基于PLUS模型的山區(qū)城鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)模擬

李 琛，高彬嬪，吳映梅，鄭可君,2，武 燕

（1. 云南師范大學(xué) 地理學(xué)部，云南 昆明 650500；2. 云南省社會(huì)科學(xué)院，云南 昆明 650000）

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指由外界自然變化及人為活動(dòng)而產(chǎn)生的壓力源對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組分的可持續(xù)性和穩(wěn)定性所產(chǎn)生負(fù)面影響的可能及其損失[1]。重視景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，防范化解生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域重大風(fēng)險(xiǎn)，警惕預(yù)測(cè)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害，成為生態(tài)文明建設(shè)的迫切要求[2]。土地自身就是地表景觀的宏觀表征方式[3]，基于土地覆被的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能夠反映人類活動(dòng)干擾對(duì)生態(tài)環(huán)境與景觀格局交互作用產(chǎn)生的負(fù)面影響，是景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要分支。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，中小城鎮(zhèn)建設(shè)用地需求擴(kuò)大，人地關(guān)系緊張，資源環(huán)境矛盾突出，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性增強(qiáng)[4]，給城鎮(zhèn)生態(tài)安全帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，揭示快速發(fā)展的中小城鎮(zhèn)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征，模擬預(yù)測(cè)不同情景下景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，提出中小城鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式，對(duì)促進(jìn)未來中小城鎮(zhèn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展顯得尤為重要。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。LANDIS等[5]利用相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型(RRM)評(píng)估土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；KAPUSTKA等[6]基于景觀生態(tài)理論提出土地利用生態(tài)環(huán)境管控流程；RENETZEDER等[7]分析了奧地利景觀格局變化特征及對(duì)生態(tài)可持續(xù)性的影響。國(guó)內(nèi)對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究主要集中于流域[8]、生態(tài)重要地區(qū)[2]、濕地[9]、城市[10]，并運(yùn)用景觀格局指數(shù)、暴露-響應(yīng)等多種方法構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[11?12]，研究景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分布、多尺度變化、影響因素等[13?14]。計(jì)算機(jī)及地理信息技術(shù)的廣泛運(yùn)用，土地變化動(dòng)態(tài)建模研究迅速發(fā)展，有力支撐并極大推進(jìn)了基于土地利用預(yù)測(cè)的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)研究進(jìn)程，但現(xiàn)有的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)多運(yùn)用CA-Markov[15]、FLUS[16]、CLUE-S[17]等模型展開，本研究針對(duì)云南省安寧市景觀格局快速劇烈變化的特征，采用基于FLUS模型改進(jìn)的斑塊生成土地利用變化模擬模型(patch-generating land use simulation, PLUS)模擬未來山區(qū)城鎮(zhèn)景觀格局并評(píng)估其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。該模型更關(guān)注揭示多種景觀類型變化的潛在驅(qū)動(dòng)因素及模擬景觀類型的斑塊級(jí)演變[18?19]，使之更符合山區(qū)城鎮(zhèn)景觀格局復(fù)雜的實(shí)際情況。本研究基于2000、2010及2020年安寧市土地覆被數(shù)據(jù)，剖析景觀類型變化特征，探究景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變規(guī)律，運(yùn)用PLUS模型模擬3種不同情景下的安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨勢(shì)，指出生態(tài)環(huán)境保護(hù)情景方案，以期為山地中小城鎮(zhèn)建設(shè)開發(fā)和生態(tài)保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供方法論視角和區(qū)域?qū)嵺`依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

安寧市位于云南省昆明市西南 (24°31′～25°06′N，102°10′～102°37′E)，轄連然、金方、太平新城等9個(gè)街道辦事處，總面積1 301.81 km2；以山地為主，平均海拔1 800 m。2019年，全市地區(qū)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)575.14億元，常住人口38.9萬人，城鎮(zhèn)化率78.3%，是云南省最大的冶金、鹽、磷、石化工基地。

作為云南省轉(zhuǎn)型升級(jí)樣板區(qū)和滇中綠色發(fā)展示范區(qū)以及“一帶一路”建設(shè)先行先試區(qū)，安寧市承擔(dān)了滇中城市群新型城鎮(zhèn)化空間拓展和長(zhǎng)江上游生態(tài)安全屏障的雙重使命。協(xié)調(diào)好城鎮(zhèn)快速發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，成為了安寧市高質(zhì)量發(fā)展的重要命題。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

