辛 亮,苏维词,2*

基于景观格局的FAST宁静区生态风险时空演变分析

辛 亮1,苏维词1,2*

(1.重庆师范大学地理与旅游学院,重庆 401331；2.贵州省山地研究所,贵州 贵阳 550001)

为揭示FAST工程的建成对宁静区及区内不同圈层生态环境的影响,并为区域未来的生态保护和风险防范提供一定参考,以2000、2010、2020年土地利用数据为基础,利用景观干扰度和脆弱度指数构筑评价模型来分析该区域2000～2020年景观格局及生态风险的演变特征.结果表明:林地、草地、耕地为FAST宁静区的优势景观类型,前10a景观变化以草地、耕地向林地转化为主,人类活动相对较弱;后10a建设用地快速增加,三个圈层综合动态度皆有所上升,景观变化渐活跃但仍处于较低可控水平;FAST宁静区以低、较低、中生态风险区为主,核心区、中间区生态风险低,但受FAST工程影响有上升趋势,边远区生态风险变化表现为“两极下降,中间升高”的纺锤状;FAST宁静区生态风险呈空间正相关且相关性越渐显著,分布特征以“高-高”聚集和“低-低”聚集为主.

FAST宁静区；景观格局变化；生态风险评价；空间自相关；圈层差异

FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope的简称)即500m口径射电球面望远镜,是世界上最大的单口径球面射电望远镜,是具有自主知识产权的国家重大科技基础设施工程,被誉为“中国天眼”[1].FAST的稳定运行对周边区域电磁环境和生境要求极高,为保证其使用效能,将FAST台址周边30km区域设立为保护区,即FAST宁静区. FAST宁静区喀斯特发育典型,生态环境本底脆弱,人地矛盾突出,保护与发展压力较大.据到中心台址的距离将宁静区划分为三个圈层,每个圈层实施对应的保护机制[2].在FAST宁静区中:0～5km为核心保护区,要求无任何电磁干扰,内部居民原则上需全部搬离;5～10km为中间保护区,禁止修建与维持FAST稳定运行无关的新建工程和大的改扩建工程;10～ 30km为边远保护区,明确规定限制对环境扰动较大的项目落地,要求区内人类干预较小.自2000年西部大开发实施退耕还林、2008年开始实施石漠化治理、2011年FAST正式动工修建、2016年主体工程完工并启用后,FAST宁静区内景观格局和生态环境已发生一系列变化,且因不同圈层的限制和保护措施的差异性,核心区、中间区、边远区三个圈层的生态环境及景观格局变化各具特性.探索这些变化并基于这些变化评价其生态风险,分析宁静区整体以及宁静区内各个圈层的生态风险分布与变化特征具有紧迫性和重要的现实意义.

