基于PSR-OWA模型的海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及模擬研究

胡紀(jì)漢, 毛銘江, 龔文峰, 劉鐵冬, 邱新彩, 吳庚鴻, 謝藝丹

(1.海南大學(xué) 林學(xué)院, 海口 570228; 2.海南大學(xué) 海口市智慧林業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 海口 570228)

21世紀(jì)以來,隨著人口及其活動(dòng)的增加,土地利用變化、能源利用和污染對(duì)全球生態(tài)環(huán)境的影響不斷加深[1]。加之受全球氣候變化及其局部自然災(zāi)害和極端天氣頻發(fā)[2],在多種因素的綜合作用下,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)直接或間接地承受著人類活動(dòng)和自然環(huán)境變化所帶來的負(fù)面影響[3],直接體現(xiàn)在景觀和環(huán)境變化上就是城市建設(shè)用地不斷蠶食農(nóng)田、林地、草地等生態(tài)空間[4],原有區(qū)域的土地利用格局發(fā)生顯著變化,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡被打破,自我調(diào)節(jié)能力下降[5],區(qū)域人地矛盾進(jìn)一步激化[4,6],加劇局部區(qū)域環(huán)境問題,危及區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康和生態(tài)安全[7-8],進(jìn)而增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)來源種類及其發(fā)生概率和強(qiáng)度。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能正在受到或?qū)砜赡苁艿降奈：兔{迫而進(jìn)行表征的一種評(píng)估方法[9]。作為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)一個(gè)重要分支的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),不僅重視空間要素配置對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)過程的影響[10],且從區(qū)域尺度上描述和評(píng)估自然因素和人為活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其各個(gè)組分所產(chǎn)生不利影響的可能性和大小的過程[11],更是發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問題的決策基礎(chǔ)[12],并對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高和發(fā)展具有指導(dǎo)意義[13]。已逐漸成為研究和解決局部環(huán)境問題的重要手段[14]和保護(hù)生態(tài)安全的熱點(diǎn)問題[15],其研究尺度可以為城鎮(zhèn)[1]、湖泊[16]、濕地[17]、流域[18]和山脈等[19]。此外,目前大部分區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究主要基于土地利用和景觀結(jié)構(gòu)展開,更多學(xué)者基于土地利用結(jié)構(gòu)變化[20]、地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論[21]和空間自相關(guān)分析等[22]成熟方法構(gòu)建區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),探究區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況及變化特征。然而,上述研究重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域人口壓力、景觀結(jié)構(gòu)、土地利用現(xiàn)狀、地形和氣溫等人為和自然因素等評(píng)價(jià)因子,缺少聚焦于典型自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變研究,且基于多種脅迫復(fù)合因子對(duì)熱帶和亞熱帶區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究相對(duì)稀少,利用雙變量全局空間自相關(guān)探討海域城市城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)關(guān)系的研究則更稀少。

海南省是1988年建省且為中國最大的經(jīng)濟(jì)特區(qū)和唯一的熱帶島嶼省份,作為省會(huì)城市的海口市,是國家“一帶一路”戰(zhàn)略支點(diǎn)城市和海南自由貿(mào)易港核心城市,更是北部灣城市群核心城市,具有重要的戰(zhàn)略地位。2018年海南宣布建設(shè)國際自由貿(mào)易島以來,海陸兼?zhèn)涞牡鼐墐?yōu)勢(shì)不僅帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇,在城市建設(shè)規(guī)模、生態(tài)濱海旅游業(yè)、熱帶高效農(nóng)業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代漁業(yè)都取得了長足的發(fā)展,但也讓海口市面臨雙重生態(tài)問題。其一,在人口壓力增大、城市快速擴(kuò)張和經(jīng)濟(jì)急速發(fā)展等綜合因素影響下,部分陸域生態(tài)用地被侵占,局部土地資源和森林資源遭到嚴(yán)重破壞;其二,城市建設(shè)轉(zhuǎn)向?yàn)I海和水域,濱海和河流灘涂被侵占現(xiàn)象嚴(yán)重,區(qū)域土地利用格局和生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生巨大變化,危及區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)一步增長。目前對(duì)海口市研究更多關(guān)注其土地利用及格局變化和城市擴(kuò)張[23-24]、海岸帶生態(tài)安全[25]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[26]、生態(tài)安全格局[27]和重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等[28],但基于人為活動(dòng)和自然因素且從多角度、多層次和多準(zhǔn)則探究海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況相對(duì)稀少,耦合 GIS和OWA模型模擬、探討不同情景下區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空格局配置及其生態(tài)保護(hù)對(duì)策更加稀少。

鑒于此,本研究以海口市2000年、2010年、2020年3期遙感影像為數(shù)據(jù)源,基于 RS和 GIS定量獲取區(qū)域土地利用數(shù)據(jù),引入?yún)^(qū)域累計(jì)氣旋能量、城市開發(fā)利用強(qiáng)度和旅游壓力等綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子,構(gòu)建基于網(wǎng)格尺度的 PSR(Pressure-State-Response)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型評(píng)估區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),結(jié)合空間自相關(guān)與雙變量空間自相關(guān)方法,探究區(qū)域尺度城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布格局、時(shí)空變化特征及關(guān)聯(lián)特征和城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的響應(yīng)關(guān)系,耦合 GIS和 OWA模型模擬和探究不同情景下海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征和生態(tài)保護(hù)措施,對(duì)今后維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和土地資源的科學(xué)合理開發(fā)利用具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

