露天礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異

吳健生，喬 娜，彭 建，黃秀蘭，劉建政，潘雅婧

(1.城市人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué)深圳研究生院城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)學(xué)院，深圳 518055;2.地表過程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京 100871)

我國(guó)疆域遼闊，成礦地質(zhì)條件優(yōu)良、礦種齊全、總量豐富，95%以上的能源、80%以上的工業(yè)原料、70%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料都來自礦業(yè)［1］。目前，我國(guó)因礦產(chǎn)資源開發(fā)造成的挖損、塌陷、壓占等已損毀土地約21億畝［2］，由此引發(fā)的環(huán)境污染、生態(tài)資源破壞以及地質(zhì)災(zāi)害等生態(tài)環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為管理生態(tài)環(huán)境的重要工具，其主要內(nèi)容是評(píng)價(jià)負(fù)面影響發(fā)生的可能性及危害程度［3-4］。當(dāng)前對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)壓力的描述已從單一化學(xué)因子，擴(kuò)展到多來源、多層次的風(fēng)險(xiǎn)因子及生態(tài)事件［5］。隨著研究尺度的擴(kuò)大，基于流域、城市等尺度進(jìn)行描述和評(píng)估生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的工作日益增多［6-9］。礦區(qū)是以礦山生產(chǎn)作業(yè)區(qū)為核心的一個(gè)獨(dú)立的人工、半人工生態(tài)系統(tǒng)，其輻射范圍包括礦山職工及礦區(qū)農(nóng)民所在地，甚至包括依托礦業(yè)演替形成的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣市及工業(yè)小區(qū)［2，10］。礦區(qū)獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)律促使其風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)理與發(fā)展方向有別于流域、城市、農(nóng)村等綜合性區(qū)域。由于存在諸多生態(tài)環(huán)境問題，礦區(qū)日益成為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的熱點(diǎn)，但多以定性或半定量化研究為主［11-15］。

景觀生態(tài)學(xué)強(qiáng)調(diào)空間格局及生態(tài)學(xué)過程與尺度之間的相互作用，并將人類活動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能相整合［16］。隨著景觀生態(tài)學(xué)理論與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)合，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成為區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的熱點(diǎn)方向，但是針對(duì)礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究仍較為少見。而從景觀斑塊的層面考慮，更能體現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的綜合性和系統(tǒng)性［10，17］。因此，本研究以平朔礦區(qū)為例，構(gòu)建綜合指數(shù)定量評(píng)估露天礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并嘗試采用ESDA方法探析礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分異特征。

1 研究區(qū)概況

平朔礦區(qū)位于東經(jīng) 112°17'—112°26'，北緯39°24'—39°32'，地處黃土高原晉陜蒙接壤的黑三角地帶，山西省北部的朔州市境內(nèi)，屬于我國(guó)煤炭大規(guī)模集中開發(fā)地區(qū)，以露天開采為主的作業(yè)方式對(duì)該區(qū)造成嚴(yán)重的土地破壞。研究區(qū)總面積為1764 km2，其中煤礦核心作業(yè)區(qū)面積約380 km2，約占研究區(qū)面積的20%。研究區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均降雨量428.2—449.0 mm，而蒸發(fā)量1786.6—2598.0 mm，超過降水量的4倍，導(dǎo)致干旱與雨水侵蝕并發(fā)。研究區(qū)自然環(huán)境呈現(xiàn)風(fēng)蝕、水土流失嚴(yán)重、植被覆蓋度低等特征。

本研究采用30 m分辨率的2010年7月的TM影像為數(shù)據(jù)源(處于植被生長(zhǎng)茂盛期，利于采用NDVI進(jìn)行植被與非植被和植被種類的區(qū)分)，經(jīng)幾何精校準(zhǔn)與影像預(yù)處理，應(yīng)用決策樹算法進(jìn)行遙感解譯。參考相關(guān)專家關(guān)于露天煤礦生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究成果，將挖損與壓占等土地破壞視為煤礦區(qū)主要的人類干擾活動(dòng)［1，18］，綜合全國(guó)土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)景觀類型為林地、荒草地、坡耕地、平原耕地、裸地、采掘地、壓占地、水域、居民點(diǎn)九類?；谝延形墨I(xiàn)的研究尺度［19］，及研究區(qū)的空間異質(zhì)性、斑塊大小并保證柵格信息的完整，將研究區(qū)劃分為1.5 km×1.5 km的采樣單元，共計(jì)784個(gè)(圖1)。

