海口市海岸帶近30年土地利用變化的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

陳心怡,謝跟蹤,張金萍

海南師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, ?？?571158

海岸帶是指海陸之間相互作用的地帶,是自然、人文活動頻繁區(qū)域,同時(shí)也是典型的生態(tài)脆弱帶和環(huán)境變化敏感區(qū),具有復(fù)雜多變性且對全球生態(tài)環(huán)境變化有重大影響[1]。當(dāng)前海岸帶的生態(tài)環(huán)境已引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注[2-3],但關(guān)于海岸帶生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)方面的研究還有待深入。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是指研究區(qū)在受一個(gè)或多個(gè)脅迫因素影響后,對一些不利生態(tài)后果出現(xiàn)的可能性進(jìn)行評估[4]。所以在海岸帶區(qū)域,特別是土地高度開發(fā)利用的海岸帶區(qū)域,為了海岸帶的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展,有必要對其生態(tài)環(huán)境受到外界干擾時(shí)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的可能性進(jìn)行評價(jià)。

國內(nèi)外對于土地利用帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究一般基于兩種評價(jià)模式：一種是基于傳統(tǒng)的“源分析-受體評價(jià)-暴露及危害評價(jià)-風(fēng)險(xiǎn)表征”模式,如Yanes、王輝、Walker等基于改進(jìn)的相對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型,從風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度、受體暴露度以及風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)三方面構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系[5-8]；另一種模式則直接從景觀格局來評價(jià)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),如鄭杰、余敦、汪翡翠、Ayre等從景觀生態(tài)學(xué)角度采用景觀生態(tài)指數(shù)來反映LUCC變化所帶來的生態(tài)效應(yīng)[9- 14]。對比以上兩種模式,發(fā)現(xiàn)基于景觀角度的模式更適合評價(jià)人類活動造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)槿祟惢顒訒坝^格局產(chǎn)生巨大的影響,而影響帶來的后果將直接導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的改變,且該方面的研究已趨于成熟,已有許多學(xué)者對各景觀指數(shù)做過研究、分析與試驗(yàn)[15- 19],因此基于景觀格局進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)相對科學(xué)可行。但目前基于景觀格局的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)在空間維度上主要以流域[20-21]、城市[22-23]等為主,對海岸帶的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)相對較少且一般以區(qū)縣為評價(jià)單元[24-26],由于評價(jià)單元范圍廣且景觀空間分布差異大,忽略了空間異質(zhì)性(即生態(tài)、社會等空間格局在空間上分布的不均勻性和復(fù)雜性)[27-29],評價(jià)結(jié)果誤差也較大；而本文將基于海岸帶的景觀格局,考慮空間異質(zhì)性對結(jié)果的影響,拋開傳統(tǒng)以行政單元為評價(jià)單元的方法,選取格網(wǎng)作為評價(jià)單元,相對來說更為精確,且能更好的體現(xiàn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布情況。

劉錟等曾以市縣為單位,對海南島海岸帶土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)做了考察和分析,其中?？谑械纳鷳B(tài)安全指數(shù)在海南省12個(gè)市縣中排名倒數(shù)第3位,作為海南省開發(fā)較早的重要城市建設(shè)、濱海旅游、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)區(qū),?？谑泻０稁恋乩妙愋驮?0年間發(fā)生了巨大的改變,其生態(tài)安全的穩(wěn)定性已經(jīng)遭到了破壞[26]。因此,對海口市海岸帶土地利用問題進(jìn)行研究對其后續(xù)的建設(shè)方向具有重大指導(dǎo)意義。目前?？谑泻０稁τ谕恋乩醚芯慷嗍顷P(guān)于土地利用現(xiàn)狀及問題[30]、格局變化[31]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究[32]、生態(tài)安全格局的構(gòu)建[33]等方面,未對海岸帶整體土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。因此本文采用基于景觀生態(tài)學(xué)角度的評價(jià)模式,以格網(wǎng)為評價(jià)單元,分析其土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級的時(shí)空變化,定量地得出景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),為?？谑泻０稁Ь坝^格局的優(yōu)化、土地資源的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location map of study area

