萬慧琳,王賽鴿,陳 彬,夏楚瑜,蘇 銳

北京師范大學環(huán)境學院環(huán)境模擬與污染控制國家重點實驗室,北京 100875

人口增長、城市擴張、土地利用變化等人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能造成極大干擾[1],加之“零風險”環(huán)境管理弱點的暴露[2—3],使得許多區(qū)域面臨嚴重的生態(tài)風險。建設用地、耕地等對濕地、水系的侵占趨勢加劇了生態(tài)用地的減少,不合理的土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)服務價值喪失的主要驅動力,而破碎化的景觀格局導致生態(tài)系統(tǒng)內物種病變、棲息地破壞、生物多樣性減少等負面影響,嚴重威脅著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全[4—5]。生態(tài)風險評價是研究生態(tài)系統(tǒng)及其組分由于暴露于多種風險壓力源而導致的生態(tài)效應可能性[6—8],是可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)管理的有效工具[9—11],近年來逐漸成為熱點研究話題[12—16]。

20世紀80年代,生態(tài)風險評價研究開始興起,經歷了從環(huán)境風險、生態(tài)風險到區(qū)域生態(tài)風險的發(fā)展歷程[17—18]。生態(tài)風險評價研究也由單一風險源、單一風險受體逐漸發(fā)展為利用空間要素表征多種風險源和多種風險受體的影響[19—20],研究尺度由種群、群落等微觀研究發(fā)展為區(qū)域水平的宏觀研究,研究范圍由局地擴展到區(qū)域生態(tài)風險評價[21—22]。作為生態(tài)風險評價的一個分支,區(qū)域生態(tài)風險評價是在區(qū)域尺度上綜合集成人類活動與自然環(huán)境等多種脅迫因子對風險受體造成的影響及危害程度進行描述和評價,逐漸成為環(huán)境科學研究的重要領域與前沿熱點[23—24]。

濕地生態(tài)風險評價作為一類區(qū)域生態(tài)風險評價,側重于識別濕地面臨的主要風險源(自然災害、人為因素等)對濕地風險受體(土地利用、景觀格局等)可能導致的危害[25—26]。三江平原是我國最大的淡水沼澤濕地分布區(qū),但由于日益增長的人口壓力與人類活動大面積墾殖與過度開發(fā)導致三江平原濕地面積減少、景觀破碎化程度高、生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能遭到嚴重的干擾破壞[27],實現(xiàn)三江平原濕地資源合理利用與有效保護是解決現(xiàn)存問題的基礎。從土地利用視角,一些學者分析了三江平原土地利用變化對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響。如劉興土等[28]揭示了三江平原大面積開荒引發(fā)土地退化、動植物資源稀缺等環(huán)境變化；楊春霞等[29]發(fā)現(xiàn)政策和人口是三江平原土地利用變化的主要驅動因素,土地利用變化進而導致濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能下降、生物多樣性喪失、水環(huán)境惡化與農田土壤退化等生態(tài)環(huán)境問題；張彪等[30]闡述草地退化、土地鹽堿化等土地利用空間格局變化現(xiàn)象導致生態(tài)系統(tǒng)基本結構和功能破壞或喪失,降低了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從景觀生態(tài)視角,一些學者從景觀空間格局出發(fā)分析其對三江平原濕地生態(tài)過程的維護和控制作用。如劉吉平等[31]基于三江平原生物地理信息對生物多樣性進行規(guī)劃設計,通過計算鳥類物種運動阻力指數建立等阻力面,判別景觀生態(tài)安全格局；劉春艷等[32]研究三江平原景觀生態(tài)風險時空動態(tài)變化規(guī)律,量化地形地貌、居民點建設等驅動因子的影響。從評價體系視角,濕地生態(tài)風險評價尚未形成統(tǒng)一體系,不同學者構建了不同的三江平原濕地生態(tài)風險評價體系。如廖玉靜等[33]從三江平原濕地生態(tài)環(huán)境、濕地服務功能、人類社會影響三方面構建濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價指標體系,解釋濕地穩(wěn)定性的成因與機制,協(xié)調濕地保護與農業(yè)生產之間的關系；陳紅光等[34]基于風險分析對三江平原水稻灌區(qū)建立多水源聯(lián)合調度模型,以地下水開采最小為目標,確定聯(lián)合調度優(yōu)化方案；Jiang等[35]從水資源短缺風險的角度,運用層次分析法建立評價指標體系和評價標準,對三江平原水資源短缺風險進行綜合評價和區(qū)域差異分析；王輝等[36—39]一系列研究分別從三江平原風險源與風險受體的尺度依存性問題、點軸體系理論、土壤侵蝕及非點源輸出分析產生的干擾對濕地風險的直接與間接影響、構建壓力-資本-脆弱性-響應模型等方面評價了三江平原濕地區(qū)域生態(tài)風險。Fu等[40]基于壓力-狀態(tài)-響應模型分析未來氣候變化對三江平原濕地植被生產力與多樣性的生態(tài)風險等級評價。綜合來看,土地利用變化、景觀生態(tài)格局等方面的融入豐富了濕地生態(tài)風險評價體系,現(xiàn)有研究雖對空間格局已有分析,但較少分析三江平原濕地生態(tài)風險在空間的集聚現(xiàn)象與輻射擴散特征。本文通過構建三江平原生態(tài)風險評價體系,從空間相關性角度,確定研究土地利用與生態(tài)風險空間關系的最佳閾值距離,采用雙變量空間自相關模型揭示濕地生態(tài)風險的空間集聚特征,對加強三江平原濕地風險防控與區(qū)域管理決策具有一定的理論意義。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

