基于自然-經(jīng)濟(jì)-景觀多源體系的呂梁山土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

宋曉靜，周淑琴，王 勇，荊耀棟，劉立文，王貝貝

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

生態(tài)環(huán)境評價(jià)是一種能有效支持生態(tài)系統(tǒng)管理的新模式［1］，土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的測算是當(dāng)前生態(tài)環(huán)境評價(jià)的組成部分［2，3］。土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)以景觀生態(tài)學(xué)的生態(tài)過程與空間格局的耦合為視角，注重風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空異質(zhì)性和尺度效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)多源風(fēng)險(xiǎn)受體的綜合表征及其空間可視化［4］。當(dāng)前，構(gòu)建景觀干擾度和脆弱度指數(shù)［5，6］揭示區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布特征，已成為評價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的新方法之一。劉珍環(huán)等［7］通過脆弱度和干擾度指數(shù)評價(jià)三江平原的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，揭示該區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布與格局變化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理念基于自然資本及其生態(tài)服務(wù)功能［8］，以期實(shí)現(xiàn)人類福祉最大化［9］，包括供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)4方面［10-13］。由于自然資本在城鎮(zhèn)擴(kuò)張中不斷遭受破壞和侵蝕，導(dǎo)致自然景觀轉(zhuǎn)為人為景觀，生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)功能衰退，“碳匯”功能減弱或喪失［14］，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也在不斷下降［15］。馬倩等［16］采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式與單位面積價(jià)值當(dāng)量表，分析新疆艾比湖生態(tài)脆弱區(qū)1990—2007 年和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化對土地利用特征的影響。

為實(shí)現(xiàn)多視角下的生態(tài)環(huán)境評價(jià)，現(xiàn)階段學(xué)者們的研究從單一對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測算逐步走向二者的融合［17］?？爹i等［18］將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)引入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，建議結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)的特征及評價(jià)要求，建立動(dòng)態(tài)評價(jià)模型，模擬不同情景下生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高低對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，有效改進(jìn)傳統(tǒng)評價(jià)模型。曹祺文等［19］以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化為基礎(chǔ)構(gòu)建多維度指標(biāo)體系，建立基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（ESRISK）框架，創(chuàng)新了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法。鐘小龍［20］分別計(jì)算景觀指數(shù)和土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并對二者關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果證明，二者之間存在協(xié)同作用，景觀指數(shù)的變化對土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有一定的影響。

十九大以來，習(xí)近平總書記提出“加強(qiáng)生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國”。生態(tài)文明建設(shè)成為熱點(diǎn)，面向生命共同體治理的生態(tài)環(huán)境評價(jià)顯得尤為重要。呂梁山作為拱衛(wèi)京津冀和黃河生態(tài)安全的重要屏障［21］，區(qū)域內(nèi)山、水、林、田、湖、草、沙各自然要素構(gòu)成生命共同體。區(qū)域生態(tài)環(huán)境復(fù)合評價(jià)體系包括自然、經(jīng)濟(jì)和景觀生態(tài)安全［9，22］，前期研究多選取某層或二者結(jié)合展開。鑒于此，本研究以人為活動(dòng)頻繁的自然地理單元——呂梁山為例，以“地理+生態(tài)”［23］的模式剖析土地利用變化下的生態(tài)效應(yīng)，從植被退化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、景觀生態(tài)角度3 個(gè)層面展開評價(jià)，深度挖掘呂梁山區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及問題，提出系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)建議。這是加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求［23］，也是實(shí)現(xiàn)區(qū)域山水林田湖草沙生命共同體的治理修復(fù)，提高該地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和管控能力的重要參考。

