重庆武隆区景观类型转移的生态风险时空演化研究.pdf
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1、重庆武隆区景观类型转移的生态风险时空演化研究黄九松1,刘 婷2,王钟书3,张传华2,邓 炜1,4(1.重庆市规划和自然资源信息中心,重庆 401147;2.重庆理工大学管理学院,重庆 400054;3.重庆地质矿产研究院,重庆 400042;4.重庆铁路投资集团有限公司,重庆 400025)摘要 目的分析武隆区景观生态风险时空演变特征。方法以武隆区 2010、2015、2020 年土地利用数据为基础,运用 ArcGIS 10.2 和Fragstats 4.3 软件,通过构建景观生态风险模型测算和分析景观生态风险大小及时空演变特征。结果20102020 年武隆区景观格局变化明显,耕地面积先增后减
2、,景观优势度降低;林地面积先减后增,破碎度和分离度呈先升高后降低趋势;建设用地面积先减后增,景观优势度升高;湿地和裸地景观分离度和损失度先降低后升高。2010、2015 和 2020 年都以中高生态风险等级为主,低风险生态区占比较少;空间分布以乌江为轴线,风险等级距离城区呈环状逐级递减状态。20102015、20152020 年低等级向高等级风险转换的面积分别占总面积的 3.62%、4.46%,高等级向低等级风险转换的面积占比分别为 0.52%、17.13%,即研究区景观生态风险等级呈下降趋势。结论武陵山区应在生态环境保护中寻求社会经济发展,建立和完善生态环境保护责任制,提升生态系统服务功能和
3、抗风险能力。关键词 景观格局;景观生态风险;时空演变;武隆区中图分类号 X718.55;X826 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2023)11-0056-06doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2023.11.013 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Study on Temporal and Spatial Evolution of Ecological Risk of Landscape Type Transfer in Wulong District of ChongqingHUANG Jiu-song1,LIU Ting2,WANG Zhon
4、g-shu3 et al(1.Chongqing Planning and Natural Resources Information Center,Chongqing 401147;2.College of Management,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054;3.Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources,Chongqing 400042)Abstract Objective To analyze the temporal and spatial evolu
5、tion characteristics of landscape ecological risk in Wulong District.MethodBased on the land use data of Wulong District in 2010,2015,and 2020,using ArcGIS 10.2 and Fragstats 4.3 software,the landscape ecolog-ical risk model was constructed to calculate and analyze the magnitude and spatiotemporal e
6、volution characteristics of landscape ecological risk.ResultFrom 2010 to 2020,the landscape pattern changed obviously,the area of arable land increased first and then decreased,and the landscape dominance decreased;the area of forest land decreased first and then increased,and the fragmentation and
7、separation increased first and then decreased;the area of construction land decreased first and then increased,and the landscape dominance increased;the landscape separation and loss of wetland and bare land decreased at first and then increased.In 2010,2015 and 2020,the ecological risk levels were
8、dominated by medium and high ecological risk levels,and the low-risk ecological areas accounted for a small proportion;the spatial distribu-tion took the Wujiang River as the axis,and the risk level from the urban area was in a state of gradual decrease in a ring shape.During 2010-2015 and 2015-2020
