文峪河流域景觀安全格局構(gòu)建與健康度評(píng)價(jià)

安冠霖,郭晉平

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 太谷 030801)

流域景觀生態(tài)安全格局是指維護(hù)流域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過(guò)程完整的關(guān)鍵性空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。流域健康是流域生態(tài)安全與穩(wěn)定的重要表征。隨著人類(lèi)活動(dòng)的增加，生態(tài)壓力日益顯著[1]。景觀生態(tài)安全格局是指景觀格局中某些重要的節(jié)點(diǎn)、位置和空間關(guān)系構(gòu)成的潛在聯(lián)系，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)正常的功能、結(jié)構(gòu)及過(guò)程，保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與平衡具有重要作用[2]。生態(tài)廊道是物種遷徙、能量流動(dòng)、信息傳遞的重要通道。目前景觀生態(tài)安全格局的研究多通過(guò)分析區(qū)域景觀的結(jié)構(gòu)、功能、效益，調(diào)整景觀利用類(lèi)型的布局及數(shù)量，實(shí)現(xiàn)區(qū)域景觀格局優(yōu)化。常用的分析模型有遷徙復(fù)合模型以及最小阻力模型等[3]。流域健康度評(píng)價(jià)是基于地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)等學(xué)科分析區(qū)域生態(tài)格局與過(guò)程的健康程度。目前研究方向主要集中于兩大方面：一是構(gòu)建模型評(píng)價(jià)流域生態(tài)健康格局，二是對(duì)流域生態(tài)危害、風(fēng)險(xiǎn)和價(jià)值進(jìn)行評(píng)估[4]。常用的方法有：綜合指數(shù)法、模糊評(píng)價(jià)法、暴露—響應(yīng)模型、系統(tǒng)聚類(lèi)等方法[5]。文峪河流域近年來(lái)景觀變化復(fù)雜、造成的影響日益顯著。選取文峪河流域進(jìn)行景觀安全格局的構(gòu)建與優(yōu)化及流域健康度評(píng)價(jià)的目的在于為中西部小流域的相關(guān)研究提供補(bǔ)充，為文峪河流域的保護(hù)和開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

文峪河是汾河中游重要的一級(jí)支流，發(fā)源于山西省交城縣關(guān)帝山林區(qū)的龐泉溝自然保護(hù)區(qū)，流經(jīng)交城縣、文水縣、汾陽(yáng)市、于孝義市境內(nèi)匯入汾河，流域面積 5 006.24 km2，河流長(zhǎng)度155 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°21′06″～112°19′34″，北緯36°56′42″～37°53′38″。流域?qū)倥瘻貛Т箨懶园敫珊禋夂騾^(qū)。地形復(fù)雜、山體陡峭，各處氣溫、降水差異較大，年均溫3～7℃，高海拔區(qū)較寒冷，低山谷地溫和，7月均溫17.5℃，1月均溫-10.2℃，極端低溫-29.1℃；年均降水量450～700 mm，年蒸發(fā)量 1 600～1 800 mm，相對(duì)濕度70.9%，≥0℃積溫 2 100℃，無(wú)霜期100～130 d，日照時(shí)間 1 900～2 200 h。流域內(nèi)土壤、植被類(lèi)型眾多[6]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

1)矢量及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)：流域范圍內(nèi)極端降雨數(shù)據(jù)，流域范圍內(nèi)河流、道路、鐵路、城鎮(zhèn)、景區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、歷史地震發(fā)生區(qū)、地質(zhì)構(gòu)成及巖性的矢量數(shù)據(jù)。

2)柵格及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：基于ENVI監(jiān)督分類(lèi)獲取流域2000—2018年的5期土地利用數(shù)據(jù)[7]。本文使用的景觀評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)分為自然系統(tǒng)評(píng)價(jià)因子、社會(huì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)因子以及區(qū)位評(píng)價(jià)因子。自然評(píng)價(jià)因子包括：地形地貌因子、植被因子、土壤因子、生態(tài)因子、氣候因子。社會(huì)評(píng)價(jià)因子包括：經(jīng)濟(jì)因子、人口因子、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因子。

