黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价.pdf

第42卷 第5期 生 态 科 学 42(5):103113 2023 年 9 月 Ecological Science Sep.2023 收稿日期:2021-04-02;修订日期:2021-06-04 基金项目:内蒙古自治区科技重大专项(2021ZD0008);国家自然科学基金项目(41561044);内蒙古自然科学基金资助项目(2020MS03089)作者简介:田雅楠(1984),女,河北唐山人,博士,副教授,主要从事景观生态学研究,E-mail: 田雅楠,马龙,吴全.黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价J.生态科学,2023,42(5):103113.TIAN Yanan,MA Long,WU Quan.Landscape ecological risk assessment in Inner Mongolia reaches of Yellow River based on land use evolutionJ.Ecological Science,2023,42(5):103113.黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价 田雅楠1,2,马龙1,2,吴全3 1.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特 010018 2.内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室,呼和浩特 010018 3.内蒙古自治区土地调查规划院,呼和浩特 010010 【摘要】黄河流域内蒙古段是黄河流域生态最为脆弱的区段之一,同时又是内蒙古自治区的“经济增长极”,对于地处干旱半干旱地区的内蒙古自治区具有不可替代的生态意义和社会经济意义。近年来,随着气候变化和人类活动的双重干扰不断加剧,黄河流域内蒙古段景观格局发生了巨大变化,土地利用转变对于区域景观生态风险的作用过程尚不够明确。研究利用景观生态学方法构建黄河流域内蒙古段景观生态风险评估体系,重点分析流域土地利用与景观生态风险格局演变特征,识别二者相互作用关系,以期揭示黄河流域内蒙古段景观生态风险与土地利用的响应规律。研究结果表明:黄河流域内蒙古段 20002015 年景观格局演替过程中人工类型显著增加,其中增加面积最为显著的类型依次为其他建设用地、城镇用地和水库坑塘;流域整体景观生态风险值偏高,风险值低于 0.5 的 I 级景观生态风险区域不足流域面积的 0.18%,十五年间流域景观生态风险均值在 0.650.68 之间,景观生态高风险区域占比有所降低,低风险区域占比同样出现了降低,中等风险区域面积大幅增加,改善明显区域主要分布在河套灌区和呼包鄂城市群;20002015 年间黄河流域内蒙古段疏林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地、水库坑塘和戈壁景观生态风险等级变化最为显著,流域景观生态风险的时空演替与不同类型土地利用类型景观生态风险演化特征,均能说明流域治理和生态整治对于流域生态保护的积极作用,同时也表明流域整体景观生态风险偏高,亟需进行生态安全格局优化。关键词：关键词：景观生态风险;土地利用;黄河流域;空间格局;时空演替 doi:10.14108/ki.1008-8873.2023.05.013 中图分类号：P901;X826 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2023)05-103-11 Landscape ecological risk assessment in Inner Mongolia reach of Yellow River based on land use evolution TIAN Yanan1,2,MA Long1,2,WU Quan3 1.College of Water Conservancy and Civil Engineering College,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,010018,China 2.Key Laboratory of Water Resource Protection and Utilization in Inner