1、第 卷，第 期自 然 资 源 遥 感，年 月 ，：引用格式：滑永春，陈家豪，孙小添，等 内蒙古段黄河流域景观生态风险分析 自然资源遥感，（）：（，（）：）内蒙古段黄河流域景观生态风险分析滑永春，陈家豪，孙小添，裴志永（内蒙古农业大学林学院，呼和浩特；内蒙古农业大学能源与交通工程学院，呼和浩特）摘要：黄河流域内蒙古段目前的生态屏障功能出现严重的退化现象，诊断其景观格局及生态风险对促进内蒙古黄河流域高质量发展具有重要意义。该研究采用内蒙古黄河流域 年、年和 年的土地利用数据，计算区域景观格局指数和生态风险指数，分析其生态风险空间分布特征和时空演化规律。结果表明：年草地为主要用地类型，面积占 以上，
2、耕地、草地、水域和未利用地面积分别减少 ，和，林地和建设用地面积增加了 和 ，土地转移的主要方向为草地、耕地和水域转变为建设用地和林地；年综合土地利用动态度 年上升了 百分点；年，斑块数量除水域和未利用地减少外其余用地均增加，景观破碎化程度除建设用地外其余用地均增加，景观干扰度除林地上升外其余用地均减少，景观损失度除建设用地有明显下降外其余用地无明显变化；黄河流域的生态风险值呈下降趋势，较低风险区和低风险区的面积增加 ，主要集中在北部和中部地区，高风险区和较高风险区的面积减少 ，分散布局在东部和北部边缘。关键词：内蒙古段黄河流域；土地利用；生态景观指数；生态风险评价中图法分类号：文献标志码：文
3、章编号：（）收稿日期：；修订日期：基金项目：内蒙古自治区科技重大专项项目“黄河流域内蒙古段生态水文退化和恢复机制与绿色发展的水资源调控技术示范”（编号：）、国家自然科学基金地区科学基金项目“柳湾林应对干旱胁迫的群落结构效应及种间水分竞争共存机制”（编号：）和内蒙古农业大学高层次人才引进项目“沙化土地遥感定量提取”（编号：）和“双一流”建设项目“森林植被监测评价及驱动机制的研究”（编号：）共同资助。第一作者：滑永春（），男，讲师，博士，主要从事荒漠化植被遥感研究。：。通信作者：裴志永（），男，教授，博士，主要从事灌木林资源开发与环境研究。：。引言流域是结构复杂的地理区域，隶属于生态、经济及社会多
4、个系统，具有生产、生活、生态及文化等多种功能。研究流域生态风险能够为流域管理和风险防控提供决策依据，进而促进流域可持续高质量发展。流域生态风险评价为评估由一种或多种外界因素导致可能发生或正在发生的不利生态影响的过程，反映了一种或多种因素对生态系统的负面影响，可表征气候变化和人类活动对流域生态系统的威胁程度，从而揭示生态过程的机理和发展趋势。早期生态风险评价更多的只是在理论方面探讨或针对某一单一受体和风险源。近年来更加关注生态风险的空间分布和对生态系统服务的影响，评价规模从单个有机体扩展到流域、区域。随着对土地利用和生态风险研究的深入，从土地利用视角评估流域生态风险逐渐成为研究的主流，主要评价方
5、法有景观指数法和相对风险模型。景观指数法是选择与生态风险相关的景观格局指数构建评价模型，通常对研究区进行风险小区划分，目前以基于等间距采样的格网最为常见。等利用景观指数法构建的生态风险指数对科罗拉多河流域进行生态健康度评价；等采用景观指数法结合空间统计分析法对甬江流域生态风险时空变化特征进行了分析；张玉娟等以景观指数法结合层次分析法对松花江流域哈尔滨段流域生态风险进行监测评价。相对风险模型是一种区域复合压力风险评价模型，目前也广泛应用于流域生态风险的研究中。等应用相对风险模型对美国 流域进行了区域生态风险评估和模型的适用性研究；乔蕻强等通过构建了土地利用生态风险定量评价体系，借助相对风险第 期
6、滑永春，等：内蒙古段黄河流域景观生态风险分析模型对石羊河流域的生态风险进行了评价。景观指数法在不依赖大量实测数据的条件下实现对多源风险的综合表征和时空分异表达，较相对风险模型更有利于风险空间异质性的表达，更适用于流域尺度的景观生态风险评价。尽管当下对流域生态风险评价方法已经比较成熟，也有了大量的实际应用案例，但评价过程中缺乏对多生态风险状态进行分析，对生态风险的时空演化特征也缺乏研究。目前针对景观生态风险驱动力分析多从定性方面入手，缺乏定量研究。综合以上原因，本文选用景观指数法对内蒙古段黄河流域进行生态风险时空演化格局分析，并探讨其驱动因素。由于内蒙古黄河流域自然气候条件和地表植被条件相对较差
