第30卷第5期2023年10月
水土保持研究
R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n
V o l .30,N o .5
O c t .,2023
收稿日期:2021-09-21 修回日期:2022-08-27
资助项目：中国科学院战略性先导科技专项(X D A 20040202
) 第一作者：程玉卓(1997 )，女，贵州贵阳人，硕士研究生，主要从事土壤侵蚀研究㊂E -m a i l :c y z 9711@163.c o m 通信作者：焦菊英(1965 )
，女，陕西宝鸡人，博士，研究员，主要从事流域侵蚀产沙㊁土壤侵蚀与植被关系及水土保持效益评价研究㊂E -m a i l :j y j
i a o @m s .i s w c .a c .c n h t t p :ʊs t b c y j .p a p e r o n c e .o r g
D O I :10.13869/j
.c n k i .r s w c .2023.05.043.程玉卓，王志杰，班先娅，等.城市化和生态文明建设对喀斯特山地城市景观生态风险的影响评价 以贵阳市花溪区为例[J ].
水土保持研究,2023,30(5):351-357.
C H E N G Y u z h u o ,WA N GZ h i j i e ,B A N X i a n y a ,e t a l .E v a l u a t i o no f t h e I m p a c t o fU r b a n i z a t i o na n dE c o l o g
i c a l C i v i l i z a t i o nC o n s t r u c t i o no nL a n d -s c a p eE c o l o g i c a lR i s k i nH u a x i D i s t r i c t o fG u i y a n g C h a r a c t e r i z e da sK a r s tM o u n t a i nC i t y [J ].R e s e a r c ho fS o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2023,30(5):351-357.
城市化和生态文明建设对喀斯特山地城市
景观生态风险的影响评价
以贵阳市花溪区为例
程玉卓1,
2，王志杰2，班先娅2，刘利萍2，焦菊英1,3(1.西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨凌712100;2.
贵州大学生命科学学院，贵阳550025;3.中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌712100
)摘 要:[目的]探究喀斯特山地城市贵阳市花溪区近年来景观格局及景观生态风险动态变化，为喀斯特山地城市生态环境保护与改善和生态安全格局构建等提供基础和依据㊂[方法]以研究区2008年㊁2013年和2018年三期景观类型空间数据为主要数据源，根据景观生态风险评价的基本架构，基于A r c G I S M o d e l B u i l d e r 平台构建一体化景观生态风险综合评价模型，分析研究区近年来景观生态风险时空变化特征㊂[结果](1)2008 2018年,
花溪区景观格局变化剧烈，耕地面积缩减216.00k m 2，林地和建设用地面积分别扩大127.09k m 2,82.80k m
2
㊂城市化和生态建设呈明显的空间异质性，总体表现出随距城市中心距离变化而呈现出 中心城市化㊁四方生态化 变化趋势㊂(2)2008 2018年，花溪区景观生态低风险区面积显著增大，约164.81k m 2，与较低风险区缩减量大致相当，中等风险至高风险区波动变化，变化量较小㊂生态保护工程对研究区景观生态风险缓解做出贡献，城市化进程因其在喀斯特山地城市不同区域的发展形式不同，表现为城市中心缓
解而城市边郊加剧㊂(3)基于M o d e l B u i l d e r 建立的景观生态风险计算工具可提升评价的效率，且具有通用性，可为不同地区景观生态风险评价提供技术支撑㊂[结论]花溪区呈典型的喀斯特 城 山 镶嵌格局，景观格局变化及其生态风险效应受快速城市化和生态工程建设影响较大，并存在明显的时空异质性㊂今后应着重于城镇布局合理规划和人类活动调控，并继续开展植被保护和生态重建，促进经济发展与生态改善 双赢 的可持续发展㊂
关键词：景观格局；景观生态风险；喀斯特;M o d e l B u i l d e r
中图分类号:X 826 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2023)05-0351-07
E v a l u a t i o no f t h e I m p a c t o fU r b a n i z a t i o na n dE c o l o g
i c a l C i v i l i z a t i o n C o n s t r u c t i o no nL a n d s c a p eE c o l o g
