tài)勢,但無法反映出集聚的空間特征,因此利用局部Moran′sI對研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險特征進(jìn)一步分析(圖5)。在95%的置信區(qū)間下,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的空間集聚特征變化較顯著,熱點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)略有收縮,冷點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)略有擴(kuò)張。其中熱點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量占比由8.82%下降為5.88%,冷點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)由17.65%增加至20.59%,次熱鄉(xiāng)鎮(zhèn)僅占2.94%且在1987—2005年出現(xiàn),次冷點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在研究時段內(nèi)無。期間,不顯著鄉(xiāng)鎮(zhèn)由70.59%上升至73.53%。整體上,張掖綠洲區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險空間集聚格局呈“北熱南冷”特征,熱點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要為羅城鄉(xiāng)、平川鎮(zhèn),集聚在走廊北山,冷點(diǎn)為上秦鎮(zhèn)、梁家墩鎮(zhèn)、小滿鎮(zhèn)和黨寨鎮(zhèn)等,集聚在綠洲平原地區(qū),這與風(fēng)險水平空間格局存在一致性。

圖5 1987—2018年張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險空間集聚特征

2.4 景觀生態(tài)風(fēng)險影響因素分析

2.4.1因子探測貢獻(xiàn)量

以2018年為例綜合探測近年張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險的主要影響因素,得到對應(yīng)的貢獻(xiàn)量(q值),由表4可知：所選因子中人為干擾度>GDP>人口>坡度>海拔>年均氣溫>年均降雨量>農(nóng)民可支配收入,整體上顯著性較高。其中人為干擾度q值接近1,即它是影響2018年張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險的直接主導(dǎo)因素。其次GDP、人口和坡度q值在0.7以上,表明他們同樣具有重要影響。整體看來,社會經(jīng)濟(jì)影響因素貢獻(xiàn)值高于自然影響因素。

表4 2018年景觀生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子貢獻(xiàn)量(q)

2.4.2驅(qū)動因素分析

景觀生態(tài)風(fēng)險的時空演變特征是復(fù)雜、動態(tài)的過程,受到多種不確定因素的影響,總體上是自然和人為活動直接或間接的綜合結(jié)果。

自然因素方面：作為自然地理環(huán)境核心要素的海拔、坡度、降雨和氣溫等是決定區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險分布的直接因素。其中坡度和海拔的解釋力分別為0.72和0.57,通過自然斷點(diǎn)法可知(表5)：在坡度0°—4°和高程1550—1829 m之間鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布較多,景觀面積占比分別為22.62%和20.16%,風(fēng)險水平以低、較低和中等為主。受地表景觀覆被影響,在7°—12°和2391—3000 m地區(qū)也存在少數(shù)風(fēng)險水平較高鄉(xiāng)鎮(zhèn),主要集中在北部合黎、龍首山地區(qū),以荒漠和戈壁灘為主,景觀類型單一,結(jié)構(gòu)脆弱,故風(fēng)險水平較高。整體上隨著坡度和高程的增加景觀生態(tài)風(fēng)險水平等級逐漸升高。而年均降雨量和氣溫是衡量區(qū)域氣候的重要指標(biāo)之一,從圖6中可以看出,二者與景觀生態(tài)風(fēng)險值之間呈兩級波動特征。因地處河西走廊“蜂腰”處和“山地夾平原”地形地貌特征,使得綠洲區(qū)域常年干旱少雨且蒸發(fā)量大,基本無法產(chǎn)生地表徑流,農(nóng)業(yè)發(fā)展主要依賴灌溉水渠。因此,雖北部靠近祁連山鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水較多,但中部平原和北部山地鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水稀少且多發(fā)干旱、揚(yáng)沙、風(fēng)暴、干熱風(fēng)、霜凍和病蟲害等自然災(zāi)害,對草地與農(nóng)作物等損害極大,加劇了綠洲沙化、地表植被破壞以及景觀斑塊的破碎化程度。這也是造成北部地區(qū)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險常年居高不下的主要自然原因。

