基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的沱江流域土地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分異研究

陳 丹， 蔣貴國(guó)， 張 妍， 涂 月， 鄧元杰

(1.四川師范大學(xué) 西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610068；2.四川師范大學(xué) 地理與資源科學(xué)學(xué)院， 四川 成都 610068; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指一個(gè)種群、生態(tài)系統(tǒng)或整個(gè)景觀的正常功能受外界脅迫，從而在目前和將來(lái)減少該系統(tǒng)內(nèi)部某些要素或其本身的健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和美學(xué)價(jià)值的可能性[1]。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市化發(fā)展迅速，使得人類活動(dòng)更為復(fù)雜，產(chǎn)生了巨大的開發(fā)建設(shè)需求，這些都影響著土地利用景觀格局，景觀趨于破碎化，景觀結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化，進(jìn)而對(duì)土地利用的生態(tài)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生了一定的影響。復(fù)雜的自然過程和人類活動(dòng)產(chǎn)生了一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，威脅著人地關(guān)系的和諧[2]。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是從區(qū)域尺度上描述和評(píng)價(jià)環(huán)境污染、人為活動(dòng)或自然災(zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能等產(chǎn)生不利作用的可能性和危害程度[3]。近年來(lái)，對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究已成為生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題[4-12]。

流域是一個(gè)是以河流為中心，集自然資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)于一體的重要地理單元[13]，流域內(nèi)蘊(yùn)藏著豐富的自然資源和得天獨(dú)厚的生態(tài)環(huán)境，孕育著眾多的人口，承載著多種經(jīng)濟(jì)方式的發(fā)展，是土地利用類型中水域和其他土地利用類型交互作用的區(qū)域。不同土地利用方式的交互作用對(duì)流域的影響具有累加性，這種累加性達(dá)到一定程度會(huì)影響生態(tài)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力，產(chǎn)生一定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。2015年5月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》，其中流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善被列為目標(biāo)之一。流域生態(tài)環(huán)境是否安全、是否遭受生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)成為攸關(guān)民生的關(guān)鍵問題。因此，對(duì)流域進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)并保護(hù)流域生態(tài)安全是很有必要的。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)形成和所維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到生命活動(dòng)所需的產(chǎn)品和服務(wù)[14]。人類活動(dòng)改變著土地利用景觀格局，引起生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力。不合理的人類活動(dòng)會(huì)影響生態(tài)服務(wù)功能，引起生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，影響人類生產(chǎn)生活，最終阻礙可持續(xù)發(fā)展。

在已有的研究中，大多直接在土地利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計(jì)算景觀格局指數(shù)，由此計(jì)算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，卻少有基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究。本文擬在沱江流域2000,2005,2010,2015年土地利用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算生態(tài)服務(wù)價(jià)值，構(gòu)建基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，明確土地利用景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的終點(diǎn)是保護(hù)生態(tài)服務(wù)功能，提升生態(tài)服務(wù)價(jià)值，并且將人類活動(dòng)、景觀格局、生態(tài)過程、生態(tài)服務(wù)功能聯(lián)系起來(lái)。以期為基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控決策提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

沱江流域(103.68°—105.76°E，28.87°—31.70°N)位于四川省中東部，包括了成都市、德陽(yáng)市、資陽(yáng)市、眉山市、內(nèi)江市、自貢市、瀘州市7個(gè)市級(jí)行政單位的25個(gè)縣級(jí)行政單元(見附圖4)，總面積26 210.56 km2。沱江全長(zhǎng)712 km，地勢(shì)總體上西北高東南低，境內(nèi)有岷山、龍門山、龍泉山等山脈。據(jù)資料顯示，沱江流域境內(nèi)平均森林覆蓋率僅為6.1%，是四川省的所有河流森林覆蓋率的最低值。境內(nèi)工業(yè)發(fā)達(dá)，如德陽(yáng)的重型機(jī)器制造業(yè)、瀘州的化工業(yè)等。截至2015年，流域境內(nèi)總?cè)丝?.70×107人，GDP為7.01×1011元，人均GDP達(dá)4.12×104元/人，相比于2000年的4 800元/人，增漲了近8倍[15]，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。沱江流域近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)方式的多樣化發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)建成區(qū)快速擴(kuò)張，資源緊缺、環(huán)境污染、生態(tài)脆弱等環(huán)境問題愈發(fā)明顯，影響了生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的功能，生態(tài)環(huán)境遭受著一定的風(fēng)險(xiǎn)。沱江作為長(zhǎng)江的重要支流，沱江流域作為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶西部的重要組成部分，其生態(tài)系統(tǒng)遭受危險(xiǎn)，不僅會(huì)威脅流域內(nèi)人們的生產(chǎn)生活，還會(huì)制約下游的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

