福建東山島災害生態(tài)風險的時空演化

巫麗蕓,何東進,*,游巍斌,鄧西鵬,譚　勇,紀志榮

1 福建農林大學林學院, 福州　350002 2 福建省地質測繪院, 福州 350011

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福建東山島災害生態(tài)風險的時空演化

巫麗蕓1,何東進1,*,游巍斌1,鄧西鵬2,譚勇1,紀志榮1

1 福建農林大學林學院, 福州350002 2 福建省地質測繪院, 福州 350011

將福建省東山島作為災害的承災系統(tǒng),以1994年、2003年及2011年3期遙感影像為基礎,選擇暴雨和大風作為東山島主要災害,從承災系統(tǒng)脆弱性、承災系統(tǒng)應災力、承災系統(tǒng)恢復力3個方面選擇指標構建東山島災害生態(tài)風險評估指標體系,分別獲得東山島1994年、2003年和2011年3期暴雨和大風災害生態(tài)風險圖,結果表明：東山島1994、2003、2011年暴雨和大風災害生態(tài)風險格局均隨時間出現(xiàn)明顯變化;總體來看,東山島西北部主要低山森林地帶風險值較低,整體生態(tài)環(huán)境和抗災能力較好,東北部城鎮(zhèn)集中區(qū)和沿海地帶風險值較高,生態(tài)環(huán)境質量和抗災能力較低;東山島17a來的人為干擾存在正負效應,長期生態(tài)建設使得東山島西北部主要低山森林地帶風險值下降,但大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設,旅游、養(yǎng)殖、房地產等對沿海地帶的干擾,造成東北部城鎮(zhèn)集中區(qū)及東部沿海地帶風險值上升。

災害;生態(tài)風險;景觀結構;時空動態(tài);東山島

隨著城市化的快速推進、高強度的人類活動和不合理的土地利用,使得區(qū)域生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力,而日益嚴重且類型眾多的自然災害又加劇了生態(tài)系統(tǒng)的風險,已構成了對生態(tài)安全的巨大威脅。對災害過程和結果的追溯表明災害對生態(tài)系統(tǒng)的威脅是顯著的,生態(tài)風險與災害的聯(lián)系十分緊密。國際全球環(huán)境變化人文因素計劃中全球環(huán)境變化與人類安全研究項目已明確指出自然災害是影響人類安全的環(huán)境變化的主要因素之一[1]。目前,區(qū)域生態(tài)風險評價作為生態(tài)風險評價的一個分支,成為了現(xiàn)階段研究的熱點[2]。區(qū)域生態(tài)風險評價涉及的層面相當廣泛,既有探討個別產業(yè)對環(huán)境的影響,如旅游開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)的沖擊[3];也有綜合探討區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)面臨的風險[4];既有從景觀角度分析生態(tài)風險[5],也有討論土地利用動態(tài)對區(qū)域產生的影響[6];既有針對濕地[7]、海島[8]、流域[9]等特定區(qū)域,也有大量研究分析城市的風險[10- 11]。然而,關于災害視角下的生態(tài)風險研究則較為零散,并未形成普遍共識。無論是國外的還是國內的災害風險評估,往往聚焦于人類社會的應急響應和社會經濟系統(tǒng)的損失,而很少關注社會-生態(tài)系統(tǒng)的災害響應,很少從景觀尺度研究災害對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的影響,以及生態(tài)系統(tǒng)的時空變化對災害的響應[12]。

海島生態(tài)系統(tǒng)是不同于大陸的獨特的自然生態(tài)系統(tǒng)。它是一個多功能、多界面、多過程的典型的生態(tài)環(huán)境脆弱帶[13]。東山島是典型的海島生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)結構相對簡單,穩(wěn)定性較差,受到災害的擾動頻率較高,頻繁受到暴雨、大風等災害的干擾,因此,本文以福建省東山島為研究對象,從承災系統(tǒng)脆弱性、承災系統(tǒng)應災力、承災系統(tǒng)恢復力3個方面選擇指標,評估東山島災害生態(tài)風險的時空變化規(guī)律,為東山島生態(tài)安全防護及防災減災等提供基礎研究和理論支撐。

1　研究區(qū)概況及數據準備

1.1研究區(qū)概況

東山地理坐標為北緯23°33′—23°47′,東經117°17′—117°35′,位于福建省南部沿海、東海與南海交匯處,介于廈門與汕頭兩個經濟特區(qū)之間。東臨臺灣海峽與臺灣島隔海相望,是大陸距臺灣南部最近的縣份,為全國第六、福建省第二大海島。東山島全境屬丘陵地帶,地勢從東北向西南傾斜,海拔高度較小。氣候屬南亞熱帶海洋性季風氣候,溫暖舒適,光照充足,1月份平均氣溫13.1℃,7月份平均氣溫27.3℃,多年平均氣溫為20.9℃,年平均降雨量1224.9mm。