i c a lR i s k i nH u a x iD i s t r i c t o f G u i y a n g C h a r a c t e r i z e da sK a r s tM o u n t a i nC i t y
C H E N G Y u z h u o 1,
2,WA N GZ h i j i e 2,B A N X i a n y a 2,L I U L i p i n g 2,J I A OJ u y i n g
1,
3
(1.I n s t i t u t e o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,N o r t h w e s tA&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g ,
S h a a n x i 712100,C h i n a ;2.C o l l e g e o f L i f eS c i e n c e s ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 550025,C h i n a ;3.I n s t i t u t e o f S
o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s a n d M i n i s t r y o f W a t e rR e s o u r c e s ,Y a n g l i n g ,
S h a a n x i 712100,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h ea i m o ft h i ss t u d y i st oe x p l o r et h ed y n a m i cc h a n g e so f l a n d s c a p
e p a t t e r na n d l a n d s c a p e e c o l o g i c a l r i s k i nH u a x i D i s t r i c t ,G u i y a n g C i t y ,ak a r s tm o u n t a i n c i t y
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K e y w o r d s:l a n d s c a p e p a t t e r n;l a n d s c a p e e c o l o g i c a l r i s k;k a r s t;M o d e l B u i l d e r
生态风险评价是指对暴露于单个或多个胁迫因子下发生负面生态效应的可能性评估[1]㊂基于景观格局的生态风险评价以景观为基础，关注景观异质性与空间定量表征，从 景观格局 生态过程 互馈角度探究其在景观尺度产生的潜在不利生态效应[2-3]，是区域生态风险评价的重要分支，广泛应用于城市[4-5]㊁流域[6-7]㊁区域等[8-9]多个尺度的生态风险研究，是近年来城镇化进程和生态恢复工程共同作用下区域生态效应研究的热点，对于促进生态保护和环境管理及社会经济可持续发展具有重要实践意义和应用价值[10]㊂我国西南喀斯特山地城市因喀斯特地貌分布，景观格局变化受人类活动影响及其所产生的生态效应存在高度空间异质性㊂然而，目前针对喀斯特山地城市的研究多集中于景观稳定性[11]㊁生态脆弱性[12]㊁土壤重金属生态风险[13]㊁生态环境质量等[14]，对受快速城市化和生态建设双重因素驱动下，西南喀斯特城市景观格局及其生态风险变化特征的科学研究仍较为薄弱㊂
目前，基于景观格局的生态风险评价多借助G I S, F r a g s t a t s,P a t c h a n a l y s t和E x c e l等平台进行，流程冗杂且需要在不同软件间协同处理，易造成数据的混乱或损失，目前仍需一个集成式的景观生态风险计算工具，以提高景观生态风险评价的效率和实践性㊂M o d e l B u i l d e r 是A r c G I S提供的构造地理处理工作流和脚本的图形化建模工具，将空间数据及其分析与处理通过流程化结合在一起，具有可视性㊁快捷性㊁开放性等特点[15]，为建立景观生态风险计算工具提供了可能㊂
贵阳市是典型的喀斯特山地城市，受特殊地质背景制约，加之旅游开发和城市建设等人类活动干扰剧烈，生态环境脆弱㊁稳定性差[16]㊂从2007年决定建设生态文明城市以来，贵阳市将生态环境建设提到前所未有的高度[17]㊂花溪区既是贵阳市城市南延的前沿阵地和重要区域[18]，又是贵阳市全力打造的全域生态旅游示范区，其景观格局近年变化明显且还将受到强烈干扰，掌握其景观格局动态变化及景观格局演变的生态风险效应，对防范和化解生态环境风险具有重要意义㊂基于此，本研究通过对基于景观格局指数的景观生态风险评价流程的分解，运用M o d e l B u i l d e r建立景观生态风险计算工具，以期实现景观生态风险评价的流程化㊁快速化㊁批量化，推进景观生态风险评价在行业应用中的发展；并以典型喀斯特山地城市贵阳市花溪区为研究对象，以