以上數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心、中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心、地理空間數(shù)據(jù)云、流域各縣市統(tǒng)計(jì)部門(mén)。獲取源數(shù)據(jù)后基于GIS的柵格數(shù)據(jù)處理流程以及MODIS遙感數(shù)據(jù)處理流程完成評(píng)價(jià)因子的制作。

2.2 景觀安全格局的構(gòu)建與分析

2.2.1景觀安全格局的構(gòu)建

本次景觀綜合安全格局的建立基于流域雨洪安全格局、水源保護(hù)安全格局、生物多樣性安全格局、水土流失安全格局、地質(zhì)災(zāi)害安全格局、景觀適宜性安全格局、景觀文化安全格局。雨洪安全格局的建立基于SCS模型，SCS模型基于徑流系數(shù)與降雨量估算地表產(chǎn)流量。SCS模型計(jì)算公式為：

式中：Q為地表產(chǎn)流量，R為降雨量，Ia為降雨初損，S為儲(chǔ)流系數(shù)[8]。利用GIS求出不同極端條件降雨下的淹沒(méi)區(qū)域并賦予不同的安全得分。

水源保護(hù)安全格局、水土流失安全格局、地質(zhì)災(zāi)害安全格局、景觀適宜性安全格局的構(gòu)建運(yùn)用AHP層次分析法求出各影響因子的權(quán)重并使用綜合指數(shù)法與加權(quán)疊加法構(gòu)建相應(yīng)的景觀安全格局[9]。

綜合指數(shù)法是將原始數(shù)據(jù)使用一定的統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)造便于橫向比較的綜合性的指標(biāo)[10]。

S=f((x1,x2,x3,…,xn)

式中：S為安全格局得分；xi(i=1,2,3，…，n)為評(píng)價(jià)的一組變量，將各因子于GIS中以景觀安全為目標(biāo)導(dǎo)向賦予不同的安全得分。利用GIS將各因子加權(quán)疊加，將安全格局等級(jí)最終分為：很安全、較安全、基本安全、不安全、極不安全[11]。

加權(quán)疊加法采用的計(jì)算公式為：

式中：wi為各因子所占的權(quán)重,xi為各評(píng)價(jià)因子的景觀安全得分。

水源保護(hù)安全格局依據(jù)距離水源的距離劃分賦予安全得分。

水土流失安全格局的評(píng)價(jià)因子主要包括：地形、降雨、土壤類(lèi)型、地表植被覆蓋度、土地利用、LST(地表溫度)、ET(地表蒸散發(fā))、平均風(fēng)速(表1)。

表1 文峪河流域水土流失安全格局評(píng)價(jià)因子權(quán)重及賦值

地質(zhì)災(zāi)害安全格局的評(píng)價(jià)因子包括：降雨條件、地形因子、地質(zhì)構(gòu)成及巖性、植被覆蓋度、歷史地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、地震點(diǎn)等(表2)。

表2 地質(zhì)災(zāi)害安全格局評(píng)價(jià)因子權(quán)重

景觀適宜性安全格局的評(píng)價(jià)因子包括：氣候、地形、土壤、土地覆被、生態(tài)服務(wù)、植被覆蓋、區(qū)位條件等(表3)。

表3 景觀適宜性安全格局評(píng)價(jià)因子及其權(quán)重與賦值

生物多樣性安全格局的評(píng)價(jià)因子包括：地形、土地利用、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、植被覆蓋、區(qū)位條件(表4)。將高安全得分的生境提取為景觀“源”。基于最小阻力模型(MCR)構(gòu)建生物多樣性安全格局(表5)。MCR模型計(jì)算公式為：

表5 生物多樣性安全格局阻力面評(píng)價(jià)因子權(quán)重與賦值

式中：MCR是從源j擴(kuò)散到空間某點(diǎn)的最小累積阻力。f是反映MCR與變量(Dij×Ri)之間正比關(guān)系的函數(shù)。Dij是目標(biāo)單元從源j擴(kuò)散到空間某點(diǎn)穿過(guò)景觀i的距離。Ri是景觀表面i對(duì)景觀流向某個(gè)方向擴(kuò)散的阻力[12]。

