2000—2020年重庆市土地利用变化及景观生态风险评价.pdf

湖北农业科学2023 年收稿日期：2022-05-30基金项目：国家社科基金一般项目（21BJY170）作者简介：孙贵艳（1984-），女，山东临沂人，研究员，博士，主要从事区域经济研究，（电话）19112055968（电子信箱）。第 62 卷第 7 期2023 年 7 月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.62 No.7Jul.，2023孙贵艳，代云川.20002020年重庆市土地利用变化及景观生态风险评价 J.湖北农业科学，2023，62（7）：38-43，62土地作为人类所需的重要资源，其利用方式与程度不仅影响经济社会可持续发展，更会对生态环境造成区域性和累积性的影响，并体现在生态系统的结构和功能上1。有研究表明，土地利用/覆被变化与各类现实或潜在的生态风险密切相关，在一定程度上决定区域生态风险大小2，3。生态风险评价是用来描述评估自然环境变化、人类活动等对区域生态系统结构与功能产生不利影响的可能性及其大小程度4，5，是山、水、林、田、湖、草生命共同体安全研究的基础。近年来，从土地利用变化及景观格局特征角度构建生态风险指数，定量识别和评估区域生态状况及空间分异，成为当前研究的热点6-8。20002020年重庆市土地利用变化及景观生态风险评价孙贵艳，代云川（重庆社会科学院生态与环境资源研究所/生态安全与绿色发展研究中心，重庆400020）摘要：基于重庆市2000、2010、2020年的土地利用数据，分析其土地利用动态变化特征，并利用景观脆弱度指数和景观格局指数建立生态风险评价模型，对生态风险时空变化特征进行评价。结果表明，20002020年，重庆市主要土地利用类型为耕地、林地；人造地表、林地、水体面积不断增加，耕地、草地、灌木地、湿地面积不断减少，其中，人造地表面积明显增加，且主要来自耕地；重庆市各时期景观生态风险在空间上呈正向集聚效应，高-高集聚区呈减少趋势；重庆市以中生态风险区、较低生态风险区为主，整体生态风险逐渐减弱。需针对不同生态风险区，采取差异化的土地利用措施。关键词：土地利用；景观格局；景观生态风险评价；重庆市中图分类号：F301文献标识码：A文章编号：0439-8114（2023）07-0038-06DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2023.07.007开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Land use change and landscape ecological risk assessment in Chongqing from 2000 to 2020SUN Gui-yan，DAI Yun-chuan（Institute of Ecology and Environmental Resources/Research Center for Ecological Security and Green Development，Chongqing Academy of SocialSciences，Chongqing 400020，China）Abstract：Based on the land use data of Chongqing in 2000，2010，and 2020，the dynamic changes in land use characteristics were，and analyzed an ecological risk assessment model was established using the landscape vulnerability index and landscape pattern indexto evaluate the spatiotemporal changes in ecological risk.The results indicated that from 2000 to 2020，the main types of land use inChongqing were arable land and forest land；the area of artificial surface，forest land，and water bodies continued to increase，whilethe area of arable land，grassland，shrubland，and wetland continued to decrease.Among them，the area of artificial surface had significantly increased，mainly from arable land；the landscape ecological risks in various periods of Chongqing showed a positive agglomeration effect in space，while the high high agglomeration areas showed a decreasing trend；Chongqing was mainly located in areas withmedium and low ecological risks，with overall ecological risks gradually weakening.Differentiated land use measures needed to be taken for different ecological risk areas.Key words：land use；landscape pattern；landscape ecological risk assessment；Chongqing City第 7 期国内外对土地利用带来的生态风险研究主要采用2种评价方法。