象山港流域景觀生態(tài)風險格局分析

劉永超，李加林，袁麒翔，史小麗，楊　磊，陳　鵬

（1.寧波大學　城市科學系，浙江　寧波　315211；2.浙江省海洋文化與經濟研究中心，浙江　寧波　315211；3.象山縣海洋與漁業(yè)局　海洋資源管理中心，浙江　象山　315700；4.寧波大學　學報編輯部，浙江　寧波　315211）

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象山港流域景觀生態(tài)風險格局分析

劉永超1，2，李加林1，2，袁麒翔1，3，史小麗4，楊磊1，陳鵬1

（1.寧波大學城市科學系，浙江寧波315211；2.浙江省海洋文化與經濟研究中心，浙江寧波315211；3.象山縣海洋與漁業(yè)局海洋資源管理中心，浙江象山315700；4.寧波大學學報編輯部，浙江寧波315211）

摘要：分析評估海岸區(qū)域的生態(tài)景觀和生態(tài)風險，對維持海岸帶資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。以1985、1995、2005及2014年4個時期的TM遙感影像為象山港流域景觀格局分析的主要數據源，構建景觀生態(tài)風險格局演變模型，對流域生態(tài)風險的時空特征進行分析。結果表明：（1）1985-2014年，研究區(qū)內景觀結構發(fā)生了較大的變化，耕地、林地以及灘涂面積均呈減少態(tài)勢，建設用地、未利用地和養(yǎng)殖用地及鹽田面積呈增加態(tài)勢；（2）近30年來，研究區(qū)內的景觀生態(tài)風險在時間演變過程上發(fā)生了顯著變化。1985年，象山港流域景觀以低、較低等級生態(tài)風險區(qū)為主，分別占全區(qū)總面積的48.01 ％和34.35 ％，1995年低、較低等級生態(tài)風險區(qū)面積均有不同程度減少，中等生態(tài)風險區(qū)面積顯著增加。至2014年，低生態(tài)風險區(qū)面積進一步減少，而高、較高生態(tài)風險區(qū)面積增加明顯；（3）從風險格局演變來看，1985-2014年象山港流域景觀低、較低等級生態(tài)風險區(qū)不斷向流域上游遷移，面積呈減少趨勢，中等、較高和高生態(tài)風險區(qū)在沿海地區(qū)不斷擴展，侵占生態(tài)風險等級相對較低區(qū)域，以沿海平原的淤泥質海岸尤為典型。

關鍵詞：景觀格局；生態(tài)風險；空間分析；象山港流域

生態(tài)風險是指生態(tài)系統及其組分所承受的風險，指一個種群、生態(tài)系統或整個景觀的正常功能受到外界脅迫，從而在目前和將來減少該系統內部某些要素或其本身的健康、生產力、遺傳結構、經濟價值和美學價值的可能性（李國旗等1999；盧宏瑋等，2003）。科學的生態(tài)風險評價及風險格局演化分析對建立生態(tài)風險預警機制、降低生態(tài)風險概率（劉曉等，2012），促進流域可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。目前，國內外學者大多采用ERI、RRM和PESR模型等評價方法對生態(tài)風險展開研究（W allack etal，2002；陳鵬等，2003；Liu et al，2008；高永年等，2010；楊沛等，2011），主要涉及農業(yè)土地利用與居住用地擴展對生態(tài)系統產生的潛在生態(tài)風險研究（W alkeretal，2001）、濱海平原生態(tài)系統服務價值變化研究（李加林等，2005）、海岸濕地景觀生態(tài)系統研究（李楊帆等，2005）、熱帶海岸景觀生態(tài)結構研究（雷隆鴻等，2006）、城市擴展過程中自然/半自然景觀空間生態(tài)風險水平的評估分析（李景剛等，2008）、互花米草入侵對潮灘生態(tài)服務功能的影響（李加林等，2005）、土地利用類型和景觀格局變化分析（石浩朋等，2013）、淤泥質海岸濕地景觀格局的主要特點及影響因子研究等（李加林，2003），但多為生態(tài)風險狀態(tài)分析，對風險格局演變的時空規(guī)律研究較少（蔣衛(wèi)國等，2008；張學斌等，2014），尤其缺乏生態(tài)風險格局演變的研究。隨著城市化的推進和沿海地區(qū)的開發(fā)，象山港流域的生態(tài)系統受到了不同程度的影響和破壞，因此，本文以象山港流域為研究區(qū)，構建流域景觀生態(tài)風險指數，對1985-2014年期間以人類生產、生活開發(fā)利用活動為主要風險源的景觀利用進行生態(tài)風險格局演化分析，來揭示研究區(qū)生態(tài)風險的時空變化特征，以期為象山港流域生態(tài)風險管理提供理論、技術支持及決策依據。