土地覆被數(shù)據(jù)來源于2000、2010和2020年Globeland 30全球地表覆被數(shù)據(jù)庫(http://www.global landcover.com)，空間分辨率為30 m×30 m，區(qū)內(nèi)土地覆被類型包括耕地、林地、草地、灌木地、水體、人造地表等6種。高程數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)；國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、人口空間分布數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)；夜光遙感數(shù)據(jù)來源于Luojia1-01數(shù)據(jù)(http://59.175.109.173:8888/index.html)，并采用ENVI 5.3校正；道路數(shù)據(jù)來源于OSM數(shù)據(jù)集(https://www.openstreetmap.org)；河流、湖泊數(shù)據(jù)來源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(https://www.webmap.cn)。

2.2 研究方法

2.2.1 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析 ①景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐帧＠?ArcGIS 10.8對(duì)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行1 km×1 km網(wǎng)格化，將安寧市劃分為1 310個(gè)評(píng)價(jià)單元；利用Fragstats 4.2軟件分別計(jì)算每一評(píng)價(jià)單元的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，以此作為樣地中心點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。②景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建[20]。從景觀格局的角度出發(fā)，借鑒已有研究成果[21]，構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。計(jì)算公式為：

其中：IERk為第k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為景觀類型i的景觀損失度指數(shù)。

其中：Ei為景觀干擾度指數(shù)，通過景觀破碎度Ci、景觀分離度Si和景觀優(yōu)勢(shì)度Di構(gòu)建，a、b、c為相應(yīng)各景觀指數(shù)的權(quán)重，且a+b+c＝1，根據(jù)已有研究成果及實(shí)際情況[22?23]，分別賦值為0.5、0.3、0.2；Fi為景觀脆弱度指數(shù)，結(jié)合已有研究成果[24]，通過專家打分法對(duì)6類景觀類型賦值，將水域賦為6，耕地賦為5，草地賦為4，灌木地賦為3，林地賦為2，人造地表賦為1，最后進(jìn)行歸一化處理得到各類景觀的脆弱度指數(shù)(Fi)值，分別為0.29、0.24、0.19、0.14、0.10、0.05。③探索性空間數(shù)據(jù)分析。運(yùn)用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析模塊對(duì)樣地中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行半變異函數(shù)擬合，得到最佳擬合模型；選取指數(shù)克里金插值法分別對(duì)2000、2010和2020年3期數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值[25]，采用自然間斷點(diǎn)法劃分景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。通過Geoda軟件計(jì)算全局空間自相關(guān)莫蘭指數(shù)(I)，來表征景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在空間分布模式及其集聚效應(yīng)[26]，I值為?1～1。I＞0表示正相關(guān)，I＜0表示負(fù)相關(guān)，I＝0表示不相關(guān)。

2.2.2 PLUS模型及模擬過程 PLUS模型集成了基于土地?cái)U(kuò)張分析的規(guī)則挖掘方法和基于多類型隨機(jī)種子機(jī)制的元胞自動(dòng)機(jī)(CA)模型2個(gè)模塊，對(duì)各類土地利用變化的影響因素解釋性更好，模擬結(jié)果精度更高[18]。模型通過提取2期土地變化中各類用地?cái)U(kuò)展部分，運(yùn)用隨機(jī)森林算法獲取各類用地的發(fā)展概率，再利用基于多類隨機(jī)斑塊種子的CA模型對(duì)未來景觀格局進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。首先，根據(jù)安寧市實(shí)際情況及數(shù)據(jù)的可獲取性，從自然因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和可達(dá)性3個(gè)方面選取高程、坡度、地形起伏度、公里網(wǎng)格GDP、人口密度、夜光遙感、距道路距離、距城鎮(zhèn)距離、距湖泊距離和距河流距離等10個(gè)影響因子，柵格化后統(tǒng)一成與土地覆被數(shù)據(jù)相同的投影坐標(biāo)系及空間分辨率。其次，利用用地?cái)U(kuò)張分析策略(LEAS)模塊運(yùn)算得到研究區(qū)各景觀類型的發(fā)展概率。最后，結(jié)合未來各類用地的目標(biāo)像元數(shù)、轉(zhuǎn)移成本矩陣、隨機(jī)斑塊種子的概率及鄰域因子等相關(guān)參數(shù)，基于多類隨機(jī)斑塊種子的CA模型實(shí)現(xiàn)研究區(qū)景觀類型變化模擬。本研究運(yùn)用Markov模型進(jìn)行未來景觀類型的需求預(yù)測(cè)，在已有基礎(chǔ)上[16, 27?28]結(jié)合研究區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移情況，反復(fù)調(diào)試各參數(shù)，確定景觀類型轉(zhuǎn)移成本矩陣，將隨機(jī)斑塊種子的概率設(shè)定為0.01(參數(shù)范圍0～1，越接近1表示越容易產(chǎn)生新的斑塊)，耕地、林地、草地、灌木地、水域及人造地表鄰域因子參數(shù)設(shè)定為0.7、0.4、0.3、0.3、0.2、0.9(參數(shù)范圍0～1，越接近1表示景觀類型的擴(kuò)張能力越強(qiáng))。選擇Kappa系數(shù)和FOM(Figure of Merit)系數(shù)進(jìn)行模擬結(jié)果的精度評(píng)估，其中Kappa系數(shù)為0～1，大于0.7表示模擬結(jié)果一致性較高，精度較高[29]；FOM系數(shù)由實(shí)際土地變化與預(yù)測(cè)的變化的交集與兩者并集的比值確定，其值為0～1，值越高表示模擬結(jié)果的精度越高[30]。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀類型特征及變化