7、，且区域开发和不合理的治理，导致该流域的生态屏障功能出现严重的退化现象。但目前针对该流域的生态风险评估较少，因此对土地利用格局演变带来的生态风险评估十分重要的意义。本研究基于不同时期的土地利用数据，利用景观指数法对流域的生态风险进行监测评价，为流域的生态环境保护和土地资源合理开发提供有力依据。研究区及其数据源 研究区概况内蒙古段黄河流域地处内蒙古自治区中部，位于黄河中游中段，流域面积为 ，其中包括阿拉善盟、乌海市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、包头市、呼和浩特市、乌兰察布市共 个盟市（图）。内蒙古黄河流域处于黄河“几”字湾的上半部分，流经全程共 。黄河流域内蒙古片地域辽阔，地貌类型、土地类型复杂多样
8、，自然条件差异明显。气候类型为干旱、半干旱气候区，地貌类型包括黄土丘陵沟壑区、土石山区、风沙区、干旱草原区、平原区五大类型，生态分区主要为草原、森林、灌丛、旱作农图 研究区位置图 业区。数据获取及预处理）土地利用数据。土地利用数据为空间分辨率 的 目视解译数据，是由中科院资源环境科学数据云平台（：）获得。预处理主要包括栅格转换、重分类及掩模裁剪等。结合全国土地资源分类系统及内蒙古黄河流域土地利用的实际情况，将景观类型划分为：水域、耕地、林地、草地、建设用地和未利用地 类。制作出内蒙古黄河流域 年、年、年土地利用分布图。）气象数据。本文选用的气象再分析资料为 公开的 数据（：），时间分辨率为逐小
9、时，空间分辨率高达 。本文选用覆盖内蒙古黄河流域 年 月 的 气象模式 温度、降水数据。使用 对数据进行格式转换、年度合成、图像裁剪和 等面积投转换等处理。研究方法）土地利用动态度。土地利用动态度可表达规定时间段区域内某种土地利用类型数量的变化情况，表达式为：，（）式中：为研究期内某一土地利用类型动态度；和 分别为研究期初和研究期末该类型土地利用的面积；为研究时段。当 时，只能说明区域该土地利用类型转入转出保持平衡，并不代表不存在土地利用类型的局部变化。综合土地利用动态度可描述区域整体土地利用变化的速度，表达式为：()，（）式中：为研究期内某一区域的综合土地利用动态度；为统计起始时间第 类土地
10、利用类型面积；为监测时段内第 类土地利用类型转为第 类土地利用类型面积的绝对值；为研究时段长。）土地类型转化。为获取不同土地利用类型之间的相互转化过程，将不同时期土地利用类型图及主体功能区边界图进行空间叠置计算，由此得到各时期土地利用转化的空间分布和土地利用类型转自 然 资 源 遥 感 年移矩阵，计算公式为：|，（）式中：为面积；和 为转移前后的土地利用类型数；和（，；，）分别为转移前与转移后的土地利用类型；为转移前的 地类转换成转移后的 地类的转移矩阵。）生态风险区的划分。本研究采用等间距网格采样分析法，根据所使土地类型数据内各用地类型斑块的实际大小和分散程度，将研究区划分为若干 网格作为小
11、区。计算各区的生态风险值并作为该区中心处生态风险值。）景观生态风险指数的计算。本研究采用景观生态风险指数来表示研究区受外界影响产生生态损失的相对值。计算公式为：，（）式中：为第 个生态风险区的风险指数；为第 个生态风险区内第 种土地利用类型的面积；为第 个生态风险区的面积。景观损失度指数 表示在外界影响下，生态系统内各类景观类型所承受的生态损坏程度大小，通过景观干扰度指数 及景观脆弱度指数 计算得出，具体公式为：。（）景观干扰度指数是在自然生态系统内，外界干扰对各景观类型影响的相对大小，由景观破碎度指数、景观分离度指数及景观优势度指数权重指数通过归一化处理得到，具体计算公式为：，（）式中：，分
