施婷婷，許章華,2

(1. 福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，福建 福州 350116；2. 福建省資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與可持續(xù)經(jīng)營(yíng)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002)

?

2005～2014年平潭縣土地利用變化及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

施婷婷1，許章華1,2

(1. 福州大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，福建 福州 350116；2. 福建省資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與可持續(xù)經(jīng)營(yíng)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002)

為了研究區(qū)域土地利用變化對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，以2005年Landsat 5 TM與2014年Landsat 8 OLI多光譜遙感影像數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，采用決策樹(shù)分類(lèi)方法輔以目視解譯進(jìn)行平潭縣土地利用分類(lèi)；從多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體、多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)3個(gè)方面構(gòu)建平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型，分析2005～2014年平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化.結(jié)果表明：2005～2014年來(lái)，填海造陸、海島開(kāi)發(fā)建設(shè)等導(dǎo)致平潭縣土地利用類(lèi)型發(fā)生著較大變化，建設(shè)用地增加3 405.6 hm2，變化幅度最大；較之于2005年，2014年總體平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值上升0.03，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值上升；極低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的面積減少，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加.平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的定量化綜合評(píng)價(jià)可為區(qū)域生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系與模型的科學(xué)合理構(gòu)建提供參考.

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)； 土地利用變化； 風(fēng)險(xiǎn)管理； 平潭縣

土地利用/覆蓋變化(LUCC)反映自然條件改變與人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響, 是當(dāng)前全球變化研究的重要內(nèi)容之一.目前，關(guān)于土地利用的研究日趨完善并向變化監(jiān)測(cè)[1-3]、驅(qū)動(dòng)力機(jī)制[4]、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建[5]和資源環(huán)境效應(yīng)[6]等綜合化的方向發(fā)展.近年來(lái)人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展引起的土地利用變化導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成較大影響，故基于土地利用變化的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究開(kāi)始受到關(guān)注[6-7].區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是在區(qū)域尺度上對(duì)不同類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境污染、人為活動(dòng)或自然災(zāi)害等多風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)評(píng)價(jià)終點(diǎn)造成的負(fù)面效應(yīng)及危害程度的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[8].眾多研究表明[9-10]，土地利用變化與區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有著密不可分的關(guān)系，土地利用引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有區(qū)域性和積累性，能夠直接反映區(qū)域中各種潛在的生態(tài)影響及其空間異質(zhì)性.因此，基于土地利用的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能夠預(yù)測(cè)一定區(qū)域范圍內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率及可能產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)，提出預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的措施，對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、提高生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值、促進(jìn)區(qū)域環(huán)境管理與風(fēng)險(xiǎn)決策等具有重要意義.目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同的研究區(qū)在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、方法與模型等方面開(kāi)展了大量研究[11-13]，但仍缺乏科學(xué)統(tǒng)一合適的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.如Angela[11]等構(gòu)建基于壓力因子-受體-生境三者相互關(guān)系的模型來(lái)研究Codorus Creek流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其選擇的壓力因子包括土地利用、水土流失、地表覆蓋和廢水排放等；評(píng)價(jià)端點(diǎn)有水量、水質(zhì)、本地魚(yú)類(lèi)數(shù)量減少、水生生物減少、恢復(fù)損害和暴雨危害等；傅麗華[12]等選取景觀(guān)及土地利用變化類(lèi)型、土地利用分級(jí)程度、土地利用變化率和不同景觀(guān)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)土地利用進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；孫洪波[13]等采用相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型，從風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)3個(gè)方面選擇指標(biāo)構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，分析南京市地區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分異規(guī)律及影響因素.由此可見(jiàn)，不同的研究者對(duì)于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與模型的構(gòu)建各不相同，目前仍未形成科學(xué)規(guī)范的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)由于不同研究區(qū)的各類(lèi)詳細(xì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取比較困難，在對(duì)各種生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過(guò)程和作用機(jī)理尚未清楚的情況下構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與模型是較為困難的.因此，進(jìn)一步完善基于土地利用變化的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定量研究方法，構(gòu)建合適的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與模型具有重要的意義.筆者從多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體、多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)3個(gè)方面來(lái)構(gòu)建土地利用變化下的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與模型，綜合定量地評(píng)價(jià)平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，旨在為平潭縣生態(tài)環(huán)境的綜合管理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系與模型的科學(xué)合理構(gòu)建提供參考.