2000—2020年，安寧市景觀類型以林地、耕地和草地為主(表1)。其中，林地是最主要的景觀類型，占研究區(qū)總面積的43.46%；其次為耕地，占總面積的24.94%，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)關(guān)系最為緊密的人造地表占比9.63%。全區(qū)的景觀類型變化特征表現(xiàn)為人造地表面積持續(xù)增加，耕地、灌木地面積持續(xù)減少，林地、草地面積先增加后減少，水域面積先減少后增加。人造地表面積呈上升趨勢(shì)，耕地、灌木地、草地、水域面積總體呈下降趨勢(shì)，林地面積較為穩(wěn)定。其中，人造地表面積增加幅度最大，共增加8 464.36 hm2，占總變化量的49.92%；耕地面積減少幅度最大，共減少5 274.19 hm2，占總變化量的31.10%。2000—2010年，各景觀類型面積變化最明顯的是林地，增加1 358.30 hm2，占總變化量的33.06%；2010—2020年，各景觀類型面積變化最明顯的是人造地表，增加8 175.00 hm2，占總變化量的48.89%。

表1 2000—2020年景觀類型面積及變化動(dòng)態(tài)度Table 1 Area and dynamics of landscape types, 2000?2020

2000—2020年，人造地表擴(kuò)張速度變化最快，主要由耕地、草地、灌木地轉(zhuǎn)入；2010—2020年土地動(dòng)態(tài)度明顯高于2000—2010年，其中2000—2010年減少速度較快的景觀類型為灌木地和水域，灌木地主要轉(zhuǎn)移為林地；水域主要轉(zhuǎn)移為耕地、林地和草地；2010—2020年人造地表增加速度明顯，城鎮(zhèn)的快速擴(kuò)展占用了大量的耕地、林地和草地。城鎮(zhèn)化進(jìn)程中以人造地表景觀擴(kuò)張為主，并由此產(chǎn)生山水林田湖草等生態(tài)景觀面積減少，景觀結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱。

3.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征

3.2.1 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間表達(dá) 由圖1可知：安寧市2000、2010和2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的莫蘭指數(shù)(I)分別為0.525 4、0.552 1和0.492 9，均表現(xiàn)出顯著的空間正自相關(guān)性(P＜0.01)，說明景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值在空間上表現(xiàn)為聚集分布，且相互之間存在影響。2000—2010年，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的I值上升，2010—2020年下降，整體呈下降趨勢(shì)，表明安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值在空間分布上的依賴性減弱，空間趨同性逐漸降低，人類活動(dòng)影響著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的空間格局，并導(dǎo)致其空間分布由聚集向均勻過渡。

圖1 2000—2020年研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) I散點(diǎn)圖Figure 1 Landscape ecological risk Moran’s I scatter diagram in Anning, 2000?2020