表5 張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險水平坡度、海拔統(tǒng)計(jì)

社會經(jīng)濟(jì)因素方面：人口是社會生產(chǎn)行為的基礎(chǔ)和主體,人為干擾是人類活動對區(qū)域環(huán)境影響因素及強(qiáng)度的直接表征,而GDP是衡量地區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況的最佳指標(biāo),它們與景觀生態(tài)風(fēng)險水平密切相關(guān)。圖6中人為干擾度與張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險值之間表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)性,解釋力高達(dá)0.99,隨著生態(tài)風(fēng)險值升高,人為干擾強(qiáng)度減弱；鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口整體上隨著景觀生態(tài)風(fēng)險值升高,數(shù)量減少；而各鄉(xiāng)鎮(zhèn)GDP與景觀生態(tài)風(fēng)險值關(guān)系波動較大,整體上隨著風(fēng)險值升高GDP下降。其中沙井鎮(zhèn)GDP最高,在2005年風(fēng)險等級由較低轉(zhuǎn)為低,其后生態(tài)風(fēng)險狀況一直較為穩(wěn)定。農(nóng)村居民的社會經(jīng)濟(jì)活動對鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀變化過程具有直接作用,雖然農(nóng)民人均可支配收入因子的解釋力只有0.27,但其與生態(tài)風(fēng)險值關(guān)系較穩(wěn)定。張掖市作為河西地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大市,2018年農(nóng)民人均可支配收入為13710元,低于全國907元,但高于全省4906元。其中上秦鎮(zhèn)農(nóng)民人均可支配收入遠(yuǎn)高于各鄉(xiāng)鎮(zhèn),低生態(tài)風(fēng)險和鎮(zhèn)內(nèi)諸多工業(yè)企業(yè)是其主要原因。整體來看,近年人類活動對鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀斑塊的改造對生態(tài)環(huán)境具有明顯改善作用,高風(fēng)險鄉(xiāng)鎮(zhèn)惡劣的生態(tài)環(huán)境對當(dāng)?shù)鼐用裎镔|(zhì)生活發(fā)展具有顯著制約性,而低景觀生態(tài)風(fēng)險對鄉(xiāng)鎮(zhèn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有良好促進(jìn)作用。

圖6 2018年各影響因子與景觀生態(tài)風(fēng)險值之間的關(guān)系

此外,社會經(jīng)濟(jì)政策同樣對鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)風(fēng)險影響重大。張掖市社會經(jīng)濟(jì)歷經(jīng)了由慢到快發(fā)展過程,這與多數(shù)城市發(fā)展的一般規(guī)律相符。研究時段內(nèi)主要有三次大規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)建設(shè)活動(表6)。分別是：20世紀(jì)80年代 “三西”建設(shè)、“再造河西”戰(zhàn)略,將張掖市建設(shè)成了全國商品糧基地,鞏固了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位,促進(jìn)了城市化進(jìn)程,但開發(fā)力度有限,對區(qū)域整體而言,造成的風(fēng)險脅迫較小；20世紀(jì)初 “西部大開發(fā)”,提出“工業(yè)強(qiáng)市、產(chǎn)業(yè)富民、加快城鎮(zhèn)化發(fā)展”規(guī)劃構(gòu)想。在政策導(dǎo)向下,綠洲邊界不斷擴(kuò)展,地表景觀多元化,抵御外界脅迫能力顯著提升；“十二五”以來在“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”及“鄉(xiāng)村振興”等重大戰(zhàn)略導(dǎo)向下,一方面緊圍黑河流域治理契機(jī),將生態(tài)保護(hù)放在首位,另一方面轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,培育生態(tài)產(chǎn)業(yè)體系。使得地表景觀發(fā)生明顯變化,在此過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變增強(qiáng)了斑塊抗脅迫能力,進(jìn)而使得區(qū)域整體風(fēng)險逐步改善。