研究所用的數(shù)據(jù)及來(lái)源主要有：①行政邊界矢量數(shù)據(jù)為全國(guó)1∶100萬(wàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)信息中心(www.webmap.cn)。②DEM數(shù)據(jù)為ASTER-GDEMV2 30 m分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，來(lái)源于NASA(search.earthdata.nasa.gov)。③歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)為中國(guó)500 m NDVI月合成產(chǎn)品(MODND1M)，來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(lpdaac.usgs.gov)。研究借助ENVI5.1平臺(tái)，運(yùn)用MVC最大值合成法，合成2000，2005，2010，2015年的NDVI年最大值。④凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)數(shù)據(jù)，為MOD17A3H，來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(lpdaac.usgs.gov)。⑤2000，2005，2010，2015年4期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，分辨率為30 m，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)，重采樣后得到分辨率為100 m的土地利用數(shù)據(jù)。⑥社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于四川省統(tǒng)計(jì)年鑒。參照土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010-2017 )，將土地利用數(shù)據(jù)分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地6類。

2.2 研究方法

2.2.1 風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分 采用網(wǎng)格法劃分風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。綜合考慮研究區(qū)域沱江流域的實(shí)際情況，研究以8 km×8 km的網(wǎng)格對(duì)研究區(qū)進(jìn)行等間距采樣，得到505個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格中心的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，以此代表該風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

2.2.2 基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建 以往的研究多用景觀指數(shù)和概率指數(shù)直接構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，但這種方法缺乏對(duì)特定生態(tài)過程的關(guān)注，且概率指數(shù)多由經(jīng)驗(yàn)而得，主觀性過大。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是景觀格局和生態(tài)過程相互作用的產(chǎn)物，將生態(tài)服務(wù)價(jià)值引入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以在較大程度上彌補(bǔ)上述缺憾[2]。本研究采用基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架(見圖1)。

圖1 基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的沱江流域土地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架

(1) 損失度指數(shù)的計(jì)算。框架從損失度指數(shù)和概率指數(shù)兩方面對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合表征，其中損失度由沱江流域土地利用各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的損失歸一化處理得到，加權(quán)求和得到損失度，然后再用修正系數(shù)(公式5)對(duì)損失度進(jìn)行修正，得到修正后的損失度指數(shù)。

①農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算方法。計(jì)算公式[16-17]如下：

(1)

式中：Pa——單位農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(元/hm2)；i——作物種類；Pi——i種糧食作物的平均價(jià)(元/kg)；qi——i種糧食作物單產(chǎn)(kg/hm2)；mi——i種糧食作物面積(hm2)；M——糧食作物總面積(hm2)。

②沱江流域土地景觀生態(tài)服務(wù)價(jià)值。研究采用以下公式[16,18]計(jì)算沱江流域土地景觀生態(tài)服務(wù)價(jià)值：

VES=∑(Ak×VCk)

(2)

ESVf=∑(Ak×VCfk)

(3)

ESVa=ESV×R

(4)

式中：VES——生態(tài)服務(wù)價(jià)值； VCk——生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元/hm2)；Ak——k種地類面積((hm2)； ESVf——單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元)； VCfk——單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)(元/hm2)；R——生態(tài)服務(wù)價(jià)值的修正系數(shù)。

研究采用修正系數(shù)R，來(lái)修正生態(tài)服務(wù)價(jià)值。VC的計(jì)算公式[19]如下：

(5)

式中：fgi——第i個(gè)格網(wǎng)的植被覆蓋度，研究擬用歸一化植被指數(shù)NDVI來(lái)表征植被覆蓋度；fgmean——植被覆蓋度的平均值； NPPi——第i個(gè)格網(wǎng)的凈植被初級(jí)生產(chǎn)力； NPPmean——凈植被初級(jí)生產(chǎn)力的平均值。

