郝 軍,田雅楠,戈 鋒,劉佳雨

流域土地利用與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)關(guān)系研究

郝 軍1,田雅楠2,3,4*,戈 鋒1,劉佳雨1

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)國(guó)土空間規(guī)劃院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；3.內(nèi)蒙古黃河生態(tài)研究院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；4.黃河流域內(nèi)蒙段水資源與水環(huán)境綜合治理協(xié)同創(chuàng)新中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

以嫩江中游內(nèi)蒙古段為例,深入分析流域2000～2020年土地利用格局時(shí)空演替特征,構(gòu)建流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,識(shí)別20a間流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征,揭示流域土地利用格局與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)關(guān)系.結(jié)果表明:嫩江中游內(nèi)蒙古段土地利用類型以有林地為主,20a間土地利用格局總體轉(zhuǎn)變不大,但天然有林地下降、濕地萎縮明顯,旱地減少、水田增加,人工水庫(kù)坑塘增加顯著,流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高值區(qū)主要集中在綽爾河和罕達(dá)罕河下游,20a間景觀生態(tài)向高風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化最為顯著的類型為水庫(kù)坑塘,由2000年的8.90%上升為2020年的53.99%,景觀生態(tài)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比最高的為水田,其次為旱地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和其他建筑用地,景觀聚集的態(tài)勢(shì)變化較小,同時(shí)也表現(xiàn)出高風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)增加和低風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)減少的趨勢(shì),景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高-高集聚區(qū)中面積占比最高的土地利用類型為水田,占整個(gè)集聚區(qū)面積的33.26%,流域中水田、水庫(kù)坑塘等人工土地利用類型不僅從景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)還是集聚性上均高于其他土地利用類型.本研究不僅揭示了流域20a間土地開(kāi)發(fā)利用格局特征,同時(shí)識(shí)別出對(duì)于增加流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的土地利用類型,為流域后續(xù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、深化生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供有力支撐.

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；土地利用；時(shí)空變化；嫩江中游內(nèi)蒙古段；空間自相關(guān)

人類活動(dòng)與氣候變化干擾加速了景觀結(jié)構(gòu)的演化,致使景觀功能和生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)不斷升高,生態(tài)問(wèn)題日益凸顯,嚴(yán)重威脅著社會(huì)和自然生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[1],隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)不斷推進(jìn),能夠充分發(fā)揮人類主觀能動(dòng)性的風(fēng)險(xiǎn)管理模式愈發(fā)受到關(guān)注,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是一種能有效衡量和評(píng)估人為脅迫或自然災(zāi)害等外界干擾對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)和影響的工具,是生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估的重要研究領(lǐng)域之一.景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要分支,能夠綜合反映區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布格局與時(shí)間演替特征[2],為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供多維度、多尺度決策支持,由于其評(píng)價(jià)的高效性、綜合性和實(shí)用性,該方法得到了諸多學(xué)者關(guān)注[3-6],并對(duì)其開(kāi)展了廣泛研究與應(yīng)用[7-10].景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指自然或人為因素影響下景觀格局與生態(tài)過(guò)程相互作用可能產(chǎn)生的不利后果[11],能直觀反映土地利用/土地覆被變化對(duì)景觀組分、結(jié)構(gòu)和功能的不利影響,對(duì)于掌握區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的總體特征、動(dòng)態(tài)趨勢(shì)以及開(kāi)展生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理具有重要作用[3].

土地利用格局不僅是人為和自然干擾的綜合表征,更是區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變的風(fēng)險(xiǎn)源頭,人為干擾導(dǎo)致土地利用的高頻變化,成為區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加[12]的重要驅(qū)因,然而土地利用類型的轉(zhuǎn)變與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化間的響應(yīng)關(guān)系仍不明確,從而嚴(yán)重制約了土地利用格局優(yōu)化在降低景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中的可操作性.此外,當(dāng)前景觀風(fēng)險(xiǎn)研究多集中于流域、城鎮(zhèn)、沿海地區(qū)和自然保護(hù)區(qū)[13-15],對(duì)于江河匯水型生態(tài)區(qū)域的研究較少,該類型區(qū)域以生態(tài)保護(hù)為主要功能,同時(shí)要兼顧區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和上下游的可持續(xù)發(fā)展,如何合理優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu),降低區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),是實(shí)現(xiàn)該類型區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要途徑.

