曹佳夢(mèng),官冬杰,黃大楠,殷博靈,和秀娟

重慶交通大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院, 重慶 400074

隨著城市化進(jìn)程的深入推進(jìn),一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)不斷顯現(xiàn),如何評(píng)估、管控和預(yù)測(cè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)成為當(dāng)前生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究的熱點(diǎn)話題[1—2]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指一個(gè)種群、生態(tài)系統(tǒng)或整個(gè)景觀的正常功能受到外界脅迫,從而在目前和未來(lái)減小該系統(tǒng)健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和美學(xué)價(jià)值的一種狀況[3]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然等不同視角將定性化的風(fēng)險(xiǎn)因子轉(zhuǎn)化為定量的生態(tài)災(zāi)害發(fā)生概率的評(píng)估過(guò)程,綜合考慮不同影響因素對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響,因而在環(huán)境保護(hù)中引起廣泛關(guān)注[4—5]。

目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題研究主要集中以下幾個(gè)方面：(1)風(fēng)險(xiǎn)受體和研究尺度選擇。早期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以單一風(fēng)險(xiǎn)受體為研究對(duì)象[6],研究尺度局限于對(duì)物種的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[7—8],但生態(tài)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)多樣復(fù)雜,風(fēng)險(xiǎn)受體不僅局限于某一圈層,所以后期研究尺度逐漸從物種擴(kuò)展到流域[9—12]和區(qū)域[13—16]尺度；(2)風(fēng)險(xiǎn)源分析。由于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性,風(fēng)險(xiǎn)源的范圍逐漸多元化[17],部分學(xué)者從景觀格局[18]、土地利用[19]、社會(huì)經(jīng)濟(jì)[20]等視角出發(fā)分析風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源；(3)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法探索。評(píng)價(jià)方法由定性評(píng)價(jià)發(fā)展為GIS技術(shù)[21]、空間分析法[22]和模糊評(píng)價(jià)法[23]等定量分析法,使得抽象的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)更加數(shù)值化和定量化；(4)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模擬。未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)警情的可預(yù)見性是人為預(yù)防生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的前提,但深入探究未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)警情及演化趨勢(shì)的研究較少[24],如：藏淑英等從土地利用類型視角建立了大慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型[25]；李楊帆等提出了景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型,并在景觀生態(tài)安全格局調(diào)控中進(jìn)行應(yīng)用[26]；李振興等建立了城鎮(zhèn)化動(dòng)態(tài)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù),但缺少社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響分析[27]。

綜上,盡管已有研究在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估上取得了豐富的成果,但仍有以下三個(gè)方面的問(wèn)題需要進(jìn)一步探索：(1)缺乏多維度、多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分析。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)源和評(píng)價(jià)終點(diǎn)往往只選擇生態(tài)系統(tǒng)的某一層次或過(guò)程,不能綜合地反映區(qū)域整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)警情；(2)部分研究方法無(wú)法同時(shí)滿足生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響因素的不確定性和復(fù)雜性。區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)往往受到自然、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市規(guī)劃等因素影響,各種影響因子相互轉(zhuǎn)換、相互聯(lián)系；(3)預(yù)測(cè)未來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì)較少。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的是根據(jù)現(xiàn)有的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)通過(guò)人為調(diào)節(jié)手段來(lái)降低和預(yù)防災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),但只評(píng)價(jià)歷史趨勢(shì)下的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀難以為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)及風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控提供有效參考。

重慶市作為西部大開發(fā)的重要戰(zhàn)略支點(diǎn),處于一帶一路和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的連接點(diǎn)上。城市化進(jìn)程的推進(jìn)導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)失衡,誘發(fā)重慶生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的加劇,進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)劃分和演化趨勢(shì)分析迫在眉睫。本文以重慶市為研究區(qū)域,基于驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)模型,從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然和景觀多角度選取生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo),采用正態(tài)云模型對(duì)2013—2019年重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和時(shí)空變化特征分析的基礎(chǔ)上,利用集對(duì)分析預(yù)測(cè)未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì),為重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的管控和城市可持續(xù)健康發(fā)展以及環(huán)境管理提供參考依據(jù)和決策支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域概況