1 研究區(qū)概況

呂梁山位于山西省西部，黃河山西段東岸。呂梁山以西為水土流失和風(fēng)沙區(qū)，以東為盆地與山區(qū)的過渡帶，山脈主脊兩側(cè)多分布為天然林地（圖1）。海拔高度在543～2 772 m，大部分區(qū)域集中于1 100～1 800 m。以山地和丘陵為主，地形起伏大、地貌類型多樣，林地、草地在農(nóng)用地中占有重要位置，坡耕地多且布局零散。大陸性季風(fēng)氣候，降水分布不均且多集中于6—9 月。土壤類型以黃綿土、褐土、淺栗褐土為主，著名景點(diǎn)關(guān)帝山、蘆芽山等分布有成片原始林地，森林資源豐富，華北落葉松、油松、云杉、白杄和青杄林林地呈條狀自北向南分布。西部集中分布有成片發(fā)育良好的亞高山草原，為省內(nèi)重要牧場。呂梁山作為國家著名革命老區(qū)，是拱衛(wèi)京津冀和黃河生態(tài)安全的重要屏障，也是山西省生態(tài)建設(shè)和脫貧攻堅(jiān)的主戰(zhàn)場，在發(fā)展過程中堅(jiān)持“以創(chuàng)新促增綠，以改革促增收”的目標(biāo)，力爭改善老區(qū)人民生產(chǎn)生活條件，打好打贏生態(tài)治理和脫貧攻堅(jiān)兩場戰(zhàn)役。

圖1 研究區(qū)位置

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境與數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）2000 年、2010 年、2018 年土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并按照國家土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)（GB/T21010—2017），結(jié)合山西省實(shí)際情況，將土地利用類型分為耕地、林地、水域、草地、建設(shè)用地和未利用地6 類。高程及行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)下載自地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn）。NDVI 數(shù)據(jù)來源于MOD13Q2 16d 合成產(chǎn)品，空間分辨率500 m，時(shí)間序列2000—2018 年，采用像元二分模型合成研究區(qū)逐年植被覆蓋度（FVC）數(shù)據(jù)。通過重采樣將數(shù)據(jù)統(tǒng)一成30 m。所涉及到的矢量行政區(qū)數(shù)據(jù)來自于地理國情監(jiān)測云平臺（http：//www.dsac.cn/）。其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自歷年中國統(tǒng)計(jì)年鑒、山西省統(tǒng)計(jì)年鑒匯編，相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算得到。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)核算模型 根據(jù)研究區(qū)范圍和平均板塊面積（2～5 倍），采用5 km×5 km 格網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)格化采樣，將呂梁山劃分為1 840 個(gè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)，計(jì)算每一小區(qū)內(nèi)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值（ERI），并將其作為樣本中心點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。引入景觀干擾度Ui、脆弱度Li和損失度Ri來計(jì)算景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)［4，5］。

式中，ERI為研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，Ak是景觀總面積，Aki是某一景觀類型i的面積，m為景觀類型的數(shù)量，Ri是第i類景觀損失度指數(shù)。

景觀干擾度Ui由景觀破碎度Ci、景觀分離度Fi、景觀優(yōu)勢度Di賦予權(quán)重后計(jì)算得出，結(jié)合前人研究成果［4，5，22］，將其權(quán)重分別賦予 0.5、0.2、0.3。景觀脆弱度用來表示不同景觀類型遭受到外界干擾后的敏感程度，根據(jù)呂梁山土地利用分類情況并結(jié)合已有成果，將景觀脆弱性分為6 級，從高到低依次為耕地、草地、水域、未利用地、林地、建設(shè)用地，進(jìn)行歸一化處理。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型 基于當(dāng)量因子表以及謝高地等［23-25］在2015 年修訂和補(bǔ)充的“單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）當(dāng)量表”，定義為每公頃農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中糧食生產(chǎn)凈利潤作為標(biāo)準(zhǔn)下ESV的當(dāng)量。呂梁山地區(qū)的農(nóng)業(yè)用地中，耕地以旱地為主；林地以有林地、灌木林地和針闊葉混交林為主。本研究尺度均在山西省內(nèi)，區(qū)域內(nèi)部自然地理特征基本一致，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都以旱作農(nóng)業(yè)為主，各生態(tài)系統(tǒng)屬性相近，可以利用傳統(tǒng)方法核算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（表1）。

