鄂爾多斯—榆林地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及其驅(qū)動(dòng)因子分析

馬 駿, 裴燕如, 王慧媛, 于 強(qiáng), 牛 騰, 岳德鵬

(北京林業(yè)大學(xué) 精準(zhǔn)林業(yè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類城鎮(zhèn)化加快。一方面土地利用類型不合理利用，人地矛盾尖銳；另一方面大多數(shù)國(guó)內(nèi)的礦產(chǎn)資源不能夠合理地開發(fā)利用，環(huán)境代價(jià)巨大，使絕大多數(shù)的自然生態(tài)系統(tǒng)都受到人類活動(dòng)的影響，而這些人類活動(dòng)影響會(huì)造成諸多的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，因此科學(xué)管理這些生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)成為人類與自然和諧發(fā)展的重要前提[1]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境修復(fù)、治理以及生態(tài)安全格局構(gòu)建和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等諸多工作的重要參考依據(jù)，引起了全球?qū)W者的高度重視。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指生態(tài)系統(tǒng)及其組分在受到外界干擾后所承受的風(fēng)險(xiǎn)，其會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)造成不利影響[1-2]，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)起源于小尺度的人體健康評(píng)價(jià)，后來演變?yōu)楹饬恳环N或多種脅迫因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成正在發(fā)生或潛在發(fā)生的具有負(fù)生態(tài)效益的可能性的研究手段[2-4]。隨著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論和方法的完善，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的提出，將空間異質(zhì)性和風(fēng)險(xiǎn)因子等級(jí)關(guān)系納入到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要應(yīng)用在土壤、大氣以及水環(huán)境的生態(tài)評(píng)估。趙曉光等人[5]對(duì)礦區(qū)不同土地利用類型的土壤重金屬污染程度和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害進(jìn)行評(píng)價(jià),何瑞東等人[6]分析鄭州市某生活區(qū)大氣重金屬元素的污染特征，對(duì)鄭州市某生活區(qū)進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和居民健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。李捷等學(xué)者[7]探究了北方六湖沉積物中重金屬污染源的差異性。為了探究景觀格局對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的定量影響，基于區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提出景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)更加注重尺度效應(yīng)、空間異質(zhì)性以及景觀格局對(duì)的生態(tài)功能、過程的影響。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究已經(jīng)相對(duì)成熟，從研究對(duì)象上來看，流域[8-10]、礦區(qū)[11-12]、城市[13]、自然保護(hù)區(qū)[14]等已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，從研究尺度來看，綜合考慮研究區(qū)面積和景觀斑塊的平均面積來劃分網(wǎng)格是主流的研究手段[15-17]，也有部分學(xué)者從縣域、市域等行政單位為研究單元進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究[18-19]；從評(píng)價(jià)方法上來看，大多基于風(fēng)險(xiǎn)源匯和景觀格局兩種方法，有的學(xué)者還基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究[20]，當(dāng)前關(guān)于景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究主要將土地利用與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合并探究其時(shí)空分布，鮮有涉及到不同驅(qū)動(dòng)力影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變過程的定量分析，在本研究中使用地理探測(cè)器探測(cè)鄂爾多斯—榆林地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“鄂榆地區(qū)”)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變過程中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。