?？谑泻０稁?圖1)東近澄邁灣,西至鋪前鎮(zhèn),南鄰大致坡鎮(zhèn),北臨瓊州海峽,跨東經(jīng)110°07′—110°42′,北緯19°57′—20°04′,海岸線長131 km(包括島嶼、港灣),南渡江從其中部穿過。海岸帶地形平坦,主要屬沙壩—瀉湖、泥質(zhì)海岸；為熱帶海洋氣候,多年平均降水1669 mm,年平均氣溫24.1℃[34]。海口市中心城區(qū)位于研究區(qū)范圍內(nèi),人口壓力大,至2017年?？谑谐Ｗ∪丝谶_(dá)227.21萬人,其75%以上都位于此區(qū)域[35]；此外海口市海岸帶交通網(wǎng)絡(luò)密集,擁有?？诿捞m機(jī)場、動車站、汽車站等交通建筑,該區(qū)也是通往海南省各市縣環(huán)島高速的樞紐。隨著沿海地區(qū)快速發(fā)展,建設(shè)用地需求增加,研究區(qū)生態(tài)環(huán)境壓力劇增。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

使用的數(shù)據(jù)為1988、2000、2009、2017年4期?？谑泻０稁恋乩檬噶繑?shù)據(jù),為保證計(jì)算的一致性和精確性,采用ArcGIS軟件對源數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后采用投影坐標(biāo)系Xian_1980_3_Degree_GK_CM_111E?；凇锻恋刭Y源現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017),并參考?？谑泻０稁恋乩玫膶?shí)際分類和研究主題需要,現(xiàn)將研究區(qū)景觀劃分為耕地、綠地、水域、建設(shè)用地、其他用地五類(表1),利用ArcGIS軟件的融合工具對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作并重分類,得到1988—2017年土地利用類型圖(圖2)。此外還參考了《?？谑薪y(tǒng)計(jì)年鑒》(2012—2017)等相關(guān)數(shù)據(jù),用于分析海口市人口、交通、經(jīng)濟(jì)活動的主要范圍。

表1 ?？谑泻０稁恋乩弥胤诸惐?/p>

圖2 1988—2017年土地利用類型圖Fig.2 Map of land use type from 1988 to 2017

2 研究方法

2.1 格網(wǎng)GIS法

2.1.1生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)單元的確定

采用格網(wǎng)GIS法,以格網(wǎng)為研究單元,運(yùn)用ArcGIS數(shù)據(jù)管理模塊下的create fishnet功能,將研究區(qū)劃分為若干格網(wǎng)并轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)研究。參考國家格網(wǎng)GIS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《地理格網(wǎng)》(GB12409—2009)和前人研究,格網(wǎng)宜采用平均斑塊面積的2—5倍[3],因此在考慮研究區(qū)實(shí)際情況和工作量的基礎(chǔ)上,研究中選取5 km×5 km的正方形格網(wǎng)對研究區(qū)進(jìn)行劃分(圖3),并對各格網(wǎng)進(jìn)行編碼。取每個(gè)格網(wǎng)的中心點(diǎn)為采樣點(diǎn),共40個(gè)采樣點(diǎn),其中有效采樣點(diǎn)(落在第k個(gè)格網(wǎng)內(nèi)的研究區(qū)的面積達(dá)格網(wǎng)面積的50%以上的點(diǎn))28個(gè)[3]。以此格網(wǎng)劃分為基礎(chǔ)對研究區(qū)k個(gè)小區(qū)分別計(jì)算景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),以此數(shù)值為樣區(qū)中心點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。

圖3 研究區(qū)格網(wǎng)劃分圖Fig.3 Study area grid division

2.1.2空間差值方法的選取

本文利用ArcGIS空間分析模塊下的普通Kriging內(nèi)插法,經(jīng)過各種擬合情況的比對,選擇半變異函數(shù)(是地統(tǒng)計(jì)學(xué)特有的用來描述區(qū)域變化量的空間變異性的函數(shù))對小區(qū)樣點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行球狀擬合,依此得到整個(gè)研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖[36]。

