基于GIS的石漠化山區(qū)縣域土地利用空間變化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)測度

彭文君, 舒英格,2

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 貴陽 550025; 2.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 貴陽 550025)

土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)用于描述和評價(jià)人為活動(dòng)、自然災(zāi)害或者環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能所造成的影響[1]。研究土地利用的分布和變化，能進(jìn)一步解釋人類定居和資源利用的空間格局[2]，其直接影響著土地生態(tài)系統(tǒng)的健康，因此，在探索土地利用動(dòng)態(tài)變化的基礎(chǔ)上研究土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對土地資源的合理利用和實(shí)現(xiàn)土地生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡更具現(xiàn)實(shí)意義。土地利用空間變化是一個(gè)極復(fù)雜的過程，它不但受自然因素的制約，而且受到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等的影響，具有很強(qiáng)的綜合性和地域性[3]。隨著人類對土地資源開發(fā)程度的不斷增強(qiáng)，土地資源面臨著更大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，如何量化該風(fēng)險(xiǎn)，以制定相應(yīng)的預(yù)防、解決措施已成為目前學(xué)術(shù)界的研究重點(diǎn)。Laura E.Jackson[4]認(rèn)為研究土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)目的是給導(dǎo)致高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的原因排序，并告知當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃和決策部門，使區(qū)域和累積的生態(tài)退化最小化；L.L.Ubugunov[5]論證了利用風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)進(jìn)行荒漠化生態(tài)評價(jià)的可能性；孫琦[6]利用GIS空間分析方法進(jìn)行礦區(qū)土地?fù)p毀的風(fēng)險(xiǎn)源與風(fēng)險(xiǎn)受體評價(jià)；吳金華[7]對土地整治規(guī)劃進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理決策；Zhang Chang-Qing[8]建立了土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，并利用多元線性回歸和主成分分析法對土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了預(yù)測。劉引鴿[9]采用層次分析法和綜合指數(shù)法，建立自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)壓力生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，對土地利用結(jié)構(gòu)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估算；徐蘭等[10]通過構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，研究了土地利用變化對農(nóng)牧交錯(cuò)帶典型流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響。

可見，在研究內(nèi)容上包括了對生態(tài)退化、荒漠化生態(tài)評價(jià)、土地?fù)p毀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、土地整治規(guī)劃生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等的研究。在研究方法上主要采用多元線性回歸、主成分分析法、層次分析法、綜合指數(shù)法、構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型等對土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。在研究尺度上涵蓋了省[11]、市[12]、縣[13]，研究區(qū)域涉及了流域[14]、綠洲[15]、平原[16]、高原[17]等。但是針對石漠化山區(qū)，對土地利用空間變化及土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究卻極少，并且在已有研究中多以短時(shí)間跨度的分析為主，時(shí)間較為久遠(yuǎn)，忽略了長時(shí)間的演變過程分析和近年來的變化狀況。因此，本文以貴州省典型石漠化山區(qū)晴隆縣為例，重點(diǎn)研究該區(qū)域1988—2016年土地利用空間上的變化及其對土地生態(tài)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，以揭示石漠化山區(qū)近30 a的土地利用空間變化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)演變趨勢，以期為貴州省乃至全國范圍內(nèi)的石漠化地區(qū)土地資源的可持續(xù)發(fā)展及土地生態(tài)安全的保護(hù)提供一定的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