1 研究區(qū)概況

圖1 平潭縣地理區(qū)位示意圖

平潭縣位于福建省東部，與臺(tái)灣隔海相望，地理位置介于25°15′ ～25°45′ N，119°32′ ～120°06′ E之間(如圖1所示)，地勢(shì)低平，中部略高，主要地貌類(lèi)型為丘陵和海積平原.平潭縣屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫?zé)釢駶?rùn)，冬暖夏涼.2009年設(shè)立平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，根據(jù)平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)2013年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，平潭縣2013年總?cè)丝诩s41.8萬(wàn)，全年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值155.39億元，比上年增長(zhǎng)13.0%.近十年來(lái)，平潭縣正處于大力發(fā)展的時(shí)期，隨著區(qū)域人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，憑借著國(guó)家和地方政策的大力支持，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、填海造陸工程等人類(lèi)活動(dòng)引起全區(qū)土地利用類(lèi)型與景觀(guān)格局發(fā)生劇烈變化，造成環(huán)境污染、森林銳減、水土流失等區(qū)域性環(huán)境問(wèn)題日益突出，制約區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與影像預(yù)處理 收集的數(shù)據(jù)包括：平潭縣2005年Landsat 5 TM與2014年Landsat 8 OLI多光譜遙感影像，并對(duì)影像進(jìn)行輻射校正、幾何校正、剪裁等處理；平潭縣1 ∶10 000地形圖，用于影像的配準(zhǔn)；行政區(qū)劃邊界圖，用于影像的裁剪；2005年與2014年土地利用現(xiàn)狀圖，主要從Google Earth中獲取，用于決策樹(shù)分類(lèi).投影類(lèi)型為T(mén)ransverse Mercator，橢球體為Krasovsky，誤差控制在0.5個(gè)像元內(nèi).2.2 決策樹(shù)分類(lèi) 決策樹(shù)分類(lèi)是按照一定規(guī)則把遙感數(shù)據(jù)集逐級(jí)細(xì)分以得到具有不同屬性的各個(gè)子類(lèi)別[14].RuleGen是ENVI軟件下關(guān)于決策樹(shù)分類(lèi)的插件，運(yùn)行原理基于CART算法，基于ENVI自帶Decision Tree進(jìn)行制作與執(zhí)行決策樹(shù)規(guī)則.首先將歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)與預(yù)處理后的原始影像波段進(jìn)行組合，結(jié)合Google Earth進(jìn)行一定數(shù)量的訓(xùn)練區(qū)樣本選取，然后利用訓(xùn)練區(qū)樣本獲取專(zhuān)家知識(shí)規(guī)則，進(jìn)行RuleGen決策樹(shù)分類(lèi),最后對(duì)分類(lèi)后的遙感影像輔以目視解譯，結(jié)合Google Earth對(duì)錯(cuò)誤的分類(lèi)進(jìn)行糾正，提高分類(lèi)精度.

2.3 土地利用變化分析 采用定性與定量相結(jié)合的方式，選取土地利用變化面積、變化幅度和變化速率等3個(gè)方面進(jìn)行土地利用變化分析.將2005年和2014年2期土地利用分類(lèi)圖，在ERDAS中進(jìn)行空間建模，生成各類(lèi)土地利用變化圖，并對(duì)此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算生成2005～2014年平潭縣土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，來(lái)定量描述各土地利用類(lèi)型間的轉(zhuǎn)化.

