黃馨樂，周 興

(廣西師范學(xué)院 國土資源與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001)

0　引言

土地利用是人類勞動與土地進行物質(zhì)、能量和價值、信息的交流、轉(zhuǎn)換，從而獲得物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的經(jīng)濟活動[1]。土地利用是當(dāng)前全球變化研究的重要內(nèi)容之一，在人為活動抑或是自然條件發(fā)生變化對土地造成干擾時，能夠反映對土地生態(tài)系統(tǒng)造成多方面的影響[2]。生態(tài)風(fēng)險是指生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)及其組分對具有可變性的事故或災(zāi)難產(chǎn)生的作用，從而可能會對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成傷害，從而對此區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的健康和安全構(gòu)成威脅[2-3]。綜上所述,區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價是指把特定范圍作為研究區(qū)，對各類生態(tài)系統(tǒng)所面臨的多類風(fēng)險源(自然災(zāi)害、人為活動、環(huán)境污染等)對評價目標(biāo)多風(fēng)險效應(yīng)造成的消極影響與傷害程度所進行的風(fēng)險評估[4]，其關(guān)鍵是調(diào)查區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險源，估測風(fēng)險出現(xiàn)的幾率和可能產(chǎn)生的不良后果，并給出有效的應(yīng)對措施。眾多研究證明[5-6]，土地利用變化與區(qū)域生態(tài)風(fēng)險有著極為緊密的聯(lián)系，在一定區(qū)域內(nèi)的土地利用所引起的生態(tài)風(fēng)險具有一定的積累性，并且在該區(qū)域內(nèi)會直接得以反映。針對不同的研究區(qū)，國內(nèi)外研究學(xué)者構(gòu)建了多類型評價方法、評價指標(biāo)體系及模型[7-9]，但依舊未形成統(tǒng)一的適合區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價的表征體系。本文在3S技術(shù)的支持下，利用遙感影像數(shù)據(jù)作為基本信息源，從多風(fēng)險源、多風(fēng)險受體、多風(fēng)險效應(yīng)3個方面構(gòu)建了區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險評價模型，對貴港市轄區(qū)2015年土地利用生態(tài)風(fēng)險變化進行了分析評價，為該地區(qū)規(guī)避生態(tài)風(fēng)險及制定土地利用規(guī)劃提供了依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

貴港市轄3個市轄區(qū)，包括港北區(qū)、港南區(qū)、覃塘區(qū)，一個縣級市即桂平市，一個縣即平南縣。本文研究區(qū)域為貴港市轄三區(qū)。貴港市位于廣西東南部，北接來賓市，東壤玉林市，西接南寧市，西江貫穿市內(nèi)，是西江流域重要的物流集散地，處于區(qū)內(nèi)最大的沖積平原——潯郁平原的中部，靠近廣東、香港、澳門等繁華地區(qū)，擁有華南內(nèi)河第一大港口，坐標(biāo)北緯22°39′～24°2′、東經(jīng)109°11′～110°39′，北回歸線橫貫中部。貴港市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季偏暖，降水偏少；春季氣溫溫暖，降水量稍偏少；夏季溫度偏高，降水正常；秋季偏暖，降水偏少。

貴港市區(qū)經(jīng)濟實力較強、產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展壯大、城鄉(xiāng)建設(shè)成效顯著、社會事業(yè)全面進步、人民生活不斷改善、生態(tài)建設(shè)成效明顯。近年來國家大力推進內(nèi)陸江河交通物流業(yè)發(fā)展，高度重視西江流域的發(fā)展，貴港作為郁江、黔江匯合地，作為西江流域極為重要的物流集散地、水運中心，應(yīng)牢牢抓住這一發(fā)展機遇期，加快經(jīng)濟社會的全面發(fā)展。與此同時，各種土地利用類型和景觀格局受人類活動的干擾也發(fā)生了變化，造成水土流失、森林面積銳減、環(huán)境污染等區(qū)域環(huán)境問題越發(fā)嚴(yán)重，嚴(yán)重束縛了區(qū)域土地的可持續(xù)性利用，制約了人與自然的可持續(xù)發(fā)展。