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型的構(gòu)建

景觀指數(shù)法是地學(xué)常用的定量研究法,它通過多個(gè)指數(shù)的組合分析來描述景觀格局及變化[16]。選用景觀干擾度和脆弱度建立土地利用類型與區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)間的聯(lián)系,主要涉及了6個(gè)景觀指數(shù)：景觀干擾度指數(shù)、景觀破碎度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)、景觀優(yōu)勢度指數(shù)、景觀脆弱度指數(shù)、景觀損失度指數(shù),利用Fragstats軟件計(jì)算以上指數(shù)構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型。

2.2.1景觀干擾度指數(shù)(U)

景觀干擾度指數(shù)由景觀破碎度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)、景觀優(yōu)勢度指數(shù)加權(quán)所得(式1),反映空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。干擾度越小越利于生物的生存,因此該指數(shù)對生物的生態(tài)意義較大。

Ui=aCi+bSi+cDi

(1)

式中,Ui表示景觀干擾指數(shù)；Ci表示景觀破碎度指數(shù),在一定程度上反映了人類對景觀的干擾程度；Si表示景觀分離度指數(shù),指某一景觀類型中不同斑塊數(shù)個(gè)體分布的分離度；Di表示景觀優(yōu)勢度指數(shù),優(yōu)勢度越小則景觀多樣性越大；上述指數(shù)均可通過Fragstats軟件計(jì)算得出。a,b,c表示各指數(shù)的權(quán)重,且a+b+c=1；目前關(guān)于海岸帶景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的研究中,多采用專家打分法定義權(quán)重,專家認(rèn)為景觀破碎化是海岸帶生物多樣性喪失的重要原因之一,它與自然資源保護(hù)密切相關(guān),參考已有的海岸帶景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究并分析權(quán)衡,認(rèn)為三者中破碎度最為重要,其次為分離度和優(yōu)勢度；現(xiàn)將各指標(biāo)權(quán)重定義如下：a=0.5,b=0.4,c=0.1[36-39]。

Ci=Ni/Ai

(2)

Di=1-SHEI

(3)

式中,Ni為景觀類型i的斑塊數(shù)目；Ai為景觀類型i的總面積。SHEI(<1)表示香農(nóng)均度指數(shù),與優(yōu)勢度呈反比,其趨近1時(shí)說明景觀中沒有明顯的優(yōu)勢類型且各斑塊在景觀中均勻分布[36],可由Fragstats軟件計(jì)算得到。

2.2.2景觀脆弱度指數(shù)(F)

景觀脆弱度表示不同的景觀面對外界干擾的敏感性和易碎性,脆弱度越高則表示該景觀類型對干擾的抵抗能力越弱。參考相關(guān)研究結(jié)果[40-42],并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,將五種土地利用景觀類型的景觀脆弱度依次由低至高排列得到景觀脆弱度賦值表,并對其進(jìn)行歸一化處理(表2)；另考慮2017年景觀無其他用地,故對2017年各景觀類型的景觀脆弱度單獨(dú)歸一化處理(表3)。

表2 景觀脆弱度賦值表

表3 2017年景觀脆弱度賦值表

2.2.3區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型(ERI)

最終構(gòu)建模型,得到各小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(式4—5)：

(4)

Ri=Ui×Fi

(5)

式中,ERIk表示第k個(gè)小區(qū)的區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；n表示景觀類型的總個(gè)數(shù)；Aki表示第k個(gè)小區(qū)中景觀類型i的面積；Ak表示第k個(gè)小區(qū)的總面積；Ri表示景觀損失度指數(shù),反映景觀類型i受到人為或自然干擾時(shí)其自然屬性的損失程度[16]；Fi表示景觀脆弱度指數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 土地利用格局變化

由1988—2017年?？谑泻０稁恋乩檬噶繑?shù)據(jù)得研究時(shí)域內(nèi)的土地利用格局表(表4)；采用單一土地利用動態(tài)度(式6)對海口市海岸帶土地利用的變化進(jìn)行分析,得到1988—2017年?？谑泻０稁恋乩媚曜兓?表5)。

(6)

