仁懷市景觀格局與景觀生態風險特征評價

周啟維　李倩　秦春榮　周學霞　胡嫦月　王志杰

摘要：景觀格局與景觀生態風險評估分析對衡量區域生態安全，建立生態風險預警機制與維護流域生態功能具有重要意義。本研究以仁懷市為研究對象，基于ArcGIS和GeoDa軟件平臺，采用生態風險評估模型，運用地統計學方法，分析了仁懷市景觀格局分布特征，評估了景觀生態風險及其空間分異特征。結果表明：（1）林地和耕地是研究區的優勢景觀類型，占比90%以上，各景觀類型空間分異明顯；（2）景觀生態風險具有明顯的空間異質性，人類活動干擾較大的建設用地、耕地和水體景觀具有較高的生態風險等級；（3）景觀生態風險具有顯著的空間集聚效應，Moran’s I值為0.45，“高-高”景觀生態風險聚集區沿水體景觀和建筑用地景觀呈條帶狀分布格局。該研究結果可為仁懷市景觀生態安全格局構建、生物多樣性保護區劃和醬香酒產業高質量綠色發展空間布局提供重要的科學依據。

關鍵詞：景觀格局；生態風險評價；空間自相關

中圖分類號：P964；X821文獻標識碼：A

文章編號：1008－0457（2023）06－0032－09國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2023.06.005

區域生態風險評價是區域尺度上描述和評估環境污染、人為活動或自然災害對生態系統及其組分產生不利作用的可能性和大小的過程進行評估，能為生態環境的保護和資源的合理利用提供科學依據［1-3］。近年來，隨著城市化過程的加劇，強烈的人類活動干擾嚴重破壞了自然生態系統的景觀格局，導致生態環境的改變和生物多樣性的損失，嚴重影響了區域生態風險水平［4-5］。隨著人類-自然耦合系統研究在地球系統科學領域的關注度逐漸提高，地理學研究生態化、生態學研究宏觀化的趨向逐步明晰，且二者的交叉融合越發受到國內外學者的關注，定量評估區域生態風險逐漸成為國內外研究的熱點問題之一［6］。

景觀生態風險評價源于區域生態風險評價，將傳統關注種群、群落、生態系統功能的生態學方法與強調區域、全球空間異質性的地理學思維相結合，以景觀為評價對象，為景觀生態學所關注的空間異質性及景觀格局-生態過程互饋研究提供了新的研究視角［6-8］。景觀生態風險評價更加關注多尺度、多等級、多重作用關系以及多目標，注重風險的時空異質性和尺度效應［6，9］。目前，基于景觀格局的生態風險評價受到學者的廣泛關注和應用［10］，如鞏杰等［11］、謝小平等［12］、張旭等［13］以景觀格局指數構建綜合景觀生態風險模型對白龍江流域、太湖流域、富江流域進行了景觀生態風險評價，但目前針對喀斯特地區的景觀生態風險相對薄弱，尤其是針對人為活動干擾強烈的山地地區景觀格局及其生態風險研究鮮有報道。

仁懷市位于貴州省西北部，是赤水河流域中游地區的地理中心和經濟中心［14］。受典型的喀斯特地貌和氣候特征影響，仁懷市景觀本底具有地形地貌復雜、生態系統類型多樣等特點［15-17］。近年來，隨著城市化進程不斷加快，尤其是白酒產業的快速發展和輻射帶動，強烈的人類活動顯著改變了自然生態系統景觀結構，對區域生物多樣性和景觀生態安全造成威脅。因此，平衡產業發展與生態安全的關系，高質量推進仁懷市醬香酒產業綠色發展，筑牢赤水河流域生態安全屏障，已成為仁懷市區域生態安全和生物多樣性保護迫在眉睫的重要命題。

基于此，本研究以仁懷市為研究對象，以仁懷市國土三調空間數據庫為基礎數據源，采用地統計學分析方法，基于ArcGIS和GeoDa等空間信息技術平臺，構建基于景觀格局指數的生態風險評估模型，通過對研究區不同景觀類型空間分布特征的分析，揭示仁懷市土地利用景觀空間格局，評估景觀生態風險及其空間分異特征，以期為仁懷市景觀尺度上生物多樣性保護、生態安全格局網絡構建和醬香酒產業高質量綠色發展布局優化提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