③基于格網(wǎng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法。本研究采用網(wǎng)格法(風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)法)進(jìn)行土地景觀服務(wù)價(jià)值的評(píng)價(jià)，計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)單元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指數(shù)(ESVI)，作為格網(wǎng)中心點(diǎn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值水平，計(jì)算公式[20]如下：

(6)

式中：ESVIk——第k個(gè)格網(wǎng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值指數(shù)(元)；Ak——格網(wǎng)單元總面積(hm2)；Aki——第k個(gè)格網(wǎng)中第i類土地類型的總面積(hm2)；Ei——第i類土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元/hm2)。在得到格網(wǎng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)上，計(jì)算各網(wǎng)格生態(tài)服務(wù)價(jià)值的差值，最后歸一化處理得到每個(gè)網(wǎng)格的損失度指數(shù)L。

(2) 概率指數(shù)的計(jì)算。參考相關(guān)研究[2]，概率指數(shù)由概率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)得到，研究從地形、人為脅迫、生態(tài)恢復(fù)力、景觀脆弱性4個(gè)維度，選取坡度、建設(shè)用地比例變化、凈初級(jí)生產(chǎn)力、植被覆蓋度、景觀連通重要性、景觀易損度6個(gè)因子，對(duì)沱江流域土地利用景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概率進(jìn)行量化，區(qū)別于僅由經(jīng)驗(yàn)而得的概率值。

表1 基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概率指標(biāo)體系

對(duì)于景觀格局脆弱度[21]，計(jì)算公式如下：

LVI=LSI×(1-LAI)

(7)

(8)

Ui=aFNi×bFDi×DOi

(9)

LAI=PRD×SHDI×SHEI

(10)

式中：LVI——景觀格局脆弱度指數(shù)； LSI——景觀敏感度指數(shù)； LAI——景觀適應(yīng)度指數(shù)；Ui——景觀干擾度指數(shù)，表示外界因素對(duì)景觀格局的干擾程度，由破碎度(FN)、分維數(shù)倒數(shù)(FD)、優(yōu)勢(shì)度(DO)加權(quán)求得，a，b，c——權(quán)重，分別取值0.5，0.3，0.2[22]。

(3) 基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算。

計(jì)算公式如下：

ERI=Li×Pi

(11)

式中：ERI——生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Li——第i個(gè)網(wǎng)格(風(fēng)險(xiǎn)小區(qū))的損失度指數(shù)；Pi——第i個(gè)網(wǎng)格(風(fēng)險(xiǎn)小區(qū))的概率指數(shù)[2]。考慮到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算結(jié)果的聚集程度，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值劃分為5個(gè)等級(jí)：低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(ERI≤0.05)，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(0.050.20)。

2.2.3 空間自相關(guān)分析法 研究采用空間自相關(guān)分析法分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布特征。

(1) 全局空間自相關(guān)的計(jì)算公式[23]如下：

(12)

(2) 局部空間自相關(guān)的計(jì)算公式[23]如下：

(13)

式中：xi，xj，wij和x的含義同公式(12)。表示相似值的空間聚集，LISA大于0表示該區(qū)域單元周圍存在空間聚集現(xiàn)象。

2.2.4 半方差分析法 地統(tǒng)計(jì)軟件GS+可以實(shí)現(xiàn)半變異函數(shù)理論模型的最優(yōu)擬合，利用半方差的變異函數(shù)，從其中的主要參數(shù)可以定量分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上的分布規(guī)律。計(jì)算公式[24]如下：

(14)

式中：r(h)——變異函數(shù)；h——樣本空間距離(步長(zhǎng))；N(h)——樣本對(duì)總數(shù)；Z(xi)，Z(xi+h)——空間位置xi，xi+h處的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。在理論擬合最優(yōu)的基礎(chǔ)上，利用普通克里格法編制不同時(shí)相沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的分布圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用動(dòng)態(tài)變化分析