式中,K表示研究時(shí)段內(nèi)的土地利用動態(tài)度；Ua、Ub分別表示研究期初、末的景觀類型面積；T表示研究時(shí)段。

表4 1988—2017年土地利用格局表

根據(jù)土地利用格局表、年變化表(表4、5)和土地利用類型圖(圖2)可知,?？谑泻０稁恋乩妙愋鸵越ㄔO(shè)用地和耕地為主。建設(shè)用地于1988—2000年大幅增長,年變化率達(dá)28.49%,到2017年建設(shè)用地占比已由1988年的7.21%增加到32.81%,其原因在于快速推進(jìn)的城市化進(jìn)程,如桂林洋開發(fā)區(qū)、瓊山大道等大型建設(shè)項(xiàng)目[35]。耕地面積在1988—2009年間經(jīng)波動后基本不變,但在2009—2017年間年變化率高達(dá)8.69%,這與海南省和?？谑姓囊幌盗姓哂嘘P(guān),如2013年瓊山區(qū)組織落實(shí)耕地保護(hù)責(zé)任書,2016年對土地利用進(jìn)行“有保有控”差別化管理,出臺《海南經(jīng)濟(jì)特區(qū)海岸帶保護(hù)與開發(fā)管理實(shí)施細(xì)則》、《關(guān)于繼續(xù)落實(shí)“兩個(gè)暫?！闭哌M(jìn)一步促進(jìn)房地產(chǎn)市場健康發(fā)展的通知》、《海南省人民政府關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)耕地占補(bǔ)平衡工作的意見》等文件,拆遷部分建設(shè)用地并整改閑置土地,故該時(shí)期耕地驟增。

表5 1988—2017年土地利用年變化表/%

3.2 景觀格局時(shí)序變化

分別基于Fragstats軟件的class和landscape水平計(jì)算得到1988—2017年各景觀類型的相關(guān)景觀指數(shù)表(表6)。

表6 1988—2017年各景觀類型景觀指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從景觀水平上來看,研究時(shí)域內(nèi)研究區(qū)的斑塊數(shù)增加了598個(gè),斑塊的破碎度小幅度上升,耕地、建設(shè)用地斑塊數(shù)降低,綠地、水域斑塊數(shù)增加；景觀分離度和干擾度總體處于增加趨勢,表明抗外界干擾能力降低,主要是受到城市化進(jìn)程中新工業(yè)區(qū)、新城區(qū)建設(shè)的影響；景觀優(yōu)勢度由1988年的0.2044降為2017年的0.0131,降低了93.59%,表明景觀的豐富度和復(fù)雜度劇增。從類型水平上來看,耕地、建設(shè)用地的平均斑塊面積增加,其中耕地增長最快,增長率達(dá)131.60%,這與該時(shí)期的政策有關(guān)；綠地、水域、其他用地的平均斑塊面積減小,其中綠地減小速率最快,高達(dá)92.25%；其他用地破碎度、分離度逐年增大,在城市化過程中逐漸消失。這是由于人口增長,城市住房壓力增大,老城區(qū)不斷侵占城市外圍的耕地、綠地等進(jìn)行城市擴(kuò)張和交通、工礦建設(shè),形成較完整、大范圍的新城區(qū),因此耕地逐漸向城市外圍移動,開墾林地、草地等,使綠地面積進(jìn)一步縮減。其中2000—2017年間人類活動對研究區(qū)內(nèi)景觀的干擾最為強(qiáng)烈,各景觀的分離度、干擾度、脆弱度最大值均在此時(shí)域內(nèi)出現(xiàn)。綜合來看,1988—2017年間城區(qū)擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等一系列人類活動對研究區(qū)的景觀產(chǎn)生了較大影響和改變,并給其生態(tài)環(huán)境帶來了較高的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 土地利用生態(tài)景觀風(fēng)險(xiǎn)時(shí)序變化

圖4 1988—2017年平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)圖Fig.4 Coastal zone average ecological risk index, 1988—2017

基于景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型(式(4)),對各年份各樣區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行計(jì)算,并賦值給每個(gè)樣區(qū)的中心點(diǎn),將中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理；根據(jù)研究區(qū)各樣區(qū)ERI值所處的范圍,采用ArcGIS聚類分類法[43-44],現(xiàn)將其分為五類：低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ERI≤0.25)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.250.55),生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級高意味著人類活動對該區(qū)域的干擾強(qiáng)、景觀破碎程度大；最后得到1988—2017年?？谑泻０稁恋乩蒙鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級分布圖表(圖4、5,表7)。