同時(shí)，根據(jù)人類活動(dòng)對(duì)景觀的干擾程度將礦區(qū)分為人工區(qū)、半自然區(qū)和自然區(qū)(圖1)。其中，人工區(qū)包括礦業(yè)核心區(qū)、城市生活區(qū)與礦業(yè)生活區(qū)，依據(jù)明顯的道路及礦區(qū)作業(yè)邊緣等人工線性地物劃分;半自然區(qū)依據(jù)山脊線、道路、河流等自然線性與人工線性地物綜合劃分;自然區(qū)則以山脊線(自然線性地物)為劃分依據(jù)。

圖1 研究區(qū)景觀分類及功能分區(qū)Fig.1 Landscape classification and different functional zones of opencast mining area

2 研究方法

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

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指基于景觀尺度的環(huán)境污染、人為活動(dòng)及自然災(zāi)害等干擾源對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成不利影響的可能性和危害程度［20］。評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容分為3部分:確定干擾源對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的作用效果，構(gòu)建景觀干擾度指數(shù);評(píng)估景觀要素抵抗外界干擾的能力，構(gòu)建景觀脆弱度指數(shù);應(yīng)用恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估模型綜合兩者得到景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，評(píng)價(jià)研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

2.1.1 景觀干擾度指數(shù)

不同景觀類型在維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整性的過程中會(huì)面臨外界環(huán)境的干擾［21］，而景觀所受外界干擾的程度可由其景觀結(jié)構(gòu)的變化程度予以度量。參考相關(guān)文獻(xiàn)以景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)為基礎(chǔ)，通過表征景觀結(jié)構(gòu)的各指數(shù)疊加構(gòu)建景觀干擾度指數(shù)Ei［17］，表達(dá)式如下:

式中，Ci、Di、DQi分別為景觀破碎度、景觀分離度、景觀優(yōu)勢(shì)度，公式內(nèi)容及表征意義詳見文獻(xiàn)［16，22］。其中，破碎度值越大，表明景觀單元內(nèi)部穩(wěn)定性越低;分離度指數(shù)越大，表明景觀在地域上分布越分散，受到的干擾程度越大;景觀優(yōu)勢(shì)度表征景觀結(jié)構(gòu)中某一類型支配景觀的程度，反映了該景觀類型對(duì)景觀格局形成和變化影響的大小。

對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行歸一化，以W1、W2、W3為對(duì)應(yīng)權(quán)重，三者相加為1。權(quán)重值不同，反映各景觀指數(shù)解釋景觀所受干擾的能力不同［17］，參考相關(guān)文獻(xiàn)綜合確定破碎度指數(shù)、分離度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的重要性差異，將三者分別賦值為 0.6、0.3、0.1 的權(quán)值［23，24］。

2.1.2 景觀脆弱度指數(shù)

不同的景觀類型在維護(hù)生物多樣性、保護(hù)物種與促進(jìn)景觀結(jié)構(gòu)自然演替等方面的作用是有差別的，同時(shí)抵抗外界干擾的能力也不同［17，21］，由此構(gòu)建景觀脆弱度指數(shù)表征各景觀類型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的易損性。易損性越大，抗干擾的能力越小，表明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大。綜合各類景觀易損性的特點(diǎn)［18-21］，將九類景觀按脆弱程度由高到低賦值:采掘地9、壓占地8、裸地7、水域6、坡耕地5、荒草地4、平原耕地3、居民點(diǎn)2、林地1，歸一化得到脆弱度指數(shù)Fi。

2.1.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

基于景觀結(jié)構(gòu)，引入景觀面積比重，建立景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)與礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間的聯(lián)系，用于描述一個(gè)樣地內(nèi)整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)大小，通過采樣的方法將景觀空間格局轉(zhuǎn)化為空間化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變量［17］。其計(jì)算公式如下:

