基于生态系统服务潜在损失的滑坡灾害生态风险评价

　　摘要滑坡是山地常见的地质灾害，不仅对社会经济和人身安全造成严重威胁，而且也会对生态系统造成破坏，进而影响人类福祉。滑坡生态风险评价过程中用生态系统服务表征生态系统的潜在损失，可以为防灾减灾提供更系统全面的参考。西南五省区(四川、云南、贵州、广西、重庆)地貌类型多样、地层岩性复杂、地质构造运动活跃，是我国滑坡灾害最严重的地区之一。本研究从灾害危险性、生态系统脆弱性、生态系统潜在损失3个维度构建了滑坡灾害生态风险评价框架、模型和指标，其中，危险性基于地质、地形、地貌、降水等因素及相互组合关系进行综合分析所得，脆弱性用景观格局指数表征，潜在损失用生态系统服务来衡量，进而对西南五省区的滑坡灾害生态风险进行评估。

　　结果表明：生态系统潜在损失较高的地区主要分布在云南哀牢山以南、四川邛崃山、横断山脉、大渡河流域地区、广西北部及大瑶山以东地区。研究区滑坡高生态风险区主要分布在岷山、邛崃山、无量山、哀牢山、苗岭、雷公山及大渡河流域、三江并流等地区。从海拔分布来看，500~1500m是高风险主要分布的区域，占高风险面积的37.9%;从生态系统类型看，高风险区主要为森林生态系统类型，占高风险区域面积的66.4%。应加强高生态风险区的滑坡监测与预警，重点加强该区域生态系统保护，提高生态系统的稳定性与抵抗力。

　　关键词生态风险;滑坡灾害;生态系统服务;危险性;脆弱性

　　生态风险评价是运用生态学、地理学、环境科学等多学科知识，采用数学、GIS等技术手段来预测和评估自然灾害或人类活动对生态系统造成损害的概率和程度，是根据有限已有资料预测未知后果的过程[1-3]。近年来，生态风险评价由化学污染风险评价、人体健康评价转向区域生态风险评价，并与流域生态学和景观生态学结合，得到了快速发展[3-4]。

　　滑坡是区域内严重威胁人民生命、财产安全及生态环境的地质灾害之一[5-7]，滑坡灾害生态风险评价是一项有力的防灾减灾非工程性措施，对生态环境保护、提高人类福祉、促进社会和谐发展具有重要意义。近年来，国内外学者先后对滑坡灾害生态风险进行了相关研究，并取得了显著成果。

　　例如，印度Roorkee大学基于多源数据集，引入滑坡危险性系数(LNRF)，对喜马拉雅山麓RamgangaCatchnlellt地区进行了滑坡灾害危险性研究[8];Finlay等[9]从风险辨识和可接受滑坡水平的角度出发，对澳大利亚和香港的滑坡灾害风险进行了探讨;Rautela等[10]引入GIS和遥感技术对印度河流域滑坡灾害风险进行了分析;朱良峰等[11]对全国范围的滑坡灾害进行危险性分析、易损性分析和最终的风险评估。

　　Michael-Leiba等[12]将危险性、易损性、风险评价作为一体，采用平面和三维评价系统对澳大利亚Cairns地区开展危险性和风险区划研究;刘希林等[13-14]从灾害危险度和易损度两方面对中国滑坡泥石流灾害风险空间格局进行了研究;杜悦悦等[15]从危险性、脆弱性、潜在损失三方面构建模型，对大理白族自治州进行了滑坡灾害生态风险评价。

　　目前，滑坡灾害生态风险评价多基于“危险性-易损性”、“危险性-脆弱性-潜在损失”模型，重点关注风险发生的概率及可能造成的后果。危险性分析基于RS和GIS技术，考虑多因素的综合作用，已有相对较完整的评价方法和理论体系。潜在损失和易损性关注较多的是灾害对人员生命财产的威胁，对生态系统受到的损害考虑较少。

　　生态系统服务是人类从生态系统获得的各种惠益，是联系生态系统过程与社会福祉的有效工具，用其作为滑坡灾害胁迫下生态系统的潜在损失，可以为防灾减灾提供更系统全面的参考。西南五省地貌类型多样，地形高差悬殊，地质构造活动强烈，降雨时空差异大，是我国地质灾害最严重的地区之一。据不完全统计，研究区内具有一定规模的地质灾害点数万处，崩塌、滑坡、泥石流等突发性山地灾害占全国的30%~40%以上，不仅危及数百座县级以上城镇、数千个乡、镇、工厂和矿山的安全[16-18]，还会造成大江大河断流，使生态系统的结构、功能及稳定性受到破坏，导致生态系统服务受到威胁。

