景观格局分析是景观生态学研究的核心问题，掌握景观各要素的相互作用关系及格局结构的发展，可以准确掌握生态环境的变化趋势^[1]。随着经济的快速发展，城市化、人口增长等人类活动会对景观格局产生一定的影响，而景观格局的改变直接影响生态系统，甚至会加速生态环境的恶化，从而加大生态风险^[2]。景观格局及生态风险分析对促进地区可持续发展、建立风险预警机制及降低生态风险具有重要的意义^[3-4]。

目前，国内外学者对景观格局特征的研究成果丰硕，其研究对象集中于流域^[5-6]、森林^[7-9]及湿地^[10-11]等，如Estoque等^[5]分析了加利福尼亚拉梅萨流域景观格局变化特征；同时，也有学者关注了旅游区及自然保护区景观格局^[12-13]。景观格局变化在一定程度上影响生态环境，从而影响生态风险。因此，基于景观格局的生态风险评估受到学者的关注。目前，基于景观格局的生态风险评估对象一般集中于流域^[14-17]、城市^[18-19]等方面，如闻国静等^[14]基于景观格局对普者黑湖的生态风险进行评估；刘焱序等^[18]在生态适应性循环三维框架下，对城市景观生态风险进行评估，并提出相应对策；另外，甄江红等^[20]、田鹏等^[2]、奚世军等^[21]利用GIS软件对草原、海岸及山区等景观生态风险进行了评估。然而，当前学者对景观格局及生态风险研究对象的尺度较大，而对乡村小尺度研究较少。喀斯特地貌景观明显有别于其他地貌景观特征，已有学者从喀斯特聚落（包括城市和乡村）^[22-23]、喀斯特石漠化景观^[24]、喀斯特景观粒度变化^[25]、喀斯特景观格局提取^[26]等方面进行了喀斯特景观格局研究。由于喀斯特地貌类型复杂多样，不同地貌的人类活动势必存在差异，这将对不同地貌的景观产生差异化影响。然而，当前对不同喀斯特地貌的景观格局及生态风险比较研究还鲜有报道。贵州省属典型的喀斯特地貌区，近年来复杂的人类活动对喀斯特贫困乡村的景观格局产生深刻影响，从而影响景观生态风险状况，对此还缺乏相关深入研究。因此，以贵州省4种不同喀斯特地貌的典型贫困乡村为例，对景观格局及其生态风险进行研究，以期为喀斯特地区乡村土地利用调控及生态风险管理提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

选取贵州省石门乡、宗地镇、周覃镇、掌布镇4个典型贫困乡镇为研究区，地形见图 1。石门乡地处贵州西北部，为喀斯特中山地貌，平均海拔1900 m，山高坡陡，地势西南高、东北低，属长江上游生态环境重要监测和保护区，水土流失严重，生态脆弱性突出，总人口1.9万，人口密度为136人·km^-2；宗地镇位于贵州西南部，地貌为峰丛洼地，地形破碎，平均海拔1040 m，裸岩面积大，生态环境较为恶劣，是石漠化重点整治地区，总人口3.4万，人口密度为107人·km^-2；周覃镇位于贵州南部，属于低山丘陵地貌，平均海拔720 m，地形相对平坦，境内自然生态条件较好，是重要的粮食产区，总人口6.1万，人口密度为214人·km^-2；掌布镇地处贵州南部，属峰丛峡谷地貌，地形起伏较大，平均海拔685 m，森林覆盖率为73%，拥有4A风景名胜区，自然生态条件优越，总人口1.5万，人口密度仅为69人·km^-2。

1.2 数据来源及处理

4个研究区的数据来源于法国Pleiades卫星的遥感影像（空间分辨率0.5 m），石门乡的影像采集时间为2018年1月和3月，周覃镇采集时间为2018年4月和11月，宗地镇和掌布镇采集时间均为2018年11月。利用ArcGIS软件，采用人工目视解译方式将研究区分为耕地、林地、灌草丛、建设用地、水域、未利用地6种景观类型（图 2）。通过实地验证，发现遥感解译精度较高（>90%），可以满足本研究需要。