本文以三江平原為研究區(qū)域,基于2000年、2005年、2010年、2015年4期遙感影像,從土地利用、道路密度、夜間燈光等方面分析以人類活動為主導的風險源對三江平原濕地的影響。其中,土地利用與生態(tài)風險密切相關,不同土地利用結構和強度的生態(tài)影響可直接作用在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化上,并且具有典型的區(qū)域性和累積性特征；道路密度代表道路建設對生態(tài)用地連通性的擾動；夜間燈光數據與人口分布密度呈線性相關關系可用來表征人類活動強度。三江平原濕地生態(tài)系統(tǒng)結構和功能受景觀、生態(tài)系統(tǒng)服務等風險受體的影響顯著,綜合考慮景觀生態(tài)格局、生態(tài)系統(tǒng)服務價值兩種受體，分析三江平原濕地生態(tài)風險強度并運用空間相關分析法剖析生態(tài)風險空間差異特征及時間變化特征,基于土地利用與生態(tài)風險雙變量選取合適的距離閾值確定空間權重進行空間自相關分析,從而為降低局部生態(tài)風險,提高三江平原濕地生態(tài)風險防控提供理論依據,實現(xiàn)三江平原濕地生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展的目標。

1 研究區(qū)域與數據來源

1.1 研究區(qū)概況

三江平原位于黑龍江東北部,地處45°01′—48°28′N,130°13′—135°05′E之間,涵蓋佳木斯市、鶴崗市及雞西市等23個縣市(如圖1)。作為我國東北三大平原之一,三江平原是由黑龍江、松花江及烏蘇里江沖擊而成的低平原,總面積達10.8萬km2,是中國淡水沼澤濕地的集中分布區(qū)[32]。氣候類型屬于溫帶濕潤、半濕潤大陸性季風氣候,夏季溫暖而短促,冬季寒冷漫長,全年日照時數2400—2500h,雨熱同期,總降水量的75%—85%集中在夏季,主要土地類型為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)建設用地及未利用土地等。

1.2 數據來源

本研究使用數據主要有三江平原2000年、2005年、2010年和2015年4期遙感影像數據,來源于地理景觀遙感組數據處理,得到耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)建設用地、未利用地6個一級地類以及23個二級地類的土地利用/土地覆被數據(如圖2),自2000年至2015年三江平原土地利用結構發(fā)生了顯著變化,2000年耕地面積占總面積的28.34%,2015年較2010年耕地面積增加了20.11%,草地面積由占比14.71%減少到占比12.01%,2015年林地面積由2000年的22.45%削減了將近一倍,2015年的農村用地面積有所減少但城鎮(zhèn)用地面積較2000年擴大4倍,湖泊、灘地面積分別減少了22.35%、47.52%；多等級道路數據,來自中國科學院東北地理所數據網(http://www.igadc.cn/wetland/index.html)；DMSP/OLS(Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System)夜間燈光數據來自地理國情監(jiān)測云平臺(http://www.dsac.cn/DataProduct)；稻谷、小麥和玉米的價格及播種面積等統(tǒng)計數據出自《全國統(tǒng)計年鑒》、《全國農產品收益資料匯編》；基于ArcGIS 10.2軟件平臺處理數據,將研究區(qū)劃分為5km×5km的單元網格,共有樣區(qū)4636個,計算每一個風險小區(qū)內綜合生態(tài)風險指數。