東山島災害頻發(fā)。暴雨是東山常見的氣象災害,每年的5—6月份,副高北沿暖濕氣流交匯形成的鋒面雨是東山梅雨季節(jié)暴雨災害誘發(fā)的主要原因,往往形成大暴雨和連續(xù)性暴雨,常常造成洪澇災害和地質災害。1983年6月19日,由于受靜止鋒影響,帶來有史以來罕見特大暴雨,該日雨量達245.1mm,1—3h降水量達173.9mm,不少地方一片汪洋;2009年6月22日03號熱帶風暴“蓮花”所帶來的暴雨造成東山直接經濟損失2.594億元。大風是東山破壞性強、影響范圍大的另一災害性天氣,在秋、冬、春三季中,因冷空氣入侵,常引發(fā)≥8級大風(風速17.2m/s以上),對海岸帶環(huán)境有不同程度的危害。東山縣年平均大風日數108d,1958年全年大風日數更高達153d。

1.2數據準備

為了研究東山島災害生態(tài)風險的動態(tài)變化,本文以1994年TM遙感影像(分辨率30m)、2011年和2011年SPOT遙感影像(分辨率5m)作為基礎數據,并收集了東山縣行政區(qū)劃圖、東山2010年土地利用-覆蓋圖、1∶50000地形圖、東山縣土壤類型圖等圖件資料及東山暴雨、大風氣象資料、相關社會經濟統(tǒng)計資料、實地調研材料等。運用ERDAS Imagine進行遙感影像預處理、輻射糾正、幾何精校正,并結合ArcGIS軟件建立統(tǒng)一的投影坐標系統(tǒng),進行空間匹配。在充分考慮景觀類型在影像上的可分性及東山島區(qū)域特點基礎上,通過監(jiān)督分類與人機交互相結合方法分別提取三期影像的景觀類型,將研究區(qū)景觀類型劃分為水域、林地、草地、耕地、建設用地、道路、其他用地(包括未利用地、低覆蓋地等)等7類,將三期景觀分類圖轉化為15m×15m柵格形式(圖1)。

圖1　東山島不同時期景觀類型及其分布Fig.1　Landscape types and distribution of Dongshan Island in different period

2　研究方法

2.1評估指標體系的構建

生態(tài)系統(tǒng)在調節(jié)極端事件對人類系統(tǒng)影響方面扮演著重要角色[14]。景觀的組成和空間結構直接影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能[15],被認為是研究人類活動對環(huán)境影響的適宜尺度[5],因此,本研究以景觀結構為基礎將東山島作為災害的承災系統(tǒng)。一般認為,災害干擾下的生態(tài)風險主要評價3個方面,即系統(tǒng)減輕干擾的能力、系統(tǒng)吸收干擾的能力及系統(tǒng)快速恢復的能力[16- 18]。因此,依據災害發(fā)生的特點及東山島區(qū)域特性,從承災系統(tǒng)脆弱性、承災系統(tǒng)應災力、承災系統(tǒng)恢復力3個方面構建東山島災害景觀生態(tài)風險評估指標體系(圖2)。

圖2　東山島災害景觀生態(tài)風險評估指標體系Fig.2　Assessment index system for rainstorm disaster ecological risk of Dongshan Island

當評價暴雨災害,選擇景觀干擾度指數和環(huán)境敏感性指數判斷承災系統(tǒng)的脆弱度;選擇系統(tǒng)消納力指數和景觀連接度指數來反映災害發(fā)生時承災系統(tǒng)的防災減災能力;選擇系統(tǒng)恢復力指數和人為恢復力指數來反映災害發(fā)生后系統(tǒng)的恢復能力。當評價大風災害,則選擇景觀干擾度指數、環(huán)境敏感性指數、土壤敏感度指數和土地利用敏感度指數判斷承災系統(tǒng)的脆弱度;選擇景觀連接度指數來反映災害發(fā)生時承災系統(tǒng)的防災減災能力;選擇人為恢復力指數來反映災害發(fā)生后系統(tǒng)的恢復能力。

2.2評估指標測度2.2.1景觀干擾度指數

景觀干擾度指數用來反映不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)受到外部干擾的程度,區(qū)域所受干擾越大,生態(tài)風險越大。而不同景觀類型所受外界干擾的大小可反映在其景觀結構的變化上,因此,以景觀破碎度Ci、景觀分離度Ni和面積周長分維度倒數Di等3個景觀結構指數(表1)[19],疊加構建景觀干擾度指數[19- 22]：

