摘 要 伴隨市縣級國土空間規(guī)劃的全面鋪開，在市域尺度開展生態(tài)風(fēng)險評價研究具有重要意義。以CLCD土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險模型，并對風(fēng)險結(jié)果進行克里金插值，進一步分析四川省南充市土地利用及景觀生態(tài)風(fēng)險時空變化特征。結(jié)果表明：1）2000—2020年，南充市土地利用類型主要以耕地為主，所有土地利用類型在20年間均發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)化。2）南充市整體景觀生態(tài)風(fēng)險呈下降趨勢，高風(fēng)險區(qū)主要分布在各區(qū)縣的主城區(qū)，較低風(fēng)險和低風(fēng)險地區(qū)主要圍繞南充市邊緣呈環(huán)狀分布。3）景觀生態(tài)風(fēng)險Moran's I先增加后減少，景觀生態(tài)風(fēng)險在空間上呈正相關(guān)關(guān)系，聚集效應(yīng)強烈，主要以高高聚集和低低聚集為主。4）土地利用變化直接影響景觀生態(tài)風(fēng)險，對于中等以上風(fēng)險等級的區(qū)域，需要重點關(guān)注生態(tài)建設(shè)與保護工作。

關(guān)鍵詞 土地利用；景觀生態(tài)風(fēng)險；時空變化；CLCD；四川省南充市

中圖分類號：X826 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.13.020

生態(tài)風(fēng)險評價可以定量評估土地利用變化所引起的生態(tài)效應(yīng)，主要評價人類活動在生態(tài)環(huán)境中的不良影響[1]，是生態(tài)環(huán)境風(fēng)險監(jiān)控、生態(tài)資源管理、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量預(yù)警閾值研究的重要命題[2]。對于土地利用格局，影響其變化的主要因素為人類活動，其利用方式和強度的不同會對生態(tài)產(chǎn)生多方面影響，并且可以比較直觀地作用在生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成上[3]。因此，如何對生態(tài)風(fēng)險進行科學(xué)的評估，并對風(fēng)險格局演變進行分析，對構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險預(yù)警機制、降低生態(tài)風(fēng)險概率、推動區(qū)域可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。

目前的景觀生態(tài)風(fēng)險評價以流域、城市景觀、沿海地區(qū)為主，如劉可暄等以密云水庫流域為研究對象，分析了其生態(tài)風(fēng)險時空演變趨勢[4]；張雪茂等從“自然—社會—景觀格局”3個維度對涪江流域景觀生態(tài)風(fēng)險的空間異質(zhì)性特征展開了研究[5]；于航等開展了祁連山國家公園景觀生態(tài)風(fēng)險評價[6]；梁慶璇等從三生空間角度，深入研究了2000—2019年防城港市景觀生態(tài)風(fēng)險的時空分異特性[7]。但是，隨著最近幾年我國城鎮(zhèn)化的持續(xù)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境壓力持續(xù)增大，從而導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險明顯上升。為了貫徹實施國家生態(tài)文明建設(shè)，并有效地適應(yīng)、規(guī)避、管理生態(tài)風(fēng)險帶來的干擾與損失，在市域?qū)用嫔线M行生態(tài)風(fēng)險評價研究尤顯重要。并且隨著市縣級國土空間規(guī)劃的全面鋪開，其景觀生態(tài)風(fēng)險評估將是未來一段時間內(nèi)規(guī)劃編制工作的重點[8]。

南充市是四川省東北部重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，土地利用分布格局隨著經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展而發(fā)生了一定變化。通過土地利用格局開展景觀生態(tài)風(fēng)險評估更加注重時空異質(zhì)效應(yīng)與尺度效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多元風(fēng)險的地域特性、空間綜合表征等結(jié)果的可視化，還可以提供多目標(biāo)、多情景、多體系的生態(tài)風(fēng)險決策框架，科學(xué)指引國土空間生態(tài)風(fēng)險研判工作。因此，本文以2000—2020年CLCD土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，揭示南充市土地利用格局和景觀生態(tài)風(fēng)險的時空變化，以期能為南充市生態(tài)文明建設(shè)、城市景觀生態(tài)保護等方面的研究提供理論支撐。