1.3 研究方法 1.3.1 景观格局分析

利用景观格局分析软件Fragstats 4.2对4个乡镇景观格局特征进行分析，从景观类型和景观2个水平选取10个指标（表 1）。

1.3.2 生态风险分析

通过综合考虑4个研究区范围，利用ArcGIS软件的格网工具，将石门乡、宗地镇、周覃镇、掌布镇4个乡镇分别划分出1 km×1 km单元大小的格网167个、1.5 km×1.5 km单元大小的格网157个、1.5 km×1.5 km单元大小的格网148个、1 km×1 km单元大小的格网160个（图 3），再分别计算各地区每一风险格网的生态风险指数，得到样本中心点的风险值，进而利用ArcGIS软件空间插值工具，生成生态风险格局图。

基于景观分离指数、优势指数及破碎度指数3种指数计算得到景观干扰度指数，并结合景观脆弱度指数，建立景观生态风险指数，具体计算过程为：景观干扰度指数（U_i）表征不同景观受到外界干扰的程度^[27]，其计算公式为：

(1)

式中：C_i表示景观破碎度；F_i表示景观分离度；D_i表示景观优势度，其中a+b+c=1，依据文献[28]，并参照专家打分法，分别赋值0.5、0.3和0.2。

景观损失度（R_i）表征在各种因素干扰下景观类型的损失程度^[29]，其计算公式为：

(2)

式中：U_i表示景观干扰度指数；Q_i表示景观脆弱度指数。水域及未利用地的脆弱性最强，脆弱度指数赋以5，建设用地较为稳定，其脆弱度为1，而耕地、灌草丛、林地的脆弱度指数分别为4、3和2。

利用景观各类型的面积比，构建景观生态风险综合指数计算模型：

(3)

式中：ERI_i表示风险小区i的景观生态风险指数；A_ij是风险小区i内第j类景观斑块的面积；A_i是风险小区i的面积；R_i是损失度指数。

2 结果与分析 2.1 景观格局分析 2.1.1 景观类型上的景观格局指数分析

4个不同地貌的乡镇PLAND整体上呈现林地>灌草丛≈耕地>建设用地≈未利用地>水域。从不同景观类型看，石门乡和周覃镇的耕地和建设用地PLAND高于宗地镇和掌布镇，林地PLAND呈现掌布镇>周覃镇>宗地镇>石门乡，灌草丛PLAND呈现宗地镇较高、石门乡居中、周覃镇和掌布镇较低特点，各乡镇水域PLAND差别较小，而石门乡的未利用地PLAND远高于其他乡镇（图 4）。

4个不同地貌的乡镇NP整体呈现建设用地和耕地较大、林地和灌草丛居中、水域和未利用地NP较小特点。从不同景观看，宗地镇的耕地和林地NP高于其他地貌的3个乡镇，石门乡和宗地镇的灌草丛和未利用地NP高于周覃镇和掌布镇，建设用地NP呈现宗地镇>石门乡≈周覃镇>掌布镇，宗地镇水域NP远低于其他地貌的3个乡镇（图 5）。

4个不同地貌乡镇的PD整体呈现建设用地>耕地>林地≈灌草丛>水域≈未利用地。从不同景观类型看，宗地镇和掌布镇的耕地PD高于石门乡和周覃镇，掌布镇林地PD和宗地镇水域PD远低于其他乡镇，而石门乡的灌草丛、建设用地、未利用地PD远高于其他乡镇（图 6）。

4个不同地貌乡镇的耕地、林地、灌草丛、建设用地LSI较大，而水域和未利用地的LSI相对较小。从不同景观类型看，与其他3个地貌的乡镇相比，宗地镇的耕地、林地、灌草丛的LSI较大，景观形状较为不规则，不同地貌乡镇的建设用地LSI较为接近，景观形状均较为一致，宗地镇的水域LSI低于其他3个乡镇，石门乡和宗地镇未利用地LSI高于周覃镇和掌布镇（图 7）。