重慶作為四大直轄市之一,位于東經(jīng)105°11′—110°11′和北緯28°10′—32°13′之間,是推動(dòng)共建“一帶一路”國(guó)際循環(huán)的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)。由于其獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)區(qū)位優(yōu)勢(shì),經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí),城市化進(jìn)程不斷加快,2013—2019年間,重慶市建成區(qū)面積從1395.86km2擴(kuò)張到1680.52km2,是2013年面積的1.2倍；城鎮(zhèn)人口由2013年的1732.76萬(wàn)人增加到2019年的2086.99萬(wàn)人,2019年的城鎮(zhèn)化率高達(dá)66.8%,是2013年的1.2倍,城鎮(zhèn)化水平持續(xù)提高達(dá)到新高度。重慶具有大城市、大農(nóng)村和大庫(kù)區(qū)的特殊市情,隨著鄉(xiāng)村的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),引發(fā)了熱島效應(yīng)增強(qiáng),人地關(guān)系緊張,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性降低等一系列生境問(wèn)題。重慶地處長(zhǎng)江上游,降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善和推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展有重大意義。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文以2013—2019年為研究年限,土地利用數(shù)據(jù)用來(lái)計(jì)算景觀格局指數(shù)和提取耕地面積及建成區(qū)面積,由于無(wú)法獲取2016年和2019年土地利用數(shù)據(jù),且2015年和2020年土地利用數(shù)據(jù)較2016年和2019年數(shù)據(jù)變化相差較小,所以用2015年數(shù)據(jù)替代2016年數(shù)據(jù),2020年數(shù)據(jù)替代2019年數(shù)據(jù)。2013、2015、2020年3期重慶市土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn),其空間分辨率為1000m。土地利用類型采用中國(guó)科學(xué)院土地資源分類系統(tǒng),數(shù)據(jù)包括25個(gè)二級(jí)類型和6個(gè)一級(jí)類型,本次研究主要對(duì)一級(jí)分類體系下的6種土地利用類型進(jìn)行研究。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2014—2020)、《重慶市環(huán)境狀況公報(bào)》(2013—2019)和《重慶市水資源統(tǒng)計(jì)公報(bào)》(2013—2019),部分區(qū)縣缺失指標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)平滑法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 研究方法

2.1 重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建

圖1 DPSIR模型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 A schematic diagram for DPSIR model structure

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體等特征,全面綜合的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需建立科學(xué)完整的指標(biāo)體系。驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)模型(DPSIR)是將“驅(qū)動(dòng)力”施加的社會(huì)環(huán)境“壓力”與相應(yīng)的環(huán)境“狀態(tài)”的改變和人類生活質(zhì)量等的“影響”及人類社會(huì)通過(guò)政策調(diào)整做出的“響應(yīng)”進(jìn)行有機(jī)整合,有效監(jiān)測(cè)因素之間的相互影響和反饋(圖1)[28—29]。遵循科學(xué)性、全面性及數(shù)據(jù)可得性等原則,結(jié)合重慶市發(fā)展現(xiàn)狀及生態(tài)環(huán)境變化特征,通過(guò)DPSIR模型,以降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和增進(jìn)人類福祉為目標(biāo),將人地關(guān)系與生態(tài)系統(tǒng)、政府決策及人類干擾活動(dòng)有機(jī)的融合在一起,綜合確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系(表1)。模型中,驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)是人類對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文化的需求刺激生態(tài)系統(tǒng)變化的原因,故本文選取與經(jīng)濟(jì)和社會(huì)文化相關(guān)指標(biāo)代替。經(jīng)濟(jì)和社會(huì)文化驅(qū)動(dòng)力對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的壓力主要反映在其與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的競(jìng)爭(zhēng),如造成的環(huán)境污染和能源消耗壓力等。狀態(tài)指標(biāo)是在壓力和驅(qū)動(dòng)力的相互作用下,處于當(dāng)前生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度時(shí)重慶市的狀態(tài)表現(xiàn),包括社會(huì)資源狀況、人類生活質(zhì)量和環(huán)境現(xiàn)狀幾個(gè)方面。影響指標(biāo)反映生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化下重慶市的生態(tài)環(huán)境效果,主要體現(xiàn)在自然或人為干擾導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能或生物多樣性的變化,景觀格局指數(shù)是生態(tài)多樣性和人類干擾定量化的表征。響應(yīng)指標(biāo)表示為降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),增進(jìn)人類福祉,對(duì)“壓力”和“影響”人類社會(huì)做出的決策和調(diào)整,如提高城鄉(xiāng)服務(wù)能力及災(zāi)害防范能力、改善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)環(huán)境建設(shè)等[30]。

