基于景观格局的信阳市生态风险评价

 

马桂花，尹娟*（信阳农林学院，河南信阳464000）

 

摘要：对城市生态景观进行评价，能为优化区域景观格局、适时调整生态保护政策、降低区域景观生态风险、建设生态文明城市提供理论支持。以信阳市为研究区，基于2000年、2010年、2020年三期土地利用数据，使用Fragstats软件，计算景观斑块数量及面积，构建生态风险指数。结果表明，

（1）2000－2020年，人造地表、水体景观损失度呈逐步下降的趋势；耕地、裸地景观损失度则呈上升趋势；生态风险呈先升高、后降低的趋势，整体景观风险指数较低。

（2）2000年，信阳市以低风险和较低风险区为主，中高风险区主要集中在西南部的小面积区域；2000－2010年，中高风险区向中部扩张，部分较低风险区转为中高风险区，东部较大面积低风险区转为较低风险区；2010－2020年，中高风险区逐渐缩小，部分中风险和较高风险区转为较低风险区，区域内较低风险区与低风险区占比达85%以上。

 

近年来，由于城市化进程加速发展，景观格局加速改变，城市生态安全问题愈发严重。景观生态风险是指在自然或非自然因素的作用下，景观格局与生态系统产生相互影响而有可能诱发的负面效应[1]。生态风险评价的方法能够挖掘关键性的生态风险，并经历由传统的生态风险评价到景观生态风险评价的演变[2]。景观生态风险评价是基于景观格局，通过一定的模型和分析方法，对由于各种原因导致的生态环境恶化进行评价[3-4]。科学有效的生态风险评价，能探究区域生态环境变化，为景观格局优化提供对策[5]。合理的景观格局生态风险评价，有助于认识研究区域生态系统的变化，并揭示其影响程度[6]。

 

生态风险评价目前主要有2种评价模式，风险源汇作为其中的一种评价方式，是较早的景观生态风险评价方法。该方法需识别威胁区域生态系统健康的风险受体和风险源，采用此方法的研究区域多有明显生态胁迫因子。基于景观格局评价区域内生态风险是通过空间格局进行评价[7]，探究区域内空间格局变化与区域生态风险的关系。

 

以信阳市为研究区，基于2000年、2010年、2020年三期土地利用数据，结合生态评价各项指数，系统分析信阳市2000－2020年景观格局演变过程，并对整个市域进行景观生态风险评价，并提出优化策略，以期为信阳市生态环境保护与可持续发展提供参考。

 

1数据来源与研究方法

 

1.1研究区概况

 

信阳市属于河南省辖地级市，地处河南省最南部及我国南北气候过渡带，是鄂豫皖省际区域中心城市，区位优越，地势南高北低，中部是丘陵地区，北部是平原和洼地。信阳市作为淮河源国家级生态功能保护区的重要组成部分，研究其生态格局动态变化，并对其生态风险进行动态评估具有重要意义。

 

1.2数据来源与处理

 

研究区矢量数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心2015年中国地市行政边界数据；土地利用数据来源于GlobeLand30全球地表覆被数据库2000年、2010年、2020年3期数据，分辨率为30m×30m，数据时间跨度大，总体精度较高。

 

1.3风险小区划分

 

为了更好地显现信阳市景观生态风险在空间范围内的差异性，运用ArcGIS软件，将研究区划分为10km×10km的网格单元，共划分风险小区237个（见图1），作为景观生态风险计算的单元，分别计算每个小区的景观生态风险值。

 

1.4景观生态风险指数构建

 

景观格局指数可有效反映景观结构及格局信息，各类景观对于生物多样性保护及生态系统平衡作用不尽相同，各类景观应对外界干扰的抵抗能力也不同[8]，这对于景观生态风险的影响具有决定性作用[9]。以信阳市土地景观格局为基础，以景观干扰度指数、景观脆弱度指数和景观损失度为评价指标，建立生态风险评价体系，研究景观生态风险情况。

 

1.4.1景观干扰度指数。景观干扰度指数表示某类景观抵抗外界的干扰能力，所受外界干扰大，生态风险大。公式如下：Gi=aCi+bSi+cDi

 