圖2 三江平原2000—2015年土地利用Fig.2 Land use in Sanjiang plain from 2000 to 2015

2 研究方法

2.1 生態(tài)風險評價

基于相關研究[41—45],本文從風險源與風險受體兩個維度分別選取人類活動強度為風險源,景觀生態(tài)格局與生態(tài)系統(tǒng)服務兩方面為風險受體構建生態(tài)風險評價體系,采用如下公式進行評價[35]：

R=H(x)×EV(x)×ESV(x)

(1)

式中,R代表綜合風險值；H是人類活動風險源強度；EV是景觀脆弱性；ESV是各生態(tài)系統(tǒng)類型服務價值。

風險源是指可能對生態(tài)系統(tǒng)產生不利影響的風險來源,包括自然風險源與人類活動導致的風險源[46—49]。本文參考王輝等選取土地利用強度、道路密度、DMSP/OLS夜間燈光分布以及受人為與自然干擾引發(fā)的土地轉移強度賦予權重0.2、0.3、0.3、0.2[35]以評價風險源強度,公式如下：

(2)

式中,wi表示第i個因子權重,fi為第i個風險源歸一化數值,n為風險源個數。參考莊大方等的土地利用強度將區(qū)域土地利用類型人為活動劃分為4個等級[50]；依據人類活動程度,利用各等級道路數據將其進行加權疊加計算道路密度[51]；以DMSP/OLS夜間燈光數據表征人口的空間分布特征[52]；綜合考慮近年來耕地墾殖開發(fā)、濕地退縮及城鎮(zhèn)化等現(xiàn)象導致土地利用結構失衡問題,構建土地利用轉移矩陣分析受人為與自然干擾引發(fā)的土地利用轉移強度。

景觀生態(tài)風險是指受人為或自然因素的作用,景觀格局和景觀生態(tài)過程產生的累積性后果,是生態(tài)風險評價在區(qū)域尺度上的重要分支[30—31]。依據謝花林等的景觀生態(tài)風險將其分為景觀干擾度指數與景觀脆弱度指數,景觀干擾度指數Ei是表示不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)受外界干擾(主要是人類活動)的程度,通過景觀破碎度指數、景觀分離度指數、景觀分維度指數賦予權重疊加獲得[42]。

Ei=aCi+bNi+cFi

(3)

式中,Ci,Ni,Fi分別代表景觀破碎度指數、景觀分離度指數、景觀分維度指數；a、b、c分別表示不同景觀指數的權重。表1為景觀格局指數的生態(tài)學意義及計算公式,結合三江平原實際情況及謝花林等的研究[42],將景觀破碎度指數Ci、景觀分離度指數Ni、景觀分維度指數Fi的權重(a、b、c)分別賦值為0.5、0.3、0.2。

表1 景觀格局指數

景觀脆弱度指數Vi用以反映不同景觀類型抵御外部干擾能力的大小?；?種景觀類型所代表的生態(tài)系統(tǒng),結合謝花林等研究以未利用土地最脆弱賦值為6,其次水域為5、耕地為4、草地為3、林地為2,城鄉(xiāng)建設用地最穩(wěn)定設置為1,然后進行歸一化處理,得到景觀脆弱度指數Vi[42]。通過景觀干擾度指數Ei和景觀脆弱度指數Vi構建景觀脆弱性評價模型,考慮人為因素與自然因素的綜合效應,以此反映景觀脆弱性問題。公式如下：

EVi=Ei×Vi

(4)