參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[31—32],在ArcGIS中使用自然斷點(diǎn)法,將各預(yù)警指標(biāo)值劃分為五個(gè)等級(jí),分別為無(wú)警、輕警、中警、重警和巨警,如表2所示。

表1 重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系

表2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 正態(tài)云模型

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政府決策等多因素的綜合體,其演化趨勢(shì)、風(fēng)險(xiǎn)程度和影響機(jī)制等具有不確定性。故生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)需要具有處理不確定性因素和克服主觀偏差的能力。正態(tài)云模型同時(shí)兼顧了數(shù)據(jù)的模糊性和評(píng)價(jià)等級(jí)的不確定性,可以客觀的分析出各個(gè)指標(biāo)因子的隸屬等級(jí)[33—34]。正態(tài)云模型的定義由期望(Ex)、熵(En)、超熵(He)來(lái)構(gòu)成,如下：

(1)

假設(shè)U為數(shù)值表示的定量論域,且X屬于U的子集,T是U的定性概念。若論域A中的元素x對(duì)應(yīng)T中的隸屬度μx滿足μx—N(Ex,En2),則T從U到隸屬度區(qū)間在屬于空間中的分布,就定義為云模型。當(dāng)En′滿足En′—N(En,He2),則該云模型為正態(tài)云模型。其具體建模過(guò)程如下：

(1)建立生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)集合

A={a1,a2,a3,…,a22}

(2)

(2)建立預(yù)警指標(biāo)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬關(guān)系

設(shè)定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)警情的上下限,由于指標(biāo)在隸屬等級(jí)的劃分存在不確定性,由此：

(3)

式中：i為不同預(yù)警指標(biāo)、j為指標(biāo)i所處的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),Exij為指標(biāo)i所處風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的期望,Xij上和Xij下為每個(gè)預(yù)警指標(biāo)所處生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的臨界值。由于指標(biāo)i的臨界值隸屬于兩種生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),由此：

(4)

(5)

式中：Enij表示該指標(biāo)在對(duì)應(yīng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的熵。

超熵He表示云滴匯集成云層的分散程度,在可視化云圖上呈現(xiàn)為云的厚度。超熵依據(jù)可視化云圖的離散程度取值,本文定義He=0.01。根據(jù)表2中各預(yù)警指標(biāo)等級(jí),通過(guò)式(3)和式(5)確定各指標(biāo)的期望和熵,計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)正態(tài)云模型的期望和熵

(3)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)隸屬度

將表3中的期望、超熵和熵代入Python 2.7編寫的正向云發(fā)生器,求取生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)各指標(biāo)相應(yīng)警情等級(jí)的隸屬度,見圖2,但受篇幅影響,僅以萬(wàn)州各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)為例來(lái)展示。為提高隸屬度結(jié)果的精確性,將循環(huán)參數(shù)N設(shè)置為3000次,取得的平均值為各指標(biāo)對(duì)應(yīng)下的不同警情下的最終隸屬度。

(6)

