基于景觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域生態(tài)風險分析
——以福清市江陰半島為例

福州市環(huán)境科學研究院　游麗平

基于景觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域生態(tài)風險分析
——以福清市江陰半島為例

福州市環(huán)境科學研究院游麗平

以福清市江陰半島為研究對象，基于景觀格局構(gòu)建生態(tài)風險評價模型，利用空間分析方法得到生態(tài)風險空間分布圖，對生態(tài)風險指數(shù)分級，從而對研究區(qū)生態(tài)風險變化特征進行評價。結(jié)果表明：2006年～2009年研究區(qū)各生態(tài)風險級別在空間分布上發(fā)生明顯變化，2006年高風險和較高風險區(qū)域主要分布在西南部、南部靠近工業(yè)區(qū)區(qū)域及北部中心地區(qū)，2009年研究區(qū)高風險區(qū)域消失，較高風險區(qū)域較2006年向西偏移；研究期間較高生態(tài)風險面積基本維持不變，中風險和低風險面積均有所降低，弱風險區(qū)域面積有較大的增加。

景觀結(jié)構(gòu) 生態(tài)風險 江陰半島

區(qū)域生態(tài)風險評價是在區(qū)域尺度上描述和評估人為活動、環(huán)境污染和自然災(zāi)害對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生不利作用的可能性及其大小的過程［1-2］。近年來，基于景觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域生態(tài)風險評價已成為當前區(qū)域環(huán)境研究的熱點之一［3-6］。本文以福清市江陰半島為例，基于景觀格局指數(shù)構(gòu)建生態(tài)風險評價模型，分析該區(qū)域生態(tài)風險時空變化特征，以期為生態(tài)規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考。

1　研究區(qū)概況

江陰半島座落于福建省福清市南部，是福建省9個海島鄉(xiāng)鎮(zhèn)中第一大海島，面積69.74km2，海岸線長65公里，屬地震引起的大陸斷層，地形以丘陵、崗臺地為主。江陰半島屬南亞熱帶海洋性季風氣候，本地區(qū)年平均氣溫19.6℃，年降水量1239.1mm，土壤類型有赤紅壤、鹽土等，島上植被主要為森林植被和農(nóng)田植被。

2　數(shù)據(jù)處理及研究方法

2.1數(shù)據(jù)處理

以2006年和2009年2期LandsatETM+/TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，結(jié)合對江陰半島的實地調(diào)查，參照國內(nèi)常用的土地利用分類系統(tǒng)，并根據(jù)江陰半島的具體情況及研究目的，將土地利用分成道路、工礦用地（包括取料場）、居民點、林地、農(nóng)耕地、水域（包括海域、河流水面、水庫水面）、養(yǎng)殖區(qū)等7種類型。在遙感數(shù)據(jù)預處理的基礎(chǔ)上，目視解譯得到江陰半島景觀類型圖。

2.2研究方法

基于景觀結(jié)構(gòu)利用景觀指數(shù)建立生態(tài)風險評價模型，利用統(tǒng)計學中的空間分析法，得到生態(tài)風險空間分布圖，從而對研究區(qū)生態(tài)風險的時空變化特征進行分析。

2.2.1生態(tài)風險指數(shù)

生態(tài)風險指數(shù)用于描述一個樣地內(nèi)綜合生態(tài)損失的相對大小， 以景觀損失指數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建。生態(tài)風險指數(shù)ERIk計算公式如下：

式中：ERIk為第k采樣區(qū)內(nèi)的景觀生態(tài)風險指數(shù)，Aki為采樣區(qū)內(nèi)景觀類型面積，Ak為第k采樣區(qū)面積，LLi為景觀生態(tài)損失指數(shù)。

2.2.2景觀損失指數(shù)

景觀損失指數(shù)（LLi）用以反映不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)在受到自然、人為干擾時其自然屬性損失的程度［7］，景觀損失指數(shù)是區(qū)域生態(tài)風險評價的基礎(chǔ)，由景觀干擾指數(shù)和景觀脆弱度構(gòu)建而成，其公式為：

式中，Ui為景觀干擾指數(shù)，Si為脆弱度指數(shù)，i為農(nóng)耕地、工礦用地、林地等7種景觀類型。

2.2.2.1景觀干擾度指數(shù)

景觀干擾度指數(shù)（Ui）用來反映不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)受到干擾（主要是人類活動）的程度［8］，可通過對景觀破碎度指數(shù)（Ci）、景觀分離度指數(shù)（Fi）和景觀優(yōu)勢度指數(shù)（D）加權(quán)疊加獲得［7］。

景觀干擾度指數(shù)公式為：

式中，Ni為景觀類型的斑塊數(shù)、Ai為景觀類型斑塊面積A為景觀總面積m為景觀類型數(shù)；Pi為各類景觀的面積比。a、b、c分別為景觀破碎度指數(shù)（Ci）、景觀分離度指數(shù)（Fi）和景觀優(yōu)勢度指數(shù)（D）的權(quán)重，本文結(jié)合研究區(qū)的實際情況并借鑒前人的研究成果［7-8］，對a、b、c分別賦值0.5、0.3、0.2。

2.2.2.2景觀脆弱度指數(shù)

