黃河三角洲景觀格局變化及生態風險評價

劉冰，王靖偉，吳福榮，吳明陽，羅松，陳慧，韓斌

摘要：黃河三角洲具有極高的生態價值，研究其景觀格局及生態風險對促進黃河三角洲高質量發展具有重要意義。本文以黃河三角洲1980年、2000年和2020年土地利用數據為基礎，分析土地轉移及景觀格局特征，同時構建生態風險評價模型揭示生態風險時空演變及空間相關性。結果表明：（1）耕地是黃河三角洲最主要的地類，占比在60%以上，1980—2020年土地轉移主要發生在耕地、建設用地、水域和未利用地之間。（2）1980—2020年黃河三角洲景觀斑塊數、景觀斑塊密度、景觀最大斑塊指數、景觀形狀指數和香農多樣性指數均呈下降趨勢，區域整體趨向簡單化和聚集化。（3）黃河三角洲高風險區和較高風險區主要環渤海分布，1980—2020年各級風險區轉出最大面積均為更低級風險區，生態風險有所降低。

關鍵詞：黃河三角洲；土地利用；景觀格局；生態風險

中圖分類號：TP79文獻標識碼：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2023.05.006

引文格式：劉冰，王靖偉，吳福榮，等.黃河三角洲景觀格局變化及生態風險評價［J］.山東國土資源，2023，39（5）：3945.LIU Bing， WANG Jingwei， WU Furong， et al. Landscape Pattern Change and Ecological Risk Assessment in the Yellow River Delta［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（5）：3945.

0引言

景觀生態風險評價是對研究區域因外界干擾產生的不良生態后果進行評估，能直觀的反映出外界活動對生態過程和功能的影響［1］。LUCC（LandUse and LandCover Change）是導致區域生態風險變化的主要因素［2］，通過構建生態風險評價模型對景觀要素進行綜合分析可獲得生態風險時空分布及變化特征［34］。作為黃河流域重要組成部分的黃河三角洲具有極高生態和經濟價值，因此開展三角洲地區生態風險評價及變化研究對流域生態文明建設具有重要意義［5］。此前，眾多學者對生態風險評價已經有了深入的研究［615］。研究區域主要集中在縣域、流域和海岸線，而作為三大三角洲之一的黃河三角洲景觀生態風險研究較少。

本研究結合黃河三角洲實際情況，從斑塊數、斑塊密度、分離指數、蔓延指數、景觀形狀指數和香農多樣性指數等方面探究40年間景觀變化規律，并基于景觀干擾度和景觀脆弱度構建景觀生態風險模型，探究區域生態風險變化規律及空間關聯特征。研究結果將為黃河三角洲高質量發展提供數據參考。

1研究區域與數據來源

1.1研究區域

黃河三角洲位于渤海南部黃河入海口，包括東營市和濱州市全境以及寒亭區、壽光市、昌邑市、樂陵市、慶云縣、高青縣和萊州市，共計19個縣（市區）。2020年黃河三角洲GDP達48220.4億元，占全省GDP總量的11.40%。黃河三角洲氣候類型為暖溫帶亞濕潤大陸性季風氣候，地貌類型主要為平原和低山丘陵區，擁有石油、天然氣等40余種自然資源，是全國重要的能源基地。三角洲東臨東北亞各國，西接中西部腹地，南通長江三角洲，北靠京津冀都市圈，地理位置十分優越。

1.2數據來源與處理

本研究所使用的1980年、2000年、2020年土地利用數據來源于中國科學院環境科學數據中心，分辨率為30 m×30 m，黃河三角洲范圍數據來源于《黃河三角洲高效生態經濟區發展規劃》。根據研究需要將土地利用類型分為林地、水域、草地、耕地、建設用地和未利用地6類，同時以研究區矢量范圍數據進行裁剪。

2研究方法

2.1土地利用轉移矩陣

以1980年和2020年黃河三角洲土地利用數據為基礎，利用ArcGis空間疊加功能可以得到土地利用變化矩陣［16］。土地轉移矩陣能夠在研究土地利用變化的同時，較為直觀的展示出各個土地利用類型的變化方向［17］。