鄂榆地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，被譽(yù)為中國(guó)的“能源走廊”。進(jìn)入21世紀(jì)，西部大開發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施，西部資源開發(fā)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快，煤炭能源開發(fā)成為鄂榆地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)[21]。隨著人為開發(fā)活動(dòng)的進(jìn)行，對(duì)整個(gè)鄂榆地區(qū)的草地、林地、未利用地等景觀要素都造成了不同程度的影響，在很大程度上改變了景觀結(jié)構(gòu)的布局，并對(duì)生態(tài)安全產(chǎn)生威脅。基于此，本文以鄂榆地區(qū)為研究區(qū)，基于土地利用變化信息和景觀格局構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，測(cè)定各評(píng)價(jià)單元的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值，通過地理探測(cè)器對(duì)引起生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)力因素進(jìn)行探測(cè)，確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變的主要驅(qū)動(dòng)因子，為生態(tài)環(huán)境治理、修復(fù)以及生態(tài)安全格局的構(gòu)建提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我國(guó)第二大沉積盆地——鄂爾多斯盆地腹地，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市和陜西省榆林市兩個(gè)地級(jí)市，并以此為邊界向外擴(kuò)長(zhǎng)5 km,將對(duì)鄂榆地區(qū)生態(tài)環(huán)境有重要影響的黃河及黃河周邊的地區(qū)也能納入研究區(qū)范圍內(nèi)。

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，介于北緯37°35′24″—40°51′40″，東經(jīng)106°42′40″—111°27′20″，總面積為86 752 km2。榆林市位于陜西省最北部，介于北緯36°57′—39°35′，東經(jīng)107°28′—111°15′，總面積為43 578 km2。鄂榆地區(qū)的東部、北部、西部三面被黃河環(huán)繞，北側(cè)與庫布齊沙漠相接，毛烏素沙地則地處陜西省榆林地區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市之間，屬于北溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，地勢(shì)由西北向東南傾斜，土地利用類型主要以草地和未利用地為主，冬夏寒暑變化大，多年平均氣溫7.2 ℃，日最高溫度39 ℃，日最低氣溫-31.4 ℃。多年平均降水約357 mm，降水主要集中在7—9月，占全年總降水的70%左右。鄂榆地區(qū)人口結(jié)構(gòu)主要以漢族占大多數(shù)，根據(jù)第7次人口普查數(shù)據(jù)，鄂爾多斯市常住人口為2 153 638人，榆林市常住人口為3 624 750人。鄂榆地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要以第二產(chǎn)業(yè)為主，第二產(chǎn)業(yè)的比例大致保持在50%左右。2020年，鄂爾多斯市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值(GDP)為3 533.66億元，榆林市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值(GDP)為4 089.66億元。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文數(shù)據(jù)主要選取鄂榆地區(qū)2000和2010年30 m空間分辨率的Landsat 7 TM/ETM+遙感影像和2020年30 m空間分辨率的Landsat 8OLI遙感影像為數(shù)據(jù)源，將其在ENVI 5.3中對(duì)影像進(jìn)行輻射校正、大氣校正、幾何校正、圖像增強(qiáng)以及鑲嵌裁剪等預(yù)處理，得到鄂榆地區(qū)3期的遙感影像數(shù)據(jù)。利用極大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類，根據(jù)目視解譯并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，采取LUCC分類體系將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)，工礦，居民用地(以下稱建設(shè)用地)及未利用地6類，在解譯結(jié)果隨機(jī)抽取驗(yàn)證樣地與Google Earth和實(shí)地進(jìn)行選取的1 217個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，總體分類精度均達(dá)88%以上，滿足研究需求。驅(qū)動(dòng)因子分析中使用的人為干擾度數(shù)據(jù)是通過于立忠等[22]提出的人為干擾度賦值表，參考谷東起等[23]建立的人為干擾度計(jì)算模型計(jì)算并將其空間化所得；NDVI數(shù)據(jù)為NASA提供的MOD13A1產(chǎn)品(http:∥ladsweb.nascom.nasa.gov/)；年降水量數(shù)據(jù)、年均氣溫?cái)?shù)據(jù)來自于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)(http:∥www.geodata.cn/);DEM數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(www.gscloud.cn/)；地表蒸散發(fā)數(shù)據(jù)來源于NASA官方遙感影像數(shù)據(jù)(https:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化指標(biāo)構(gòu)建

(1) 土地利用動(dòng)態(tài)度。在景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究中，土地利用類型通常被看作是景觀嵌體的類型。土地利用動(dòng)態(tài)度可以描述景觀更替變換的速度與強(qiáng)度，通常定義為指定時(shí)間范圍內(nèi)區(qū)域土地利用類型變化的快慢[24]，以表現(xiàn)區(qū)域內(nèi)土地利用的劇烈程度。通常分為以下兩類：