Mongolia,Hohhot,010018,China 3.Inner Mongolia Land Surveying and Planning Institute,Hohhot 010010,China Abstract:The Yellow River Basin in Inner Mongolia located at the arid and semi-arid region is of great significance not only in social economy,but also in ecosystem protection.With climate changes and human activities,both the landscape pattern and ecological risk have changed greatly in recent years.Landscape ecological method is used to evaluate the transformation of landscape pattern and ecological risk of the Yellow River Basin in Inner Mongolia.The results showed the area of artificial type in the river basin had increased significantly,which mainly contained the area of construction land,cultivated land and the reservoir from 2000 to 2015.The landscape ecological risk had been at a high level in the study area within all fifteen years.Meanwhile,the area with high landscape ecological risk had been reduced during this time.However,the area with low ecological risk had also been reduced.The middle risk area had increased significantly.The obvious ecological risk 104 生 态 科 学 42 卷 improvement occurred in Hetao irrigation area and Hu-Bao-E region.The level of the landscape ecological risk changed most significantly in sparse woodland,high coverage grassland,medium coverage grassland,reservoir ponds and Gobi area in the past 15 years.Ecosystem conservation can be demonstrated both in landscape succession and ecological risk assessment.Meanwhile,the high ecological risk in region proves that the landscape pattern needs to be optimized.Key words:landscape ecological risk;land use/land cover;Yellow River;landscape pattern;spatial-temporal secession 0 前言 黄河是中华民族的母亲河,孕育了 5000 年的悠久文明史,对于地处干旱半干旱的内蒙古而言,更是生命之水。黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家战略,为黄河流域生态环境保护带来了巨大的机遇与挑战,黄河流域内蒙古段既是内蒙自治区生态保护和环境治理的重点区域,其保护对于构筑北方生态屏障具有重要意义,又是内蒙古重要的经济增长极,集人口集聚区、特色农业种植区和工业区于一身,同时也是内蒙古生态系统最为脆弱的区域,面临水环境污染、水资源短缺、水土流失等诸多生态环境风险,加之资源型经济发展模式,无疑加剧了保护与发展的矛盾。