式中：Yij表示將指標(biāo)i計(jì)算N次后所處的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)j的平均隸屬度；yijm表示通過(guò)Python 2.7計(jì)算m次的指標(biāo)i在不同生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的隸屬度。根據(jù)最大隸屬度原則判定該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)警情。

(4)結(jié)合指標(biāo)權(quán)重求取綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值

通過(guò)每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)下的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度和與之相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重相乘求取重慶市各個(gè)區(qū)縣的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。

圖2 萬(wàn)州各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)正態(tài)云模型Fig.2 Normal cloud model for each ecological risk warning index in Wanzhou county

2.3 集對(duì)分析

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì)的研究有利于市政部門對(duì)風(fēng)險(xiǎn)警情的掌握,對(duì)不同預(yù)警程度采取不同的措施。然而生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響因素之間相互作用,增加了預(yù)警的復(fù)雜性和不確定性。集對(duì)分析從辯證思維的角度出發(fā),將多種不確定因素之間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化定量化,在特定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)背景下更為科學(xué)地描述了風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì)。集對(duì)分析的核心是為具有不確定性的集合構(gòu)造集合對(duì),然后分析集對(duì)中特定屬性的同一性,差異性和對(duì)立性,并用聯(lián)系度來(lái)描述這一集對(duì)的同一性、差異性和對(duì)立性的關(guān)系[35],其表達(dá)式為：

μ2=a+b×i+c×j

(7)

式中,μ2為聯(lián)系度,μ2∈[-1,1]；a表示具有相同屬性的程度,即同一度；b為差異度；c為對(duì)立度；a、b、c同為正數(shù)且滿足a+b+c=1；i為差異度系數(shù)且i∈[-1,1]；j為對(duì)立度系數(shù)；根據(jù)具體情境選擇相應(yīng)的值。具體評(píng)價(jià)過(guò)程如下：

(1)評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

根據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的聯(lián)系度,所以本文采用均分原則將其劃分為5個(gè)等級(jí),無(wú)警：[1,0.6]；輕警：[0.6,0.2]；中警：[0.2,-0.2]；重警：[-0.2,-0.6]；巨警：[-0.6,-1]。

(2)指標(biāo)聯(lián)系度的計(jì)算

在評(píng)價(jià)等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上,為了深入探究重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)未來(lái)趨勢(shì)演化,將聯(lián)系度函數(shù)更加細(xì)化,將式(7)進(jìn)一步擴(kuò)展為μ2=a+b1×i1+b2×i2+b3×i3+c×j,并確定單個(gè)指標(biāo)因子的聯(lián)系度。對(duì)于負(fù)向指標(biāo),四元聯(lián)系度計(jì)算公式為：

(8)

對(duì)于正向指標(biāo),四元聯(lián)系度計(jì)算公式為：

(9)

式中,b1、b2、b3為差異度分量,a表示屬于a等級(jí)的可能性,即a、b1、b2、b3、c分別表示各個(gè)區(qū)縣屬于無(wú)警、輕警、中警、重警和巨警的可能性。Xi表示不同指標(biāo),Si1、Si2、Si3、Si4和Si5分別表示該指標(biāo)下的預(yù)警等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

加入指標(biāo)的權(quán)重后,同一、對(duì)立和差異性的聯(lián)系度變?yōu)椋?/p>

(10)

式中WK為i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

(3)集對(duì)勢(shì)計(jì)算分析

集對(duì)勢(shì)反映兩個(gè)集合的同異反聯(lián)系程度。無(wú)警與巨警聯(lián)系度的比值即為重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的集對(duì)勢(shì),其表達(dá)式為：

PH=a/c

(11)

集對(duì)悲觀勢(shì)指從悲觀的角度來(lái)分析重慶市未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的變化趨勢(shì),將所有的差異項(xiàng)即重警、中警和輕警全部轉(zhuǎn)化為巨警,將轉(zhuǎn)換后無(wú)警與轉(zhuǎn)化后的所有巨警的比值來(lái)研究重慶生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的勢(shì)態(tài),以最消極的角度進(jìn)行分析,其表達(dá)式為:

PB=a/(b+c)

(12)

集對(duì)樂(lè)觀勢(shì)指從樂(lè)觀的角度來(lái)分析重慶市未來(lái)生態(tài)方向的變化趨勢(shì),與悲觀勢(shì)相反,將所有重警、中警和輕警全部轉(zhuǎn)化為無(wú)警,將轉(zhuǎn)換后的無(wú)警與巨警的比值來(lái)研究重慶生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的勢(shì)態(tài),以最積極的角度進(jìn)行分析,其表達(dá)式為：

Po=(a+b)/c

(13)

3 結(jié)果與分析

3.1 重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警整體變化分析

圖3 2013—2019年重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)變化圖Fig.3 Change of ecological risk warning level in Chongqing from 2013 to 2019

由圖3可知,重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體處于重警風(fēng)險(xiǎn)水平,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有先減弱后上升的趨勢(shì),中警、輕警和無(wú)警隸屬度都呈現(xiàn)增加趨勢(shì),說(shuō)明研究期內(nèi)整體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)都有相對(duì)減緩趨勢(shì)。2013—2016年重慶市整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大幅降低,主要以中警和輕警等級(jí)為主,重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)次之,巨警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)量占比最低。巨警和重警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)數(shù)量減少,占比分別從11%、55%降到3%、24%,中警和輕警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈現(xiàn)不斷擴(kuò)展趨勢(shì),占比分別從15%、11%增加到26%、39%。綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值由重警的0.295逐年降低到輕警的0.280,輕警隸屬度值增加了0.053,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由重警演變?yōu)檩p警。但是在2016—2019年間,重慶市整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有小范圍的惡化,主要以重警等級(jí)為主,中警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)次之,無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈增加趨勢(shì)。巨警、重警和無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)增加,占比分別上升到2019年的8%、31%、11%,中警和輕警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)下降到24%、26%。輕警和無(wú)警隸屬度值分別下降了0.036和0.023,中警及以上風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隸屬度逐年增加,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面臨整體上升趨勢(shì)。綜上,研究期間重慶市生態(tài)環(huán)境有較大程度的改善,但是部分區(qū)縣生態(tài)環(huán)境的惡化導(dǎo)致2019年整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較2016年有所提高。

3.2 重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警空間差異化分析

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從空間上看呈條帶狀分布,風(fēng)險(xiǎn)值整體空間分異性強(qiáng),并在局部呈現(xiàn)高-高聚集和低-低聚集現(xiàn)象。2013—2016年,重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈現(xiàn)由中心向邊緣減弱的趨勢(shì),輕警和無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)不斷向東南、東北和西部地區(qū)擴(kuò)展,中警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)聚集分布在西部地區(qū),重警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)零星分布在東北部,巨警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在主城區(qū)內(nèi),重慶市重警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)顯著下降,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善明顯；2016—2019年,總體呈現(xiàn)重警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向南蔓延,風(fēng)險(xiǎn)值逐年擴(kuò)大趨勢(shì),中警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)聚集在西北和南部地區(qū),輕警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不斷由中部向西部呈線狀轉(zhuǎn)移,無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向重慶主城區(qū)和東北部轉(zhuǎn)移,且分布零散。

(1)渝東北地區(qū)

圖4 渝東北生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化程度Fig.4 Degree of ecological risk change in northeast Chongqing

由圖4可知：2013—2019年渝東北地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大幅下降,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變呈風(fēng)險(xiǎn)程度降低、風(fēng)險(xiǎn)程度不變和風(fēng)險(xiǎn)程度降低后增加三種趨勢(shì)。55%的區(qū)縣風(fēng)險(xiǎn)程度降低,主要為重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向輕警和中警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移,其中城口甚至由重警轉(zhuǎn)為無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。27%的區(qū)縣風(fēng)險(xiǎn)程度不變,墊江和忠縣一直維持在重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),應(yīng)加大力度對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控,只有萬(wàn)州區(qū)一直為輕警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。18%的區(qū)縣風(fēng)險(xiǎn)程度降低后增加,豐都由2013年的中警下降到2016年的輕警,到2019年陡然上升到重警,應(yīng)當(dāng)引起重視。