海口市位于海南島的東北部(圖1),地處110°10′—110°41′E,19°32′—20°05′N。東臨文昌、西接澄邁、南連定安、北隔18海里與廣東省海安鎮(zhèn)相望。地表主要為第四紀(jì)基性火山巖和松散沉積物,呈較大面積分布,海濱以濱海臺(tái)階式地貌為主,西部以典型的火山地貌為主;土壤類型主要是磚紅壤、水稻土、菜園土、濱海鹽土等[29]。海口市屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候,年均日照時(shí)數(shù)2 000 h以上,年均溫度23.8℃,平均降水量為1 669 mm。海口由本島海南島部分、海甸島和新埠島組成,是一座富有海濱自然旖旎風(fēng)光的南方濱海城市,地形略呈長心形,地勢(shì)平緩,全市地貌基本分為北部濱海平原區(qū),中部沿江階地區(qū),東部、南部臺(tái)地區(qū),西部熔巖臺(tái)地區(qū)。耕地、草地、片林和灘涂主要分布于北部區(qū)域,該區(qū)域不僅是陸域城市建設(shè)轉(zhuǎn)向?yàn)I海和水域的主要地帶,更是海口鏈接北部內(nèi)陸、融入大灣區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)循環(huán)和建設(shè)瓊州海峽經(jīng)濟(jì)帶的核心地帶。東部和東北部主要分布著熱帶稀樹草原和濱海紅樹林群落,東部的江東新區(qū)是海南省打造中國特色自由貿(mào)易港集中展示區(qū)。尤其東部和北部區(qū)域在人口急劇擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)飛速增長和快速城鎮(zhèn)化的綜合作用,區(qū)域原始的自然、半自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生劇烈改變,城市土地利用變化對(duì)區(qū)域生態(tài)產(chǎn)生了深刻影響,在形成北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)和東部熱作農(nóng)林區(qū)的同時(shí),導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)失衡及生態(tài)環(huán)境問題日益突出,進(jìn)而加劇區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。南部及東南部臺(tái)地區(qū)主要分布著的稀樹灌木群落,然而隨著熱帶高效農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致部分自然植被群落結(jié)構(gòu)被區(qū)域特色農(nóng)業(yè)所代替,在形成近郊熱帶特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí),造成區(qū)域水土流失,增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)種類和來源。西部熔巖臺(tái)地區(qū)主要以雜木林群落為主,主要以臺(tái)地農(nóng)林區(qū)為主,但隨著西海岸休閑度假區(qū)開發(fā)建設(shè)、行政中心西移和局部區(qū)域房地產(chǎn)業(yè)的興起,城市化建設(shè)進(jìn)程加快,建設(shè)用地不斷蠶食區(qū)域耕地、林地和草地,導(dǎo)致區(qū)域人地矛盾和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加。西南部的多以稀樹草原和雜木林群落為主,然而隨著熱帶經(jīng)濟(jì)作物栽培推廣和應(yīng)用,部分天然林景觀被人工植被代替,加之受頻繁臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的綜合影響,森林植被結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致區(qū)域水土流失加劇,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率增加。

圖1 研究區(qū)位置

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù):遙感影像數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、DEM高程數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。其中,2000年、2010年 Landsat5 TM及2020年 Landsat8-OLI遙感影像數(shù)據(jù)和 DEM數(shù)據(jù)均源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)。氣象數(shù)據(jù)主要源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)和海南省氣象局 (http:∥hi.cma.gov.cn/)。人口數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等其他數(shù)據(jù)源于《海口市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《海南省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

首先,運(yùn)用 ENVI 5.3完成遙感影像的輻射定標(biāo)、大氣校正、波段組合、圖像拼接和裁剪等處理。參照《中國土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T21010-2017)和海口市土地利用現(xiàn)狀,采用最大似然法(maximum Likelihood,ML)完成遙感分類,分為耕地、草地、林地、濕地、建筑用地和水體6個(gè)地類,借助部分野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)和 BIGEMAP,采用人機(jī)交互的模式完成遙感圖像分類處理,總體分類精度達(dá)90%以上,并以 GRID的格式存儲(chǔ)于 ArcGIS 10.8中。

2 研究方法

2.1 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分

結(jié)合海口市地域狀況,參照《地理格網(wǎng)》(GB12409-2009)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)研究[10,30],在 ArcGIS 10.8中采用網(wǎng)格化對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行3 km×3 km的幅度采樣,以此作為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元(圖1),共劃分生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū) 302個(gè),基于評(píng)價(jià)單元計(jì)算生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值,并賦值每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn),通過空間插值獲取其空間格局分布特征。

2.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重的確定

參照相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上[31-36],本研究利用 PSR模型,從自然因素、人類活動(dòng)、景觀格局指數(shù)、景觀活力、生態(tài)敏感性和恢復(fù)力6個(gè)方面出發(fā),選取能夠反映研究區(qū)域自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、資源和生態(tài)等綜合方面的17個(gè)細(xì)化指標(biāo),尤其引入?yún)^(qū)域累計(jì)氣旋能量、城市開發(fā)利用強(qiáng)度和旅游壓力等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估因子,以此構(gòu)建海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。具體流程如下:

表1 2000-2020年海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系及組合權(quán)重Table 1 Ecological risk indicator system and portfolio weights for Haikou City, 2000-2020

(1) 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算。以行政區(qū)域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元,基于統(tǒng)計(jì)年鑒完成社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等與人類活動(dòng)等相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和整理,首先應(yīng)用 ArcGIS 10.8完成相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和空間插值計(jì)算;其次使用 Fragstats 4.2完成景觀格局指數(shù)和景觀活力等景觀指標(biāo)計(jì)算;最后基于ENVI 5.3,ArcGIS 10.8,InVEST 3.10.2和相關(guān)模型完成區(qū)域生態(tài)敏感性和恢復(fù)力等風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算。

(2) 指標(biāo)細(xì)化處理。正向指標(biāo):城市開發(fā)利用強(qiáng)度、人口密度和區(qū)域累積氣旋能量等指標(biāo)越高會(huì)導(dǎo)致生態(tài)和環(huán)境壓力越大,出現(xiàn)生態(tài)失衡和環(huán)境惡化等問題,從而使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)升高。因此,對(duì)于促進(jìn)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)設(shè)為正向指標(biāo)。

(1)

負(fù)向指標(biāo):造林面積、固碳能力和歸一化植被指數(shù)等指標(biāo)越高,則反映區(qū)域生態(tài)用地穩(wěn)定性越高,自我調(diào)節(jié)能力越強(qiáng),從而使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低。因此,緩解區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)設(shè)為負(fù)向指標(biāo)。

(2)

式中:Yij為標(biāo)準(zhǔn)化之后的值;Xij為第i年第j項(xiàng)指標(biāo)原始值;Xmaxj和Xminj分別是對(duì)應(yīng)指標(biāo)的最大值和最小值。為避免0值,參考張曉瑤等人研究[32]設(shè)置修正值e,e取值為0.9。

(3) 權(quán)重計(jì)算。利用綜合指數(shù)法,分析層次分析法和熵權(quán)法優(yōu)缺點(diǎn),基于熵權(quán)法修正層次分析法獲取各指標(biāo)的組合權(quán)重[37],具體結(jié)果見表1。

(3)

式中:ui為組合權(quán)重;ari為層次分析法計(jì)算的權(quán)重;Sri為熵權(quán)法計(jì)算的權(quán)重。

2.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

參照相關(guān)研究成果[38],基于 PSR模型構(gòu)建區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型。計(jì)算公式如下:

(4)

式中:ERI表示生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Ci為各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。基于ArcGIS 10.8的Natural breaks完成區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分,共分為:低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)5個(gè)等級(jí)。

2.4 空間分異特征分析

空間自相關(guān)模型能夠反映某種因素在空間位置的相關(guān)程度[39],多采用Moran′sI和 Local Moran′sI指數(shù)來描述全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)[40]。為了探究海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布格局及分異特征,揭示研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的響應(yīng)機(jī)制及時(shí)空演變趨勢(shì),本文利用Geoda計(jì)算Moran′sI指數(shù),以期反映區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體空間關(guān)聯(lián)和差異狀況。計(jì)算公式如下:

(5)

式中:wij為空間權(quán)重矩陣;xi和xj是變量x在相鄰配對(duì)單元柵格的i和j屬性值;x為屬性值的平均值。Moran′sI>0,表明存在正空間自相關(guān),呈趨同集聚,值越大空間聚集程度越高;Moran′sI<0,表明存在空間負(fù)相關(guān),呈離散分布;Moran′sI=0,表明不存在空間自相關(guān)。

局部空間自相關(guān)指標(biāo)LISA能夠有效地反映觀測值的高值或低值的局部空間聚集狀況,以此表述局部集聚和離散效應(yīng)。為了全面反映區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間的空間關(guān)聯(lián)性[41],本文采用 LISA進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析,探究局部空間異常特征,以識(shí)別局部空間高高集聚的“熱點(diǎn)”和低低集聚的“冷點(diǎn)”。具體計(jì)算公式如下:

(6)

同時(shí),為了進(jìn)一步探究城鎮(zhèn)化和區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間關(guān)聯(lián)特征,本研究采用雙變量空間分析模型[42],分析海口城鎮(zhèn)化進(jìn)程與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)在關(guān)聯(lián),揭示城鎮(zhèn)化程度對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響機(jī)制。

(7)

(8)

式中:MIR,NIR分別為短紅外波段、近紅外波段,對(duì)應(yīng)Landsat5的第4,5波段,Landsat8的第5,6波段。

2.5 基于GIS-OWA海口生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)情景模擬

參考美國數(shù)學(xué)家Yager的空間多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)方法[44],將語言量化算子與OWA方法相結(jié)合,根據(jù)組合權(quán)重大小進(jìn)行排序,通過給定決策風(fēng)險(xiǎn)確定位序權(quán)重,對(duì)組合權(quán)重與次序權(quán)重進(jìn)行線性組合得出評(píng)價(jià)結(jié)果,公式如下[45]:

(9)

