北盘江流域（贵州段）景观生态风险时空演变及喀斯特脆弱环境下协同驱动机制研究

《Land》：Assessing Land Cover Change and Forest Sustainability in a World Heritage Context: Evidence from the Okapi Wildlife Reserve

　　

开展景观生态风险（LER）评估并识别其驱动机制是平衡区域发展与生态保护、提升生态安全的关键途径。研究人员以典型喀斯特山区流域——北盘江流域（贵州段）为研究对象，基于1985至2024年5期土地利用数据，运用景观格局指数与空间自相关分析刻画流域LER时空演化，并采用最优地理探测器（OPGD）识别驱动因素。结果表明：（1）1985—2024年研究区平均LER指数下降37.07%，最低风险区面积占比由18.76%升至38.83%，中风险与较高风险区占比分别降至14.97%与3.55%，生态安全格局优化。（2）最低风险区重心向西北迁移，中、较高风险区向东北收缩；全局Moran’s I介于0.477—0.574，北方高-高聚集区收缩、南方低-低聚集区扩展，形成连续巩固的生态屏障。（3）景观破碎度与高程、降水、NDVI等因素交互均呈双因子增强效应，风险格局由多因子协同驱动为主。该研究为调整流域用地结构、消减生态风险及促进高质量可持续发展提供科学依据。

研究背景与立项依据

景观生态风险（Landscape Ecological Risk, LER）评估是揭示区域生态安全演变的重要范式。土地利用/覆被变化（Land Use/Land Cover, LULC）在自然力缓慢可逆过程与人类活动快速不可逆改造共同作用下重塑地表格局，其中人类干预强度已超越自然演化成为主导驱动力，并引发全球尺度生态风险。既有LER研究多聚焦城市、湿地、海岸带或平原农业流域，对西南喀斯特流域——具浅层不连续土被、强水文敏感性及石漠化背景的脆弱系统——缺乏长时序、全流域尺度考察。北盘江流域（贵州段）地处云贵高原向黔中高原过渡斜坡，是珠江上游重要水源涵养与石漠化综合治理区，近四十年来受石漠化治理、水电开发与城镇扩张叠加影响，景观结构持续调整。研究人员据此提出三问：LER近四十年如何时空演变？自然-格局-人文因素如何解释其空间分异？多因子交互在脆弱喀斯特环境中如何作用？论文发表于《Land》。

主要技术方法

研究人员集成五期30 m CLCD土地利用数据、DEM、NDVI、土壤侵蚀、降水、蒸发、地下水位埋深及人口密度数据，统一重采样至30 m。以2 km×2 km网格（共5667单元）为评估单元，用FRAGSTATS 4.2计算景观干扰指数（含破碎度C_i、隔离度N_i、优势度D_i，权重0.5/0.3/0.2）、景观脆弱性指数F_i（专家打分归一化）与景观损失指数R_i，构建生态风险指数ERI_k=Σ(A_ki/A_k)R_i，固定分级阈值划分五级风险。借助重心迁移模型、GeoDa平台全局/局部Moran’s I空间自相关，以及最优地理探测器（OPGD，对连续变量测试等距/自然断点/分位数/几何/标准差五种离散化与3—10类数取最大q值）进行单因子与交互探测。

研究结果

3.1 LULC变化分析

五期数据显示，耕地由2379.68 km²增至3264.84 km²，森林总体增加；草地、灌木分别减少1416.54 km²与973.93 km²；水域、建设用地因梯级水电与城镇化分别增56.94 km²与108.88 km²。土地利用转换呈多向净平衡而非单一退耕响应。

3.2 LER时空演变

3.2.1 定量特征：平均ERI由0.0642降至0.0404（降37.07%），呈“快速下降—趋稳—持续优化”阶段特征，2015—2024年降幅回升至10.22%。

3.2.2 时空轨迹：最低风险区占比18.76%→38.83%（+4237.78 km²），中风险30.87%→14.97%，较高风险7.97%→3.55%；最低风险重心西北移，中/较高风险重心向东北收缩并围绕六盘水局部化。

3.2.3 空间自相关：全局Moran’s I为0.477（1985）→0.574（2005峰）→0.505（2024），高-高簇聚北中部收缩，低-低簇聚南部山地扩展，异质性减弱。

3.3 驱动因子分析

OPGD单因子q值中斑块密度（Patch Density, PD, X8）、降水（X4）、NDVI（X6）较强，地下水位埋深（X9）最弱。所有两因子交互均呈增强效应（无独立或减弱型），X8∩X1~X7的q值0.585—0.807居首，X8∩X6/X7达0.642—0.807；X9交互q值仅0.012—0.069。研究人员指出X8与ERI同源于LULC致q值偏高须谨慎解释为“景观破碎度与LER空间对应强”而非完全独立因果。

讨论部分总结

讨论指出LER下降与西南喀斯特生态修复（退耕还林、石漠化治理）同步，但耕地净增源于多向转换而非单一退耕结果；相位特征映射城市化碎片化（2005—2015放缓）与2015后强化修复。OPGD显示多因子协同主导，X8的高解释力受同源信息影响；地下水位弱关联不代表其生态意义低，而可能缘于喀斯特地下水-植被非线性滞后响应未被时序分辨。局限包括30 m重采样平滑粗分辨率变量、专家权重敏感、缺GDP/夜光/路网等政策社会经济变量、未做未来模拟。

结论翻译

（1）近40年LER持续改善，呈“南聚低险、北缩高危”重组；平均指数降37.07%，最低风险区18.76%→38.83%，较高风险7.97%→3.55%；重心西北移/东北缩；Moran’s I先升后降。（2）斑块密度对LER空间分异统计解释最强，其与自然-人文因子双因子增强是风险格局主要耦合机制，X8∩X6/X7的q值0.642—0.807，地下水位解释极弱，表明LER分异与景观结构-植被-人类活动协同相关。（3）长期风险演变反映LULC调整、自然地理与宏观社会经济政策（退耕、石漠化治理、水电）共同影响；因OPGD未显式纳入政策变量，相关解读属情境解释而非定量因果。