運(yùn)用指數(shù)克里金插值法得到安寧市各年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值，基于自然斷點(diǎn)法將2020年研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值分為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) (IER＜0.151 1)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) (0.151 1≤IER＜0.177 8)、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) (0.177 8≤IER＜0.202 6)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) (0.202 6≤IER＜0.230 3)、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) (IER≥0.230 3)。其他各期數(shù)據(jù)均采用2020年的分級(jí)區(qū)間，便于各期數(shù)據(jù)的比較分析，得到安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布圖(圖2)。

圖2 2000—2020年研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布示意圖Figure 2 Spatial distribution of landscape ecological risk level in Anning, 2000?2020

3.2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)空演變特征 由表2可知：2000—2020年安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體以中等風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主，占研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)總面積的52.95%～59.76%。結(jié)合圖2來看，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在研究區(qū)南北兩端以及中西部山地地帶，景觀類型主要為林地、草地，人為干擾較少，景觀損失度較低；研究期內(nèi)面積總體上升，主要為青龍、連然、金方、太平新城等街道組成的中心城區(qū)的低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加。這是由于青龍街道在此期間建成國(guó)家園林城鎮(zhèn)，林地等景觀面積增加，生態(tài)環(huán)境改善；隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，中心城區(qū)城鎮(zhèn)拓展有序，人造地表景觀集中成片，穩(wěn)定性強(qiáng)，外界干預(yù)影響較少。此外，縣街和草鋪街道作為安寧市重要的工業(yè)基地，為打造綠色工業(yè)城市的景觀風(fēng)貌，建設(shè)了麒麟現(xiàn)代工業(yè)景觀分區(qū)和職業(yè)教育景觀風(fēng)貌分區(qū)，景觀斑塊的連接度增強(qiáng)，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)得到有效防控，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加。較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積持續(xù)上升，主要分布在低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的周圍。中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于八街和縣街街道，以及其余各街道耕地景觀周邊；該區(qū)以耕地景觀為主，多分布于山地丘陵地帶，景觀形態(tài)復(fù)雜，水網(wǎng)密布，林地、草地、灌木地和人造地表景觀等相互交錯(cuò)，破碎化程度較高，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)加劇，但研究期內(nèi)該區(qū)整體面積變化相對(duì)穩(wěn)定。較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布較為廣泛，主要分布于高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)過渡區(qū)域，研究期內(nèi)面積占比降低，共降低6.94%。高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于各街道城鎮(zhèn)擴(kuò)展的邊緣地帶，研究期內(nèi)總面積呈下降趨勢(shì)，各時(shí)期占比分別為15.28%、14.47%、10.64%；說明城鎮(zhèn)快速擴(kuò)張對(duì)各類景觀類型干擾度較大，尤其在城市邊緣地帶建設(shè)用地較為分散，人文景觀與自然景觀交替頻繁，打斷了生態(tài)系統(tǒng)的整體，使得景觀破碎度高、分離度明顯上升，加大了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；其中祿脿街道整體處于高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，作為集磷礦工業(yè)、特色農(nóng)業(yè)、交通樞紐、特色農(nóng)業(yè)等多種功能的混合街道，景觀破碎度和分離度大，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積較多且呈現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。應(yīng)用轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)一步分析研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)各等級(jí)間的轉(zhuǎn)移特征，根據(jù)表3可以看出：2000—2020年，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要轉(zhuǎn)移為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要轉(zhuǎn)移為較低、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要轉(zhuǎn)移為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要轉(zhuǎn)移為較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。各等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)均主要表現(xiàn)為向次級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移的特征。由此可以看出，研究區(qū)整體生態(tài)安全保障水平有所提高，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)逐漸向著良性發(fā)展的態(tài)勢(shì)轉(zhuǎn)變。

表2 2000—2020年安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積及占比Table 2 Area and proportion of landscape ecological risk level in Anning, 2000?2020

表3 2000—2020年安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Transfer matrix of landscape ecological risk level in Anning, 2000?2020

3.3 多情景下景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模擬預(yù)測(cè)