表1 2000—2018 年呂梁山生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值均值 （單位：108元）

式中，ESV、ESVf分別為研究區(qū)第i類服務(wù)各功能的價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值；Ai為第i種土地利用類型的面積；VCi為第i種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。

2.2.3 植被退化趨勢評價(jià) 根據(jù)GB19377—2003《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標(biāo)》［26］、呂梁山植被退化現(xiàn)狀和相關(guān)研究，選擇植被覆蓋度（FVC）作為植被退化監(jiān)測指標(biāo)，將呂梁山2000—2018 年植被退化程度分為3 級：未退化、輕度退化、中重度退化（表2）。采用Sen+Mann-Kendall 趨勢檢驗(yàn)法對2000—2018 年FVC退化趨勢以及空間格局進(jìn)行分析。Sen+Mann-Kendall 作為一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，樣本無需遵從一定分布，規(guī)避異常值干擾的能力強(qiáng)，廣泛用于檢驗(yàn)時(shí)間序列變化趨勢的研究［27］。顯著性檢驗(yàn)公式如下。

表2 基于FVC 的植被退化程度分級

式中，n代表時(shí)間序列長度，S代表時(shí)間序列中對偶值的大小關(guān)系，Var(S)代表S的方差，Zc為檢驗(yàn)結(jié)果。一般在顯著性水平α=0.05 下進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，|Z|≥ 1.96 呈顯著變化。

趨勢度計(jì)算公式如下。

式 中 ，F(xiàn)VCa、FVCb代 表 第a年 和 第b年 各 像 元FVC的最大合成值。β值為正，表示FVC呈上升趨勢，負(fù)值則表示為下降趨勢。該部分通過R編程實(shí)現(xiàn)。

2.2.4 雙變量空間自相關(guān)模型 雙變量空間自相關(guān)模型是探索性空間數(shù)據(jù)分析（Exploratory spatial data analysis，ESDA）的一種。ESDA 是通過描述某一地理事物的空間分布，并對其進(jìn)行可視化處理，識別其空間布局、集聚特點(diǎn)和異常，揭示對象的空間模式和作用機(jī)制［28］。ESDA 包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。其中，以全局空間自相關(guān)研究整體空間關(guān)系，以局部空間自相關(guān)研究空間的變異狀況。通過ArcGIS 和GeoDa 空間計(jì)量分析軟件引入ESDA，構(gòu)建雙變量探究生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的相互作用機(jī)制。

1）全局空間自相關(guān)。全局空間自相關(guān)通常采用Moran’s I 指數(shù)表示。Moran’s I 的絕對值越接近 1，表明研究單元的空間自相關(guān)程度越強(qiáng)，計(jì)算公式如下。

式中，I為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)i與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值j的雙變量自相關(guān)系數(shù)，yi、yj表示某個(gè)單元的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，n為研究單元的數(shù)量，代表兩個(gè)指數(shù)的均值；ωij是相鄰權(quán)重，σs、σr代表兩個(gè)指數(shù)的方差。

2）局部空間自相關(guān)。LISA 圖用以識別生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)高值、低值的空間關(guān)聯(lián)模式，計(jì)算公式如下。

Moran’s I 值一般在［-1，1］區(qū)間內(nèi)，小于 0 為負(fù)相關(guān)，大于0 為正相關(guān)，等于0 則表示不相關(guān)，S2為樣本方差。根據(jù)LISA 圖獲取空間分布關(guān)系，并依據(jù)其空間關(guān)聯(lián)性劃分5 種集聚類型：高高聚集（H-H）、高低聚集（H-L）、低高聚集（L-H）、低低聚集（L-L）以及不顯著。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被退化趨勢評價(jià)

