息烽县地处黔中山原丘陵中部,贵阳市北部,位于106°27'—106°53'E,26°57'—27°19'N。地势南高北低,最高点南望山海拔1 749.6 m,最低点乌江出境处大塘口海拔609 m(图1)。属北亚热带和南温带季风气候区,碳酸盐岩分布广,喀斯特地貌发育充分,其喀斯特地貌占据息烽县总面积的90%。石漠化程度主要以无明显石漠化与潜在石漠化、轻度石漠化为主,南部地区和东部地区石漠化程度较小,中偏西方向石漠化程度较严重。息烽县耕地总面积约3万hm²,以坡耕地为主要存在形式,近年来,由于生态退耕、建筑占用等原因,致使息烽县耕地总量持续减少。

图1 研究区高程

由2013—2017年息烽县耕地面积分布变化情况可看出(表2):息烽县耕地总数5年间持续减少,2015年耕地总数减少3 627 hm²,2017年耕地减少4 522 hm²。息烽县耕地主要集中在喀斯特地区,以旱地为主,2013年、2015年、2017年息烽县旱地数量分别占耕地总数的79%,78%,73%。由于非喀斯特耕地相对于喀斯特耕地抗风险能力强,最初非喀斯特耕地的占用导致其减少情况明显,2015年旱地总体减少3 215 hm²,其中,非喀斯特旱地减少2 267 hm²,减少百分比为71%; 相对之下喀斯特耕地减少程度轻,潜在石漠化旱地、轻度石漠化旱地分别减少了832,309 hm²,无明显石漠化旱地的数量增加了190 hm²。随着城镇化进程的加快,经济发展保障居民粮食需求,使得退耕弃耕和占用的旱地数量增多,2017年各个类型旱地都出现不同程度的减少,喀斯特地区旱地的数量减少明显,总共减少了4 370 hm²,其中无明显石漠化、潜在石漠化减少数量占39%,32%。

表2 耕地面积变化情况hm2

息烽县水田数量较少,增减大多是梯田复垦和撂荒所致。2013年水田数量为8 728 hm²,2015年喀斯特水田减少637 hm²,非喀斯特水田增加525 hm²,总体减少412 hm²; 2017年喀斯特水田增加863 hm²,非喀斯特水田减少438 hm²,总体增加724 hm²。

耕地景观破碎度、分离度、优势度主要受到耕地面积、数量的影响,景观破碎度表征景观被分割的破碎程度; 景观分离度表示同一景观类型不同斑块的分离程度; 景观优势度则用于测定景观结构中多对景观的分配程度。根据息烽县2013—2017年耕地景观特征变化情况(表3)可看出:(1)息烽县耕地破碎度变化水田和旱地存在差异,其中非喀斯特水田破碎度表现为2013年>2017年>2015年,喀斯特水田破碎度差异表现为2015年>2017年>2015年; 旱地破碎度5年来呈持续上升状态,非喀斯特旱地5年来景观破碎度增加了0.38,无明显石漠化旱地增加了0.25,潜在石漠化旱地增加了0.41。总体而言,息烽县耕地破碎度与面积变化呈正比,说明耕地的减少使得耕地的分割现象严重。(2)息烽县耕地分离度时空差异较显著,喀斯特地区各类旱地呈现逐年递增现象,总体变化与面积变化呈反比。说明喀斯特旱地减少加剧了旱地的空间异质性。(3)除喀斯特水田景观优势度呈现微弱上升之外,其余耕地景观优势度总体呈下降趋势,与耕地减少情况呈正比,说明在5年的耕地景观演化中,息烽县各类耕地周边环境趋于复杂。

耕地的自然损失度主要受到耕地景观的变化情况影响,由息烽县耕地景观的自然损失度(图3)可看出,5年间息烽县耕地自然损失度大致呈现西南、东北低,南北及中部高的空间分布格局。乡镇尺度上,西南地区包括九庄镇、石硐镇、青山镇等乡镇5年间自然损失度变化不大,并且处于较低值; 石硐镇自然损失度持续减少; 永靖镇、西山镇东南边自然损失度持续增大; 温泉镇、养龙司镇、小寨坝镇自然损失度2015年增加后2017年减少。结合研究区石漠化等级划分(图4),息烽县主要以无明显石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化为主,各类型石漠化旱地在不同乡镇自然损失度具有差异性,如石硐镇无明显石漠化耕地5年间自然损失度持续降低; 永靖镇轻度石漠化旱地自然损失度持续上升; 由于各地对不同石漠化等级旱地的占用和使用情况不同,造成自然损失度也存在差异。