2.4 平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建 結(jié)合國(guó)內(nèi)外關(guān)于區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究成果，廣泛征求各方面專(zhuān)家意見(jiàn)，借鑒相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型(RRM)，從多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體、多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)3個(gè)方面構(gòu)建土地利用變化下的平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.多風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)反映區(qū)域可能面臨的多種不利影響，如自然災(zāi)害、人類(lèi)活動(dòng)等，主要考慮與土地利用活動(dòng)有關(guān)的壓力因子以及土地利用強(qiáng)度.多風(fēng)險(xiǎn)受體指在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中生態(tài)系統(tǒng)可能受到來(lái)自風(fēng)險(xiǎn)源不利作用的組成部分.從景觀(guān)生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)，認(rèn)為人類(lèi)活動(dòng)引發(fā)的土地利用變化在很大程度上反映生態(tài)系統(tǒng)景觀(guān)破碎化以及景觀(guān)格局變化，故指標(biāo)多選取與風(fēng)險(xiǎn)受體空間承載力相關(guān)的景觀(guān)格局指數(shù).多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)指標(biāo)反映風(fēng)險(xiǎn)受體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的響應(yīng)，指標(biāo)多選用自然生態(tài)系統(tǒng)及復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的功能性指標(biāo).

2.4.1 多風(fēng)險(xiǎn)源指標(biāo)選取及計(jì)算

1) 建設(shè)用地比例是城市擴(kuò)張和人口增長(zhǎng)的重要標(biāo)志，比例越高，意味人類(lèi)活動(dòng)對(duì)原有的生態(tài)系統(tǒng)的破壞越大，帶來(lái)一些如熱島效應(yīng)、生物多樣性銳減、有毒有害物質(zhì)劇增等負(fù)面效應(yīng).因此，建設(shè)用地比例越高，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響越大.建設(shè)用地成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化的主要風(fēng)險(xiǎn)源.計(jì)算公式

P=D/L×100% ，

(1)

其中，P是建設(shè)用地比例，D為建設(shè)用地面積，L為土地總面積.

2)耕地墾殖指數(shù)是保障區(qū)域人類(lèi)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)條件.耕地對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)主要表現(xiàn)在水土流失、水體污染、土地退化和土地污染等.耕地的開(kāi)墾導(dǎo)致地表植被對(duì)土壤的保護(hù)性降低，一旦暴雨沖刷，易造成水土流失.同時(shí)，耕地意味著大量的農(nóng)藥和化肥流入土地，一些難降解的持久性污染物將留在土壤里，形成土地污染.因此，耕地墾殖指數(shù)越高，意味著其對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的負(fù)面影響程度越高.計(jì)算公式[15]

K=F/L×100% ，

(2)

其中，K是耕地墾殖指數(shù)，F(xiàn)為耕地面積，L為土地總面積.

3)土地利用綜合指數(shù)反映土地利用的廣度和深度[16]，在一定程度上體現(xiàn)自然因素和人文因素等綜合影響對(duì)土地利用方式和結(jié)構(gòu)的作用，其值越大，代表土地利用強(qiáng)度越大，對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度越高.參考劉紀(jì)遠(yuǎn)[17]等提出的土地利用綜合指數(shù)，計(jì)算公式

(3)其中，La為土地利用綜合指數(shù)，Ai為第i類(lèi)土地利用程度分級(jí)指數(shù)，Ci為第i類(lèi)土地面積占總面積的比重.

2.4.2 多風(fēng)險(xiǎn)受體指標(biāo)選取及計(jì)算

1)破碎度指數(shù)反映景觀(guān)空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在一定程度上反映人為因素對(duì)景觀(guān)的干擾程度，其值越大說(shuō)明景觀(guān)受到較為強(qiáng)烈的干擾，造成抵抗干擾的能力越弱，景觀(guān)易遭受破壞，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高.計(jì)算公式[18]

Ci=Ni/Ai，

(4)

其中，Ci為景觀(guān)i的破碎度，Ni為景觀(guān)i的斑塊數(shù)，Ai為景觀(guān)i的總面積.

2)景觀(guān)形狀指數(shù)體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其值越大，景觀(guān)生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜度越高，受干擾程度越高，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性越低，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高.計(jì)算公式[18]

(5)

其中，LSI為景觀(guān)形狀指數(shù)，E為景觀(guān)中所有斑塊邊界的總長(zhǎng)度，A為景觀(guān)面積.

