先升后降：2000—2020年博尔塔拉河流域景观生态风险演变

 

摘要：博尔塔拉河流域是典型的干旱区内陆河流域，正面临着因气候变化、人为活动干扰所造成的生态环境恶化现象。景观生态风险评价是评估生态系统变化与城市建设发展相互作用的有效工具，对生态脆弱的西北干旱地区进行全面的景观生态风险评价以作为城市建设必不可少的依据。

 

基于2000、2010、2020年3期土地利用数据和DEM高程数据，对博尔塔拉河流域进行流域划分，以子流域为景观生态风险评价单元，联用ArcGIS、Fragstats和GeoDa软件计算得到景观生态风险指数及其空间分布特征，构建景观生态风险指数评价模型，对博尔塔拉河流域进行景观生态风险综合评价。结果表明：2000—2010年，研究区内大面积草地、湿地、森林等类型的退化是造成景观生态风险恶化的直接原因，这和第一、二产业的快速发展、无序垦荒、过度放牧等人类活动干扰有极大的关系。

 

2010—2020年，随着国家对生态治理的高度重视，多种防治手段并行，景观生态风险等级大幅度降低，整体景观生态风险指数值呈降低趋势。整个研究期间，生态环境局部改善与部分退化并存，博尔塔拉河流域的景观生态安全情况不容乐观。未来建议从改善产业结构、推动绿色经济体系发展入手，同时针对不同风险区制定合理改善策略。

 

生态文明建设是实现人与自然和谐共生的重要途径。近几十年来，快速的城市化发展造成城乡土地利用类型显著变化，引起生态环境退化和生态系统严重失衡[1-2]，解决人工开发建设与生态系统保护之间的矛盾是关键。景观生态风险评价重点关注在人与自然相互作用下，景观空间结构变化危害生态安全的可能性和损失[2-3]。中国西北干旱地区生态环境脆弱。

人类大多生活在荒漠包围水系的干旱区绿洲[4]，其中水系多是以冰川积雪融水、雨水与地下水为补给的内陆河流，在维护与稳定干旱区脆弱生态系统上发挥巨大作用[5]，但其同时也是干旱区生态最为薄弱的一环。干旱区生态环境一旦恶化便很难恢复[6]，亟须通过科学手段进行分析防控。因此，对干旱区内陆河流域景观生态风险的研究具有重要的现实意义。

 

景观生态风险评价起源于20世纪90年代的区域生态风险评价，引入景观格局因子，更关注区域空间的时空异质性和尺度效应。威廉·罗姆(WilliamRomme)开发了量化景观格局的指标[7]，此后，景观指数常被纳入景观生态风险评价[8]。陈利顶等以景观多样性、优势度、破碎度和分离度为评价指标，研究人类活动与景观结构之间的关系[9]。之后，陈鹏等首次尝试选取破碎度、分离度、优势度和脆弱度来构建景观损失度指数[10]，以此作为评价区域生态环境状况指数，之后大量研究多基于此模型。

 

目前，国内外学者对景观生态风险评价的研究对象以城市[11]、流域[12]、湿地[13]等类型为主，也有一些针对生态敏感区如农牧交错带[14]、生态屏障区[15]、海岸带[16]、干旱区内陆河流域[10]的研究。已有一些学者对玛纳斯河、伊犁河谷、塔里木河等西北干旱区流域典型绿洲进行了研究[1，17-19]，但对于其他较小的内陆河流域却研究不足，且大多数研究多以行政区或网格为评价单元划分，一定程度上割裂了原有的自然地理联系，影响评价结果的准确性[2]。

 

新疆博尔塔拉河(以下简称“博河”)流域具有典型干旱区自然环境特点，高山环绕盆地，荒漠包围绿洲，以博河、赛里木湖和艾比湖组成的湿地流域体系是稳定其生态系统的重要存在，但正经历着湿地面积萎缩、土地荒漠化加剧的严重危机。目前对于博河流域的研究主要关注在艾比湖和博河流域水文特征变化、生态安全、水域生态健康评估等方面[20-25]。本文从博河流域景观整体格局的角度出发，将研究区以流域划分风险小区，充分考量空间异质性，希望能够为西北干旱区生态建设规划提供科学依据。

 

1研究区概况与数据

 

1.1研究区概况

 

研究区为博河流域所在的博尔塔拉蒙古自治州(以下简称“博州”)和双河市整个区块，其中双河市是由新疆生产建设兵团管理的直辖县级市，地理上包含在博州范围内。博州属于新疆西北部边缘地区，地处欧亚大陆腹地，西、北、南三面环山，中间是谷地平原，东部艾比湖盆地为全州最低处(图1)

 

博州气候属北温带大陆性干旱气候，总面积2.7万km2，划分为博乐市、阿拉山口市、精河县与温泉县4个行政区。2000-2020年，博州常住人口由42.4万人增长至48.8万人[26-27]。博州经济情况总体平稳增长，目前博州产业结构虽然属于“三、二、一”类型，但其第一产业所占比例仍然较大，第三产业结构单一、缺乏优势[28]。

 

 

1.2数据来源

 

 

本文使用的土地利用数据来源于GLOBELAND30平台(http://www.globallandcover.com/)，空间分辨率大小为30m，沿用GLOBELAND30平台对土地利用类型的划分(图2)。本文所用的DEM数据来源于地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn/)的ASTERGDEM数据集，栅格精度为30m，用于做水文分析提取河网划分集水区。

 

2研究方法

 

本研究按流域进行风险小区的划分，构建景观生态风险评价模型后，由Fragstats软件计算得到景观指数，再由ArcGIS软件计算其空间分布，并利用GeoDA软件进行空间自相关性分析。最后对以上研究结果进行分析，对博河流域景观生态风险演变提出结论与建议。

 

2.1按子流域划分风险评价单元

 

依据水系流量等级可以将流域划分为多个子流域[29]。基于DEM数据，在ArcGIS10.3软件中利用水文分析模块进行流域分割，对原始DEM数据进行填洼、流向分析、流量统计、流量划分及流域提取等相关操作。由此得到158个子流域(图1)，面积均值为154.93km2。