近年来随着内蒙古经济的迅猛发展,在生态保护与社会经济发展的双重作用下,黄河流域的土地利用和生态景观发生了巨大变化,然而目前该区域景观生态风险的研究相对黄河流域其他区段略显薄弱,阻碍了从流域视角构建该区域的景观生态安全格局。生态风险是指一定区域内的生态系统及其组分受自然或人类活动威胁所承受的风险,以及对其健康、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值产生的不利影响1-2,生态风险评价是衡量区域和景观尺度生态可持续性的有效途径3,为风险控制和环境保护决策制定提供前期准备4,景观生态风险作为生态风险评价的重要分支5,是自然或人为因素影响下景观格局与生态过程相互作用可能产生的不利后果6-7,其强调空间格局的风险效应,体现了地理学研究生态化、生态学研究宏观化趋势,是地理-生态过程的区域集成8,通过景观破碎度、干扰度、分离度等因素综合反映景观生态风险,能够直观便捷的反映自然和人类活动干扰下的区域生态风险格局,对有效管理自然资源和降低区域生态风险意义重大7,8,近年来备受学者关注9-16,然而,其在干旱半干旱区特别是存在大面积荒漠和戈壁的流域中,应用效果还有待进一步验证。土地利用方式及格局变化与景观生态风险的时空分布紧密关联,目前,以土地利用/覆盖变化为诱因的景观生态风险评价是该领域的研究热点17。土地本身就是地表景观的宏观表征方式,其组成结构和格局变化与景观生态风险的时空分布和动态高度关联,以土地利用动态变化和景观格局变化为切入点的景观生态风险评价,能够揭示一个区域自然或人为因素影响下景观格局与生态过程相互作用可能产生的不良后果,可有效指引区域景观格局优化与管理8,18。由此,本研究在分析黄河流域土地利用格局的基础上,运用景观生态学方法评估黄河流域内蒙古段生态风险,以期厘清 2000 年后黄河流域景观格局的变化及其景观生态风险演替特征,为黄河流域内蒙古段生态环境保护与国土空间格局优化、管理提供理论支撑。1 材料与方法 1.1 研究区概况 黄河流域内蒙古段地处内蒙古自治区西部,跨越阿拉善盟、乌海市、巴彦淖尔市、包头市、鄂尔多斯市、呼和浩特市和乌兰察布市等 7 个盟市,42个旗县区,流域面积 15.3 万平方公里,占全区面积的 44%(如图 1 所示),流域内包含了 7 个三级流域,分别为下河沿至石嘴山流域、吴堡以下右岸、吴堡以上右岸、内流区、石嘴山至河口镇南岸、石嘴山至河口镇北岸和河口镇至龙门左岸,流域内海拔在816 m到2393 m之间,多年平均气温自东北向西南呈递减趋势,区域平均气温(0.321/10 a)、平均最高气温(0.235/10 a)、平均最低气温(0.590/10a),研究区域降水量自东向西逐渐减少,东南多雨,西北干旱。多年平均最大降水量在清水河,为417.62 mm,最小降水量在磴口,为 143.46 mm19,20。流域内覆盖了中国设计灌溉面积最大的灌区河套灌区,内蒙古经济中心呼包鄂城市群,对于支撑区域经济发展意义重大,然而流域地处干旱半干旱区域,生态系统脆弱,加之人类干扰日趋剧烈,特别是从 2000 年后,5 期 田雅楠,等.黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价 105 图 1 黄河流域内蒙古段区位图 Figure 1 The location of Inner Mongolia reaches of Yellow River 内蒙古自治区进入高速发展期,经济的高速粗放式发展以及城市的迅速扩张,为黄河流域生态环境保护带来了巨大挑战。1.2 数据来源 研究土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http:/),分辨率为 30 m30 m,采用分类体系如表 1 所示,涉及年份包括 2000 年、2005 年、2010 年和 2015 年,该数据在前期数据基础上,基于 Landsat 8 遥感影像,通过人工目视解译生成。DEM 数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地 理 空 间 数 据 云 平 台(http:/),为ASTER GDEM 数据,分辨率为 30 m30 m。1.3 研究方法 1.3.1 土地利用空间格局研究 为了分析土地利用的动态变化,本研究选取土地动态度指数分析流域土地利用动态变化特征,公式如下所示21-23:11100%nijiniiLULCLC (1)其中:LC 是土地动态度指数,ijLU是土地利用从类型i到类型j的变化面积,LUi是土地利用二级分类类型 i,n 是土地利用类型数量。