基于土地利用變化的貴安新區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

顧夢(mèng)瑤，李娟，趙曉峰

貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴陽 550001

0 前言

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指在區(qū)域尺度上，生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動(dòng)和自然環(huán)境變化等外界因素干擾時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面效應(yīng)可能性的評(píng)價(jià)[1]。與傳統(tǒng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不同，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更重視景觀空間結(jié)構(gòu)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)過程的影響[2]。國內(nèi)外關(guān)于區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，研究對(duì)象主要針對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)終點(diǎn)評(píng)價(jià)[3]、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受體[4]和整個(gè)區(qū)域的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[5]。研究區(qū)域方面，以流域?yàn)樵u(píng)價(jià)范圍的研究較多[6-7]，隨著城市化的推進(jìn)，研究區(qū)域也擴(kuò)展至行政區(qū)范圍[8-9]。評(píng)價(jià)方法可歸納為兩類: 一是基于風(fēng)險(xiǎn)源匯的評(píng)價(jià)方法，從風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)源兩個(gè)方面構(gòu)建評(píng)價(jià)的指標(biāo)模型[10]。二是基于景觀格局的評(píng)價(jià)方法，采用土地利用數(shù)據(jù)和景觀格局指標(biāo)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)[11]。

20世紀(jì) 90年代提出的土地利用/土地覆被變化已成為目前國際上研究的熱點(diǎn)之一[12]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長，城市化進(jìn)程加快，土地利用強(qiáng)度增加，生態(tài)安全受到影響[13]。研究發(fā)現(xiàn)土地利用與生態(tài)環(huán)境問題之間存在相關(guān)性，對(duì)景觀格局[14]、生態(tài)服務(wù)價(jià)值[15]和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變產(chǎn)生重要影響[16]。土地利用的強(qiáng)度體現(xiàn)了人類對(duì)自然環(huán)境影響的大小，呈現(xiàn)出區(qū)域性和累積性，直接反映在生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成上[17]。所以在缺乏生態(tài)資料時(shí)，采用相對(duì)容易獲取的土地利用數(shù)據(jù)來研究區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要的意義。

貴安新區(qū)位于長江流域和珠江流域交界的黔中地區(qū)，境內(nèi)碳酸鹽巖發(fā)育，生態(tài)環(huán)境脆弱，石漠化潛在威脅大。自2000年國家實(shí)施“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略以來，黔中經(jīng)濟(jì)區(qū)得以迅速發(fā)展，尤其是 2014年國務(wù)院將黔中核心地帶的貴安新區(qū)批復(fù)為第八個(gè)國家級(jí)新區(qū)以后，貴安新區(qū)始終肩負(fù)著“西部重要經(jīng)濟(jì)增長極、內(nèi)陸開放型經(jīng)濟(jì)新高地、生態(tài)文明示范區(qū)”三大建設(shè)使命，其土地利用格局發(fā)生了較大改變，隨之生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受到影響。因此，利用 2000年、2005年、2010年和2015年的土地利用數(shù)據(jù)，從土地利用變化速度、轉(zhuǎn)移方向和空間分異特征等方面，系統(tǒng)分析貴安新區(qū)2000—2015年土地利用變化規(guī)律，從景觀格局角度構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用ArcGIS空間分析法，分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分異及其對(duì)土地利用的響應(yīng)，以期為土地資源的優(yōu)化配置、提高土地的生態(tài)安全、評(píng)估該區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)成效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)概況Figure 1 Overview of the study area

貴安新區(qū)地處貴州高原中部，位于貴州省貴陽、安順兩市之間，分布范圍 26°11′7″—26°36′56″N，105°56′20″—106°39′10″E，包括清鎮(zhèn)市、花溪區(qū)、平壩區(qū)、西秀區(qū)的20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積約1895 km2(圖1)。地處高原型亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年均降雨量 1113—1367 mm，平均相對(duì)濕度 79%，平均氣溫 12.8—16.2 ℃，土壤種類繁多，組合復(fù)雜。貴安新區(qū)屬于喀斯特低丘緩坡地貌，地勢(shì)西高東低，總體較為平緩，海拔在1018—1647 m之間。境內(nèi)喀斯特地貌廣泛發(fā)育，地形條件復(fù)雜，高原山地、丘陵盆地交錯(cuò)分布，且境內(nèi)丘陵、山地大部分屬于石漠化敏感地區(qū)。地表河流有馬場(chǎng)河、麻線河、羊昌河、樂平河、青巖河等，流域總面積占新區(qū)總面積的80%，森林覆蓋率達(dá)42%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