Si=aCi+bNi+cDi

式中,a、b、c分別表示Ci、Ni、Di的權重。根據相關參考文獻[19- 22]及專家意見,將景觀破碎度指數、景觀分離度指數和面積周長分維度指數倒數的權重a、b和c等3個指標分別賦以0.5、0.3和0.2的權值。

表1　景觀格局指標[19]

i: 斑塊類型 Patch types; j: 斑塊數目 Patch number; A: 總的景觀面積 Total area of the landscape; ni:景觀類型的斑塊總數 Total number of the landscape typei; pi: 斑塊類型所占景觀面積的比例 Proportion of the landscape type iin the total area of the landscape

運用Fragstats3.3分別計算東山島1994年、2003年和2011年的景觀破碎度、景觀分離度和面積周長分維度倒數3個景觀結構指數,構建景觀干擾度指數(表2)。

表2　東山島景觀干擾度指數

2.2.2環(huán)境敏感度指數

連續(xù)性暴雨、大雨持續(xù)作用于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng),使得生態(tài)系統(tǒng)遭受不斷的干擾,而不同生態(tài)系統(tǒng)響應災害風險的敏感程度存在空間差異性。持續(xù)性降雨會使得水域過滿或溢出,使得周邊區(qū)域出現(xiàn)滯水,因此,認為距離水域越近,風險越高;多日降水后不同用地可能出現(xiàn)內澇,其損失率各不相同,可看作不同用地對暴雨的敏感性。因此,選擇與水域距離指標、用地損失率指標的疊加作為環(huán)境敏感度指數。與水域距離利用ArcGIS中path distance來實現(xiàn);東山近40年氣象記錄出現(xiàn)連續(xù)5d的大雨,因此,假定滯水5d,水深<0.5m情況下,根據相關研究文獻[23- 24]及專家意見,水域、林地、道路、其他用地的損失率均為0,草地的損失率為0.5、耕地的損失率為0.9、建設用地的損失率為0.2。

大風災害發(fā)生時,認為海拔越高,越易受大風侵擾;越靠近海岸線,災害風險越大。因此,選擇海拔高度指標、與海岸距離指標的疊加作為環(huán)境敏感度指數。海拔高度指標利用1∶50000地形圖生成10m的DEM獲得;與海岸距離利用ArcGIS中path distance來實現(xiàn)。

2.2.3系統(tǒng)消納力指數

系統(tǒng)消納力指數用以評估不同土地類型吸收特定干擾的能力或維持其干擾前狀態(tài)的能力,其值越大,說明系統(tǒng)更具有抵抗干擾的能力[16]。將暴雨帶來的降水作為干擾,則土地貯水和排水能力成為衡量土地是否能消納所有降水并保持原有狀態(tài)的主要因素。系統(tǒng)消納力指數為土壤最大蓄水能力與土壤入滲率的比值,土壤最大蓄水能力指土壤保持水分的能力,土壤入滲率用來評估在一個給定的時間內土壤吸收和傳輸水分的能力。系統(tǒng)消納力指數的計算公式如下[17]：

(1)

(2)

式中, SP指系統(tǒng)消納力指數(h);S指土壤最大蓄水能力(mm),公式來自于SCS產流模型;IR指土壤入滲率(mm/h);CN是曲線數值。

土壤入滲率IR分別為水域500mm/h、森林258.2 mm/h、草地131.4mm/h、農田89.3mm/h、人工地面38.1mm/h、其他用地80mm/h[25- 26]。CN是反應降雨前流域特征的一個綜合參數,也是SCS模型的主要參數,本研究假設前期土壤濕潤程度為正常狀態(tài)(AMCⅡ),根據SCS模型的土壤分類標準,東山島土壤進行了重新分類(表3)。

表3　東山島土壤按SCS模型分類結果

根據土壤最小入滲率將土壤分為A、B、C、D 4種類型,A類主要為砂土或礫石土,B類主要為砂壤土,C類主要為壤土,D類主要為黏土地、人工硬質地面等

根據SCS模型CN的查算表、研究東山島土地利用分類結果,并參考國內外研究[27- 30],確定了東山島土地利用的CN值矩陣(表4)。

表4　東山島AMCⅡ條件下的CN值

系統(tǒng)消納力與區(qū)域土壤類型、土地利用現(xiàn)狀、植被等有關,運用上述公式(1)、(2)計算東山島系統(tǒng)消納力指數,結果顯示：自然生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)消納力一般要高于人工生態(tài)系統(tǒng),如鹽沙土上的草地(CN=49,IR=131.4mm/h)和林地(CN=35,IR=258.2mm/h)的SP分別為2.01h和1.83h,為東山島SP最高的兩種類型;而建設用地(CN=91,IR=38.1mm/h)的SP為0.14h,為東山島SP低的類型,與林地和草地的SP相差較大?？梢?當土地利用從林地改變到建設用地,則土壤最大蓄水能力和土壤入滲率均下降,同時系統(tǒng)吸納降水和維持它初始狀態(tài)的能力也下降。