表7 1988—2017年土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級面積及占比

3.3.1總體變化分析

計(jì)算樣區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值,得到研究區(qū)平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)折線圖(圖4),研究區(qū)的平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值從1988年的0.3424持續(xù)增加,于2009年達(dá)到峰值0.5825,至2017年降低為0.4468?？蓪?988—2017年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化過程劃分為兩個(gè)階段：第Ⅰ階段(1988—2000年)為低風(fēng)險(xiǎn)階段,這一時(shí)期研究區(qū)平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值均較低且增長緩慢；第Ⅱ階段(2000—2017年)為高風(fēng)險(xiǎn)階段,該時(shí)期的平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值圍繞數(shù)值0.5上下波動且總體增長迅速。

通過表7的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,各級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值表現(xiàn)出以下特征：第Ⅰ階段以低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主；第Ⅰ階段末(2000年)?？谑泻０稁鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級以低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主,出現(xiàn)較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)但占比較低；通過與研究區(qū)景觀格局表(表4)對比可發(fā)現(xiàn),1988—2000年綠地、水域之和占比均超過50%,1995年起?？谑虚_始建造“萬綠園”等綠地設(shè)施,故該時(shí)期研究區(qū)整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好。第Ⅱ階段以中、較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主,在2000—2009年間,低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)逐漸減少趨于消失,中、高等級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)幾乎占比100%,綠地面積在該時(shí)期驟減,建設(shè)用地面積基本保持在200 km2以上,生態(tài)環(huán)境開始惡化；至第Ⅱ階段末(2017年)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級主要為較低、中、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)消失；原因在于這一時(shí)期?？谑嘘懤m(xù)推出《關(guān)于加強(qiáng)東寨港紅樹林濕地保護(hù)管理的決定》、《?？谑泄珗@條例》、《海口城市綠線管理辦法》、《新海港臨港生態(tài)新城綜合規(guī)劃》等政策[45],在2009—2017年間生態(tài)環(huán)境惡化問題得到了關(guān)注,雖然總體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級仍偏高,但高等級的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占比有下降趨勢。

3.3.2景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級變化方向分析

通過ArcGIS疊加分析功能,得到1988—2017年間生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級轉(zhuǎn)移矩陣(表8—表11)。

表8 1988—2000年土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級面積轉(zhuǎn)移矩陣

表9 2000—2009年土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級面積轉(zhuǎn)移矩陣

表10 2009—2017年土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級面積轉(zhuǎn)移矩陣

表11 1988—2017年土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級面積轉(zhuǎn)移矩陣

結(jié)果表明：1988—2000年,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈上升趨勢的面積為221.39 km2,主要為較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向中、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)移；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈降低趨勢的面積為12.23 km2,占總面積1.77%,主要為較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)移。2000—2009年,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈上升趨勢的面積為554.65 km2,占總面積80.09%,與前一時(shí)期相比約是其2.51倍,主要為低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向中、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),以及中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)移；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈降低趨勢的面積占總面積0.82%,主要為較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)移；呈上升趨勢生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級的面積約是降低趨勢的98倍,該時(shí)期?？谑泄I(yè)、旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)上升到一定規(guī)模,人口快速增長,城市住房需求增大,占用了大量的林地、園地等綠地進(jìn)行建設(shè),不合理的用地規(guī)劃使生態(tài)環(huán)境迅速惡化。2009—2017年,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈上升趨勢的面積為17.44 km2,占總面積2.58%,主要為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)移；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈降低趨勢的面積為563.52 km2,占總面積83.52%,主要為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),以及高和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)移；該時(shí)期呈下降趨勢生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級面積約是上升趨勢的32.31倍。