3)香農(nóng)多樣性指數(shù)是指景觀(guān)元素在結(jié)構(gòu)、功能以及隨時(shí)間變化方面的多樣性，反映景觀(guān)類(lèi)型的豐富度和復(fù)雜度.土地利用越豐富，破碎度越高，其香農(nóng)多樣性指數(shù)越高，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高.計(jì)算公式[18]

(6)

其中，SHDI為香農(nóng)多樣性指數(shù)，Pi是景觀(guān)類(lèi)型i所占面積的比例，n為景觀(guān)類(lèi)型數(shù)目.

4)聚集度指數(shù)是指景觀(guān)中不同斑塊類(lèi)型的非隨機(jī)性或聚集程度，反映景觀(guān)要素的空間配置特征，其值越小，景觀(guān)越離散，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高.計(jì)算公式[19]

(7)

其中，C為聚集度指數(shù)，Cmax為聚集度指數(shù)的最大值(2ln n)，n為景觀(guān)中斑塊類(lèi)型總數(shù)，Pij為斑塊類(lèi)型i與j相鄰的概率.

2.4.3 多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)指標(biāo)選取及計(jì)算

1)森林覆蓋率體現(xiàn)區(qū)域內(nèi)森林資源豐富程度以及實(shí)現(xiàn)綠化的程度，是反映生態(tài)平衡狀況的重要指標(biāo).森林有著調(diào)節(jié)氣候、水土保持、維持生物多樣性等作用，區(qū)域內(nèi)森林覆蓋率的變化決定著生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.因此其值越大，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越低.計(jì)算公式

C=W/L×100% ，

(8)

其中，C是森林覆蓋率，W為林地面積，L為土地總面積.

2)生物豐度指數(shù)反映區(qū)域內(nèi)生物豐度的豐貧程度.生物豐度指數(shù)越高，反映區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)風(fēng)險(xiǎn)受體受影響的程度越大，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高.參考《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)國(guó)家技術(shù)規(guī)范(試行)》[20]，計(jì)算公式

(9)

其中，B是生物豐度指數(shù)，S1，S2，S3，S4，S5，S6分別表示區(qū)域內(nèi)林地、耕地、灘涂、水域、建設(shè)用地和未利用地的面積，S為土地總面積.

3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是指土地利用結(jié)構(gòu)與功能的變化直接影響著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化.通過(guò)對(duì)平潭縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算，能較好地反映當(dāng)?shù)丨h(huán)境狀態(tài)和調(diào)節(jié)能力.因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值越高，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)風(fēng)險(xiǎn)受體可能受到的影響較大，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越高.計(jì)算公式[21]

(10)

其中，V為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指數(shù)，Aij為第j個(gè)區(qū)域i類(lèi)土地利用類(lèi)型面積，Aj為第j個(gè)樣方總面積，Vi為第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù).參照謝高地[22]等以及陳鵬[23]對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究確定生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù).

采用層次分析法構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)咨詢(xún)地理學(xué)、生態(tài)環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域的9位專(zhuān)家意見(jiàn)和評(píng)分結(jié)果，采用1～9評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩兩之間的相對(duì)重要程度進(jìn)行比較賦值，構(gòu)建判斷矩陣.通過(guò)一致性檢驗(yàn)來(lái)判斷專(zhuān)家打分的可信度，目標(biāo)層-準(zhǔn)則層判斷矩陣A-B的一致性比CR=0.051 6，準(zhǔn)則層-指標(biāo)層的判斷矩陣B1-C1～3，B2-C4～7，B3-C8～10一致性比例CR分別為0.017 6、0.022 7、0.051 6，可以看出，CR均小于0.1時(shí)，說(shuō)明判斷矩陣的結(jié)果令人滿(mǎn)意.最后確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重值，如表1所示.

表1 平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子權(quán)重值

2.5 平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建 在區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，每個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的貢獻(xiàn)率不同，采用綜合指數(shù)法[24]計(jì)算S，R，E的值，計(jì)算公式

ERI=S+R+E ，

(11)

(12)

(13)

(14)

其中，ERI為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，S為風(fēng)險(xiǎn)源指標(biāo)，R為風(fēng)險(xiǎn)受體指標(biāo)，E為風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)指標(biāo)，Wi為指標(biāo)i的權(quán)重值，Xi為指標(biāo)i的量化值.