表6 1987—2018年張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險變化主要驅(qū)動政策

3 討論與結(jié)論

3.1 問題討論

綠洲作為干旱區(qū)景觀結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵組分,支撐著地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)安全。一旦綠洲生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于瓦解、生態(tài)功能趨于惡化,那么支持干旱區(qū)人類生存的各種生態(tài)服務(wù)功能將逐日崩潰,區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)也將趨于消亡[36],如何充分合理利用綠洲資源、科學(xué)管理和改造綠洲,以維系綠洲生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,一直是干旱區(qū)生態(tài)風(fēng)險評價與管理者共同努力的目標(biāo)。通過對張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險的案列研究,從結(jié)果分析來看,以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為評價單元,其時空間變化特征刻畫更加明晰,提升了風(fēng)險制圖和結(jié)果的可信度,利于決策管理者整體把控綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險狀況。在后續(xù)研究中,以下兩點(diǎn)值得進(jìn)一步深入探索：(1)綠洲邊緣區(qū)的景觀易變性較大,對綠洲外圍生態(tài)安全和整體風(fēng)險水平影響重大,如何在干旱區(qū)這一獨(dú)特的氣候背景下科學(xué)利用此區(qū)域內(nèi)的土地資源,增強(qiáng)景觀豐度,以提升抵御外界脅迫能力。(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是區(qū)域生態(tài)資源價值的直接體現(xiàn),對人類福祉可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要,如何量化綠洲獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)價值以及如何將量化結(jié)果納入風(fēng)險評價體系,建立基于景觀“結(jié)構(gòu)+格局+功能”的綜合評價體系,使生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果指向性更加明確。

文章從鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度分析綠洲城鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險,僅作為一種表征小尺度區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況的評估方法。旨在探索一種途徑,通過景觀生態(tài)風(fēng)險的定量測算結(jié)果,為干旱區(qū)綠洲城市地方國土資源管理者提供決策支撐。由于早期數(shù)據(jù)缺失,收集困難,本文對景觀生態(tài)風(fēng)影響因素的定量分析還有待完善。此外,以鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為生態(tài)風(fēng)險單元雖能客觀反映地方小尺度上的景觀生態(tài)風(fēng)險格局,但未充分考慮空間異質(zhì)性,一定程度上割裂了原有的地表自然地理聯(lián)系,對于景觀格局的整體把握和綜合分析有待進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié)論

本文以張掖綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)為例,通過景觀格局指數(shù)法、相關(guān)性分析等,研究了干旱區(qū)綠洲鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險時空演化規(guī)律及影響因素,結(jié)論如下：

(1)1987—2018年,耕地和建設(shè)用地分別增長429.03 km2和236.26 km2,未利用地減少757.89 km2。未利用地是張掖綠洲絕對優(yōu)勢景觀但景觀脆弱度高；2005—2018年各景觀類型景觀格局指數(shù)變化明顯,在甘州主城區(qū)附近和綠洲邊緣地區(qū)景觀斑塊變化較大。

(2)近30年間,張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險水平整體呈下降趨勢,下降了15.74%。低生態(tài)風(fēng)險鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積雖有增長,但高風(fēng)險鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積占比高達(dá)52%,部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險等級常年居高不下。在空間上表現(xiàn)出“南北高,中間低”格局特征,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險水平在空間上呈正向聚集。位于“綠洲-沙漠”和“綠洲-戈壁灘”過渡地帶的鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險易變性大,對外界脅迫反映相較其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)更為敏感。

(3)通過因子探測,人類活動干擾是近年張掖綠洲景觀生態(tài)風(fēng)險變化的直接影響因素,其次是坡度和海拔等,整體上社會經(jīng)濟(jì)因素影響大于自然因素。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人類活動因素對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境干擾增強(qiáng),通過各種經(jīng)濟(jì)開發(fā)和生態(tài)保護(hù)措施實(shí)踐,單位面積上的景觀豐度增加,提升了景觀斑塊抵御風(fēng)險脅迫的能力。