睛隆縣地處貴州省西南側(cè)，黔西南布依族苗族自治州的東北角(105°01′—105°25′E，25°33′—26°11′N)，占地13.27萬hm2，現(xiàn)轄8個(gè)鎮(zhèn)、6個(gè)鄉(xiāng)(其中1個(gè)民族鄉(xiāng))。境內(nèi)地形起伏大，最高點(diǎn)海拔2 025 m，最低點(diǎn)海拔543 m，受北盤江及其支流的強(qiáng)烈切割，切深達(dá)500～700 m，屬深切割巖溶侵蝕山區(qū)，具有溝壑縱橫、巖溶發(fā)育強(qiáng)烈、落差大、地表干旱缺水等特征，10°—20°坡度占全縣坡度總面積的40.52%，20°以上的坡度占48.05%。屬溫涼濕潤的高原亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，陰雨天多，日照少，濕度大，年均降水量1 200 mm，屬于貴州降水量最多的區(qū)域之一。土壤類型有黃壤、黃棕壤、紅壤、紫色土、石灰土、水稻土等，土壤淺薄、基巖裸露度高、成土速度十分緩慢、生產(chǎn)力較低，屬于貴州省內(nèi)典型的高山石漠化貧困地區(qū)，石漠化面積達(dá)到8.85萬hm2，占全縣土地面積的66.70%。該縣生態(tài)環(huán)境十分脆弱，75%的耕地呈條形小塊坡地，保土、保肥、保水能力極差，自然災(zāi)害頻繁。嚴(yán)重的土地石漠化是導(dǎo)致晴隆縣成為國家級貧困縣的重要原因，人均耕地僅0.051 hm2，2015年黔西南布依族苗族自治州的GDP為801.65億元，人均GDP為2.85萬元，而晴隆縣GDP僅有55.13億元，人均GDP 1.65萬元。從80年代末至今，石漠化嚴(yán)重加劇，現(xiàn)已達(dá)到全省石漠化的40.56%。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源選取覆蓋晴隆縣的TM和OLI_TRIS三期遙感影像數(shù)據(jù)，分辨率都為30 m，行列索引幅128/42，時(shí)相分別為1988年9月15日(Landsat4—5 TM衛(wèi)星數(shù)據(jù))，2000年11月3日(Landsat4—5 TM衛(wèi)星數(shù)據(jù))，2016年3月20日(Landsat 8 OLI_TRIS衛(wèi)星數(shù)據(jù))。在ENVI 5.1，Google Earth 7.1.5，ArcGIS 10.2軟件平臺下，經(jīng)過幾何校正，采用監(jiān)督分類和人工目視解譯相結(jié)合的方法，獲取三年的土地利用現(xiàn)狀圖及土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣等土地利用分類信息。根據(jù)中科院提出的土地利用類型劃分方法[18]，將晴隆縣土地利用類型分為：耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦及居民用地、未利用地共6類用途，利用ENVI 5.1中的Confusion Matrix工具逐一對各期影像的處理結(jié)果執(zhí)行精度評估，Kappa系數(shù)分別為0.99，0.80，0.91，其精度能滿足研究需要。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)變化空間分析模型 為了測度區(qū)域土地利用變化在研究期間的活躍和強(qiáng)烈程度，本文引用土地利用動(dòng)態(tài)變化空間分析模型，著重分析土地利用轉(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)移和新增部分的具體動(dòng)態(tài)變化[19]，其計(jì)算公式為：

(1)

(2)

(3)

式中：TRLi表示第i種土地利用類型的轉(zhuǎn)出速率；IRLi表示第i種土地利用類型的轉(zhuǎn)入速率；CCLi表示第i種土地利用類型的空間變化速率；LA(i,t1)表示研究初期第i種土地利用類型的面積；ULAi表示研究期間第i種土地利用類型未變化部分的面積；LA(i,t1)-ULAi為研究期間第i種土地利用類型轉(zhuǎn)移部分的面積；LA(i,t2)-ULAi表示研究期間新增部分面積；t1，t2分別表示研究期初、期末的時(shí)間。

2.2.2 土地利用空間變化率指數(shù) 土地利用動(dòng)態(tài)變化空間分析模型能有效刻畫土地利用類型的空間變化速率，但缺乏針對各土地利用類型相互轉(zhuǎn)化劇烈程度的描述。為此，本文引入土地利用空間變化率指數(shù)，旨在測算研究期間某土地利用類型空間變化的規(guī)模和變化程度[20]。其計(jì)算公式為：

ΔVi=[LA(i,t2)-ULAi]+[LA(i,t1)-ULAi]

Fi=CCLi×LA(i,t1)/A

(4)

式中：Fi表示第i種土地利用類型的空間變化率指數(shù)；ΔVi表示研究期間該類型土地變化總量；A表示研究區(qū)面積；t1，t2分別表示研究期初、期末的時(shí)間。

2.2.3 土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) 土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)用于描述研究區(qū)內(nèi)綜合生態(tài)損失的相對大小，將地類空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為空間化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變量，從而建立土地利用類型與區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系[21]。其計(jì)算公式為：

(5)