3 結(jié)果與分析

3.1 平潭縣土地利用分類(lèi)及精度檢驗(yàn) 參考《土地利用分類(lèi)》中的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合平潭縣實(shí)際情況，采用決策樹(shù)分類(lèi)輔以目視解譯對(duì)2期遙感影像進(jìn)行分類(lèi)，得到平潭縣土地利用分類(lèi)圖，如圖2所示.采用基于誤差矩陣的精度評(píng)價(jià)方法進(jìn)行精度驗(yàn)證.經(jīng)檢驗(yàn)，2005年Landsat 5 TM多光譜遙感影像的總體分類(lèi)精度為87.65%，Kappa系數(shù)為0.845 0，2014年Landsat 8 OLI多光譜遙感影像總體分類(lèi)精度為88.57%，Kappa系數(shù)為0.858 7，且各類(lèi)用地的使用者精度和生產(chǎn)者精度均在85%以上，分類(lèi)結(jié)果比較理想.

a b圖2 平潭縣土地利用分類(lèi)圖

3.2 近十年土地利用變化分析

3.2.1 土地利用總體變化特征分析 2005～2014年間平潭縣土地利用變化顯著，最明顯的是建設(shè)用地的增加和耕地的減少，如圖3所示.相比于2005年，2014年平潭縣林地、耕地、水域和灘涂的比例均有所下降，分別下降了3.79%、7.96%、3.56%、0.04%；建設(shè)用地與未利用地比例均增大，分別上升了10.61%、1.41%.從變化面積、幅度和變化速率分析(表2)，相比于2005年，平潭縣建設(shè)用地變化最大，增加3 405.6 hm2，增加幅度達(dá)89.84%，年均變化速度為8.98%；水域減少1 007.91 hm2，變化幅度為36.71%；平潭縣建設(shè)用地主要由耕地、林地、水域等轉(zhuǎn)變而來(lái)，由于填海造陸、海島開(kāi)發(fā)建設(shè)等原因，水域、耕地的面積減少最多.未利用地增加了467.55 hm2，變化幅度較大，為46.88%.在遙感影像分類(lèi)中，未利用地包括森林中的裸地、火燒跡地及待建設(shè)用地等，由于生態(tài)環(huán)境遭受一定程度的破壞，使得森林變成裸地；大規(guī)模的開(kāi)發(fā)、征用農(nóng)用地等導(dǎo)致林地、耕地轉(zhuǎn)為待建設(shè)用地等，均導(dǎo)致未利用土地面積上升.

表2 2005～2014年平潭縣土地利用變化面積、幅度及速率

3.2.2 平潭縣土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析 利用2期土地利用分類(lèi)圖在ERDAS中進(jìn)行空間建模，生成平潭縣2005～2014年各類(lèi)土地利用類(lèi)型變化分布圖，如圖4所示. 結(jié)果表明：2005～2014年間林地主要轉(zhuǎn)為耕地、建設(shè)用地和未利用地，面積分別為1 024.11 hm2、720.18 hm2、212.13 hm2，占林地總面積的比例分別為9.74%、6.85%、2.02%.耕地主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、林地和未利用地，面積分別為2 265.3 hm2、972.81 hm2、236.97 hm2，占耕地總面積的比例分別為17.57%、7.54%、1.84%.水域主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，面積為811.89 hm2，占水域總面積的比例為29.57%.建設(shè)用地、灘涂、未利用地的面積無(wú)明顯變化.近十年來(lái)平潭縣處于大規(guī)模的開(kāi)發(fā)建設(shè)階段，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、填海造陸工程等人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致了大量的耕地、林地和水域向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移；自然災(zāi)害及濫砍濫伐、圍湖造田等人為因素造成土壤退化、水土流失，導(dǎo)致林地、耕地向未利用地轉(zhuǎn)移，均導(dǎo)致平潭縣土地利用類(lèi)型發(fā)生巨大變化.