一是基于相对生态风险评价模型（RRM）9，10进行评价，主要利用各风险单元内部因子的风险贡献程度，再结合风险源、生境和风险受体对区域生态风险进行定量评价11，12。二是基于景观格局指数、土地利用变化进行生态风险研究，主要利用景观脆弱度指数和景观格局指数等作为评价指标，构建生态风险指数进行生态风险评价13-15。目前，基于景观格局进行生态风险评价相对科学可行，区域划分方法主要包括以行政区划、地貌、流域等自然地理边界来划分风险单元的方法和网格法，其中网格法运用较普遍16。顾梦瑶等17、刘希朝等18、康紫薇等19、杜军等20通过划分不同大小的生态风险评价单元，利用景观结构指数、景观脆弱指数及扰动指数等构建生态风险指数，再结合ArcGIS空间分析法，评价景观生态风险空间分异特征。综上可知，生态风险评价方法和体系比较成熟，但生态风险往往受多个因素交互作用的影响，因此，需要针对不同地区的区域特征进行评价和分析。1研究区概况与数据来源1.1研究区概况重庆市是中国中西部地区惟一的直辖市，地处青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，东经1051111011、北纬 28103213，面积达8.24万km2，辖38个区县（26区、8县、4自治县）。地貌以丘陵、山地为主，其中山地占 76%；长江、嘉陵江、乌江三江过境，境内有河流 5 300 余条；中亚热带湿润季风性气候。2020年，重庆市平均降水量为1 361.7 mm，平均气温为17.8，空气质量优良天数达 333 d，森林覆盖率达 52.5%，地区生产总值达25 002.79亿元。第七次全国人口普查显示，2020年重庆市人口总数为32 054 159人。1.2数据来源选取2000、2010、2020年3期的重庆市土地利用矢量数据，数据均来源于中国研制的 30 m全球地表覆盖数据 GlobeLand30。其中 GlobeLand30 2000 数据 和 GlobeLand30 2010 数 据 的 总 体 精 度 均 为83.50%，Kappa 系数为 0.78；GlobeLand30 2020 数据的总体精度为 85.72%，Kappa 系数为 0.82。根据GlobeLand30 分类系统，重庆市分为耕地、林地、草地、灌木地、湿地、水体、人造地表、裸地8种类型。2研究方法2.1土地利用动态变化利用2000、2010、2020年的土地利用数据，通过土地利用面积变化、单一土地利用动态度K、综合土地利用动态度 LC等指标分析不同时期土地利用动态变化过程；运用土地利用转移矩阵研究不同时期各土地利用类型间相互转化的数量与方向。单一土地利用动态度K的计算公式如下：K=Ub-UaUa1T100%（1）式中，Ua、Ub分别为研究时段初期、末期的某一类土地利用的数量；T为研究时段。综合土地利用动态度LC的计算公式如下：LC=i=1nLUi-j2i=1nLUi1T100%（2）式中，LUi为研究时段初期第i类土地利用的面积；LUi-j为研究时期内第i类土地利用转为其他类型土地利用的面积。土地利用转移矩阵表达式如下：Sij=|S11S21S12S22S1nS2nSn1Sn2Snn（3）式中，Sij为研究时段内第i类土地利用向第j类土地利用转化的面积；i为前一时期的土地利用类型；j为后一时期的土地利用类型；n为土地利用类型的数量。2.2评价单元划分为了提高景观生态风险的评价精度，参考国家格网 GIS 的相关标准（GB/T 124092009 地理格网 等）和已有研究3，20，结合重庆市的实际情况和工作量，划分1 km1 km 的正方形格网，得到980个生态风险样本小区。再取每个格网的中心点为采样点，保留研究区在格网中面积占比超过20%的采样点，最终得到 892个有效采样点。以格网划分为基础计算每个小区内的生态风险指数，并将其作为样区中心点的生态风险值，再利用半变异函数对小区样点的风险值进行拟合，从而得到整个研究区的生态风险水平。2.3景观生态风险指数构建景观指数法一般是利用多个指数组合来描述景观格局及变化。根据各评价单元内土地利用类型占比、景观干扰度指数、景观脆弱度指数来计算景观生态风险指数，计算公式如下：ERIk=i=1nAkiAkRi（4）Ri=UiVi（5）孙贵艳等：20002020年重庆市土地利用变化及景观生态风险评价39湖北农业科学2023 年式中，ERIk表示第k个小区的区域景观生态风险指数；n表示景观类型的总个数；Aki表示第k个小区中景观类型i的面积；Ak表示第k个小区的总面积；Ri表示第i类景观的景观损失度指数；Ui表示第i类景观的景观干扰度指数；Vi表示第i类景观的景观脆弱度指数。景观干扰度指数Ui是由景观破碎度指数、景观分离度指数、景观分维数分别赋予相应权重后综合计算得出15，18，公式如下：Ui=aCi+bSi+cFi（6）式中，Ci、Si、Fi分别为第i个评价单元的景观破碎度指数、景观分离度指数、景观分维数；Ci、Si、Fi由于量纲不同，需进行归一化处理。a、b、c分别为景观破碎度指数、景观分离度指数、景观分维数的权重，借鉴已有研究17-20，分别赋值为0.5、0.3、0.2。景观脆弱度指数Vi表示各类景观受外界干扰的敏感程度，鉴于研究区域的景观特点与已有研究成果21，22，认为裸地最脆弱，人造地表最稳定。依据景观类型脆弱性由高到低依次赋值，裸地、水体、湿地、耕地、草地、灌木地、林地、人造地表赋值分别为8、7、6、5、4、3、2、1，并对其进行归一化处理。其中考虑到 2000、2010年景观无裸地，在对它们进行归一化处理的时候，仅考虑水体、湿地、耕地、草地、灌木地、林地、人造地表（表1）。表1景观脆弱度赋值类型耕地林地草地灌木地湿地水体人造地表裸地赋值524367182000、2010年归一化0.178 5710.071 4290.142 8570.107 1430.214 2860.250 0000.035 7140.000 0002020年归一化0.138 8890.055 5560.111 1