1研究區(qū)概況

象山港位于浙江省寧波市東南部沿海，介于29°24＇-30°07＇N，121°43＇-122°23＇E之間，跨越象山、寧海、奉化、鄞州、北侖五縣（市、區(qū)），北面緊靠杭州灣，南鄰三門灣，東側為舟山群島，是一個NE-SW走向的狹長型潮汐通道海灣。象山港潮汐汊道內有西滬港、鐵港和黃墩港三個次級汊道。從港口到港底全長約60km，港內多數地區(qū)寬度5-6 km，平均水深10m，入港河川溪流眾多，水域總面積為630km2。

本文所指的象山港流域，是以象山港周邊的象山、寧海、奉化、鄞州和北侖5個縣（市、區(qū)）最終地表水匯入港灣的陸域部分（圖1）（袁麒翔等，2014），其面積為1450km2，多年平均降水量約為1500mm，沿岸有大小溪流95條注入港灣，多年平均徑流量為12.9×108m2。

圖1　象山港流域景觀生態(tài)風險格局研究區(qū)地理位置圖

2數據來源與研究方法

2.1景觀格局數據來源及處理

以1985、1995、2005及2014年的TM遙感影像作為數據源，在ENVI4.7軟件的支持下，以象山港1∶50000地形圖為基準并結合GPS野外調查控制點對1985年、1995年、2005年及2014年4期的TM遙感影像數據進行幾何糾正、地理配準、鑲嵌拼接、研究區(qū)裁剪等綜合處理。在此基礎上，參考《土地利用現狀分類》（GB/T 21010-2007）和全國遙感監(jiān)測土地利用/覆蓋分類體系的分類方法，將研究區(qū)的景觀類型劃分為建設用地、養(yǎng)殖用地及鹽田、未利用地、耕地、湖泊河流、林地及灘涂，利用eCognition Developer8.7基于樣本的分類方式進行初步分類，再通過分類后比較法（劉慧平等，1999）以及人機交互式解譯等方法，借助ArcGIS10.2對分類結果進行校對、更正，得到研究區(qū)1985、1995、2005及2014年的景觀格局矢量圖。最后將不同時期的各類型景觀作為流域生態(tài)風險的受體，在此基礎上建立生態(tài)風險指數，利用ArcGIS10.2中的空間分析方法及Geostatistical Analyst模塊，得到象山港流域的生態(tài)風險指數空間分布圖，對其生態(tài)風險時空變化特征進行分析。

人類活動導致的流域景觀生態(tài)風險格局演變分析可以表示為流域景觀的生態(tài)脆弱性和風險受體對風險源的響應程度函數式（張學斌等，2014），其中包括干擾度指數、破碎度指數、分離度指數、優(yōu)勢度指數、損失度指數。景觀脆弱度指數主要用來表征不同景觀類型內的生態(tài)系統結構的易損性。結合研究區(qū)的實際情況，同時在借鑒前人的研究成果（謝花林，2008；徐昕，2008）的基礎上，采用專家打分法，將研究區(qū)的景觀類型脆弱性分為7級，歸一化處理后得到各類景觀類型的脆弱度指數Fi（表1）。并以ArcGIS10.2及Fragstats3.4軟件的相關功能，分別提取1985-2014年各景觀類型的斑塊數及面積，參照計算公式（張學斌等，2014），得到象山港流域1985年、1995年、2005年、2014年各景觀類型的景觀格局指數（表1）。