式中,EVi代表景觀脆弱性；Ei是景觀干擾度指數；Vi是景觀脆弱度指數。

本研究以三江平原2000年、2005年、2010年和2015年4期土地利用數據為基礎,從供給服務、調節(jié)服務、支持服務和文化服務4方面依據謝高地等的價值當量因子換算方法[53—54],結合三江平原土地利用類型的特征,將土地利用類型與最接近的生態(tài)系統(tǒng)類型相對應(如表2),城鄉(xiāng)建設用地包括城鎮(zhèn)用地與農村居民點等,取其ESV為0值。測算得出2000—2015年不同土地利用類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數,計算生態(tài)系統(tǒng)服務價值公式如下：

ESV=∑Cji×Ai

(5)

式中,ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值;Cji是土地利用類型i的第j項生態(tài)系統(tǒng)價值系數；Ai是土地利用類型i的面積。表2為生態(tài)系統(tǒng)服務價值土地利用類型對應表。

2.2 生態(tài)風險空間集聚特征分析

空間權重矩陣能夠定量表達地理要素之間的空間關系,是度量空間自相關的基礎,分為鄰接權重矩陣和距離權重矩陣[55]。鄰接權重矩陣是指根據多邊形的鄰居關系確定,包括以共邊為鄰接的車權重矩陣(Rook)和以共邊或共點為鄰接的皇后權重矩陣(Queen)。距離閾值定義了距離權重矩陣,距離權重矩陣決定了空間自相關指數的大小。本文分別設置5、6、7、8、9、10、20、50km不同的距離閾值計算權重矩陣,通過空間自相關指數的大小變化確定最優(yōu)距離閾值。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值土地利用類型對應表

空間自相關分析方法是表示事物或現(xiàn)象之間具有對空間位置的依賴關系,包括全局空間自相關和局部空間自相關兩方面,常用Moran′sI指數表示,Moran′sI值介于正負1之間,0值表示不存在空間相關性,大于0表示存在空間正相關,反之為空間負相關[56]；生態(tài)風險與土地利用的空間分布、人類活動的動態(tài)發(fā)展等因素之間存在著一定的空間關聯(lián),空間自相關模型在生態(tài)風險方面已有大量研究,本文利用Geoda軟件計算全局與局部空間自相關揭示三江平原生態(tài)風險的空間聚集現(xiàn)象。

全局空間自相關Moran′sI指數計算公式[57]：

(6)

局部空間自相關計算公式[57]：

(7)

可用標準化統(tǒng)計量z來表征空間自相關的顯著性。計算公式為[57]：

(8)

式中,E(I)為I的期望值；VAR(I)為I的方差,當|z|>1. 96,|P|<0. 05時,拒絕無效假設。

3 結果與討論

圖3展示了2000年、2005年、2010年和2015年的風險源強度等級時空分布變化情況。從時間尺度看,三江平原風險源強度呈增加趨勢。其中,2000年到2010年風險水平雖變化不大,但2015年生態(tài)風險源強度等級愈加嚴重,從網格水平均值統(tǒng)計得中高風險地區(qū)占總面積的70.92%,較2000年增加了13.52%。從空間尺度看,松花江、穆棱河、倭肯河一直處于中高風險水平,且高等級道路網格分布與河流分布相對一致,風險源等級與道路密度擬合度高,隨著道路密度的增加而增加,高等級道路中心地所在網格風險等級高。DMSP/OLS夜間燈光數據較好的表征了行政區(qū)域多等級中心地的分布,鶴崗市、佳木斯市、雙鴨山市、七臺河市與雞西市5個地級市為高等級燈光值分布區(qū),其次縣級所在地燈光等級較高,燈光值與居住點的匹配有利于較好反映風險源的空間特征。土地利用變化與人類不合理的開發(fā)利用密不可分,由于土地利用轉移的頻率和強度加大,2015年河流兩側水田旱田面積明顯增加,2015年較2000年濕地面積減少了21.93%,導致河流流域高風險突出,出現(xiàn)以河流為中心向四周擴散趨勢,占用濕地過度圍墾是風險源強度嚴重的重要原因。

圖3 三江平原2000—2015年人類活動風險源強度等級Fig.3 Risk source intensity of human activities in Sanjiang plain from 2000 to 2015