2　數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1　數(shù)據(jù)來源與處理

本文所需數(shù)據(jù)收集與遙感影像預(yù)處理收集的數(shù)據(jù)均來源于貴港市轄區(qū)2015年Landsat 8 OLI多光譜遙感影像以及《貴港統(tǒng)計年鑒(2016)》。對貴港市轄區(qū)2015年遙感影像圖進行了影像預(yù)處理工作，步驟如下：(1)輻射校正，減弱遙感器靈敏特性、散射、地形、大氣吸收等影響；(2)大氣校正，消除大氣散射、吸收、反射引起的誤差；(3)幾何校正，對影像進行扭曲、拉伸和偏移等操作，得到配準(zhǔn)影像；(4)最后進行裁剪、拼接等操作。據(jù)此進行人機配合目視解譯方法得到貴港市研究區(qū)2015年土地利用數(shù)據(jù)。結(jié)合研究區(qū)情況，將貴港市轄區(qū)土地分為建設(shè)用地、耕地、林地、水域、灘涂、未利用地六大類，以貴港市轄區(qū)27個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道辦)作為基本評價單元。

2.2　評價指標(biāo)體系與構(gòu)建

鑒于國內(nèi)外學(xué)者對于生態(tài)風(fēng)險評價的研究尚未形成科學(xué)統(tǒng)一的評價模型，本文從風(fēng)險三要素出發(fā)，即對評價區(qū)域可能構(gòu)成負(fù)面影響的多風(fēng)險源(如由自然災(zāi)害損害、人為活動干擾、環(huán)境污染等因子產(chǎn)生的對區(qū)域生態(tài)環(huán)境構(gòu)成的可能的不利影響)、由多風(fēng)險源引起的對評價區(qū)域形成負(fù)面效果組成部分的多風(fēng)險受體、評價區(qū)域內(nèi)多風(fēng)險源對多風(fēng)險受體產(chǎn)生效應(yīng)的多風(fēng)險效應(yīng)，構(gòu)建了區(qū)域生態(tài)綜合評價模型。

本文中，多風(fēng)險源強可從人為活動對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的干擾著手，選取建設(shè)用地比例、人均建設(shè)用地、土地利用綜合指數(shù)、人口密度等壓力性指標(biāo)；而風(fēng)險受體暴露度指標(biāo)則主要選取了與風(fēng)險受體空間承載力有關(guān)的景觀格局指標(biāo)，包括斑塊密度、景觀形狀指數(shù)、周長面積分維數(shù)、平均最近鄰體距離、SHDI多樣性指數(shù)；多風(fēng)險效應(yīng)可選取反映人類—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)功能性的植被覆蓋度、生物豐度指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值等指標(biāo)。具體指標(biāo)如表1所示，各指標(biāo)含義及計算方法如表2所示。

2.3　評價方法

2.3.1風(fēng)險源強利用SPSS 18.0軟件，對風(fēng)險源各個指標(biāo)進行主成分分析，得到KMO值為0.539>0.5,由此說明，選取的變量適合做因子分析；Bartlett球形檢驗的相伴概率為0.000，而當(dāng)此概率小于0.05時，說明選取的各變量適合因子分析，其分析結(jié)果可以接受；總方差分解中前2個特征值大于1的主成分累積貢獻率為93.084%,大于85%，達到主成分提取原則，表明可提取前2個主成分來進行分析。再用因子分析結(jié)果中的各主成分載荷向量除以各對應(yīng)的主成分特征值的算術(shù)平方根，得出2個主成分中各因子所對應(yīng)的主成分系數(shù)，再得到風(fēng)險源各指標(biāo)2個表達式：

Fl=0.677S1+0.754S2+0.369S3+0.951S4

(1)

F2=0.022S1+0.146S2-0.249S3+0.959S4

(2)

接著用各主成分特征值除以所提取主成分特征值總和，得到風(fēng)險源強的主成分綜合表達式相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)：

F=0.713F1+0.287F2

(3)

把公式(1)、公式(2)分別代入公式(3)，得到風(fēng)險源的主成分綜合表達式：

F=0.444S1+0.448S2+0.352S3+0.261S4

(4)