貴安新區(qū)土地利用數(shù)據(jù)包含4期，其中2000、2005、2010年土地利用數(shù)據(jù)來源于貴州省環(huán)保廳的“貴州省生態(tài)環(huán)境十年(2000—2010年變化遙感調(diào)查與評(píng)估)”。2015年土地利用數(shù)據(jù)是以2015年精度為30 m的Landsat8遙感影像為數(shù)據(jù)源，對(duì)圖像進(jìn)行融合、矯正、裁剪等預(yù)處理，通過人機(jī)交互式解譯得來，并對(duì)其進(jìn)行野外驗(yàn)證，解譯精度在80%以上。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T21010—2017)，借鑒相關(guān)學(xué)者的研究成果[18-20]，以及研究區(qū)的實(shí)際，將土地利用類型合并為 5個(gè)一級(jí)地類，最終建立 4期土地利用數(shù)據(jù)庫(圖2)。貴州省級(jí)、市級(jí)、縣鄉(xiāng)級(jí)行政區(qū)劃的矢量數(shù)據(jù)根據(jù)行政區(qū)劃圖提取。DEM數(shù)據(jù)(分辨率為30 m)來源于地理空間數(shù)據(jù)云。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動(dòng)態(tài)變化

土地利用變化量和變化率是表征土地變化狀況的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。土地利用變化量表示研究時(shí)段內(nèi)某種土地利用類型面積變化數(shù)量，土地利用變化率反映土地利用類型變化的劇烈程度，計(jì)算公式參考文獻(xiàn)[21]。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是基于多個(gè)時(shí)期土地利用數(shù)據(jù)，對(duì)各類土地類型間數(shù)量轉(zhuǎn)移和方向定量識(shí)別的方法，表達(dá)式參考文獻(xiàn)[22]。

1.3.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)劃分

將研究區(qū)劃分為若干個(gè)格網(wǎng)，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行空間重采樣[23]。已有研究顯示，漁網(wǎng)一般采用平均斑塊面積的2—5倍[24]。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，將研究區(qū)劃分為2 km×2 km的網(wǎng)格，得到609個(gè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，以此作為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)中心點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

1.3.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建

景觀格局反映了人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，不同景觀抗外界的干擾能力也不同，利用景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)、景觀脆弱度指數(shù)和景觀組分的面積比重，從景觀格局的角度構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型[25-26]，計(jì)算公式如下:

式中:ERIi為第i個(gè)樣本單元內(nèi)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Aki為第k個(gè)樣本單元內(nèi)景觀類型i的面積；Ak為第k個(gè)樣本單元的面積；Ri為景觀損失度指數(shù)。

(1)景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)(Si):

表示不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)，受外界干擾的程度[27-28]，計(jì)算公式如下:

圖2 2000—2015年貴安新區(qū)土地利用空間分布Figure 2 Land use spatial distribution of Gui'an New Area from 2000 to 2015

式中:Ci為景觀破碎度指數(shù)；Ni為景觀分離度指數(shù)；Di為景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)；a，b，c為對(duì)應(yīng)的權(quán)重，a+b+c=1，根據(jù)已有研究[28-29]和研究區(qū)實(shí)際情況，a、b、c分別賦值0.6、0.3、0.1。

(2)景觀脆弱度指數(shù)(Fi):

表示不同景觀對(duì)外界的抗干擾能力[27]，根據(jù)已有研究成果[24-26]，并結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，將5種景觀格局按照脆弱程度由高到低賦值: 水域5、耕地4、草地3、林地2、建設(shè)用地1，通過歸一化得出景觀脆弱度指數(shù)。

(3)景觀損失度指數(shù)(Ri):

表示不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)，受外界影響時(shí)自身的損失程度[23]，公式為:

式中:Si表示第i景觀類型的景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)；Fi表示第i景觀類型的景觀脆弱度指數(shù)。