2.2.4景觀連接度指數

景觀連接度常用于衡量景觀各類斑塊之間生態(tài)結構、功能或生態(tài)過程的有機聯(lián)系[31]。災害作用下的自然生態(tài)系統(tǒng)并非僅僅被動地作為孕災環(huán)境而存在,它可以緩沖或減輕災害的破壞力。連接度高、連通性好的生態(tài)功能用地能更好地抵御大風、暴雨,減輕滑坡等次生災害,因此選擇景觀連接度指數來反映各生態(tài)系統(tǒng)應災的能力。景觀連接度指數計算首先選擇森林與草地為生態(tài)功能用地;其次,將耕地、道路、建設用地確定為東山島3種人工障礙用地類型,并確定了東山島3種人工障礙用地的權重參數及不同障礙類型對數函數曲線的形態(tài)調節(jié)參數,將研究區(qū)內所有景觀類型作為人為影響傳播介質類型,確定人工障礙物對7種景觀類型產生影響的最大距離,并計算各景觀類型的阻力值,運用ArcGIS的最小耗費距離模型,以3種人工障礙用地為源,以各景觀類型的阻力值為阻力面,獲得障礙影響指數;最后,以森林和草地為源,障礙影響指數為阻力面,計算得出東山島景觀連接度指數(圖3)。具體計算方法可參見[32- 33]。

對東山島三期生態(tài)連接度(ECI)分級圖結果(圖3)進行分析,結果表明：東山島3個時期ECI結構變化明顯,極高連接度與高連接度區(qū)域比重從1994年到2011年有明顯提高,從2011年到2011年又明顯下降,中連接度、低連接度與無連接度區(qū)域均表現(xiàn)為從1994年到2011年先呈現(xiàn)下降,從2003到2011年又上升的狀況,可見,總體ECI情況為1994年ECI狀況一般,2011年總體情況有所好轉,但到2011年又呈現(xiàn)下降。

圖3　東山島景觀連接度圖Fig.3　Landscape connectivity of Donshan island

2.2.5系統(tǒng)恢復力指數

如果降雨超過土地的最大蓄水能力時,地表徑流將會產生并沿著地表流動。因此,選擇地表徑流流速來反映不同景觀系統(tǒng)從洪水產生到恢復原始狀態(tài)的差異,越快流出,反映系統(tǒng)的恢復速度越快,則恢復力越強。

(3)

(4)

式中,V為地表徑流流速(mm/s),n為曼寧系數,Rh為徑流深度(mm),d為坡度(%),P為一次降雨的總量(mm),選擇暴雨最大日降水量245.1mm(1983年6月19日)作為東山島一次降雨總量,S為土壤最大蓄水能力(mm)。研究區(qū)曼寧系數分別為水域0.01、森林0.85、草地0.41、農田0.24、人工地面0.14、其他用地0.15[34- 35]。

系統(tǒng)恢復力與區(qū)域土壤類型、土地利用現(xiàn)狀、植被、坡度等有關,運用上述公式(3)、(4)計算東山島系統(tǒng)消納力指數,結果顯示：不考慮坡度影響的情況下,人工系統(tǒng)的流速一般要快于自然系統(tǒng),如東山島道路和建設用地的流速為275.08mm/s(CN=98)和258.20mm/s(CN=91),而林地和草地的流速則分別為12.95mm/s(CN=35)和45.63mm/s(CN=49),意味著系統(tǒng)恢復能力上建設用地、道路等人工系統(tǒng)更具有優(yōu)勢。考慮地形影響則情況會復雜一些。

2.2.6人為恢復力指數

人類的干預可以幫助系統(tǒng)恢復到原來的狀態(tài),甚至在系統(tǒng)超過其消納能力而無法自然恢復時阻止災害損失。一般認為,越靠近人類聚居地和基礎設施,越有可能獲得人類快速的災害恢復干預,因此,選擇與城鎮(zhèn)交通距離作為人類恢復力指數。

2.2.7土壤敏感度指數

風沙危害的強度不僅取決于風速的大小,還受控于土壤的性質及狀態(tài)。因此,選擇土壤敏感度指數用以評估不同土壤類型抗大風干擾的能力,其值越大,說明該土壤類型對大風干擾更為敏感。土壤敏感度指數主要參考相關文獻[10-11,36]及國家環(huán)保總局發(fā)布的《生態(tài)功能區(qū)劃技術暫行規(guī)程》[37],采用經驗賦值的方法獲得(表5)。