表1　景觀格局指數

2.2生態(tài)風險分析

結合前人相關研究經驗（曾輝等，1999；高賓等，2011），并綜合考慮研究區(qū)范圍及處理工作量的大小，將研究區(qū)劃分為20km×20km的風險小區(qū)采樣方格，采用等間距系統采樣法，落在研究區(qū)范圍內的風險小區(qū)共185個（圖2）。得出每一個風險小區(qū)的綜合生態(tài)風險指數，將其作為該小區(qū)中心質點的生態(tài)風險水平。

計算景觀指數并構建綜合的景觀生態(tài)風險指數ERIi（張學斌等，2014）來表征一個樣地內綜合的生態(tài)損失的相對大小，通過采樣的方法將景觀的空間格局轉化為空間化的生態(tài)風險變量。在此過程中，引入景觀各組分的面積比重，由景觀干擾度指數和景觀脆弱度指數來構建景觀生態(tài)風險指數，其計算公式如下：

式中，ERIi表示第i個風險小區(qū)的景觀生態(tài)風險指數，Ri為i類景觀的損失度指數，Aki為第k個風險小區(qū)內景觀類型i的面積，Ak為第k個風險小區(qū)的面積。

在此基礎上，得出象山港流域185個風險小區(qū)1985、1995、2005及2014年的生態(tài)風險指數采樣數據，并對其變異函數進行理論模型的最優(yōu)擬合。然后選取高斯模型并進行相關參數設置，運用ArcGIS10.2軟件的地統計分析模塊，通過Kriging插值進行區(qū)域生態(tài)風險的空間分析。為了便于比較象山港流域各個不同時期的生態(tài)風險ERI的大小變化情況，在此采用相對指標法對風險小區(qū)的生態(tài)風險指數進行自然斷點劃分，共分為5個等級，最后利用ArcGIS10.2中的空間疊加分析功能，將研究區(qū)各時段生態(tài)風險等級分布圖進行疊加，并構建生態(tài)風險等級轉移矩陣Aij、Bij、Cij、Dij來對其轉化類型和面積進行定量分析。

3　結果與分析

3.1景觀格局時空變化

由遙感解譯結果圖3可見，1985-2014年，人類活動由顏公河、大嵩溪和裘村溪流域逐漸擴展到整個象山港流域的河流谷地與河口平原地帶，土地利用方式和強度的空間差異造成了景觀格局和結構的演變。從表1可以看出，在整個研究期內，各類景觀指數均發(fā)生了較大的變化，其中林地和耕地的破碎度和分離度指數明顯增加，由此表明，這兩類景觀類型的地域分布日趨分散化，隨機散布的現象不斷加劇，并且優(yōu)勢度指數不斷減小，表明景觀優(yōu)勢逐漸降低。

圖3　象山港流域景觀類型分布（1985-2014年）

1985-2014年間，象山港流域的景觀格局空間動態(tài)變化顯著（圖4），人類活動作用力度較大的景觀類型，如建設用地、未利用地和養(yǎng)殖用地及鹽田，面積呈現增長趨勢，而屬于自然景觀類型的耕地、林地以及灘涂面積呈現減少趨勢。其中，面積增長最快的是建設用地，年均增加量為2.49 km2，1985-1995年增加量最大，凈增長47.8％?？梢钥闯?，隨著城市化進程的推進和工業(yè)化步伐的不斷加快，建設用地面積不斷增加，使得建設用地的分離度減小，優(yōu)勢度增加，景觀類型在地域上的分布趨于集中，成為影響流域景觀格局演變的重要因素。30年來，面積增長率最高的是養(yǎng)殖用地及鹽田，增長了2.95倍。此外，未利用土地增長速度也比較快，增長率達47.7％。面積減少最多的是灘涂，年均減少了29.6％，其中，1985-1995的10年間減少最多，累計凈減少了37.31 km2。另外，從2014年的景觀類型來看，林地和耕地仍處于主導地位，分別占景觀類型面積的66.2％、17.8％?？傮w來看，自然景觀面積不斷減少的同時，人工景觀面積在不斷增加，所以導致了象山港流域生態(tài)風險幾率不斷加大。