圖4 2005～2014年平潭縣土地利用類(lèi)型變化分布圖

3.3 近十年平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.3.1 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理 通過(guò)ArcGIS中鄰域分析計(jì)算3×3矩形的像元范圍內(nèi)中心像元的平均值生成多風(fēng)險(xiǎn)源指標(biāo)、多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)指標(biāo)圖層，利用Fragstates 3.3的應(yīng)用移動(dòng)窗口法生成多風(fēng)險(xiǎn)受體指標(biāo)圖層，最后進(jìn)行歸一化處理.

3.3.2 多風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度空間分布 通過(guò)對(duì)多風(fēng)險(xiǎn)源指標(biāo)進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算，生成2期多風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度分布圖，如圖5所示.研究發(fā)現(xiàn)：與2005年相比，2014年平潭縣整體的風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度值有增大的趨勢(shì)，主要在北厝鎮(zhèn)的西部、潭城鎮(zhèn)、流水鎮(zhèn)、澳前鎮(zhèn)以及中樓鄉(xiāng).由于近十年平潭縣經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施、填海造陸工程等導(dǎo)致林地、耕地、水域轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，建設(shè)用地比例急劇上升；人口增長(zhǎng)造成對(duì)土地的需求量增大，促使土地集約化利用，土地利用程度增大，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的威脅.

a 2005年 b 2014年圖5 平潭縣多風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度分布圖

a 2005年 b 2014年圖6 平潭縣多風(fēng)險(xiǎn)受體暴露度分布圖

3.3.3 多風(fēng)險(xiǎn)受體暴露度空間分布 通過(guò)對(duì)多風(fēng)險(xiǎn)受體指標(biāo)進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算，生成2期多風(fēng)險(xiǎn)受體暴露度分布圖，如圖6所示.研究發(fā)現(xiàn)：與2005年相比，2014年平潭縣風(fēng)險(xiǎn)受體的暴露度整體有所上升.北厝鎮(zhèn)、澳前鎮(zhèn)、敖東鎮(zhèn)、蘇澳鎮(zhèn)、東庠鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、農(nóng)村居民點(diǎn)擴(kuò)建，加劇了區(qū)域景觀(guān)結(jié)構(gòu)的破壞，土地利用程度豐富，景觀(guān)破碎度高，導(dǎo)致鄉(xiāng)鎮(zhèn)沿海地帶風(fēng)險(xiǎn)受體的暴露度增大.

3.3.4 多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)空間分布 通過(guò)對(duì)多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算，生成2期多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)分布圖，如圖7所示.研究發(fā)現(xiàn)：與2005年相比，2014年平潭縣風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)值整體有所降低.由于建設(shè)用地大量增加，林地、耕地、水域等大面積轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低，生物豐度指數(shù)降低，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)風(fēng)險(xiǎn)受體不易受到影響，故生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)值降低.

a 2005年 b 2014年圖7 平潭縣多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)分布圖

a 2005年 b 2014年圖8 平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖

3.3.5 綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布 為了綜合分析平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況，對(duì)多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體和多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)3個(gè)指標(biāo)圖層進(jìn)行疊加分析，得出生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖，如圖8所示.2014年平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值為0.403 3，較之于2005年，上升了0.03.從圖9可以看出，2005～2014年間大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)平均值上升，只有南海鄉(xiāng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)平均值降低，但其變化值不大.

3.3.6 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布 參考相關(guān)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的分類(lèi)方法[25]，將平潭縣劃分為5個(gè)等級(jí)，得到2005年與2014年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖，如圖10所示.從縣域尺度上看，整個(gè)區(qū)域的極低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的面積減少，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加.從鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上看，與2005年相比，2014年平潭縣潭城鎮(zhèn)(含嵐城鄉(xiāng))、東庠鄉(xiāng)、蘇澳鎮(zhèn)、流水鎮(zhèn)、敖東鎮(zhèn)、嶼頭鄉(xiāng)由極低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)向高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移.