表1　貴港市轄區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系

表2　各指標(biāo)的含義及計算方法

2.3.2風(fēng)險受體利用SPSS 18.0軟件，對風(fēng)險受體各指標(biāo)進行主成分分析，得到KMO值為0.547>0.5,Bartlett球形檢驗的相伴概率為0.000，說明其適合做因子分析，其分析結(jié)果可以接受；總方差分解中前2個特征值大于1的主成分累積貢獻率為85.19%,大于85%，達到主成分提取原則，表明可提取前2個主成分來進行分析。然后用分析結(jié)果里的各主成分載荷向量除以各對應(yīng)的主成分特征值的算術(shù)平方根，得出2個主成分中各因子所對應(yīng)的主成分系數(shù)，再得到風(fēng)險受體各指標(biāo)2個表達式：

F1=0.479R1+0.453R2+0.438R3-0.623R4-1.457R5

(5)

F2=0.441R1+0.313R2+0.408R3-0.115R4-0.727R5

(6)

接著用各主成分特征值除以所提取主成分特征值總和，得到風(fēng)險受體主成分綜合表達式相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)：

F=0.672F1+0.328F2

(7)

把式(5)、(6)代入式(7)，得出風(fēng)險受體暴露度最終的主成分綜合表達式：

F=0.466R1+0.407R2+0.160R3-0.381R4-0.741R5

(8)

2.3.3風(fēng)險效應(yīng)利用SPSS 18.0軟件，對風(fēng)險效應(yīng)各指標(biāo)進行主成分分析，得到KMO值為0.741>0.5,Bartlett球形檢驗的相伴概率為0.000，說明各變量適合做因子分析，其分析結(jié)果可以接受；總方差分解中特征值大于1的第一個主成分累積貢獻率為96.012%,大于85%，達到主成分提取原則，表明可提取第一個主成分來進行分析。然后將分析結(jié)果里的各主成分載荷向量除以各對應(yīng)的主成分特征值的算術(shù)平方根，得出所對應(yīng)的主成分權(quán)重系數(shù)，最后得到評價終點風(fēng)險效應(yīng)的主成分綜合表達式：

F=-0.582E1+0.583E2+0.567E3

(9)

2.3.4綜合生態(tài)風(fēng)險值基于SPSS 18.0軟件，利用主成分分析法對風(fēng)險源強、風(fēng)險受體、風(fēng)險效應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險三要素進行計算,得到各評價單元生態(tài)風(fēng)險三要素值。再根據(jù)風(fēng)險三要素主成分值加和計算的原理,獲得每個評價單元的風(fēng)險值：

Vi=Si+Ei+Ri

(10)

式中：Si、Ei、Ri分別表示第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)所對應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險三要素各主成分值。

3　結(jié)果與分析

基于SPSS 18.0軟件，利用主成分分析法得出的各評價單元風(fēng)險三要素值以及綜合生態(tài)風(fēng)險值，在ARCGIS 12.0軟件中，輸入貴港市轄區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險源強、風(fēng)險受體暴露度、風(fēng)險效應(yīng)的結(jié)果,再利用自然斷點法，對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險要素結(jié)果進行空間等級劃分,分別得到貴港市轄區(qū)風(fēng)險源強、風(fēng)險受體暴露度以及評價終點風(fēng)險效應(yīng)空間分級圖(圖1)。

圖1　貴港市轄區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險三要素空間分級圖

3.1　風(fēng)險源強

由式(4)可知，建設(shè)用地比例(S1)、人均建設(shè)用地(S2)、土地利用綜合指數(shù)(S3)、人口密度(S4)的系數(shù)比例為：0.444、0.448、0.352、0.261，因此貴港市轄區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)風(fēng)險源強影響的主要因子為建設(shè)用地比例(S1)、人均建設(shè)用地(S2)、土地利用綜合指數(shù)(S3)。由圖1-a中風(fēng)險源強空間分異圖可知，高風(fēng)險源強區(qū)主要分布在貴港市轄區(qū)貴城街道辦、江南街道辦(即貴港市轄區(qū)的中心城區(qū))及城區(qū)周邊區(qū)域，如八塘鎮(zhèn)、橋圩鎮(zhèn)、東津鎮(zhèn)、湛江鎮(zhèn)和覃塘鎮(zhèn)，這些區(qū)域都為社會經(jīng)濟發(fā)展較快、人口分布眾多、城市擴張迅速、土地利用率高的區(qū)域，而此區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地比例、人均建設(shè)用地、土地利用綜合指數(shù)都較高，因此相應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險源強較高。而一些偏離中心城區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，各項風(fēng)險源強指標(biāo)都很低，導(dǎo)致其風(fēng)險源強值也較低。