圖4　象山港流域景觀結構及面積構成變化（1985-2014年）

從景觀類型的斑塊數量上看（圖5），1985-2014年間各景觀類型的斑塊數量均有變化，其中建設用地由1985年的228個增加至2014年的390個，累計增加162個，增加率達71.05％。30年來斑塊數量增加最多的景觀類型是耕地，由1985年的181個增加到2014年的372個，增加了2.1倍，并且2005年到2014年的增加額度最大，凈增加246個。此外，林地的最大變幅為7％，是斑塊數量動態(tài)變化最小的景觀類型。斑塊數量最少的景觀類型是未利用地。

圖5　象山港流域各景觀類型斑塊數量變化（1985-2014年）

3.2景觀生態(tài)風險格局時空分異

在本文研究涉及的時間段，通過對研究區(qū)內185個風險小區(qū)1985、1995、2005、2014年的生態(tài)風險指數采樣數據分析，表明象山港流域生態(tài)風險等級變化較大（圖6）。在此基礎上，根據風險小區(qū)的生態(tài)風險指數自然斷點等距劃分結果，統計了生態(tài)風險指數的分級所占面積（圖7）?？梢钥闯?，低生態(tài)風險區(qū)不斷向上游流域遷移，面積減少了561.14 km2，所占比例下降37.98％；較低生態(tài)風險區(qū)向上游和中游流域不斷延伸，面積增加226.68 km2；分布在中下游流域的中生態(tài)風險區(qū)向下游流域不斷后退；高生態(tài)風險區(qū)面積變化的差異較大，主要集中在2005年以后，1985年和1995年以低生態(tài)風險和較高生態(tài)風險區(qū)為主，高生態(tài)風險區(qū)面積較小，2014年低等級和較高等級生態(tài)風險區(qū)面積減少，較低等級和高等級生態(tài)風險區(qū)面積增加，流域生態(tài)風險由低等級生態(tài)風險區(qū)為主導演化為低等級、較低等級和高等級生態(tài)風險區(qū)并存的趨勢。

圖6　象山港流域景觀生態(tài)風險格局演變圖（1985-2014年）

圖7　象山港流域各生態(tài)風險等級面積變化（1985-2014年）

研究區(qū)裘村溪、降渚溪、下陳溪、大佳何溪、淡港溪、黃溪、雅林溪和賢庠溪上游流域地區(qū)林地景觀類型廣布，生態(tài)風險程度低，其中部分上游流域地區(qū)有河流湖泊分布，脆弱度相對較低，導致出現較低的生態(tài)風險區(qū)；中游河流谷地分布有大量的灘涂和耕地及局部的未利用地，生物個體較少，生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)風險加大，流域生態(tài)風險格局與自然環(huán)境狀況基本一致；下游河口平原區(qū)社會經濟發(fā)達，人類活動集中，建設用地分布較廣，斑塊分離度高，破碎度大，生態(tài)風險較高。研究期間，經濟社會快速發(fā)展，流域人口數量顯著增加，其中顏公河和松岙溪中下游流域地區(qū)景觀類型及相應的生態(tài)風險指數發(fā)生改變，生態(tài)風險不斷增大。

總體來看，象山港流域內各生態(tài)風險等級面積變化過程中，較低生態(tài)風險等級區(qū)和高生態(tài)風險等級區(qū)幅度較大，分別約占變化面積的28.59 ％和23.52％?？梢钥闯?，30年來，分布在象山港港口和港底的流域部分低生態(tài)風險等級區(qū)面積變化呈遞減態(tài)勢，中生態(tài)風險區(qū)和高生態(tài)風險區(qū)面積出現增加趨勢，變化幅度最小的是中生態(tài)風險等級區(qū)。

3.3景觀生態(tài)風險等級轉化分析

1985-2014年間各等級生態(tài)風險區(qū)的面積增減交替演變，在此用生態(tài)風險等級轉移矩陣Aij、Bij、Cij、Dij來定量分析1985-1995年、1995-2005年、2005-2014年以及1985-2014年4個時段的生態(tài)風險等級轉化情況，其中i、j分別等于1（表示低等級生態(tài)風險區(qū)）、2（表示較低等級生態(tài)風險區(qū)）、3（表示中等級生態(tài)風險區(qū)）、4（表示較高等級生態(tài)風險區(qū)）、5（表示高等級生態(tài)風險區(qū)）。