①單一土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度。單一土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度指的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)，某一土地利用類型的面積變化情況[24]，計(jì)算公式為：

(1)

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua，Ub分別問研究初、研究末期某一土地利用類型面積；T為研究時(shí)段(a)。

②綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度。綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)變化度表示所有土地利用類型變化的整體情況，計(jì)算公式為：

(2)

式中：LC為研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型年變化率； LUi為研究初期第i類土地利用類型面積； ΔLUi-j為研究初期至研究末期時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值。

(2) 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用作為景觀最直觀的表達(dá)形式，當(dāng)強(qiáng)烈人類活動(dòng)或自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會(huì)對(duì)土地利用類型造成變更，景觀要素的空間結(jié)構(gòu)以及生態(tài)功能也隨之發(fā)生改變，從而使區(qū)域的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生變化。土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣描述研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型的變更過程，能夠充分反映研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型的變化方向，計(jì)算公式為：

(3)

式中：Aij為土地利用類型面積；n為土地利用類型數(shù)量；i，j為轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型。

1.3.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建 土地利用速度、強(qiáng)度以及方向的變化會(huì)引起景觀格局的改變，不同的景觀格局對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的抵御能力是不相同的。為了將景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上以定量化的形式呈現(xiàn)，并改善現(xiàn)狀中不利的環(huán)境要素，在未來的設(shè)計(jì)規(guī)劃中提出發(fā)展性意見，通常通過計(jì)算多種景觀指數(shù)，按照不同的權(quán)重構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

(1) 劃分評(píng)價(jià)單元。為了將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間化，結(jié)合蘇海民等研究[25]，評(píng)價(jià)單元大小的選擇應(yīng)為斑塊平均面積的2～5倍，利用ArcGIS 10.2漁網(wǎng)構(gòu)建工具對(duì)研究區(qū)處理，分割為5 km×5 km大小相同的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單元，共劃分5 864個(gè)，作為評(píng)價(jià)單元。

(2) 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建。景觀格局是在多種驅(qū)動(dòng)力在景觀結(jié)構(gòu)綜合作用形成的，反映了人類活動(dòng)對(duì)景觀結(jié)構(gòu)作用的強(qiáng)度、頻率以及范圍，同時(shí)也影響著生態(tài)系統(tǒng)的格局和過程。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[17,23]利用景觀干擾度和景觀脆弱度構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)單元的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，將其作為評(píng)價(jià)單元的中心值。

景觀干擾度是景觀受到外界因素干擾程度的一種定量表征，將景觀破碎度、景觀分離度、景觀優(yōu)勢(shì)度按一定的權(quán)重疊加計(jì)算所得[26-30]，結(jié)果詳見表1。

表1 景觀指數(shù)計(jì)算公式及意義

景觀脆弱度(Fi)表示不同類型景觀對(duì)外界干擾的敏感程度和易損程度，景觀脆弱度在不同階段的景觀自然演替過程中是不同的[31]。根據(jù)前人的研究成果[32]，將研究區(qū)的景觀分別進(jìn)行如下賦值：未利用地6，水域5，耕地4，草地3，林地2，建設(shè)用地1，歸一化得到景觀類型脆弱度指數(shù)。

通過景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可以建立起景觀結(jié)構(gòu)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，能夠定量地反映景觀格局與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性，計(jì)算方法如下為：

(4)

式中：Aki表示第k個(gè)樣區(qū)i類景觀的面積；Ak表示第k類樣區(qū)的總面積。

1.3.3 空間自相關(guān)分析 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上量化后，通常會(huì)在空間上按一定的規(guī)律分布，而空間相關(guān)性分析是對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布模式描述的一種有效方法?？臻g相關(guān)性是檢測(cè)空間中某一要素的屬性值是否與相鄰空間點(diǎn)屬性值相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)。正相關(guān)表示某空間單元的屬性值與其相鄰單元的屬性值有相同的變化趨勢(shì)，負(fù)相關(guān)則相反。常用的指標(biāo)有Moran’sI指數(shù)和LISA指數(shù)。