式中:Zi為經(jīng)過最大、最小值標(biāo)準(zhǔn)化后各指標(biāo)柵格化圖層,ui為組合權(quán)重,wi為次序權(quán)重,wi∈[0,1],且w1+w2+…+wn=1。

次序權(quán)重的確定是 OWA方法的核心[37],本文基于模糊量化模型完成次序權(quán)重計(jì)算(表2),公式如下:

wi=f(i)-f(i-1)

(10)

(k=1,2,3,…,n)

(11)

式中:a為決策風(fēng)險(xiǎn)系數(shù),a∈(0,∞);f(i)為重要指標(biāo)等級(jí),依據(jù)指標(biāo)數(shù)值大小確定;n為指標(biāo)個(gè)數(shù);rk為根據(jù)組合權(quán)重大小對(duì)指標(biāo)進(jìn)行排序后的重要性取值,最大值取1,最小值取n。

當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)a從0趨向 ∞時(shí),決策者呈現(xiàn)出由極樂觀到極悲觀態(tài)度。當(dāng)a=1時(shí),決策者無偏向任何態(tài)度,保持中立,此時(shí)各決策指標(biāo)與組合權(quán)重一樣;若a<1,各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境壓力大,因此決策者重視生態(tài)環(huán)境保護(hù),處于可控范圍內(nèi);當(dāng)a>1時(shí),各生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境壓力小,因此決策者更重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展,不會(huì)采取任何生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施,處于不可控范圍內(nèi)。本文中,次序權(quán)重根據(jù)17個(gè)指標(biāo)值的組合權(quán)重的數(shù)值大小進(jìn)行排序,并結(jié)合對(duì)決策風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)來確定,從而確定每個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要性程度。即人口密度、城市開發(fā)利用強(qiáng)度等指標(biāo)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有促進(jìn)作用,則在樂觀態(tài)度中占比較高。反之,造林面積和固碳能力等緩解區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo),在悲觀中占比較高。

3 結(jié)果與分析

3.1 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分異規(guī)律

3.1.1 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體變化特征 海口市2000年、2020年主要以低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主,兩者面積比例達(dá)到66.76%和70.40%,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)整體偏低,其中2000年較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積比例最高,達(dá)到36.59%,低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在2020年的面積比例最大,為40.23%。2010年主要以中、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為主,面積比例為65.86%,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)整體相對(duì)偏高,中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)地位,面積比例為43.63%,分布較為廣泛,幾乎散布于整個(gè)研究區(qū)(圖2)。高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)3個(gè)時(shí)期所占的面積比例均為最小,分別為1.08%,6.87%和5.08%(表3)。

圖2 2000-2020年海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布

20年間,低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈先減少而后增加的變化趨勢(shì),2000年、2010年、2020年面積比例分別為30.17%,7.03%和40.23%,總體上呈現(xiàn)增加趨勢(shì)且面積增加了229.70 km2,在一定程度上表明區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性增強(qiáng),生態(tài)環(huán)境得到進(jìn)一步改善。中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積呈現(xiàn)先增加而后減少的變化趨勢(shì),3個(gè)時(shí)期的比例分別為22.51%,43.63%和15.92%,總體上面積減少150.48 km2。此外,較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積比例在2010年均最高,分別為20.24%和6.87%,主要原因有兩方面,其一,隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速,部分生態(tài)用地被侵占,局部土地利用結(jié)構(gòu)和格局發(fā)生改變,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)不確定性提升,穩(wěn)定性減弱;另一方面很大程度上源于海口市2010年經(jīng)歷兩次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)及強(qiáng)降雨,局部極端天氣等自然災(zāi)害不僅給研究區(qū)域造成了嚴(yán)重財(cái)產(chǎn)損失,同時(shí)也嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)孛癖姷恼Ｉa(chǎn)和生活,致使區(qū)域高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性減弱,在一定程度上彰顯了自然災(zāi)害對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響。

3.1.2 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間特征分布 由圖2可知,2000—2020年海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布異質(zhì)性顯著。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈團(tuán)塊狀聚集于濱海、灘涂和沿江地區(qū),呈持續(xù)擴(kuò)張趨勢(shì),主要涵蓋北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)、江東新區(qū)和南渡江部分沿岸,主要以規(guī)模較大的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)和高新開發(fā)區(qū)等城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)為主,這些區(qū)域水陸交通相對(duì)便利且人口分布相對(duì)聚集,建設(shè)用地是區(qū)域土地利用的主體。尤其在2018年海南省宣布建設(shè)國際自由貿(mào)易島后,更加劇了局部區(qū)域城鎮(zhèn)化進(jìn)程,加速建設(shè)用地向海岸帶和沿江灘涂地?cái)U(kuò)展和侵占,改變區(qū)域土地利用格局并危及其生態(tài)安全,致使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)升高。較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈帶狀及散點(diǎn)狀分布于高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍,且沿著主要交通道路和部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)向外擴(kuò)展延伸,使得高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)一步向外擴(kuò)張。中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈團(tuán)狀分布于較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圍,土地類型多為耕地,未來土地利用將存在一定潛在危險(xiǎn)。低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于中部生態(tài)功能區(qū)和西部臺(tái)地農(nóng)林區(qū)等區(qū)域,土地利用類型主要以林地和草地為主,植被覆蓋相對(duì)較高。