仁懷市位于貴州省西北部，地處赤水河中游，大婁山脈西段北側。地理坐標為N27°33′30″～28°10′19″，E105°59′49″～106°35′50″之間。東鄰遵義縣和桐梓縣，南接畢節市金沙縣，西接四川省古藺縣，北連習水縣。東西平距17.0 km，南北平距61.2 km，國土面積1788.0 km2，全市國土面積占貴州省的1%，遵義市的5.8%。仁懷市東南多為高山丘陵，西北多屬河谷坡地，呈弧狀三級階形。境內山巒起伏，群峰疊嶂，溝壑縱橫，坡陡谷深，地貌多種多樣。海拔高差大，最高點1681.4 m，最低點329.5 m，市城區約為898.4 m。年平均溫度15.8 ℃，極端最低溫度-3.8 ℃，極端最高溫度38 ℃［18］。境內干流有赤水河、桐梓河，主要河流有鹽津河、五馬河、九倉河、五岔河、觀音寺河。仁懷市特殊的地質結構、生態、氣候、土壤和微生物群，為釀造優質純蒸餾醬香型白酒提供了有利的釀造條件，被視為生態保護區，境內包含眾多水源涵養區與自然保護區，是赤水河流域生態保護工作的重點對象［19-20］。

1.2數據源與數據預處理

本研究主要數據源為2020年仁懷市國土三調數據，數據來源于仁懷市林業局。參照《土地利用現狀分類（GBT21010—2017）》[21]，基于ArcGIS 10.5軟件平臺，將土地利用景觀類型劃分為建設用地、林地、草地、耕地、水體和未利用地等6類景觀類型，重采樣空間分辨率為4 m×4 m，坐標系統設置為CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_35投影坐標系統。

1.3研究方法

1.3.1景觀格局指數篩選與計算

景觀格局指數是反映景觀結構構成和空間特征的簡單量化指標，可以通過斑塊水平、類型水平、景觀水平3個維度進行分析［22］。本文從類型和景觀兩種水平上分析研究區景觀格局結構，斑塊類型水平上選用景觀形狀指數聚集度（AI）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數（LSI）、斑塊密度（PD）、平均形狀指數（SHAPE_MN）等指標反映不同斑塊類型的結構特征。景觀水平上選用分離度（DIVISION）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數（LSI）、斑塊密度（PD）、香濃多樣性指數（SHDI）等指標表征景觀全域結構特性。各景觀格局指數的計算方法與生態學意義見表1。

1.3.2景觀生態風險評價模型構建

依據景觀格局研究中景觀樣本面積的取值應為斑塊平均面積2～5倍的原則［23］，采用ArcGIS 10.5軟件平臺的漁網工具，按150 m×150 m的網格大小進行生態風險評估小區劃分，共劃分生態風險評價單元80 891個。通過構建景觀干擾度、景觀脆弱度和景觀損失度，構建景觀格局指數和景觀生態風險的定量表達，并將計算結果分配到評價單元中心［24］。景觀生態風險指數的計算方法見表2。

首先分別計算各風險小區的生態風險值，進而利用ArcGIS中的Kriging插值法，將量化后的生態風險值可視化，獲得生態風險空間分布圖。按照生態風險值在空間上出現的概率［25］，利用分位數法將各小區的生態風險值劃分為5個等級，即低風險區（0.0319≤ERI≤0.0539）、較低風險區（0.0539<ERI≤0.0759）、中等風險區（0.0759<ERI≤0.0979）、較高風險區（0.0979<ERI≤0.1530）、高風險區（0.1530<ERI≤2.8501）。

1.3.3空間自相關分析

空間自相關分析是研究鄰近位置屬性相關性的空間統計學方法，是針對某種特征屬性，對某空間單元與其周圍單元間進行的空間自相關程度計算，以分析這些空間單元在空間上的離散或聚集等分布特性［26］。如果某個空間變量在一點上的取值大，而同時在其相鄰點上取值也大則稱之為空間正相關；反之則為空間負相關。全局指標用于驗證整個研究區域某一要素的空間模式，局部指標用于反映大區域中，一個局部小區域單元與相鄰局部小區域單元屬性值的相關程度。全局空間自相關使用Moran’I指數反映空間鄰接或空間鄰近的區域單元屬性值的相似程度［27］。Moran’I指數的取值范圍在-1～1之間，其值越接近1，表示研究區域空間正相關性越強［28］。計算公式為：