利用現(xiàn)有的景觀文化點(diǎn)、面數(shù)據(jù)作為源。基于最小阻力模型構(gòu)建流域景觀文化安全格局。

對(duì)以上多個(gè)景觀安全格局進(jìn)行加權(quán)疊加即可獲取流域的綜合景觀安全格局(表6)。

2.2.2景觀安全格局的分析與優(yōu)化

利用GIS中獲取景觀安全格局的數(shù)量結(jié)構(gòu)、等級(jí)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，并計(jì)算Moran’s I指數(shù)分析流域安全格局的空間分布特征[13]。利用GIS進(jìn)行隨機(jī)抽樣，將景觀安全得分、GDP、人口密度、總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的數(shù)據(jù)提取至GIS并導(dǎo)入至SPSS。利用SPSS的相關(guān)分析模塊研究安全格局指數(shù)與景觀安全度、GDP、人口密度、總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)性[14]。

在綜合景觀安全格局中提取高安全得分的區(qū)域?yàn)榫坝^“源”，利用上文所述阻力面基于最小累積阻力與歐式距離加權(quán)模型于Linkage構(gòu)建流域內(nèi)各景觀“源”地間的生態(tài)廊道，并計(jì)算各生態(tài)源地與生態(tài)廊道的中心度。中心度的計(jì)算基于圖論，統(tǒng)計(jì)每個(gè)景觀“源”與生態(tài)廊道的累積通量，該通量值的大小反映了其中心度的大小。中心度越高，則該位置的景觀“源”或廊道的生態(tài)重要性越高，其消失會(huì)嚴(yán)重影響區(qū)域物種遷徙和物質(zhì)流動(dòng)[15]。

2.3 景觀健康度評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建與分析

2.3.1景觀健康度評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

健康度評(píng)價(jià)模型主要利用綜合指數(shù)法，基于景觀生產(chǎn)力、景觀組織結(jié)構(gòu)、景觀干擾、景觀彈性、景觀服務(wù)、景觀安全格局等因子構(gòu)建。基于GIS將流域劃分為545個(gè)格網(wǎng)小區(qū)。

景觀生產(chǎn)力評(píng)價(jià)因子的計(jì)算基于邁阿密模型：

N=min(Ni,NR)

式中：t為年均溫，R為年均降水量。

基于GIS統(tǒng)計(jì)每一個(gè)格網(wǎng)小區(qū)內(nèi)的氣溫、降雨平均值，計(jì)算各格網(wǎng)小區(qū)的景觀生產(chǎn)力指數(shù)并將計(jì)算結(jié)果離差標(biāo)準(zhǔn)化[16]。

基于GIS將土地利用數(shù)據(jù)沿格網(wǎng)分割，并于Fragstats計(jì)算各格網(wǎng)小區(qū)景觀格局的多樣性、均勻度、內(nèi)聚力、景觀修正聚合度、形狀指數(shù)。將景觀格局指數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行離差標(biāo)準(zhǔn)化并加權(quán)疊加。景觀多樣性、景觀均勻度、景觀內(nèi)聚力、景觀聚合度為加權(quán)相加的關(guān)系，景觀形狀指數(shù)為加權(quán)相減的關(guān)系[17]。最終計(jì)算結(jié)果代表了每個(gè)格網(wǎng)小區(qū)的景觀組織結(jié)構(gòu)(表7)。其中景觀修正聚合度的計(jì)算公式為：

表7 景觀組織結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)因子權(quán)重

景觀干擾評(píng)價(jià)因子、景觀彈性評(píng)價(jià)因子、景觀服務(wù)評(píng)價(jià)因子的計(jì)算基于格網(wǎng)小區(qū)中不同景觀類(lèi)型景觀干擾、景觀彈性、景觀服務(wù)的得分。

Fi=∑Ui×Ei

式中：Fi為某一格網(wǎng)小區(qū)景觀干擾/景觀彈性/景觀服務(wù)的得分；Ui為某一景觀類(lèi)型的景觀干擾/景觀彈性/景觀服務(wù)指數(shù)；Ei為某景觀類(lèi)型在某格網(wǎng)小區(qū)的面積。其中某景觀類(lèi)型的景觀干擾指數(shù)等于某景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移面積與流域總面積之比。景觀彈性與服務(wù)的賦值如表8所示[18]。對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、離差標(biāo)準(zhǔn)化并加權(quán)疊加。