(1) Moran’sI指數(shù)(全局自相關(guān))是描述空間要素及屬性值在區(qū)域內(nèi)的空間依賴程度，其計(jì)算公式為：

(5)

(2) LISA指數(shù)(局部自相關(guān))是描述空間單元與其相鄰單元的相似程度，其計(jì)算公式為：

(6)

1.3.4 地理探測(cè)器 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是由多種風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)區(qū)域內(nèi)景觀的綜合影響所產(chǎn)生，是由多種驅(qū)動(dòng)力，包括自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及人類活動(dòng)等多種條件綜合作用所致。地理探測(cè)器是探測(cè)空間分異性并揭示其背后驅(qū)動(dòng)因子的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。其核心思想是：如果自變量對(duì)某個(gè)因變量有很強(qiáng)的關(guān)系，那么自變量和因變量在空間分布上具有一定的相似性。其中地理探測(cè)器中的主要用來因子探測(cè)器用來探測(cè)自變量對(duì)因變量的解釋力,其大小用q值來衡量[33]。因此本文選取因子探測(cè)器來分析影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子,計(jì)算公式為：

(7)

(8)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型時(shí)空變化分析

2.1.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化 根據(jù)圖1和表2可得，在鄂榆地區(qū)，草地、耕地和未利用地所占的面積比例最大，共占90%以上，在2000—2010年，林地、建設(shè)用地、未利用地呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其中建設(shè)用地的面積增加最多，相比2000年增加了0.29%；耕地、草地及水域分別呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，耕地的面積減少最多，相比2000年減少了0.21%，其他土地利用類型的變化幅度比較小，總的來說2000—2010年的趨于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；在2010—2020年，耕地、水域和建設(shè)用地的面積有較明顯的增長(zhǎng)，其中耕地面積增加比例最大，相比2010年增加2.01%，其次為建設(shè)用地，相比2010年增加1.32%。相反草地的面積減少比例最大，相比2010年減少2.17%，其他土地利用類型變化幅度較小，處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖1 鄂榆地區(qū)2000，2010和2020年土地利用變化

表2 鄂榆地區(qū)2000-2020年土地利用類型面積變化

2.1.2 土地利用速度變化 鄂榆地區(qū)的單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度詳見表3，在2000—2010年和2010—2020年2個(gè)時(shí)間段內(nèi)，建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度均為最高，分別為5.75和16.47，表明在2000—2020年建設(shè)用地的增加速度始終正向增長(zhǎng)，且2010—2020年建設(shè)用地的擴(kuò)張?jiān)黾铀俣缺?000—2010年要快，增加的建設(shè)用地主要分布在烏海市、達(dá)拉特旗、鄂爾多斯市、準(zhǔn)格爾旗伊金霍洛旗、府谷縣、神木縣、榆陽區(qū)、靖邊縣以及定邊縣等地區(qū)。在研究期間，2000—2010年與2010—2020年的綜合土地利用動(dòng)態(tài)變化度分別為0.19與0.69，表明在2010—2020年研究區(qū)整體的土地利用類型間變化比較活躍。