12、别为 种指标对应的权重。根据本次研 究 区 的 情 况 确 立 权 重，分别设为 ，。）风险区划分。基于自然断点法统一间隔为 ，将风险值 划分为低生态风险区（）、较低生态风险区（）、中生态风险区（）、较高生态风险区（）及高生态风险区（）个等级。结果与分析 土地利用变化 土地利用面积变化内蒙古黄河流域 年、年和 年的各类土地分布如图 所示，结合其面积统计图 可知，年研究区各土地利用类型面积由高到低依次为草地、未利用地、耕地、林地、水域、建设用地。年各类土地面积排序稍有变化，建设用地比水域多出。年各类土地面积排序与年保持一致。在各年份中，草地为主要用地类型，面积占比一直高达 以上。从研究期间土地利
13、用类型变化角度来看，耕地面积一直呈现下降趋势，减少了 。林地面积则一直呈上升趋势，增加 ，年面积增长最为显著，达。草地面积在一直呈下降趋势，减少了 ，其中 年减少面积的占比高达 。研究期间水域面积减少了 ，主要发生变化的年段为 年。建设用地面积一直呈上升趋势，增加了 ，年就增加了 。未利用地面积是先增加后减少，年的面积比 年减少了 。（）年（）年（）年图 研究区各年份土地利用分布 第 期滑永春，等：内蒙古段黄河流域景观生态风险分析图 历年研究区各种土地类型面积统计 土地利用动态度分析表 为 年，单一土地和综合土地在不同时间段的土地利用动态度。分析其各年段的数据可知，综合土地利用动态度由 年的
14、上升到了 年的 ，说明土地整体利用度在不断地上升。从单一土地类型的角度分析，耕地、林地、水域、建设用地的土地利用类型动态度都有不同程度的提升，其中以建设用地的提升最为突出，为 百分点。草地和未利用地的土地利用类型动态度都有不同程度的下降，其中以未利用地下降了 百分点最为明显。表 研究区 年、年各类土地利用动态度变化 （）土地利用类型 年 年耕地林地草地水域建设用地未利用地综合土地利用 土地利用转移分析表 和表 分别为 年和 年的土 地 利 用 转 移 矩 阵。对 比 分 析 可 知 年土地转移量远高于 年。草地转移的面积由 年的 上升到 年的 ，主要转化为耕地和未利用地，比例为 和 。建设用地
15、的面积在 年没有发生转移，但 年转移了 ，其转移的面积占其总面积的，主要转化为耕地和草地，转移比例高达和 。水域面积在 年转移面积比例为，到 年发生的转换比例仅次表 研究区 年土地利用类型转移面积及比例 耕地林地草地水域建设用地未利用地用地类型面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 表 研究区 年土地利用类型转移面积及比例 耕地林地草地水域建设用地未利用地用地类型面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例 耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 于建设用地，高达 ，转化为耕地、草地和未利
16、用地的比例分别为，和。耕地和未利用地的转移面积分别从 年转移的 和 上升到了 年的 和 ，两者主要转换为草地，转移比例分别占其面积的 和 。林地的转移面积由 年的 上升到了 年的 ，主要转化为草地和耕自 然 资 源 遥 感 年地，比例为 和 。土地利用生态风险评价 景观格局指数变化由表 可知，林地的斑块数量在 年增加了 个，年增幅大幅度上升，增加了 个；其景观破碎度、优势度、干扰度明显上升，景观分离度明显的下降，脆弱度和损失度未变，说明越来越多的林地斑块趋于分散，但大面积比例斑块在不断增加，尽管干扰有所增加，但生态脆弱度没有发生变化。建设用地斑块数量在 年增加了 个，年增加了 个，其景观破碎度、分离度和损失度都在下降，景观优势度和干扰度在不断上升，脆弱度未变，说明尽管 年建设用地在快速扩张，但大面积斑块在不断聚集，生态损失度却在下降。年水域斑块数量下降了 个，年下降了 个，景观破碎度、脆弱度和损失度变化不大，干扰度和分离度在不断上升，优势度在不断下降，说明越来越少的水域斑块在外界干扰下分布越来越分散，大面积水域在不断地萎缩。耕地的斑块数量在 年增减少了 个，年增加了 个，景观优势度有所