景观生态风险着重强调景观格局变化对区域生态环境的影响[3],近年逐渐成为国内外学者关注的热点问题[4],研究内容主要涉及风险源[5]和风险因子[6]的识别、风险作用机理、评估方法[7]、风险修复[8]等,其中风险评价方法一般分为基于景观格局和基于风险源两种,评价对象多为人类干预较为频繁的流域[9]、矿区[10]、重点城市[11]或城市群[12]等,或是较为典型的生态脆弱区如湿地[13]、河漫滩[14]、干旱及沙漠化地区[15]、海岸带[16]等.沈问苍、张建军等[17]通过分析不同因素对黄土高原生态风险的影响机制,发现黄土高原地区生态风险差异主要受坡度影响;李婷等[18]通过分析渤海地区典型海岛—月岛近30年的生态风险演变特征,发现近年来海岛在人为干扰下生境质量有明显恶化;刘焱序等[19]通过有序加权平均算法探究了在评价者主观偏好影响下的城市(以深圳市为例)生态风险分异特征,评价结果更适应于不同发展理念和发展方向的城市开发需要.整体上看,景观生态风险评价集中于经济发达的东部沿海地区或长江、黄河等大河流域地区,西南喀斯特地区是社会、经济、生态等矛盾突出的交汇点,但作为评价对象的研究却较少.而FAST宁静区既属于典型的喀斯特地区,生态本底脆弱易损,又是国家一系列重大工程的交汇点,在一定程度上具有特殊性和代表性.自FAST工程开工和运行以来,其宁静区内发生了一系列重大工程活动(如退耕还林、石漠化治理、天文小镇旅游、生态移民与扶贫攻坚等),这些工程活动带来的生态风险或环境效益、FAST对生境安全的承受容量、不同圈层之间存在的差异、以及需要采取的应对方案等都是亟待解决的科学问题.而目前关于FAST宁静区的研究整体较为薄弱,零星的一些研究中,主要涉及FAST周边(宁静区)洼地石漠化生态(立体垂直)修复模式[20]、土地利用结构合理性评判[21]等,而风险识别方面的研究尚较少.且上述研究多以整个FAST宁静区作为评价对象,比较缺乏分别以各个圈层作为对象,对比分析各圈层之间生态环境变化的差异性研究.因此探讨20年来该区域整体上以及各圈层的景观格局变化,并揭示其生态风险变化,一定程度上能拓展区域生态评价研究的视角,对于有针对性地制定和实施区域生态修复保护和可持续发展方案,统筹兼顾确保FAST宁静区生态安全与乡村脱贫成果巩固拓展有重要意义.

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

FAST“中国天眼”台址位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝函,106°50′55″～ 106°52′02″E、25°38′48″～25°39′36″N.FAST宁静区,是指以500m口径射电球面望远镜为中心, 30km为半径构成的圆形区域,总面积约为2827.43km2,涉及贵州平塘县的克度、塘边、通州等乡镇,罗甸县的龙坪、沫阳、边阳等乡镇,惠水县的羡塘、断杉等乡镇以及广西西北部天峨、南丹两县的部分乡镇(图1).FAST宁静区以喀斯特地貌为主,碳酸盐岩出露面积占比达85%以上,地表崎岖不平,坡度大于15°地表面积占比达81.35%,以峰丛洼地、峰丛山地为主.宁静区属于亚热带湿润季风区,降水充沛且具有明显的季节差异,年均降水量多在1200mm以上.土壤类型主要有红壤、石灰土,土质贫瘠且不连续,耕地资源量少质差,旱地占比大,地表水系匮乏,水土流失和石漠化较为突出,属于典型的工程性缺水区和生态脆弱区[22].从经济区位看,FAST宁静区地处贵州“两山”(麻山、瑶山)的核心区域,过去长期处于极端贫困状态,2020年脱贫后仍为典型的欠发达区,人地矛盾突出.在FAST工程启动后,大量新增建设用地显著改变了该地区的景观格局,对比分析FAST建成前后宁静区整体及各圈层景观格局及生态风险的时空演变特征,能为该地区制定生态保护措施、土地利用优化、后续发展与乡村振兴提供一定数据参考.

1.2 数据来源及预处理

2000年、2010年、2020年土地利用数据来自于地理监测云平台(www.dsac.cn),每景数据精度皆在85%以上,DEM全国高程数据来自于地理空间数据云(www.gscloud.cn),以上数据空间分辨率皆为30m´30m.其他数据来自实地考察和统计年鉴.在ArcGIS10.4中根据FAST台址的经纬度生成点要素,分别以5km、10km、30km为半径对该点要素进行缓冲区分析,得到FAST宁静区的地域范围并依据半径将其划分为核心区、中间区、边远区三部分.依照国家土地利用分类方法对土地利用数据进行重分类.由于研究时段内该地区不存在未利用地,故最终将土地利用类型划分为5个一级类,即耕地、林地、草地、水体、建设用地.