受氣候變化、人類活動(dòng)以及國家生態(tài)保護(hù)措施的多重影響，2000—2018 年呂梁山植被覆蓋度呈逐漸增加趨勢。趨勢系數(shù)介于（-0.034 7～0.059 4）/19年，呈下降和上升趨勢的區(qū)域面積分別占研究區(qū)總面積的21.90%和78.10%，顯著相關(guān)（P＜0.05）的區(qū)域面積占總面積的84.94%，呂梁山植被變化多具有顯著性，其中顯著不增加區(qū)域面積占比32.35%，顯著增加區(qū)域面積占比40.70%，不顯著不增加與不顯著增加區(qū)域面積占比總和為0.065%（圖2）。從整體來看，植被改善以及基本穩(wěn)定不變的面積高達(dá)73.115%，區(qū)域植被治理與保護(hù)的優(yōu)勢有所顯現(xiàn)。但也有部分地區(qū)出現(xiàn)植被中重度退化現(xiàn)象，集中在呂梁山西部的臨縣、興縣、柳林、石樓和北部河曲縣、偏關(guān)縣及中部婁煩縣以及靜樂縣等地。這些地區(qū)的共同點(diǎn)之一是長期處于貧困與半貧困狀態(tài)，為謀求發(fā)展所需的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量和種類越來越多以及產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的缺乏導(dǎo)致這些縣（區(qū)）長期以犧牲林草地資源為代價(jià)發(fā)展經(jīng)濟(jì)，對自然資源的利用已超越生態(tài)系統(tǒng)本身提供限度［9］，尤其以近幾年脫貧任務(wù)艱巨，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的破壞更為突出。

圖2 植被退化趨勢與相關(guān)性檢驗(yàn)

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化分析

依據(jù)表3，呂梁山2000—2010 年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所增長，總價(jià)值從507.803×108元增長至507.874×108元，共增長 0.014%；2010—2018 年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值出現(xiàn)遞減的趨勢，總價(jià)值從507.874×108元減少至 499.761×108元，共減少 1.597%。不同用地類型的生態(tài)服務(wù)功能和價(jià)值不同，一般來說建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值低，而農(nóng)用地、水域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值高。研究區(qū)各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比大小依次為林地、草地、耕地、水域、未利用地、建設(shè)用地。水域和林地、草地服務(wù)價(jià)值增加最顯著。林地、草地、耕地是呂梁山生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主要貢獻(xiàn)類型，20 年間林地均保持在50%以上的貢獻(xiàn)率，而耕地的貢獻(xiàn)率逐年遞減；草地的貢獻(xiàn)率則呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。近10 年來，工礦開采、天然林木砍伐以及公路、鐵路建設(shè)等人類活動(dòng)劇烈，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾，也誘發(fā)了許多自然災(zāi)害和環(huán)境問題。建設(shè)用地?cái)U(kuò)增的同時(shí)，農(nóng)業(yè)用地的面積被逐漸蠶食［29］，與之配套的各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐漸減小，建設(shè)用地帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)負(fù)面價(jià)值［30］越來越明顯。

表3 呂梁山2000—2018 年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

結(jié)合ArcGIS10.2 Natural Breaks 和研究區(qū)實(shí)際狀況，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行可視化表達(dá)，并將其劃分為 5 級：低［0，900）、較低［900，1 800）、中［1 800，2 900）、較高［2 900，4 100）、高［4 100，+∞）（圖3）。呂梁山單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值以較低、中等和高等3 個(gè)等級為主，面積平均占比為30.43%、21.58%和18.91%；高值區(qū)面積基本保持不變，管涔山北段、南段、云中山、中部呂梁山最為穩(wěn)定，其他地區(qū)則零散分布。2000—2010 年低值區(qū)顯著減少，較高、中等、高值區(qū)的面積比例則有所提高，改善優(yōu)于退化，生態(tài)服務(wù)價(jià)值有所提高。2010 年之后，除低值區(qū)、較低值區(qū)域面積有增加外，中等、較高值區(qū)面積均有所減少，導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所下降，而呂梁山脈北段、中段以及南部火焰山因其特殊的地理區(qū)位，森林資源所具有的水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)等優(yōu)勢［31，32］，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，變化也最穩(wěn)定。

