秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分異

陳全通, 殷浩然, 李艷紅, 董慶棟, 張平平, 朱連奇

(河南大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院, 河南 開封 475004)

在全球變化背景下，人類活動(dòng)日益頻繁，景觀格局變化隨之加劇，原本脆弱的生態(tài)環(huán)境面臨著更加嚴(yán)峻的生態(tài)安全問題[1]，對(duì)區(qū)域景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)的健康以及人類的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了一定的威脅[2]。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指自然或人為因素影響下景觀格局與生態(tài)過程相互作用，可能產(chǎn)生的不利影響[3]。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可以直觀地反映人類活動(dòng)、自然環(huán)境變化對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利作用的可能性和危害程度[4]，其研究極其注重景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空異質(zhì)性和空間尺度效應(yīng)[5]。因此，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)常被用于揭示區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而為區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范和景觀格局優(yōu)化管理提供理論支持。目前，以土地利用/覆被變化為誘因的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成為近年來(lái)的熱門研究課題[6]，被廣泛應(yīng)用于流域[7-9]、湖泊區(qū)[10]、海岸帶[11]和高原[12]等自然地理單元，以及礦區(qū)[13]、行政區(qū)[14]等人文地理單元的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。相較于人類活動(dòng)頻繁地域，在中尺度上，對(duì)地形復(fù)雜多樣、生態(tài)環(huán)境脆弱的山地的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究卻相對(duì)薄弱。

地形作為土地利用格局分布的重要驅(qū)動(dòng)因子之一，可以通過形成小氣候和干擾機(jī)制影響景觀格局分布[15]，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局也會(huì)相應(yīng)地呈現(xiàn)一定的規(guī)律性[16]。當(dāng)前，結(jié)合地形因子，探究景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與地形之間的關(guān)系已然成為一種趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就海拔、坡度等單一地形因子對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局的影響進(jìn)行了研究[17-18]，也有學(xué)者利用地形分布指數(shù)和地形梯度探索地形梯度對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局變化的影響[15]。相較而言，前者研究具有一定的局限性，后者更能綜合地反映地形梯度對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布及其格局變化的影響。

秦巴山地作為一個(gè)典型的山地生態(tài)系統(tǒng)，地形起伏較大，自然資源豐富多樣，南北氣候、植被差異顯著，是中國(guó)生態(tài)環(huán)境的脆弱區(qū)[19]，國(guó)家重要的生態(tài)屏障，擔(dān)負(fù)著國(guó)家生態(tài)安全保障的重任[20]。近年來(lái)，受自然環(huán)境因素和人類活動(dòng)干擾影響，秦巴山地景觀格局發(fā)生顯著改變[21]，對(duì)秦巴山地生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了一定的威脅。鑒于此，本文以2000，2010，2020年秦巴山地地表覆被數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，探索研究區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分異特性和空間關(guān)聯(lián)性，同時(shí)結(jié)合地形梯度特征揭示地形對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布格局的影響，以期為秦巴山地景觀格局優(yōu)化提供重要決策支持，同時(shí)為保障秦巴山地生態(tài)安全和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

秦巴山地位于中國(guó)中部，作為過渡地帶東接平原西承青藏高原?？缭胶幽稀㈥兾鳌⒏拭C、四川、湖北、重慶等6個(gè)省市，面積約3.00×105km2(圖1)。研究區(qū)主要由秦嶺(南北坡)，大巴山(南北坡)和西秦嶺3部分組成[22]，地勢(shì)呈東低西高、南北高中間低，地形地貌復(fù)雜多樣。一方面，該區(qū)域處于暖溫帶和亞熱帶過渡地帶，氣候存在明顯的南北差異性，成為典型的南北過渡帶；另一方面，該區(qū)域由于地理環(huán)境復(fù)雜，造就了豐富且類型多樣的生物資源，成為生物多樣性保護(hù)地。秦巴山地景觀格局空間分異顯著，土地利用類型以林地為主，耕地和草地次之，建設(shè)用地零星分布貫穿其中。