2結果與分析

2.1景觀類型分布特征

仁懷市不同景觀類型空間分布具有明顯的異質性特征（表3，圖1）。林地和耕地是研究區的主導優勢景觀類型，面積分別為998.57 km和629.78 km，二者占研究區總面積的90%以上，林地主要沿高山峽谷和河流呈帶狀分布，而耕地主要集中分布在研究區東部和東北部以及鑲嵌分布于林地景觀斑塊之間；建設用地面積約占研究區總面積的7.7%，主要分布在鹽津街道、中樞街道和茅臺鎮的建成區；水體景觀由流經研究區的赤水河及其支流和水庫組成，面積約21.57 km；而草地和未利用地分布較少，僅占研究區總面積0.16%，呈點狀或塊狀散布于壇廠街道、鹽津街道和茅臺鎮。

2.2景觀格局特征

2.2.1斑塊水平

仁懷市斑塊類型水平的景觀格局指數差異主要在耕地、建設用地、林地類型明顯（圖2）。建設用地PD和LSI具有最大值，分別為21.32和430.72，表明建設用地景觀破碎化程度較高，且斑塊不規則情況較為明顯，斑塊形狀較其他景觀類型更復雜，而未利用地和草地PD和LSI均較小，可能由于這兩類景觀類型在研究區內所占面積均較小，因此相較于其他景觀類型，這兩類景觀指數特征并不明顯；在耕地類型中，出現了ED和SHAPE_MN最大值，分別為201.35和2.20，表明耕地斑塊邊緣長度較大，邊緣效應顯著，且斑塊形狀較為復雜，水體、未利用地和草地邊緣密度較小，對整體景觀影響程度較??；AI值最大的景觀類型為林地，且林地ED值僅次于耕地，表明該類型聚集程度較大，景觀連通性較高；水體景觀的主要組成部分赤水河流域屬性是近似條狀的，除此之外，還有部分水庫、坑塘等散碎的分布在整個研究區，但其所占面積較小，因此ED、AI、PD等指數較低。

2.2.2景觀水平

仁懷市景觀水平上的景觀格局指數具有明顯的宏觀異質性特征，其中，PD值為49.45，說明仁懷市各區域中斑塊分布數量多，相互之間的影響力大；ED指數和LSI指數的值都高于250，表明仁懷市景觀系統中的斑塊形狀極度不規則、斑塊復雜程度高；DIVISION指數和SHDI指數分別為0.99和0.95，表明仁懷市的景觀具有一定多樣性，呈現出各斑塊類型非均衡分布，土地利用豐富、景觀單位面積異質性高的特征，這主要是由于耕地景觀和草地景觀被大量建筑和道路分割，形成了多類型相互嵌套的景觀格局，導致斑塊數量增多、破碎化程度較高，仁懷市景觀集聚性較差，不定性的信息量較大。

2.3景觀生態風險特征

2.3.1景觀生態風險指數

不同景觀類型的各景觀生態風險指數差異明顯，林地和耕地景觀破碎度和景觀分離度最小，表明該兩類景觀類型在空間上呈集聚化分布的程度較大；建設用地斑塊數量（174 125個）顯著高于其他景觀類型，景觀破碎化程度較高（12.62），但景觀脆弱度（0.05）最低，說明在城市化和工業化發展進程中，人類活動對建設用地的需求不斷增加，削弱了周邊景觀的抗干擾能力，加劇了該類景觀破碎化程度；水體景觀作為醬香酒核心產區的重要基礎性景觀，景觀破碎度指數最高，為13.18，這一方面與研究區水體景觀的空間分布本底有關（表5）。