式中，ERI為景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);n為景觀類型數(shù)量;Ei為景觀類型i的干擾度指數(shù);Fi為景觀類型i的脆弱度指數(shù);Aki為第k個(gè)采樣單元i類景觀組分的面積，Ak為第k個(gè)采樣單元的總面積。

2.2 空間數(shù)據(jù)探索性分析(ESDA)

ESDA是一系列空間數(shù)據(jù)分析方法和技術(shù)的集合［25］，它以空間關(guān)聯(lián)測(cè)度為核心，注重?cái)?shù)據(jù)的空間關(guān)聯(lián)性、集聚性與異質(zhì)性，通過對(duì)事物空間分布格局的描述，揭示空間關(guān)聯(lián)特征與模式［25-26］。國(guó)內(nèi)外研究多集中于區(qū)域經(jīng)濟(jì)［27-29］、社會(huì)和政治研究、城市社會(huì)結(jié)構(gòu)［26，30］、空間結(jié)構(gòu)演變［31］等方面。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)作為空間變量，探析其空間特征有助于理解風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生機(jī)理及變化趨勢(shì)等深層次問題。

2.2.1 全局空間自相關(guān)

空間自相關(guān)反映了某一變量在空間上是否相關(guān)及其相關(guān)程度，常用測(cè)度指標(biāo)為Moran's I指數(shù)，計(jì)算公式詳見有關(guān)文獻(xiàn)［25-26］。Moran's I系數(shù)取值在-1至+1之間，其絕對(duì)值越趨近于1，表示研究單元的空間自相關(guān)程度越強(qiáng)。一般使用Moran's I的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)量Z來檢驗(yàn)?；谝欢@著性水平，當(dāng)Moran's I＞0，表明存在正的空間自相關(guān)，研究單元屬性值呈趨同集聚;Moran's I＜0，表明存在負(fù)的空間自相關(guān)，研究單元屬性值呈離散分布;Moran's I=0，表明不存在空間自相關(guān)，空間單元觀測(cè)值呈隨機(jī)分布［25，27］。

2.2.2 局部空間自相關(guān)

全局Moran's I指數(shù)值能夠測(cè)度事物在整體空間上的相關(guān)程度，但對(duì)于局部異?，F(xiàn)象，需引入局部空間自相關(guān)方法進(jìn)行探析［25］。Moran's I散點(diǎn)圖不能反映空間關(guān)聯(lián)類型的顯著性水平，而LISA(Local Indicators of Spatial Association，局域空間關(guān)聯(lián)指數(shù))分析方法可解決此類問題。其計(jì)算公式如下:

式中，Ii為L(zhǎng)ISA指數(shù)空間單元值;Zi和Zj分別為空間單元i和j上觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)化值;Wij為空間權(quán)重矩陣。LISA的實(shí)質(zhì)在于將Moran's I分解并呈現(xiàn)到各個(gè)區(qū)域單元，并形成LISA聚類圖，由此識(shí)別局部空間高高集聚的“熱點(diǎn)”和低低集聚的“冷點(diǎn)”，并探析局部空間異常特征。

3 結(jié)果分析

3.1 礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)自然斷裂點(diǎn)法分級(jí)原理［32-33］將景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值分為3級(jí)(圖2):風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由高到低呈環(huán)形包圍趨勢(shì)，核心區(qū)域?yàn)楦唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)，景觀組分以采掘地、壓占地、居民點(diǎn)、水域?yàn)橹?中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域部分集中于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域外圍的平原耕地、居民點(diǎn)及部分壓占地，部分集中于人類擾動(dòng)相對(duì)較少的裸地、坡耕地區(qū)域;低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域基本介于兩部分中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域之間，景觀組分以人類擾動(dòng)最少的林地、荒草地為主。