表3 鄂榆地區(qū)2000-2020年單一動(dòng)態(tài)度和綜合動(dòng)態(tài)度

2.1.3 土地利用方向變化 2000—2020年土地利用類型發(fā)生了明顯的變化(表4)，其中在2000—2010年，草地是主要的轉(zhuǎn)出類型也是主要的轉(zhuǎn)入類型，草地轉(zhuǎn)出為耕地的面積為987.18 km2，占轉(zhuǎn)出類型總比重的45.52%，轉(zhuǎn)出為未利用地的面積為504.17 km2，占轉(zhuǎn)出類型總比重的23.25%，轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的面積為211.26 km2，占轉(zhuǎn)出比例的9.74%;轉(zhuǎn)入草地的來源主要是耕地，轉(zhuǎn)入面積為1 152.12 km2，占總轉(zhuǎn)入比例的57.93%，其次為未利用地，轉(zhuǎn)入面積為441.33 km2，占總轉(zhuǎn)入比例的22.19%。其他土地利用類型的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出面積較少。在2010—2020年，草地仍然為主要的轉(zhuǎn)出類型和主要的轉(zhuǎn)入類型，轉(zhuǎn)出耕地面積為5 154.39 km2，占總轉(zhuǎn)出比例的51.30%，轉(zhuǎn)出為未利用地的面積為2 156.52 km2，占總轉(zhuǎn)出比例的21.46%，轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的面積為1 375.14 km2,占總轉(zhuǎn)出比例的13.69%；轉(zhuǎn)入草地的主要來源是未利用地和耕地，其中未利用地轉(zhuǎn)入面積為3 131.30 km2，占轉(zhuǎn)入比例的44.71%，耕地轉(zhuǎn)入面積為2 483.85 km2，占轉(zhuǎn)入面積的35.47%，其他土地利用類型的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出變化很小。草地景觀作為一種生態(tài)脆弱性比較低的景觀，且在鄂榆地區(qū)分布相當(dāng)廣泛，當(dāng)受到自然和人為因素等作用容易產(chǎn)生性變，而草地作為鄂榆地區(qū)主要的景觀類型，其數(shù)量的增減會(huì)導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的直接變化。

表4 鄂榆地區(qū)2000-2020年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化分析

在ArcGIS 10.2中采用克里金插值分析方法，對(duì)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行空間插值，然后根據(jù)自然斷點(diǎn)法，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)5類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

由圖2可知，總體上鄂榆地區(qū)的中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在北部的庫布齊沙漠和中部的毛烏素沙漠地區(qū)，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在東部、北部邊緣地區(qū)、西南部分地區(qū)以及庫布齊沙漠和毛烏素沙漠之間的地區(qū)。由表5可知，2000—2010年，鄂榆地區(qū)的中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)以及高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)，擴(kuò)大比例分別2.02%，0.22%和0.57%，與較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)相比，中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的面積增幅較大，主要由于在研究期間鄂榆地區(qū)實(shí)施退耕還林(草)、沙漠農(nóng)業(yè)試驗(yàn)田以及圍封禁牧等大量生態(tài)保護(hù)政策，對(duì)鄂榆地區(qū)庫布齊沙漠和毛烏素沙漠地區(qū)沙漠化逆轉(zhuǎn)起到一定的作用，沙漠地區(qū)出現(xiàn)草地、林地和耕地等景觀類型，植被作物從無到有，區(qū)域景觀類型多樣性增多，導(dǎo)致斑塊破碎度增大，脆弱性增強(qiáng)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

表5 鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積及比例

在2010—2020年，鄂榆地區(qū)的中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)及高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的面積呈現(xiàn)大幅降低趨勢(shì)，減少比例分別為4.28%，1.09%和2.06%，同時(shí)低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積大幅增加，增加比例分別為4.48%和2.95%。由圖2可知，在西北部的庫布齊沙漠地區(qū)較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少顯著，主要原因是隨著多年生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施，鄂榆地區(qū)生態(tài)環(huán)境演變具有明顯的生態(tài)累積效應(yīng)，生態(tài)功能的可恢復(fù)性發(fā)揮了作用，草地、耕地景觀類型在空間分布上逐漸呈現(xiàn)均勻趨勢(shì)，景觀優(yōu)勢(shì)度增加且破碎度減少，脆弱性降低，抵抗外界干擾的能力增強(qiáng)，最終使得生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低。