由表11可知,1988—2017年各等級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)除了其自身轉(zhuǎn)換外,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級的轉(zhuǎn)換類型有：低至較低、低至中、低至較高、較低至低、較低至中、較低至較高、中至低、中至較低、中至較高、較高至較低、較高至中,共11種轉(zhuǎn)換類型。研究時(shí)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈降低趨勢的面積為97.94 km2,而呈上升趨勢的面積為427.14 km2,約為前者的4.36倍,因此生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級總體有低等級向高等級轉(zhuǎn)移的趨勢。這都表明1988—2017年間?？谑泻０稁鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)存在危機(jī),雖然?？谑嗅槍０稁鷳B(tài)環(huán)境實(shí)施的一系列保護(hù)、修護(hù)政策使其局部的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所降低,但由于生態(tài)保護(hù)和修護(hù)是一個(gè)較漫長的過程,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級總體仍呈增高趨勢。

3.4 土地利用景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異

將各樣區(qū)中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理并分級,得到研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖(圖5)。由圖5可知,1988—2000年,低和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向城區(qū)邊緣移動,?？诮ǔ蓞^(qū)和南渡江沿岸大部分中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)變?yōu)檩^高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),1988年?？谑形?、市政府編制《?？谑谐鞘锌傮w規(guī)劃》對海口市的城市建設(shè)和工業(yè)化發(fā)展進(jìn)行了規(guī)劃,如1991年“海南農(nóng)墾桂林洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)”成立、1999年?？诿捞m國際機(jī)場正式通航等[35],但這些區(qū)域經(jīng)濟(jì)還處于起步到中期的階段,土地利用較單一,各景觀連通性也較好,故該區(qū)未出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；?？诮ǔ蓞^(qū)東南部邊緣開始出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),其原因在于該時(shí)期建成區(qū)的擴(kuò)建以及位于該區(qū)域的尚道村沙場的建立,導(dǎo)致斑塊破碎度增加,因此生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)提高。2000—2009年,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)消失,較高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)沿著海岸帶交通網(wǎng)由內(nèi)陸向沿海擴(kuò)張；這一時(shí)期?？谑兄饾u成為海南省經(jīng)濟(jì)、文化中心和交通樞紐,新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,而沿海和中部交通便利、地勢平坦,大部分耕地、綠地都轉(zhuǎn)為了建設(shè)用地,用于交通、工礦、房屋建設(shè)以及培育臨港產(chǎn)業(yè)等,土地資源利用程度急劇增加,建成區(qū)及交通線附近生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)上升,導(dǎo)致低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)消失,高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)擴(kuò)張；除主城區(qū)外,高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)還分布在研究區(qū)東南部美蘭區(qū)的三江鎮(zhèn),該區(qū)域交通發(fā)達(dá),周邊有國營三江農(nóng)場、羅牛山監(jiān)獄、羅牛山農(nóng)場等,景觀類型復(fù)雜且破碎度高,導(dǎo)致景觀間連通性差,故潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大。2009—2017年,較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)自西向東移動聚集在海岸帶西部且面積縮小,該區(qū)景觀類型多樣,主要為耕地和建設(shè)用地；高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)逐漸消失,這與該時(shí)期海口市的戰(zhàn)略有關(guān),2013年?？谑许憫?yīng)海南省“綠色發(fā)展”、“可持續(xù)發(fā)展”號召,提出“生態(tài)立市”的發(fā)展戰(zhàn)略,調(diào)整了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和低碳海洋產(chǎn)業(yè)[45]；2017年較2009年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級有所下降,但分布最廣的仍為高等級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),可見生態(tài)政策具有滯后性,需實(shí)施較長時(shí)間才能看到比較明顯的生態(tài)效應(yīng)。

圖5 1988—2017年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級空間分布圖Fig.5 Spatial distribution map of ecological risk, 1988—2017

研究時(shí)域內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級空間差異顯著,總體呈由中部向東西、內(nèi)陸向沿海遞減的趨勢,高等級的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)逐漸朝沿海地區(qū)蔓延。低和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在海岸帶東西兩側(cè)邊緣,該區(qū)大部分地區(qū)景觀類型都為綠地、耕地和水域,還包括沿海灘涂、內(nèi)陸灘涂、紅樹林等,人為干擾較小。中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在海岸帶中西部的老城區(qū),隨著人類活動的增強(qiáng),該區(qū)不斷向沿海推進(jìn)。較高及高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在研究區(qū)中部的?？诮ǔ蓞^(qū)、南渡江沿岸,以及美蘭機(jī)場、紅樹林保護(hù)區(qū)、三江鎮(zhèn)國營農(nóng)場附近,這些地區(qū)景觀類型以建設(shè)用地和耕地為主,相對經(jīng)濟(jì)更發(fā)達(dá)且人口密集,土地利用程度高,因此該區(qū)歷年來生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級偏高。