2 研究方法

2.1 景观格局变化

2.1.1 土地利用动态度 通常情况下,土地利用类型可视作景观类型,土地利用变化过程即可反映景观格局变化.土地利用动态度可描述FAST宁静区景观格局在研究时段内的变化速率,一般分为以下两种:

(1) 单一土地利用动态度:单一土地利用动态度用来表示某一特定景观类型的面积在研究时段内的年际变化率,表达式为:

式中:为某一景观类型面积的年际变化率;U、U分别代表研究开始时和结束时该景观类型的面积;为研究时段年数[23].

(2) 综合土地利用动态度:综合土地利用动态度用来表示区域整体景观格局的变化速率,表达式为:

2.1.2 土地利用转移矩阵 土地利用转移矩阵可定量描述区域各景观类型之间的相互转化关系,揭示景观格局的变化方向和趋势[25].其表达式为:

式中:和(,=1,2…,)分别表示转移前、转移后的景观类型;S为景观类型从第类转化为第类的面积;为景观类型的数量.

2.2 景观生态风险评价

2.2.2 生态风险评价模型构建 生态风险的高低是生态系统内部抗干扰能力和外界干扰强度共同作用的结果[28],景观格局指数既能反映生态系统抵抗外界干扰的能力,也能反映人类干扰的强度和方向,因此区域生态风险会随景观格局变化相应发生改变[29](图2).

图2 景观格局与生态风险关系示意

以景观干扰度指数和脆弱度指数构建生态风险评价模型.景观干扰度指数用来表示外界各种变化对各类景观的干扰强度,其值由景观破碎度、分离度与优势度指数确定[30],计算方式见表1.

不同景观类型抵抗外界胁迫作用的能力有异,因此受到外界干扰时发生变化的程度各不相同,变化幅度越大,该景观类型越脆弱易损.景观脆弱度指数可用来表示这种易损性.在通常情况下,城市建设用地抗干扰能力最强,其次为林地、草地、耕地,水体抗干扰能力最弱[31].因此,将建设用地、林地、草地、耕地、水体五种景观类型的脆弱度由低到高分别赋值为1、2、3、4、5,采用反正切函数归一化法对其进行标准化,标准化后的脆弱度指数分别为0.5、0.704833、0.795167、0.844042、0.874334,用F表示.以景观干扰度指数与景观脆弱度指数构建评价模型,得到生态风险指数,用来指示区域生态风险高低,计算方式如下:

表1 景观格局指数公式及意义

2.2.3 空间自相关分析 空间自相关一般分为全局自相关和局部自相关两类,全局自相关用来判定空间中观测数据间是否存在聚集性,局部自相关则用来描述这种聚集性具体的分布特征[35].利用莫兰指数(Moran's)来判定FAST宁静区生态风险的全局自相关性,利用LISA聚类图来描述该地区生态风险的局部自相关性.

3 结果分析

3.1 景观格局变化

3.1.1 景观类型构成变化 在ArcGIS10.4中得到FAST宁静区2000年、2010年、2020年景观格局分布图(图3),并统计得到各景观类型的面积构成情况(表2),用以分析研究区景观构成变化.

图3 FAST宁静区2000～2020年景观格局分布

表2 FAST宁静区2000～2020年各景观类型面积变化

由图3和表2可知,FAST宁静区景观类型主要为林地、草地(含草灌)和耕地,三者共占区域总面积的95%以上,其中林地又占据主导优势,贡献了五成以上的占比.2000～2010年,除草地外的其他景观类型面积皆有不同程度的增加,其中因2000年开始的退耕还林工程和2008年开始的石漠化治理工程的实施,林地面增长最显著,占比增加了0.51%;草地面积占比减少了0.57%,是该时段内唯一面积有所减少的景观类型.2010～2020年,在FAST工程正式动工和城镇化迅速扩张的背景下,耕地、林地、草地面积都有所下降,其中以天文旅游小镇(克度镇)为代表城乡建设快速发展,克度盆地等耕地集中分布区内的耕地利用转型较突出,导致耕地景观面积减少幅度最大,相较2010年减少了0.35%;建设用地面积则迅速增加,面积由0.94km2增加到19.50km2,增加20倍以上,主要集中在平塘县克度镇(中间区)、通州镇(边远区)、以及罗甸县城关镇即龙坪镇(边远区)和边阳镇(边远区).同时,前10a基本保持不变的水体面积也有一定程度的增长,占比由0.02%上升到0.10%,水资源匮乏得到一定程度缓解.结合各圈层景观类型变化情况表(表3),可知:各类景观面积变化在三个圈层存在差异,以建设用地最为典型,其面积在限制较少的边远区增加明显,20年间增加面积占建设用地总增加面积的80.17%;在限制较多的中间区增加相对较少,占比为17.84%;在严格限制的核心区仅有微小程度的增加,增加的建设用地为FAST工程自身所占面积和相应的旅游配套建筑,增加比例仅为1.9%.