3.3.1 情景設(shè)置 為驗(yàn)證PLUS模型對(duì)景觀類型模擬結(jié)果的可靠性，本研究以2010年土地覆被數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合各景觀類型發(fā)展概率，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，得到2020年景觀類型空間格局模擬結(jié)果，并與2020年景觀類型現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比，精度驗(yàn)證計(jì)算求得總體精度為89.84%，Kappa系數(shù)為0.856，F(xiàn)OM值為0.247，表明模型具有較高的可信度，故基于PLUS模型對(duì)安寧市未來景觀類型變化進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。依據(jù)安寧市歷史年份的景觀類型變化特征，利用Markov模型構(gòu)建3種不同情景下安寧市2030年景觀類型。其中自然發(fā)展情景以2020年景觀類型現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)2030年各景觀類型的面積及空間分布情況；考慮安寧市正處于快速發(fā)展的重大戰(zhàn)略機(jī)遇期，云南石化治理、滇中新區(qū)建設(shè)等相關(guān)政策進(jìn)一步推進(jìn)，勢(shì)必帶來建設(shè)用地的快速增長(zhǎng)，因此城鎮(zhèn)發(fā)展情景將耕地、林地、草地、灌木地向人造地表的轉(zhuǎn)移概率增加20%，人造地表向除耕地外的其他景觀類型轉(zhuǎn)移概率降低30%；考慮安寧市是長(zhǎng)江上游生態(tài)安全格局的重要組成部分，為了進(jìn)一步打造全國(guó)“工業(yè)城市中生態(tài)最好，生態(tài)城市中工業(yè)最強(qiáng)”城市，未來的景觀類型變化中要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)生態(tài)用地的保護(hù)，在生態(tài)保護(hù)情景設(shè)置中，將耕地、林地向人造地表的轉(zhuǎn)移概率降低30%，草地、灌木地、水域向人造地表的轉(zhuǎn)換概率降低20%，人造地表向林地的轉(zhuǎn)移概率增加10%，并嚴(yán)禁生境退化，將區(qū)域各個(gè)水庫、湖泊作為約束條件，限制其任意轉(zhuǎn)換。

3.3.2 景觀類型模擬預(yù)測(cè) 綜合2020年景觀類型現(xiàn)狀和各影響因子數(shù)據(jù)，運(yùn)用PLUS模型模擬預(yù)測(cè)得到安寧市2030年自然發(fā)展情景、城鎮(zhèn)發(fā)展情景和生態(tài)保護(hù)情景下景觀類型空間分布格局。由圖3可知：與2020年景觀類型現(xiàn)狀數(shù)據(jù)相比，安寧市2030年3種情景下各景觀類型面積呈現(xiàn)不同程度的變化(表4)，人造地表、水域的面積持續(xù)增加，耕地、林地、草地、灌木地面積持續(xù)減少。具體來看，自然發(fā)展情景下，安寧市各景觀類型發(fā)展趨勢(shì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，各街道城鎮(zhèn)中心的人造地表均有一定擴(kuò)張。城鎮(zhèn)發(fā)展情景下，人造地表面積進(jìn)一步增加，與自然發(fā)展情景相比，八街(農(nóng)業(yè)中心)、縣街(城市綜合服務(wù)中心)等街道明顯擴(kuò)張。生態(tài)保護(hù)情景下，人造地表擴(kuò)張幅度明顯縮小，相比自然發(fā)展情景和城鎮(zhèn)發(fā)展情景，人造地表分別下降2 076.06和3 704.97 hm2，耕地、林地、草地、灌木地面積減少幅度有所緩和，生態(tài)用地得到保護(hù)。

圖3 2030年不同情境下研究區(qū)景觀類型空間分布示意圖Figure 3 Spatial distribution of the landscape types in 2030 under different scenarios in Anning

表4 安寧市 2020與 2030年不同情景下景觀類型面積對(duì)比Table 4 Comparison of landscape types and areas under different scenarios in Anning in 2020 and 2030

3.3.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模擬預(yù)測(cè) 由圖4可知：2030年3種情景下安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布與2020年相似，整體上仍以中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主，但高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有上升。與2020年相比，自然發(fā)展情景下的較低、中等及較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積有所下降，而高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積增長(zhǎng)幅度較大(表5)，增加了2 436.66 hm2，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)也有一定的增加，擴(kuò)大了1 227.79 hm2。城鎮(zhèn)發(fā)展情景下，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積下降，較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均得到擴(kuò)張，分別增大2 189.08和2 779.71 hm2；相比其他情景，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積最小，較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積最大。這是由于按照現(xiàn)有發(fā)展趨勢(shì)，建設(shè)用地面積將會(huì)進(jìn)一步提高，各景觀類型均發(fā)生變化，人造地表持續(xù)外延式擴(kuò)張，侵占周邊耕地、林地等生態(tài)景觀，各景觀的連通性、穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加。生態(tài)保護(hù)情景下，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增幅明顯下降，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)顯著增加，與其他情景相比，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積最小，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積差異顯著；主要原因一方面是由于生態(tài)保護(hù)情景約束了人造地表擴(kuò)張，減緩了城鎮(zhèn)邊緣地區(qū)景觀破碎度、分離度的升高；另一方面該情景設(shè)置了水域限制區(qū)，保護(hù)了水域的穩(wěn)定性，約束了城鎮(zhèn)擴(kuò)展，增強(qiáng)了新增人造地表空間結(jié)構(gòu)的整合性，進(jìn)而增強(qiáng)了景觀穩(wěn)定性，使得生態(tài)保護(hù)區(qū)的低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積明顯上升。