圖1 秦巴山地地理位置及其地形示意圖

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2000，2010，2020年3期地表覆被數(shù)據(jù)來(lái)源于GlobeLand30(http:∥www.globallandcover.com/)，采用分塊下載方式獲取數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行拼接、裁剪得到秦巴山地地表覆被數(shù)據(jù)。根據(jù)研究需要，將各景觀類型重分類處理為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、未利用地[23]。DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn)。上述數(shù)據(jù)空間分辨率均為30 m，由于研究區(qū)域較大，為方便數(shù)據(jù)處理和比較分析，統(tǒng)一為90 m。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)劃分 為合理劃分景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)小區(qū)以及空間化顯示秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，結(jié)合前人研究[24]，綜合考慮研究區(qū)采樣與計(jì)算量，本研究采用等間距抽樣系統(tǒng)采樣以10 km×10 km的單元格將研究區(qū)劃分為3 346個(gè)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)小區(qū)。

2.2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建 秦巴山地作為完整的山地生態(tài)系統(tǒng)，景觀格局變化對(duì)其內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性有極大影響，而景觀格局指數(shù)作為景觀格局信息濃縮的載體可以充分反映景觀格局特征。因此，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)方法，選取景觀損失度指數(shù)和各景觀類型面積共同構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，以探究秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異及格局變化情況。

(1) 景觀干擾度指數(shù)Ei。景觀干擾度指數(shù)Ei能夠反映不同景觀類型受到干擾程度的強(qiáng)弱[25]。參照相關(guān)研究，選取景觀破碎度、分離度、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，構(gòu)建不同景觀類型的景觀干擾度指數(shù)Ei，其公式為[7]：

Ei=aCi+bNi+cDi

(1)

式中：Ci，Ni，Di分別代表景觀破碎度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)、景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。a,b,c為相應(yīng)景觀指數(shù)的權(quán)重,且a+b+c=1,結(jié)合已有研究和研究區(qū)實(shí)際狀況,對(duì)各景觀指數(shù)的權(quán)重賦值如下:a= 0.5,b=0.3,c=0.2[9]。

(2) 景觀脆弱度指數(shù)Fi。Fi為景觀類型i的脆弱度指數(shù)，表示某一景觀類型在受到外界干擾時(shí)的敏感性和易碎性[11]。根據(jù)前人研究[9,26]，并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，對(duì)各景觀類型脆弱性進(jìn)行賦值處理：未利用地6，水域5，耕地4，草地3，林地2，建設(shè)用地1。最后使用Z-Scores標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行歸一化處理，得到各自的Fi值，依次為[27]：0.285 7，0.238 1，0.190 5，0.142 9，0.095 2，0.047 6。

(3) 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ERIi。景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可以反映各風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)大小[8]，其公式為：

(2)

Ri=Ei×Fi

(3)

式中：ERIi為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；N表示景觀類型的數(shù)量；Aki為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)中景觀類型i的面積；Ak為第k個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的面積；Ri表示景觀類型i的損失度指數(shù),反映了各景觀類型受到外界干擾的損失程度[18]。將各風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值依次賦予至漁網(wǎng)中心點(diǎn),再使用普通克里金插值法實(shí)現(xiàn)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的空間化表達(dá)。

2.2.3 空間自相關(guān)分析 空間自相關(guān)分析能夠定量地描述某一要素的屬性值與其鄰近要素的屬性值之間的空間相關(guān)性，包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)兩種[8]。本文采用Moran’sI指數(shù)來(lái)分析秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值總體的空間關(guān)聯(lián)和差異程度[24]，用LISA指數(shù)來(lái)檢測(cè)秦巴山地一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值與相鄰單元是否存在相關(guān)性或者相似性[12]。Moran’sI值與LISA指數(shù)計(jì)算均在軟件GeoDa中完成。

2.2.4 地形梯度

(1) 地形位指數(shù)。研究區(qū)內(nèi)多山地丘陵，地形因子特征復(fù)雜多樣，因此選取可綜合反映研究區(qū)海拔與坡度特征[28]的地形位指數(shù)來(lái)完整地表達(dá)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布。其中，海拔越高，坡度越大，地形位指數(shù)越大，反之亦然，海拔高坡度小，坡度大海拔低則處在其中間。其公式為：

(4)

(2) 地形分布指數(shù)。為避免不同等級(jí)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積對(duì)其在不同地形梯度等級(jí)出現(xiàn)頻率的影響[29]，采用地形分布指數(shù)來(lái)描述不同地形梯度上的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布狀況。其公式為：

(5)

式中：Pie為地形分布指數(shù)；Sie為第i類景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在第e類地形梯度內(nèi)的面積；Si為第i類景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總面積；Se為第e類地形梯度總面積；S為研究區(qū)總面積。Pie值越大,表明某一等級(jí)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)頻率越高,當(dāng)Pie>1時(shí),表示第i類景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在地形梯度e上處于優(yōu)勢(shì)分布。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間格局特征