圖2 鄂榆地區(qū)2000-2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

2.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間聚集特征分析

鄂榆地區(qū)2000，2010和2020年的全局Moran’sI指數(shù)均在0.5以上，分別為0.823，0.826和0.845，說明研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。散點(diǎn)主要集中在一、三象限，相似值呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，大多數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)單元在空間上的分布規(guī)律呈現(xiàn)高—高和低—低，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍分布著相應(yīng)的高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)分布著相應(yīng)的低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。全局自相關(guān)Moran’sI指數(shù)在2000—2020年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明鄂榆地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)聚集趨勢(shì)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

鄂榆地區(qū)2000，2010和2020年的局部自相關(guān)LISA指數(shù)分布圖如3所示。從空間分布上看，3個(gè)時(shí)期的高—高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在杭錦旗西北部和東北部、鄂托克前旗的西部、烏審旗及榆陽區(qū)，少量高—高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)分布在靖邊縣和準(zhǔn)格爾旗周圍，這些區(qū)域往往景觀類型多樣性高，景觀優(yōu)勢(shì)度低且景觀分布破碎化，人類活動(dòng)極易引起以林草退化為主等生態(tài)問題。低—低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在鄂榆地區(qū)杭錦旗、達(dá)拉特旗北部邊緣地區(qū)、準(zhǔn)格爾旗、府谷縣、神木縣、佳縣、吳堡縣和清澗縣東部邊緣地區(qū)，以及正定縣、烏海市、鄂托克旗中部、杭錦旗東南部、鄂爾多斯市、伊金霍洛旗西北部和神木縣北部地區(qū)，這些地區(qū)景觀類型以耕地為主，景觀優(yōu)勢(shì)度高，且斑塊的破碎度較低。極少數(shù)的高—低和低—高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要在分布在高—高和低—低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)聚集區(qū)周圍，說明研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比較穩(wěn)定，出現(xiàn)急劇變化的可能性較低。

圖3 鄂榆地區(qū)2000-2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)LISA指數(shù)分布

2.4 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)力分析

鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空演變受多種外界干擾因素綜合影響。例如人為、自然及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素等。本文采用地理探測(cè)器探測(cè)各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)2000，2010及2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的解釋力(圖4)。本文選取人為干擾度、人造地表作為人為因素，利用NDVI值、降水量、年平均氣溫、高程以及地表蒸散發(fā)作為自然因素綜合分析鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響機(jī)制的分析指標(biāo)?；贏rcGIS平臺(tái)對(duì)7個(gè)因子使用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級(jí)，使用地理探測(cè)器測(cè)算每個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的q值，q值越大說明對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的解釋力越強(qiáng)。

圖4 鄂榆地區(qū)2000-2020年鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子解釋力

由圖4可知，在2000—2020年不同時(shí)期影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)因子的解釋力變化相對(duì)顯著。在人為因素中，人為干擾度的q值均大于0.7，且逐年增加，反映了人類活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)景觀格局的擾動(dòng)呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)，人為干擾度對(duì)鄂榆地區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的解釋力越來越增強(qiáng)，成為影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的最主要驅(qū)動(dòng)因素；而人造地表的q值小于0.1，對(duì)鄂榆地區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)解釋力并不強(qiáng)；在自然因素中，NDVI的q值均在0.6左右，對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有很強(qiáng)的解釋力，年降水量的q值在2000和2010年大于0.3，2020年大于0.1，年平均氣溫的q值保持在0.1附近，這兩種驅(qū)動(dòng)因子在自然因素中僅次于NDVI，但作為植被生長(zhǎng)必不可少的因素，在一定程度上也影響著生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的變化。高程和地表蒸散發(fā)的q值均在0.1以下，其對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響作用微乎其微。