1.3.4 空間分析法

為了分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變，以構(gòu)建的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為空間變量，采用全局空間自相關(guān)(Moran'sI指數(shù))和熱點(diǎn)分析(Getis—OrdGi*)探討生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的自相關(guān)和集聚程度，公式參考文獻(xiàn)[30]?；诘亟y(tǒng)計(jì)學(xué)中的半變異函數(shù)模擬分析[24]，再利用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)模塊中的克里金插值法，生成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)圖[31]。重心轉(zhuǎn)移模型分析不同等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間重心的轉(zhuǎn)移情況，公式參考文獻(xiàn)[32]。

1.3.5 響應(yīng)彈性分析

引用彈性系數(shù)反映生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用的響應(yīng)程度，以貴安新區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究單元，基于土地利用和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建彈性指數(shù)，公式為:

式中:ERC為研究時(shí)段內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用變化的響應(yīng)彈性系數(shù)；ERIb、ERIa分別為研究初期和末期的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；LC為研究時(shí)段內(nèi)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，公式參考文獻(xiàn)[33]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用時(shí)空演變

2.1.1 土地利用面積變化

2000—2015年貴安新區(qū)土地結(jié)構(gòu)變化較為明顯，4個(gè)時(shí)期的耕地面積呈持續(xù)減少趨勢(shì)，林地面積先增加后減少，草地面積持續(xù)增加，水域面積先不變后增加，建設(shè)用地變化最明顯，呈持續(xù)增加趨勢(shì)。從變化率上看，2000—2015年，建設(shè)用地的變化率最大，林地、草地和水域變化較大，耕地變化不明顯，土地類型后期變化幅度比前期大。

2.1.2 土地利用轉(zhuǎn)移分析

通過疊加分析得出貴安新區(qū)近 15年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果顯示: 2000—2005年，以耕地轉(zhuǎn)為草地和林地為主，其他類型轉(zhuǎn)移較少。2005—2010年，主要以耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地為主，其次是草地轉(zhuǎn)林地，其他類型轉(zhuǎn)移不明顯。2010—2015年，由于新區(qū)的成立轉(zhuǎn)移面積明顯增加，耕地轉(zhuǎn)為林地、建設(shè)用地和草地，林地轉(zhuǎn)為耕地和建設(shè)用地，草地主要轉(zhuǎn)為耕地，建設(shè)用地主要轉(zhuǎn)為耕地，水域轉(zhuǎn)為耕地。

2.1.3 土地利用變化的空間分異特征

2000、2005、2010 和 2015年各土地利用類型的Moran'sI系數(shù)如表1所示?？傮w來看，草地、耕地和林地的Moran' sI指數(shù)變化幅度較大，其他土地類型的Moran' sI變化不顯著。草地的Moran' sI指數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，且均為正值，說明空間正相關(guān)性增強(qiáng)，分布趨于集中；建設(shè)用地的Moran' sI指數(shù)呈逐漸上升趨勢(shì)，由負(fù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，由空間負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g正相關(guān)，分布趨于集中，主要是因?yàn)槌鞘谢降奶岣?；耕地和林地?Moran'sI指數(shù)2000、2005、2010 年均為負(fù)值，2015 年轉(zhuǎn)為正值，且明顯增加，由空間負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)為空間正相關(guān)，集中程度提高，主要是由于退耕還林政策的實(shí)施使耕地和林地趨于集中；水域的Moran' sI指數(shù)先不變后降低，空間正相關(guān)性下降。

表1 2000—2015年貴安新區(qū)各土地利用類型Moran's I系數(shù)Table 1 Moran's I coefficient of land use types in Gui'an New Area from 2000 to 2015

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.2.1 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間聚集分析

利用ArcGIS空間自相關(guān)(Moran'sI)的方法，分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的集聚特征。經(jīng)過計(jì)算，2000—2015年4期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)全局自相關(guān)指數(shù)，分別為 0.2245，0.2867，0.2736，0.7213，且 P 值均小于 0.05。Moran'sI為正值，表明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與土地利用變化在空間上呈正相關(guān)的特征，表現(xiàn)出明顯的集聚區(qū)，即高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍。2000—2015年全局莫蘭系數(shù)呈上升趨勢(shì)，表明貴安新區(qū)整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)集聚程度增強(qiáng)。