表 5　研究區(qū)不同土壤類型的大風敏感度

2.2.8土地利用敏感度指數

人類活動對風沙擴散的影響,主要是通過對風沙活動敏感區(qū)的土地利用、土地覆被狀況來實現(xiàn)的。因此,選擇土地利用敏感度指數反映不同土地利用對大風干擾的敏感程度,其值越大,說明該土地利用類型對大風干擾更敏感。土地利用敏感度指數主要參考相關文獻[10-11,38- 39]及東山區(qū)域特點,采用經驗賦值的方法獲得(表6)。

表6　研究區(qū)不同土地利用的大風敏感度

2.3評估指標權重的確定

運用層次分析法對6個指數分別賦權重,各指標權重如表7。

3　結果與分析

以東山島1994年、2003年和2011年3期景觀類型圖為基礎,以10m DEM、東山土壤圖為輔助,運用Fragstats3.3、ArcGIS10.0分別計算東山島3個時期災害生態(tài)風險指數,并轉成15m×15m柵格形式;為消除量綱的影響和統(tǒng)一數據方向,進行了歸一化處理;生態(tài)風險指數分別加權,最終獲得東山島暴雨和大風災害生態(tài)風險圖。為了便于分析災害生態(tài)風險的空間分異,將東山島災害生態(tài)風險圖分為5級,1—5分別表示風險水平為低風險度、次低風險度、中風險度、次高風險度、高風險度。

表7　不同災害生態(tài)風險指標權重

3.1東山島暴雨災害景觀生態(tài)風險動態(tài)分析

對東山島暴雨災害生態(tài)風險分級圖(圖4)和東山島暴雨災害景觀生態(tài)風險分級的結構分別進行了分析和統(tǒng)計(表8)。

圖4　東山島暴雨災害生態(tài)風險圖Fig.4　Rainstorm disaster ecological risk of Dongshan Island

風險分級Level風險水平Riskdegree1994年2011年2011年面積/hm2Area面積比例/%Percentage面積/hm2Area面積比例/%Percentage面積/hm2Area面積比例/%Percentage1低風險度916.745.0673.133.8772.834.32次低風險度5766.2631.44438.4224.94824.3626.93中風險度7943.2243.27552.4642.47158.0239.94次高風險度1991.5910.83757.7021.14552.8325.45高風險度1762.5409.61406.397.9643.613.6

表8可看出,從1994年到2011年,低風險度區(qū)域和次低風險度區(qū)域面積先下降后又小幅增加,中風險度區(qū)域面積持續(xù)降低,次高風險度區(qū)域面積大幅增加,而高風險度區(qū)域面積卻明顯下降。從圖4中,可以看出1994年低風險區(qū)主要集中在東山島東部的沿海地帶,次低風險區(qū)和中風險區(qū)分布于全島,次高風險區(qū)和高風險區(qū)則零散分布于東山島西北、東北、南部沿海地帶;2011年和2011年的風險區(qū)域分布總體格局基本一致,表現(xiàn)為低風險區(qū)主要集中于東部的沿海地帶,次低風險區(qū)主要集中于西北低山森林地帶及南部的林地,高風險區(qū)則分散分布于全島,難以找到集中區(qū)域,次高風險區(qū)在西北、東北及南部沿海地帶存在較為密集的分布。分析可知,高風險區(qū)趨向于零散,生態(tài)安全所有提高,但是,次高風險度區(qū)顯著增加,并且從2011年至2011年有明顯增加趨勢,同時東部沿海地帶的風險值呈現(xiàn)上升,由1994年大面積低風險區(qū)轉為2011年、2011年的大面積中風險區(qū),今后風險管理的重點應是降低這些區(qū)域的風險值。

3.2東山島大風災害景觀生態(tài)風險動態(tài)分析

對3期東山島大風災害生態(tài)風險分級圖(圖5)和3期東山島大風災害景觀生態(tài)風險分級的結構分別進行了分析和統(tǒng)計(表9)。

風險分級Level風險水平Riskdegree1994年2011年2011年面積/hm2Area面積比例/%Percentage面積/hm2Area面積比例/%Percentage面積/hm2Area面積比例/%Percentage1低風險度 1933.8810.34347.3824.14556.3425.32次低風險度2876.6715.32869.9915.92917.6916.23中風險度 4220.9822.45253.9529.14711.2826.24次高風險度5157.8627.43834.8821.23166.0917.65高風險度 4641.1224.61767.809.82623.5214.6