式中：RE為土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；n為土地利用類型的數(shù)量；Ai為研究區(qū)內(nèi)第i種土地利用類型的總面積；As為研究區(qū)總面積；Ri為第i種土地利用類型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度系數(shù)。參考相關(guān)文獻(xiàn)后[22]，最終確定不同土地利用類型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度系數(shù)依次為：耕地0.32，林地0.14，草地0.16，水域0.45，建設(shè)用地0.72，未利用地0.82。

2.2.4 土地利用變化綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度的指標(biāo)選取 本文選取6項(xiàng)土地利用指標(biāo)和景觀指標(biāo)來描述研究區(qū)土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)變化情況，見表1，(6)—(8)為土地利用指標(biāo)，(9)—(11)為景觀指標(biāo)[23]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間類型

使用ArcGIS 10.2中ArcToolbox(Spatial Analyst-Reclassify，Raster Calulator)對三期遙感影像進(jìn)行處理，得到晴隆縣1988—2000年、2000—2016年土地利用空間變化，可以地看出晴隆縣近30 a來各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用類型的變化情況。

表1 土地利用指標(biāo)及景觀指標(biāo)

前12 a間主要發(fā)生以下變化:馬場鄉(xiāng)、蓮城鎮(zhèn)、光照鎮(zhèn)大量未利用地轉(zhuǎn)為林地，大廠鎮(zhèn)、碧痕鎮(zhèn)、花貢鎮(zhèn)、中營鎮(zhèn)大量林地轉(zhuǎn)為草地，花貢鎮(zhèn)、馬場鄉(xiāng)大量耕地轉(zhuǎn)為林地，沙子鎮(zhèn)、三寶彝族鄉(xiāng)、安谷鄉(xiāng)大量草地轉(zhuǎn)為林地；后16 a間主要發(fā)生以下變化：花貢鎮(zhèn)、馬場鄉(xiāng)大量未利用地轉(zhuǎn)為草地，安谷鄉(xiāng)、三寶彝族鄉(xiāng)大量林地轉(zhuǎn)為草地，蓮城鎮(zhèn)、光照鎮(zhèn)、馬場鄉(xiāng)大量耕地轉(zhuǎn)為城鄉(xiāng)工礦及居民用地，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有部分未利用地轉(zhuǎn)為城鄉(xiāng)工礦及居民用地，其中蓮城鎮(zhèn)分布最密集，晴隆縣北部有部分城鄉(xiāng)工礦及居民用地轉(zhuǎn)為水域和林地、南部有大量水域轉(zhuǎn)為草地和未利用地。

根據(jù)不同土地利用類型新增來源及轉(zhuǎn)移去向(圖1)，可知：1988—2000年期間(圖1A)，耕地變化最為強(qiáng)烈，其轉(zhuǎn)移去向在各類用地中占比最大(66.37%)，新增來源卻占比最小(0.32%)，主要轉(zhuǎn)為林地、城鄉(xiāng)工礦及居民用地，可見區(qū)域耕地的凈面積在急劇減少，城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是耕地面積銳減的重要原因；草地的新增來源占比最大(45.63%)，主要來自耕地和未利用地；城鄉(xiāng)工礦及居民用地的轉(zhuǎn)移去向占比最小(0.22%)。2000—2016年期間(圖1B)，未利用地的轉(zhuǎn)移去向在各類用地中占比最大(37.86%)，主要轉(zhuǎn)為了草地和城鄉(xiāng)工礦及居民用地，草地的新增來源在各類用地中占比最大(58.28%)，主要來自耕地、林地、未利用地。城鄉(xiāng)工礦及居民用地轉(zhuǎn)移去向占比最小(1.01%)，水域的新增來源占比最小(0.42%)。

注：A表示耕地；B表示林地；C表示草地；D表示水域；E表示城鄉(xiāng)居民地；F表示未利用地。

圖1晴隆縣各地類轉(zhuǎn)移動(dòng)向

對三期遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測操作，可以獲得兩個(gè)時(shí)段土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣(表2—3)?？傮w來看從1988—2016年，耕地面積在持續(xù)減少，耕地的流出方向主要為林地、草地、城鄉(xiāng)工礦及居民用地；林地和草地面積有所增加，除了耕地所做的貢獻(xiàn)外，另一個(gè)主要流入方向?yàn)槲蠢玫兀怀青l(xiāng)工礦及居民用地在這一時(shí)期有一定的擴(kuò)張，大多來自耕地和未利用地；水域范圍在縮小，流出方向?yàn)椴莸睾臀蠢玫兀挥捎谵D(zhuǎn)化為林地、草地、城鄉(xiāng)工礦及居民用地，未利用地的面積在持續(xù)減少。