1" 研究區(qū)概況和研究方法

1.1" 研究區(qū)概況

南充市位于四川盆地東北部，嘉陵江中游，位于北緯30°35′～31°51′、東經(jīng)105°27′～106°58′[9]?？偯娣e1.25萬km2，轄3個區(qū)、5個縣、代管1個縣級市。截至2021年底，全市常住人口556.2萬。南充市地處成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的北端，同時是我國糧食和農(nóng)產(chǎn)品的主要產(chǎn)地。市區(qū)境內(nèi)地形以北邊的低矮山地和南邊的丘陵山地為主，氣候?qū)儆谥衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候。2022年，南充市地區(qū)生產(chǎn)總值2 685.45億元，在四川省排名第五。

1.2" 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

土地利用數(shù)據(jù)采用武漢大學(xué)楊杰教授等開發(fā)的CLCD數(shù)據(jù)集[10]（https：//doi.org/10.5281/zenodo. 4417810），該數(shù)據(jù)集分辨率為30 m，時間跨度為1985—2020年，逐年連續(xù)且范圍跨度大，有利于準(zhǔn)確表征土地覆蓋的長時序變化特征。本研究基于行政區(qū)劃邊界提取了2000、2010、2020年南充市的CLCD土地覆蓋數(shù)據(jù)。參照國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）（國土資源部，2017），利用ArcGIS 10.6軟件對CLCD數(shù)據(jù)進行重分類，根據(jù)南充市具體情況，將土地利用類型重新歸并為5類：耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地。

1.3" 研究方法

1.3.1" 生態(tài)風(fēng)險小區(qū)劃分

研究區(qū)內(nèi)景觀生態(tài)風(fēng)險在空間分布上存在差異，本文利用ArcGIS 10.6軟件，創(chuàng)建漁網(wǎng)作為生態(tài)風(fēng)險評價單元，以便更好的表達其空間分布規(guī)律。根據(jù)有關(guān)景觀生態(tài)學(xué)的研究結(jié)果和研究區(qū)實際情況，最終以3 km×3 km的網(wǎng)格創(chuàng)建漁網(wǎng)，共得到1 530個景觀生態(tài)風(fēng)險小區(qū)。

1.3.2" 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣用來描述在研究開始時和結(jié)束時的土地利用變化結(jié)構(gòu)特征，以及各土地利用類型的具體轉(zhuǎn)移情況，包括沒有發(fā)生變化的、轉(zhuǎn)入的和轉(zhuǎn)出的情況[11]，是對某種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的定量描述。計算公式為：

式中，Z代表土地利用類型面積，n代表土地利用類型總數(shù)，Zxy表示由x地類轉(zhuǎn)移到y(tǒng)地類的面積[12]。

1.3.3" 景觀生態(tài)風(fēng)險模型構(gòu)建

生態(tài)風(fēng)險的大小取決于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)所受外部干擾的強弱和內(nèi)部抵抗力的大小，本文選取景觀干擾度指數(shù)（Ei）、景觀損失度指數(shù)（Ri）和景觀脆弱度指數(shù)（Vi）來構(gòu)建南充市景觀生態(tài)風(fēng)險評價模型[13]。各指數(shù)具體的計算公式及各參數(shù)的意義見表1。

1.3.4" 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析可以幫助我們了解一個要素的屬性值與其鄰近要素的屬性值之間是否存在空間關(guān)聯(lián)，以及關(guān)聯(lián)的程度，可以分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)兩種類型。本文采用全局空間自相關(guān)指數(shù)來分析南充市景觀生態(tài)風(fēng)險值總體的空間關(guān)聯(lián)和差異程度，用局部空間自相關(guān)LISA指數(shù)來反映生態(tài)風(fēng)險高值和低值在空間的聚集情況[16]。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 土地利用變化分析

結(jié)合土地利用類型圖（見圖1），利用Excel軟件對南充市3個時期各土地利用類型面積和占比進行了統(tǒng)計（見表2），并計算各個時段內(nèi)土地利用類型變化量和年均變化幅度（見表3）。