1.3.2 景观生态风险评价 景观空间格局是若干生态过程与非生态过程长期作用的产物,景观空间结构影响着干扰的扩散和能量的转移,尤其是景观中某些具战略性的结构退化或破坏将对整个区域生态环境产生致命的影响24,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,其对外界干扰的抵抗能力也是不同的25。景观生态风险指数构建取决于区域生态系统受到外部干扰的强弱和内部抵抗力的大小。景观格局指数将景观格局信息进行了高度的浓缩,用于表现其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标26。本研究利用景观干扰指数、景观脆弱指数建立生态风险指数的计算模型,计算公式如下27,28:NkiiiikAERIEFA (2)其中:Ei为景观干扰指数,是在景观破碎度、景观分离度、景观优势度的基础上建立的,根据已有相关研究对数据进行调试,最终确定三个指标权重分别为0.6,0.3,0.1,Fi为景观脆弱度指数,依据景观类型 106 生 态 科 学 42 卷 表 1 土地利用分类表 Table 1 Classification table of land use/land cover 一级编码 一级分类 二级编码 二级分类 一级编码一级分类 二级编码 二级分类 1 耕地 12 旱地 51 城镇用地 21 有林地 52 农村居民点 22 灌木林 5 建筑用地 53 其他建设用地 23 疏林地 61 沙地 2 林地 24 其他林地 62 戈壁 31 高覆盖度草地 63 盐碱地 32 中覆盖度草地 64 沼泽地 3 草地 33 低覆盖度草地 65 裸土地 41 河渠 66 裸岩石质地 42 湖泊 43 水库坑塘 4 水域 46 滩地 6 未利用地 赋值,针对内蒙古区域的实际情况,借鉴前人的研究成果,脆弱性程度分别赋值:未利用地=6,水域=5,耕地=4,草地=3,林地=2,建设用地=1,并对其相关值进行归一化处理。基于网格采样法,将研究区土地利用景观格局进行50 km50 km的网格划分,并在此基础上通过计算每个样区的生态风险,以此作为每个样区中心点的景观生态风险值,采用反IDW插值,得到黄河流域景观生态风险分布。2 结果与分析 2.1 土地利用空间格局分析 2.1.1 土地利用空间分布特征 黄河流域内蒙古段土地利用分布如图2所示,流域内以草地为基质景观,占总面积的53%,其次为未利用地,主要分布于河道两侧及东南部地区,占总面积的22%,河流流经荒漠和半荒漠区域,水土流失严重,生态系统脆弱;耕地主要分布在干流以北,分布范围较为集中,大致形成河套灌区片和呼和浩特-包头片,耕地面积占区域总面积的15%,大比重的耕地面积分布加剧了流域内的水资源压力,流域内建筑用地面积占总面积的4%,林地面积占总面积的4%,主要集中与呼包鄂城市群周边,水域面积仅占总面积的2%,黄河在内蒙古境内基本无支流汇入,是典型的干旱半干旱脆弱区,流域内对黄河水资源的依赖性很大。2.1.2 土地利用变化规律 2000年到2015年土地利用格局发生了较大变化,一级土地利用分类中,草地下降1.67%,水域面积下降0.14%,耕地增加了1.09%,建设用地增加0.98%,人工类型景观面积大幅增加,增幅最大的依次为其他建设用地、城镇用地和水库坑塘,受到流域水资源综合管理与调水工程的影响,未利用地面积下降0.49%,区域河渠及沼泽地面积有所增加,裸岩石质地增加面积显著,耕地面积增加1.09%,林地面积增加0.24%(如图3所示),局部景观生态环境质量有所改善,但对于草地为基质景观的整个流域而言,高覆盖度草地面积显著降低,灌木林面积下降,低覆盖草地有所减少,中覆盖草地面积增加。20002015年21种景观类型中动态度指数高于10%的有13种,变化率高于20%的有11种,其变化率分别为高覆盖度草地下降20.77%、滩地下降22.32%、湖泊下降23.14%、戈壁下降26.19%、盐碱地下降34.69%、其他林地下降38.30%、河渠增加62.62%、裸岩石质地增加74.84%、水库坑塘增加78.39%、城镇用地增加156.19%、其他建设用地增加608.69%,降低的类型包括其他林地、盐碱地、戈壁、湖泊、滩地、高覆盖度草地、农村居民点、沙地、低覆盖度草地、裸土地、灌木林,增加的类型包括其他建设用地、城镇用地、水库坑塘、裸岩石质地、河渠、有林地、沼泽地、中覆盖度草地、旱 地、疏林地(如图4所示),由此可见,黄河流域土地利用动态变化总体呈现人工类型大幅增加,优质自然类型呈现退化趋势。