嫩江流域位于松花江北源,是松花江第一大支流,受氣候變化影響劇烈,特別是嫩江中游,近50a來(lái)平均年降水強(qiáng)度、夏秋季降水量均呈下降趨勢(shì)[16],人口激增、下墊面變化和氣候變化等多重因素加劇了地表景觀格局變化與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).嫩江中游內(nèi)蒙古段是嫩江中游多條一級(jí)支流的發(fā)源地,流域內(nèi)多森林、濕地等天然生態(tài)類型,同時(shí)作為天然林區(qū)向農(nóng)牧區(qū)域過(guò)渡的典型地帶,為中下游農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)提供水源涵養(yǎng)等多種生態(tài)服務(wù)功能保障,是我國(guó)北方生態(tài)安全屏障的重要組成部分.作為重要的江河匯水型生態(tài)區(qū)域,嫩江流域內(nèi)蒙古段土地利用與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)研究鮮少報(bào)道,因此,本研究以嫩江流域內(nèi)蒙古段為研究區(qū),旨在揭示2000～2020年嫩江流域內(nèi)蒙古段土地利用格局與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局時(shí)空演化特征,解析流域土地利用格局變化導(dǎo)致的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演化規(guī)律,為流域國(guó)土空間規(guī)劃與管理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐和管控抓手.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

嫩江中游內(nèi)蒙古段即嫩江流域尼爾基至江橋段,位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部,與黑龍江、吉林兩省交界,是內(nèi)蒙古自治區(qū)“三少民族”鄂倫春、鄂溫克、達(dá)斡爾族的主要聚集區(qū),主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為農(nóng)牧林業(yè),流域地勢(shì)西高東低,涉及呼倫貝爾市阿榮旗、扎蘭屯、莫力達(dá)瓦達(dá)斡爾族自治旗、鄂倫春自治旗、牙克石市、興安盟阿爾山市和扎賚特旗等9個(gè)旗縣級(jí)行政單元.流域面積65563km2,是諾敏河、雅魯河、綽爾河等多條嫩江一級(jí)支流的發(fā)源地,屬寒帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,受大氣環(huán)流特征及喇叭轉(zhuǎn)流域形狀的影響,流域內(nèi)各地氣候差異較為顯著,降水在年內(nèi)分配不均,4～ 10月份汛期降水約占全年降水量80%,流域內(nèi)多年最大年降水量為938mm,最小年降水量為153mm,年際間波動(dòng)較大,沒(méi)有明顯的周期性變化,溫度自西北向東南逐漸遞增,多年日平均氣溫為-3～3℃,歷史最低氣溫為-39.5℃,最高氣溫達(dá)40.1℃.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

所用2000年、2020年土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所(http://www.resdc. cn)[17],分辨率為30m×30m,數(shù)據(jù)采用線隨機(jī)抽樣核查,檢驗(yàn)總精度為88.95%.土地利用分類及編碼如表1所示,為簡(jiǎn)化表達(dá),后續(xù)圖表中涉及土地利用均采用編碼表示.

表1 土地利用類型及編碼

本研究將區(qū)域劃分為6km′6km網(wǎng)格單元,區(qū)域共劃分為1570個(gè)網(wǎng)格單元,運(yùn)用Fragtats 4.2軟件計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格景觀指數(shù),綜合景觀破碎度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)和景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)三個(gè)維度構(gòu)建流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),計(jì)算公式如下[18-20]:

式中:ERIk為第個(gè)網(wǎng)格單元景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);A為第個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)第種景觀類型面積;A為第個(gè)網(wǎng)格單元面積;E為第類景觀的景觀干擾度指數(shù);F為景觀脆弱度指數(shù),結(jié)合前人研究成果與研究區(qū)特征,確定不同土地利用類型賦值為:未利用地=6,水域=5,耕地=4,草地=3,林地=2,建設(shè)用地=1,歸一化后獲得景觀脆弱度指數(shù);為景觀類型總數(shù),本研究共涉及6類景觀類型.計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),并用克里金插值法獲取流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布.