2.1.2 景观水平上的景观格局指数分析

4种地貌乡镇COHESION较为接近，相比而言，掌布镇、周覃镇和宗地镇COHESION稍高于石门乡；掌布镇CONTAG较高，不同斑块较集聚，优势斑块连接性较强，而石门乡CONTAG较低，景观较为分散破碎，优势斑块连通度较低；掌布镇AI较高，DIVISION较低，其景观更为集中，而石门乡AI偏低，DIVISION接近于1，景观分布不集中，趋于破碎化，宗地镇和周覃镇AI和DIVISION介于石门乡和掌布镇之间；4种地貌中，掌布镇SHDI和SHEI均较低，表明其存在优势斑块，多样性低，结构比较单一，石门乡SHDI和SHEI均最高，景观多样性较强，景观较为丰富，景观优势性较弱，呈异质化发展，而其他两个乡镇SHDI和SHEI介于石门乡和掌布镇之间（表 2）。

2.2 景观生态风险分析

通过计算得到各个风险格网的生态风险指数，利用ArcGIS 10.1中的Kriging工具进行插值，得到生态风险分布图，并按照自然间断点分级法（Natural break），将研究区的生态风险划分为5个等级：低生态风险区、较低生态风险区、中等生态风险区、较高生态风险区和高生态风险区（图 8）。

从图 8 可以看出，石门乡低生态风险及较低生态风险区主要集中于东部及西南部，此区域山高坡陡，人类活动对该区景观的改造有限，形成以灌草丛及林地为主的景观结构，加之林地和灌草丛的自身稳定性较好，抗外界干扰能力强，故而生态风险低；高生态风险及较高生态风险区主要集中于北部及中部，此区域地形起伏相对较小，人类在长期土地利用过程中，对景观的改造性较强，原始自然景观（如林地、灌草丛等）被破坏，形成以建设用地、未利用地为主的景观特征，景观破碎化加剧。加之建设用地属于人口密集区，人类活动使其风险升高，而未利用地植被覆盖面积较小，景观敏感脆弱，从而导致生态风险较高。

宗地镇低生态风险及较低生态风险区主要集中于西部及东部，此区域地形相对平坦，在此地貌背景下人类活动有利于使其形成较为单一的景观结构（即以灌草丛及林地为主），林地和灌草丛的稳定性较好，抵抗力强，因而生态风险低；高生态风险及较高生态风险区主要集中于中部和南部，由于该地区洼地和山地相间分布，地形破碎化严重，在此生态环境利用过程中，在洼地形成以耕地和建设用地为主的景观类型，在山地形成以灌草丛、林地、未利用地为主的景观类型，这使得耕地、灌草丛、林地、未利用地、建设用地等呈现复杂的镶嵌布局，景观破碎化严重。加之耕地及建设用地属于人口活动区，生态风险影响较大，未利用地生物种类少，抵抗力不强，导致生态风险较高。

周覃镇的景观生态风险以低生态风险区和较低生态风险区为主，主要分布南部和东部，且面积占比较大，究其原因，该区以平坦的坝子以及低缓的坡地为主，非常有利于人类开展各种活动，大片土地被开发，形成集中连片的耕地，加之自然条件优越，林地和灌草丛集中分布且较为茂盛，景观破碎化较低，故而生态风险较低。高生态风险和较高生态风险区主要集中于西部地区，该区坡度相对较大，谷地和山地纵列分布，在人类活动干扰下人为景观（如耕地、建设用地）逐渐成为谷地的主导景观，而在坡度较大的山顶保留原有景观（如林地），这导致该区景观镶嵌分布，破碎化突出，景观生态风险较高。

掌布镇低生态风险及较低生态风险区主要集中于中部和北部，此区域以峡谷地貌为主，人类难以进入，对其景观的干扰较小，形成了以林地为主的景观结构，单一的景观结构及林地的高稳定性使其生态风险较低；高生态风险区和较高生态风险区主要集中于南部，该区域位于掌布河南部，谷地展宽，有利于开展人类活动，人类对其干扰性增强，形成耕地、灌草丛、林地、建设用地镶嵌分布特点，破碎化突出，进而使得生态风险较高。