分時(shí)段看，1988—2000年，土地利用類型主要在耕地、林地、草地、未利用地間轉(zhuǎn)化；2000—2016年，土地利用類型主要在耕地、草地、城鄉(xiāng)工礦及居民用地、未利用地間轉(zhuǎn)化。

表2 1988-2000年晴隆縣土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間特征

由表4可知，1988—2016年研究區(qū)域未利用地的空間變化最為活躍，城鄉(xiāng)工礦及居民用地次之，都呈現(xiàn)很強(qiáng)烈的擴(kuò)張態(tài)勢，其中，未利用地的空間變化速率從前一時(shí)段的3.32%上升到后一時(shí)段的7.04%，城鄉(xiāng)工礦及居民用地從2.24%上升到3.98%，林地的空間變化最小，且空間變化速率從0.85%下降到了0.28%。對比前后兩個(gè)時(shí)段的空間分析模型，從轉(zhuǎn)出速率和轉(zhuǎn)入速率角度可以發(fā)現(xiàn)整體上晴隆縣后期的變化比前期快。具體來看，1988—2000年，未利用地的轉(zhuǎn)出速率最快(3.17%)，林地的轉(zhuǎn)出速率最慢(0.02%)；城鄉(xiāng)工礦及居民用地的轉(zhuǎn)入速率最快(2.17%)，耕地的轉(zhuǎn)入速率最慢(0.01%)。2000—2016年，仍然是未利用地轉(zhuǎn)出速率最快(4.99%)，城鄉(xiāng)工礦及居民用地轉(zhuǎn)出速率最慢(0.20%)；而城鄉(xiāng)工礦及居民用地轉(zhuǎn)入速率最快(3.78%)，耕地轉(zhuǎn)入速率最慢(0.04%)?？梢?，兩個(gè)時(shí)段均為未利用地轉(zhuǎn)出速率最快、城鄉(xiāng)工礦及居民用地轉(zhuǎn)入速率最快、耕地的轉(zhuǎn)入速率最慢，說明在此期間晴隆縣占用大量未利用地和耕地來滿足城鎮(zhèn)化發(fā)展的需要。

表3 2000-2016年晴隆縣土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表4 晴隆縣土地利用類型空間變化速率 %

3.3 土地利用類型空間變化的劇烈程度

由表5可知，1988—2000年耕地變化最為明顯，達(dá)到47.23%，說明耕地與其他類型土地利用間空間轉(zhuǎn)化的幅度最大、變化最為劇烈；林地和草地劇烈程度也較為明顯，分別為32.40%和32.95%。2000—2016年草地變化最為明顯，達(dá)34.86%，未利用地次之，為28.27%。從前后兩個(gè)時(shí)段變化情況來看，除了耕地和林地，其他用地類型的空間變化率后期均大于前期，說明隨著該區(qū)域土地利用類型間相互轉(zhuǎn)化越來越頻繁，空間動(dòng)態(tài)變化也愈加突出。

表5 晴隆縣土地利用類型空間變化率指數(shù) %

3.4 土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分析

根據(jù)公式(5)可得晴隆縣1988年、2000年、2016年的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，分別為0.215，0.244，0.236，可見晴隆縣近30 a的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。通過計(jì)算可得各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(表6)：近30 a來，在晴隆縣的14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，只有3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是增大的，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均下降，說明晴隆縣整體上的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可能發(fā)生的綜合性概率有所降低。

表6 1988年、2016年晴隆縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分為低、中、高三個(gè)等級，各區(qū)間以0.1等距劃分：0.1

圖21988-2016年晴隆縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分級

通過上文對土地利用動(dòng)態(tài)變化的類型和特征的分析，可以發(fā)現(xiàn)耕地、草地、未利用地三種土地利用類型間的轉(zhuǎn)化是晴隆縣最為主要的土地利用變化形式。特別是位于中部地區(qū)，耕地和草地相互交織，加之三種類型用地轉(zhuǎn)化劇烈，使該部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)出脆弱性，隨之區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性相繼增大。