3.1.3 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征 由表4和圖3可知: 2000—2010年低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要為轉(zhuǎn)出源,中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主要轉(zhuǎn)入源,其轉(zhuǎn)出面積分別為608.13 km2和602.68 km2,“低、較低→中”風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積分別為334.33 km2和359.19 km2;同時(shí)“低→較低”和“較低→較高”面積達(dá)到187.22 km2和164.84 km2,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)出面積僅為3.14 km2,而低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)入面積也僅為78.79 km2,在一定程度上反映該時(shí)期研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于上升期。低→高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移主要集中在海口市北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)、中部特色發(fā)展區(qū)和東部臺(tái)地?zé)嶙鬓r(nóng)林區(qū),該區(qū)域地勢(shì)平坦、氣候適宜且水資源充足,受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使和城鎮(zhèn)化進(jìn)程影響,人為加大對(duì)該區(qū)域土地的干擾程度,最終導(dǎo)致區(qū)域林地、濕地等生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼗蚪ㄔO(shè)用地,改變和破壞區(qū)域土地利用格局和土地利用結(jié)構(gòu),導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高。

表4 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Ecological risk transfer matrix for Haikou City %

圖3 2000-2020年海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)變化軌跡

2010—2020年,中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要為轉(zhuǎn)出源,轉(zhuǎn)出面積達(dá)到804.46 km2;“中→低”“中→較低”風(fēng)險(xiǎn)區(qū)是其主要轉(zhuǎn)換類型,面積分別為371.38 km2、 364.11 km2;較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)出面積達(dá)到370.99 km2和69.72 km2,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)入面積僅為26.96 km2,轉(zhuǎn)出面積是轉(zhuǎn)入面積的2.59倍,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍逐漸縮小;同時(shí) “較高→較低”和“高→較高”風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積達(dá)到 175.97 km2和31.23 km2,低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)入面積達(dá)到784.85 km2和570.86 km2,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低,隨著國家生態(tài)環(huán)境治理政策出臺(tái)和生態(tài)保護(hù)措施實(shí)施,當(dāng)?shù)卣e極推進(jìn)區(qū)域土地綜合治理工程、流域及海岸帶等重點(diǎn)地帶生態(tài)修復(fù)工程,使部分生態(tài)用地得以保護(hù)且連通性增加,區(qū)域總體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下降,局部區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到了較好的保護(hù)。

總之,海口市20 a間高、較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加了236.92 km2,低、較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加了993.42 km2,后者是前者的4.19倍,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體呈下降趨勢(shì),環(huán)境質(zhì)量有所改善且得到一定好轉(zhuǎn),但高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加了91.38 km2,局部區(qū)域生態(tài)建設(shè)任務(wù)依舊嚴(yán)峻。

3.2 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間關(guān)聯(lián)

利用GeoDa計(jì)算海口市2000年、2010年、2020年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)指數(shù)(表5)。結(jié)果顯示研究區(qū)3期Moran′sI分別為0.633,0.754,0.788(p=0.01),均高于0.6并呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),說明研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間聚集現(xiàn)象明顯,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值在空間上呈現(xiàn)顯著的正相關(guān),但總體水平表現(xiàn)一般,在一定程度上說明區(qū)域不同級(jí)別生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上相互影響,即高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域周圍區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)值高,低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域周圍區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)值低。

表5 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間自相關(guān)類型統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of ecological risk space autocorrelation types in Haikou City %

為進(jìn)一步分析生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在空間上的分異規(guī)律和聚集特征,本文基于 GeoDa完成研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) LISA分析(圖4,表5)。結(jié)果表明該區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)集聚,空間分布格局呈現(xiàn)一定變化,高高集聚“熱點(diǎn)”和低低集聚“冷點(diǎn)”聚集現(xiàn)象十分突出,“熱點(diǎn)”和“冷點(diǎn)”集中分布于第一(H-H)和第三象限(L-L);高低或低高離群“奇異點(diǎn)”相對(duì)較少,集中分布于第二(L-H)與第四象限(H-L)。20 a間,熱點(diǎn)區(qū)域面積比例為21.16%,14.48%和18.46%,呈現(xiàn)先減少而后略微增加的趨勢(shì),自相關(guān)類型數(shù)量下降2.7%;“冷點(diǎn)”區(qū)域面積比例分別為21.12%,22.65%和31.19%,呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì),增長10.07%。總體上研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值分布分散且規(guī)律不明顯。

圖4 2000-2020年海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)聚類

由海口市2000—2020年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)LISA聚集指數(shù)可知(圖4):2000年H-H聚集區(qū)分布相對(duì)分散,主要分布在北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)、中部特色發(fā)展區(qū)和東部臺(tái)地?zé)嶙鬓r(nóng)林區(qū),北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)因人口聚集、經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá),生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)偏高;L-L聚集區(qū)主要分布在北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)周圍及南渡江下游局部農(nóng)林區(qū)。2010年H-H聚集區(qū)依舊主要集聚于北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)和東部熱作農(nóng)林區(qū),聚集區(qū)分布明顯且呈擴(kuò)大趨勢(shì),很大程度受區(qū)域城鎮(zhèn)化的影響;而L-L聚集區(qū)主要分布在西部臺(tái)地農(nóng)林區(qū)和海口市國家地質(zhì)公園等生態(tài)功能區(qū),很大程度上源于政府積極推行生態(tài)保護(hù)措施,加大對(duì)自然保護(hù)區(qū)、森林公園和重要水源點(diǎn)的保護(hù)和管理力度。