為便于3期數(shù)據(jù)結(jié)果比較分析，以2020年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值為基準(zhǔn)，利用自然斷點(diǎn)法將3期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值數(shù)據(jù)按照以下標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個(gè)等級(jí)：低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(ERI<0.132 8)，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(0.132 8≤ERI≤0.227 9)，中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(0.227 91.079 3)，得到秦巴山地3期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布圖(圖2)，并統(tǒng)計(jì)各等級(jí)面積比例(表1)。由圖2可知，秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間差異特征顯著，整體呈東西兩側(cè)跟中間高，南北低的分布格局，局部表現(xiàn)為中心高四周低的環(huán)形放射狀的分布特征。以2020年為例，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在天水東南部和隴南南部至商洛西部、甘南東南部至綿陽(yáng)中部、廣元東北部至襄陽(yáng)西南部均呈連續(xù)狀分布，伏牛山區(qū)也有大片分布，以上區(qū)域均以干擾度和脆弱性程度低的林地為主，自然保護(hù)區(qū)密布，地形復(fù)雜多樣，人口分布少，人為干擾度極低，使得低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈優(yōu)勢(shì)分布。較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)多分布于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)外圍，在隴南、商洛、廣元北部延伸至十堰西部、甘南中部至天水南部、阿壩和豫西地區(qū)局部集中分布，以上區(qū)域多以林地為主、耕地和草地交錯(cuò)分布，且各景觀類型分布格局基本穩(wěn)定，人類活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較弱，因此，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)較低。中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在漢中中部至安康中部、天水南部至隴南中部、商洛至鄭州西部、阿壩、商洛和南陽(yáng)局部均有明顯分布，以上區(qū)域大多以耕地為主，林地、草地和建設(shè)用地交錯(cuò)分布，景觀破碎化明顯，城鎮(zhèn)集中，人口密集，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，人類活動(dòng)強(qiáng)度增大，致使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在十堰和南陽(yáng)交界、漢濱區(qū)、臨夏和甘南交界，以及阿壩局部集中分布，以上區(qū)域草地集中分布，耕地、林地、水域交錯(cuò)分布，景觀破碎化嚴(yán)重，分離度較高，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)較高。高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在紅原、黑水和松潘交界地帶、松潘、平武和九寨溝交界地帶、碌曲、理縣、丹江口和淅川集中分布，研究區(qū)西部邊緣地帶集中分布干擾度和脆弱性程度高的草地，且草地跟耕地交錯(cuò)分布，未利用地也集中分布，生態(tài)環(huán)境極其脆弱；在丹江口和淅川集中分布干擾度和脆弱性程度高的水域，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)偏高。

3.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征

3.2.1 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化分析 2000—2020年，秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)平均值由原來(lái)的0.208 9下降至0.180 0，景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)下降。分析表1可知，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積顯著增加，占比增長(zhǎng)5.55%，2000—2010年，變化量最大，增加了19 001.77 km2；較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積呈持續(xù)上升趨勢(shì)，但增長(zhǎng)相對(duì)較少，僅為0.34%；與此同時(shí)，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積呈持續(xù)減少趨勢(shì)，占比下降3.80%，2000—2010年，變化量最大，減少了6 969.13 km2；中等和較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均呈先減后增的趨勢(shì)，整體下降1.86%，1.23%。整體而言，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)明顯擴(kuò)張，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)顯著縮小，表明秦巴山地生態(tài)系統(tǒng)越來(lái)越穩(wěn)定，環(huán)境質(zhì)量逐漸提升。

表1 秦巴山地2000—2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積及比例

由表2可知，2000—2020年，秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)多以相鄰生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)間的轉(zhuǎn)移為主，尤其是低、較低與中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)之間的相互轉(zhuǎn)化最為明顯。其中，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升的區(qū)域面積為11 071.98 km2，占總面積的3.62%，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下降的區(qū)域面積為49 595.20 km2，占總面積的16.22%，且以高向較低、中等向較低、較低向低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為主。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)顯著下降，表明研究期間內(nèi)，政府實(shí)施退耕還林、封山育林等一系列生態(tài)保護(hù)工程效果顯著，促使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸提高，進(jìn)而使得生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低；但在水土流失和草地退化嚴(yán)重區(qū)域，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)仍在繼續(xù)上升。