式中:權(quán)重++=1,結(jié)合前人研究成果[21],將權(quán)重、、分別賦值0.5、0.2、0.3;n為景觀類型的斑塊數(shù);A為景觀類型的總面積;C反映整個(gè)景觀或某一景觀類型在給定時(shí)間和給定性質(zhì)上的破碎化程度,其值越大景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大;N反映景觀類型中斑塊個(gè)體分布的分離成都,其值越大破碎化程度越高,景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大;D是斑塊在景觀中的重要性,其值越大生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大;Q為斑塊出現(xiàn)的網(wǎng)格數(shù)與總網(wǎng)格數(shù)之比;M為斑塊的數(shù)目與斑塊總數(shù)之比;L為斑塊的面積與樣方總面積之比.

1.3 空間分析方法

1.3.1 土地利用變化 本研究分析流域20a間土地利用變化率和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣.土地利用變化率為起始時(shí)間土地利用變化面積與初始面積的比值,土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能夠反應(yīng)土地利用變化的特征、方向和結(jié)構(gòu),是土地利用轉(zhuǎn)化研究的重要方法[22].

1.3.2 空間自相關(guān)分析 空間自相關(guān)分析能夠在全局和局部尺度上反應(yīng)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間集聚特征[23],本研究選取全局自相關(guān)指數(shù)(Global Moran’s)和局部自相關(guān)指數(shù)(Local Moran’s)分析流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間集聚效應(yīng),公式如下:

式中:x和x分別是空間單元或某一屬性的觀測(cè)值,是區(qū)域變量的均值,2是均方差,W是空間權(quán)重值,由維矩陣()組成.全局Moran’I值域?yàn)閇-1,1],在給定顯著性水平下,Moran’s大于0表示空間屬性的聚集性,小于0代表空間屬性的離散性,等于0表示空間屬性隨機(jī)分布.在給定顯著性水平下,獲取局部Moran’的空間聚類圖,反應(yīng)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間異質(zhì)性,評(píng)估不同景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)聚集區(qū)的集聚類型(如表2所示).

表2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)局部空間自相關(guān)類型釋義

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型時(shí)空變化分析

嫩江中游土地利用空間分布如圖1所示,流域中土地利用以林地為主,占到總面積的62%,其次為耕地和草地,20a間林地、草地和未利用地均呈現(xiàn)減少趨勢(shì),林地減少面積比例最多,達(dá)0.08%,耕地面積、建筑用地和水域面積表現(xiàn)為增加趨勢(shì),耕地增加最為顯著,增加比例達(dá)0.08%.

土地利用二級(jí)分類面積變化(如表3所示)顯示,面積變化率增加最為顯著的用地類型依次為水庫(kù)坑塘、其他建筑用地、裸土地、水田和城鎮(zhèn)用地,其中水庫(kù)坑塘和其他建筑用地20a間增加超過(guò)2倍,嫩江中游耕地表現(xiàn)為水田大幅增加,增加面積達(dá)80.50km2,增加比率為23.18%,而旱地面積略有下降.裸土地面積在該區(qū)域中分布較小,20a來(lái)增加面積主要來(lái)自于耕地和草地.除其他建筑用地外,區(qū)域城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民點(diǎn)面積均有所增加,其中城鎮(zhèn)用地增加達(dá)到17.15%.林地結(jié)構(gòu)中天然有林地面積下降達(dá)75.90km2,灌木林增加57.77km2,但由于林地整體基數(shù)較大,變化比率并不明顯.草地結(jié)構(gòu)變化從面積到占比均不高,并表現(xiàn)出高覆蓋草地增加,中低覆蓋草地減少趨勢(shì).未利用地中的沼澤地面積減少51.34km2,水域面積中水庫(kù)坑塘面積增加23.31km2.