表8 不同景觀類(lèi)型單位面積景觀彈性指數(shù)與景觀生態(tài)服務(wù)指數(shù)

將綜合景觀安全格局在GIS中離差標(biāo)準(zhǔn)化。將景觀生產(chǎn)力、景觀組織結(jié)構(gòu)、景觀干擾度、景觀彈性度、景觀服務(wù)功能計(jì)算結(jié)果按照表9進(jìn)行加權(quán)疊加并依據(jù)格網(wǎng)編號(hào)導(dǎo)入GIS，在GIS中進(jìn)行插值。將加權(quán)后的綜合景觀安全格局與插值結(jié)果疊加即可得到研究區(qū)健康度評(píng)價(jià)專題地圖[19]。使用一致的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)將流域健康等級(jí)劃分為：很健康、較健康、基本健康、不健康、極不健康[20]。

表9 流域健康度評(píng)價(jià)各因子權(quán)重

2.3.2景觀健康度評(píng)價(jià)結(jié)果分析

利用GIS獲取各時(shí)期景觀健康度的數(shù)量結(jié)構(gòu)以及等級(jí)轉(zhuǎn)移情況。

基于GIS隨機(jī)抽樣將健康度指數(shù)、人口密度、GDP、總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的值提取并導(dǎo)入SPSS中進(jìn)行相關(guān)性分析。通過(guò)相關(guān)性分析可以判斷流域景觀健康度與人口密度、GDP、總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間耦合關(guān)系，從側(cè)面可以反映健康度格局的擬合精度。利用GIS計(jì)算流域范圍內(nèi)的Moran’s I 指數(shù)。通過(guò)Moran’s I 指數(shù)反映空間景觀健康格局的空間分布特征。

利用GIS沿城市—林區(qū)的方向創(chuàng)建梯度線要素，將景觀健康度的值提取并導(dǎo)出。依據(jù)表中數(shù)據(jù)對(duì)梯度變化進(jìn)行繪圖得到景觀健康度的梯度變化曲線[21]。

利用GIS沿格網(wǎng)提取離差標(biāo)準(zhǔn)化及加權(quán)后的景觀安全指數(shù)。將該數(shù)據(jù)與已經(jīng)計(jì)算的545個(gè)格網(wǎng)的健康度得分、景觀生產(chǎn)力、組織結(jié)構(gòu)、干擾度、彈性度、服務(wù)功能數(shù)據(jù)導(dǎo)入至Origin選取最佳的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析并計(jì)算擬合優(yōu)度R2。各驅(qū)動(dòng)因子的R2即各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)健康度指數(shù)以及擬合模型的影響程度與貢獻(xiàn)程度。該影響與貢獻(xiàn)程度可理解為各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)健康度指數(shù)的驅(qū)動(dòng)作用。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀安全格局結(jié)果與分析

得到2000—2018年5期景觀安全格局如圖1所示。

從圖1可以看出，河谷平原地區(qū)以及核心林區(qū)景觀安全等級(jí)較高，而地形復(fù)雜、格局破碎的景觀界面處景觀安全等級(jí)較低。高景觀安全得分區(qū)域沿谷地與河流分布的特征明顯。

文峪河流域2000—2018年景觀安全格局?jǐn)?shù)量結(jié)構(gòu)如表10所示。

表10 2000—2018年文峪河流域景觀安全格局?jǐn)?shù)量結(jié)構(gòu)

由表10可知，極不安全區(qū)面積呈波動(dòng)變化，整體上面積下降；不安全區(qū)面積呈先下降后上升的趨勢(shì)，整體上面積下降；基本安全區(qū)的面積呈波動(dòng)趨勢(shì)，整體上面積下降；較安全區(qū)的面積呈先上升后下降的趨勢(shì)，整體上面積增加；很安全區(qū)的面積呈波動(dòng)趨勢(shì)，整體上面積增加。文峪河流域2000—2018年景觀安全格局等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陳如表11所示。