9、,the area converted from low-grade to high-grade risk accounted for 3.62%and 4.46%of the total area,and the area converted from high-grade risk to low-grade risk accounted for 0.52%and 17.13%of the total area,that was,the landscape ecological risk level in the study area showed a downward trend.Conc
10、lusionSeek social and economic development in ecological environmental protection in Wuling District,establish and improve the ecological environmental protection responsibility system,and enhance the ecosystem service function and anti-risk ability.Key words Landscape pattern;Landscape ecological r
11、isk;Spatiotemporal evolution;Wulong District基金项目 重庆市社科联一般项目(2022NDYB80);重庆市自然科学基金项目(CSTB2022NSCQ-MSX1310,CSTB2022NSCQ-MSX1409)。作者简介 黄九松(1981),男,土家族,重庆人,高级工程师,硕士,从事自然资源管理工作。通信作者,工程师,硕士,从事生态保护和修复、乡村振兴研究。收稿日期 2022-06-22 生态文明建设已纳入中国特色社会主义事业的总体布局,景观格局风险预控是实现区域生态风险综合防范、景观生态管理和生态保护的重要手段之一。景观生态风险是指景观环境与生态环境
12、在自然因素或人为活动的干扰下相互作用而产生的负面影响1,是基于经济、社会和自然生态层面对景观格局演变造成的不利后果进行区域性和综合性的预判2-3。国内外学者对景观生态风险的研究成果丰硕,学者们通过景观指数法4、风险“源-汇”法5-6、空间自相关分析法7-8等方法,从景观风险评价9-10、格局优化11-12、时空分异13-14等视角,对河湖流域15-16、城市地域17-18、自然保护区19、水利枢纽区20等不同尺度进行研究。纵观已有研究,鲜有学者关注到山地景观生态风险防控。我国山地丘陵地貌分布广,且生态环境较平原和河湖地区更为脆弱,山区受到自然因素和人为活动的干扰不断加剧,伴随产生的一系列生态安
13、全问题严重威胁区域生态环境的持续发展和生态安全格局的合理构建21。因此,以山地为视角研究景观生态风险时空演变有重要的现实意义。武陵山脉贯穿黔东、湘西、鄂西、渝东南地区,是乌江、沅江、澧水的分水岭,是长江流域的重要生态安全屏障。武隆区位于武陵山脉西部,地处乌江下游流域,是重庆的生态功能区。武隆区崇山峻岭,沟壑纵横,自然资源丰富,对当地的自然生态进行保护式利用有利于当地自然生态旅游的发展,对武隆区的社会经济发展、当地脱贫成果巩固、实现经济持续增长具有重要意义。因此,该研究选取武隆区为研究对象,通过构建景观生态风险模型,对武隆区的景观格局指数时序变化和景观生态风险时空分异情况进行研究,以期为武隆区生
14、态景观格局优化及风险防范、山区自然生态环境保护与管理提供理论基础和依据。1 资料与方法1.1 研究区概况武隆区位于重庆东南部(10714 安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(11):56-61,9810805E、29022940N),处于武陵山与大娄山的结合部,东邻彭水,西接南川和涪陵,南靠贵州道真,北抵丰都,位于重庆“一圈两翼”的渝东南翼,有“渝黔门屏”之称(图 1)。武隆区土地面积为 288 947.49 hm2,最低海拔 160 m,最高海拔2 033 m,全区崇山峻岭,沟壑纵横,自然资源丰富,土壤以紫色土、黄壤土、黄棕壤土和水稻土为主,主要植被为人工林和天
15、然次生林。该区属于亚热带湿润季风气候,全年平均气温17.4,年降水量 1 199.7 mm,年日照时数 939.0 h。截至2021 年底,全年地区生产总值突破 262.14 亿元,同比增长7.8%;工业增加值 59.9 亿元,增长 7.4%;一般公共预算收入15.8 亿元,增长 18.1%;固定资产投资 86.8 亿元,增长3.3%;社会零售总额 136.8 亿元,增长 21.7%;城乡居民人均可支配收入分别达 44 194、17 175 元,分别增长 9.1%、11.0%。武隆有丰富的旅游资源,包括芙蓉江国家重点风景名胜区、仙女山国家森林公园景区、天生三桥、千里乌江画廊等旅游胜地,被誉为中
16、国西部地质之乡。图 1 武隆区区位及风险小区Fig.1 Location and risk community of Wulong District1.2 数据来源与处理该研究所采用的数据主要包括:土地利用类型来源于 2010、2015、2020 年 3 个时期土地利用遥感监测数据,运用 Erdas imagine 9.0 软件对各期影像进行几何校正和配准,采用人工目视解译、判读和识别提取 3期土地利用信息,参照 GB/T 210102017 全国土地利用分类体系将武隆区景观划分为 6 种基本类型:耕地、林地、草地、湿地、建设用地、裸地(图2)。数字高程模型(digital el-evatio
17、n model)来源于 ASTER GDEM 数据,运用 ArcGIS 10.2处理得到武隆区坡度、高程和地形数据。以上数据获取后,通过 ArcGIS 10.2 建立空间数据库进行整合,并统一各专题图件的空间投影坐标系(Gauss_Kruger,CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_35),统一栅格数据空间分辨率为 30 m30 m。景观格局指数运用 Fragstats 4.3 计算得出。人口、社会、经济数据来源于历年武隆区统计年鉴以及武隆区国民经济和社会发展统计公报。图 2 2010、2015 和 2020 年武隆区基本类型景观空间分布Fig.2 Spatial distrib