由此可見，高風(fēng)險(xiǎn)集中于礦業(yè)生產(chǎn)與城市生活區(qū)域，并且由中心向外呈現(xiàn)水平遞減的趨勢(shì)。與此相應(yīng)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)逐漸過渡到中、低水平，擾動(dòng)過渡為城市生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，波及范圍較大，景觀逐漸轉(zhuǎn)為半自然、自然類型。如圖2所示，城市生活區(qū)風(fēng)險(xiǎn)最高，次之為礦業(yè)核心區(qū)，半自然區(qū)域中等，最低為自然區(qū)。礦業(yè)核心區(qū)除了大部分采礦用地類型還分布有風(fēng)險(xiǎn)值較低的礦區(qū)復(fù)墾林、荒草地及坡耕地，這些景觀對(duì)整體生態(tài)環(huán)境有緩沖、調(diào)節(jié)作用，而城市生活區(qū)由于包含高風(fēng)險(xiǎn)的水域、居民點(diǎn)、裸地使得整體的風(fēng)險(xiǎn)值最高。半自然區(qū)依河流劃分為兩塊區(qū)域，右側(cè)緊鄰城市生活區(qū)的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)值高于左側(cè)區(qū)域。礦業(yè)生活區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)水平位于兩者之間，但半自然區(qū)域平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值小于礦業(yè)生活區(qū)。自然區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最小，主要原因是區(qū)域內(nèi)存在大面積干擾度較低、脆弱度較低的林地、荒草地等景觀。

綜合研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征(表1)，可以發(fā)現(xiàn)，干擾度、脆弱度、景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)各等級(jí)采樣單元的比例差異明顯。其中，干擾度整體以中、低水平為主，說明研究區(qū)承受外界擾動(dòng)的劇烈程度在空間上差異較小;而采樣單元中74.36%為中等脆弱度水平，呈現(xiàn)“兩頭少，中間多”的正態(tài)分布模式，說明研究區(qū)景觀脆弱度總體水平較為均衡;由干擾度與脆弱度得到的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合了兩者的比例特征，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)比例最小，中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)比例最大，各等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的采樣單元比例近似等于同等級(jí)干擾度與脆弱度比例加和的平均值。

圖2 礦區(qū)采樣單元與功能分區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布Fig.2 landscape eco-risk of sample units and the different functional zones of opencast mining area

表1 礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)Table 1 landscape eco-risk statistics of opencast mining area

3.2 礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)性

礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果表明，Moran's I為0.7521且隨機(jī)分布檢驗(yàn)Z值高達(dá)39.7341，說明礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值存在顯著的空間正相關(guān)，即風(fēng)險(xiǎn)值高的區(qū)域，周邊區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)值亦高;風(fēng)險(xiǎn)值低的區(qū)域，周邊區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)值亦低;空間趨同集聚現(xiàn)象明顯。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.0252，相對(duì)較小，說明風(fēng)險(xiǎn)值大小波動(dòng)不明顯，總體水平較為平穩(wěn)。

對(duì)比景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值的空間鄰接特征(圖3)，可以發(fā)現(xiàn)，HH象限內(nèi)的研究單元風(fēng)險(xiǎn)值差距較大，散點(diǎn)較為分散，即高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)部差異較大;LL象限內(nèi)的研究單元風(fēng)險(xiǎn)值差距較小，散點(diǎn)較密集，即低風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)部差異不明顯;LH象限的研究單元數(shù)目較少，低高離群程度較為顯著。即存在有一部分風(fēng)險(xiǎn)“低洼”區(qū)域(低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)被高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包圍);HL象限的研究單元數(shù)目最少且高低離群程度更低。即存在個(gè)別風(fēng)險(xiǎn)“高聳”區(qū)域(高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)被低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包圍)。同時(shí)，散點(diǎn)接近于回歸線，表明在局部空間上，它們呈現(xiàn)更顯著的“同質(zhì)集聚、異質(zhì)隔離”特征。