253水土保持研究第30卷
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2008年㊁2013年和2018年L a n d s a t 遥感影像为主要数据源，基于喀斯特特景观格局及其变化分析其景观生态风险效应，为喀斯特山地城市生态可持续管理㊁生态环境保护与改善和生态安全格局构建等提供基础和依据㊂
1 材料与方法
1.1 研究区概况
花溪区(26ʎ11' 26ʎ34'N ,106ʎ27' 106ʎ52'E )地处云贵高原东斜坡和苗岭山脉中段，位于贵阳市南部(图1)，为典型的喀斯特地质地区，国土面积
825.26k m 2㊂全区地貌以山地和丘陵为主,
地处长江㊁珠江分水岭，属亚热带湿润温和型气候，冬无严寒，夏无酷热，年均气温14.3~15.8ħ，雨量充沛，年均降雨量1100~1200mm ，湿度较大，年均相对湿度为78%㊂生态环境优越㊁文化底蕴深厚，自2002
年确立 生态立区 战略以来，先后获得了 国家生态示范区 国家全域旅游示范区 全国绿发展百强区 国家生态文明建设示范区 等称号㊂
1.2 数据来源与处理
本研究以花溪区2008年L a n d s a t 5T M 遥感影像㊁2013年及2018年L a n d s a t 8O L I 遥感影像为基础㊂在经过几何校正㊁图像镶嵌㊁图像剪裁和图像增强等预处理后，根据土地利用现状分类标准(G B /T 21010-2007)，结合研究区实际情况，将景观类型分为建设用地㊁林地㊁草地㊁耕地㊁水域和未利用地6类，分别建立解译标志，运用支持向量机法，对花溪区2008年㊁2013年和
2018年的遥感影像进行监督分类㊂并利用K a p p a 系数和随机采样对比对监督分类结果进行精度检验：
三期影像总体精度均达到85%,K a p p
a 系数0.85以上，满足本研究精度需要㊂为了避免图像分辨率不同造
成的误差,3个时期的遥感图像在解译前统一重采样为30mˑ30m 的空间分辨率㊂
图1 研究区位置和风险评价单元划分示意图
1.3 景观生态风险评价模型
景观生态风险评价从景观要素镶嵌㊁景观格局演
变和景观生态过程的角度入手[
3]
㊂根据景观与生态风险的联系，综合考虑生态系统受外界干扰的强弱及
其内部抵抗力的大小[6]
，利用景观干扰度指标和景观
脆弱度指标获取景观损失度，从而构建景观生态风险指数模型(表1)
㊂为了实现景观生态风险指数的空间化，基于网格采样法，参考相关研究成果[19
]，采用
等间距系统采样法将研究区进行1500mˑ1500m 的采样单元划分，得到风险小区475个(图1)，并计算每一小区内的景观生态风险指数，作为小区中心点的景观生态风险水平㊂
表1 景观生态风险指数的相关指标和计算方法
指标计算公式含义
景观破碎度C i C i =n i
/A i 表示景观在给定时间和给定性质上被分割的破碎化程度[20]
㊂式中:n i 为区域内景观i 的斑块数;A i 为区域内景观i 的面积
景观分离度N i N i =
n i
A n 2A i
表示某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度[20]
，分离程度越大，表明景观分布越分散，景
观生态稳定性较低㊂式中:A n 为区域总面积
景观优势度D i D i =Q i +M i 4+
L i
2反映斑块在景观中的重要地位[21
]，其值越高代表斑块对景观格局形成及变化影响越大㊂式中:Q i 为
斑块i 出现的小区数/总小区数;M i 为斑块i 的数目/小区总数;L i 为斑块i 的面积
/小区总面积景观干扰度I i
I i =
a C i +
b N i +
c D i 反映不同景观所代表的生态系统受到以人类活动为主的干扰的程度㊂式中:a ,b ,c 为各指标的
权重，且a +b +c =1㊂根据已有相关研究[4]
，对a ,b ,c 这3个指标分别赋以0.5,0.3,0.2的权值
景观脆弱度F i 由排序归一法获得
表示不同景观类型对外界干扰的敏感性，其值越高代表该类景观抵抗外界干扰的能力越弱㊂针
对花溪区的实际情况，借鉴前人的研究成果[9,22]
，将研究区景观类型按脆弱性程度排序：建设用
地=1，林地=2，草地=3，耕地=4，水域=5，未利用地=6，并进行归一化处理㊂
景观损失度R i
R i =I i ˑF i 表示不同景观类型生态系统在受到外界干扰时其自然属性损失程度[22]
，值越大，生态风险越高
景观生态风险指数E R I
E R I =ðn
i =1A k i
A k
R i
表示一个评价单元内综合生态损失度的相对大小，即评价单元内生态风险大小[23]
㊂式中:n 为
景观类型数;A k i 为第k 个风险小区中
i 类景观的面积;A k 为第k 个风险小区的总面积3
53第5期 程玉卓等：城市化和生态文明建设对喀斯特山地城市贵阳市花溪区景观生态风险的影响评价Copyright ©博看网. All Rights Reserved.