圖1 2020年嫩江中游土地利用分布

表3 嫩江中游2000～2020年土地利用變化率

注:“-”代表2020年較2000年減小面積或降低比率.

通過(guò)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)一步分析不同土地利用類型的轉(zhuǎn)化關(guān)系,如圖2所示,20a間林地和草地轉(zhuǎn)換比例最高,耕地和沼澤地轉(zhuǎn)換也是流域的重要土地利用轉(zhuǎn)化,重點(diǎn)關(guān)注變化面積較大的類型.2020年水田面積的顯著增加,主要來(lái)源于有林地、高覆蓋草地、旱地和沼澤地,旱地總面積呈現(xiàn)略有減少,主要向水田轉(zhuǎn)化,同時(shí)存在旱地侵占高覆蓋草地、疏林地、沼澤地和農(nóng)村城鎮(zhèn)用地的過(guò)程.沼澤地減少,主要轉(zhuǎn)化為高覆蓋草地、疏林地、耕地和沼澤地.沼澤地減少主要轉(zhuǎn)化為有林地、旱地、水田和高覆蓋草地,灌木林增加面積主要來(lái)源于有林地、高覆蓋草地和旱地,疏林地轉(zhuǎn)變?yōu)橛辛值?、高覆蓋草地和旱地.水庫(kù)坑塘的大幅度增加主要占用了高覆蓋草地、水田和沼澤地,其他建筑用地的增加主要占用了水田、林地、高覆蓋草地、農(nóng)村用地和沼澤地,原有沼澤地大幅度較少,主要轉(zhuǎn)化為水田和旱地,其次為有林地和其他林地.

圖2 2000～2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

圖中代碼表示土地利用,其含義詳見(jiàn)表1

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,2000年區(qū)域景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍為0.224～0.517,2020年0.224～0.546,均值分別為0.323和0.325,由此可見(jiàn),嫩江中游景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體偏低,分布范圍較為集中,20a間略有增高,總體較為穩(wěn)定.

根據(jù)流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分布,將其劃分為5個(gè)等級(jí),即:低風(fēng)險(xiǎn)<0.25、較低風(fēng)險(xiǎn)0.25～0.3、中風(fēng)險(xiǎn)0.3～0.35、較高風(fēng)險(xiǎn)0.35～0.4、高風(fēng)險(xiǎn)>0.4,其分布如圖3所示,2000年低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為100km2,較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為24281km2,中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為20174km2,較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為16526km2,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為4483km2,2020年低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為98km2,較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為23864km2,中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為20007km2,較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為15697km2,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為5897km2.

流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)由西北向東南逐級(jí)增高趨勢(shì),流域上游多處于低和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要集中在各個(gè)子流域下游,并以綽爾河和罕達(dá)罕河分布最廣,行政區(qū)域隸屬于扎賚特旗.高風(fēng)險(xiǎn)增加區(qū)域主要分布在雅魯河和諾敏河流域下游.

不同年份各景觀風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積分布(圖4)顯示,流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低、較低、中和較高4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布面積均有不同程度的下降,其中較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下降幅度最高為5.01%,中風(fēng)險(xiǎn)下降幅度最低為0.83%,而高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域增加顯著,增加幅度高達(dá)31.54%.

圖4 2000～2020年不同等級(jí)景觀風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積分布

2.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演替分析

2000～2020年景觀風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移過(guò)程(表4)顯示,景觀風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化均為相鄰等級(jí)轉(zhuǎn)化,同樣表明區(qū)域景觀風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)沒(méi)有出現(xiàn)突變現(xiàn)象,各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化均表現(xiàn)為向相鄰高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)化面積要高于向低風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化面積,各個(gè)等級(jí)景觀風(fēng)險(xiǎn)均表現(xiàn)出等級(jí)增加的態(tài)勢(shì),特別是中風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)向高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)換面積最高.