基于LISA指數(shù)分析礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的集聚特征(圖3)，并通過P≤0.05的顯著性檢驗(yàn)。圖中“熱點(diǎn)”、“冷點(diǎn)”十分突出，同時(shí)存在一定數(shù)量的空間“奇異值”。其中，“熱點(diǎn)”主要集聚于礦業(yè)核心區(qū)與城市生活區(qū);“冷點(diǎn)”主要集聚在半自然、自然區(qū)域?！盁狳c(diǎn)”、“冷點(diǎn)”的位置與功能分區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系證明人類活動(dòng)的集聚程度與風(fēng)險(xiǎn)的空間集聚程度是對(duì)應(yīng)的。低高離群“奇異點(diǎn)”位于礦業(yè)核心區(qū)，原因是該區(qū)域的復(fù)墾林地周邊存在較高風(fēng)險(xiǎn)的裸地、采掘地;而高低離群“奇異點(diǎn)”位于半自然、自然區(qū)，原因是裸地區(qū)域被林地與坡耕地包圍?？傮w而言，“奇異點(diǎn)”一般為局部風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生急劇變化的區(qū)域，也是風(fēng)險(xiǎn)最可能蔓延的位置。

3.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因子分析

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間差異的決定因素包括:景觀的干擾度與脆弱度。景觀干擾度可視為外因(人為干擾)，景觀脆弱度可視為內(nèi)因(景觀自身維持生態(tài)穩(wěn)定性的能力)，而內(nèi)、外因在影響風(fēng)險(xiǎn)的大小及空間分異的作用是有差別的。

圖3 礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)Moran散點(diǎn)分布與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值LISA指數(shù)空間特征Fig.3 Moran scatter plot and Cluster map of LISA of landscape eco-risk of opencast mining area

本研究分析各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與干擾度及脆弱度水平的對(duì)應(yīng)關(guān)系，理論上共有27種組合模式，但實(shí)際疊加只有14種對(duì)應(yīng)模式(圖4)。其中，低風(fēng)險(xiǎn)采樣單元比例較高，以LLM、LML模式為主，各模式比例差異較大;中等風(fēng)險(xiǎn)采樣單元比例最高，各模式比例差距較小，其中以MMM、MLM與MML模式為主，其余模式均為零星分布;高風(fēng)險(xiǎn)采樣單元以HHM、HHH兩種模式為主?？偨Y(jié)而言，低風(fēng)險(xiǎn)且低干擾度的采樣單元比例最大(31.5%)，說明決定低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的主導(dǎo)因素是景觀干擾度;同理，高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)下，高干擾度的采樣單元比例最大(7.65%)，即景觀干擾度起主導(dǎo)作用;而中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)下，中等脆弱度采樣單元比例最大(39.8%)，即景觀脆弱度起主導(dǎo)作用。由此可知，低、高風(fēng)險(xiǎn)主要由“外因”驅(qū)動(dòng)為主，而中等風(fēng)險(xiǎn)以“內(nèi)因”驅(qū)動(dòng)為主。

圖4 礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)Fig.4 The statistics of landscape eco-risk structure

同時(shí)，對(duì)比各風(fēng)險(xiǎn)組合模式的空間分布格局(圖5)與景觀功能分區(qū)，可以發(fā)現(xiàn)，由低風(fēng)險(xiǎn)到高風(fēng)險(xiǎn)，各種結(jié)構(gòu)的集聚形式趨于簡(jiǎn)單。其中，HHH模式主要集聚于礦業(yè)核心區(qū)，HHM主要集聚于礦業(yè)生活區(qū)外圍與城市生活區(qū)的核心;MML、MMM與MLM3種主要模式大面積分布于自然、半自然區(qū)域、城市生活區(qū)及礦業(yè)核心區(qū)邊緣，整體面積較大、分布較散;LLM、LML模式局部集聚特征明顯，且于自然區(qū)、半自然區(qū)、礦業(yè)核心區(qū)分布較多。綜合景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間格局，總體來看，區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大，景觀類型越單一，風(fēng)險(xiǎn)的空間集聚程度越大。由此可見，人類干擾是景觀多樣性喪失、景觀結(jié)構(gòu)單一化的重要影響因素。