采用K r i g i n g 插值法模拟研究区景观生态风险
的空间分布规律，并利用自然断点法[2]
将景观生态风险划分为5个等级㊂划分标准为：低风险区(E R I ɤ
0.0245)㊁较低风险区(0.0245<E R I ɤ0.0305
)㊁中等风险区(0.0305<E R I ɤ0.0385)㊁较高风险区(0.0385<E R I ɤ0.0508)㊁高风险区(E R I >0.0508
)㊂1.4 景观生态风险计算工具
设计景观生态风险计算工具的目的在于实现景观生态风险指数的便捷计算，建立通用的景观指数法生态风险计算工具㊂数据基础是景观类型栅格图像，输入风险小区划分标准㊁景观脆弱度赋值㊁景观生态风险分级
标准及空间分辨率等参数，通过模型计算最终可得到研究区景观生态风险分布图和分级分布图㊁景观格
局指数表和景观生态风险指数表㊂景观生态风险评价工具以景观类型栅格数据为基础数据，根据其功能分为3个模块㊂模块一主要完成风险小区划分；模块二为景观格局指数的计算，通过对栅格图像进行统计分析和区域分析等处理获取各景观类型斑块数㊁脆弱度及面积等属性，根据计算公式来提取景观格局指数；模块三为景观生态风险指数的计算，以模块一划分的风险小区为评价单元，结合模块二获取的景观损失度指数进行计算，实现景观生态风险指数的获取㊂计算流程见图2㊂
注:*表示输出数据;P 表示用户输入的工具参数㊂
图2 景观生态风险工具计算流程
2 结果与分析
2.1 景观类型时空变化特征
统计分析花溪区2008年㊁2013年和2018年不同景观类型面积特征，可以看出(图3，图4):2008年花溪区是典型的农业区，研究初期景观类型以耕地这一传统优势景观为主，广泛分布于地势平坦的地区，占全区面积53.38%；林地次之，为39.34%，主要集中在海拔较高的山地丘陵区；建设用地数量较少，主要
分布在研究区中北部低海拔地区；草地零星镶嵌于林地周围；水域受政策保护，变化不大，花溪区水域主要包括金竹社区的阿哈水库和贵筑 明珠 小孟 三江 黄河等社区一线的花溪河㊂
2008 2018年,
花溪区景观类型面积变化整体呈 一减三增二平 的趋势，即耕地减少，林地㊁建设用地和未利用地增多，草地和水域小幅度波动㊂具体而言，耕地㊁林地和建设用地变化幅度最大，林地和建设用地
分别增加127.09k m 2,82.80k m
2
，建设用地在十年间面积平稳增长，而林地在2013 2018年面积扩大更为显
著，扩张面积达89.21k m 2
；耕地不断缩减，共减少216.00
k m
2
，与建设用地和林地的增加量基本持平㊂研究区景观格局逐渐由以耕地为主演变为林地占优㊂
10年间,
贵阳花溪区邮编花溪区景观类型空间变化呈现出 中心城市化㊁四方生态化 的格局㊂花溪区中北部地区受城镇化影响较显著，建设用地大量侵占耕地，呈显著的扩张趋势，这一趋势随距花溪区行政中心距离的增
453 水土保持研究 第30卷
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大而减弱，景观格局变化特征向耕地减少㊁林地或林地及建设用地增多转变㊂其中，花溪区中部地区的贵筑社区㊁溪北社区㊁孟关乡和燕楼乡等多个乡镇(社区)，因贵安新区㊁花溪大学城㊁孟关汽车贸易城等项目的建设，景观类型变化还表现出未利用地以块状和带状局部增多的明显特征㊂总体而言,2008 2018年，连续的耕地被逐渐扩张的林地㊁建设用地等分割,