景觀脆弱度指數(shù)（Si）與其在景觀自然演替過程中所處的階段有關(guān)，一般情況下，處于初級演替階段、生物多樣性指數(shù)小的生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，受人為作用強、可以通過管理輸入負熵的生態(tài)系統(tǒng)類型，如農(nóng)田、居民區(qū)往往比其他生境類型較穩(wěn)定［9］。根據(jù)研究區(qū)7種景觀類型所代表的生態(tài)系統(tǒng)，研究區(qū)以水域最為脆弱，其次是養(yǎng)殖區(qū)，而居民點及工礦用地最穩(wěn)定，分別對7種景觀類型賦以脆弱度指數(shù)：水域為7、養(yǎng)殖區(qū)為6、耕地為5、林地為4、道路為3、居民點為2、工礦用地為1，然后進行歸一化處理，得到各自的脆弱度指數(shù)。

2.2.3生態(tài)風險空間分析

由景觀指數(shù)計算得到的區(qū)域生態(tài)風險指數(shù)本身是一種空間變量，通過采樣方法將景觀空間格局轉(zhuǎn)化為空間化的生態(tài)風險變量。根據(jù)研究區(qū)范圍，采用2km×2km的正方形網(wǎng)格對研究區(qū)進行等間距系統(tǒng)采樣，利用公式（1）～（6）計算每個樣地的景觀生態(tài)風險指數(shù)作為該采樣地的景觀生態(tài)風險水平，采用空間插值法進行空間插值，得到生態(tài)風險分布圖。

3　結(jié)果與分析

根據(jù)公式（1）～（6）計算研究區(qū)2006年和2009年各采樣區(qū)的生態(tài)風險指數(shù)，并對2006年和2009年各采樣區(qū)的生態(tài)風險指數(shù)進行了插值，結(jié)果見圖1。

圖1　2006年、2009年生態(tài)風險指數(shù)空間分布特征

生態(tài)風險反映一個種群、生態(tài)系統(tǒng)或整個景觀的正常功能受外界脅迫，從而在目前和將來減小該系統(tǒng)健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟價值和美學價值的一種狀況［10-11］。為便于比較生態(tài)風險值的變化特點，運用自然斷點法將生態(tài)風險指數(shù)插值結(jié)果劃分為5個等級，即：高（0.360≤ERI＜0.550）、較高（0.280≤ERI＜0.359）、中（0.228≤ERI＜0.279）、低（0.182≤ERI＜0.227）和弱生態(tài)風險（ERI＜0.181）。從圖1可以看出，2006年高風險和較高風險區(qū)域主要分布在西南部、南部靠近工業(yè)區(qū)區(qū)域，說明隨著工業(yè)化發(fā)展，該類用地被征用可能性高，生態(tài)風險性較高。2009年上述兩塊區(qū)域的生態(tài)風險值均降至弱風險至中風險，說明上述區(qū)域在人為的影響下，隨著工業(yè)化開發(fā)程度提高、道路建設(shè)等原因，臨近景觀類型趨于穩(wěn)定，生態(tài)風險降低。2006年另一主要的高風險和較高風險區(qū)域分布在北部中心地區(qū)，該區(qū)域景觀類型主要以林地、農(nóng)耕地和養(yǎng)殖區(qū)為主，受人類擾動因素影響較大，因而生態(tài)風險指數(shù)相對較高。至2009年，該區(qū)域高風險級別消失，較高風險區(qū)域向西即養(yǎng)殖區(qū)偏移，一定程度上反映區(qū)域景觀類型的開發(fā)利用方向。為反映研究區(qū)各級生態(tài)風險面積的變化特征，對研究區(qū)各級生態(tài)風險指數(shù)所占的面積比進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見圖2。

圖2　2006年、2009年各風險級所占面積比

結(jié)果表明，2006年評價單元主要以中風險和低風險為主，存在一定比例的高風險區(qū)域；2009年的生態(tài)風險級別與2006年相比，高風險區(qū)域消失，較高風險區(qū)域面積基本維持不變，中風險和低風險面積均有所降低，弱風險區(qū)域面積占比有較大的增加。以上不同級別風險指數(shù)所占面積的變化說明，從2006年到2009年，區(qū)域生態(tài)風險有所緩和。

4　結(jié)論

本文基于景觀結(jié)構(gòu)、利用景觀指數(shù)建立生態(tài)風險評價模型，利用統(tǒng)計學中的空間分析法，得到生態(tài)風險空間分布圖，從而對福清市江陰半島生態(tài)風險的時空變化特征進行分析。從空間分布上看，

研究區(qū)2006年高風險和較高風險區(qū)域主要分布在西南部、南部靠近工業(yè)區(qū)區(qū)域及北部中心地區(qū)，研究區(qū)2009年高風險區(qū)域消失，較高風險區(qū)域較2006年向西偏移。從面積比例上看，2006年評價單元主要以中風險和低風險為主，存在一定比例的高風險區(qū)域；2009年的生態(tài)風險級別與2006年相比，高風險區(qū)域消失，較高風險區(qū)域面積基本維持不變，中風險和低風險面積均有所降低，弱風險區(qū)域面積比有較大的增加。研究表明，從2006年到2009年，研究區(qū)區(qū)域生態(tài)風險有所緩和。今后該地區(qū)應(yīng)加強較高生態(tài)風險區(qū)和中生態(tài)風險區(qū)的生態(tài)保護，避免生態(tài)風險指數(shù)的提高和區(qū)域范圍的擴大，同時應(yīng)做好低生態(tài)風險區(qū)和弱生態(tài)風險區(qū)的管理工作，確保區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

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