4 結(jié)論與討論

本研究基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)原理，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)理論，構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型定量表征露天礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況。研究結(jié)果表明，礦區(qū)大部分區(qū)域的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于中、低水平，礦業(yè)生產(chǎn)地區(qū)處于高水平;而大規(guī)模的土地破壞、壓占等礦業(yè)生產(chǎn)與生活擾動(dòng)是高風(fēng)險(xiǎn)的主要來源。雖然這種干擾波及范圍小，但呈現(xiàn)出由礦業(yè)核心生產(chǎn)區(qū)向外蔓延的趨勢(shì);中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域以裸地、坡耕地、平原耕地等景觀類型為主，風(fēng)險(xiǎn)來源主要是城市生活與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。此外，惡劣的自然條件造成水土流失嚴(yán)重、植被退化，形成大面積生態(tài)穩(wěn)定性低的裸地、荒草地，使得平朔礦區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境整體較為脆弱。因此，在生態(tài)環(huán)境治理、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范的過程中，需要從自然條件出發(fā)，因地制宜，采用適宜的植被覆蓋類型、多層次的治理、復(fù)墾手段對(duì)礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行分類型、分重點(diǎn)治理。

圖5 礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)空間分布Fig.5 Landscape eco-risk structure and distribution in opencast mine area

對(duì)比不同功能區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，表明礦區(qū)整體呈現(xiàn)人工區(qū)風(fēng)險(xiǎn)＞半自然區(qū)＞自然區(qū)的空間分異特征。但是，礦業(yè)核心區(qū)不是風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域，城市生活區(qū)風(fēng)險(xiǎn)水平反而更高，同樣礦業(yè)生活區(qū)比部分半自然區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)值小。這些異?？赡苁秋L(fēng)險(xiǎn)值在空間的累積速度小于面積的擴(kuò)張速度(面積越大，其均值就越小)，且這種面積與均值的關(guān)系在決定功能分區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)平均水平方面呈主導(dǎo)作用。此外，不同區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)值的差異一方面表明干擾的空間分異特征較為明顯，另一方面說明人類的生產(chǎn)、生活擾動(dòng)是主要的風(fēng)險(xiǎn)源。因此，從基礎(chǔ)環(huán)節(jié)層面控制風(fēng)險(xiǎn)要從減少人類擾動(dòng)、減輕破壞程度、科學(xué)處理已有破壞痕跡等方面出發(fā)。

進(jìn)一步的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)分析表明，礦區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值呈現(xiàn)明顯的空間正相關(guān)關(guān)系，說明風(fēng)險(xiǎn)具有顯著的空間集聚特征。局部空間的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值具有明顯的“冷點(diǎn)”、“熱點(diǎn)”區(qū)域，這為針對(duì)性開展生態(tài)環(huán)境治理工作提供了空間參考范圍。同時(shí)，明顯的“奇異點(diǎn)”為預(yù)測(cè)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)水平將要發(fā)生變化提供了依據(jù)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)防控起到預(yù)警作用;尤其是“低洼”區(qū)域極易成為下階段風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散的突破口，應(yīng)在礦區(qū)環(huán)境管理工作中予以重點(diǎn)關(guān)注。而對(duì)比風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因子的組合形式發(fā)現(xiàn)，高風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，干擾度為主要驅(qū)動(dòng)因子，即造成風(fēng)險(xiǎn)的外因起主導(dǎo)作用;而中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，脆弱度為主要驅(qū)動(dòng)因子，即景觀內(nèi)在的特質(zhì)為決定性因素。因此，對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，宜重點(diǎn)控制外界擾動(dòng)強(qiáng)度，從風(fēng)險(xiǎn)源頭控制;而針對(duì)中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，則需加強(qiáng)脆弱度低的景觀類型的覆蓋度。

但是，需要指出的是，上述研究結(jié)果均為基于一期遙感影像對(duì)未來風(fēng)險(xiǎn)的估測(cè)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)律有待于在多期影像的長(zhǎng)時(shí)間序列評(píng)估中進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，囿于TM遙感影像空間分辨率，本研究未能進(jìn)一步細(xì)分礦業(yè)核心生產(chǎn)區(qū)域，有待深入探析礦山開采作業(yè)區(qū)內(nèi)部不同礦業(yè)生產(chǎn)單元之間的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異特征。此外，采用專家打分法對(duì)干擾度權(quán)重及脆弱度進(jìn)行賦值，這種方法盡管具備專家經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，仍存在一定主觀性，對(duì)研究結(jié)果帶來了一定的不確定性。

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