圖3 2000—2018 年呂梁山各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

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

為分析呂梁山景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分異特征，利用ArcGIS10.2 的Natural Breaks 將研究區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分為5 級，賦值區(qū)間為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（ERI＞1.00）、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.16＜ERI≤1.00）、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.12＜ERI≤0.16）、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（0.09＜ERI≤0.12）、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（ERI≤0.09）。2000—2018 年呂梁山景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體呈現(xiàn)上升趨勢，其中較低、中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占比較大，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)占比較小（圖4、圖5）。

圖4 2000—2018 年呂梁山景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)各等級面積占比

圖5 2000—2018 年呂梁山景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

2000 年呂梁山低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布區(qū)域分別占研究區(qū)總面積的21.30%、23.64%。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中分布于中部山脈周邊，以中陽縣為主，北部管涔山周邊以興縣、岢嵐縣為主，南部火焰山附近以吉縣、鄉(xiāng)寧縣和蒲縣為主。較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周邊，以云中山附近居多。這兩類風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的土地利用類型以林地為主，用地類型單一且集中連片，由于林地的景觀脆弱度較低，該區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級較低。中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在耕地、草地等景觀相間分布區(qū)，占總面積的52.45%。較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在婁煩、古交等靠近省會(huì)城市的區(qū)域，分別占總面積的2.45%、0.16%。該區(qū)域有耕地分布，以坡耕地為主，人類活動(dòng)強(qiáng)度的增加造成景觀破碎化、林草退化、農(nóng)用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地等生態(tài)環(huán)境問題。

2010 年呂梁山生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布規(guī)律較2000 年并未出現(xiàn)明顯變化。其中低、較低等級所占面積較2000 年增加了1.36%，面積變化的區(qū)域主要是低、較低等級繼續(xù)向外擴(kuò)展，面積增大。這些地區(qū)退耕還林保護(hù)強(qiáng)度增大，大面積農(nóng)業(yè)景觀得以保存。中等級分布面積小幅度減少，較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積沒有明顯變化。說明這10 年間，呂梁山所在轄區(qū)的市（縣）統(tǒng)籌推進(jìn)荒山造林、水源保護(hù)、退耕還林和草食畜牧，生態(tài)狀況保持穩(wěn)定。

2018 年呂梁山較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積及空間分布均出現(xiàn)顯著變化，較2010 年分別增加了5.54%、0.05%；低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)較2010 年相比減少2.55%，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與前期相比減少3.04%。較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)除了分布在靠近省會(huì)城市的縣（區(qū)）外，建設(shè)集中化使高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)有向外蔓延的趨勢，造成區(qū)域內(nèi)生態(tài)保護(hù)壓力增大。另外，部分縣剛完成脫貧任務(wù)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求導(dǎo)致大量農(nóng)業(yè)類景觀向建設(shè)用地轉(zhuǎn)換，景觀破碎度、脆弱度也在持續(xù)擴(kuò)大。

3.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間相關(guān)性分析

將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)定義為變量1，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值定義為變量2，定義空間權(quán)重后，帶入Geoda 中進(jìn)行雙變量空間自相關(guān)分析。結(jié)果表明，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值成負(fù)相關(guān)，即生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度越高，相對應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值越低。3 期的Moran’s I指數(shù)分別為-0.179、-0.151、-0.150，全局自相關(guān)指數(shù)逐年提高，聚集趨勢有所增強(qiáng)。