圖4為2000年到2015年景觀生態(tài)風險分布結果。由圖4可知,景觀生態(tài)風險分布隨著時間變化總體上表現(xiàn)為增加趨勢。 2000年到2015年中高風險地區(qū)面積占比分別為26.94%、46.46%、61.86%、63.83%,中高風險地區(qū)從網格水平上2015年較2000年增加了36.89%,景觀斑塊破碎化程度高是導致研究區(qū)景觀生態(tài)風險呈加劇趨勢的重要原因,并且較高風險和高風險等級面積持續(xù)增加?？臻g上,景觀生態(tài)中高風險地區(qū)重點集中在濕地與水體分布區(qū),景觀自身穩(wěn)定性被破壞,受人為干擾后易損程度大。2000—2005年,景觀生態(tài)風險以低風險水平為主,除低風險區(qū)和較低風險區(qū)面積有所減少外,其他風險等級區(qū)均有不同程度的增加,中風險區(qū)、較高風險區(qū)和高風險區(qū)面積分別增加了6.88%、3.37%、3.13%,且集中分布在松花江、穆棱河、撓力河等區(qū)域,此部分主要土地利用類型為水體和濕地,受人為干擾易損程度大。2010—2015年,景觀生態(tài)風險以中高風險為主。高風險區(qū)面積有所增加,其他生態(tài)風險等級區(qū)域面積均有減少。其中,高風險區(qū)增加17.15%,增加幅度大,研究區(qū)內松花江、撓力河、黑龍江、烏蘇里江及其周圍濕地區(qū)高風險區(qū)突出,受人類活動對濕地區(qū)的干擾程度加劇,景觀類型轉移頻率加大,景觀斑塊破碎化程度高,導致景觀生態(tài)風險嚴重。

圖4 三江平原2000—2015年風險受體-景觀生態(tài)風險評價Fig.4 Landscape ecological risk in Sanjiang plain from 2000 to 2015

生態(tài)系統(tǒng)服務價值與生態(tài)風險呈負相關關系,圖5為生態(tài)系統(tǒng)服務價值標準化后取負的生態(tài)風險等級結果。如圖所示,從時間上,2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務價值總體呈穩(wěn)定趨勢。雖波動幅度較小,但生態(tài)風險以中高風險區(qū)域為主,且重點集中在中部地區(qū),2000—2015年中高風險面積所占比例分別為67.54%、66.46%、66.52%、67.95%。土地利用變化是導致生態(tài)系統(tǒng)功能與結構發(fā)生變化的主要原因,,且生態(tài)系統(tǒng)一旦遭到破壞,短時間內難以快速恢復,因此,基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的生態(tài)風險在2000—2015年總體變化幅度較小,且突出表現(xiàn)為中高風險。從空間格局上看,生態(tài)系統(tǒng)服務低價值區(qū)即高生態(tài)風險區(qū)主要分布在中部水田、旱田、建設用地以及東北部與東南小范圍的濕地區(qū)域,由于城市擴張與耕地開墾消耗了大量的自然資源,濕地、水體等生態(tài)系統(tǒng)服務高價值的地區(qū)被占用,生態(tài)用地面積減少導致氣候調節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤保持等生態(tài)系統(tǒng)服務功能受損,生態(tài)系統(tǒng)服務低價值區(qū)域擴散分布,中高風險等級區(qū)域出現(xiàn)集中化趨勢。

圖5 三江平原2000—2015年風險受體-基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的生態(tài)風險評價Fig.5 Ecological risk assessment of ecosystem services value in Sanjiang plain from 2000 to 2015

圖6展示了2000—2015年三江平原綜合生態(tài)風險的時空格局演變特征。時間上,生態(tài)風險呈現(xiàn)明顯的增加趨勢,2000年,低風險、較低風險、中風險、較高風險及高風險等級網格數所占比例分別為39.68%、51.57%、4.81%、2.72%、1.23%。2015年,這一比例分別為32.85%、15.53%、11.82%、14.50%、25.30% 。較低風險區(qū)域下降了36.04%,與此相反,高風險等級網格數比例上升了24.07%。從空間看,由于人為風險源干擾頻繁,2000—2015年濕地轉移為其他生態(tài)系統(tǒng)類型面積共有3637.96km2,其中轉化為農田面積達3235.16km2,濕地面積大幅度減少,加之較高的景觀生態(tài)脆弱性和生態(tài)服務價值的損失造成高風險上升區(qū)域主要集中在研究區(qū)中部的穆棱河、倭肯河、撓力河、松花江區(qū)域。隨著水田與旱田面積增加,高風險區(qū)由松花江河灘型濕地區(qū)與穆棱河的零星分布區(qū)逐漸向四周蔓延,擴散區(qū)域主要為被侵占的濕地、林地區(qū)域。此外,生態(tài)風險受城市擴張影響大,高風險區(qū)域行政中心具有極高的擬合度,鶴崗市、佳木斯市、雞西市等城市顯示為高和極高風險水平,且輻射周邊地區(qū)具有較高的風險水平,以樺川縣、勃利縣、穆棱市、友誼縣最為突出。