整體上，南充市主要土地利用類型為耕地，約占研究區(qū)總面積的80%。2000年、2010年、2020年耕地面積分別11 252.76 km2、10 327.32 km2、10 022.95 km2。由表3可知，2000—2020年耕地面積逐漸減少，20年間年均減少幅度達到0.55%。林地為南充市次要土地利用類型，20年來林地面積一直保持上升趨勢。2000年，林地面積為950.38 km2，占南充市總面積的7.61%，到2020年，林地面積增至1 974.98 km2，占南充市總面積的15.82%，年均增長幅度為5.39%。耕地與林地的變化，與國家號召的退耕還林政策緊密相關(guān)。

再者為水體和建設(shè)用地，2000年面積分別為161.23、116.68 km2，水體面積多于建設(shè)用地面積。近20年來，兩者面積都呈現(xiàn)增加趨勢，但在不同時間段，增長幅度有所不同。2000—2010年，水體面積增長速度高于建設(shè)用地面積增長速度，年均增長幅度分別為4.02%和1.85%。2010—2020年，水體面積增長緩慢，建設(shè)用地面積擴張速度顯著提升，年均增長幅度分別為0.14%、8.30%。到2020年，建設(shè)用地面積多于水體面積，分別為253.08、229.22 km2。草地所占面積較小，20年來雖然呈現(xiàn)增長趨勢，但由于其總面積較小，僅占南充市總面積的0.01%，所以不能從土地利用分類圖上看出明顯變化。

2.2" 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

由表4可知，近20年來，耕地為轉(zhuǎn)出面積最大的土地利用類型，共轉(zhuǎn)出1 419.25 km2，主要向林地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)出，分別為1 200.95、175.96 km2，向水體和草地轉(zhuǎn)出面積較少，分別為40.81、1.53 km2。林地為轉(zhuǎn)入面積最多的土地利用類型，共1 203.41 km2。耕地與建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積接近，分別為189.44、178.42 km2。建設(shè)用地增長來源除耕地外，還有水體，轉(zhuǎn)入面積為2.15 km2。由圖2可知，南充市建設(shè)用地面積主要圍繞水體周圍增加，特別是順慶區(qū)、嘉陵區(qū)、高坪區(qū)三區(qū)，作為主城區(qū)，三區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較其他地區(qū)發(fā)展更為迅速，隨著城市化的加快，主城區(qū)由于土地利用類型單一，所以耕地為建設(shè)用地增長的主要來源。

2.3" 景觀生態(tài)風(fēng)險分析

2.3.1" 景觀生態(tài)風(fēng)險空間格局特征

根據(jù)景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)模型，借助于ArcGIS 10.6軟件，將各個景觀生態(tài)風(fēng)險的風(fēng)險值賦予其中心點，再進行普通克里金插值，可以得到南充市的景觀生態(tài)風(fēng)險值。利用自然斷點法將南充市的景觀生態(tài)風(fēng)險分為5個等級：低風(fēng)險區(qū)、較低風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)、較高風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)，并繪制了相應(yīng)的時空分布圖（見圖2），再利用Excel軟件統(tǒng)計各等級風(fēng)險區(qū)的面積及占比（見表5）。通過圖2可以看出，南充市的景觀生態(tài)風(fēng)險在空間上存在著明顯的不同，呈現(xiàn)出四周較低、中間較高的總體分布格局。2000—2020年，南充市整體景觀生態(tài)風(fēng)險保持穩(wěn)定，生態(tài)風(fēng)險平均值保持在0.18左右，較高風(fēng)險區(qū)面積占比最高，并且持續(xù)增長，由2000年的4 718.57 km2，到2020年增長至5 251.57 km2，較高風(fēng)險和高風(fēng)險區(qū)面積占比達50%以上，南充市整體景觀生態(tài)風(fēng)險保持在較高水平。

2000年，南充市景觀生態(tài)風(fēng)險以較高風(fēng)險為主，占比為37.80%，主要遍布于整個南充市，其次為高風(fēng)險，占比達30.68%。南充市是國家重要的商品糧和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)基地，耕地為主要景觀類型，受人類活動影響較大，建設(shè)用地的急劇增加及耕地復(fù)墾使得景觀斑塊更為破碎化，從而使得景觀生態(tài)風(fēng)險值較高。中風(fēng)險地區(qū)面積占比為17.80%，主要分布在閬中市和嘉陵區(qū)距離城區(qū)較遠的地方，及營山縣與儀隴縣的交界處，還有南部縣的部分農(nóng)村地區(qū)。這些地區(qū)主要景觀類型為林地與耕地相互交織，景觀破碎度相對較低。較低風(fēng)險和低風(fēng)險地區(qū)主要圍繞中風(fēng)險地區(qū)的外圍成環(huán)狀分布，占比分別為9.25%、5.19%，主要景觀類型為林地，并且海拔相對較高，受人類活動影響較小，因此生態(tài)風(fēng)險值偏低。