3.2　風(fēng)險受體暴露度

風(fēng)險受體暴露度是指在一定區(qū)域內(nèi)，評價單元對于該區(qū)域內(nèi)風(fēng)險源強產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)的空間暴露程度。受體暴露度越大，它在面對風(fēng)險源壓力時,發(fā)生潛在生態(tài)風(fēng)險的可能性也越大。由式(8)可知，斑塊密度(R1)、景觀形狀指數(shù)(R2)、周長面積分維數(shù)(R3)、平均最近鄰體距離(R4)、SHDI多樣性指數(shù)(R5)的系數(shù)比例為：0.466、0.407、0.160、-0.381、-0.741，只有平均最近鄰體距離(R4)、SHDI多樣性指數(shù)(R5)對受體暴露度的影響呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，尤其是SHDI多樣性指數(shù)(R5)影響更強，其他3個指標(biāo)對風(fēng)險受體的影響皆為正效應(yīng)。由圖1-b中風(fēng)險受體暴露度空間分異圖可知，在貴港市轄區(qū)的27個評價單元中，受體暴露度高的區(qū)域主要集中在中心城區(qū)外圍的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，反映出這些區(qū)域在風(fēng)險源的壓力下發(fā)生潛在生態(tài)風(fēng)險的可能性更大。而具有低暴露度的區(qū)域主要集中在貴港市轄區(qū)西北部的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3.3　風(fēng)險效應(yīng)

根據(jù)公式(9)可以看出植被覆蓋度(E1)；生物豐度指數(shù)(E2)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(E3)對風(fēng)險效應(yīng)影響力比較均衡，除生物豐度指數(shù)外，其他2個因子對評價生態(tài)風(fēng)險效應(yīng)都呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)。森林有著調(diào)節(jié)氣候、保持水土、維持生物多樣性等作用，對保障生態(tài)安全具有重要意義，因此植被覆蓋度對生態(tài)風(fēng)險效應(yīng)呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)是可以理解的；而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值反映當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀態(tài)和調(diào)節(jié)能力，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值越高，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的調(diào)節(jié)能力越強，因此，該因子呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)是合理的。風(fēng)險效應(yīng)強的區(qū)域在生態(tài)風(fēng)險發(fā)生時，風(fēng)險受體可能受到的影響較大。由圖1-c中風(fēng)險效應(yīng)空間分異圖可看出，風(fēng)險受體對當(dāng)前風(fēng)險源強的、響應(yīng)強的區(qū)域集中在中心城區(qū)貴城辦、樟木鎮(zhèn)以及中心城區(qū)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)，風(fēng)險效應(yīng)弱的區(qū)域集中在奇石鄉(xiāng)、中里鄉(xiāng)以及瓦塘鄉(xiāng)。

3.4　綜合生態(tài)風(fēng)險

將貴港市轄區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)風(fēng)險三要素主成分值加和，得出各評價單元的綜合生態(tài)風(fēng)險值。利用ARCGIS軟件的自然斷點法將其分成5個風(fēng)險區(qū)，即低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險區(qū)，最后得到貴港市轄區(qū)土地利用綜合生態(tài)風(fēng)險空間分級圖，如圖2所示。