局部空間自相關(guān)可以表達(dá)出空間中的高值和低值聚集，采用熱點(diǎn)分析(Getis—OrdGi*)的方法，識(shí)別貴安新區(qū)2000—2015年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的冷熱點(diǎn)。由圖3可看出，2000—2005 年熱點(diǎn)減少，冷點(diǎn)增加；2005—2010年熱點(diǎn)和冷點(diǎn)均有增加，且趨于集中；2010—2015年熱點(diǎn)和冷點(diǎn)均有減少。2000—2015年，熱點(diǎn)主要分布在貴安新區(qū)西部和東部的邊緣地區(qū)，這是由于城市快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，交通便利，土地利用強(qiáng)度大，從而出現(xiàn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高值集聚區(qū)；冷點(diǎn)主要分布在貴安新區(qū)北部，特別是紅楓湖水域冷點(diǎn)集聚最明顯，是因?yàn)檎匾暭t楓湖水域的生態(tài)保護(hù)，通過《貴州省紅楓湖百花湖水資源保護(hù)條例》，使得水域面積上升，人類活動(dòng)對(duì)其影響較小，從而形成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低值集聚區(qū)。

2.2.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化

圖3 貴安新區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)冷熱點(diǎn)空間分布Figure 3 Spatial distribution of hot and cold spots for ecological risk in Gui'an New Area

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值由2000年的0.1014下降到2015年的 0.0983，表明 2000—2015年生態(tài)環(huán)境轉(zhuǎn)好。對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)做正態(tài)分布檢驗(yàn)，表明空間上存在自相關(guān)性，采用半方差函數(shù)對(duì)2000、2005、2010和 2015年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行擬合，通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)球狀模型擬合效果最好，再利用ArcGIS克里金插值生成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖，基于自然斷點(diǎn)法并結(jié)合實(shí)際，將插值后的結(jié)果分為 5個(gè)等級(jí): 低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(＜0.090)，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.090—0.095)，中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.095—0.100)，較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.100—0.105)，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(≥0.105)。由表2和圖4可知，2000—2015年貴安新區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異與演變明顯?？傮w來看，15年間，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積先增加后減少，2000—2010年面積持續(xù)增加，主要分布在貴安新區(qū)東北部的紅楓湖水域，以及北部樂平鄉(xiāng)和十字鄉(xiāng)的邊緣，受人類活動(dòng)影響小，生態(tài)環(huán)境好；2010年東部的石板鎮(zhèn)和黨武鎮(zhèn)也有低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)存在；2015年低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中于紅楓湖水域和黨武鎮(zhèn)的東部，由于 2010年貴安新區(qū)的成立，土地利用強(qiáng)度增大，造成低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少。較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積持續(xù)上升，分布在低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的周圍，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要是由中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)化而來的，這說明在政府環(huán)境保護(hù)政策的影響下，生態(tài)環(huán)境在轉(zhuǎn)好。中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積持續(xù)增加，從 2010年開始占主導(dǎo)，各時(shí)期面積占比分別為27.05%、33.09%、37.57%、39.41%。高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積總體呈下降趨勢(shì)，各時(shí)期面積占比分別為17.13%、8.87%、4.54%、6.86%；2000年和2005年高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在大西橋鎮(zhèn)北部，高峰鎮(zhèn)北部，紅楓湖鎮(zhèn)東北部，馬場(chǎng)鎮(zhèn)東南部，黨武鎮(zhèn)西南部以及劉官鄉(xiāng)附近；2010年和2015年僅分布在大西橋鎮(zhèn)，馬場(chǎng)鎮(zhèn)東南部，黨武鎮(zhèn)西南以及劉官鄉(xiāng)周圍，由分散轉(zhuǎn)為集中。較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積總體呈減少趨勢(shì)，分布在高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍，由分散到集中，2015年主要分布在貴安新區(qū)的中西部地區(qū)。總體來看，2000—2015年，低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，從北部邊緣和紅楓湖水域，擴(kuò)展至東部邊緣以及中部地區(qū)；較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，從東中西部都有分布，到僅分布在西部和東南邊緣。2015年與2000年相比，低、較低和中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有增加，分別增加 1.89%、14.23%、12.36%，較高和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積分別減少18.21%、10.27%。由此可以得出，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善，生態(tài)文明建設(shè)取得了一定的成效。