3.1.2 景观类型变化速率分析 由式(1)得到2000～ 2020年FAST宁静区各类景观的土地利用单一动态度,由式(2)得到FAST宁静区整体以及各个圈层的综合动态度(表4,表5).

由表4可知,在两个10a中,建设用地单一动态度均为最高,表明建设用地变化最为活跃.但在第一个10a中,人类活动相对平稳,建设用地面积增长速度较慢,动态度仅为1.94%;第二个10a中,FATS工程建成带动天文旅游兴起,建设用地迅速扩张,面积增加达18.5625km2,动态度攀升至197.94%.此外,20年间水体面积增加速度较快,达19.87%.结合表5可知,FAST宁静区整体土地利用综合动态度逐渐上升,由0.0568%上升到0.0735%,20年间整体为0.0534%,表明后10a相较前10a景观格局变化更快但总体上并不活跃,主要是因为该地区仍属于传统农耕区和经济不发达区,人类活动仅在局部地区(如乡镇、中心村所在地)不断增强,特别集中于天文旅游小镇克度镇和通州镇等建设用地增加较为明显的乡镇,但整体上变化幅度小.从不同圈层来看,核心区景观变化最不活跃,但后10a因FAST工程及相应配套设施的动工建设,综合动态度相较前10a有一定程度提升;中间区在三个圈层中景观变化最为活跃,且后10a综合动态度较大幅度上升,是因为该时段位于此区域的天文旅游游客集散中心及配套设施的建设,以及核心区居民向外搬迁、外地居民回流等带来较大人流量所导致;边远区后10a相较前10a综合动态度亦有所提升,是因为在现有保护措施下,新增建设用地多集中在边远区(包括平塘县通州镇、罗甸县城关镇——龙坪镇等),景观类型之间的互相转化更积极.

表3 FAST宁静区2000～2020年各圈层景观类型面积变化(km2)

表4 FAST宁静区2000～2020年土地利用单一动态度变化

表5 FAST宁静区整体及各圈层2000年～2020年土地利用综合动态度变化(%)

3.1.3 景观类型转移分析 为了更清楚地分析FAST宁静区景观格局的时空演变特征,摸清各景观类型面积变化的“源”与“汇”,根据式(3)得到2000年～2010年、2010年～2020年该区域各类景观间的转移矩阵(表6).由该表可知:(1)2000年～2010年,受退耕退草还林的影响,草地面积显著减少,去向基本全为耕地和林地,转出面积分别达9.6885km2和18.3663km2,占转出总面积的34.5%和65.4%;林地面积增加达14.18km2,主要由草地和耕地转入,来自二者的净增长面积分别为13.7304km2和0.5598km2;水体、建设用地转出转入较少,人类活动尚不活跃.(2)2010～2020年,建设用地面积快速增加,主要由耕地、林地和草地转入,三者转入面积分别占总转入面积的49.21%、31.96%、18.82%.一是因为耕地更易利用和改良,其次,城镇化蔓延扩张时大多以邻近的景观类型为对象,而研究区内建设用地多以镶嵌分布于耕地或林地中,这种分布格局使得耕地和林地优先作为补偿对象.水体面积相较2000年增长显著,从主到次由林地、草地和耕地转入,增加面积多以人造湖、坑塘的形式存在.