圖6 三江平原2000—2015年綜合生態(tài)風險評價Fig.6 Integrated ecological risk assessment results in Sanjiang plain from 2000 to 2015

使用3種空間鄰接矩陣,計算土地利用與生態(tài)風險自相關的權重。如表3所示,在P值均小于0.01的顯著性水平上,使用二階皇后矩陣(Queen2)所得的Moran′sI值小于車矩陣(Rook)的Moran′sI值小于一階皇后矩陣(Queen1)的Moran′sI值,說明在空間鄰接矩陣中使用一階皇后矩陣(Queen1)空間自相關效果好?；诰嚯x的權重矩陣,圖7表示分別選取5、6、7、8、9、10、20、50km 為距離閾值構造距離權重矩陣計算所得的Moran′sI值和P值結果。結果發(fā)現(xiàn)在P值均小于0.01的顯著性水平上,當5km≤d≤7km時,Moran′sI值在2000年、2005年、2010年、2015年均為最高值,分別是0.33、0.31、0.24、0.20。隨著距離閾值的增大,四年的Moran′sI值均呈下降趨勢。由此說明,生態(tài)風險的強弱受到空間距離的影響,且距離閾值越大,以某一網格為中心的相關區(qū)域越大,整體的相關性指數降低。通過鄰接權重矩陣與距離權重矩陣比較分析可知,當5km≤d≤7km時,所建立的矩陣能較好地表達生態(tài)風險的空間分布自相關情況。

表3 空間鄰接矩陣的Moran′s I值

圖7 基于距離閾值的Moran′s I值Fig.7 Moran′s I value of distance threshold

本文對2000年、2005年、2010年、2015年三江平原的生態(tài)風險進行了空間自相關指數計算,并繪制了空間集聚分布圖?；谇拔姆治?當距離閾值5km≤d≤7km時,空間集聚性較高,因此本研究選取5km為局部自相關分析的距離閾值,在z檢驗的基礎上(P=0.05)得到2000年、2005年、2010年、2015年三江平原綜合生態(tài)風險空間集聚分布圖(如圖8),三江平原土地利用-綜合生態(tài)風險分布的雙變量空間自相關表示土地利用類型與其鄰域生態(tài)風險均值間的相關性。由圖8可知,2010—2015年兩者的正相關型分布(高-高或低-低)較負相關型(低-高或高-低)分布比例較高,高-高地區(qū)由7%增加到13%。2000—2015年空間自相關指數Moran′sI值呈現(xiàn)增加趨勢,且均通過了顯著性檢驗,其中2010年Moran′sI值最高為0.33,這表示三江平原土地利用與綜合生態(tài)風險的空間格局存在顯著的空間正相關關系,即隨著土地利用程度的增強,綜合生態(tài)風險總體上呈現(xiàn)增強趨勢,這主要是受人類活動干擾引起土地利用的變化與轉移,導致綜合生態(tài)風險空間上出現(xiàn)集聚現(xiàn)象,綜合生態(tài)風險分布范圍有擴大趨勢。

在空間演變上,土地利用與綜合生態(tài)風險呈高-高的地區(qū)主要集中在研究區(qū)內的松花江流域及周圍灘地地區(qū),隨著土地利用變化及轉移,空間關聯(lián)逐漸增強且區(qū)域不斷擴大,到2010年,兩者成團狀由松花江流域及周圍灘地逐漸擴散到撓力河附近的水田及穆棱河中部地區(qū),到2015年,區(qū)域擴大現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生,倭肯河區(qū)域的土地利用與綜合生態(tài)風險的空間關聯(lián)逐漸增強,耕地面積的增加導致濕地水域區(qū)域被侵占,生態(tài)服務價值降低,景觀脆弱性加劇,造成綜合生態(tài)風險呈現(xiàn)空間集聚與擴散分布現(xiàn)象。土地利用與生態(tài)風險呈低-低的地區(qū)主要分布在林地分布區(qū),這些地區(qū)由于地勢高,受人類干擾少,土地利用變化小,綜合生態(tài)風險增加緩慢。不同時間尺度上,負相關分布所占比例較少,呈零星分布,無明顯的集聚特征。