　　土壤保持、水源涵养、固碳和生物多样性等生态系统服务对西南五省生态安全及可持续发展具有重要意义，但频繁且多样的地质灾害使其面临着不同程度的损害，导致区域出现生产力下降、水源安全、供水安全、及生态屏障削弱等现象。本研究以西南五省为研究对象，重点关注滑坡生态风险，用土壤保持、水源涵养、固碳、生物多样性4种服务表征灾害胁迫下生态系统的潜在损失，评价结果可为风险防范以及生态系统管理提供科学依据。

　　1研究地区与研究方法

　　1.1研究区概况

　　本研究区包括四川、云南、贵州、广西、重庆，总面积约136.4万km2。该区以高原、山地、丘陵为主，分布着川西高原、云贵高原、四川盆地，地形高差悬殊，地貌类型多样;境内有长江、珠江、怒江、澜沧江等重要水系，主干流沿岸落差大，比降陡，河流面积广阔;气候类型为温带、亚热带季风气候，年降水量450~2200mm，降水时空分异较大，夏季易出现暴雨;地层岩性复杂，褶皱断裂发育，分布着龙门山、鲜水河、龙陵-澜沧等断裂带，新构造运动活动强烈，地质灾害种类繁多，具有点多、面广、规模大、成灾快、暴发频率高、延续时间长等特点，是我国滑坡等地质灾害最严重的地区之一。

　　该区生物多样性和水资源等自然资源丰富，生态系统复杂多样，北半球所有的生态系统类型都可以在这里找到，其中，森林生态系统面积最大，占研究区总面积的40.6%，其次是农田和灌丛生态系统，分布占研究区的24.5%、15.4%，是我国重要的生态屏障区。

　　1.2数据来源

　　本研究数据主要包括数字高程模型(DEM)、生态系统类型、降雨、土壤、地震烈度等多个数据集。其中，DEM(30m)来自中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台;2015年西南五省生态系统类型数据(30m)来自中国科学院遥感与数字地球研究所;多年平均降雨数据(2000—2015年)与大雨降雨量数据来自中国气象中心;土壤数据来源于基于世界土壤数据库(HWSD)的中国土壤数据集(http://westdc.westgis.ac.cn)，地震数据来自中国地震网，空间数据统一投影方式为WGS_1984_Albers，数据精度均重采样为90m×90m。

　　1.3研究方法

　　本研究从滑坡灾害危险性、生态系统脆弱性、生态系统潜在损失3个维度构建研究区滑坡灾害生态风险评价模型[15,19]，公式如下：R=H×V×D式中：R表示研究区滑坡灾害生态风险值;H表示滑坡灾害危险性;V为生态系统脆弱性;D为生态系统潜在损失。危险性基于地质、地形、地貌、降水等因素及相互组合关系进行综合分析所得;脆弱性关注灾害胁迫下由于生态系统自身结构组成等生态学特征表现出来的易损性，用景观格局指数表征;潜在损失表示灾害胁迫下产生的不利效应[15]，本研究重点关注灾害对生态系统的损害，用水源涵养、生物多样性等4种服务功能表征。

　　2结果与分析

　　2.1滑坡灾害危险性评价

　　危险性是灾害发生的可能性及其程度的大小。影响滑坡灾害的因素众多，且关系复杂，本研究基于西南五省滑坡发生的数量、分布范围、活动规模等特征，从地质构造、地形、降水、生态系统类型4个维度选取评价指标。

　　由于研究区地质构造活跃，分布着鲜水河、龙门山、安宁河等断裂带，强烈的地震沿着这些断裂带频繁发生，使该区山体岩石破碎，坡体稳定性差，滑坡等地质灾害屡屡发生，鉴于此，地质构造因素主要选取地震烈度和离断层线距离2个指标;地形地貌在很大程度上决定了滑坡灾害的形成与规模，本研究选取坡度与地形起伏度作为影响灾害发生的主要地形地貌指标;研究区有“大雨大滑，小雨小滑，无雨不滑”的特点，尤其在持续降雨时表现得更明显，降雨入渗会减小土体的抗剪强度及土体与基岩的摩擦阻力，增加土体重度和增加内部动水压力，从而诱发滑坡等地质灾害[15]，主要选取多年平均降雨量作为降水指标。