圖4 2030年不同情境下研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布示意圖Figure 4 Spatial distribution of landscape ecological risk level in 2030 under different scenarios in Anning

表5 安寧市2020與2030年不同情景下景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積對(duì)比Table 5 Comparison of landscape ecological risk level area under different scenarios in Anning in 2020 and 2030

利用ArcGIS空間分析中的柵格計(jì)算器進(jìn)行圖層運(yùn)算，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低的區(qū)域命名為改善區(qū)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提升的區(qū)域命名為惡化區(qū)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)未發(fā)生改變的區(qū)域命名為穩(wěn)定區(qū)，得到安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化圖(圖5)。3種情景下，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)改善區(qū)空間分布類似，主要分布在草鋪、太平新城、縣街、八街街道，零散分散于其他街道。不同情景下惡化區(qū)空間分布差異較為顯著，城鎮(zhèn)發(fā)展情景下惡化區(qū)面積明顯高于其他情景，主要分布于連然、溫泉、草鋪、縣街及八街街道；生態(tài)保護(hù)情景下惡化區(qū)有明顯約束，八街街道的惡化區(qū)明顯少于城鎮(zhèn)發(fā)展情景，縣街街道的惡化區(qū)明顯少于城鎮(zhèn)發(fā)展情景和自然發(fā)展情景。綜合來看，人類活動(dòng)顯著影響未來景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的變化，在城鎮(zhèn)合理發(fā)展的同時(shí)，對(duì)城鎮(zhèn)建設(shè)用地發(fā)展進(jìn)行管控，對(duì)生態(tài)保護(hù)區(qū)有效保護(hù)，能顯著改善景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。生態(tài)保護(hù)情景充分考慮了城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)同發(fā)展，有利于形成有序的國(guó)土資源空間管控局面，更符合安寧市未來生態(tài)安全格局的發(fā)展。

圖5 2020—2030年不同情境下研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化示意圖Figure 5 Change of landscape ecological risks under different scenarios in Anning, 2020?2030

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究通過景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型分析安寧市2000—2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征，并采用PLUS模型對(duì)2030年不同情境下安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征和變化趨勢(shì)進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：①安寧市景觀類型以林地、耕地和草地為主，人造地表面積呈上升趨勢(shì)，耕地、灌木地、草地、水域面積總體呈下降趨勢(shì)，林地面積相對(duì)較為穩(wěn)定。其中，人造地表面積變化最為顯著，主要以耕地、灌木地、草地轉(zhuǎn)移入為主。城鎮(zhèn)化進(jìn)程中以人造地表景觀擴(kuò)張為主，并由此產(chǎn)生山水林田湖草等生態(tài)景觀面積減少，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱。②2000—2020年，安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值空間集聚狀態(tài)明顯，但聚集程度呈下降趨勢(shì)。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主，低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積持續(xù)增加，高、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積持續(xù)減少，生態(tài)環(huán)境狀況整體向好；高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于各城鎮(zhèn)擴(kuò)展的邊緣地帶；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布規(guī)律與安寧市人類活動(dòng)干預(yù)強(qiáng)度的空間分布規(guī)律密切相關(guān)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張所導(dǎo)致的景觀類型結(jié)構(gòu)及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)變化。③2030年安寧市3種情景下各景觀類型呈現(xiàn)不同程度的變化，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征與2020年相似，但高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有上升。3種情景中，生態(tài)保護(hù)情景下的高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積最小、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積最大、惡化區(qū)最少。該情景約束了人造地表的擴(kuò)張，保護(hù)了水域等生態(tài)用地，減緩了城鎮(zhèn)邊緣地區(qū)景觀破碎度、分離度的升高；使新增人造地表空間結(jié)構(gòu)的整合性增強(qiáng)，提高了景觀的穩(wěn)定性。