(2)渝東南地區(qū)

由圖5可知：2013—2019年渝東南地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有輕微上升。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變呈風(fēng)險(xiǎn)程度不變、風(fēng)險(xiǎn)程度降低后增加和風(fēng)險(xiǎn)程度徑直增加三種趨勢(shì)。石柱的風(fēng)險(xiǎn)程度不變,在研究期內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一直處于重警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的穩(wěn)定狀態(tài)。66%的區(qū)縣風(fēng)險(xiǎn)程度先降低后增加,主要為重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低到中警后又轉(zhuǎn)移到重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),其中酉陽(yáng)從2013年的巨警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)下降到2016年的無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)區(qū),雖然到2019年有輕微惡化上升到輕警風(fēng)險(xiǎn)區(qū),但是總體而言其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控很好。彭水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由無(wú)警上升到巨警,風(fēng)險(xiǎn)程度逐年增加,應(yīng)加大生態(tài)工程建設(shè)。

圖5 渝東南生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化程度Fig.5 Degree of ecological risk change in southeast Chongqing

(3)渝西南地區(qū)

由圖6可知：渝西南的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化多樣,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下降明顯。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變呈風(fēng)險(xiǎn)程度降低、風(fēng)險(xiǎn)程度不變、風(fēng)險(xiǎn)程度先增加后降低、風(fēng)險(xiǎn)程度先降低后增加和風(fēng)險(xiǎn)程度增加五種趨勢(shì)。57%的區(qū)縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有不同程度的降低,主要為中警向輕警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移。10%的區(qū)縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度維持不變,其中渝中因?yàn)槿丝诿芏却?、人類干擾活動(dòng)加劇等因素,導(dǎo)致其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一直處于巨警狀態(tài)。1%的區(qū)縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度先增加后降低,江北和渝北的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)都在輕警和無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)內(nèi)輕微波動(dòng)。14%的區(qū)縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度先降低后增加,合川雖然波動(dòng)范圍最小,但是綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高。19%的區(qū)縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高,主要向重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化。

圖6 渝西南生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化程度Fig.6 Degree of ecological risk change in southwest Chongqing