2.2景觀格局指數

結合黃河三角洲景觀格局狀況，選取斑塊數、斑塊密度、最大斑塊指數、分離指數、蔓延指數、形狀指數和香農多樣性指數7個指標分析黃河三角洲景觀要素的數量、形狀和空間分布特征。

2.3生態風險評價模型

根據黃河三角洲景觀格局情況，以景觀干擾度指數和景觀脆弱度指數為基礎，構建黃河三角洲生態風險評價模型［18］。該模型反映了景觀格局指數與生態風險之間的關系。

2.4空間相關性分析

空間相關性可以直觀的展現一個變量空間受其相鄰區域的影響程度［19］，本文采用Moran's I指數和LISA指數來反映黃河三角洲生態風險空間相關性關系。當Moran's I指數取值在［1，0］時表現為空間關系為負相關呈離散狀態，當Moran's I指數取值在［0，1］時表現為空間關系為正相關呈聚集狀態；LISA指數大于0時表現為“高—高”或“低—低”聚集，LISA指數小于0時表現為“高—低”或“低—高”聚集。

3結果與討論

3.1黃河三角洲景觀格局

3.1.1土地利用變化分析

從表1和圖1中可以得出：研究期間黃河三角洲優勢景觀類型未發生變化，耕地占主導地位，占比在60%以上。從時間序列分析，耕地和建設用地數量持續增加，分別增加242.68km2和1422.81km2，尤其是建設用地擴張量達到自身占比的52.55%，造成耕地和建設用地增加的主要原因是人口增長及城鎮化發展；林地和草地分別減少60.04km2和1288.91km2，林地和草地的減少主要受建設用地擴張及興修水利的影響；水域面積增加1963.89km2，研究期間水域面積增加近一倍，主要受黃河三角洲保護政策影響；未利用地在研究區間持續減少，減少面積達2280.42km2，占比由10.46%降至1.37%，未利用地得到有效利用。

3.1.2土地利用轉移矩陣分析

為了更直觀的揭示黃河三角洲40年各土地類型間的轉換關系，利用ArcGis空間分析功能將1980年和2020年土地利用數據進行轉置，得到1980—2020年黃河三角洲土地轉移矩陣（表2）。由表2數據計算可得出，耕地、水域和建設用地的轉入量較大，分別為2537.36km2、2577.06km2和2405.77km2，三者占轉入量的95.67%；耕地和未利用地的轉出量較大，分別為2294.68km2和2486.85km2，二者占轉出量的60.83%。

分析表2可以得出，耕地、建設用地、水域和未利用地相互之間的轉換數量較大，研究期間有11.08%的耕地、11.12%的未利用地和8.05%的水域轉為建設用地；未利用地有29.56%流向耕地、11.12%流向建設用地、53.24%流向水域。由此可見，人口增長、經濟發展和保護環境的政策對不同地類間的相互轉換有著深遠的影響。

3.2黃河三角洲景觀格局分析

3.2.1整體景觀分析

由表3可以得出，1980—2020年黃河三角洲景觀斑塊數、景觀斑塊密度、景觀最大斑塊指數、景觀形狀指數和香農多樣性指數均呈下降趨勢，下降幅度分別為14.53%、14.52%、51.89%、9.04%和13.74%，而蔓延指數呈上升趨勢，增長幅度為8.25%，表明黃河三角洲景觀破碎程度得到抑制、景觀形狀變得簡單規則的同時優勢景觀斑塊控制作用和景觀類型多樣性減弱。

3.2.2各類型景觀分析

由表4可以得出，1980—2020年黃河三角洲各景觀類型指數變化具有差異性。耕地、林地、草地、水域和未利用地的斑塊數量和斑塊密度均有所下降，與黃河三角洲景觀水平變化趨勢一直，而建設用地斑塊數和斑塊密度略有上升，主要是建設用地量激增所致；景觀形狀指數的變化趨勢與斑塊趨勢保持一致，耕地、林地、草地、水域和未利用地呈下降趨勢，建設用地呈上升趨勢，其中草地、水域和未利用地指數變化較大，主要是黃河三角洲改善水利條件，未利用地和草地大量轉為水域使得三者縱橫交錯的布局得到改善形狀變得簡單；耕地、林地、草地和未利用地的景觀分離指數呈上升趨勢，建設用地和水域為下降趨勢，建設用地和水域不斷聚集，值得注意的是林地和草地分離度指數很大，說明在建設擴張和興修水利過程中林地、草地不斷被分割，聚集程度大為減弱。