4.2 討論

安寧市是云南省轉(zhuǎn)型升級(jí)樣板區(qū)、滇中綠色發(fā)展示范區(qū)。研究期間安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)整體呈下降趨勢(shì)，表明全國(guó)長(zhǎng)期堅(jiān)持生態(tài)文明建設(shè)和云南省打造世界一流的“綠色能源”“綠色食品”“健康生活目的地”3張牌取得了一定的成效，為城鎮(zhèn)生態(tài)安全格局的改善提供了良好的條件。中小城鎮(zhèn)發(fā)展轉(zhuǎn)型過程中，城鎮(zhèn)的快速擴(kuò)張顯著影響景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的演變。不同情境下2030年安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布和變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)模擬中高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)均有明顯上升，惡化區(qū)多為城鎮(zhèn)擴(kuò)張的邊緣區(qū)域，控制人造地表對(duì)耕地、林地、灌木地的侵占是防控景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合研究區(qū)現(xiàn)狀和未來不同情境下模擬的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，重視城鎮(zhèn)在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型快速發(fā)展過程中不同土地利用格局結(jié)構(gòu)和功能對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)變化的影響，安寧市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范和生態(tài)環(huán)境治理提出以下建議：①針對(duì)高和較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，一方面要做好城鎮(zhèn)國(guó)土空間規(guī)劃，嚴(yán)格管控城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田保護(hù)和生態(tài)保護(hù)紅線，科學(xué)布局城鎮(zhèn)空間、農(nóng)業(yè)空間和生態(tài)空間，按照集約適度、綠色發(fā)展的要求有序擴(kuò)張城鎮(zhèn)用地，加強(qiáng)對(duì)城鎮(zhèn)擴(kuò)張而導(dǎo)致的邊緣區(qū)域耕地、林地、灌木地的破碎化的整體性保護(hù)與修復(fù)。另一方面，協(xié)調(diào)好工業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系， 堅(jiān)持安寧市工業(yè)總體規(guī)劃中工業(yè)“點(diǎn)—軸—組團(tuán)”的空間結(jié)構(gòu)，集約利用工業(yè)用地；同時(shí)開展各工業(yè)區(qū)、城市區(qū)之間的生態(tài)隔離區(qū)、生態(tài)協(xié)調(diào)區(qū)和生態(tài)保護(hù)區(qū)建設(shè)，做好各分區(qū)景觀生態(tài)系統(tǒng)綜合整治和自然修復(fù)。②針對(duì)中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，加強(qiáng)區(qū)域土地整理，增加林草覆被，減少景觀破碎程度，加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。特別是農(nóng)業(yè)用地的土地整理，協(xié)調(diào)耕地與生態(tài)景觀和城鎮(zhèn)景觀之間的關(guān)系，構(gòu)建“山水林田湖草”一體化生態(tài)保護(hù)修復(fù)新格局，加快“三產(chǎn)”融合，持續(xù)推進(jìn)高原特色農(nóng)業(yè)發(fā)展，力爭(zhēng)使中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榈汀⑤^低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。③針對(duì)低和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，避免在城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)中對(duì)林地、人造地表景觀整體性的破壞，通過合理調(diào)整城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，在保持現(xiàn)有良好自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，打造由生態(tài)背景、開敞空間體系和人文景觀構(gòu)成的多功能景觀系統(tǒng)。以林地為主的低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)不僅應(yīng)該嚴(yán)格管控林地的開發(fā)，改善林地的樹種結(jié)構(gòu)和林地質(zhì)量，而且需嚴(yán)防森林火災(zāi)，防控由森林火災(zāi)引起的景觀生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)。④未來城鎮(zhèn)發(fā)展情境選擇一方面應(yīng)考慮城鎮(zhèn)發(fā)展階段和未來城鎮(zhèn)管控的重點(diǎn)布局，另一方面應(yīng)綜合分析多種情景模式下研究區(qū)生態(tài)安全格局優(yōu)化，協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，才能在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)展。不同情境對(duì)比下，基于生態(tài)保護(hù)情景的安寧市景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征和變化趨勢(shì)更接近生態(tài)安全格局優(yōu)化方案，更符合安寧市轉(zhuǎn)型升級(jí)樣板區(qū)、滇中綠色發(fā)展示范區(qū)定位及綠色可持續(xù)發(fā)展理念。