2020年H-H聚集區(qū)主要分布在北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)和東部臺(tái)地?zé)嶙鬓r(nóng)林區(qū),且呈明顯擴(kuò)張趨勢(shì),20年間海口建成區(qū)面積由2000年的33.64 km2迅猛擴(kuò)展到2020年的203.7 km2,與海口國際自由貿(mào)易島建設(shè)、生態(tài)旅游開展、高效農(nóng)業(yè)(漁業(yè))發(fā)展及房地產(chǎn)業(yè)的繁榮等都直接相關(guān),在有限陸地資源被侵占的同時(shí),更加速城市建設(shè)由陸地向沿海的無序擴(kuò)張延伸,致使區(qū)域生態(tài)安全狀況嚴(yán)峻。L-L聚集區(qū)呈南北收縮、東西擴(kuò)張趨勢(shì),分布在南渡江下游農(nóng)林區(qū)和臺(tái)地農(nóng)林區(qū),主要原因在于該區(qū)域地形復(fù)雜,為高低落差較大的臺(tái)狀地貌,人類干擾強(qiáng)度較小,土地利用類型多以林地為主,植被覆蓋度高。3個(gè)時(shí)期L-H和H-L聚集區(qū)規(guī)模小、數(shù)量變化不明顯且分布零散。

為了進(jìn)一步探究城市化進(jìn)程與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系,本文基于 GeoDa空間分析工具,使用雙變量全局空間自相關(guān)探究海口市城鎮(zhèn)化水平對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響(圖5)。2000年、2010年、2020年Moran′sI(p=0.01)分別為0.242,0.263,0.428,Moran′sI散點(diǎn)在4個(gè)象限均有分布,散點(diǎn)分布于每個(gè)象限中,其中第一、三象限分布較多,表明海口市城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的正相關(guān)關(guān)系,且這種關(guān)系不斷增強(qiáng),城鎮(zhèn)化對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度不斷加深。Moran′sI散點(diǎn)圖中的第一象限為高風(fēng)險(xiǎn)—高歸一化建筑指數(shù)聚集區(qū),第三象限為低風(fēng)險(xiǎn)—低歸一化建筑指數(shù)聚集區(qū),2000—2020年期間,一三象限的散點(diǎn)數(shù)目均有所上升。高風(fēng)險(xiǎn)-高歸一化建筑指數(shù)聚集于北部沿海海岸帶和江東新區(qū)等地帶。2018年海南省政府規(guī)劃海口江東新區(qū)作為中國(海南)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)的重點(diǎn)區(qū)域,在“臨空經(jīng)濟(jì)+服務(wù)經(jīng)濟(jì)+生態(tài)經(jīng)濟(jì)”的開放、創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)體系指引下,區(qū)域經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程得到迅猛發(fā)展,部分耕地、灘涂地、草地、林地和灌木林地等半自然和自然景觀被建筑用地?cái)D壓、侵占,土地利用方式、格局和結(jié)構(gòu)特征發(fā)生重大變化,導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱、景觀穩(wěn)定性下降和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增強(qiáng)。低風(fēng)險(xiǎn)—低歸一化建筑指數(shù)分布于東北部濕地公園及中部和南部的林區(qū),而在國家積極的林業(yè)政策,該區(qū)域受到外界人類活動(dòng)干擾相對(duì)較小,景觀內(nèi)部穩(wěn)定性高且生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低。

圖5 2000-2020年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與歸一化建筑指數(shù)相關(guān)性Moran散點(diǎn)圖

3.3 耦合GIS-OWA模型的海口市不同情景下生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模擬

在綜合分析海口市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與自然資源條件的基礎(chǔ)上,本研究在 ArcGIS 10.8和 IDRISI2020支持下,選取其中3種決策系數(shù),耦合 GIS-OWA模型完成研究區(qū)不同情景生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的多準(zhǔn)則模擬、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分及時(shí)空格局配置(圖6)。

圖6 不同政策情景下海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

(1) 生態(tài)優(yōu)先型情景:a=0.5表示研究區(qū)重視生態(tài)保護(hù),加強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)治理和投入,嚴(yán)禁在生態(tài)保護(hù)區(qū)進(jìn)行無序建設(shè)開發(fā)和擴(kuò)張;

(2) 維持現(xiàn)狀型情景:a=1表示研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體處于向高風(fēng)險(xiǎn)過渡的一個(gè)臨界點(diǎn);

(3) 開發(fā)優(yōu)先型情景:a=5表示研究區(qū)更側(cè)重經(jīng)濟(jì)發(fā)展,開發(fā)和擴(kuò)張建設(shè)用地為主線,忽視生態(tài)保護(hù)和自然災(zāi)害治理。