圖2　貴港市轄區(qū)土地利用綜合生態(tài)風(fēng)險空間分級圖

綜合以上可知，生態(tài)風(fēng)險三要素各值共同決定了貴港市轄區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險值的大小。從圖2可以看出：土地利用生態(tài)風(fēng)險高的區(qū)域主要位于貴城辦、江南辦、覃塘鎮(zhèn)、八塘鎮(zhèn)、東津鎮(zhèn)、橋圩鎮(zhèn)、湛江鎮(zhèn)；低風(fēng)險區(qū)位于樟木鎮(zhèn)、蒙公鄉(xiāng)、黃練鎮(zhèn)和根竹鄉(xiāng)等。除中心城區(qū)和城區(qū)周邊的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)外，貴港市轄區(qū)有20個鄉(xiāng)鎮(zhèn)都位于中等風(fēng)險區(qū)及以下。高生態(tài)風(fēng)險區(qū)的幾個區(qū)域同時也具有較高的風(fēng)險源強和風(fēng)險效應(yīng)，而低風(fēng)險區(qū)的樟木鎮(zhèn)、蒙公鄉(xiāng)等具有較低的風(fēng)險源強和風(fēng)險受體暴露度。位于中低風(fēng)險區(qū)的20個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，生態(tài)風(fēng)險三要素中有2個要素或以上都為較低值。

4　結(jié)論與建議

本文從多風(fēng)險源、多風(fēng)險受體、多風(fēng)險效應(yīng)3個方面構(gòu)建了貴港市轄區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系及模型，利用貴港市轄區(qū)2015年遙感數(shù)據(jù)影像圖及2016年貴港市統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，通過ARCGIS、FRAGSTATS軟件，計算了風(fēng)險源強、風(fēng)險受體暴露度及風(fēng)險效應(yīng)指標(biāo)。基于SPSS18.0軟件，利用主成分分析法，計算了各指標(biāo)權(quán)重，得出生態(tài)風(fēng)險三要素的主成分綜合模型，然后計算了貴港市轄區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的風(fēng)險源強、風(fēng)險受體暴露度、風(fēng)險效應(yīng)值，最后根據(jù)風(fēng)險值的計算原理，得到貴港市轄區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綜合生態(tài)風(fēng)險值。結(jié)果顯示，受人類活動、自然條件、環(huán)境污染等因素的影響，貴港市轄區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險值呈現(xiàn)一定的空間分布規(guī)律。綜合生態(tài)風(fēng)險值高的區(qū)域分布在人口密度大，人類活動頻繁，建設(shè)用地集中的區(qū)域，如貴港市轄區(qū)中心城區(qū)主城區(qū)以及中心城區(qū)周邊范圍的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。綜合生態(tài)風(fēng)險值低的區(qū)域主要分布在人口密度較小、人類活動罕至、土地利用程度不高的區(qū)域。人口密度大、城市化進程快、土地利用程度高、工業(yè)聚集的區(qū)域，人類活動的干擾與各種污染的力度也必然加大，再加上土地利用程度的加大，土地利用結(jié)構(gòu)的不合理也不可避免，這就在一定程度上導(dǎo)致了景觀聚集度的降低，影響了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，削弱了自然—人類復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)能力，從而表現(xiàn)出較高的綜合生態(tài)風(fēng)險值。由此可見，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綜合生態(tài)風(fēng)險值與該區(qū)域的人類活動程度、土地利用程度以及人口密度有密切關(guān)系，生態(tài)風(fēng)險越高，人類活動越強烈、土地利用強度越大、人口密度越高，對生態(tài)系統(tǒng)的干擾能力就越大，生態(tài)風(fēng)險值必然越高。

針對貴港市轄區(qū)土地利用綜合生態(tài)風(fēng)險高的中心城區(qū)及城區(qū)周邊的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，應(yīng)重點實施環(huán)境治理，在城市化發(fā)展、土地利用程度加深的同時，應(yīng)注重土地利用結(jié)構(gòu)的合理性，實施退耕還林、植樹造林的生態(tài)治理措施，不僅要行之有效地降低和規(guī)避生態(tài)風(fēng)險，避免生態(tài)環(huán)境遭受不良影響及惡化，還應(yīng)適當(dāng)改善生態(tài)環(huán)境。對于貴港市轄區(qū)較低風(fēng)險的其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，不僅要保持其生態(tài)環(huán)境，也要注重其經(jīng)濟發(fā)展，通過適度開發(fā)，做到經(jīng)濟發(fā)展的同時，能夠保持良好的生態(tài)環(huán)境，努力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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