3.5 土地利用變化的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度分析

綜合以上土地利用指數(shù)和景觀指數(shù)的分析，可知：植被覆蓋指數(shù)、多樣性、優(yōu)勢度越大，風(fēng)險(xiǎn)程度越小，因此計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)時(shí)取負(fù)號；土地利用程度綜合指數(shù)、耕地墾殖指數(shù)、破碎度越大，風(fēng)險(xiǎn)程度越大，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)時(shí)取正號[24]。將土地利用程度綜合指數(shù)、耕地墾殖指數(shù)、植被覆蓋率、多樣性、優(yōu)勢度、破碎度歸一化后，加和得到1988年、2000年、2016年的晴隆縣土地利用變化綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度(表7)。

表7 1988年、2000年、2016年晴隆縣土地利用變化綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度

研究區(qū)域的土地利用變化綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度從1988年的-0.014上升到2000年的-0.108，又下降到2016年的-0.093，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度呈現(xiàn)先增大后減小趨勢，這與上文中利用土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的研究結(jié)果相互印證，說明該評價(jià)模型用于評價(jià)石漠化山區(qū)縣域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是可行的。具體來看，耕地墾殖指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、多樣性指數(shù)一直減??；土地利用程度綜合指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)先減小后增大；破碎度指數(shù)先增大后減小。分析如下：

(1) 耕地墾殖指數(shù)一直減小，因?yàn)檠芯繀^(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)和硬件設(shè)施落后，加之宜農(nóng)荒地開墾潛力有限，使得研究區(qū)已開墾種植的耕地面積占土地總面積的比例持續(xù)下降，且耕地質(zhì)量得不到保障，致使這一時(shí)期土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)加劇。

(2) 植被覆蓋指數(shù)一直減小，由于晴隆縣地處亞熱帶濕熱環(huán)境中，氣候溫和，雨水集中，光熱資源豐富，為喀斯特地貌的強(qiáng)烈發(fā)育和土壤淋溶提供了必要的侵蝕能力和溶蝕條件，導(dǎo)致強(qiáng)烈的巖溶化進(jìn)程，加上人為的毀林開荒、森林植被的破壞、墾草種糧、土地的不合理利用等使晴隆縣石漠化程度不斷加深，其直接表現(xiàn)在植被覆蓋率下降，對該區(qū)域的生態(tài)安全造成嚴(yán)重影響。

(3) 多樣性指數(shù)一直減小，表現(xiàn)在各景觀類型所占比例差異增大，說明景觀類型逐漸趨于單一化、不均勻化，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，生物多樣性也隨之受到影響，最終會(huì)造成生境的退化。

(4) 土地利用程度綜合指數(shù)先減小后增大，前12 a間由于研究區(qū)自然屬性的可利用程度高，人類對其干擾程度較低，但后16 a間，由于土地利用處于發(fā)展時(shí)期，人類有意識對土地資源進(jìn)行大面積開發(fā)利用，隨著交通的便捷度不斷加強(qiáng)，開展土地利用操作的通達(dá)性提升，因此這一時(shí)期晴隆縣土地利用程度綜合指數(shù)增大。

(5) 優(yōu)勢度指數(shù)先減小后增大，優(yōu)勢度指數(shù)用于描述景觀由少數(shù)幾類斑塊控制的程度，表現(xiàn)在研究區(qū)域內(nèi)少數(shù)景觀類型占主導(dǎo)地位，各景觀類型的比例差異較大。主要是由于耕地在景觀類型中所占比重減小，城鎮(zhèn)用地所占比例提高，導(dǎo)致對景觀的控制作用增強(qiáng)。

(6) 破碎度指數(shù)先增大后減小，破碎度指數(shù)指土地利用分割的破碎程度，它的增大說明原來較大面積連續(xù)的的土地類型在干擾下被分割成很多面積較小的斑塊。從生態(tài)學(xué)的角度來看，平均斑塊面積減小會(huì)影響到種群的大小和滅絕的速率[25]，從而加大了風(fēng)險(xiǎn)概率。反之，會(huì)使風(fēng)險(xiǎn)概率有所下降。