表6 2000年～2020年FAST宁静区景观类型面积转移矩阵(km2)

3.2 景观生态风险构成与演变分析

3.2.1 整体景观生态风险构成和演变分析 创建渔网将FAST宁静区划分为770个风险小区后,根据式(4)计算出每一个小区的生态风险指数,通过自然断点法将生态风险值划分为5个等级:低生态风险区(ERI£0.109978454)、较低生态风险区(0.109978454

图4 FAST宁静区2000～2020年景观生态风险分布

表7 FAST宁静区2000～2020年各等级生态风险区面积变化情况

根据图4和表7可得:(1)FAST宁静区以较低生态风险区和低生态风险区为主,二者面积占区域总面积比例超过80%,中生态风险区次之,占比在16%～19%左右.较高、高风险区占比相对较少,整体来看生态风险较低.(2)从空间变化来看,风险分布具有明显的地域差异.较低、低生态风险区广泛分布于FAST宁静区全域,中风险区集中分布在通州镇、克度镇、平岩乡等乡镇,较高风险区主要分布在罗甸县城关镇——龙坪镇,及董当乡和沫阳镇交界处,高风险区集中分布在罗沙乡和边阳镇交界.较高、高风险分布区多种景观类型混杂,斑块分布不连续,景观分离度和破碎度高,是其风险程度高的诱因.(3)从时间演替看,生态风险变化有明显的阶段性,2000～2020年FAST宁静区整体生态风险呈现先下降后上升的变化特征.首先是2000～2010年,研究区因2000年开始的退耕还林和2008年开始石漠化治理,生态风险有一定程度降低,且届时人为干扰较弱,除中风险区减少较明显外,其它等级风险区占比仅有微小程度的增减;其次是2010～2020年,风险变化更加明显且呈现两极分化,低风险区、较高风险区、高风险区占比不同幅度下降,下降比例分别为5.2%、0.5%、0.15%,高风险区已完全消失;较低风险区和中风险区比例上升,分别为3.11%和2.75%,各级风险区变化大致呈现“两端减中间增”的“纺锤状”特征.

3.2.2 不同圈层景观生态风险构成和演变分析 在ArcGIS10.4中计算得出FAST宁静区核心区、中间区、边远区不同等级生态风险区面积构成情况(表8),并得到各圈层生态风险转移弦图(图5～7),分别分析三个不同圈层的生态风险构成和演变特征.

表8 FAST宁静区2000～2020年不同圈层生态风险分布情况(km2)

据表8和图5,可知 FAST宁静区的核心区生态风险构成和演变具有下述特点:(1)核心区由低、较低、中生态风险区构成,无较高、高生态风险区,整体风险较低.(2)变化趋势上看,前10a部分较低风险区转化为低风险区,后10a反之,较大面积低风险区转化为较低风险区,因此低风险区先增加再减少,占比由56.77%升高到60.15%再降低到47.94%,较低风险区反之,占比由32.85%下降到31.22%再上升到42.03%;中风险区变化与较低风险区类似,与较低风险区的相互转化使其占比由10.38%下降到8.64%再上升到10.04%.多种变化反映的是退耕还林政策下脆弱度较高的坡耕地、零散分布耕地、草地转化为更稳定的林地,区域生态风险降低.后半段风险上升归结于FAST工程运行后天文旅游的兴起,天文小镇克度镇每年接待游客20～30万人次,人类活动显著增强,且核心区内还存在尚未移民的3500多名村民,相应基础设施建设亦可能导致FAST建成运行后区内人类活动在目前某个时段内有逆向增长的趋势.综上所述,核心区总体上生态质量优良,但后10a生态风险有所上升的问题需引起注意.核心区作为维系FAST稳定运行最关键的区域,需更严格地把关区域内部必要的建筑设施(如区内旅游设施)的立项和修建,内部尚未搬迁居民去留问题也需尽快决定,当地政府应做好相关移民保障.