a 2005年 b 2014年圖10 平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

從多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)受體、多風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)3方面構(gòu)建土地利用變化下的平潭縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型，采用層次分析法計(jì)算指標(biāo)的權(quán)重值，利用綜合指數(shù)法計(jì)算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)平均值，分析平潭縣2005～2014年的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化.結(jié)果表明：1)2005年與2014年的土地利用分類(lèi)精度分別為87.65%、88.57%，Kappa系數(shù)分別為0.845 0、0.858 7；2)2005～2014年平潭縣正處于大力發(fā)展的時(shí)期，填海造陸和海島開(kāi)發(fā)建設(shè)等導(dǎo)致平潭土地利用類(lèi)型發(fā)生著較大的變化，其中建設(shè)用地增加3 405.6 hm2，變化幅度最大；3)較之于2005年，2014年平潭縣總體平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值上升0.03，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值上升，極低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的面積減少，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加.綜上所述，由于平潭縣人口增長(zhǎng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和填海造陸工程等導(dǎo)致平潭土地利用發(fā)生較大變化，加之平潭縣作為兩岸交流合作的先行區(qū)、海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)先行先試的突破口，政策的導(dǎo)向必然促進(jìn)平潭快速發(fā)展，使得生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體呈上升趨勢(shì)，對(duì)生態(tài)環(huán)境存在較大威脅.為了保護(hù)平潭的生態(tài)環(huán)境，解決土地利用與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，制定合適的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策：加強(qiáng)森林保護(hù)，積極培育幼林，嚴(yán)格控制森林采伐量，提高森林覆蓋率；嚴(yán)格控制建設(shè)用地的擴(kuò)張，防止城市無(wú)限制地蔓延；改變不合理的土地利用方式，建立土地利用安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；堅(jiān)持以人為本的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理理念，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)城市.

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的定量化綜合評(píng)價(jià)為生態(tài)環(huán)境管理與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系與模型的科學(xué)合理構(gòu)建提供參考，但本研究在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素的考慮尚有不足，這將是下一步研究工作方向.

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Land Use Change and Ecological Risk Assessment in Pingtan from 2005 to 2014

Shi Tingting1, Xu Zhanghua1,2

(1. College of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China；2. Fujian Provincial Key Laboratory of Resources and Environment Monitoring & Sustainable Management and Utilization, Fuzhou 350002, China)

In order to study the effects of land use change on regional ecological environment, the method of decision tree classification with visual interpretation was proposed for the land use change in Pingtan, the remote sensing images of Landsat 5 TM and Landsat 8 OLI were used as the main data sources; the multiple risk sources, multiple risk receptors and multiple risk effects were used to establish the ecological assessment index system and model, and the ecological risk changes from 2005 to 2014 in Pingtan were analyzed. The results indicated that: 1. the area of built-up land has increased by 3 405.6 hm2due to land reclamation and the island development from 2005 to 2014; 2. the overall average of ecological risk valued increase by three percent from 2014 to 2005, with an growing tendency in most of villages and towns; 3. the area with three risk levels, namely, very low ecological risk region, low ecological risk region, and moderate ecological risk region decreased, whereas the level of high ecological risk increased. The quantitative assessment of ecological risk in Pingtan establish a scientific foundation for the sustainable development of regional ecological environment and socio-economy, and provide a meaningful reference for scientific and reasonable construction of the ecological assessment index system and model.

regional ecological risk assessment; land use change; risk management; Pingtan

2016-04-20

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(41501361，51408130)；福建省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2016J01188)；福建省資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與可持續(xù)經(jīng)營(yíng)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(ZD1403)；福州大學(xué)人才基金項(xiàng)目(XRC-1345)

施婷婷(1993-)，女，福建平潭人，福州大學(xué)2015級(jí)碩士研究生，研究方向：資源環(huán)境遙感、城鄉(xiāng)規(guī)劃，E-mail: shitingting93@163.com

許章華(1985-)，男，福建福清人，博士，講師，碩導(dǎo)，研究方向：資源環(huán)境遙感、城鄉(xiāng)規(guī)劃與GIS應(yīng)用，E-mail: fafuxzh@163.com

1004-1729(2016)03-0278-11

P 951；TP 79

A DOl：10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2016.0042