4 結(jié) 論

本文以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助ArcGIS 10.2軟件平臺，在探討石漠化山區(qū)縣域土地利用空間變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，引入土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，使得人類干擾下的土地利用與區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)形成有機(jī)結(jié)合體，為及時(shí)掌握現(xiàn)勢性土地利用變化的空間動(dòng)態(tài)分布信息提供了有效依據(jù)，旨在為區(qū)域土地生態(tài)環(huán)境的管理提供理論基礎(chǔ)和可量化的決策支持，為保護(hù)我國石漠化地區(qū)土地生態(tài)安全提供一定的參考。

(1) 對土地利用空間類型和特征分析可得：根據(jù)用地類型間的空間變化程度，1988—2000年，晴隆縣耕地和未利用地屬于高速衰退型地類，歸因于“八五”期間，黔西南州加快了基礎(chǔ)工業(yè)建設(shè)的步伐，除了占用大面積未利用地外，建設(shè)所需土地通常要求在地勢平坦、寬闊的地方，往往是耕地分布的主要地區(qū)，這就造成了耕地面積迅速衰減；草地屬于高速擴(kuò)張型地類，除了耕地轉(zhuǎn)為草地外，林地、水域、未利用地也大量向草地轉(zhuǎn)化，這與該時(shí)期晴隆縣石漠化程度加深有關(guān)。2000—2016年，城鄉(xiāng)工礦及居民用地屬于極速擴(kuò)張型地類，由于從2001—2015年的三個(gè)五年計(jì)劃期間，晴隆縣各級各部門積極搶抓西部大開發(fā)和新一輪扶貧開發(fā)的機(jī)遇，施行了大量基礎(chǔ)保障建設(shè)，同時(shí)，城鎮(zhèn)化的發(fā)展也使得城鄉(xiāng)工礦及居民用地極速擴(kuò)張。

(2) 對土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分析可得：晴隆縣近30 a的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)來看，除了3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是增大的，剩余鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均下降，說明晴隆縣整體上的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可能發(fā)生的綜合性概率有所降低。但是到目前為止全縣除碧痕鎮(zhèn)屬低風(fēng)險(xiǎn)級以外，其余仍處于中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，生態(tài)安全狀況有待進(jìn)一步的改善。這與土地利用空間變化的結(jié)果相符，耕地、草地、未利用地三種土地利用類型間的劇烈轉(zhuǎn)化，使該部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境愈發(fā)脆弱，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級也居高不下。土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)能夠較好地評價(jià)土地生態(tài)環(huán)境狀況，針對以上問題，相關(guān)部門應(yīng)該對晴隆縣中等和高土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)高度重視，對低土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)要繼續(xù)加強(qiáng)建設(shè)，爭取使結(jié)構(gòu)更加合理，總之，要努力降低土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級，保障土地生態(tài)安全，早日實(shí)現(xiàn)零風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)。

(3) 對土地利用變化的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度分析可得：綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度呈現(xiàn)先增大后減小趨勢，與土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的測算結(jié)果相一致。隨著時(shí)間的推移，土地利用結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致了土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的改變，研究區(qū)人口上漲、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、城鄉(xiāng)工礦及居民用地極速擴(kuò)張等都對研究區(qū)的土地生態(tài)安全造成威脅。雖然從2000—2016年土地利用變化綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度有所下降，但土地利用程度綜合指數(shù)增大、植被覆蓋指數(shù)和多樣性指數(shù)在減小，突顯了石漠化程度加深、景觀類型單一、生態(tài)穩(wěn)定性差、土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概率加大等問題。因此，晴隆縣土地生態(tài)狀況仍然有惡化的趨勢。

結(jié)果表明，研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化空間結(jié)構(gòu)分析、土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合指標(biāo)測度均能較全面地反映該區(qū)域土地生態(tài)環(huán)境的演變趨勢，實(shí)現(xiàn)了土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的空間化和可視化，有利于制定基于不同土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的分級分區(qū)預(yù)防及治理措施，且針對研究區(qū)的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與土地利用變化的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度測算結(jié)果一致。由此說明采用此類方法研究石漠化山區(qū)的土地利用空間變化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是可行的，本文僅對特定區(qū)域過去近30 a的土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行探究，土地利用變化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測研究將是未來探索的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝花林.基于景觀結(jié)構(gòu)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(10):5020-5026.