结合表8和图6,可知FAST宁静区的中间区生态风险构成和演变具有下述特点:(1)中间区主要由低、较低、中三种等级生态风险区构成,较高生态风险区极少,无高生态风险区,整体生态风险较低.(2)2000～2020年,低、较低风险区皆先增加再减少.低、较低风险区前10a变化幅度小,后10a则主要向更高一级风险区转移而减少,其原因可归结于低、较低风险区主要处于天保林、珠防林和低效集体林地区,2000年开始的退耕还林工程,使林地斑块连通性增强,低生态风险区面积增加,2010年后则受同期中间区的中风险区溢出效益影响,低、较低风险区域有所减少.中、较高风险区先减少再增加,转入转出对象皆为较低一级风险区,二者占比由31.50%减少到29.85%再增加到33.60%,主要分布在村落周边人类活动较强的区域及坡耕地片区,前10a因退耕还林、村民外出务工等原因导致生态风险降低,后10a则因以克度镇为中心的天文旅游小镇的打造,致使部分村民回流,村镇建设(如新农村建设等)的快速发展也占用部分良田好土,需要在低缓丘陵山区完成耕地的占补平衡,再加上道路修建、村庄建设等原因,林地斑块破碎化现象有所增加,后期生态风险升高;因此中间区整体生态风险偏低但有逐渐升高之势.

根据表8和图7,可知FAST宁静区的边远区生态风险构成和演变具有以下特征:(1)边远区因面积大、生境复杂多变、人类活动较为分散,各级生态风险区皆有,且主要以低、较低、中生态风险区为主.(2)2000～2010年,各级生态风险区之间的转化,主要表现为较低风险区和低风险区的互相转化;2010～2020年,各级风险区间的转化变得活跃,大面积低风险区转化为较低风险区,部分较低风险区则转化为中风险区,而较高风险区和高风险区仅转出而无汇入.总的来看,2000～2020年,低风险区面积占比由43.23%增加到43.74%再减少到38.47%,后10a面积减少明显.较低风险区、中风险区面积则是先略有减少再明显增加,较低风险区由39.40%先略微下降到39.30%再上升到42.61%,中风险区先由15.44%略微下降到15.19%再上升到17.93%;较高风险区和高风险区单调减少,较高风险区先由1.67%下降到1.60%再下降到0.99%,高风险区则由0.22%下降到0.17%再减少到0,可知边远区生态风险变化具有地区差异性,在空间上呈局部(乡镇、村寨附近)升高局部(如撂荒地、弃耕区)降低的特点,风险等级变化总体上表现为“两极下降,中间升高”的纺锤状.

近年来人类活动、城镇化扩张不断增强,区域生态风险变化多受建设用地增加的影响.建设用地为高稳定性景观类型,其面积增加有序与否会对区域生态风险造成不同影响.核心区和中间区人类活动弱,原有的村落、村镇区域生态风险整体处于一个较低水平,但近年来新增建设用地较为分散,占用耕地、林地等导致景观破碎度、分离度升高,区域生态风险有上升之势;边远区生态风险降低的区域,多因为建设用地规律地由点状向周边蔓延成团状(如龙坪镇、罗沙乡与边阳镇交界),增加相对有序,景观破碎度和分离度无太大变化的同时,景观脆弱度下降,使得区域景观生态风险下降.

3.3 空间自相关分析

3.3.1 全局自相关分析 FAST宁静区2000、2010、2020年Moran’s指数如图8所示,分别为 0.327、0.338、0.430,其值皆大于0并在不断增大,说明该区域生态风险分布存在空间正相关关系且集聚特征越加明显.散点主要分布在第一、三象限,与数据分布的空间正相关性吻合,可知FAST宁静区景观生态风险分布特征以“高-高”聚集和“低-低”聚集为主,且后期(2020年)聚集特征更为明显,这与乡村振兴战略实施、产业与村落统筹规划力度加大有关.

