渭干河-庫(kù)車(chē)河綠洲景觀生態(tài)安全時(shí)空分異及格局優(yōu)化

何珍珍,王宏衛(wèi),*,楊勝天,方 斌,張兆勇,劉香云

1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830046 2 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046 3 北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院環(huán)境遙感與數(shù)字城市北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875 4 南京師范大學(xué)新型城鎮(zhèn)化與土地問(wèn)題研究中心, 南京 210023

自1989年國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所提出生態(tài)安全這一概念以來(lái),生態(tài)安全研究引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注,成為生態(tài)學(xué)和可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)[1- 2]。景觀既是自然社會(huì)資源,又是人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)開(kāi)發(fā)的對(duì)象,人類(lèi)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)活動(dòng)主要是在景觀層次上進(jìn)行[3],因此從景觀生態(tài)學(xué)的角度對(duì)區(qū)域生態(tài)安全狀況進(jìn)行量化研究,有利于在大、中尺度上科學(xué)的認(rèn)識(shí)并解釋生態(tài)安全的實(shí)質(zhì)[4]。

近年來(lái),隨著景觀生態(tài)學(xué)理論在生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科的廣泛應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)景觀生態(tài)安全的研究已開(kāi)展了大量的工作,并取得了許多重要成果。研究呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：1)研究尺度更為廣闊[5],主要基于區(qū)域、流域、城鎮(zhèn)地域等[6-8]進(jìn)行研究；2)研究對(duì)象更加多元化[5],涵蓋耕地、草原、濕地等[9-11]；3)研究?jī)?nèi)容趨于多樣化[5],已由簡(jiǎn)單的自然環(huán)境評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)榭紤]經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)整體系統(tǒng)的評(píng)價(jià)[12],許多學(xué)者還對(duì)其評(píng)價(jià)體系、影響因素、生態(tài)安全格局構(gòu)建等做了大量研究[13-15]；4)研究理論及方法更加系統(tǒng)化,主要基于景觀的結(jié)構(gòu)功能、空間配置及各類(lèi)型景觀受到的干擾程度和脆弱性來(lái)衡量區(qū)域生態(tài)安全的程度[16- 17]。目前關(guān)于景觀生態(tài)安全的研究正由變化過(guò)程、影響因素等方面向結(jié)構(gòu)優(yōu)化、空間配置轉(zhuǎn)變,但對(duì)于景觀格局的優(yōu)化,眾多研究重點(diǎn)集中于模型和方法,而缺乏景觀生態(tài)安全與格局優(yōu)化的結(jié)合。

新疆作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū),也是干旱區(qū)重要的資源接替區(qū),受自然條件以及不合理開(kāi)發(fā)利用的影響,生態(tài)環(huán)境脆弱,土壤退化及鹽堿化現(xiàn)象嚴(yán)重[18]。渭-庫(kù)綠洲是新疆典型的荒漠綠洲區(qū),是阿克蘇地區(qū)土地開(kāi)發(fā)利用較早的灌溉區(qū)及新疆重要的產(chǎn)棉區(qū)之一[19]。近20年來(lái),隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)展、人口的增加,對(duì)綠洲開(kāi)發(fā)利用的強(qiáng)度增加,綠洲景觀格局不斷發(fā)生變化。前人對(duì)該綠洲的研究多側(cè)重于綠洲演變過(guò)程、土地鹽漬化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[20-22]等,而對(duì)綠洲景觀生態(tài)安全及格局優(yōu)化研究較為缺乏?；诖?本文運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)理論方法,在充分認(rèn)識(shí)景觀結(jié)構(gòu)及景觀生態(tài)安全的時(shí)空變化特征的基礎(chǔ)上,進(jìn)行格局優(yōu)化,以增強(qiáng)景觀的連通度,為綠洲景觀的空間規(guī)劃及生態(tài)安全保障提供建議和對(duì)策。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