如表2所示，2000—2015年，沱江流域土地利用動(dòng)態(tài)變化明顯。其中，建設(shè)用地由548.94 km2增長(zhǎng)到了1 077.75 km2，增幅達(dá)96.33%；林地面積減少473.60 km2，年均減少31.57 km2；耕地減少了150.20 km2；未利用地面積成倍數(shù)增長(zhǎng)，但在土地利用總體變化中便顯得并不明顯。總體來(lái)說，沱江流域在2000—2015年間，建設(shè)用地面積擴(kuò)張最多，土地利用轉(zhuǎn)移以耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地、林地轉(zhuǎn)耕地為主。究其原因主要是，2000—2015年研究區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人均GDP由2000年的4 800元/人增加到了2015年的41 200元/人，年均增長(zhǎng)率達(dá)50.48%。成都市作為中國(guó)西部的中心，發(fā)展迅猛，逐漸成為西南部甚至西部的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的開發(fā)建設(shè)需求，所以建設(shè)用地不斷增加，耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，林地被開墾為耕地。

表2 2000-2015年沱江流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

3.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化分析

如表3所示，2000—2015年，沱江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量先增后降，耕地、林地對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)最大。除2000年外，2005—2015年耕地對(duì)當(dāng)年生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率保持在35%以上，且呈上漲趨勢(shì)，這是因?yàn)楦爻袚?dān)的供給功能比較大，雖然耕地面積減少了，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，耕作技術(shù)的進(jìn)步，糧食單產(chǎn)提高，耕地對(duì)當(dāng)年生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率一直保持在較高水平。林地對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率一直較高，但貢獻(xiàn)率總體下降，由2000年的62.75%下降到了2015年的37.20%，這主要與林地面積減少有關(guān)，林地面積在研究期間減少了473.60 km2，面積變化率達(dá)11.82%。其中，建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值為負(fù)，計(jì)算過程如下：參考謝高地等[17]最新改進(jìn)過的ESV計(jì)算方法及其制定的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，并參考鄭江坤等[25]得出的密云水庫(kù)集水區(qū)的不同地類單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表和該地區(qū)的修正參數(shù)1.024，二者相除得到全國(guó)的建設(shè)用地單位面積ESV，再乘以四川省的修正參數(shù)1.35，得到四川省建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值，將此作為最新的四川省建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值指標(biāo)，再運(yùn)用公式(1)—(6)，得到沱江流域修正后的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

表3 2000-2015年沱江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值及變化 108元

3.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間自相關(guān)分析

借助GeoDa軟件平臺(tái)，計(jì)算出沱江流域2005，2010，2015年的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)Moran’sI指數(shù)分別為0.714 669，0.706 358，0.736 719，并通過p=0.05的顯著性檢驗(yàn)。表明沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈顯著的空間自相關(guān)關(guān)系，呈聚集分布，并非隨機(jī)分布；且Moran’sI指數(shù)呈增加趨勢(shì)，說明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)集聚現(xiàn)象越來(lái)越明顯。“高高”、“低低”集聚的散點(diǎn)較多，說明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高值與周圍的高值、低值和周圍的低值集中，同質(zhì)性較為顯著(見圖2)。

由圖2，可看出2005—2015年沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值“冷點(diǎn)”(低—低)和“熱點(diǎn)”(高—高)分布的具體位置。“熱點(diǎn)”區(qū)域主要分布在流域上游的成都市、德陽(yáng)市的大部分地區(qū)，包括龍泉驛區(qū)西部、彭州市北部、廣漢市、什邡市北部、綿竹市北部。成都、德陽(yáng)作為四川省的老牌經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，其經(jīng)濟(jì)地位在全省均處于前列，各經(jīng)濟(jì)主體活躍，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的要求強(qiáng)烈，城鎮(zhèn)建成區(qū)面積大且擴(kuò)張迅速，建設(shè)用地比例高，生態(tài)服務(wù)價(jià)值低，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高；就自然方面來(lái)說，龍門山、龍泉山橫亙于成都、德陽(yáng)所在地，地勢(shì)起伏大，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，易產(chǎn)生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

相比于“熱點(diǎn)”區(qū)域，“冷點(diǎn)”區(qū)域分布相對(duì)較分散，主要分布在流域南部，流域總體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值均較高，低值集聚較少；“低—高”或“高—低”集聚的異常點(diǎn)較少，分布較為規(guī)律。說明在研究期間，沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)普遍較高，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積少且分布分散，生態(tài)問題形勢(shì)嚴(yán)峻。

