中国环境科学 2011,31(4)：688~695 China Environmental Science 基于景观结构的土地利用生态风险空间特征分析 ——以江西兴国县为例 谢花林1,2* (1.江西财经大学鄱阳湖生态经济研究院,江西 南昌 330032；2.中国科学院地理科学与资源研究所,北

京 100101)

摘要：本文以我国典型的红壤丘陵区——江西兴国县为研究对象,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建土地利用生态风险指数,并借助空间统计学中的空间自相关和半方差分析方法,进行土地利用生态风险的空间分布和梯度变化特征分析.结果表明,研究区内的土地利用生态风险度存在着一定的空间正相关性,并随着粒度增大,呈现出下降的趋势.1994-2005年的11年中,研究区生态环境质量整体有所上升,土地利用生态风险指数较高的地区有所较少.研究区的中部区域生态风险度高,相邻区域的生态风险度也较高.1994年和2005年,研究区生态风险指数空间分异的步长都比较小,分别为43km和9.3km. 关键词：土地利用；景观结构；生态风险；红壤丘陵区 中图分类号：X826 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2011)04-0688-08

Spatial characteristic analysis of land use eco-risk based on landscape structure: a case study in the Xingguo County, Jiangxi Province. XIE Hua-lin1,2* (1.Institute of PoYang lake eco-economics, Jiangxi University of Finance and

Economics, Nanchang 330032, China；2.Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China). China Environmental Science, 2011,31(4)：688~695 Abstract：In this paper a case study of land use eco-risk assessment was conducted in the Xingguo County, an typical red soil hilly region in Jiangxi Province. The assessment method was based on landscape disturbance index and landscape fragility. Spatial distribution and gradient differentiation characteristics of land use eco-risks in the study area were analyzed by means of spatial statistics like spatial autocorrelation and semi-variance analysis. Conclusions from the study were as follows. Eco-risk degree of land use was positive correlation, and a decreasing trend exits with the increase of grain size of landscape patches. Eco-environment quality mounted up to a small extent while and the area with high eco-risk lessened in the period from 1994 to 2005 in Xingguo County. Eco-risk degree of land use in the east area and its peripheral regions were high. The step length of the eco-risk index’s spatial differentiation is short 43km in 1994 and 9.3km in 2005. Key words：land use；landscape structure；ecological risk；red soil hilly region

土地利用对环境和生态的作用在全球环境变化研究领域受到高度重视[1-4].在人为活动占

优势的景观内,不同土地利用方式和强度产生的生态影响具有区域性和累积性的特征,并且可以直观地反映在生态系统的结构和组成上[5].基于景观结构进行土地利用生态风险分析,可以综合评估各种潜在生态影响类型及其累积性后果.景观格局中沿某一方向的高度自相关可能预示某种生态学过程在起着重要作用[6].因此,进行土地利用的生态风险空间统计分析,能准确地显示出各种生态影响的空间分布和梯度变化特征.目前表征景观格局的指数有多样性指数、镶嵌度指数、距离指数及其景观破碎度指数等[7].景观格局的最大特征之一就是空间自相关性.本研究以我国典型的红壤丘陵区—兴国县为案例区,在基本判别指标的基础上,结合前人的研究成果,构建了干扰度指数和景观脆弱度指数;并通过土地利用格局与生态环境之间的关系,建立景观格局指数与土地利用生态风险之间的定量化表达,借助

收稿日期：2010-08-18 基金项目：国家自然科学基金资助项目(40801106);江西省自然科学基金项目(2008GQH0057);江西省教育厅科技项目(GJJ09557) * 责任作者, 教授, xiehl_2000@163.com 4期 谢花林：基于景观结构的土地利用生态风险空间特征分析——以江西兴国县为例 689 空间统计学空间化变量的方法,研究兴国县土地利用的生态风险空间特征,为区域土地可持续利用提供新的思路和方法. 1 研究区概况 兴国县(26°03′N~26°42′N,115°01′E~115°51′E) 位于江西省南部,总面积3210km2(见图1).海拔130m~1200m,属亚热带季风湿润气候,平均年降雨量1500mm,多集中在4~6月,占全年降雨量的50%以上,年均气温为18.9,1℃月(最冷月) 平均气温3.4,7℃月(最热月)平均气温34.4,℃全年积温6029.9,℃无霜期280~300天.主要地貌类型有河谷冲积平原、红土岗地、红色砂砾岩和紫色页岩丘陵、花岗岩和变质岩山地等.本区于处中亚热带常绿阔叶林生物气候带,母岩主要有第四纪红色黏土、砂页岩、花岗岩、千枚岩等.主要的土壤类型为红壤,但因地形、母质等成土条件较为复杂,导致除红壤外,还有黄壤、紫色土等土类分布.红壤丘陵区是生态稳定性差、生物组织和生产力波动性大,对人类活动及突发性灾害的反应敏感,自然环境易于向不利于人类利用方向演替的一类自然环境类型.近年来,由于人地矛盾突出,自然植被破坏严重,各类开发建设项目增多等一系列不合理的土地利用方式,带来了新的人为水土流失等生态环境问题[8]. 图1 研究区概况 Fig.1 General situation of the study area 2005年末,兴国县农用地295926.89hm2,占土地总面积的92.21%,其中耕地33310.2hm2,园地4631.8hm2,林地245957.83hm2,其他农用地12027.05hm2;建设用地14720.68hm2,占土地总面积的4.59%.根据土壤侵蚀遥感监测成果,兴国县2000年土壤侵蚀面积为726.27km2,占区域总面积的22.60%.其中,土壤侵蚀轻度、中度、强度、极强度和剧烈的面积分别为313.53,167.54, 187.67,46.40,11.13km2.

2 数据来源及研究方法 2.1 数据来源及处理 运用ArcGIS9.0、MGE、ERDAS8.5等GIS和遥感图像处理软件,参照兴国县1:10万地形图、土地利用现状图,对不同时期的区域陆地资源卫星Landsat TM影像进行图像镶嵌、几何纠正、判读解译等工作.根据解译标志把空间栅格数据矢量化并且进行地类编码,在ArcGIS9.0中建立拓扑关系,最终生成土地利用图形库和属性数据库.利用了1994年和2005年的兴国县土地利用解译数据,对建立的空间数据库进行进一步研究,以考察其中的一些土地利用生态风险变化特征.根据基于景观结构的土地利用生态风险空间分析特点,本次遥感解译把土地利用类型分为6个一级类和12个二级类,一级地类包括耕地、林地、草地、居民点及工矿地、水域和未利用地等6个;二级地类包括水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆盖度草地、中低覆盖度草地、水域、居民点及工矿用地和未利用地等12个. 2.2 土地利用生态风险指数的构建 2.2.1 景观干扰度指数 不同的景观类型在维护生物多样性、保护物种、完善整体结构和功能、促进景观结构自然演替等方面的作用是有差别的,不同景观类型对外界干扰的抵抗能力也是不同的.根据前人研究成果[9-11],景观干扰度指数(Ei)

是用来反映不同景观所代表的生态系统受到干扰(主要是人类活动)的程度[9],可通过对景观破

碎度指数(Ci)、景观分离度指数(Si)和景观优势度

指数(DOi)三者赋予权重叠加获得.其中,Ci是表述整个景观或某一景观类型在给定时间和给定性质上的破碎化程度,即指在自然或人为干扰作