由表11可知，極不安全區(qū)對(duì)不安全區(qū)為凈支出，對(duì)基本安全區(qū)為凈支出，對(duì)較安全區(qū)為凈支出，與很安全區(qū)無(wú)相互轉(zhuǎn)化；不安全區(qū)對(duì)基本安全區(qū)為凈支出，對(duì)較安全區(qū)為凈支出，對(duì)很安全區(qū)為凈收入；基本安全區(qū)對(duì)較安全區(qū)為凈支出，對(duì)很安全區(qū)為凈收入；較安全區(qū)對(duì)很安全區(qū)為凈支出。文峪河流域的景觀安全格局轉(zhuǎn)移情況復(fù)雜，既存在低安全等級(jí)向高安全等級(jí)的轉(zhuǎn)化；也存在反向轉(zhuǎn)換。安全區(qū)面積(基本安全區(qū)、較安全區(qū)、很安全區(qū))整體增加76.10 km2，整體認(rèn)為流域安全格局結(jié)構(gòu)向好。

表11 2000與2018年文峪河流域景觀安全格局等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣

景觀安全格局Moran’s I 指數(shù)及與相關(guān)因子的相關(guān)分析如表12所示。

表12 景觀安全格局Moran’s I 指數(shù)及與相關(guān)因子的相關(guān)分析

由表12中Moran’s I指數(shù)可知，流域景觀安全格局的空間自相關(guān)性較強(qiáng)，能以99.99%以上的置信水平認(rèn)為流域景觀安全格局的空間分布存在高安全等級(jí)與高安全等級(jí)、低安全等級(jí)與低安全等級(jí)的空間集聚性特征。由相關(guān)系數(shù)可知：在數(shù)值上景觀安全格局得分與以上因子呈較為明顯的正相關(guān)關(guān)系。由于相關(guān)分析建立在空間隨機(jī)取樣的基礎(chǔ)上，因此，同樣可以認(rèn)為空間分布上GDP、人口密度分布、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與景觀安全指數(shù)具有正向相關(guān)性。

于Linkage繪制區(qū)域生態(tài)廊道并計(jì)算生態(tài)廊道與景觀源地的中心度，結(jié)果如圖2所示。

圖2 文峪河流域景觀源地與生態(tài)廊道重要性 Fig.2 Importance of landscape source and ecological corridor in Wenyu River basin

由中心度計(jì)算結(jié)果可知，位于林地核心地帶的景觀源地生態(tài)重要性最高，位于河谷平原地帶的源地重要性較高，位于流域邊緣地帶的源地生態(tài)重要性較低，流域中部及重要源地之間的廊道中心度較高，流域邊緣區(qū)域及次要源地間的廊道中心度較低。

河谷平原區(qū)景觀源地與流域邊緣區(qū)景觀源地的重要性仍需提高，可以通過(guò)加強(qiáng)連接或者提升源地質(zhì)量實(shí)現(xiàn)。極重要景觀源地與重要景觀源地、流域中心區(qū)景觀源地與流域邊緣區(qū)景觀源地之間的聯(lián)系仍然較為薄弱，應(yīng)建立踏腳石系統(tǒng)或增加廊道數(shù)量或提升廊道質(zhì)量予以改善。基于重要生態(tài)斑塊和生態(tài)廊道結(jié)合文峪河流域景觀格局、土地覆被、地形以及國(guó)家政策，提出文峪河流域“一帶三區(qū)三軸多點(diǎn)”的景觀生態(tài)優(yōu)化框架如圖3所示。

圖3 文峪河流域景觀格局優(yōu)化策略Fig.3 Optimization strategy of landscape pattern in Wenyu River basin

一帶主要指林帶；三區(qū)分別為關(guān)帝山國(guó)家森林保護(hù)區(qū)、汾陽(yáng)孝義景觀源地區(qū)、文水交城景觀源地區(qū)；三軸是以生態(tài)廊道結(jié)合流域大型綠地水體組成的景觀生態(tài)軸線；多點(diǎn)是指分散在流域各處面積不一的各類(lèi)生態(tài)源地。應(yīng)努力擴(kuò)大生態(tài)源地面積，并將孤立的源地納入流域整體生態(tài)網(wǎng)絡(luò)框架中，加強(qiáng)流域生態(tài)格局的連接性與整體性。