利用軟件ArcGIS生成的沱江流域2005—2015年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布的趨勢(shì)圖(圖3)可知，在南北方向上，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在南北方向上呈淺“U”型分布，且北部趨勢(shì)線上揚(yáng)，表明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值南北高、中部低，且北部生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)明顯高于南部。在東西方向上，西部趨勢(shì)線略上揚(yáng)幅度高于東部，說明西部生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)略高于中東部。研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布的趨勢(shì)圖和空間自相關(guān)集聚的結(jié)果(見圖2)以及克里金插值的空間分布(見附圖5—7)相吻合。

圖2 2005-2015年沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)局部自相關(guān)特征

注：3個(gè)坐標(biāo)軸X,Y,Z分別代表東西方向，南北方向，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值。圖3 2005-2015年沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間趨勢(shì)特征

3.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分異

為進(jìn)一步探究沱江流域在研究期內(nèi)的空間分異特點(diǎn)，利用軟件GS+對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行理論半變異函數(shù)的擬合，結(jié)果表明2005年球狀模型擬合最理想，2010和2015年高斯模型擬合最理想(見表4)。決定系數(shù)都大于0.95，說明模型擬合的效果很好。在研究期間，沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)半變異函數(shù)的基臺(tái)值均小于0.01，說明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值與其附近的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值較為集聚，波動(dòng)較小；2010年的基臺(tái)值較高，旅游開發(fā)建設(shè)等人類活動(dòng)影響較大，2010年之后基臺(tái)值降低，人們開始追求經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的共同發(fā)展，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)較小。

基于半變異函數(shù)的理論模型，運(yùn)用普通克里金法，對(duì)沱江流域在研究期內(nèi)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值(ERI)進(jìn)行插值，得到沱江流域2005—2015年的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖(附圖5—7)，然后統(tǒng)計(jì)得出各時(shí)期不同等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的面積(圖4)，疊加生成沱江流域研究期間的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移圖(附圖8)。

表4 2005，2010和2015年沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)半變異函數(shù)

圖4 2005-2015年沱江流域不同等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積變化特征

從不同等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積來(lái)看，2005年面積占比最大的為較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為12 169.48 km2，達(dá)到總面積的46.43%；中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)次之，為8 225.37，占比31.38%。相比于2005年，2015年較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積由12 169.48 km2下降到了6 040.10 km2，比例下降到了23.05%；中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積占比最大，已經(jīng)超越了總面積的一半，為52.49%；高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增幅較大，由1 896.35 km2增加到了2671.81 km2，增長(zhǎng)率達(dá)40.89%。總體來(lái)說，在研究期間，較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積減少，中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加且增幅較大，較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積先增后減，高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積增加。這是因?yàn)樵谘芯科陂g初始階段，經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平有限，人們對(duì)土地景觀的干擾有限，生態(tài)環(huán)境較少受人類活動(dòng)的破壞。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人類活動(dòng)對(duì)土地利用的廣度和深度加深，不合理的人類活動(dòng)對(duì)土地利用的結(jié)構(gòu)和生態(tài)服務(wù)功能產(chǎn)生影響，作為主要生態(tài)用地的林地大幅減少，而非生態(tài)用地的建設(shè)用地大幅增加，在研究期間增幅為96.33%，土地景觀趨于破碎化，生態(tài)用地的景觀連通度降低，生態(tài)恢復(fù)力降低，生態(tài)脆弱度大大提高，景觀脆弱性增加，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加。

就生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在行政區(qū)劃上的分布來(lái)說，北部的成都市、德陽(yáng)市的絕大部分地區(qū)在研究期間一直處于高或較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布區(qū)，因?yàn)槌啥己偷玛?yáng)長(zhǎng)久以來(lái)就是沱江流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，工業(yè)的發(fā)展和郊區(qū)農(nóng)家樂等服務(wù)業(yè)的興起，對(duì)建設(shè)用地需求擴(kuò)大，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速，對(duì)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值高的林地和耕地產(chǎn)生了侵占，所以生態(tài)服務(wù)價(jià)值總體降低，生態(tài)脆弱性增加，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加。2005—2010年，眉山市和資陽(yáng)市的大部分地區(qū)均為較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但是在研究期末期，眉山市和資陽(yáng)市的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大多轉(zhuǎn)為了中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；內(nèi)江市、自貢市、瀘州市也由較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積占優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積占優(yōu)勢(shì)。沱江流域除成都和德陽(yáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一直處于較高水平，其他地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平由低轉(zhuǎn)高，其原因與這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的增加是分不開的。