表4 2000～2020年景觀風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣(km2)

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)分析結(jié)果顯示,2000年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)全局Moran’s指數(shù)為0.6828,2020年全局Moran’s指數(shù)0.6842,表明景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)全局空間集聚性略有下降,局部空間集聚特征如圖5所示,20a間景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高-高集聚區(qū)有所擴(kuò)張,低-低集聚區(qū)略有降低,2000年高-高風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)246個(gè)網(wǎng)格單元,低-低風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)為306個(gè)網(wǎng)格單元, 2020年高-高風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)為250個(gè)網(wǎng)格單元,低-低集聚區(qū)為313個(gè)網(wǎng)格單元,集聚區(qū)空間分布格局較為穩(wěn)定,呈現(xiàn)明顯的西低東高分布,上游形成兩個(gè)明顯的低-低集聚區(qū),下游形成高-高集聚區(qū),除綽爾河流域高-高集聚區(qū)略有下降外,雅魯河、音河和濟(jì)沁河流域高-高集聚區(qū)均有明顯增加,并致使全流域東部高-高集聚區(qū)的不斷聯(lián)通,景觀風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)存在明顯的流域相關(guān)性.

3 討論

3.1 嫩江中游內(nèi)蒙古段土地利用分布與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局時(shí)空變化特征

土地利用分布格局的演變直觀反映了人類干擾的方式和程度,嫩江中游內(nèi)蒙古段作為嫩江重要的集水區(qū),上游以有林地為主,下游多為耕地與城鎮(zhèn),人為干擾更為劇烈,因此表現(xiàn)出明顯的上下游差異.20a間土地利用表現(xiàn)出人工干擾類型的明顯增加,這與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),該區(qū)域地表水資源豐富,但利用難度較大,區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)用水以地下水為主,水利工程的建設(shè)不可或缺.然而,隨著城鎮(zhèn)不斷擴(kuò)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向高耗水型轉(zhuǎn)變,農(nóng)田由旱地向水田大幅度轉(zhuǎn)化,為支撐區(qū)域發(fā)展,水利工程的大規(guī)模開(kāi)發(fā),水庫(kù)坑塘為區(qū)域內(nèi)土地利用轉(zhuǎn)化比例最高的類型,充分顯示了20a間水資源開(kāi)發(fā)利用配套設(shè)施興建在該區(qū)迅速增加.

未利用地中的沼澤地面積減少51.34km2,水域面積中水庫(kù)坑塘面積增加23.31km2,均體現(xiàn)了流域呈現(xiàn)天然濕地萎縮和人工濕地增加的態(tài)勢(shì).建筑用地結(jié)構(gòu)中,無(wú)論是城鎮(zhèn)還是村莊用地面積都有所增加.在中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)背景下的20a間,嫩江中游作為我國(guó)生態(tài)型匯水區(qū)域,其生態(tài)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)未出現(xiàn)大幅改變,這與積極的生態(tài)保護(hù)措施密不可分,同時(shí),流域土地利用結(jié)構(gòu)變化也表現(xiàn)出社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中生活、生產(chǎn)用地與生態(tài)用地的權(quán)衡關(guān)系,區(qū)域中受到干擾最為顯著的類型為有林地和沼澤地,無(wú)疑提高了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn).

土地利用的轉(zhuǎn)移過(guò)程充分體現(xiàn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人為干擾對(duì)于地表過(guò)程的影響,開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)權(quán)衡過(guò)程突出,雖然總體類型變化比例不明顯,但類型間的相互轉(zhuǎn)化相對(duì)劇烈,特別是在耕地轉(zhuǎn)化過(guò)程中體現(xiàn)最為明顯;在此期間,城市的擴(kuò)張和資源的開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾也凸顯出來(lái),其中最為突出的是濕地的萎縮.

3.2 土地利用與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)關(guān)系

圖6 不同土地利用類型景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布比率

為進(jìn)一步分析土地利用與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)間的響應(yīng)關(guān)系,對(duì)比2000年和2020年不同土地利用類型的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比例(圖6),結(jié)果顯示,各個(gè)土地利用類型景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布比率差異較大,但同一土地利用類型20年間景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化不明顯,僅有水庫(kù)坑塘景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值明顯增高,高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)比例由2000年的8.90%上升為2020年的53.99%,高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)合計(jì)面積比例亦從2000年的90.50%上升為2020年的97.24%,進(jìn)一步說(shuō)明了人工水利工程對(duì)于增加該流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響劇烈.