對各時段相互轉化量進行分析，總體來看，從1985-2014年整個流域內的生態(tài)風險等級由高向低轉變的總面積僅為0.90 ％，而生態(tài)風險等級由低到高轉變的總面積卻達到751km2，約占全流域總面積的51.79％。其中，變化最大的是由低到較低等級的轉變，轉化面積達379km2，這類變化主要分布在下灣溪、鳳山溪、降渚溪、下陳溪、鳧溪、大佳何溪、雅林溪及錢倉河流域等地區(qū)，隨著人類活動影響強度的增加，越來越多的林地景觀被生態(tài)風險等級較高的耕地、建設用地等景觀類型所替代，使得生態(tài)風險指數上升?？梢钥闯鱿笊礁哿饔蛟谶^去的30年間，生態(tài)風險等級雖然在局部地區(qū)有所下降，但在整體上呈現出逐步增高的趨勢。

分時段來看，1985-1995年生態(tài)風險等級由低到高轉變的面積為495km2，而由高到低轉變的面積僅為29km2，表明人類活動對象山港流域的生態(tài)影響開始逐步增大。隨著人類對河流下游地區(qū)的開發(fā)利用，生態(tài)風險等級呈現由沿海地區(qū)向內陸呈條帶半環(huán)狀遞增趨勢。1995-2005年，生態(tài)風險等級由低到高轉變的面積為1985-1995年的88.89％，此類轉化主要集中在裘村溪、松岙溪和顏公河中下游流域一帶。2005-2014年在前10年的基礎上生態(tài)風險等級由低到高累積增長面積為897km2，占流域總面積的61.86％。對比前后3個時段的生態(tài)風險等級變化情況可知，1985-1995年由低到較低以及較低到中的轉變面積變化較大，分別為165km2、138km2，主要分布在鳧溪與賢庠河下游流域，裘村溪、松岙溪及大嵩溪中下游流域以及整個顏公河流域。1995-2005年，變化最大的是低生態(tài)風險區(qū)轉化為較低生態(tài)風險區(qū)，其轉化面積較前10年有所減少，而2005-2014年，變化較大的為低到較低以及較低到中的轉變，轉變面積達196km2，此類轉化除鳧溪和下陳溪上游流域外，在象山港流域均有分布。這些較大面積的生態(tài)等級轉化源于象山港流域社會經濟發(fā)展速度加快，人口密度增加，基礎設施規(guī)模擴大，土地利用與景觀結構的干擾度越來越大，各種景觀類型之間的轉變以及邊界的變更越來越復雜，生態(tài)風險等級轉變不斷加快。所以，象山港流域開發(fā)進程中，應將自然資源、生態(tài)環(huán)境和社會經濟發(fā)展之間的關系進行耦合研究和綜合評價，制定適合流域發(fā)展的規(guī)劃，來調整過度依賴資源的經濟發(fā)展模式，保護生態(tài)環(huán)境，提高土地利用效率，因地制宜的發(fā)展工農業(yè)生產。

4結論

本文以1985、1995、2005、2014年的TM遙感影像數據為基礎，在GIS技術的支持下，對象山港流域景觀生態(tài)風險格局演變進行了分析，得到以下結論：

（1）在研究時段內，研究區(qū)的景觀結構發(fā)生了較大的變化，建設用地、未利用地和養(yǎng)殖用地及鹽田面積呈現增長趨勢，而耕地、林地和灘涂面積呈現減少趨勢。其中，面積增長最快的是建設用地，年均增加量為248.51km2，1985-1995年增加量最大，凈增長47.8％。并且，建設用地分離度減小到0.24732，優(yōu)勢度增加至0.30060，景觀類型在地域上的分布趨于集中。

（2）近30年來，研究區(qū)內的景觀生態(tài)風險在時間演變過程上發(fā)生了顯著的變化。1985年，象山港流域景觀以低和較低等級生態(tài)風險區(qū)為主，分別占全流域總面積的48.01％和34.35％，1995年，低、較低等級生態(tài)風險區(qū)面積均有不同程度減少，而中等生態(tài)風險區(qū)面積則有顯著增加。至2014年，低生態(tài)風險區(qū)面積進一步減少，而高、較高生態(tài)風險區(qū)面積增加明顯。