2.2.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心轉(zhuǎn)移

從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心的轉(zhuǎn)移角度和距離方面定量分析(圖 5)，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心，2000—2005 年，向西南轉(zhuǎn)移 5.44 km，2005—2010年，轉(zhuǎn)移速度明顯加快，向東南轉(zhuǎn)移32.9 km，2010—2015年轉(zhuǎn)移速度略微下降，向西北轉(zhuǎn)移 23.01 km，2000—2015 年，重心由十字鄉(xiāng)的中部轉(zhuǎn)移到了東南部，由此可見低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)總體有向東南轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心，2000—2005 年，向東南轉(zhuǎn)移 14.99 km，2005—2010年，向西南轉(zhuǎn)移 21.79 km，2010—2015 年，轉(zhuǎn)移速度減緩，向東北轉(zhuǎn)移13.09 km，2000—2015年，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心由夏云鎮(zhèn)的西北部轉(zhuǎn)到東南部，總體向東南方向轉(zhuǎn)移。中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心，2000—2005年，向東北轉(zhuǎn)移 3.61 km，2005—2010 年，向西南轉(zhuǎn)移 13.00 km，2010—2015年，向東北轉(zhuǎn)移7.09 km，2000—2015年，總體向西北方向轉(zhuǎn)移。較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，2000—2005年，向西北轉(zhuǎn)移 2.14 km，2005—2010 年，向西南轉(zhuǎn)移 6.12 km，2010—2015 年，向西北轉(zhuǎn)移 3.71 km，2000—2015年，轉(zhuǎn)移速度逐年加快，由羊昌鄉(xiāng)西部轉(zhuǎn)移到高峰鎮(zhèn)的西北部，總體向西北方向轉(zhuǎn)移。高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心，2000—2005年，向西北轉(zhuǎn)移2.28 km，2005—2010 年，向西南轉(zhuǎn)移 12.81 km，2010—2015年，速度減慢，向東南轉(zhuǎn)移 1.94 km，2000—2015 年，總體向西南方向轉(zhuǎn)移，由羊昌鄉(xiāng)的東北部轉(zhuǎn)移到劉官鄉(xiāng)的中部?？傮w來看，低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)重心向東部的貴陽方向移動(dòng)，中、較高和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向西部的安順方向移動(dòng)，呈現(xiàn)出相反的轉(zhuǎn)移方向。這是因?yàn)檠芯繀^(qū)東部的貴陽市在“十二五”期間高度重視生態(tài)保護(hù)與建設(shè)工作，編制《貴陽市“十三五”環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)規(guī)劃》，使低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加，向東南方向擴(kuò)展，所以低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)重心向東移動(dòng)，從而使得中、較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心向西移動(dòng)。

表2 2000—2015年不同生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積和占比Table 2 Areas and proportions of different ecological risk levels from 2000 to 2015

圖4 貴安新區(qū)2000—2015年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布Figure 4 Spatial distribution of ecological risks in Gui'an New Area from 2000 to 2015

2.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用的響應(yīng)分析

由表3可知，2000—2015年貴安新區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用變化的響應(yīng)彈性呈現(xiàn)出空間分異特征。2000—2005年，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的彈性系數(shù)都為正，是正響應(yīng)，即研究區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用變化會(huì)引起生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的增加；其中大西橋鎮(zhèn)和夏云鎮(zhèn)的彈性系數(shù)較大，說明較小的土地利用變化則會(huì)導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的顯著增加，生態(tài)環(huán)境脆弱；七眼橋鎮(zhèn)、蔡官鎮(zhèn)、十字鄉(xiāng)和舊州鎮(zhèn)彈性系數(shù)較低，表明土地利用變化導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小幅增加，生態(tài)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。2005—2010 年，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的彈性指數(shù)仍為正，是正響應(yīng)，即各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用變化會(huì)導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的增加；其中城關(guān)鎮(zhèn)和大西橋鎮(zhèn)彈性系數(shù)較大，七眼橋鎮(zhèn)、蔡官鎮(zhèn)、十字鄉(xiāng)和天龍鎮(zhèn)彈性系數(shù)較小。2010—2015年，麥坪鎮(zhèn)和石板鎮(zhèn)彈性系數(shù)為負(fù)，是負(fù)響應(yīng)，即土地利用變化有利于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的降低；其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)彈性系數(shù)為正，馬場(chǎng)鎮(zhèn)和湖潮鄉(xiāng)彈性較大，蔡官鎮(zhèn)、舊州鎮(zhèn)和白云鎮(zhèn)彈性系數(shù)較小。2000—2015年，蔡官鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)和羊昌鎮(zhèn)彈性系數(shù)先升高后降低，表明前期土地利用是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加的主要驅(qū)動(dòng)力，后期土地利用對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響減弱；其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)彈性指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，雖然建設(shè)用地?cái)U(kuò)張會(huì)提高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用的響應(yīng)彈性降低，表明影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的因素呈現(xiàn)多樣化的特征。