生態(tài)優(yōu)先型情景:低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),較低風(fēng)險(xiǎn)次之,面積比例分別為87.5%和12.5%,沒有較高、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),表明區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到了極大的保護(hù)。較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于海口市北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)和江東新區(qū),其余均是低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。該情景模擬表明在國土空間三條紅線和海南省總體規(guī)劃(2015—2030)綱要框架下,決策者注重生態(tài)環(huán)境保護(hù),加強(qiáng)對(duì)生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施力度,加大對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)投資治理力度,同時(shí)強(qiáng)化土地利用規(guī)劃編制,合理化、規(guī)范化土地利用方式[3],杜絕因發(fā)展而浪費(fèi)土地資源的現(xiàn)象。但同時(shí)在保護(hù)生態(tài)環(huán)境前提下,決策者應(yīng)適當(dāng)加大社會(huì)經(jīng)濟(jì)投入并強(qiáng)化區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,同時(shí)協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生態(tài)土地的合理利用。

維持現(xiàn)狀型:中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積比例最大,為33.6%,較高與較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)次之,分別為28.7%和25.6%。表明研究區(qū)整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于預(yù)警狀態(tài),高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)聚集在海口市北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)、江東新區(qū)及毗鄰的鄉(xiāng)鎮(zhèn),較高和中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則聚集在高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)周邊,低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在海口市中部農(nóng)林區(qū)和南渡江下游水源保護(hù)與農(nóng)業(yè)區(qū)。在空間上呈現(xiàn)以南渡江為軸心,南渡江兩側(cè)呈現(xiàn)從北到南的“高—中—低”的梯度遞減。與生態(tài)優(yōu)先型情景對(duì)比,此情景決策者無任何偏好,其決策態(tài)度處于保守向冒險(xiǎn)過度的臨界點(diǎn)。因此,決策者應(yīng)該強(qiáng)化國土綜合整治與生態(tài)保護(hù)修復(fù)意識(shí),尤其針對(duì)江東新區(qū)等侵占生態(tài)用地的區(qū)域,確保在不增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的前提下發(fā)展經(jīng)濟(jì)[3],同時(shí)在海岸帶和南渡江流域開展以自然恢復(fù)為主和人工修復(fù)為輔的中、較高、高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)生態(tài)修復(fù)工作,在做好生態(tài)重點(diǎn)區(qū)生態(tài)保護(hù)的前提下發(fā)展經(jīng)濟(jì)。

開發(fā)優(yōu)先型:高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)面積比例高達(dá)70.7%,占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位,較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)次之,為22.7%,低和較低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)占據(jù)較小的比例,僅為2.4%。該情景下研究區(qū)今后重點(diǎn)工作是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量恢復(fù)。決策者應(yīng)正視生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾[3],在生態(tài)紅線和國土空間規(guī)劃的框架下,科學(xué)、合理制定土地利用規(guī)劃,嚴(yán)格遵守和積極實(shí)施生態(tài)保護(hù)政策,以“生態(tài)保護(hù)優(yōu)先”為前提,重視生態(tài)環(huán)境保護(hù),積極推進(jìn)退化及受損的濕地、草地和林地生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)工作,尤其加強(qiáng)海岸帶綜合生態(tài)治理、東寨港紅樹林濕地生態(tài)保護(hù)及江東新區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和相關(guān)監(jiān)督管理,真正做到“一江兩岸、東西雙港驅(qū)動(dòng),南部協(xié)調(diào)發(fā)展”的發(fā)展格局,完善江東新區(qū)、海岸帶、南渡江流域和紅樹林濕地保護(hù)區(qū)等生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),建立健全環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)共享機(jī)制,在空間上尋求國土資源空間結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化比配,提高研究區(qū)國土空間的生態(tài)恢復(fù)能力。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

本文在綜合分析海口市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與自然資源條件的基礎(chǔ)上,基于PSR模型構(gòu)建區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,耦合GIS-OWA模型模擬、探討不同情景下海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征,為維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和國土空間資源合理利用提供參考。

2000年以來,在經(jīng)濟(jì)特區(qū)政策和城市化進(jìn)程的影響下,研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)、熱帶高效農(nóng)業(yè)和漁業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)和生態(tài)旅游等得到了迅猛的發(fā)展,尤其2002年瓊山市并入海口市,人口數(shù)量由2000年的150.83萬人增加到2020年的288.7萬人,增長135.66%。同時(shí)20年間,海口的國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)由2000年的175.2億元達(dá)到1 791.6億元,增加了4.99倍,旅游人數(shù)由324.81萬人增加到1 620.27萬人,增加了398.84%,人口壓力大,更加劇了對(duì)住房、商服等建設(shè)用地需求,加之海口政府加大對(duì)區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施投資力度,例如國際機(jī)場、高速公路、新埠島和陽光假日海灘修建等,局部出現(xiàn)向海要地、向岸要房等現(xiàn)象,粗放開發(fā)模式在加劇建設(shè)用地與生態(tài)用地之間矛盾的同時(shí),使生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞,導(dǎo)致高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加。目前,特別是海南建設(shè)以江東新區(qū)為核心區(qū)的國際自由貿(mào)易港后,局部區(qū)域建設(shè)規(guī)模得到迅猛擴(kuò)張,經(jīng)濟(jì)飛躍式發(fā)展,但同時(shí)也消耗了局部大量社會(huì)和自然資源[3],更加速城市區(qū)域土地結(jié)構(gòu)的破碎化[46],危及其生態(tài)安全。