研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的局部空間自相關(guān)LISA 分析結(jié)果如圖6 所示，共劃分為5 種模式，不顯著、高風(fēng)險(xiǎn)-高價(jià)值、低風(fēng)險(xiǎn)-低價(jià)值、高風(fēng)險(xiǎn)-低價(jià)值及低風(fēng)險(xiǎn)-高價(jià)值。結(jié)果表明，相關(guān)性顯著區(qū)域代表著ESV和ERI呈現(xiàn)出一定的空間集聚狀態(tài)。主要分布在北部管涔山、云中山周圍以及中部呂梁山、南部火焰山的大部分以及山區(qū)邊緣區(qū)域的縣（區(qū)），包括北部的偏關(guān)、保德以及中部呂梁市的興縣、臨縣、柳林，南部臨汾市的汾西、洪洞等縣。不顯著區(qū)域代表著ESV和ERI空間集聚不明顯。該部分面積占研究區(qū)總面積的70%左右，以零散分布的耕地及草地為主，ERI和ESV也都呈現(xiàn)均勻分布，未出現(xiàn)明顯的異常值。高風(fēng)險(xiǎn)-高價(jià)值代表研究區(qū)ERI較高、ESV較高的區(qū)域。集中在呂梁山脈周邊的小部分地區(qū)，方山、交城縣周邊集中分布有大片優(yōu)質(zhì)草原，包括西華鎮(zhèn)草原、云頂山草原及龐泉溝國家級自然保護(hù)區(qū)等，地區(qū)在不斷開發(fā)旅游業(yè)擴(kuò)寬產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也帶來一定程度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。但絕大部分區(qū)域仍處于低風(fēng)險(xiǎn)-高價(jià)值，即ERI較低、ESV較高的區(qū)域，這也與實(shí)際情況相符。呂梁山以林地景觀為主，植被覆蓋率高，景觀優(yōu)勢度較高且分布集中，支持、供給、調(diào)節(jié)服務(wù)均能得到較好發(fā)揮，較少受到人為活動(dòng)干擾，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也偏低。高風(fēng)險(xiǎn)-低價(jià)值代表研究區(qū)ERI較高、ESV較低的區(qū)域。該區(qū)域的形成與當(dāng)?shù)氐馁Y源稟賦有關(guān)，西部的保德縣、興縣、臨縣等都是國家級貧困縣，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的失衡與當(dāng)?shù)剌^低的經(jīng)濟(jì)水平導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值偏低，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)偏高。低風(fēng)險(xiǎn)-低價(jià)值代表研究區(qū)ERI較低、ESV較低的區(qū)域。該區(qū)域分布在人為干擾較強(qiáng)的縣（區(qū)），所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值以滿足人類需求為主，而人為干擾對環(huán)境的不利影響使得該區(qū)處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也相對較低。

圖6 2000-2018 年呂梁山景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)局部自相關(guān)

研究從自然、經(jīng)濟(jì)、景觀3 個(gè)維度對呂梁山地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況展開評價(jià)。結(jié)果表明，以北段管涔山、云中山，中段呂梁山，南段火焰山為代表的主體山脈周圍，以林地景觀為主，整體植被覆蓋度最高，生態(tài)服務(wù)價(jià)值的高值、較高值區(qū)也多集中分布于此處，受人類活動(dòng)干預(yù)較少，生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定，良好的生態(tài)環(huán)境帶來區(qū)域內(nèi)較低的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。而山脈周圍的地區(qū)，尤其以省會(huì)、地級市集中連片區(qū)以及剛完成脫貧任務(wù)的部分縣（區(qū)）而言，受中心城市輻射以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的影響，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張侵占了大量的農(nóng)業(yè)用地，帶來地區(qū)植被退化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的降低以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的集聚，如果人類繼續(xù)不合理地開發(fā)利用資源，逆向演化還會(huì)持續(xù)擴(kuò)張。區(qū)域內(nèi)實(shí)施的林草地封育保護(hù)、水源地保護(hù)、防風(fēng)固沙等措施，使得前10 年間局部生態(tài)環(huán)境有所改善，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低，但由于生態(tài)保護(hù)效應(yīng)的滯后性［33］及生態(tài)環(huán)境的脆弱性，山區(qū)的生態(tài)功能短時(shí)期內(nèi)難以恢復(fù)，總體仍在惡化，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈增高趨勢。因此，應(yīng)當(dāng)立足全局，以呂梁山為中心，妥善處理當(dāng)?shù)厝丝谂c水資源、土地資源和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，制定科學(xué)合理的規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