3 讨论

已有研究表明，地形是影响景观结构和布局的重要因素。地势低平地区适宜农业生产和生活，耕地和建设用地较为集中，而陡坡不利于开发利用，成为林地、灌草丛的集中分布区，故而陡坡的林地比重较高，破碎度较低，这与肖欢等^[30]、王成等^[31]的研究结论较为一致。然而，由于喀斯特地貌种类多样，人类在不同地貌背景下对各种景观格局的影响存在差异。如峰丛洼地的宗地镇，从微观地貌看，呈现中部地形平坦，周边峰丛坡度较陡特点，这导致耕地主要集中在洼地，这种散布的洼地使得耕地的NP和PD远高于其他地貌，破碎化严重。同理，掌布镇为峰丛峡谷地貌，地形坡度大，人类活动对景观干扰较小，林地占主导地位，进而导致林地景观分布集中（NP和PD均较小），这样的景观结构导致SHDI和DIVISION均较低，AI较高。

此外，不同地貌的景观格局特点差异形成了生态风险的不同。如峰丛峡谷的掌布镇，峡谷地貌使其生态环境难以开发利用。同时该镇人口密度仅为69人·km^-2，低人口密度导致人类对生态环境的压力较小，不需要进行强烈改造利用，大量林地被保留下来，使得景观的破碎度和脆弱性较低，进而景观生态风险整体较低。然而，喀斯特中山地貌的石门乡，坡高谷深，加之人口密度较高（136人·km^-2），由于人类生存和发展需要，生态环境被过度开发利用，大量灌草丛和林地被开发成耕地、建设用地，同时受脆弱生态环境影响，水土流失严重，大量未利用地（裸地）出现，加之由于坡顶地区难以开发，仅保留了小部分林地和灌草丛。因此形成了各景观类型的复杂交错分布格局，破碎化严重，从而导致该区景观生态风险较高。

针对以上问题，为降低景观生态风险，对4个不同地貌的乡村景观优化提出以下建议：（1）喀斯特中山地貌的石门乡应重点加快退耕还林、还草工程实施，加速坡耕地向林地和灌草丛转移，并重点保护坡顶原有景观，加大石漠化治理，减少未利用地面积；（2）峰丛洼地的宗地镇应重点控制洼地的耕地扩张，确定扩张边界红线，保护峰丛原有景观，形成以灌草丛和林地为主的景观类型，同时减少南部地区未利用地（裸地为主）的面积；（3）低山丘陵的周覃镇应重点减弱耕地对周边林地和灌草丛的干扰，对耕地周边山体的景观（如林地）应重点保护，控制建设用地扩张，加强建设用地的节约集约利用；（4）峰丛峡谷的掌布镇应沿掌布河构建生态景观廊道，尤其是南部地区，减少耕地和建设用地等人为景观面积。

本研究从横向角度比较了不同地貌的乡村景观格局及生态风险特征，这对喀斯特贫困乡村的景观管理规划具有重要意义。值得注意的是，由于人类活动强度在不同历史时期存在差异，导致不同时期乡村景观格局及其生态风险有所不同。然而，本研究尚未进行不同历史时期的相关研究，这将是未来研究的重要方向之一。

4 结论

（1）耕地、林地和灌草丛在4不同地貌乡镇的景观中占主要地位。掌布镇的林地、宗地镇的灌草丛、石门乡的耕地是各自区域的优势景观。

（2）喀斯特中山地貌的石门乡景观破碎度高于其他乡镇，峰丛洼地地貌的宗地镇景观形状不规则性较强，低山丘陵地貌的周覃镇景观破碎度较低。

（3）喀斯特中山地貌的石门乡景观分布分散，连通性不高，抗干扰度低，呈异质化发展；而峰丛峡谷地貌的掌布镇优势景观突出，景观集中度较高，呈同质化发展。

（4）峰丛峡谷地貌的掌布镇和低山丘陵地貌的周覃镇景观生态风险整体较低，而喀斯特中山地貌的石门乡及峰丛洼地地貌的宗地镇景观生态风险相对较高。