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基于景观格局的信阳市生态风险评价

日期:2023-12-19 10:21:22     作者:马桂花    浏览:0    
核心提示: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。
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

基于景观格局的信阳市生态风险评价
 
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。
 
基于景观格局的信阳市生态风险评价
 
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。
 
基于景观格局的信阳市生态风险评价
 
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。

基于景观格局的信阳市生态风险评价
 
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。
 
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