5 期 田雅楠,等.黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价 107 图 2 2015 年土地利用 Figure 2 The land use/land covers in 2015 图 3 20002015 年土地利用结构分布图 Figure 3 The ratio of land use/land covers from 2000 to 2015 图 4 20002015 土地利用动态度 Figure 4 Dynamic degree index between 2000 and 2015 20002015年土地利用转移矩阵如表2所示,重点针对动态度变化率最高的前11种类型进行分析。15年间区域高覆盖草地下降,主要向中低覆盖草地、裸岩石质地、旱地和有林地转变,存在低覆盖草地、中覆盖草地、旱地和沙地局部改善,总体趋势仍呈现退化态势,局部改善主要源于植树造 108 生 态 科 学 42 卷 表 2 2000-2015 年土地利用转移矩阵(km2)Table 2 Land use transfer matrix between 2000 and 2015(km2)2015 年 2000 年 其他林地 高覆盖度草地 河渠 湖泊 水库坑塘滩地 城镇用地其他建设用地 戈壁 盐碱地 裸岩石质地旱地 1.48 277.92 105.57 4.72 23.32 57.06 272.08 164.84 0.41 44.75 4.18 有林地 0.64 41.91 15.88 0.84 0.99 12.77 13.84 29.31 0.00 2.69 1.28 灌木林 3.27 89.33 2.63 0.17 0.07 0.85 2.79 14.01 0.00 1.08 0.51 疏林地 0.54 5.63 1.33 0.35 1.26 0.92 0.73 15.25 0 1.24 0.05 其他林地 94.30 24.99 0.12 0.01 0.19 0.05 0.02 1.66 0 2.03 0 高覆盖度草地 0.46 12590.26 12.76 4.06 15.78 27.20 21.25 84.51 0.43 31.69 662.20 中覆盖度草地 0.28 904.50 31.50 12.21 19.70 49.47 66.11 399.57 2.56 77.32 573.36 低覆盖度草地 0.38 1113.37 24.31 7.78 20.98 29.39 67.27 337.49 12.16 113.39 1384.00 河渠 0.00 8.67 402.29 0.39 2.80 54.96 1.17 15.76 0 8.54 0.01 湖泊 0.00 8.06 0.57 365.57 19.31 83.84 0.59 10.73 0.00 29.66 0.01 水库坑塘 0.01 1.70 0.28 2.96 134.16 14.42 0.13 0.02 0 3.35 0.02 滩地 0.06 16.12 211.23 19.43 13.01 1556.10 4.47 19.93 17.45 8.25 130.71 城镇用地 0.00 0.05 0.61 0.45 0.07 0.03 305.61 2.21 0 0.50 0.00 农村居民点 0.11 42.78 4.26 0.85 2.87 3.87 28.54 22.18 0.08 7.86 0.90 其他建设用地 0.00 2.04 0.04 0.01 11.50 0.06 1.12 178.80 0.06 0.08 0.10 沙地 0.05 156.68 16.54 6.99 39.43 29.51 5.83 119.22 3.22 80.42 0.28 戈壁 0.00 18.41 2.45 0.04 0.92 9.32 0 49.98 787.00 0.00 354.33 盐碱地 0.01 59.93 53.80 22.40 27.51 46.13 11.98 44.43 0.01 2167.23 12.46 沼泽地 0.00 41.11 9.06 12.41 5.67 6.60 0.27 16.37 0.02 25.28 0.23 裸土地 0.00 0.14 0.46 0 0 0.04 3.71 3.16 0.03 2.02 0.20 裸岩石质地 0.00 60.00 0.11 0.01 0.34 7.47 0.06 37.88 174.24 2.67 3207.28 林、退耕还草、沙地治理等生态环境保护措施的实施。