2000—2018 年呂梁山植被覆蓋度呈增加趨勢。植被改善區(qū)以及基本穩(wěn)定區(qū)的面積占比73%以上，區(qū)域植被治理與保護(hù)的優(yōu)勢有所顯現(xiàn)，以貧困地區(qū)為代表的局部區(qū)域出現(xiàn)明顯的植被退化趨勢。

19 年間呂梁山生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值先增后降。農(nóng)用地是呂梁山生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主要貢獻(xiàn)類型；從各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)來看，土壤形成與保護(hù)和生物多樣性保護(hù)的生態(tài)價(jià)值最高，食物生產(chǎn)與娛樂文化的生態(tài)價(jià)值占比較低。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值以較低、中等和高等3 個(gè)等級為主，以山脈為代表的高值區(qū)變化較穩(wěn)定。

研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體呈上升趨勢，較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的基質(zhì)景觀以耕地為主，受人為干擾后損失度變高。受人為因素的影響，土地利用類型的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度也在持續(xù)擴(kuò)大，景觀類型轉(zhuǎn)換區(qū)的脆弱度和破碎度都有所增強(qiáng)。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值成負(fù)相關(guān)，Moran’s I 指數(shù)逐年提高，聚集趨勢有所增強(qiáng)。5 種分類模式中，不顯著區(qū)域面積占總面積2/3 以上，高風(fēng)險(xiǎn)-高價(jià)值、低風(fēng)險(xiǎn)-高價(jià)值集中分布在主體山脈及其邊緣，高風(fēng)險(xiǎn)-低價(jià)值地區(qū)以常年貧困地區(qū)的資源稟賦為代表，低風(fēng)險(xiǎn)-低價(jià)值地區(qū)面積最小，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

4.2 建議

呂梁山景觀生態(tài)安全變化中，“源景觀”［34］（主要包括自然保護(hù)區(qū)、森林公園等地）和景觀廊道（河流和人工湖等）在城市化及資源整改轉(zhuǎn)型中受到的脅迫相對較小，保持較為穩(wěn)定、和諧的景觀結(jié)構(gòu)和生態(tài)服務(wù)功能，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的變化是由于耕地等農(nóng)業(yè)景觀逐步減少，建設(shè)用地不斷增加以及工業(yè)用地的擴(kuò)張?jiān)斐傻?。為保持區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，需要持續(xù)保護(hù)生態(tài)源地和景觀廊道，加強(qiáng)對國家級自然保護(hù)區(qū)的管護(hù)［35］。因地制宜，合理利用耕地，修建梯田，提高植被覆蓋率，多措并舉治理水土流失，有效降低人類活動(dòng)對自然景觀的威脅；同時(shí)，以新一輪土地利用總體規(guī)劃和功能區(qū)劃為依據(jù)，增加林地保護(hù)力度，嚴(yán)格控制林木采伐量和林地占有量［36］，加強(qiáng)水源涵養(yǎng)林建設(shè)，增加生態(tài)用地?cái)?shù)量，改善生態(tài)服務(wù)功能，保護(hù)生物多樣性。考慮到建設(shè)用地開發(fā)對景觀生態(tài)安全的影響，未來研究區(qū)規(guī)劃中還需進(jìn)一步優(yōu)化建設(shè)用地的空間布局，分區(qū)域分行業(yè)控制建設(shè)用地密度，增加建設(shè)用地的綠化空間，有效緩解生態(tài)環(huán)境的壓力；通過調(diào)整建設(shè)用地空間架構(gòu)，合理規(guī)劃城鄉(xiāng)建設(shè)用地，有效應(yīng)對受人類與自然過程擾動(dòng)的景觀破碎化地區(qū)的嚴(yán)峻環(huán)境和發(fā)展問題，在保證生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)穩(wěn)步提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，以提高全域生態(tài)安全。