表2 秦巴山地2000—2020年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

圖2 秦巴山地3期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

3.2.2 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間變化分析 由圖3可知，2000—2020年，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)多數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，局部區(qū)域變化顯著，且改善區(qū)域面積明顯多于惡化區(qū)域。其中，改善區(qū)域主要位于臨夏、甘南、定西和隴南與研究區(qū)東南部的十堰、襄陽(yáng)和宜昌，多表現(xiàn)為連片分布。其原因如下： ①甘肅省1999年開始實(shí)施封山育林、植樹造林、退耕還林等措施，森林資源面積逐漸增加，水土流失狀況得到有效控制，生態(tài)環(huán)境明顯改善，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)降低。 ②湖北省2001年開始實(shí)施的退耕造林和荒山荒地造林，移民扶貧搬遷工程，同樣使得森林植被快速恢復(fù)，并帶動(dòng)森林旅游業(yè)的發(fā)展，景觀連通性增強(qiáng)，景觀脆弱度降低，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隨之降低。惡化區(qū)域多分布于研究區(qū)的中東部與西部邊緣地區(qū)，且較為分散，呈環(huán)狀分布。研究區(qū)西部邊緣地區(qū)由于地勢(shì)高，地形起伏大，易發(fā)生山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，水土流失嚴(yán)重，草地取代林地，導(dǎo)致景觀脆弱度增強(qiáng)，景觀破碎度增加，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)升高。 ③人口快速增長(zhǎng)，畜牧業(yè)發(fā)展迅速，過度畜牧，加之本身脆弱的自然環(huán)境，草地退化，也會(huì)導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)升高。而在研究區(qū)中東部，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口快速增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程加快，為滿足日常生產(chǎn)、生活需要，城鎮(zhèn)擴(kuò)建，不得不對(duì)原有林地、耕地進(jìn)行破壞。 ④在部分貧困山區(qū)，土地生產(chǎn)力低，為造田而加大破壞森林力度，從而加劇了景觀破碎化程度，景觀連通性變差，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隨之升高。

圖3 2000—2020年秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化

3.3 景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)分析

運(yùn)用Geoda軟件對(duì)3期景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析得到秦巴山地2000，2010，2020年的全局Moran’sI值，分別為0.616 0，0.585 1，0.585 8。3期Moran’sI值均為正值，表明秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布存在顯著的正相關(guān)性，并非隨機(jī)分布，即景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值高的區(qū)域，臨近區(qū)域值也高；反之亦然。2000—2020年，Moran’sI值先減少后增加，說(shuō)明在時(shí)間序列上，秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)性和空間趨同性均有所下降。

由局部空間自相關(guān)集聚圖(圖4)可知，2000—2020年秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布均以低—低和高—高聚集為主，且與同期的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布格局高度一致。低值聚集區(qū)連綿分布于天水至商洛西部、漢中和安康北部、漢中南部至襄陽(yáng)西部，表明以上區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平低，相鄰區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平也低，這可能與區(qū)域內(nèi)林地密布，植被覆蓋度高，人類活動(dòng)較少，生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定有關(guān)。高值聚集區(qū)主要分布于研究區(qū)西部邊緣地區(qū)和東部的丹江口區(qū)域，表明以上區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平高，相鄰區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平也高，以上區(qū)域主要是由于各景觀類型交錯(cuò)分布，景觀破碎化嚴(yán)重，且水域和草地集中分布，生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值相對(duì)偏高。

圖4 秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)局部空間自相關(guān)特征

3.4 地形梯度對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響

在宏觀地貌格局的控制下，秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布具有一定的規(guī)律性。高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)多集中分布于海拔高、地形復(fù)雜或海拔低、地形平坦地區(qū)，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在中等地形梯度地區(qū)呈優(yōu)勢(shì)分布。海拔高、地形復(fù)雜地區(qū)景觀類型是草地與裸地，景觀損失度和脆弱度較高，由于特殊的地理環(huán)境，水土流失、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，生態(tài)環(huán)境脆弱，此外，人類活動(dòng)以畜牧為主，過度放牧易導(dǎo)致草場(chǎng)退化，因此，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高；海拔低、地形平坦地區(qū)景觀類型多為水域、建設(shè)用地和耕地，且各景觀類型交錯(cuò)分布，相應(yīng)地城鎮(zhèn)擴(kuò)張和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)頻繁，景觀干擾度和破碎度隨之提升，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)偏高。中等地形梯度地區(qū)多集中分布林地，或多為自然保護(hù)區(qū)，其次，由于海拔偏高，地形起伏大，交通可達(dá)性差，人類活動(dòng)干擾度弱，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。