式中，Ci为景观破碎度指数，Si为景观分离度指数，Di为景观优势度指数，i为特定的景观类型，a、b、c分别为各景观指数的权重值。通过参考相关文献，将a、b、c分别赋值为0.5、0.3、0.2。

 

1.4.2景观脆弱度指数。生态敏感性是指生态系统在遭受外界干扰时被破坏的难易程度。区域内敏感度越高，生态系统越脆弱，受人类活动影响而发生破坏的可能性就越大。针对信阳市实际情况，在查阅大量文献的基础上，将研究区景观类型的脆弱性分为7级，从高到低依次为：人造地表（1）、林地（2）、草地（3）、耕地（4）、湿地（5）、水体（6）、裸地（7），标准化处理后得到各景观类型的脆弱度指数Fi。

 

1.4.3景观损失度指数。景观损失度指数是指外界影响作用于景观与自身脆弱性的损失结果[5]，公式如下。Ri=Gi×Fi式中，Gi为景观干扰度指数，Fi为景观脆弱度指数。1.4.4景观生态风险指数。公式如下。

 

ERIi=Ni=1ΣAkiAkRi式中，ERIi为第i个风险小区的生态风险指数，Aki为第k个风险小区第i类景观的面积，Ak为第k个风险小区的面积，Ri为第i类景观的景观损失度指数。

 

2结果分析

 

2.1景观类型特征与变化

 

2000－2020年，信阳市景观类型以耕地和林地为主，面积之和占总面积的60%以上。由于地处暖温带与亚热带的过渡地带，土地类型较丰富，耕地为面积最大的用地类型，其中，耕地又以水田为主，为全省水稻主生产区。同时，耕地面积呈先小幅增加后又降低的趋势，南部地区林地面积较大，林地面积有小幅先降后升的变化。整体来看，2000年林地占比与2020年几乎持平。

人造地表占比持续上升，与城镇化发展进程密不可分；水体面积先降后升，相较于2000年，2020年水体总面积有所增加；湿地面积先降后升，但相比于2000年，2020年湿地面积依旧有所下降；裸地面积20年间持续减少。2000－2010年，各类型景观中变化最大的为人造地表，2010－2020年，各类型景观中变化最大的为人造地表，其次为耕地。人造地表的扩张速度持续增加，由此产生的耕地、湿地、裸地面积减少，造成景观格局不断变化，生态系统稳定性也受到一定威胁。

 

2.2景观格局动态变化

 

使用Fragstats4.2软件批处理，得到2000年、2010年、2020年各风险小区景观类型的斑块数量及面积，参照相关计算公式，得到各类景观的景观格局指数。

 

 

由表1可知，近20年来，草地景观破碎度最大，草地被分割破碎化的程度最高。由于城市化快速发展，耕地破碎度持续增加，林地、裸地破碎程度呈先升高后降低的趋势，而人造地表、水体破碎度持续降低。分离度较大的景观类型为草地、湿地、裸地，分散程度较高。耕地、林地优势度指数较高，草地、湿地、裸地干扰度较高，这三类景观所受外景影响较大。

 

2000－2020年，各景观类型生态风险值也有所不同。耕地、裸地生态风险值呈上升趋势，人造地表、水体生态风险值呈现下降趋势，林地、草地生态风险值呈现先升后降的趋势，湿地景观生态风险值一直处于较低水平。区域平均生态风险值与林地、草地风险变化一致，呈现先升后降的趋势。各景观类型的平均风险值为草地>裸地＞水体＞林地＞人造地表＞耕地＞湿地，各景观类型的变化对于区域景观生态风险有较大影响。

 

2.3景观生态风险演变

 

使用Frasgstats软件，计算单个生态小区的景观生态风险指数，并使用ArcGIS软件和克里金插值法，对信阳市2000年、2010年、2020年3个时期的景观生态风险指数做插值处理。将插值结果分为五类，即低生态区（ERI≤0.18）、较低风险区（0.18＜ERI≤0.36）、中风险区（0.36＜ERI≤0.54）、较高风险区（0.54＜ERI≤0.72）、高风险区（ERI＞0.72）。景观风险等级越高，人为干扰因素对区域的干扰越强，破碎度越大。

