中国干旱区城乡交错带扩张中的景观破碎化加剧：1990-2020年形态演变与野火风险启示

《Landscape Ecology》：Increasing fragmentation of the wildland–urban interface as it expands across China’s dryland landscape from 1990 to 2020

本研究针对中国干旱区野地-城市交界带(WUI)景观形态动态这一研究空白，通过构建1990-2020年间高精度数据集，结合景观格局指数(如LSI、LPI等)和社会经济因子相关性分析，揭示了WUI面积扩张15%的同时景观破碎化加剧(LSI增加81.1%，LPI下降38.3%)的演变规律，为干旱区景观规划与野火风险管理提供了重要的空间决策支持。

　　

在中国广袤的干旱区，一场静默的景观变革已持续三十年。这里是人类与自然激烈交锋的前沿地带，一种被称为野地-城市交界带（Wildland-Urban Interface, WUI）的特殊景观正在快速扩张。WUI被定义为建筑与自然植被相遇或交织的区域，它既是许多人向往的宜居环境，也潜藏着高度的环境风险，尤其是野火风险。全球研究表明，WUI在2000至2020年间扩张了35.6%，与之相伴的是人类住区周边小规模火灾发生频率的上升。然而，现有的全球评估大多忽略了干旱区与湿润区的本质差异，可能低估了易燃的干旱区景观所面临的独特风险。中国拥有世界第二大的干旱区面积，过去四十年来，快速的城市化进程与大规模的生态修复工程（如“国家森林城市”建设）共同作用，使得这里的植被覆盖度显著提升。这种“建设”与“增绿”并行的趋势，在创造美丽生态环境的同时，也可能无意中增加了城市周边自然植被的可燃物载量，潜在地抬升了景观尺度的野火风险。遗憾的是，相较于欧美等发达国家，针对中国，特别是其干旱区WUI景观的系统研究尚属空白，尤其缺乏对其空间形态演变规律的深入洞察。而景观的形态特征，如破碎化程度、连通性等，恰恰是制定差异化、精细化风险管理策略的关键。为了填补这一知识空白，由刘彦旭等人组成的研究团队在《Landscape Ecology》上发表论文，首次系统揭示了中国干旱区WUI从1990到2020年间的景观形态演变轨迹及其驱动机制。

研究人员综合运用了多源遥感数据与景观生态学方法。关键技术包括：利用中国30米土地覆盖数据（1990-2020）区分以森林/灌木/湿地（F/S/W）为主和以草地（G）为主的荒野区；采用GHS-BUILT-S 100米建筑表面数据计算建筑密度，并结合植被覆盖度（FVC≥0.4）阈值，精确划分了交互式WUI（建筑与荒野植被混合）和毗邻式WUI（建筑与大面积荒野植被毗邻）共四种类型。通过FRAGSTATS 4.2.1软件计算了16个景观格局指数，从面积、形状、破碎化、聚集度和多样性五个维度量化WUI的形态特征。研究还结合了人口（GHS-POP）和GDP格网数据，在486个县级尺度上分析了WUI变化与社会经济因素的相关性。

结果

WUI的时空变化

研究发现，中国干旱区WUI面积约占区域总面积的9.2%，且主要集中在大城市周边。西部省份（如新疆、西藏、青海）的WUI比例（18.2%）高于东部省份（12.3%）。总体上，毗邻式WUI占主导地位，这与全球范围内交互式WUI更普遍的情况不同。1990年至2020年间，中国干旱区WUI总面积增长了15%。演变过程可分为两个阶段：1990-2000年变化范围相对有限；2000年后，WUI扩张加速，主要表现为非WUI景观向WUI的转化，尤其是在大城市周边地区。

WUI的景观构型

三十年里，中国干旱区WUI景观的破碎化和异质性持续增强。斑块数量（NP）增加了6.6%，而最大斑块指数（LPI）下降了38.4%，景观分裂指数（SPLIT）近乎翻倍，表明主导性大斑块在萎缩。香农多样性指数（SHDI）飙升180%，景观形状指数（LSI）增长81.1%，反映出景观异质性和边界复杂性的显著增加。尽管散布与并列指数（IJI）和同类邻接比例（PLADJ）有所上升，但斑块凝聚度（COHESION）略有下降，揭示了斑块层面聚集与整体结构破碎化并存的双重过程。四种WUI类型的形态变化存在差异：F/S/W主导的交互式WUI斑块密度（PD）增长最快，破碎化速率显著；F/S/W主导的毗邻式WUI的周长-面积分维数（PAFRAC）保持较高且稳定，边界最不规则；而G主导的交互式WUI的聚集性则表现出不稳定的下降趋势。

WUI扩张与社会经济发展的相关性

相关性分析显示，WUI面积变化与GDP和人口变化显著相关。值得注意的是，景观构型的变化（如PAFRAC, SHDI, AI）在控制面积变量后，与GDP变化表现出更强的偏相关性，而与人口变化的相关性不显著。这表明经济发展（GDP增长）相较于人口增长，与WUI景观形状复杂化、异质性增强等形态演变的关系更为密切。

结论与讨论

该研究得出结论：过去三十年，中国干旱区WUI不仅显著扩张，而且景观形态日趋破碎化和复杂化。这一趋势与经济发展（GDP）密切相关，预示着即使未来人口城市化进程放缓，经济增长仍可能驱动WUI的进一步扩张和破碎化。

WUI的破碎化倾向意味着有更多的房屋和基础设施暴露于易发生野火的区域，同时也给干旱区景观管理中的计划烧除和消防灭火工作带来了更大挑战。与美国等地不同，中国干旱区WUI以毗邻式为主，且多位于城市边缘、开发密度较高，这可能意味着不同的野火风险格局和防控重点。基于研究结果，讨论部分为中国干旱区的景观规划提出了启示：首先，需简化城市增长边界的形状复杂性以利于快速消防响应；其次，可考虑利用干旱区广泛存在的绿洲农业，在城市周边建立农田缓冲带，隔离聚居区与自然植被；最后，地方政府应随着经济发展，承担更多社会责任，投资于WUI景观的适应性管理。

本研究也存在一定局限性，例如受长时序高分辨率数据所限，未比较不同数据源的结果；同时，由于中国政府对野火极为有效的预防和监控政策，使得野火风险与WUI形态变化之间的直接验证难以实现。未来的研究可尝试将WUI制图与野火蔓延模型相结合，并关注经济发展驱动的城郊住房建设和气候变化/生态修复增加的植被可燃物等情景模拟。

总之，这项研究从WUI景观形态的独特视角，为中国干旱区日益增长的野火风险提供了重要的空间证据。它警示我们，在干旱区的城市景观规划中，即使当前风平浪静，也需高度重视WUI扩张和破碎化背后潜藏的风险，未雨绸缪，制定前瞻性的适应策略。