　　生态系统类型差异对滑坡的影响也存在差别，如与裸地相比，林地、灌丛的根茎具有一定的根固作用，有利于减缓水的流动速度，从而减小灾害发生的概率。在此基础上，结合文献调研及灾害实际发生点的环境特征把每个指标分为极低、低、中等、高和极高5个等级并分别赋值，通过层次分析法得到每个因子的权重，利用加权叠加法对其危险性进行评估[20-26]。

　　导致研究区滑坡灾害极高危险性的条件如下：地形起伏度大于350m，坡度在25°~35︒，离断层线的距离小于2km，年均降雨量大于1200mm，地震烈度大于7.5级，生态系统类型为裸地，其中，地形起伏度、离断层线的距离、降雨量的权重较高，对灾害的影响较大。总体而言，地形起伏度大、离断层线的距离近、高强度的降雨量、剧烈且频繁的地震及低植被覆盖度易导致滑坡的发生。

　　滑坡灾害高危险区主要分布在云南的怒江、澜沧江、无量山、哀牢山地区，四川的岷山、邛崃山、横断山脉、川西高原地区及广西和重庆的北部、贵州省中部地区，这些地区大部分处于断裂带上，地质构造运动强烈，山高坡陡，地形起伏较大，雨季降雨量较大，再加上受人类活动干扰，发生滑坡灾害的概率较高。低危险性地区主要集中四川盆地地区，这些地区地形起伏相对较小、地质构造运动弱，滑坡灾害危险性较小。

　　2.2生态系统脆弱性评价

　　脆弱性是生态系统面对地质灾害胁迫时表现出的易损性质，表征生态系统由于自身结构、组成等方面的生态学特征形成的对外界干扰发生敏感性变化的可能性[15]。脆弱性越大，生态系统稳定性和对抗外界的干扰能力越弱，受到灾害胁迫时越容易引起结构和功能的改变。

　　本研究主要基于景观格局指数自身的生态学意义，甄选景观水平的斑块密度指数(PD)、景观分离度指数(DIVISION)、景观干扰度指数(LDI)[27-28]作为生态系统脆弱性评价指标，其中，斑块密度表征生态系统的破碎度，破碎度越大，生态系统的稳定性越差;景观分离度指数指生态系统的分离程度，分离度越大，生态系统抵抗外界干扰能力越弱，脆弱性则越高;景观干扰度指数表示生态系统受到干扰的程度，干扰度越大，生态系统面临灾害胁迫时的稳定性越差，脆弱性则越高。

　　计算各类生态系统3个景观指数，分别对所获得景观指数标准化，计算其平均值，然后将结果赋给各个生态系统类型得到研究区生态系统脆弱性指数值。结果表明，研究区生态系统脆弱性较高的地区主要集中在人为活动较为剧烈的东部地区，成都、重庆、昆明、南宁及其周边地区脆弱性尤为突出，原因是人类活动导致景观被不断分割分散，斑块间距不断增加，使景观结构稳定性不断下降。川西及云南的南部地区受到人为的干扰相对较小，生态系统脆弱性较低。

　　2.3生态系统潜在损失评价

　　潜在损失表示滑坡灾害胁迫下产生的不利效应[15]，已有的研究多关注灾害对人员生命财产的威胁，对生态系统的损害关注较少。滑坡灾害在造成人类生命财产损失的同时，也会造成大江大河断流，使生态系统的结构和功能发生改变，从而影响生态系统的可持续发展。生态系统为人类提供自然资源和生存环境，维持了地球的生命支持系统，生命物质的生物地球化学循环与水循环，生物物种与遗传多样性，净化环境,维持大气化学的平衡与稳定等[29]。

　　生态系统只有保持结构和功能的完整性，才能抵抗外界的干扰，进而长期为人类提供服务。生态系统服务是人类从生态系统获得的各种惠益，是联系生态系统过程与社会福祉的有效工具，也是人类赖以生存和发展的基础[30]。

　　将生态系统服务纳入生态风险评价中，风险分析过程能紧密联系到生态系统结构和功能，可以更好地关注保护对象及其属性在系统内受到干扰后的表现，也可以进一步加强风险的交流与管理，提高评价过程与社会生态管理过程的对接性[31]。本文结合研究区生态环境现状，选取水源涵养、水土保持、生物多样性、碳固定4种生态系统服务，基于相关数量模型分别对其进行量化，在此基础上将结果均一化后进行空间叠加，得到生态系统遭到滑坡灾害胁迫时的综合潜在损失。