3.2 流域健康度評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

文峪河流域2000—2018年5期健康度評(píng)價(jià)專題地圖如圖4所示。

圖4 文峪河流域2000—2018年健康度評(píng)價(jià)Fig.4 Health evaluation of Wenyu River basin from 2000 to 2018

由圖4健康度專題圖可知，林區(qū)以及河谷平原的一些區(qū)域健康度較高，景觀界面以及景觀破碎區(qū)域健康度較低。

2000—2018年文峪河流域健康格局?jǐn)?shù)量結(jié)構(gòu)如表13所示。

由表13可知，極不健康區(qū)面積呈先減少后增加的趨勢(shì)，整體上面積減少；不健康區(qū)面積呈波動(dòng)變化，整體上面積變化較小；一般健康區(qū)面積呈先減少后增加的趨勢(shì)，整體上面積略有增加；較健康區(qū)面積呈現(xiàn)波動(dòng)變化，整體上面積有所減少。很健康區(qū)面積呈波動(dòng)變化，整體上面積有所增加。

表13 2000—2018年文峪河流域健康格局?jǐn)?shù)量結(jié)構(gòu)

2000—2018年文峪河流域健康格局等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣如表14所示。

由表14可知，流域極不健康區(qū)對(duì)不健康區(qū)、一般健康區(qū)、較健康區(qū)是凈支出，與很健康區(qū)無(wú)相互轉(zhuǎn)化；不健康區(qū)對(duì)一般健康區(qū)、較健康區(qū)是凈支出，與很健康區(qū)無(wú)相互轉(zhuǎn)化；一般健康區(qū)對(duì)較健康區(qū)是凈收入，對(duì)很健康區(qū)是凈支出；較健康區(qū)對(duì)很健康區(qū)是凈支出。文峪河流域健康格局等級(jí)轉(zhuǎn)移情況復(fù)雜，既有低健康等級(jí)向高健康等級(jí)的轉(zhuǎn)化，也有高健康等級(jí)向低健康等級(jí)的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在轉(zhuǎn)入面積與轉(zhuǎn)出面積相差較大的情況，也存在轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出面積的雙向高速轉(zhuǎn)換。健康區(qū)(一般健康區(qū)、較健康區(qū)、很健康區(qū))面積整體增加29.55 km2，可認(rèn)為流域整體健康狀況向好。

表14 2000—2018年文峪河流域健康格局等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣

城市—林區(qū)健康度的梯度曲線結(jié)果如圖5所示。

圖5 2000—2018年文峪河流域景觀健康度梯度曲線Fig.5 Landscape health gradient curve of Wenyu River basin from 2000 to 2018

由圖5文峪河流域健康度梯度圖像可知，不論是城市的核心區(qū)或邊緣區(qū)，其健康度要小于核心林區(qū)。健康度極小值在林區(qū)邊緣與城市邊緣區(qū)以及河谷平原向山地過(guò)渡的景觀界面區(qū)域取到，健康度最大值在核心林區(qū)取到。某些城市核心區(qū)景觀破碎化程度較小，景觀組織結(jié)構(gòu)得分較高，同時(shí)該區(qū)域自然條件較為優(yōu)越，景觀適宜性得分較高，故其健康度較高。不同城市區(qū)域的健康度得分不同。核心林區(qū)健康度得分隨地形因素呈波動(dòng)變化。2000—2018年的健康梯度曲線整體形態(tài)相似，2000—2018年中健康度最大得分值在2000年的核心林區(qū)取到，最小值在2015年的城區(qū)—林區(qū)景觀界面取到。2000—2018年健康度梯度曲線極值差距減小，城市與林區(qū)的健康度的差距變化幅度減小。