整体连贯状态被分离成零星破碎状态，表现为建设用地与耕地㊁林地与耕地㊁林地与建设用地㊁建设用地与未利用地等镶嵌体增多，使区域破碎化程度加大，空间上朝着复杂化㊁多样化的方向发展㊂
注:C L 表示建设用地;W L 表示林地;G L 表示草地;A L 表示耕地;W B 表示水域;U L 表示未利用地㊂
图3 花溪区2008年㊁2013年和2018年各景观类型面积统计
图4 花溪区2008年㊁2013年和2018年景观类型空间分布图
2.2 景观生态风险时空变化特征
统计分析研究区3个时期不同景观生态风险等
级面积及比例(表2)，可以看出:2008年㊁2013年和2018年,
研究区景观生态风险均以低风险和较低风险为主，二者总面积占全区70%左右㊂研究期间，花溪区景观生态低风险区面积持续增加,2008 2013年和2013 2018年分别增长146.77k m 2,33.12
k m 2,
与同期较低风险区面积减量大致相当，分别为150.63k m 2,36.94k m 2㊂中等风险区㊁
较高风险区和高风险区变化量均较小，呈波动变化状态,2008
2018年总体变化量分别为3.65k m 2,-6.17k m 2,
3.18k m 2㊂其中,2008 2013年较高风险区减少，中等风险和高风险区域增大;2013 2018年则相反㊂总的来说，研究区近十年来景观生态风险动态呈 整体缓解㊁局部加剧 的趋势，且2008 2013年变化更为剧烈㊂
表2 花溪区2008年㊁2013年和2018年各景观生态风险区面积统计
风险等级2008年
面积/k m
2
比例/%2008 2013面积变化/k m
2
2013年
面积/k m
2
比例/%2013 2018年
面积变化/k m 2
2018年
面积/k m
2
比例/%2008 2018年
面积变化/k m 2Ⅰ126.3815.32146.77273.1533.1218.04
291.1935.30164.81Ⅱ455.3555.20-150.63304.7236.94-14.84289.8835.14-165.47Ⅲ161.3719.565.15166.5220.19-1.5165.0220.013.65Ⅳ65.257.91-10.86
54.396.594.69
59.087.16-6.17
Ⅴ
16.50
2.00
9.56
26.06
3.16
-6.38
19.68
2.39
3.18
注:Ⅰ表示低风险区;Ⅱ表示较低风险区;Ⅲ表示中等风险区;Ⅳ表示较高风险区;Ⅴ表示高风险区㊂
由图5可以看出,
研究区不同时期高风险区的空间位置差异较大，但主要分布在花溪区边界地带，且以北部多于南部㊂具体而言,2008年高风险区分布较为集中，主要分布在花溪区北部的金竹社区和主城区部分(涉及黄河社区㊁三江社区㊁小孟社区㊁溪北社
区和孟关乡)以及花溪区东南部的高坡乡等区域㊂10年间,
花溪区四方山区低风险范围明显扩大，中北部城区原中等风险至高风险多数转变为较低和低风险，如黄河社区㊁三江社区等，但城山交错带等地景观生态风险等级仍保持或提升至较高水平，如孟关乡和小孟
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53第5期 程玉卓等：城市化和生态文明建设对喀斯特山地城市贵阳市花溪区景观生态风险的影响评价Copyright ©博看网. All Rights Reserved.
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