表3 息烽县耕地景观特征变化情况

图3 息烽县耕地景观自然损失度

道路的距离都有所增加,为满足粮食需求,农药化肥使用量增加,导致2015 年整体生态风险概率高。2017年由于经济发展、道路修建、水源保障的原因,促使耕地景观生态风险概率正向发展。

息烽县耕地景观生态风险指数五年间整体变化有明显的起伏性(表4),由于数据量纲较小,为便于查看统计,本文将所计算得到的生态风险值扩大10倍,并对比不同耕地类型耕地景观生态风险值。2013年耕地生态风险平均值为0.118,2015年上升到0.186,2017年再次下降到0.112,表明研究区耕地生态风险值存在波动性。

图4 研究区石漠化等级

图5 息烽县耕地景观生态风险概率

表4 息烽县各类耕地生态风险平均值

随着城镇化进程的推进,耕地所受到的干扰力度不断增大,息烽县耕地生态风险也在不断变化。2015年耕地生态风险明显上升,而2017年各类耕地景观生态风险程度下降,说明经济增长的同时,耕地利用更加趋近于合理化,无论是耕地景观布局还是耕地周边环境都趋于正向发展。将不同乡镇各类耕地的生态风险进行空间可视化(图6),可看出息烽县10个乡镇及街道耕地生态风险状况差异特征显著:2013年南北及中部耕地生态风险程度高; 2015年由于道路修建及城镇化建设,促使永靖镇(城区)南北方向交通带耕地占用比例大、聚集程度低、破碎耕地开发强,导致该南北交通纽带生态风险增高明显; 2017年城镇化建设基本完成,息烽县整体生态风险下降。5年来息烽县耕地生态风险变化格局主要划分为西南地区、南北中部地区、东北地区:西南地区由于开发力度小,5年间所受外界干扰弱,致使以石硐镇为代表的西南乡镇耕地生态风险一直较低; 南北中部地区由于是城区和交通枢纽地段,耕地5年间生态风险处于高风险; 东北温泉镇受到旅游开发影响,生态风险在2015年有所上升,但由于该地自然条件良好,环境保护程度高,促使生态风险比其余开发强的乡镇低。

由于在经济发展的同时,耕地生态风险也存在变化,为进一步探讨经济对不同耕地类型的影响,计算2013—2017年各类耕地生态风险与所选指标的关联程度如图7所示,关联度总体表现为:与城镇人均收入关联度最高,其次与乡村从业人数、第三产业收入、农村用电量关联度较高,与总人口数、农村人均收入关联程度普遍较低。对比之下,城镇发展与农村现代化程度是息烽县耕地生态风险的主要影响因素,符合研究区实际。由关联度年度变化可看出,2015年耕地生态风险与经济关联度比其余两年低,说明在建设阶段,耕地的生态风险与经济同步程度较弱,而在发展前期和后期,生态风险与经济一致性程度高。对比不同耕地类型生态风险与经济关联度结果,非喀斯特水田与城镇人均收入关联度明显,调查发现息烽县非喀斯特水田主要分布于永靖镇(城区)西北侧,受到城区发展水平的影响,其生态风险与经济关联度5年间都略高于其余耕地; 非喀斯特旱地2015年后受到城镇人均收入影响增大; 对于无明显石漠化旱地、潜在石漠化旱地、轻度石漠化旱地、中度石漠化旱地等石漠化旱地而言,2017年这几类耕地生态风险与经济关联度趋于一致,说明2017年后对于经济对这几类耕地的影响程度在往一致性发展。对比之下,城镇发展与农村现代化程度是息烽县耕地生态风险的主要影响因素,符合研究区实际。

图6 息烽县耕地景观生态风险

图7 生态风险与经济关联度