從各景觀格局指數的空間分布來看（圖3），除景觀脆弱度指數外，其他5個景觀格局指數的空間分布規律基本一致，高值區主要分布在研究區中東部和西南部，這些區域主要以耕地、林地和部分村居的建設用地為主，各景觀類型斑塊較小，呈鑲嵌分布的空間特征，受人為活動干擾較大，導致景觀類型的破碎度和分離度較高，景觀生態系統穩定性較差。而景觀脆弱度指數空間分布以高值區為主，這主要受研究區廣泛且分散的耕地景觀影響。

2.3.2景觀生態風險空間分布特征

仁懷市景觀生態風險各等級面積比例相差不大，但空間分布的異質性明顯，總體呈現“中部高、四周低”的景觀生態風險分布格局（表6，圖4）。高和較高風險區面積占研究區總面積的40.31%，主要分布在建筑用地、耕地和河流沿岸地帶，北部呈縱向和片狀分布，南部呈橫向分布特征。低和較低風險區等級占研究區總面積的39.12%，分布范圍與研究區人為干擾活動較小的林地景觀基本一致。

2.3.3景觀生態風險空間自相關分析

進一步分析景觀生態風險的空間自相關特征，可以看出（圖5）仁懷市景觀生態風險的Moran’s I指數為0.45，且通過了顯著性檢驗（P<0.05），說明景觀生態風險空間分布存在顯著的空間正相關特征，即景觀生態風險指數相似值之間具有空間聚集趨勢。具體而言，“不顯著”聚集區面積最大（1228.58 km2），占比為68.61%；“高-高”生態風險聚集區呈條帶狀分布于赤水河沿線及聚集狀分布在茅臺鎮、中樞街道和魯班鎮建成區周圍，面積約67.82 km2；“高-低”生態風險區鑲嵌于“高-高”聚集區，零散分布在仁懷市西南部；“低-低”生態風險聚集區廣泛分布于研究區西南部、西北部和東南部，約占研究區總面積的26.33%，該區景觀生態風險程度低，其相鄰區域的景觀生態風險程度也較低。

3結論與討論

區域景觀結構和格局受自然和人為多重因素的影響，是多因素耦合作用的結果，綜合反映了區域自然地理背景和社會經濟結構的特征，具有明顯的時空異質性。本研究結果表明仁懷市景觀類型以林地和耕地為主，且林地景觀破碎化程度較低，空間連接度好，而耕地景觀破碎程度較高，這與梁小麗等［31］的研究結論基本一致。此外，景觀類型的空間分布具有明顯的異質性，受研究區特殊地理背景的影響，林地景觀主要分布在大婁山山脈一帶，反映出研究區典型的山地地區特色和豐富的自然生態資源優勢，而耕地景觀更傾向于分布在地勢較平坦且臨近村鎮聚落的區域［32］。與此同時，受研究區弧狀三級臺階地貌特征和以醬香酒產業為導向的社會經濟發展模式耦合作用，建設用地景觀圍繞赤水河谷及其沿岸呈現出“一城兩中心”的空間布局［33］，并且由于醬香酒產業發展、土地利用規劃布局等人類社會經濟因素的影響，研究區建設用地分布呈低密度、非連續性的特征，其與水體景觀形成的鑲嵌結構斑塊數量大［15，34-35］。