從表9中看出,從1994年到2011年,低風險度區(qū)域隨時間顯著增加,次低風險度區(qū)域面積變化不大,中風險度區(qū)域面積先增加又降低,次高風險度區(qū)域面積大幅下降,而高風險度區(qū)域面積明顯下降,后又有所上升。從圖5中,可以看出1994年低風險區(qū)主要集中在東山島西北部,次低風險區(qū)和中風險區(qū)分布于全島,在東北部和南部及西南沿海有所集中,次高風險區(qū)則零散分布于東山島全島,難以找到主要集中區(qū),高風險區(qū)則集中分布于整個東部沿海地帶;2011年和2011年的風險區(qū)域分布總體格局基本一致,表現(xiàn)為低風險區(qū)和次低風險區(qū)主要集中于東山島西北低山森林地帶及南部的林地,高風險區(qū)則分散分布于全島,難以找到集中區(qū)域,次高風險區(qū)在東部沿海地帶存在較為密集的分布。分析可知,東山島大風生態(tài)風險值持續(xù)趨好,尤其是東部沿海地帶生態(tài)風險值明顯下降,森林持續(xù)建設使得森林地帶連通性提高,生態(tài)風險值持續(xù)下降,然而,2011年至2011年北部城鎮(zhèn)集中區(qū)和沿海地帶的風險值卻呈現(xiàn)升高趨勢。

總之,東山島災害生態(tài)風險變化的主要原因可能是東山島持續(xù)的獲得國家支持的生態(tài)建設,森林建設面積持續(xù)增加,使得全島生態(tài)風險總體有所改善,但東山島旅游開發(fā)、養(yǎng)殖發(fā)展、房地產建設蓬勃興起,使得人為干擾不斷加劇,導致東山島災害生態(tài)風險隨時間有所變化?？梢?17a來的人為干擾存在正負效應,長期生態(tài)建設使得東山島西北部主要低山森林地帶風險值下降,整體生態(tài)環(huán)境和抗災能力趨好,但經濟的發(fā)展又使得東山島城鎮(zhèn)和沿海地帶成為開發(fā)的熱點地區(qū),旅游、養(yǎng)殖、房地產等的干擾加上沿海防護林二代更新生長不良等問題,造成東北部城鎮(zhèn)集中區(qū)和東部沿海地帶風險值總體上升,生態(tài)環(huán)境質量和抗災能力下降。

4　結論

災害干擾下區(qū)域景觀格局改變所帶來的風險評估議題是十分復雜的,它涉及人類影響下的生態(tài)系統(tǒng)和社會經濟系統(tǒng)的各種相互過程[16]。本研究考慮承災系統(tǒng)的3個因素,即災害發(fā)生前承災系統(tǒng)的脆弱性、災害發(fā)生時承災系統(tǒng)自身的應災能力以及災害發(fā)生后承災系統(tǒng)的恢復力,從這3個方面來構建東山島暴雨和大風災害生態(tài)風險評估指標體系,較好地反映了災害干擾下區(qū)域景觀變化所帶來的生態(tài)風險的時空變化。結果表明東山島無論暴雨和大風災害生態(tài)風險格局均隨時間出現(xiàn)明顯變化,生態(tài)風險總體有所改善;東山島長期的生態(tài)建設、森林面積增加,使得東山島西北和南部森林地帶災害生態(tài)風險值均較低,表現(xiàn)出持續(xù)提高的生態(tài)安全;然而,大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設、旅游、養(yǎng)殖、房地產等人類干擾,造成東北部城鎮(zhèn)集中區(qū)和東部沿海地帶暴雨和大風災害的風險值均上升,生態(tài)環(huán)境質量和抗災能力下降;且2011年到2011年生態(tài)風險有上升趨勢。因此,今后東山島的風險管理的重點應是東北部城鎮(zhèn)集中區(qū)及東部沿海地帶。這種災害生態(tài)風險評價方法不僅能夠快速評價區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的抵抗干擾的能力,還能反映景觀改變對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響。這項研究表明災害生態(tài)風險變化是與景觀改變相互響應的,而人為干擾則是景觀改變的主導因子,因此,建設多樣化的景觀以及更合理的管理和開發(fā)城鎮(zhèn)和沿海地帶等策略,能夠提升東山島生態(tài)系統(tǒng)彈性,增強抗干擾能力以及減輕極端天氣對生態(tài)系統(tǒng)影響。

[1]王耕, 高香玲, 高紅娟, 丁曉靜, 王利. 基于災害視角的區(qū)域生態(tài)安全評價機理與方法——以遼河流域為例. 生態(tài)學報, 2010, 30(13): 3511- 3525.

[2]顏磊, 許學工. 區(qū)域生態(tài)風險評價研究進展. 地域研究與開發(fā), 2010, 29(1): 113- 118.

[3]Petrosillo I, Zurlini G, Grato E, Zaccarelli N. Indicating fragility of socio-ecological tourism-based systems. Ecological Indicators, 2006, 6(1): 104- 113.

[4]曾勇. 區(qū)域生態(tài)風險評價-以呼和浩特市區(qū)為例. 生態(tài)學報, 2010, 30(3): 668- 673.