為進(jìn)一步分析景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與地形梯度的關(guān)系，將地形分布指數(shù)(0～1)以0.2為一個(gè)間隔等間距劃分為5個(gè)等級(jí)(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ)，并結(jié)合景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值等級(jí)，統(tǒng)計(jì)各景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在各地形梯度上的分布特征(表3)。近20 a來(lái)，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在第Ⅰ級(jí)和第Ⅴ級(jí)地形梯度中占主導(dǎo)地位，且分布指數(shù)呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，在第Ⅳ級(jí)地形梯度優(yōu)勢(shì)消失；較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在第Ⅰ級(jí)和第Ⅱ級(jí)以及第Ⅴ級(jí)地形梯度中占主導(dǎo)地位，在第Ⅱ級(jí)與第Ⅴ級(jí)梯度上有增長(zhǎng)趨勢(shì)，但在第Ⅰ級(jí)梯度上呈減小趨勢(shì)；中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在第Ⅰ級(jí)和第Ⅱ級(jí)地形梯度中占主導(dǎo)地位，且分布指數(shù)呈減小趨勢(shì)；較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在第Ⅱ級(jí)和第Ⅲ級(jí)地形梯度中占主導(dǎo)地位，略微有減小趨勢(shì)，開始在第Ⅰ級(jí)地形梯度出現(xiàn)；低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在第Ⅳ級(jí)地形梯度中占主導(dǎo)地位，略微有減小趨勢(shì)。這表明在第Ⅰ級(jí)地形梯度區(qū)域，由于人口數(shù)量增加，城鎮(zhèn)擴(kuò)建，產(chǎn)業(yè)活動(dòng)發(fā)展，建筑用地景觀連通性增強(qiáng)，脆弱度減小，使得區(qū)域內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降低，中等和較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)優(yōu)勢(shì)減弱；在第Ⅱ級(jí)地形梯度區(qū)域，丹江口水庫(kù)水域面積逐漸增大，景觀脆弱度和破碎度均升高，導(dǎo)致較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)優(yōu)勢(shì)分布增加，研究區(qū)東南部由于退耕造林，生態(tài)環(huán)境逐漸好轉(zhuǎn)，致使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低，較低和中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)優(yōu)勢(shì)分布相對(duì)減弱；在第Ⅲ級(jí)地形梯度區(qū)域，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，漢江流域低平地區(qū)已經(jīng)不能滿足人類發(fā)展需要，人類活動(dòng)開始向中高山區(qū)擴(kuò)散，打破了原有穩(wěn)定的景觀格局，加劇了景觀破碎化程度，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)惡化，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向更高地形梯度移動(dòng)；在第Ⅳ級(jí)地形梯度區(qū)域，林地是其優(yōu)勢(shì)景觀，植被覆蓋度高，加之該區(qū)域自然保護(hù)區(qū)眾多，且該區(qū)域多為貧困山區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，對(duì)自然環(huán)境破壞較小，景觀格局無(wú)明顯變化，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最低；在第Ⅴ級(jí)地形梯度區(qū)域，受自然條件影響，易于發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，導(dǎo)致林草用地互換，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)優(yōu)勢(shì)逐漸增加。整體而言，各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在地形位梯度上的分布趨勢(shì)基本穩(wěn)定，說(shuō)明地形在一定程度上可以影響景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局的分布，這也是山地區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一種特性。

表3 2000—2020年秦巴山地各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的地形位分布指數(shù)

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

秦巴山地整體景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)偏低且穩(wěn)定，這與該區(qū)域地形環(huán)境密切相關(guān)。地形因素一定程度上能夠決定土地利用的方向與方式，為景觀格局的形成提供基礎(chǔ)，影響景觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間格局分布與變化。秦巴山地作為一個(gè)完整的山地生態(tài)系統(tǒng)，在地形起伏較小的中高山區(qū)，由于交通不暢，人為干擾較小，原始森林植被保存完好，在部分低山區(qū)，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人工林地、果園遍布，林地成為區(qū)域的優(yōu)勢(shì)景觀，為區(qū)域低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)連綿分布奠定了基礎(chǔ)[30]。在西部高海拔、坡度大的高山區(qū)，干擾度高、脆弱性程度高的草地連片分布，又加上地形起伏度大，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，水土流失嚴(yán)重[31]，常出現(xiàn)林地和草地相互轉(zhuǎn)換和草地退化的現(xiàn)象[21]，加劇了景觀破碎化和分離度程度，因此，該區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體較高。在地形平坦的盆地區(qū)域，耕地與建設(shè)用地、水域集中分布，各景觀類型交錯(cuò)分布，分離度高，景觀連通性弱，破碎化嚴(yán)重，地形平坦利于道路修建，交通通達(dá)度高，人類活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)偏高[26,32]。此外，地形條件在一定程度上可以限制人類活動(dòng)，減少人類對(duì)原有生態(tài)環(huán)境的破壞，自然生態(tài)系統(tǒng)受到較小干擾，這也是研究區(qū)大部分區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)的原因[33]。在山區(qū)，地形高差和起伏能夠決定人口分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間格局[34]，進(jìn)一步影響人類活動(dòng)強(qiáng)度，促使景觀格局發(fā)生不同程度改變，進(jìn)而影響景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局。