18、ution of basic types of landscape in Wulong District in 2010,2015 and 20201.3 研究方法1.3.1 风险小区划分。参考已有研究22,该研究利用 Arc-GIS 10.2 等间距系统采样法对武隆区 2010、2015 和 2020 年的土地利用数据进行 5 km5 km 的正方形网格化处理,采集划分风险小区 155 个(图 1),风险小区面积为研究区景观斑块平均面积的 25 倍23。以风险小区为评价单元,计算风7551 卷 11 期 黄九松等 重庆武隆区景观类型转移的生态风险时空演化研究险小区内各景观类型的景观格局指数,
19、利用半方差分析法进行生态风险等级空间特征分析。1.3.2 景观生态风险模型。各种不确定因素对景观生态系统的影响程度决定了景观生态风险的大小,不确定性因素包括外界对其的干扰程度和自身抵抗力的强弱24。景观格局是一种反映区域生态环境状况的有效手段,体现了人类活动作用于自然生态环境而产生的影响结果25。而景观格局指数高度凝练了景观格局类型组成与空间分布特征26,是衡量区域景观生态风险水平的重要定量指标。根据谢花林27、贾艳艳等28的研究,景观破碎度指数(Ci)、景观优势度指数(Di)、景观分离度指数(Ni)、景观脆弱度指数(Fi)、景观干扰度指数(Si)和景观损失度指数(Ri)等景观格局指标可以用来
20、评价风险小区景观生态风险的大小,构建的景观生态风险指数模型29如下:ERIj=ni=1(AjkAjRk)(1)式中,ERIj为第 j 个评价单元的景观生态风险指数,Ajk为第j 个评价单元内景观类型 k 的面积,Aj为第 j 个评价单元的面积,Rk为第 k 类景观的景观损失度指数。其中,k 代表 6种基本景观类型。各景观格局指数的计算公式及含义如表1 所示,ni是景观类型 i 的斑块数;Ai是景观类型 i 的总面积;Li=斑块 i 的面积/风险小区总面积;Qi=风险小区出现斑块 i 的数量/风险小区总数量;Mi=斑块 i 的数量/斑块总数量;li是景观类型 i 的距离指数;A 是全部景观类型的
21、总面积;a、b、c 分别对应 Ci、Ni、Di的权重,且 a+b+c=1,参考徐维艺等23和刘春艳等35的研究成果,并结合武隆区实际情况,最终对武隆区 a、b、c 这 3 个权重的赋值分别为 0.6、0.3、0.1。表 1 景观格局指数的计算公式和含义Table 1 Calculation formula and meaning of landscape pattern index序号No.名称Name计算公式Calculation formula含义Meaning1景观破碎度指数 CiCi=niAi衡量整个景观或某一景观类型在一定条件下表现出的破碎化程度,值越大,对应的生态系统的整体性和稳定
22、性越低302景观优势度指数 DiDi=2Li+Qi+Mi4衡量斑块对景观产生的影响程度的重要指标,其值直接反映了斑块对景观格局形成和变化的影响效果313景观分离度指数 NiNi=liAAi,li=12niA衡量斑块在景观类型中的分离程度,是景观破碎化程度的体现,值越大,景观分布越分散和复杂324景观脆弱度指数 Fi通过特尔斐法归一化获得衡量不同景观类型受外界影响的敏感程度,值的大小与其在自然演替过程中所处的阶段有关33。一般而言,生态系统处于初级演替阶段、食物链结构单一、生物多样性小时较为脆弱345景观干扰度指数 SiSi=aCi+bNi+cDi衡量不同景观类型受外界(主要是人类活动)影响的程
23、度326景观损失度指数 RiRi=SiFi衡量在受到不同的自然或人为因素影响时,景观类型自然属性的损失程度341.3.3 半方差分析法。作为一种区域性空间变量,景观生态风险指数通过地统计学中的变异函数方法,利用半方差函数进行生态风险程度的空间分析7,22。计算公式如下:(h)=12N(h)N(h)i=1Z(xi)-Z(xi+h)2,(i=1,2,N(h)(2)式中,(h)是变异函数;h 是配对抽样的空间分隔距离;N(h)是间隔距离为 h 时的样点数;Z(xi)和 Z(xi+h)分别是景观生态风险指数在空间位置 xi和 xi+h 上的观测值。将计算得出的风险小区景观生态风险指数进行球面模型拟合和
24、空间插值28,绘制武隆区 2010、2015 和 2020 年的生态风险等级空间分布图。2 结果与分析2.1 景观格局指数时序变化 利用Excel 和Fragstats 4.2 软件的统计分析功能,根据表 1 的景观格局指数计算公式计算得到 2010、2015、2020 年 6 种基本类型的景观格局指数(表 2)。研究期内,耕地和林地的面积有变化,但其在研究区景观类型中的主要地位没有发生改变。2007 年武隆喀斯特地貌成功申遗,武隆区进入快速发展阶段,建设用地扩张速度急剧加快,但得益于 2008 年开始实施的重庆地票制度,武隆区大量废弃闲置的农村建设用地复垦为耕地。总体来看,20102020
25、年建设用地增加了 3 104 hm2,耕地减少了16 299 hm2;其中前 5 年建设用地面积略有减少,耕地面积略有增加;而后 5 年建设用地面积快速增加,耕地面积快速减少。随着武隆区旅游业的快速发展和城镇化进程的不断加快,人为的开发利用活动对景观格局的影响不断加强。20102020 年,耕地的斑块数量先减后增,但面积先增后减,耕地的破碎度指数(Ci)和分离度指数(Ni)呈先减后增趋势,耕地被农村居民点、城镇用地等景观类型用地分割,最终形成小块零散的分布状态,耕地优势度指数(Di)总体呈降低趋势,损失度指数(Ri)总体呈升高趋势,由 2010 年的0.016 7 升高至 2020 年的 0.
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