渭-庫(kù)綠洲位于新疆塔里木盆地中北部,地理坐標(biāo)介于81°28′30″—84°05′06″ E,39°29′51″—42°38′01″N之間,海拔1500—2000 m,是一個(gè)典型且完整的山前沖積扇平原綠洲[5]。該綠洲位于中緯度地區(qū),受大陸性干旱氣候的影響,氣溫日差較大,降水稀少,風(fēng)沙頻繁。年均氣溫為10.5—11.4℃,年降水量為50.5—66.5 mm,年均蒸發(fā)量為2000.7—2092.0 mm,屬于典型的大陸性暖溫帶極端干旱氣候,干旱特征顯著。該綠洲主要以發(fā)展農(nóng)業(yè)為主,農(nóng)作物主要有小麥、棉花、玉米、油菜等,工業(yè)基礎(chǔ)較薄弱。(圖1)。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Sketch map of location of study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于1997年8月、2006年7月、2016年8月3期Landsat TM影像(分辨率30 m),研究區(qū)的DEM數(shù)據(jù)(分辨率90 m)源自地理空間數(shù)據(jù)云90 m。依據(jù)全國(guó)土地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合研究區(qū)土地利用/覆蓋類(lèi)型現(xiàn)狀,以ENVI軟件為技術(shù)平臺(tái),利用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi),將研究區(qū)劃分為水域、耕地、林草地、城鎮(zhèn)用地、鹽堿地和其他未利用地共6類(lèi),結(jié)合研究區(qū)的地形圖及GoogleEarth并通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)土地利用類(lèi)型進(jìn)行精度驗(yàn)證,3個(gè)時(shí)期的土地利用/覆蓋解譯結(jié)果的總體精度均在85%以上,滿(mǎn)足研究需要。

2 研究方法

2.1 景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型

景觀干擾度指數(shù)與脆弱度指數(shù)是衡量景觀生態(tài)環(huán)境的因果指標(biāo)[14]。本文以干擾度指數(shù)和脆弱度指數(shù)構(gòu)建渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型[4]。

2.1.1景觀干擾度指數(shù)

景觀干擾度指數(shù)是表征景觀生態(tài)環(huán)境受到自然、人為活動(dòng)的影響程度,可以用景觀指數(shù)中破碎度、分離度與優(yōu)勢(shì)度反映[23]。其公式為：

Ei=aCi+bSi+cDi

式中,Ei為景觀干擾度指數(shù)；Ci為景觀破碎度指數(shù)；Si為景觀分離度指數(shù)；Di為景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)；a,b,c,分別為破碎度、分離度和優(yōu)勢(shì)度的權(quán)重,借鑒前人的相關(guān)研究成果[14- 15]并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況,對(duì)破碎度、分離度和優(yōu)勢(shì)度分別賦以權(quán)重0.5、0.3和0.2。

2.1.2景觀脆弱度指數(shù)

景觀脆弱度指數(shù)(Fi)是衡量各類(lèi)型景觀抵御自然和人類(lèi)干擾的能力,反映景觀對(duì)外界干擾的敏感程度[14]。區(qū)域景觀脆弱度指數(shù)越大,表明該區(qū)域抗干擾能力越弱,生態(tài)系統(tǒng)越容易受損；反之,景觀脆弱度指數(shù)越小,表明景觀越穩(wěn)定[4]。本研究對(duì)研究區(qū)內(nèi)6種景觀的脆弱度采用專(zhuān)家咨詢(xún)法予以確定。研究區(qū)未利用地主要是沙漠、戈壁等景觀,最為敏感,賦值為6；鹽堿地植被覆蓋度低,脆弱度較高,賦值為5；水域在外在干擾下反應(yīng)較為敏感,賦值為4；耕地分布較為集中,不易受影響,賦值為3；林草地抵御干擾能力較強(qiáng),賦值為2；干旱區(qū)綠洲的城鎮(zhèn)用地是該地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)的主體區(qū)域,最穩(wěn)定,賦值為1。將各類(lèi)型景觀賦值進(jìn)行歸一化處理。