（3）1985-2014年的30年間，研究區(qū)內的景觀生態(tài)風險在空間分布格局上發(fā)生了顯著的變化?？傮w演化趨勢表現為低、較低生態(tài)風險區(qū)不斷向流域上游遷移，面積分別減少561.14km2和85.10km2，較高和高生態(tài)風險區(qū)也不斷向流域中上游延伸，占據了原有的較低等級的生態(tài)風險區(qū)域，到2014年，較高和高生態(tài)風險區(qū)向下游擴展，尤其在沿海平原的淤泥質海岸一側更為集中分布，30年來，面積分別增加127.38km2和321.34km2，說明人類活動對象山港流域景觀資源的開發(fā)利用正在增強。

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（本文編輯：袁澤軼）

Patternsoflandscapeecologicalrisksin Xiangshangang BayBasinofChina

LIU Yong-chao1，2，LIJia-lin1，2，YUAN Qi-xiang1，3,SHIXiao-li4,YANG Lei1,CHEN Peng1
（1.DepartmentofscientificresearchoftheUrban，NingboUniversity,Ningbo315211,China;2.ResearchCenterforMarineCulture andEconomy,ZhejiangProvince,Ningbo315211，China;3.CenterforMarineResourceManagement,OceanandFisheryBureau ofXiangshan,Xiangshan315700，China;4.EditorialDepartmentofJournalofNingboUniversity,Ningbo315211,China）

Abstract：To analyze and assessthe ecologicallandscapesand the ecologicalrisksofthe coastalareas,ithasa great significanceformaintainingthesustainabledevelopmentofthecoastalnaturalresourcesandenvironment.TakingTM remote sensingimageof1985,1995,2005and2014fourperiodsasthemaindatasourcefortheanalysisofthelandscapepatternin XiangshangangBayBasin,thepaperconstructedtheevolutionmodelofthepatternon landscapeecologicalrisksand made ananalysisonthespatialandtemporalcharacteristics ofriverbasinecologicalrisks.Theresultsshow that:(1)From 1985to 2014,majorchangesofthelandscapepatternhavetakenplaceinthestudyarea.Thearableland,woodlandandtidalflattake on a downward trend while the construction land,unused land,farming land and saltfield tend to have an increasing momentum; (2)In recent30 years,theregionallandscapeecologicalrisk haschanged dramatically in the courseoftime evolution.In 1985,the ecologicalrisk areas oflow and lower levels took a large partin Xiangshangang Bay Basin landscape,covering 48.01 ％ and 34.35 ％ ofthe totalarea ofthe districtrespectively.By the end of1995,the sizesof ecologicalriskareasoflow andlowerlevelsreducedindifferentpace,andthesizeofmedium ecologicalriskareaincreased significantly.In 2014,the area oflow ecologicalrisk had a furtherfallwhilethe area ofhigh and higherecologicalrisks increasedconspicuously; (3)Ontheevolutionoftheriskpattern,from 1985to2014,theecologicalriskareaatlow andlower levelsofXiangshangangBayBasinlandscapewasconstantlyshrinkingtotheupstream,therefore thesizeoftheareawason thedecline.Theecologicalriskareaatmedium，highandhigherlevelsexpandedconstantlyinthecoastalregion，occupyingbook=22,ebook=25theecologicalriskareaoflow levelandthemuddycoastinthecoastalplainwasthetypicalcase.

Keywords：landscapepattern;ecologicalrisk;spaceanalysis;XiangshangangBayBasin

通訊作者：李加林，教授，博士生導師。電子郵箱：nbnj2001@163.com。

作者簡介：劉永超（1990-），男，碩士研究生，主要從事海岸帶資源環(huán)境利用與保護研究。電子郵箱：lycgeo@163.com。

基金項目：國家自然科學基金（41171073；41471004）；浙江省自然科學基金（Y5110321）；寧波大學研究生科研創(chuàng)新基金（G16082，G15059）。

收稿日期：2015-01-26；

修訂日期：2015-03-12

Doi：10.11840/j.issn.1001-6392.2016.01.004

中圖分類號：Q149；X826

文獻標識碼：A

文章編號：1001-6932（2016）01-0021-09