圖8 三江平原2000—2015年綜合生態(tài)風險空間集聚圖Fig.8 Spatial analysis of integrated ecological risk in Sanjiang plain from 2000 to 2015

4 結論與建議

本研究從風險源與風險受體兩方面考慮了人類活動、土地利用變化、城市擴張、景觀生態(tài)、生態(tài)服務價值等因素構建了生態(tài)風險評價體系,并以三江平原濕地為研究對象,評價了2000年、2005年、2010年、2015年的生態(tài)風險時空變化特征,通過選取合適的距離閾值利用空間自相關模型對三江平原濕地的生態(tài)風險空間集聚效應進行了探究?；谝陨涎芯?本文得到的結論主要有：

(1)從風險源角度,高等級道路中心地所在網格風險等級高,道路密度與風險源等級擬合度高,DMSP/OLS夜間燈光數據較好的表征了行政區(qū)域多等級中心地的分布,土地利用變化突出表現(xiàn)為濕地面積減少,耕地面積增加。三江平原濕地風險源強度呈增加趨勢,松花江、穆棱河、倭肯河地區(qū)一直處于中高風險水平；從風險受體角度,2000年到2015年景觀生態(tài)風險的中高風險地區(qū)重點集中在濕地與水體分布區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)服務低價值區(qū)主要分布在中部水田、旱田、建設用地以及東北部與東南小范圍的濕地區(qū)域,中高風險等級區(qū)域出現(xiàn)集中化趨勢。

(2)綜合風險源與風險受體的三江平原濕地生態(tài)風險時空變化可知,從2000年到2015年濕地生態(tài)風險呈現(xiàn)明顯的增加趨勢,高風險地區(qū)由松花江河灘型濕地區(qū)與穆棱河的零星分布區(qū)逐漸向四周蔓延,受較高的景觀生態(tài)脆弱性和生態(tài)服務價值損失的影響,高風險上升區(qū)域集中分布在研究區(qū)中部的穆棱河、倭肯河、撓力河、松花江區(qū)域；受城市擴張影響,鶴崗市、佳木斯市、雞西市等城市顯示高風險區(qū)域行政中心具有極高的擬合度,且輻射周邊地區(qū)具有較高的風險水平。

(3)綜合生態(tài)風險強弱受空間距離的影響,本研究選取5km為局部自相關分析的距離閾值,較好地表達綜合生態(tài)風險的空間分布自相關情況。2000年、2005年、2010年、2015年三江平原土地利用與綜合生態(tài)風險的空間格局存在顯著的空間正相關關系。研究區(qū)內的松花江流域及周圍灘地地區(qū)為綜合生態(tài)風險突出熱點區(qū)域,隨著土地利用變化及轉移,空間聚集性增強且呈現(xiàn)擴散分布趨勢。

根據以上研究結果,本文為三江平原濕地生態(tài)風險防控管理提出以下建議：提高重視濕地、水體等土地利用類型的侵占式利用與高強度轉移是導致生態(tài)脆弱性顯著的重要原因,加強治理高風險區(qū)域集中分布的松花江流域撓力河等水體和濕地區(qū)。建議在城市路網規(guī)劃與道路選址過程中加強分析道路建設與生態(tài)系統(tǒng)之間的交互作用機制,通過自上而下的管理方式降低人類活動對生態(tài)環(huán)境的不良影響；嚴格把控城鄉(xiāng)建設與耕地擴張的生態(tài)紅線,合理規(guī)劃城市人口與道路建設,以降低局部生態(tài)風險；優(yōu)化土地利用模式,增強區(qū)域各景觀間的連通性,恢復已破壞的景觀,保護濕地水域等景觀斑塊的完整性,避免風險轉移；明確三江平原濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產能力與經濟價值,合理增加濕地與林地等高生態(tài)服務價值的面積,增強系統(tǒng)自身穩(wěn)定性,提高三江平原濕地生態(tài)風險防控化解能力。