[5]高賓, 李小玉, 李志剛, 陳瑋, 何興元, 齊善忠. 基于景觀格局的錦州灣沿海經濟開發(fā)區(qū)生態(tài)風險分析. 生態(tài)學報, 2011, 31(12): 3441- 3450.

[6]孫洪波, 楊桂山, 蘇偉忠, 朱天明, 萬榮榮. 沿江地區(qū)土地利用生態(tài)風險評價——以長江三角洲南京地區(qū)為例. 生態(tài)學報, 2010, 30(20): 5616- 5625.

[7]Malekmohammadi B, Blouchi L R. Ecological risk assessment of wetland ecosystems using Multi Criteria Decision Making and Geographic Information System. Ecological Indicators, 2014, 41: 133- 144.

[8]Gilman E, Owens M, Kraft T. Ecological risk assessment of the Marshall Islands longline tuna fishery. Marine Policy, 2014, 44: 239- 255.

[9]王娟, 崔保山, 劉杰, 姚華榮, 翟紅娟. 云南瀾滄江流域土地利用及其變化對景觀生態(tài)風險的影響. 環(huán)境科學學報, 2008, 28(2): 269- 277.

[10]Perrodin Y, Boillot C, Angerville R, Donguy G, Emmanuel E. Ecological risk assessment of urban and industrial systems: A review. Science of The Total Environment, 2011, 409(24): 5162- 5176.

[11]Zhang X C, Ma C, Zhan S F, Chen W P. Evaluation and simulation for ecological risk based on emergy analysis and Pressure-State-Response Model in a coastal city, China. Procedia Environmental Sciences, 2012, 13: 221- 231.

[12]巫麗蕓, 何東進, 洪偉, 紀志榮, 游巍斌, 趙莉莉, 肖石紅. 自然災害風險評估與災害易損性研究進展. 災害學, 2014, 29(4): 129- 135.

[13]Fan Z J. Marine pollution legislation in China: Retrospect and prospect. Marine Pollution Bulletin, 1989, 20(7): 333- 335.

[14]World Resources Institute. Ecosystems and Human Well-being: A Framework for Assessment. Washington D. C.: Island Press, 2003.

[15]付在毅, 許學工, 林輝平, 王憲禮. 遼河三角洲濕地區(qū)域生態(tài)風險評價. 生態(tài)學報, 2001, 21(3): 365- 373.

[16]Wang S H, Huang S L, Budd W W. Resilience analysis of the interaction of between typhoons and land use change. Landscape and Urban Planning, 2012, 106(4): 303- 315.

[17]Sandia National Laboratories. Energy and system analysis infrastructure: A framework for critical infrastructure resilience analysis, discovery at the interface of science and engineering: Science matter!. New Mexico: Sandia National Laboratories, 2009.

[18]Yao L V. Urban land carrying capacity evaluation and resilience analysis. In Proceeding of the Vulnerability and Resilience of Land System in Asia Beijing, China, 2009.

[19]石浩朋, 于開芹, 馮永軍. 基于景觀結構的城鄉(xiāng)結合部生態(tài)風險分析——以泰安市岱岳區(qū)為例. 應用生態(tài)學報, 2013, 24(3): 705- 712.

[20]吳健生, 喬娜, 彭建, 黃秀蘭, 劉建政, 潘雅婧. 露天礦區(qū)景觀生態(tài)風險空間分異. 生態(tài)學報, 2013, 33(12): 3816- 3824.

[21]方廣玲, 香寶, 王寶良, 金霞, 胡鈺, 張立坤. 蘇南經濟快速發(fā)展地區(qū)人類活動生態(tài)風險評價-以鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)為例. 應用生態(tài)學報, 2014, 25(4): 1076- 1084.

[22]游巍斌, 何東進, 巫麗蕓, 洪偉, 詹仕華, 覃德華, 游惠明. 武夷山風景名勝區(qū)景觀生態(tài)安全度時空分異規(guī)律. 生態(tài)學報, 2011, 31(21): 6317- 6327.

[23]鮑鑫, 賀治國, 王振宇, 吳鋼鋒, 劉國華, 錢鏡林. 臺風暴雨影響區(qū)潰壩洪災淹沒損失評估. 浙江大學學報: 工學版, 2012, 46(9): 1638- 1646.

[24]李春. 區(qū)域性洪澇災害的災情評估. 自然災害學報, 2004, 13(4): 75- 81.

[25]趙錦梅, 張德罡, 劉長仲. 東祁連山土地利用方式對土壤持水能力和滲透性的影響. 自然資源學報, 2012, 27(3): 422- 429.

[26]楊金玲, 張甘霖, 袁大剛. 南京市城市土壤水分入滲特征. 應用生態(tài)學報, 2008, 19(2): 363- 368.