图8 FAST宁静区2000～2020年景观生态风险全局自相关

图 9 FAST宁静区2000～2020年景观生态风险局部自相关

3.3.2 局部自相关分析 采用局部自相关分析中的LISA聚集图来表示相邻网格单元景观生态风险值的相关关系(图9).

由图9可知,FAST宁静区内景观生态风险分布特征以“高-高”聚集和“低-低”聚集两种类型为主,极少数区域为“高-低”聚集或“低-高”聚集.“高-高”聚集类型集中于塘边镇、克度镇、通州镇、新塘乡、董当乡等乡镇的部分地区,这些区域大多为中、较高生态风险区,受溢出效应影响其周边地区生态风险同样较高,呈现高值与高值的集聚特征.“低-低”聚集类型主要分布在太阳乡、沫阳镇、三堡乡、中堡苗族乡等乡镇的部分地区,这些区域以低、较低风险区为主,邻近地区生态风险同样较低,呈低值与低值的集聚特征.综合各景观类型的分布格局(图3),发现“低-低”聚集区域,景观类型较为单一且呈相对集中的连片分布,以林地和草地为主,景观破碎度、分离度较低.“高-高”聚集区域耕地、林地、草地、建设用地等多种景观类型混杂,景观多样性、破碎度和分离度较高,加之人类活动干扰较强,致使其周边地区生态风险值皆处于一个较高水平.

在现有保护措施(包括对部分工矿项目准入制和严控城镇化扩展等)下,FAST宁静区较高和高生态风险区有所减少,但相当一部分低、较低生态风险区有向上转移的趋势.为保障FAST宁静区生态安全,维护FAST工程的稳定运行,应根据各圈层生态安全管控要求和目前生态风险分布格局及变化趋势,不断调整优化保护措施,有针对性地在生态风险升高的区域进行生态修复,改善生态系统结构与整体功能,同时在巩固拓展乡村脱贫成果和乡村振兴时着力推进FAST宁静区山地现代农村产业结构及农户生计的优化转型.应合理优化景观构成,有序布局新的居建用地,在既满足经济发展需求、缓解人口转移压力的同时,也要考虑其对生态环境的影响.从不同圈层来看,核心区应尽快确定尚未搬迁的原居民的最终去留问题,以便安排其安置计划及尚未搬迁村寨周边的景观修复工程.区内除了FAST正常运行和天文旅游外,应禁止其他人类活动;中间区优化土地利用格局和产业结构,以天文旅游及其配套产业(如水果采摘、特色生态农业等)为主,促进农户生计转型升级.严控新的村镇扩建活动,加强林草植被景观的连通性建设;边远区通过土地生态型整理,逐步退出15°以上坡耕地的耕种,降低景观破碎化程度.建设和完善边远区各乡镇(村寨)产业基地内部的产业路及灌溉水网等基础设施,提高土地的集约利用率和产出率,巩固生态建设和脱贫成果.对已有的工矿点进行合理归并,部分噪音或污染较大的企业(尤其是采石场等)逐步有序退出等.需要尽快把FAST宁静区作为一个特殊区域,加大生态保护力度,完成生态修复.

由于FAST宁静区范围内的各乡镇的行政区界并不是规整划一,其人口、经济、社会等数据获取存在较大难度,因此对影响该地区生态风险演变的社会经济因素,以及FAST各圈层乡村社会经济与生态耦合发展模式、乡村振兴路径亟待在下一步深入研究.

4 结论

4.1 林地、草地和耕地为FAST宁静区的优势景观类型.2000年～2010年,因退耕还林的实施,景观类型间的转化以草地、耕地向林地转化为主.2010～2020年,区域景观变化更活跃,建设用地面积迅速增加 ,主要由耕地、林地和草地转入.FAST宁静区三个圈层中,不同圈层限制措施存在差异,核心区因严格限制措施景观格局变化最不活跃,而中间区因天文旅游兴起致使人流量大增而最为活跃,边远区介于二者之间,三个圈层综合动态度在后10a皆有所上升但仍处于较低可控水平.