景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局及其變化是自然、人類活動(dòng)與景觀格局綜合作用的結(jié)果。人類活動(dòng)能在短時(shí)間內(nèi)改變區(qū)域環(huán)境，2000—2010年由于退耕還林、植樹造林，以及生態(tài)環(huán)境綜合治理等生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施，區(qū)域植被覆蓋快速增加，土地利用類型相應(yīng)發(fā)生巨大變化，景觀連通性逐漸增強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著提升，使得研究區(qū)西北部和東南部景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈明顯改善趨勢(shì)。設(shè)立自然保護(hù)區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園等自然保護(hù)地[35]，使得自然生態(tài)系統(tǒng)得到妥善保護(hù)，發(fā)展穩(wěn)定，進(jìn)而穩(wěn)固較低的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口的快速增長(zhǎng)，人類對(duì)土地開發(fā)利用強(qiáng)度逐漸增大。如為滿足住房和日常生活需要，多會(huì)以毀壞耕地或者林地為代價(jià)，不斷進(jìn)行城鎮(zhèn)擴(kuò)張、道路建設(shè)，以及不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等，導(dǎo)致景觀分離度加劇、破碎化嚴(yán)重，加之建設(shè)用地增加會(huì)導(dǎo)致周邊景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加，造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加的態(tài)勢(shì)[26,30]。生態(tài)旅游業(yè)的發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)也起到一定積極作用，對(duì)于原生林的保護(hù)的同時(shí)，有效地提升了土地利用水平，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)降低。整體而言，秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局分布特征主要受自然因素控制，而局部區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化則是自然環(huán)境與人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果。

在未來(lái)對(duì)秦巴山地的生態(tài)建設(shè)過程中，要嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，加強(qiáng)對(duì)自然山林的保護(hù)，嚴(yán)格把控自然保護(hù)區(qū)建設(shè)，保障水源安全；預(yù)防泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，減少水土流失；合理調(diào)整農(nóng)林用地，適度發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，協(xié)調(diào)好農(nóng)業(yè)發(fā)展與退耕還林、還草政策的關(guān)系；合理規(guī)劃城鎮(zhèn)用地，統(tǒng)籌規(guī)劃，與自然協(xié)調(diào)發(fā)展。

秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的分布格局與變化同時(shí)受人類活動(dòng)與自然環(huán)境的綜合作用。本研究基于秦巴山地地表覆被數(shù)據(jù)，僅從宏觀層次探討研究區(qū)近20 a來(lái)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征、變化過程以及地形梯度對(duì)其分布的影響，未從人地關(guān)系視角，采用更加綜合的方法探討人類活動(dòng)對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響。在未來(lái)對(duì)秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究中，將綜合自然和人文因素分析景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征，以期更好地服務(wù)秦巴山地生態(tài)安全建設(shè)。

4.2 結(jié) 論

(1) 秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體偏低，空間差異特征顯著，且存在著明顯的空間集聚效應(yīng)。低和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)連續(xù)分布于研究區(qū)的南北兩側(cè)，中等、較高和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)零星分布于研究區(qū)的東部、中部和西部邊緣地帶。

(2) 2000—2020年，秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)下降，其中，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)明顯擴(kuò)張，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)顯著縮小，說(shuō)明退耕還林、封山育林等一系列生態(tài)保護(hù)工程取得良好成績(jī)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量正在逐漸提高。

(3) 秦巴山地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布格局與地形梯度密切相關(guān)，局部區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化則是自然環(huán)境與人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果。高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)多集中分布于海拔高、地形復(fù)雜或海拔低、地形平坦地區(qū)，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在中等地形梯度地區(qū)呈優(yōu)勢(shì)分布。