景觀結構-過程-功能的耦合關系及相互作用，導致異質景觀功能與生態效應的差異性。不同景觀類型的結構特征及其生態功能，顯著影響區域景觀生態風險的時空分布特征。受仁懷市林地、耕地和建設用地等主要景觀類型空間分布格局的影響，加之研究區特殊的地形地貌本底特征和醬香酒產業發展的耦合作用，仁懷市景觀生態風險特征表現出明顯的空間異質性特征，各風險等級的面積差異雖相差不大，但其空間格局差異突出。較高等級的景觀生態風險區主要與人類活動干擾較大的建設用地和耕地分布范圍一致，由于人類活動干擾導致這兩類景觀破碎化程度較高，景觀空間連接度低，割裂了其它連續分布的景觀類型，使原有的土地利用景觀結構改變，打破原有的區域生態系統平衡，容易削弱生態系統服務功能，造成生境喪失、生態系統結構和功能的紊亂［35-37］。此外，仁懷市景觀生態風險的空間分布也表現出顯著的空間自相關性，不同風險等級間具有明顯的空間聚集效應?！暗?低”景觀生態風險聚集區在西南區域的集聚態勢較為明顯，這與該區域海拔較高，林地分布較為密集，距離建設用地和道路等景觀脅迫因子較遠，景觀分離度和破碎度小，人為干擾強度小有關［38-39］；“高-高”景觀生態風險聚集區呈現出沿河流兩岸及峽谷“條帶狀”分布格局，這與研究區醬香酒產業發展及相關人類活動的干擾密切相關。有研究表明，建設用地對生態系統結構和功能干擾程度較高，建設用地的持續擴張，易導致區域發展不平衡，空間分異明顯，生態環境壓力增大，加劇區域景觀生態風險［40-41］，而赤水河及其支流沿岸的水體景觀周圍建設用地分布集中，隨著社會經濟發展和人類活動影響，兩類景觀破碎化程度高，景觀脆弱性強，景觀抗干擾能力弱，導致高生態風險態勢明顯［42-43］。因此，仁懷市在以白酒產業為載體的新型城鎮化建設背景下，在城市化擴張和醬香酒產業發展過程中，應合理規劃景觀空間布局，考慮環境承載量，避免過度干擾導致高生態風險區的延伸［44］。同時，耕地作為醬香酒產業發展中不可或缺的重要景觀組分，應合理規劃，加強對耕地的管理，遏制其向高生態風險區轉變。此外，應加強生態廊道建設和植被恢復，提高自然生態景觀的連通性水平，降低景觀生態風險程度，減少人類活動對水體和林地景觀連通性和完整性的影響，構建以林地景觀為主體的生態屏障，切實守護綠水青山，筑牢醬香酒產業發展生命線。

仁懷市景觀類型以林地和耕地為優勢景觀，二者占仁懷市國土面積的90%以上，且分布相對集聚，景觀破碎度和分離度較小。受醬香酒產業和人類活動干擾，建設用地主要分布在赤水河及其支流沿岸區域，斑塊破碎且對水體景觀產生較大影響。

仁懷市景觀生態風險各等級的面積相差不大，但空間異質性明顯，具有顯著的空間聚集效應，人類活動頻繁且干擾較大的河谷、峽谷地帶，由于建設用地和耕地分布較廣，景觀破碎化程度高，景觀脆弱性強，景觀生態風險等級高，對仁懷市區域景觀生態安全具有一定的威脅。

（責任編輯：段麗麗）

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Assessment of Landscape Pattern and Landscape Ecological Risk in Renhuai City

Zhou Qiwei Li Qian Qin Chunrong Zhou Xuexia Hu Changyue Wang Zhijie

（1.Forestry Bureau of Renhuai，Renhuai 564500，Guizhou，China；2.College of Life Sciences，Guizhou University，Guiyang 550025，Guizhou，China）

Abstract：Landscape pattern and landscape ecological risk assessment analysis are of great significance for measuring regional ecological security，establishing ecological risk early warning mechanism，and maintaining ecological function of the watershed.Based on ArcGIS and GeoDa software platforms，this study takes Renhuai city，the core producing area of Maotai-flavor wine in China as the research object.the distribution characteristics of landscape pattern in Renhuai city were analyzed，and the landscape ecological risk and its spatial differentiation characteristics were evaluated via adopting ecological risk assessment model and geostatistical analysis method.The results showed that forest land and cultivated land were the dominant landscape types in the study area，accounting for more than 90%，and the spatial differentiation of each landscape type was obvious.Besides，landscape ecological risk had obvious spatial heterogeneity.The construction land，cultivated land and waterbody with greater human activity interference had higher ecological risk levels.Furthermore，landscape ecological risk had a significant spatial agglomeration effect that the Moran’s I value was 0.45，and the "High-High" landscape ecological risk accumulation area presented a banded distribution pattern along the water body and construction land landscape.The research results could provide important scientific basis for the construction of landscape ecological security pattern，biodiversity conservation regionalization and high-quality green development spatial layout of Maotai-flavor wine industry in Renhuai city.

Keywords：landscape pattern; ecological risk assessment; spatial autocorrelation