4.2 FAST宁静区生态风险分布以低生态风险区、较低生态风险区和中生态风险区为主 ,整体风险较低.区域风险分布具有明显的地域差异,景观类型繁杂或景观斑块分布不连续的地方,生态风险相对较高.2000～2020年,整个FAST宁静区生态风险经历先下降后上升的V型变化,风险区面积变化则大致呈“两极降低,中间升高”的纺锤状.

4.3 FAST宁静区三个圈层生态风险构成和变化具有差异性,其中核心区生态环境质量优良,但后期因天文旅游开发、FAST工程自身运行以及相关基础设施建设等,局部生态环境质量有逐渐退变的趋势;中间区生态环境质量良好,前10a因退耕还林和村民外出务工等原因生态风险略有降低,但后10a因村民回流、新农村建设等,生态风险有一定程度升高;边远区由多种等级生态风险区构成,区域内部分大型工矿制造等项目因受到限制停摆,山地丘陵间林草地景观连通性有所提高,较高风险区和高风险区不断向下转化,高风险区最终完全消失,但因脱贫成果巩固拓展及乡村振兴需要,一些山地特色经果林基地和新型乡村建设,致使部分耕地和低效林草地被占用,因此较低和中风险区占比有所上升.总体上看,边远区生态风险变化亦呈纺锤状.

4.4 2000～2020年,FAST宁静区Moran’s分别为0.327、0.338、0.430,生态风险分布呈正相关关系且相关性越来越显著,生态风险集聚特征以“高-高”聚集和“低-低”聚集为主.“低-低”聚集区域以林地、草地为主,景观类型单一;“高-高”聚集区域景观类型繁多混杂,景观多样性、分离度和破碎度较高.

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Spatial and temporal evolution of ecological risk in FAST Radio Quiet Zone based on landscape pattern.

XIN Liang1, SU Wei-ci1,2*

(1.College of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China；2.Institute of Mountain Resources of Guizhou Province, Guiyang 550001, China).2023,43(10)：5475～5487

Based on the land use data in 2000, 2010 and 2020, the evaluation model was constructed by using the landscape disturbance index and landscape vulnerability index to analyze the change characteristics of landscape pattern and ecological risk in the region in the past two decades, so as to reveal the impacts of the completion of the FAST project on the ecological environment of different circles in this region. The purpose was to provide some reference for the future ecological protection and risk prevention in this region. The results showed that: woodland, grassland and cultivated land were the dominant landscape types in FAST Radio Quiet Zone. From 2000 to 2010, the landscape changes were mainly from grassland and cultivated land to woodland, and human activities were relatively weak. From 2010 to 2020, the construction land increased rapidly, the comprehensive dynamic attitudes of the three circles increased, and the landscape pattern changed gradually active but still at a low controllable level. The study area was mainly composed of low ecological risk area, lower ecological risk area and medium ecological risk area. The ecological risk was low in both the core area and the middle area but had an increasing trend under the influence of the FAST project, while the risk change in the remote area showed a spindle shape of "decreasing at the poles and increasing in the middle". The ecological risk in the study area showed a spatial positive correlation and the correlation became more and more significant. The distribution characteristics were mainly "high-high" aggregation and "low-low" aggregation.

FAST Radio Quiet Zone；landscape pattern change；ecological risk assessment；spatial autocorrelation；circle difference

X826

A

1000-6923(2023)10-5475-13

2023-03-06

国家自然科学基金资助项目(42161052)

* 责任作者, 研究员, suweici@sina.com

辛 亮(1998-),男,四川南充人,重庆师范大学硕士研究生,主要从事喀斯特地区生态环境变化与区域经济发展方面研究. 1843743696@qq.com.

辛 亮,苏维词.基于景观格局的FAST宁静区生态风险时空演变分析 [J]. 中国环境科学, 2023,43(10):5475-5487.

Xin L, Su W C.Spatial and temporal evolution of ecological risk in FAST Radio Quiet Zone based on landscape pattern [J]. China Environmental Science, 2023,43(10):5475-5487.