3.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì)模擬分析

為預(yù)測(cè)和分析重慶市未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)壓力的時(shí)空分布和演化趨勢(shì),本文對(duì)重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì)進(jìn)行集對(duì)勢(shì)、樂(lè)觀勢(shì)和悲觀勢(shì)計(jì)算分析。如圖7,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下降區(qū)縣占比36%,主要分布在渝西南地區(qū),渝東北次之,渝東南最低；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升區(qū)縣占比64%,主要分布在渝西南地區(qū),渝東北和渝東南持平。從集對(duì)勢(shì)角度分析,包含黔江、渝中和江北等36%的區(qū)縣屬于同趨勢(shì),加強(qiáng)生態(tài)管控和環(huán)境保護(hù)等措施,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有向好的方向發(fā)展的趨勢(shì),甚至于達(dá)到無(wú)警等級(jí)；包括萬(wàn)州、涪陵和渝中在內(nèi)的64%的區(qū)縣集對(duì)勢(shì)都小于1,屬于反趨勢(shì),即未來(lái)這些區(qū)縣的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有上升趨勢(shì)。從集對(duì)勢(shì)的距離角度分析,重慶市38個(gè)區(qū)縣的集對(duì)勢(shì)都距悲觀勢(shì)較近,惡化空間較小,同時(shí),集對(duì)勢(shì)與樂(lè)觀勢(shì)的距離較遠(yuǎn),具備較大的改善空間。局部上,渝東北生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈上升態(tài)勢(shì)的區(qū)縣占比為64%,呈下降態(tài)勢(shì)的區(qū)縣占比為36%。其中墊江的集對(duì)勢(shì)變化范圍最大,雖然墊江生態(tài)環(huán)境有變好趨勢(shì),但是政府仍應(yīng)當(dāng)積極地采取有利管控措施,防止盲目樂(lè)觀導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)向重警等級(jí)發(fā)展；忠縣的集對(duì)勢(shì)波動(dòng)范圍最小,雖然整體上有惡化趨勢(shì),但是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化程度相對(duì)穩(wěn)定。渝東北是主要生態(tài)涵養(yǎng)區(qū),應(yīng)落實(shí)生態(tài)補(bǔ)償政策,優(yōu)化植被結(jié)構(gòu)；加大旅游業(yè)的管控,遏制其無(wú)序發(fā)展現(xiàn)象。渝東南生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈上升態(tài)勢(shì)的區(qū)縣占比為33%,呈下降態(tài)勢(shì)的區(qū)縣占比為67%。其中彭水的集對(duì)勢(shì)變化范圍最小,黔江的變化范圍最大。渝東南作為生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū),應(yīng)協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新結(jié)構(gòu)和城市發(fā)展新目標(biāo),對(duì)其生態(tài)用地進(jìn)行修復(fù),以增強(qiáng)生態(tài)景觀整體性、連通性,促進(jìn)生態(tài)物質(zhì)循環(huán)。渝西南生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈上升態(tài)勢(shì)的區(qū)縣占比為77%,呈下降態(tài)勢(shì)的區(qū)縣占比為23%,其中九龍坡的集對(duì)勢(shì)變化范圍最小,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最為穩(wěn)定,巴南的變化范圍最大。渝西南區(qū)位條件優(yōu)越,經(jīng)濟(jì)最為活躍,應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃城鄉(xiāng)土地利用結(jié)構(gòu),提高城市空間利用率,擴(kuò)大自然保護(hù)區(qū)規(guī)模,增加城市綠化面積。

圖7 重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì)模擬分析Fig.7 Simulation analysis of ecological risk evolutionary trends in Chongqing

4 討論

科學(xué)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系是評(píng)價(jià)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀和演化趨勢(shì)分析的基礎(chǔ)。但是目前,對(duì)于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建沒(méi)有統(tǒng)一的、明確的標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)不同生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)總結(jié)與對(duì)比發(fā)現(xiàn)(表4)：從研究方法來(lái)看,GIS技術(shù)、相關(guān)分析法等較為傳統(tǒng)的方法雖然能滿足評(píng)價(jià)系統(tǒng)的復(fù)雜性特點(diǎn),但是無(wú)法同時(shí)兼顧系統(tǒng)的不確定性和復(fù)雜性及數(shù)據(jù)的模糊性。灰色預(yù)測(cè)法雖然有處理不確定信息和模擬預(yù)測(cè)的優(yōu)點(diǎn),但是適用于小樣本模擬。從指標(biāo)選取來(lái)看,主要從土地利用和景觀格局視角出發(fā),圍繞自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力影響因子等進(jìn)行選取,指標(biāo)選取不夠全面或者不能反映研究區(qū)特性。生態(tài)環(huán)境的變化不僅受到自然因素、人為因素和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等影響,要通過(guò)自然與人類社會(huì)的響應(yīng)和反饋進(jìn)行生態(tài)狀況評(píng)估。本文針對(duì)重慶面臨的各種生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因素,通過(guò)DPSIR模型從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然和景觀格局指數(shù)構(gòu)建復(fù)雜生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系,對(duì)重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警分析,以期為重慶市的生態(tài)環(huán)境管理提供一種科學(xué)有效的方法。從風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警上看,基本是基于過(guò)去或者當(dāng)下的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估監(jiān)測(cè),缺少未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)。而預(yù)測(cè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)已然成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)的重要依據(jù)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)往往以優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)管控為目的,本文通過(guò)正態(tài)云模型對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),明確了重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)狀,并基于目前的態(tài)勢(shì),利用集對(duì)分析將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化趨勢(shì)定量化,掌握未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化動(dòng)態(tài),預(yù)警結(jié)果有利于管控人員提前采取預(yù)防措施避免生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的加劇,為風(fēng)險(xiǎn)管控的優(yōu)化提供依據(jù)。