[27]劉敏, 權瑞松, 許世遠. 城市暴雨內澇災害風險評估: 理論、方法與實踐. 北京: 科學出版社, 2012.

[28]Fu B, Wang Y K, Xu P, Yan K. Mapping the flood mitigation services of ecosystems---A case study in the Upper Yangtze River Basin. Ecological Engineering, 2013, 52: 238- 246.

[29]Xiao B, Wang Q H, Fan J, Han F F, Dai Q H. Application of the SCS-CN model to runoff estimation in a small watershed with high spatial heterogeneity. Pedosphere, 2011, 21(6): 738- 749.

[30]French R H, Miller J J, Dettling C, Carr J R. Use of remotely sensed data to estimate the flow of water to a playa lake. Journal of Hydrology, 2006, 325(1/4): 67- 81.

[31]Tischendorf L, Fahrig L. How should we measure landscape connectivity?. Landscape Ecology, 2000, 15(7): 633- 641.

[32]Marulli J, Mallarach J M. A GIS methodology for assessing ecological connectivity: application to the Barcelona Metropolitan Area. Landscape and Urban Planning, 2005, 71(2/4): 243- 262.

[33]武劍峰, 曾輝, 劉雅琴. 深圳地區(qū)景觀生態(tài)連接度評估. 生態(tài)學報, 2008, 28(4): 1691- 1701.

[34]Engman E T. Roughness coefficients for routing surface runoff. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 1986, 112(1): 39- 53.

[35]Prakash A. Water Resources Engineering: Handbook of Essential Methods and Design. Reston: ASCE Press, 2004.

[36]劉新顏, 曹曉儀, 董治寶. 基于T-S模糊神經網絡模型的榆林市土壤風蝕危險度評價. 地理科學, 2013, 33(6): 741- 747

[37]中華人民共和國環(huán)境保護部, 生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程, (2003-08- 15)[2014- 10- 20]. http://sts.mep.gov.cn/stbh/stglq/200308/t20030815_90755.htm.

[38]何文清, 趙彩霞, 高旺盛, 陳源泉, 秦紅靈, 樊秀榮. 不同土地利用方式下土壤風蝕主要影響因子研究——以內蒙古武川縣為例. 應用生態(tài)學報, 2005, 16(11): 2092- 2096.

[39]海春興. 河北壩上土地利用與土壤風蝕的動力學過程研究[D]. 北京: 北京師范大學, 2003.

Disaster ecological risk assessment in Dongshan Island：spatio-temporal evolution

WU Liyun1, HE Dongjin1,*, YOU Weibin1, DENG Xipeng2, TAN Yong1, JI Zhirong1

1ForestryCollege,FujianAgriculturalandForestryUniversity,Fuzhou350002,China2FujianGeologicSurveyingandMappingInstitute,Fuzhou350011,China

The assessment of disaster ecological risk was investigated using remote sensing images of Dongshan Island in China, from 1994, 2003, and 2011. It selected rainstorm and gale as major disaster. Based on the characteristics of rainstorm and gale disasters and regional characteristics of Dongshan Island, it established ecological risk indices from disaster vulnerability, disaster bearing capacity and disaster restoring force. The results showed that the spatial pattern of rainstorm and gale disaster ecological risk appeared obvious change with time; overall, the risk value of low mountain area which is forested in the northwest of Dongshan Island was low, the risk values of northeastern area which is mainly towns and coastal area were high. It was found that human interference during the 17-year period has had both positive and negative effects. Long-term ecological construction in the low mountain area of northwestern Dongshan Island has made this area be forested and has reduced ecological vulnerability, and the overall ecological environment and anti-disaster capability in this area have improved. However, economic development in the form of tourism, aquaculture, and real estate, in conjunction with poor growth of the protective coastal forest, has increased the risk of town area and the coastal area of Dongshan Island. As a result, this paper thinks that this evaluation method not only determines the disaster-bearing capacity and anti-disaster capability of regional ecological systems, but also it can provide scientific advice to regional government departments on disaster management and prevention.

disaster; ecological risk; landscape structure; spatio-temporal dynamics; Dongshan Island

國家自然科學基金項目(31200365, 31370624, 30870435);福建農林大學林學院青年科學資助項目(6112C039V)

2015- 01- 26;

2016- 03- 21

Corresponding author.E-mail: fjhdj1009@126.com

10.5846/stxb201501260200

巫麗蕓,何東進,游巍斌,鄧西鵬,譚勇,紀志榮.福建東山島災害生態(tài)風險的時空演化.生態(tài)學報,2016,36(16):5027- 5037.

Wu L Y, He D J, You W B, Deng X P, Tan Y, Ji Z R.Disaster ecological risk assessment in Dongshan Island：spatio-temporal evolution.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5027- 5037.