　　灾害胁迫下水源涵养潜在损失较高的地区主要分布在广西大瑶山以东、广西盆地北部、云南哀牢山以南、高黎贡山等地;水土保持潜在损失较高的地区主要位于环四川盆地丘陵区、怒山、无量山、大瑶山、苗岭等地;生物多样性潜在损失较高的地区主要位于云南南部-东南部热带雨林区域，云桂交界热带雨林区域、十万大山、大瑶山地区、贵州雷公山等地;碳固定潜在损失较高的主要分布在横断山脉、广西大部、贵州东南部、四川西部等地。

　　总的来说，研究区生态系统潜在损失较高的地区主要分布在云南哀牢山以南、四川邛崃山、横断山脉、大渡河流域地区、广西北部及大瑶山以东地区，这些地区多为森林生态系统，植被净初级生产能力、水源涵养能力、土壤保持能力、碳固定能力都较高，且生物多样性丰富，因此潜在损失较大。四川盆地及川西的西部地区主要分布着城镇、农田和草地生态系统，固碳、生物多样性、土壤保持等生态系统服务较低，受到灾害胁迫时潜在损失较小。

　　3结论

　　本研究从灾害危险性、生态系统脆弱性、生态系统潜在损失3方面对研究区滑坡生态风险进行评价，主要得出以下结论：

　　1)生态系统潜在损失较高的地区主要分布在云南哀牢山以南、四川邛崃山、横断山脉、大渡河流域地区、广西北部及大瑶山以东地区，这些地区多为森林生态系统，生物多样性、水源涵养能力、土壤保持能力、碳固定能力都较高。

　　2)从空间分布上看，研究区滑坡灾害高风险区面积为13.5万km2，占研究区总面积的9.9%，主要分布在地形复杂多变、地质构造运动强烈且生态系统服务较高的岷山、邛崃山、无量山、哀牢山、苗岭、雷公山及大渡河流域、三江并流等地区，低风险区主要分布在地形起伏较小、地质构造运动弱的四川盆地及广西中部等地。

　　3)从海拔分布来看，500~1500m是高风险主要分布的区域，占高风险面积的37.9%;从生态系统类型看，高风险区主要为森林生态系统类型，占高风险区域面积的66.4%。高生态风险区一方面应加强滑坡的预防与监测，重点关注雨季及汛期时段地质构造活跃和侵蚀强烈的地段，开展地质灾害预警示范调查研究，健全完善地质灾害预警系统，并适当的采取工程治理和避让搬迁等措施，另一方面应加强生态系统保护，重点关注森林生态系统，继续推进退耕还林工程、天保工程，提高土地利用效率、控制人类过度开发，减少斑块破碎化，增强生态系统的多样性与弹性，提高生态系统的抵抗力。

　　在研究方法上，本研究基于“危险性-脆弱性-潜在损失”三维框架，重点关注滑坡灾害对生态系统造成的损害，以水土保持、生物多样性、固碳、水源涵养4种生态服务功能作为灾害胁迫下生态系统的潜在损失，从人类福祉的角度结合生态系统过程进行风险表征，一方面可为风险评估过程中信息的丰富化提供理论支撑，另一方面可以提高风险评价的时效性，从而促进风险的交流与管理。用景观格局指数评估研究区生态系统的脆弱性，有利于在机理层面上理解生态系统遭受灾害胁迫时与抵抗力相关的状态变化，并且可以反映生态系统对滑坡灾害的响应。

　　在结果方面，为了保证其可靠性，本研究将近50年来，重庆、云南、贵州实际发生的40次滑坡灾害按滑体的体积分为大型、中型、小型，在空间上与风险等级进行匹配。结果显示，每个等级吻合率都在83%以上，说明本研究生态风险等级划分结果基本可信。然而，由于区域的复杂性，本研究仍有不足。

　　首先，西南五省面临的地质灾害包括滑坡、泥石流、崩塌等多种类型，本研究只考虑了滑坡灾害，在今后的研究中应克服数据和信息的不完整性，综合考虑多种地质灾害。其次，生态风险防范分区可为风险的预警与管理提供有针对性的指导，本研究在这方面考虑有所欠缺，未来可针对风险等级及其主导因子的差异，从单因素和多因素组合等视角切入，开展滑坡灾害生态风险防范分区研究。

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