盡管構(gòu)建的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系和評(píng)估模型可以揭示生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合隸屬等級(jí)及未來(lái)演化趨勢(shì),但本研究仍存在部分局限性。指標(biāo)因子的選取上,雖然包含的維度較多,但缺少具有區(qū)域性特點(diǎn)的指標(biāo),不同研究區(qū)應(yīng)選取不同區(qū)域性的風(fēng)險(xiǎn)因子。以高分辨率影像為基礎(chǔ),囊括區(qū)域性特征指標(biāo),構(gòu)建更為完善的預(yù)警指標(biāo)體系是未來(lái)的研究重點(diǎn)。正態(tài)云模型和集對(duì)分析雖然能兼顧評(píng)價(jià)系統(tǒng)的不確定性和模糊性,但是對(duì)于研究尺度較大、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)更為復(fù)雜的區(qū)域而言,存在工作量大等不足,且僅通過(guò)部分時(shí)間段對(duì)重慶市進(jìn)行預(yù)警分析,揭露未來(lái)的演變趨勢(shì)具有局限性。因此在后續(xù)的研究中,應(yīng)結(jié)合其他方法綜合考慮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變趨勢(shì),提高預(yù)警結(jié)果精確度。

表4 不同生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和預(yù)警指標(biāo)分析

5 結(jié)論

生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)下,重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)加劇。本文構(gòu)建的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系能全面綜合的反映重慶的生境狀況,在此基礎(chǔ)上利用正態(tài)云模型對(duì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)劃分,通過(guò)集對(duì)分析預(yù)測(cè)未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化方向,為正確處理環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展關(guān)系及風(fēng)險(xiǎn)管控提供科學(xué)依據(jù)。得到以下結(jié)論：

(1)2013—2019年,重慶市綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隸屬于重警等級(jí),風(fēng)險(xiǎn)值由2013年的0.295下降到2019年的0.278。2013—2016年重慶市整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以中警和輕警等級(jí)為主,重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)次之,巨警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)量占比最低；2016—2019年重慶市整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有小范圍的惡化,主要以重警等級(jí)為主,中警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)次之,無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈增加趨勢(shì)。

(2)2013—2019年重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間差異顯著。2013—2016年間重警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以石柱-忠縣-梁平為中心向兩側(cè)遞減,以重警向中警等級(jí)轉(zhuǎn)化為主,中警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈面狀和線狀分別分布在西北和中部地區(qū),輕警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈半圓狀分布在重警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍,無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)零星分布在東南和東北地區(qū)；2016—2019年,重警風(fēng)險(xiǎn)區(qū)增多,以忠縣為分界區(qū)不斷向南擴(kuò)增,中警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大多向輕警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化,聚集在西北和南部地區(qū),輕警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不斷由中部向西部呈線狀轉(zhuǎn)移,無(wú)警風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向重慶主城區(qū)和東北部轉(zhuǎn)移,且分布零散。

(3)重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然等多層面綜合的結(jié)果。黔江、渝中和江北等在內(nèi)的34%的區(qū)縣生態(tài)環(huán)境有向好發(fā)展的趨勢(shì)；萬(wàn)州和涪陵等66%的區(qū)縣的生態(tài)環(huán)境有惡化趨勢(shì),但惡化程度較低。

(4)重慶市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的演變具有一定的差異性,因根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)演變趨勢(shì),科學(xué)合理地規(guī)劃土地利用的布局和結(jié)構(gòu),因地制宜建立科學(xué)可行的政策扶持并加強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)的建立。