流域內(nèi)耕地和建筑用地多數(shù)處于高風(fēng)險(xiǎn)和較高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),其中2020年水田高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)比例高達(dá)95.8%,旱地高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)比例占82.4%,城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和其他建筑用地高風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)比例分別占到88.1%、85.0%、83.1%.

選取2020年高-高景觀風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)和低-低空間風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū),重點(diǎn)對(duì)比二者土地利用格局差異(圖7、圖8),低-低景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,有林地占區(qū)域面積的79.73%,其次為草地,面積占比為12.93%,其他林地占5.62%,其他類型均不足0.8%;而高-高風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,水田為面積占比最高類型,占到33.26%,有林地占比20.87%,高覆蓋草地占比17.65%,沼澤地占比9.27%,由此可見(jiàn),流域高-高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要為農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)利用區(qū)域,優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局與結(jié)構(gòu)是降低該流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn).

圖7 2020年低-低景觀風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)

導(dǎo)致區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高值區(qū)無(wú)論從等級(jí)和高-高風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)面積上均呈現(xiàn)增大趨勢(shì),風(fēng)險(xiǎn)集聚性也逐漸增強(qiáng).此外,區(qū)域內(nèi)天然濕地面積的嚴(yán)重萎縮對(duì)于流域生態(tài)環(huán)境的潛在威脅不容忽視,如何通過(guò)優(yōu)化土地利用格局,提升用水效率、保護(hù)天然林地和濕地成為區(qū)域未來(lái)發(fā)展應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題.

本研究顯示嫩江流域內(nèi)蒙古段土地利用格局轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體仍在可控范圍內(nèi),但同時(shí)也暴露出未來(lái)土地利用格局開(kāi)發(fā)中應(yīng)注意的諸多問(wèn)題,隨著流域城鎮(zhèn)不斷擴(kuò)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向高耗水型轉(zhuǎn)變以及水利工程的大規(guī)模開(kāi)發(fā),導(dǎo)致的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高值區(qū)無(wú)論從等級(jí)和高-高風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)面積上均呈現(xiàn)增大趨勢(shì),風(fēng)險(xiǎn)集聚性也逐漸增強(qiáng).此外,區(qū)域內(nèi)天然濕地面積的嚴(yán)重萎縮對(duì)于流域生態(tài)環(huán)境的潛在威脅不容忽視,如何通過(guò)優(yōu)化土地利用格局,提升用水效率、保護(hù)天然林地和濕地成為區(qū)域未來(lái)發(fā)展應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題.

圖8 2020年高-高景觀風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)空間結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

4.1 研究區(qū)內(nèi)2000年～2020年土地利用類型變化主要表現(xiàn)為耕地面積、建筑用地和水域的增加,其中耕地增加最為顯著,旱地減少,水田增加,有林地減少,未利用地中的沼澤地面積減少,水域面積中水庫(kù)坑塘面積增加,呈現(xiàn)明顯的天然濕地萎縮和人工水面增加,不合理的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和天然涵養(yǎng)區(qū)域的占用可能是導(dǎo)致天然濕地萎縮的重要因素,嫩江中游對(duì)于整個(gè)嫩江流域的防洪安全起到至關(guān)重要的作用,對(duì)于天然河渠和濕地的侵占不僅增加了流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)也增加流域洪水風(fēng)險(xiǎn),形成潛在安全隱患.

4.2 嫩江中游內(nèi)蒙古段作為生態(tài)型匯水區(qū)域,以林地為流域的主要基質(zhì)類型,因此流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體較低,高值區(qū)集中在各個(gè)支流下游,流域內(nèi)生態(tài)保護(hù)成效顯著,20a間流域整體景觀風(fēng)險(xiǎn)均值未有明顯變化,但景觀風(fēng)險(xiǎn)高值區(qū)表現(xiàn)出面積增加且集聚度增加趨勢(shì),為流域景觀格局優(yōu)化提出挑戰(zhàn).