3.3黃河三角洲生態風險分析

3.3.1生態風險時空演變

根據生態風險評價模型［1925］，計算生態風險值，利用ArcGis空間插值工具，得到1980—2020年黃河三角洲生態風險時空分布圖（圖2）。

將ArcGis空間插值得到的黃河三角洲生態風險數據，以0.0730、0.0859、0.1039和0.1283為自然間斷點將生態風險依次分為低風險、較低風險、中等風險、較高風險和高風險5級。由圖2可以看出1980—2020年黃河三角洲高風險區和較高風險區主要分布在環渤海的無棣縣、沾化區、河口區、墾利區、東營區、壽光市、寒亭區、昌邑市以及萊州市，這些地區生態用地較多且分散，人口壓力較大，極易導致生態風險危機。

統計1980—2020年黃河三角洲各生態風險等級區域面積及占比，結果如表5所示。黃河三角洲生態風險以中風險為主，研究期間高風險區域占比由11.79%降至10.85%，較高風險區由11.81%降至7.70%，中風險區由68.21%降至56.01%，較低風險區占比由7.50%增至19.55%，低風險區占比由0.70%增至5.89%，由此可以看出黃河三角洲整體生態風險降低。

3.3.2各地類生態風險分析

以1980—2020年黃河三角洲土地利用數據和生態風險等級數據為基礎，利用ArcGis空間統計功能，計算研究區間內各土地利用類型的生態風險分布，如表6所示，研究區間耕地中等風險以下區域呈增加趨勢，較高級風險以上區域呈減少趨勢，主要與土地整治工程和耕地保護政策有關。林地中等風險以下區域呈減少趨勢，較高級風險以上區域呈增加趨勢，主要是建設用地與水利工程大量占用林地使其趨向破碎化。草地的生態風險大幅度下降，是因為大量的零散草地被改造成耕地和水域，剩余草地在質量上有所提升。水域主要分布在較高風險以上區域，生態風險小幅度上升，這與水域面積大量增加有關。建設用地生態風險有所降低，主要與規范建設用地政策有關。未利用地主要分布在較高風險以上區域，生態風險上升主要原因是未利用地的開發利用使其趨向破碎化和離散化。

3.3.3生態風險等級轉移分析

利用ArcGis空間分析功能，將1980年和2020年風險分布圖進行疊加，得到1980—2020年黃河三角洲生態風險轉移情況，如表7所示。通過分析可以看出，除低風險區少量轉向較高風險區外，各級風險區轉出最大面積均為更低級風險區，較低風險區轉為低風險區面積693.99km2，中等風險區有3844.08km2轉為較低風險區，較高風險區流向中等風險區1538.35km2，高風險區轉為較高風險區487.89km2；高風險區最大轉移面積187.89km2流向較高風險區。以此可以得出，黃河三角洲生態風險大多由高等級向低等級轉移，生態風險有所降低。

3.3.4黃河三角洲生態風險空間關聯分析

基于1980年、2000年和2020年黃河三角洲各格網風險指數，運用GeoDa軟件進行全局自相關性分析，結果顯示1980年、2000年和2020年Moran's I值分別為0.758、0.610和0.746，三期Moran's I值均大于0.60，表明黃河三角洲生態風險具有相當強的相關性，生態風險在空間分布上具有相似性。

為了進一步探究黃河三角洲生態風險在空間上的聚散特征，基于1980年、2000年和2020年生態風險數據，通過GeoDa軟件進行LISA分析，結果如圖3所示。研究區域“高—高”聚集區、“低—低”聚集區、“低—高”聚集區和“高—低”聚集區在空間分布和數量分布上均有差異，在數量上主要以“高—高”熱點區域和“低—低”冷點區域為主，“低—高”和“高—低”聚集區數量較少且零星分布。“高—高”熱點區域主要分布在無棣縣北部、沾化區北部、河口區的中部和北部、利津縣北部沿海地帶、墾利區東部、東營區東部、廣饒縣西北部和寒亭區的東北部，這些區域臨近渤海自然條件優越極易受到人類活動干擾。“低—低”冷點區域主要分布在濱城區中部、東營區西部、壽光市南部、鄒城市的中部和南部以及廣饒縣南部，這些區域主要以耕地和建設用地為主受外界干擾較小，生態風險較小。