3 討論

圖5 貴安新區(qū)2000—2015年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心轉(zhuǎn)移Figure 5 Ecological risk center of gravity transfer in Gui'an New Area from 2000 to 2015

表3 2000—2015年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用變化的響應(yīng)彈性Table 3 Elasticity of ecological risk of various towns in response to land use change from 2000 to 2015

研究表明，土地利用變化會(huì)引起生態(tài)環(huán)境的變化，貴安新區(qū)是全國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、新型城鎮(zhèn)化綜合試點(diǎn)區(qū)，隨著城市化進(jìn)程加快，建設(shè)用地和人口增加，土地利用強(qiáng)度增大，生態(tài)服務(wù)功能受到一定程度的影響。由于政府重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，出臺(tái)環(huán)境保護(hù)政策，使新區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善，生態(tài)文明建設(shè)取得初步成效。土地利用變化對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響減弱，影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的因素呈現(xiàn)多樣化的特征。基于土地利用數(shù)據(jù)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化規(guī)律，識(shí)別不同等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的空間分布與重心轉(zhuǎn)移，有利于政府針對(duì)不同等級(jí)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，制定土地管理政策，更好地發(fā)揮貴安新區(qū)在區(qū)域經(jīng)濟(jì)中的帶動(dòng)作用，建設(shè)生態(tài)文明示范區(qū)。隨著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響因素的復(fù)雜化，在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的構(gòu)建上，需要多因素綜合考慮。模型的構(gòu)建、綜合方法的應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)因素的分析是今后研究的方向。

4 結(jié)論

本文以遙感影像解譯的貴安新區(qū) 2000—2015年土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析土地利用時(shí)空變化特征，并構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，采用全局莫蘭指數(shù)、熱點(diǎn)分析、克里金插值和重心轉(zhuǎn)移模型等方法，研究 2000—2015年土地利用和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征，得出以下結(jié)論:

(1)2000—2015年，土地利用結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化明顯。耕地作為優(yōu)勢(shì)景觀面積持續(xù)減少，建設(shè)用地面積顯著增加，林地先增加后減少，草地和水域小幅增加。三個(gè)時(shí)段內(nèi)，耕地、林地、建設(shè)用地變化量較大，建設(shè)用地變化率增加幅度最大。耕地、林地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)移占明顯優(yōu)勢(shì)，耕地轉(zhuǎn)出面積最大，主要轉(zhuǎn)為林地、草地和建設(shè)用地。除水域以外，其他土地利用類型分布趨于集中。

(2)貴安新區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變顯著。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)集聚程度增強(qiáng)，熱點(diǎn)區(qū)主要分布在貴安新區(qū)東部邊緣和西部地區(qū)，冷點(diǎn)區(qū)分布在紅楓湖水域。2015年與2000年相比，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值由0.1014下降到0.0983；低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，面積分別增加1.89%、14.23%，從北部邊緣和紅楓湖水域，擴(kuò)展至東部邊緣以及中部地區(qū)；較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，面積分別減少 18.21%、10.27%，從東中西部都有分布，到僅分布在西部和東南邊緣，說明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善，生態(tài)文明建設(shè)取得了一定的成效。

(3)貴安新區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心轉(zhuǎn)移明顯?？傮w來看，2000—2015年，低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心向東部的貴陽方向移動(dòng)，中、較高和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重心向西部的安順方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)移方向呈相反趨勢(shì)。

(4)貴安新區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用的響應(yīng)具有時(shí)空分異特征。2000—2015年，蔡官鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)和羊昌鎮(zhèn)彈性系數(shù)先升高后降低，表明前期土地利用是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加的主要驅(qū)動(dòng)力，后期土地利用對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響減弱。其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)彈性指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)土地利用的響應(yīng)彈性降低，影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的因素呈現(xiàn)多樣化的特征。