4.3 土地利用與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的響應(yīng)關(guān)系研究表明,不同類型的土地利用類型與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有較好的響應(yīng)關(guān)系,流域中農(nóng)田和城鎮(zhèn)不僅處于高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),同時(shí)呈現(xiàn)高-高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)集聚性,而天然林景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和集聚性均處于低水平,此外,水庫(kù)坑塘等人工水域類型亦均處在高-高景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)集聚區(qū)中,流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)關(guān)注土地類型為農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)利用區(qū)和水利工程開(kāi)發(fā)區(qū),該類型土地的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化不僅有助于大幅度提高區(qū)域用水效率,降低水資源風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)更是降低流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵.

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Correlational relationship between land use and landscape ecological risks in Inner Mongolia section of middle Nenjiang River.

HAO Jun1, TIAN Ya-nan2,3,4*, GE Feng1, LIU Jia-yu1

(1.Inner Mongolia Territorial Space Planning Institute, Hohhot 010010, China；2.College of Water Conservancy and Civil Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China； 3.Inner Mongolia Yellow River Institute of Ecological Research, Hohhot 010020, China；4.Collaborative Innovation Center for Integrated Management of Water Resources and Water Environment in the Inner Mongolia Reaches of the Yellow River, Hohhot 010018, China)., 2023,43(11)：6132～6140

Inner Mongolia section in the middle reaches of Nenjiang River was an important part of the ecological security barrier in the north of China and played an important role in maintaining the ecological security in the middle and lower reaches of the river basin. This paper analyzed the spatial and temporal succession characteristics of land use pattern in watershed from 2000 to 2020, as well as the landscape ecological risk assessment model had been built. Based on the spatial and temporal succession of landscape ecological risk in the river basin over the past 20 years, the relationship between land use pattern and landscape ecological risk had been revealed. The results showed that in the past 20 years, the land use type in Inner Mongolia in the middle reaches of Nenjiang River was mainly forest land, and the overall pattern of land use had not changed much. However, the area of natural forests, wetlands and dryland had decreased significantly, and the area of paddy fields and artificial reservoirs had increased markedly. The landscape ecological risk area of the basin was mainly concentrated in the lower reaches of the Choer River and the Handahan River. In the last 20 years, the artificial reservoirs were the most obvious type of ecological transition to high risk, which increased from 8.90% in 2000 to 53.99% in 2020. The highest proportion of landscape ecological high risk area was paddy field, followed by dry land, urban land, rural residential area and other building land. Although with little change in global aggregation trends, there was a trend of increasing high-risk agglomerations and decreasing low-risk clusters in local aggregation trends. The land use type with the highest proportion of landscape ecological risk high-high agglomeration area was paddy field, accounting for 33.26% of the whole agglomeration area. Artificial land use types such as paddy fields and artificial reservoir were not only higher than other land use types in landscape ecological risk level, but also higher in agglomeration. This study provided strong support for the structural adjustment of subsequent industries in the river basin and the deepening of ecological protection.

landscape ecological risk；land use；spatiotemporal change；Inner Mongolia section of middle Nenjiang；spatial autocorrelation

P901;X321

A

1000-6923(2023)11-6132-09

郝 軍(1983年-),男,內(nèi)蒙古巴彥淖爾人,高級(jí)工程師,碩士,主要從事國(guó)土空間規(guī)劃、耕地保護(hù)、資源評(píng)價(jià)及土地利用研究.發(fā)表論文10余篇.38362402@qq.com.

郝 軍,田雅楠,戈 鋒,等.流域土地利用與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)關(guān)系研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2023,43(11):6132-6140.

Hao J, Tian Y N, Ge F, et al. Correlational relationship between land use and landscape ecological risks in Inner Mongolia section of middle Nenjiang River [J]. China Environmental Science, 2023,43(11):6132-6140.

2023-04-23

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2020MS03089);內(nèi)蒙古自然資源廳科技資助項(xiàng)目(NMGZRZYTKJXC202001);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41561044,52369004)

* 責(zé)任作者, 副教授, tyn229@sina.com