2010年南充市的景觀生態(tài)風(fēng)險主要表現(xiàn)為高風(fēng)險等級區(qū)域面積的減少，而其他風(fēng)險等級的面積變化相對于2000年來說較小。2020年，南充市景觀生態(tài)風(fēng)險仍以較高風(fēng)險為主，占比增長至42.07%，其次為中風(fēng)險地區(qū)，面積占比為24.90%，這與國家實施的退耕還林政策息息相關(guān)。同時，由于農(nóng)村勞動力大量轉(zhuǎn)移至城市，農(nóng)村大量耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值鼗蛘呋牟莸?，生態(tài)風(fēng)險因此得到改善。高風(fēng)險區(qū)占比降至13.38%，主要分布在各區(qū)縣的主城區(qū)，人口數(shù)量的急劇增加，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)變和西部大開發(fā)新格局的推進，建設(shè)用地得到了快速增長，同時，由于不合理的用地規(guī)劃，大量的自然地表遭到了破壞，造成了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。低風(fēng)險與較低風(fēng)險地區(qū)較2000年未發(fā)生明顯變化。

2.3.2" 景觀生態(tài)風(fēng)險時空變化特征

運用ArcGIS 10.6軟件對2000、2020年的景觀生態(tài)風(fēng)險等級數(shù)據(jù)進行空間疊加，分析南充市近20年生態(tài)風(fēng)險區(qū)轉(zhuǎn)移情況。通過表6可知，南充市近20年生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積共轉(zhuǎn)移6 129.95 km2，并且以相鄰生態(tài)風(fēng)險等級轉(zhuǎn)移為主。面積最大的轉(zhuǎn)出區(qū)域為高風(fēng)險區(qū)，轉(zhuǎn)出面積為2 785.73 km2，主要轉(zhuǎn)往較高風(fēng)險和中風(fēng)險區(qū)域，分別轉(zhuǎn)出2 461.74、320.94 km2。較高生態(tài)風(fēng)險轉(zhuǎn)出面積次之，主要轉(zhuǎn)為中風(fēng)險地區(qū)，轉(zhuǎn)出面積為1 495.93 km2。由此可以看出，南充市整體景觀生態(tài)風(fēng)險有下降趨勢，高風(fēng)險地區(qū)面積得到控制，說明南充市的生態(tài)規(guī)劃更多地關(guān)注綠色發(fā)展，包括退耕還林在內(nèi)的一系列的生態(tài)保護項目起到了十分重要的作用。但較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積占比較大，生態(tài)穩(wěn)定性弱，應(yīng)重點關(guān)注這些地區(qū)的景觀生態(tài)保護，加強監(jiān)控，避免景觀生態(tài)風(fēng)險的反向轉(zhuǎn)移。

2.4" 空間自相關(guān)分析

運用GeoDa空間自相關(guān)分析軟件，分析2000—2020年3個時期生態(tài)風(fēng)險小區(qū)的空間自相關(guān)情況，計算出3個時期Moran's I指數(shù)（見圖3），并繪制LISA聚類地圖（見圖4）。

由圖3可知，南充市景觀生態(tài)風(fēng)險在2000年、2010年、2020年Moran's I分別為0.380、0.407、0.393，并且通過999次置換檢驗（p=0.001），Moran's I均大于0，說明在各時間段，南充市景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在空間上存在正相關(guān)關(guān)系，呈現(xiàn)出空間聚集效應(yīng)而并非隨機分布。即當(dāng)一個地區(qū)的生態(tài)風(fēng)險較高時，其鄰近區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險較高，反之，其鄰近區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險較低。因此，應(yīng)該著重關(guān)注景觀生態(tài)風(fēng)險等級交替的區(qū)域，防止低等級生態(tài)風(fēng)險向高等級生態(tài)風(fēng)險轉(zhuǎn)化。