在自然因素中，NDVI、年降水量和年均氣溫是主要的驅(qū)動(dòng)因子，其中景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與植被覆蓋、降水和氣溫因子的起伏變化密切相關(guān)，結(jié)合鄂榆地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)以及NDVI數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)氐闹脖桓采w范圍在2000—2020年期間有明顯的擴(kuò)大，庫布奇沙漠和毛烏素沙地的治理中，以生態(tài)保護(hù)為主的防沙治沙取得到了明顯的成效，沙區(qū)的生態(tài)環(huán)境從不穩(wěn)定逐漸趨于穩(wěn)定，由人工干預(yù)的植被群落結(jié)構(gòu)也趨于穩(wěn)定，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)逐漸變低；根據(jù)鄂榆地區(qū)的氣象資料，2000—2010年，鄂榆地區(qū)的氣溫呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，降水呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)。2010—2020年，氣溫呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)，降水仍呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)。與全球變暖和全球降水呈現(xiàn)極端的趨勢(shì)不同，最可能原因就是人類活動(dòng)的影響，改變了地表景觀類型布局，從而改變了當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，進(jìn)而導(dǎo)致景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也隨之發(fā)生變化。

在人為因素中，以生態(tài)保護(hù)為主的人類活動(dòng)是造成鄂榆地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。為切實(shí)推動(dòng)生態(tài)建設(shè)發(fā)展，從21世紀(jì)初西部大開發(fā)中央政府政策的實(shí)施，眾多生態(tài)保護(hù)措施接連落實(shí)。這些年來，鄂榆地區(qū)普遍實(shí)施退耕還林、退牧還草，禁牧、休牧、輪牧、生態(tài)移民等保護(hù)措施的推進(jìn)。鄂榆地區(qū)的植被在恢復(fù)的過程中，景觀的結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，景觀的數(shù)量從單一向綜合發(fā)展，景觀的布局也由簡(jiǎn)單向復(fù)雜轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致景觀格局在空間的布局發(fā)生顯著變化，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也隨之出現(xiàn)先增減后降低的變化。

3 結(jié) 論

(1) 鄂榆地區(qū)主要的土地利用類型為草地、耕地和未利用地，約占整個(gè)研究區(qū)的90%以上，在2010—2020年，土地利用強(qiáng)度和速度最為活躍。在研究期間，草地作為主要的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出類型，轉(zhuǎn)出為耕地的比例增加5.68%，轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地比例增加3.95%，轉(zhuǎn)出為未利用地的比例減少1.79%，耕地轉(zhuǎn)入的比例減少22.46%，未利用地轉(zhuǎn)入的比例增加22.52%。

(2) 鄂榆地區(qū)在2000—2010年，中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積呈現(xiàn)收縮趨勢(shì)，其主要原因是人為生態(tài)修復(fù)活動(dòng)的影響，沙漠地區(qū)逐漸出現(xiàn)耕地、草地、林地等土地利用類型，景觀類型多樣性增強(qiáng)，破碎度變大，景觀優(yōu)勢(shì)度降低，導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變高。在2010—2020年，景觀中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低面積呈現(xiàn)收縮趨勢(shì)，而低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)，主要由于多年生態(tài)政策的實(shí)施，景觀類型逐漸均一化，破碎度降低且優(yōu)勢(shì)度增強(qiáng)，導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低。

(3) 鄂榆地區(qū)2000，2010，2020年的全局自相關(guān)分析Moran’sI指數(shù)分別為0.823，0.826和0.845，說明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間分布上呈顯著正相關(guān)，大多數(shù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單元呈現(xiàn)高—高和低—低分布，少數(shù)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單元在高—高和低—低風(fēng)險(xiǎn)單元周圍分布，說明研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比較穩(wěn)定，出現(xiàn)急劇變化的可能性較低。

(4) 影響鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要驅(qū)動(dòng)因子是人為因素中的人為干擾度，自然因素中的主要驅(qū)動(dòng)是NDVI，年降水量和年均氣溫屬于次要驅(qū)動(dòng)因子，人造地表、高程以及地表蒸散發(fā)對(duì)鄂榆地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響不大。