其他林地的下降主要是向高中覆盖草地转变,这是区域生态系统的利好转变。2015年河渠增加面积主要源于旱地和滩地,由于流域调水工程和流域管理的影响,黄河径流量显著增加,特别是在河套灌区,这是导致河渠增加的主要原因。2015年水库坑塘的转变主要来自于沙地、盐碱地、旱地、低覆盖和中覆盖草地、湖泊以及部分高覆盖草地。这一现象表明黄河流域内蒙古段总水资源量显著增加,而天然类型的湖泊、湿地却呈现明显缩减,代之以人工河渠、水库和坑塘。2015年滩地的转变主要来自于湖泊、河渠、旱地和盐碱地,滩地的变化主要归因于黄河内蒙古段十五年来河道形态发生较大变化29,30,河槽宽度在波动中呈萎缩趋势,弯道处多次出现裁弯取直现象30。2015年城镇用地和其他建筑用地增加的主要来源均为旱地,其次为不同覆盖度的草地,可见城市发展过程中存在大面积侵占耕地和草地的过程,其他建筑用地增加的另一大来源为沙地,此外戈壁、盐碱地、裸岩石质地的转化面积也很可观,由此可见区域发展在未利用地特别是沙地利用中取得了一定的发展。2015年戈壁的主要转化来源为裸岩石质地,转化面积近2000年戈壁面积的1/5,2015年盐碱地和裸岩石质地的主要转化来源为低、中、高覆盖草地,由此可见,沙漠、戈壁不断扩张,侵蚀草原的过程仍未得到有效遏制。2.2 景观生态风险评价 依据前述方法对研究区2000、2005、2010和2015年景观生态风险进行评价,结果如表3所示。评价结果显示黄河流域内蒙古段生态风险总体呈现 表 3 景观生态风险评价结果表 Table 3 The result of landscape ecological risk assessment 年份/年 最小值最大值 均值 标准差 2000 0.42490.8559 0.6795 0.0580 2005 0.42470.8115 0.6639 0.0490 2010 0.42470.7987 0.6637 0.0485 2015 0.49570.8169 0.6588 0.0495 5 期 田雅楠,等.黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价 109 逐渐下降趋势,流域间的差异逐渐缩小,流域总体生态风险偏高,均值处在0.65以上,最低值均在0.42以上,20102015年生态风险最低值呈上升趋势,20002010年景观生态风险高值呈现降低趋势,而20102015年又有所回升,并高于2005年水平。2.3 景观生态风险时空演替 为了实现不同年份间的可比性,参考自然间断法,将流域景观生态风险评价结果划分为6个等级,对应风险等级划分如下:I级0.40.5,II级0.50.6,III级0.60.65,IV级0.650.7,V级0.70.75,VI级0.750.9,20002015年景观生态风险区域分布如图5所示。2000年VI级景观生态风险区域为17313 km2,占总面积的11.34%,2005年下降至4884 km2,占流域面积的比例下降为3.20%,20052015年逐渐下降,截至2015年VI级景观生态风险区域降至流域面积的2.77%;2000年V级景观生态风险区域面积为37818 km2,占流域总面积的24.76%,20002005 年将V级景观生态风险区域下降明显,2005年为V级景观生态风险区域面积为28700 km2,20052010年间出现小幅度回升,20102015年又呈现下降趋势,2015年V级景观生态风险区域面积为27534 km2,占流域面积的18.03%,IV级景观生态风险区域面积在各个时间段占比均为最高,2000年IV级景观生态风险区域为52755 km2,占总面积的34.54%,在2000年到2005年出现大幅上升,2005年IV级景观生态风险区域面积占流域面积的42.97%,此后逐渐下降,到2015年IV级景观生态风险区域面积占流域面积的36.90%;III级景观生态风险区域呈现上升趋势,特别是在20102015年间上升明显,2010年III级景观生态风险区域面积为46776 km2,占流域总面积的25.36%,2015年上升为流域总面积的30.63%,II级景观生态风险区域面积最高值出现在2015年,面积为17779 km2,占流域面积的11.64%,I级景观生态风险区域面积占比最小,且呈现逐渐下降趋势,2000年最大面积仅为357 km2,占流域总 图 5 景观生态风险分布图 Figure 5 The distribution of landscape ecological risk 110 生 态 科 学 42 卷 面积的0.23%,2015年I级景观生态风险区域面积仅剩44 km2,占流域总面积的0.029%。