基于此,2010—2020年海南省在省域生態(tài)保護(hù)紅線基礎(chǔ)上制定最嚴(yán)格的海南生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)開發(fā)區(qū)和建成區(qū)生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境治理力度,加大生態(tài)用地災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)治理投入。如美舍河濕地公園修復(fù)工程、五源河濕地公園修復(fù)工程和開展海口市南渡江河口右岸生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目等,特別針對(duì)江東新區(qū)已開工建設(shè)生態(tài)環(huán)保項(xiàng)目33個(gè),其中“兩河一堤”、海口邁雅河區(qū)域生態(tài)修復(fù)、海南東寨港國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)修復(fù)與資源保護(hù)等16個(gè)項(xiàng)目已完工,10年間低和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)增加了5.72倍,但高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加105.43 km2。因此,今后在海口市國土空間規(guī)劃和生態(tài)紅線的共同管控下,參照《海口市國土空間規(guī)劃(2020—2035年)》等意見,以生態(tài)優(yōu)先原則下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo),要進(jìn)一步防止人類對(duì)土地的不合理干擾,要防止過度開發(fā)和自然災(zāi)害給生態(tài)格局帶來的不確定性問題,首先:加大對(duì)海口市林地、草地和濕地等自然生態(tài)空間和生態(tài)用地的嚴(yán)格保護(hù),尤其海岸帶區(qū)域和河岸帶地段保護(hù)及管理,同時(shí)加強(qiáng)自然保育宣傳和區(qū)域生態(tài)用地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測和評(píng)估;其次,構(gòu)建國土空間規(guī)劃新格局,在以海口石火山群國家地質(zhì)公園和東寨港自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)功能區(qū)為核心的低等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū),統(tǒng)籌規(guī)劃生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)空間、城鎮(zhèn)空間和海洋空間,強(qiáng)化區(qū)域景觀的聚合度和連接度,堅(jiān)持省域生態(tài)保護(hù)紅線,嚴(yán)格控制非生態(tài)用地的侵占;再次,在以南渡江下游水源保護(hù)與農(nóng)業(yè)區(qū)和桂林洋開發(fā)區(qū)等經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)為中等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的區(qū)域,要繼續(xù)推進(jìn)防護(hù)林建設(shè)工程、天然林保護(hù)工程,鞏固退耕還林成果,提高森林覆蓋率并加強(qiáng)水土保持工作;最后,構(gòu)建海口市北部建成區(qū)及江東新區(qū)沿岸等城鎮(zhèn)建成區(qū)的高級(jí)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)區(qū)域監(jiān)測體系,進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)恢復(fù)與環(huán)境治理力度,加大生態(tài)用地災(zāi)害治理投入,合理利用國土空間,實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)和生態(tài)空間休養(yǎng)生息。

耦合GIS-OWA模型模擬不同決策情景的海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間特征,有助于決策者更全面、科學(xué)地對(duì)今后區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)做出研判。但本研究由于選取權(quán)重的社會(huì)指標(biāo)相對(duì)較多,反映區(qū)域特色自然特征等指標(biāo)相對(duì)較少,需要進(jìn)一步完善指標(biāo)評(píng)價(jià)體系,尤其增加海南國際自由貿(mào)易島對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的自然和社會(huì)影響指標(biāo),未來區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究中,從景觀異性的視角去評(píng)價(jià)自貿(mào)島建設(shè)對(duì)局部區(qū)域生態(tài)環(huán)境可能潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 結(jié) 論

(1) 2000年、2020年研究區(qū)以較低和低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為主,面積增加了83.11 km2,且受外界人類活動(dòng)干擾相對(duì)較小且景觀內(nèi)部穩(wěn)定性高;2010年區(qū)域以較低、中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為主;20年間高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加91.38 km2,呈持續(xù)擴(kuò)張的態(tài)勢(shì),其時(shí)空分布與土地利用結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)度、人類活動(dòng)之間關(guān)系密切。

(2) 基于海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空演變特征分析可知,2000—2010年研究區(qū)以“低、較低→中”風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)換類型為主,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于上升期;2010—2020年研究區(qū)以“中→低、較低”風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為主,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于下降期。

(3) 海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)格局及其空間關(guān)聯(lián)格局整體呈現(xiàn)出“南北高中間低”、“東熱西冷”的異質(zhì)性特征。高—高聚集區(qū)主要分布于海口市北部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)和江東新區(qū)等以建設(shè)用地為主體的人工景觀區(qū),低—低聚集區(qū)主要分布在以農(nóng)林復(fù)合體系為主的中西部山地丘陵區(qū)。海口市城鎮(zhèn)化水平與風(fēng)險(xiǎn)熱點(diǎn)區(qū)空間分布存在顯著的正相關(guān)關(guān)系,城鎮(zhèn)化對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度不斷加深、增強(qiáng);冷點(diǎn)區(qū)分布與研究區(qū)生態(tài)空間保護(hù)相一致。

(4) 耦合GIS-OWA模型模擬不同情景下海口市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)從低到高依次為“生態(tài)優(yōu)先型”“維持現(xiàn)狀型”和“開發(fā)優(yōu)先型”,3種決策下區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要以低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(占87.5%)、中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(占33.6%)和高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(占70.7%)為主。