 

 

由图2可知，信阳市景观生态风险整体较低，多以低风险区和较低风险区为主，约占研究区总面积的70%以上。低风险与较低风险区多分布在中部地区和东部地区，整体以耕地、林地为主，区域人造地表多为小面积多点分散，人为干扰影响较小。区域生态风险在西南方较高，景观破碎度较高，景观恢复能力较差。但在2000－2020年，高风险区与较高风险区均在逐步缩小，该区域为信阳市市辖区，随着城乡一体化发展的推进，区域内人造地表的面积持续扩大，尤其是在2010－2020年，人造地表面积飞速增加，成片分布，使得区域内景观稳定性增强，同时，外界干扰对其影响也降低，区域内生态风险降低。此外，随着城市建设的不断推进，城市景观格局也在持续优化，生态旅游快速发展，着力打造生态宜居城市，这也为信阳市中心城区景观结构与布局优化提供了良好的条件。

 

 

近20年来，区域内整体生态风险得到了有效的控制，高风险区占比持续降低，中风险区与较高风险区占比持续上升，这时期的城市建设进程较慢，人造地表建设较为分散，自然景观与人文景观交错出现，景观破碎度与分离度持续增加，使得生态系统的连通性与整体性被打破，景观风险指数较高的区域向外扩散，面积增加。2010－2020年，人造地表面积有了大幅度增加，多为集中整块分布，使得区域内稳定性增加，中风险区域、较高风险区域及高风险区域面积持续下降，这与城市发展越来越重视生态文明建设密不可分。

 

由表2可知，2000－2020年，高风险区与低风险区占比持续下降，较高风险区与中风险区占比呈先升后降的趋势，较低风险区占比持续上升；较低风险区与低风险区所占比皆达到70%以上，说明全域生态风险较小，生态环境状况良好。

 

3结论

 

基于2000－2020年信阳市土地利用数据，构建景观格局生态风险评价体系，探究信阳市土地利用景观空间变化特征及景观生态风险演变特征。

 

（1）研究区景观格局变化显著。区域景观以耕地与林地为主，其中，林地面积持续增加，耕地面积在前10年间总面积变化不大，在后10年间总面积在减少；林地面积呈先降后升的趋势，总体面积变化不大；裸地面积持续减少，而人造地表面积持续增加，且2010－2020年涨幅十分明显，对区域景观生态风险影响较大。

 

（2）在各景观类型中，草地景观破碎度最大，草地被分割破碎化的程度最高。随着城市化进程的加快，耕地破碎度持续增加，而人造地表、水体破碎度持续降低。草地、湿地、裸地干扰度较高，这三类景观受外界影响较大。

 

（3）研究区景观生态风险空间分布差异明显。高风险区与较高风险区均集中在西南部区域，为市辖区附近，中部区域与东部区域生态风险较小。2000－2010年，高风险区呈向东、北部扩散的趋势，与城市发展中耕地等景观类型的粗放应用有关。2010－2020年，高风险区、较高风险区、中风险区均有一定范围的缩小，这与退耕还林、生态文明建设等政策的实施有关，土地集约利用水平不断提高，使得中高风险区域面积持续减小。高风险区呈片状分布，高风险区内人口密度较大，对景观干扰度较大，由于一系列保护政策的出台，2010－2020年，区域中高风险区逐步向较低风险区转换。城市建设初期，各类用地类型无序使用，景观破碎程度升高，区域内景观生态风险的中高风险区面积逐步扩大，但后期合理有序的城市规划及建设，避免了无序的开发利用，区域内景观生态风险逐步降低。

 

通过对信阳市2000－2020年景观风险的分析，可为区域生态研究及相关政策的制定提供理论依据。从研究结果来看，2010－2020年，信阳市实施的一系列生态保护政策是切实可行的，有效缩小了中高风险区面积，可持续推进各项保护措施，以提高土地利用效率，打造生态文明城市。对于中低风险区，应加大各景观类型生态保护力度，同时，针对中高风险区着力进行各类景观生态修复，优化区域景观格局。