景观生态风险空间分布表明2000年到2005年间流域内景观生态风险发生巨大变化,景观风险高值区迅速下降,特别是在河套灌区,景观风险下降水平极为显著,呼包鄂城市群地区景观生态风险等级有所下降,而高风险区域范围却有所扩张。此外,景观生态风险高值区主要集中在黄河干流两岸和都思图河流域,且流域整体风险等级较高。不同景观生态风险等级面积占比多年变化如表4所示,结果显示,从2000年到2015年生态风险高值区和低值区均不断降低,中高和中低值区不断增加,特别是在2000年到2005年的五年间区域生态环境改善明显,2010年到2015年景观生态风险格局也有较大改善,由此可见,合理的流域管理保证了黄河不再断流,流域整体生态环境得到改善。III级(即景观生态风险大于0.65)以上区域占到流域面积的绝大部分,可见黄河流域生态环境整体较为脆弱,风险度较高,在气候变化和人类活动日益加剧的当前,生态环境的保护与景观生态格局优化仍不容忽视。3 讨论 3.1 流域土地利用转变动态特征分析 2000年至今黄河流域土地利用发生了巨大转变,随着社会经济的迅猛发展,土地利用中人工类型增加明显,耕地和建筑用地增加显著。黄河流域内蒙古段不仅供养了中国设计面积最大的河套灌区,同时是内蒙古经济中心呼包鄂城市群的所在地,内蒙古经济自2000年以来飞速发展,曾一度连续八年全国增速第一,高速的经济发展必然导致耕地和建筑用地的急剧增加,且这些用地主要来源为耕地,由此可见,快速城市化不仅对生态环境构成威胁,同时威胁到基本农田的建设。此外水库坑塘以及河渠的增加与黄河流域水资源调配与引水工程建设密不可分,由此可见流域内生态系统受人为干扰剧烈。黄河流域内蒙古段未利用地总体呈现下降趋势,但区域中高质量草地同样呈现下降的态势,未利用地各个类型之间以及与草地之间转化频繁,造成流域内景观格局的大幅度变化,特别是在河道两侧,这主要受到引黄水量等因素的干扰32。流域内干旱的气候条件和剧烈的人为干扰,致使生态系统极为脆弱,加之生态用水长期无法得到满足33,存在较大的生态系统退化风险。3.2 流域景观生态风险时空变化 黄河流域内蒙古段整体景观生态风险呈现降低趋势,其中黄河干流两岸,河套灌区和呼包鄂城市群地区改善明显。虽然流域内土地利用变化显著,人为干扰明显,但由于河套灌区自80年代起到2000年初不断改进灌溉技术,进行大规模水利建设,推进节水控盐技术,这些措施极大的提高了流域内的灌溉能力,同时对于改善流域生态环境也起到了很大作用,河套灌区耕地面积虽然15年间有大幅增长,但景观生态风险却呈现了显著下降,因此河套灌区黄河引水和合理的流域管理等相关措施在一定程度上改善了生产与生态之间的矛盾。呼包鄂城市群地区作为新兴的城市群自2000年来城市扩张迅速,然而其景观生态风险等级并未出现明显增加,在耕地分布区域景观生态风险还出现了明显的下降,这同样与黄河流域水资源协同管理使得流域断流现象逐渐消失有关。由此可见,流域水资源的合理配置与管理对于干旱半干旱区的生态环境保护至关重要。呼包鄂城市群地区虽然整体生态风险有所下降,但中高风险区域范围扩张明显,这是由于城市化影响的范围不断扩大,导致了中高生态风险范围的扩展,因此流域景观格局的合理布局仍不容忽视。从1999年8月12日至今,黄河实现连续20年不断流31;为促进乌梁素海生态改善,从2013年起,黄河每年经红圪卜排水站向乌梁素海生态补水2-3亿m3,2018年增至5.94亿m3,2019年计划应急生态补水5.65亿m3,大规模的水资源补给对于改善该区域的生态环境作用显著,然而同时也掩盖了区 表 4 景观生态风险面积占比表 Table 4 The ratio of Landscape ecological risk area 风险等级2000 面积占比/%2005 面积 占比/%2010 面积 占比/%2015 面积占比/%I 级 0.2337640.174832 0.174177 0.028811II 级 8.1031719.913042 9.758509 11.64172III 级 21.0191324.95187 25.36178 30.629 IV 级 34.5440642.96939 42.61646 36.90266V 级 24.7632918.79281 19.21188 18.02931VI 级 11.336583.198051 2.877198 2.7685015 期 田雅楠,等.黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价 111 域由于城镇化高速发展和农业生产模式粗放而带来的生态环境负面效应。3.3 流域土地利用格局与景观生态风险相关分析 20002015年不同土地利用类型景观生态风险变化(如图6所示)显示,黄河流域内蒙古段各个土地利用类型的景观生态风险均偏高,2000年各个土地利用类型中I、II、III等级景观生态风险占比普遍低于20%,仅有草地和未利用地中的个别类型高于20%,但仍低于40%,未利用地中的戈壁类型由于其联通性高、破碎度低,呈现出较低的景观生态风险;20052015年各个土地利用类型景观生态风险面积占比普遍提高,2005年疏林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地三种类型的I、II、III等级景观生态风险面积占比首先突破了40%,到2015年其他林地和低覆盖度草地的低景观生态风险等级(I-III级)面积占比也趋近于40%,水域的低景观生态风险等级面积变化不大,但IV、V景观生态风险面积占比明显增加,其中水库坑塘景观生态风险降低最为明显,这进一步显示了黄河流域内蒙古段人工水域面积不断扩张,从而使其破碎度不断降低,连通性不断加强,优势度凸显。2000年至2005年建筑用地各个类型景观生态风险V、VI等级面积明显减少,IV等级面积占比迅速增加,2010年至2015年其他类型建筑用地景观风险等级降低明显。总体而言20002015年间,黄河流域内蒙古段景观生态风险在III、IV、V类型间的转化较为明显,而低景观生态风险等级面积并未见明显增加,由此可见,黄河流域内蒙古段生态保护成效是显著的,但未来的生态环境保护与景观格局优化任务仍然艰巨,如何提升低风险等级景观在整体格局中的分布是一项任重而道远的任务。景观生态风险评价方法能够直观的反映区域景观生态风险状态,本研究显示黄河流域内蒙古段生态风险总体呈现逐渐下降趋势,流域间的差异逐渐缩小,流域景观生态风险高值区域面积明显减少,然而,流域总体生态风险偏高,III、IV、V风险等级区域不断增加,I级区域不断减少(如图7和表4所示),2015年景观生态风险最低和最高值均有所回升。由此可见,对于地处干旱半干旱区的黄河流域内蒙段而言,生态环境保护发挥了积极的作用,然而区域整体生态风险居高不下,成为区域可持续发展的一大隐患,特别是在未来气候变化和人类活动压力不断增大的背景下,如何在保障区域发展的同时,保护流域生态环境、实现高质量发展成为区域发展的 图 6 20002015 年不同土地利用类型景观生态风险及其变化图 Figure 6 The ratio of Landscape ecological risk area in different type of landscape between 2000 and 2015 112 生 态 科 学 42 卷 图图 7 20002015 年景观生态风险面积占比年景观生态风险面积占比 Figure 7 The ratio of Landscape ecological risk area between 2000 and 2015 图8 2015年不同等级景观生态风险中土地利用类型分布比例 Figure 8 The ratio of landscape use in different Landscape ecological risk area 一大挑战,从构建流域景观安全格局入手,通过调整产业布局、流域生态格局、增强流域抗风险能力是实现流域可持续发展的紧要任务。进一步对2015年不同等级景观生态风险中土地利用类型分布比例进行分析(如图8所示),作为区域基质类型的草地随着景观风险等级的提高,所占比例逐渐减小,耕地、林地、水源和建筑用地的分布占比主要为高风险等级,低风险等级(I、II等级)中草地占据绝对优势,其次为未利用地,高风险等级中(IV、V、VI等级中)草地占比降低至50%以下,耕地在IV、V、VI风险等级中的占比分别为20.11%、20.96%和17.28%,未利用地在III、IV、V、VI级风险中的占比分别为24.05%、23.59%、18.91%、21.53%,建筑用地在IV、V、VI级风险中的占比分别为4.04%、5.63%、12.90%,林地在IV、V、VI级风险中的占比分别为5.24%、4.57%、7.33%,水域在IV、V、VI级风险中的占比分别为2.71%、4.29%、6.43%,而建筑用地、水域在I、II级风险中的占比均不足1%,林地不足1.5%,耕地不足3%。由此可见,黄河流域内蒙古段