[2] 李秀彬.土地利用變化的解釋[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2011,21(3):195-203.

[3] 張明鑫,謝樹春,李隴堂.寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)近13年土地利用空間布局變化及環(huán)境健康效應(yīng)[J].經(jīng)濟(jì)地理,2016(2):176-181.

[4] Jackson L E, Bird S L, Matheny R W, et al. A regional approach to projecting land-use change and resulting ecological vulnerability[J]. Environmental Monitoring & Assessment, 2004,94(1/3):231-248.

[5] Ubugunov L L, Kulikov A I, Kulikov M A. On the application of risk analysis technology for assessment of the ecological hazard of desertification (by the example of Republic of Buryatia)[J]. Contemporary Problems of Ecology, 2011,4(2):178-185.

[6] 孫琦,白中科,曹銀貴,等.特大型露天煤礦土地?fù)p毀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(17):278-288.

[7] 吳金華,張偉,劉小玲.基于RRM模型的神木縣土地整治規(guī)劃生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].中國土地科學(xué),2014(3):76-82.

[8] Zhang C Q, Dong B, Liu L, et al. Study on ecological risk assessment for land-use of wetland based on different scale[J]. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 2016,44(5):1-8.

[9] 劉引鴿.基于土地利用的陜西省生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].水土保持通報(bào),2011,31(3):180-184，189.

[10] 徐蘭,羅維,周寶同.基于土地利用變化的農(nóng)牧交錯(cuò)帶典型流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià):以洋河為例[J].自然資源學(xué)報(bào),2015,30(4):580-590.

[11] 王點(diǎn),廖富強(qiáng),齊述華,等.江西省土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].中國人口·資源與環(huán)境,2016(S1):186-189.

[12] 胡金龍,王金葉,鄭文俊,等.基于土地利用變化的桂林市區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013(3):84-88.

[13] 施婷婷,許章華.2005—2014年平潭縣土地利用變化及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,34(3):278-288.

[14] 趙巖潔,李陽兵,邵景安.基于土地利用變化的三峽庫區(qū)小流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià):以草堂溪為例[J].自然資源學(xué)報(bào),2013,28(6):944-956.

[15] 王文杰,張永福,王慧杰.基于GIS干旱區(qū)綠洲縣域土地利用變化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析:以新疆澤普縣為例[J].水土保持研究,2016,23(6):216-220.

[16] 孫麗娜,宋戈.松嫩高平原黑土區(qū)土地利用/覆被變化及其景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].水土保持研究,2012,19(1):148-153,158.

[17] 曾永年,靳文憑,王慧敏,等.青海高原東部土地利用變化模擬與景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014,30(4):185-194.

[18] 劉紀(jì)遠(yuǎn),匡文慧,張?jiān)鱿?等.20世紀(jì)80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局[J].地理學(xué)報(bào),2014,69(1):3-14.

[19] 劉盛和,何書金.土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間分析測算模型[J].自然資源學(xué)報(bào),2002,17(5):533-540.

[20] 李燦,湯惠君,王楓,等.快速城鎮(zhèn)化地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間測算分析:以北京市順義區(qū)為例[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,21(2):115-123.

[21] 李玉珍,張永福,安放舟.基于GIS的新和縣土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].水土保持研究,2015,22(1):172-175,180.

[22] 莫宏偉,任志遠(yuǎn).風(fēng)沙過渡區(qū)土地生態(tài)價(jià)值及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)研究:以陜北神木縣為例[J].中國沙漠,2010,30(2):357-362.

[23] Xia Qian, Song Guoli. Based on Changes in Land Use and Landscape Structure in Yueqing Bay Wetland Ecological Risk Analysis[C]∥ Intelligent Information Technology Application Association. Proceedings of 2011 International Conference on Ecological Protection of Lakes-Wetlands-Watershed and Application of 3S Technology(EPLWW3S2011 V1). Intelligent Information Technology Application Association,2011:278-283.

[24] 劉勇,張紅,尹京苑.基于土地利用變化的太原市土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究[J].中國土地科學(xué),2009,23(1):52-57.

[25] 宮繼萍,石培基,魏偉,等.基于土地利用變化的民勤縣土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究[J].土壤通報(bào),2012,43(5):1029-1035.