4 結(jié)論

利用ArcGIS和Fragstats軟件,對海口市海岸帶1988、2000、2009、2017年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算,構(gòu)建區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型,以5 km×5 km格網(wǎng)為研究尺度,進(jìn)行海口市海岸帶土地利用變化的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。研究表明：

(1)研究時(shí)域內(nèi),土地利用類型以建設(shè)用地和耕地為主；建設(shè)用地呈大幅度增長趨勢,斑塊數(shù)、分離度降低；耕地先減少后增加,破碎度降低,這與該時(shí)期海口市對土地利用進(jìn)行“有保有控”差別化管理有關(guān)；綠地、水域和總體處于減少狀態(tài),破碎度、分離度均持續(xù)增大；其他用地持續(xù)減少至2017年消失?？傮w來說,研究區(qū)近30年景觀類型分布趨于復(fù)雜化,綠地、水域逐漸破碎分布,2000—2017年間人類活動對景觀的干擾最為強(qiáng)烈,各景觀的分離度、干擾度、脆弱度最大值均在此時(shí)域內(nèi)出現(xiàn),土地利用結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

(2)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間差異顯著,總體呈由中部向東西、內(nèi)陸向沿海遞減的趨勢,高等級的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)逐漸朝沿海地區(qū)蔓延。1988—2017年間研究區(qū)的平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值由0.3424增加到0.4468,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)之間轉(zhuǎn)換復(fù)雜達(dá)11種,以低等級向高等級轉(zhuǎn)換為主,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級呈上升趨勢的面積約為呈降低趨勢的4.36倍,總體呈增高趨勢。?？谑泻０稁Ы?0年的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化可分為兩個(gè)階段：1988—2000年,低風(fēng)險(xiǎn)階段,全區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均屬于中、低等級；2009—2017,高風(fēng)險(xiǎn)階段,環(huán)境人為干擾程度高,雖然已采取一系列生態(tài)政策,但由于生態(tài)政策的干預(yù)具有滯后性,高等級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)依然存在。

(3)分布于海岸帶西部和東部美蘭區(qū)的大面積耕地、綠地和水域,抗人類干擾能力較差,對景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的貢獻(xiàn)度較高,人類活動干擾導(dǎo)致其面積減少且分布趨于破碎、分離,是研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值總趨勢呈增高的主要原因。例如研究區(qū)東南部三江鎮(zhèn)國營農(nóng)場的建立、紅樹林保護(hù)區(qū)的破壞,西北部臨海產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等,均使得該區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級增高；而研究區(qū)西部的綠地和耕地景觀分布較集中、連通性好,極大的減少了西部的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

(4)有研究表明,建設(shè)用地本身生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)并不高,但是由于人類活動的影響,建設(shè)用地的擴(kuò)張會增加周邊景觀的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[46]。研究區(qū)的建設(shè)用地主要位于中部?？谑薪ǔ蓞^(qū)(中心城區(qū))、江東新區(qū)以及東南部三江鎮(zhèn)、美蘭機(jī)場附近；1988—2017年間海口市發(fā)展迅速,用地需求增大,建設(shè)用地邊緣由于景觀的完整性遭到破壞,影響了原有景觀的自然演替且動植物生境面積被壓縮,使得建設(shè)用地內(nèi)部出現(xiàn)中、較高等級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),其邊緣增長為高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

(5)結(jié)合研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析,針對?？谑泻０稁У貐^(qū)土地利用提出以下建議：一,對于中、高等級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),重視城市建設(shè)、臨港產(chǎn)業(yè)的增加對海岸帶生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響,合理規(guī)劃并設(shè)立緩沖區(qū),加強(qiáng)綠地、水域與其他景觀的聯(lián)系性；二,對于低等級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),應(yīng)控制開發(fā)強(qiáng)度,擴(kuò)大自然保護(hù)區(qū)規(guī)模,做到生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)齊頭并進(jìn),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。