4結論與建議

4.1結論

（1）黃河三角洲區域的土地利用以耕地為主，研究區間建設用地、水域和未利用地變化幅度較大。建設用地面積擴張1422.81km2，水域面積增加1963.89km2，未利用地開發面積達2280.42km2。

（2）1980—2020年黃河三角洲景觀斑塊數、景觀斑塊密度、景觀最大斑塊指數、景觀形狀指數和香農多樣性指數均呈下降趨勢，區域整體趨向簡單化和聚集化。林地和草地分離度指數很大，說明在建設擴張和興修水利過程中林地、草地不斷被分割，聚集程度大為減弱。

（3）黃河三角洲高風險區和較高風險區主要環渤海分布，各級風險區轉出最大面積均為更低級風險區，較低風險區轉為低風險區面積693.99km2，中等風險區有3844.08km2轉為較低風險區，較高風險區流向中等風險區1538.35km2，高風險區轉為較高風險區487.89km2；高風險區最大轉移面積187.89km2流向較高風險區，黃河三角洲生態風險大多由高級向低級轉移，生態風險有所降低。

（4）1980—2020年黃河流域生態風險Moran's I值均大于0.60，具有相當強的相關性。“高—高”熱點區域主要分布在無棣縣北部、沾化區北部、河口區的中部和北部、利津縣北部沿海地帶、墾利區東部、東營區東部、廣饒縣西北部和寒亭區的東北部，“低—低”冷點區域主要分布在濱城區中部、東營區西部、壽光市南部、鄒城市的中部和南部以及廣饒縣南部。

4.2建議

（1）1980年、2000年和2020年黃河三角洲建設用地面積分別為2705.88km2、3973.86km2和4128.69km2，面積增長率為52.55%；建設用地增加占用大量耕地和水域，應加強土地利用規劃，避免建設用地無序擴張。

（2）研究期間草地和林地的減少率分別為22.86%和78.80%，聚集程度也大為減弱，應加強草地、林地保護力度，提高草地、林地的數量和質量。

（3）黃河三角洲生態風險的空間差異較大，根據生態風險防控的需要，應劃定不同管控區進行管理。較低風險區、低風險區要合理開發土地，加強基礎設施，推動經濟發展；中等風險區，應在開展經濟建設的同時，盡量減少對生態的負面影響；較高風險區和高風險區應嚴格控制建設用地的增量開發，全面保護林地、草地、水域等生態用地。

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Landscape Pattern Change and Ecological?Risk Assessment in the Yellow River Delta

LIU Bing1， WANG Jingwei2， WU Furong1， WU Mingyang3，? LUO Song1， CHEN Hui1， HAN Bin1

（1. Heze Forestry Bureau， Shandong Heze 274000， China; 2. Rizhao Bureau of Natural Resources and Planning， Shandong Rizhao 276800， China; 3. Heze Finance Bureau， Shandong Heze 274000， China）

Abstract：The Yellow River Delta has very high ecological value. It is of great significance to study landscape pattern and ecological risk for promoting high quality development of the Yellow River Delta. Based on land use data in the Yellow River Delta in 1980， 2000 and 2020， characteristics of land transfer and landscape pattern have been analyzed， and an ecological risk assessment model has been constructed to reveal spatio-temporal evolution and spatial correlation of ecological risks. It is showed that： arable land is the main type of land in the Yellow River Delta， and accounts for more than 60%. From 1980 to 2020， land transfer are mainly construction using land， water area and unused land.? From 1980 to 2020， the number of landscape patches， the density of landscape patches， the largest landscape patch index， the landscape shape index， and the Shannon diversity index of the Yellow River Delta are in a downward trend， and the overall area tends to be simplified and clustered. The high risk areas and high risk areas in the Yellow River Delta are mainly distributed around the Bohai Sea.

Key words：Yellow River delta；land use；landscape pattern；ecological risks