通過圖4可知，景觀生態(tài)風(fēng)險值的空間聚集主要以高高聚集和低低聚集為主，其中高高聚集主要分布在各區(qū)縣的主城區(qū)，低低聚集主要分布在南充市邊緣四周。低高聚集區(qū)零散分布在各區(qū)縣，高低聚集主要分布在低低聚集區(qū)周圍。近20年，高高聚集區(qū)在各區(qū)縣呈現(xiàn)不同的增減趨勢，順慶區(qū)、高坪區(qū)、嘉陵區(qū)三區(qū)交界處，以及蓬安縣和儀隴縣，高高聚集區(qū)面積呈逐年增加趨勢，閬中市、南部縣高高聚集區(qū)面積逐年減少，西充縣、營山縣先增加后減少。低高聚集區(qū)在空間上由零散分布逐漸向南充市幾何中心位置趨于集聚，低低聚集區(qū)和高低聚集區(qū)的分布與面積未發(fā)生明顯變化。

3" 結(jié)論與討論

本文利用ArcGIS、GeoDa和Fragstats軟件，通過構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險模型，開展南充市土地利用及景觀生態(tài)風(fēng)險的時空演變分析，研究結(jié)果如下。

1）2000年—2020年，南充市土地利用類型以耕地為主，其次為林地，20年來，耕地減少面積最為明顯，面積占比由2000年的90.15%，到2020年減少至80.30%。所有土地利用類型在20年間均發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)化，耕地是轉(zhuǎn)出面積最大的土地利用類型，共轉(zhuǎn)出1 419.25 km2。

2）近20年，南充市整體景觀生態(tài)風(fēng)險呈下降趨勢，其中較高風(fēng)險在3個時期所占面積均為最大。低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中風(fēng)險、較高風(fēng)險在20年間都呈現(xiàn)增加趨勢，中風(fēng)險地區(qū)面積增加最多，由2000年的2 131.83 km2，到2020年增長至3 108.32 km2。高風(fēng)險地區(qū)面積呈現(xiàn)逐年減少趨勢，主要轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高風(fēng)險。高風(fēng)險區(qū)主要分布在各區(qū)縣的主城區(qū)，較低風(fēng)險和低風(fēng)險地區(qū)主要圍繞南充市邊緣呈環(huán)狀分布。

3）2000—2020年，Moran's I先增加后減少，景觀生態(tài)風(fēng)險在空間上呈正相關(guān)關(guān)系，聚集效應(yīng)強烈，以高高聚集和低低聚集為主，高高聚集主要分布在各區(qū)縣的主城區(qū)，低低聚集主要分布在南充市邊緣四周，與景觀生態(tài)風(fēng)險克里金插值保持較高的一致性。

通過上述數(shù)據(jù)分析，對南充市生態(tài)風(fēng)險管控提出以下建議：1）對于高風(fēng)險區(qū)域，近年來其景觀生態(tài)風(fēng)險相對降低，這要歸功于城市改善建設(shè)措施，比如行道樹的種植、生態(tài)公園的建立等，各區(qū)縣不能無序擴張城市空間，應(yīng)進一步加強生態(tài)公園建設(shè)，重點關(guān)注主城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，以減少不合理的城市化帶來的危害。2）對于較高風(fēng)險和中風(fēng)險區(qū)域，其主要土地利用類型為耕地，受到人類活動的較大影響，應(yīng)該合理分配農(nóng)業(yè)資源，避免大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，減少對耕地的不合理利用。3）對于較低風(fēng)險和低風(fēng)險區(qū)域，其主要土地利用類型為林地，應(yīng)加強生態(tài)環(huán)境保護，嚴(yán)守生態(tài)保護紅線，減少水土流失。

本研究以土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對研究區(qū)進行景觀生態(tài)風(fēng)險評價，并未與地方經(jīng)濟、自然環(huán)境等因素結(jié)合分析，這一部分工作將是今后市域景觀生態(tài)風(fēng)險研究的重要方向，同時還可以結(jié)合相關(guān)模型進行預(yù)測研究。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2024-03-07

作者簡介：凌國棟（2000—），碩士，研究方向為生態(tài)環(huán)境遙感。E-mail：1781868520@qq.com。