文峪河流域健康度Moran’s I 指數(shù)及與相關(guān)因子的相關(guān)分析如表15所示。

表15 文峪河流域健康度Moran’s I 指數(shù)及與相關(guān)因子的相關(guān)分析

由表15流域健康度的Moran’s I指數(shù)可知，流域景觀健康格局的空間自相關(guān)性較強(qiáng)，能以99.99%以上的置信水平認(rèn)為流域景觀健康格局空間分布存在高健康度區(qū)域與高健康度區(qū)域、低健康度區(qū)域與低健康度區(qū)域的空間集聚分布特征。由相關(guān)系數(shù)可知，數(shù)值層面上健康度得分與以上因子呈較為明顯的正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)可認(rèn)為空間分布上景觀健康格局與GDP、人口密度分布、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈正向相關(guān)性。

利用Origin軟件數(shù)據(jù)擬合功能分析各評(píng)價(jià)因子對(duì)流域健康度的驅(qū)動(dòng)關(guān)系可得到如圖6的結(jié)果。

圖6 文峪河流域景觀健康度驅(qū)動(dòng)因子分析Fig.6 Driving factors of landscape health in Wenyu River basin

由擬合優(yōu)度R2可知,各評(píng)價(jià)因子對(duì)健康度的驅(qū)動(dòng)作用大小依次為：景觀安全格局、景觀彈性、景觀干擾、景觀生產(chǎn)力、景觀組織結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。各評(píng)價(jià)因子對(duì)景觀健康度的驅(qū)動(dòng)作用較為均衡。

4 結(jié)論與討論

1)文峪河流域景觀安全格局經(jīng)歷了快速、復(fù)雜的變化。極不安全區(qū)面積下降，不安全區(qū)面積下降，基本安全區(qū)面積下降，景觀較安全區(qū)的面積增加，景觀很安全區(qū)的面積增加；景觀安全格局轉(zhuǎn)移情況復(fù)雜，既存在低安全等級(jí)向高安全等級(jí)的轉(zhuǎn)化，也存在反向轉(zhuǎn)換，整體認(rèn)為流域安全格局結(jié)構(gòu)向好；景觀安全格局空間集聚性分布特征較為明顯，景觀安全得分與GDP、人口密度分布、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在數(shù)值與空間分布上呈較為明顯的相關(guān)關(guān)系；不同景觀源地、生態(tài)廊道的生態(tài)重要性不同，以“一帶三區(qū)三軸多點(diǎn)”的生態(tài)框架對(duì)文峪河流域的景觀安全格局進(jìn)行了優(yōu)化。

2)文峪河流域極不健康區(qū)面積減少，不健康區(qū)面積變化較小，一般健康區(qū)面積略有增加，較健康區(qū)面積減少，很健康區(qū)面積增加；文峪河流域健康格局的轉(zhuǎn)移情況復(fù)雜，既有低健康度的區(qū)域向高健康度區(qū)域的轉(zhuǎn)化，也有高健康度區(qū)域向低健康度區(qū)域的轉(zhuǎn)化，整體認(rèn)為流域景觀健康狀況向好；健康度得分與GDP、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、人口密度分布在數(shù)值與空間分布上呈正相關(guān)關(guān)系；城區(qū)健康度小于林區(qū)，健康度最小值在景觀界面區(qū)域取到。最大值在林區(qū)的核心區(qū)取到；各評(píng)價(jià)因子對(duì)健康度的驅(qū)動(dòng)作用大小依次為：景觀安全格局、景觀彈性、景觀干擾、生產(chǎn)力、景觀組織結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，各評(píng)價(jià)因子對(duì)健康度的驅(qū)動(dòng)作用較為均衡。

3)人類(lèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)增加，流域景觀安全與健康成為重要的研究領(lǐng)域。研究結(jié)果顯示，雖然近年來(lái)流域的景觀安全格局以及健康格局向較好的方向發(fā)展，但發(fā)展過(guò)程是波動(dòng)的，同時(shí)安全區(qū)、健康區(qū)面積的增加已趨向飽和，而流域經(jīng)濟(jì)與社會(huì)正在快速發(fā)展，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)流域的研究與規(guī)劃，維持流域景觀整體框架的完整性與活力，加強(qiáng)對(duì)流域影響因子的調(diào)控及其驅(qū)動(dòng)原理的研究，為流域的進(jìn)一步發(fā)展提供科學(xué)借鑒。