從不同等級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的轉(zhuǎn)移來(lái)說，轉(zhuǎn)移面積最多的前三名為：“較低—中等”(較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))面積最大，為6 937.81 km2，達(dá)到總面積的26.44%；“較高—高”(較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))的有1 400.08 km2，占總面積的5.34%；“中等—較高”的有636.88 km2，占比2.43%。所有轉(zhuǎn)移中，“較低-低”(較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))面積最少，只有0.43 km2。由此可知，在研究期間，沱江流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移大多是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低值向高值轉(zhuǎn)移，生態(tài)問題嚴(yán)峻。成都市和德陽(yáng)市在四川省的經(jīng)濟(jì)地位突出，二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，人口密度大，人為活動(dòng)對(duì)建設(shè)用地的需求大，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速，景觀破碎度高，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高且有向更高級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。

4 結(jié)論與討論

本研究在分析沱江流域土地利用變化的基礎(chǔ)上，計(jì)算了沱江流域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的流域土地景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，得到沱江流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并進(jìn)行半變異函數(shù)擬合、克里金插值，定量地分析了研究區(qū)基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分異特征。結(jié)果表明：

在研究期內(nèi)，沱江流域土地利用動(dòng)態(tài)變化顯著，主要以建設(shè)用地的增加和林地、耕地的減少為主。建設(shè)用地由548.94 km2增長(zhǎng)到了1 077.75 km2，增幅達(dá)96.33%；林地減少了473.60 km2，占林地總面積的11.82%。建設(shè)用地面積擴(kuò)張最多，土地利用轉(zhuǎn)移以耕地轉(zhuǎn)建設(shè)用地、林地轉(zhuǎn)耕地為主。這與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展產(chǎn)生的巨大開發(fā)建設(shè)需求有關(guān)。

沱江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量先增后降，由2000年的2.64×1010元增加到了3.93×1010元然后降低到了3.88×1010元，林地、耕地對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)最大。在研究期間，林地的貢獻(xiàn)率由2000年的62.75%下降到了2015年的37.20%，但一直保持在35%以上，因?yàn)榱值孛娣e減少，但林地的生態(tài)價(jià)值系數(shù)較高，貢獻(xiàn)率仍較高。耕地的貢獻(xiàn)率由2.73%增加到了38.43%，這是因?yàn)楦爻袚?dān)的供給功能比較大，雖然耕地面積減少了，但是由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，耕作技術(shù)的進(jìn)步，糧食單產(chǎn)提高，耕地對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率一直保持在較高水平。

沱江流域在研究期內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分布有一定規(guī)律。從時(shí)間上看，隨時(shí)間的推移生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)，較低向中等、中等向較高、較高向高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移；從空間上看，總體上流域北部的成都、德陽(yáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高，南部的眉山、資陽(yáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低，自貢、瀘州的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加。從面積占比來(lái)說，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)由較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)占優(yōu)勢(shì)到以中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為主。

研究構(gòu)建了基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架，框架由兩個(gè)方面構(gòu)成，一是由生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失構(gòu)建的損失度指數(shù)，二是由地形、人為脅迫、生態(tài)恢復(fù)力、景觀脆弱性4個(gè)維度，坡度、不透水面比例變化、凈初級(jí)生產(chǎn)力、植被覆蓋度、景觀連通重要性、景觀易損度6個(gè)因子構(gòu)建的概率指標(biāo)體系得到的概率指數(shù)，區(qū)別于單純由景觀指數(shù)得到的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并且將研究區(qū)劃分為若干風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)(格網(wǎng))，將之與行政區(qū)劃相疊加，這對(duì)各級(jí)政府后續(xù)的降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的管控措施的制定具有一定參考價(jià)值。