2.1.3景觀生態(tài)安全指數(shù)構(gòu)建

本研究借鑒相關(guān)研究成果[24]分別以1、3、5、10 km的粒度劃分采樣單元格,最終對(duì)比發(fā)現(xiàn)5 km的格網(wǎng)可以較為真實(shí)合理的表征渭-庫(kù)綠洲景觀格局變化特征,也不至格網(wǎng)太密集而不能直觀刻畫(huà)空間異質(zhì)性。因此將研究區(qū)劃分為5 km×5 km的單元格,共計(jì)580個(gè)采樣區(qū)。然后計(jì)算每個(gè)采樣區(qū)的景觀綜合生態(tài)安全度,公式為[14]：

式中,LSESk為第k個(gè)格網(wǎng)景觀生態(tài)安全指數(shù)；m為區(qū)域景觀總樣方數(shù)；Aki為網(wǎng)格內(nèi)景觀類(lèi)型i的面積；Ak為評(píng)價(jià)單元k區(qū)的面積。LSESk越大,景觀生態(tài)安全程度越高,反之生態(tài)安全程度低。

2.1.4評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

目前,由于景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),本文根據(jù)已有的研究成果[25-26]并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況,將研究區(qū)景觀生態(tài)安全分為5個(gè)等級(jí),見(jiàn)表1。

表1 渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)

2.2 空間統(tǒng)計(jì)方法

本研究在利用景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型計(jì)算1997、2006和2016的各采樣單元的景觀生態(tài)安全度基礎(chǔ)上,通過(guò)OpenGeoDa軟件計(jì)算空間關(guān)聯(lián)的局部指標(biāo)(LISA,Local Indicators of Spatial Association)和繪制全局Moran散點(diǎn)圖相結(jié)合,進(jìn)行空間自相關(guān)分析。

2.3 最小累積阻力模型

最小累積阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型的公式為[17]：

(3)

式中,MCR是從源j擴(kuò)散到空間某點(diǎn)的最小阻力；f表示MCR與生態(tài)過(guò)程之間的正比關(guān)系；Dij是物種從景觀單元i到生態(tài)源地j的距離；Ri是景觀單元i對(duì)某物種運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)；m是景觀類(lèi)型種類(lèi)數(shù)；n是單元總數(shù)。

2.3.1“源地”的識(shí)別

依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的“源-匯”原理,源景觀具有空間擴(kuò)展性、連續(xù)性,因此源地一般選擇生境質(zhì)量較高,能滿(mǎn)足已有生態(tài)環(huán)境變化過(guò)程的協(xié)調(diào)性,發(fā)揮生態(tài)環(huán)境主要的生態(tài)服務(wù)功能[17]。本文借助ArcGIS空間分析篩選工具,選取面積大于5 km2林草地斑塊及具有空間連續(xù)性、斑塊面積較大的水域作為生態(tài)“源地”[4]。

2.3.2阻力面的建立

生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)需要克服一定的阻力,阻力面的構(gòu)建是最小阻力模型的核心,生態(tài)阻力因子的選取是生態(tài)阻力面構(gòu)建的關(guān)鍵[27]。本文借鑒相關(guān)研究選取生態(tài)安全水平(基于景觀指數(shù))、地形和坡度3個(gè)阻力因子,并對(duì)其進(jìn)行加權(quán)求和獲取阻力表面,生成最小累積阻力面[24]。

2.3.3生態(tài)廊道的識(shí)別

生態(tài)廊道是相鄰生態(tài)源地的鏈接通道,也是兩源地之間的阻力低谷,有利于生態(tài)流在源與源之間及源與基質(zhì)間的流動(dòng)[24]。本研究在最小累積阻力面的基礎(chǔ)上通過(guò)ArcGIS中的Cost Path 工具,生成每?jī)蓚€(gè)生態(tài)源地之間的最小阻力路徑,即生態(tài)廊道。采用ArcGIS中的密度分析工具,將生態(tài)生態(tài)廊道分為關(guān)鍵廊道和輔助廊道[4]。

2.3.4生態(tài)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別

生態(tài)節(jié)點(diǎn)位于生態(tài)廊道最薄弱之處,對(duì)生態(tài)流的聯(lián)系具有控制意義和關(guān)鍵作用[28]。本文借鑒GIS空間分析工具中的水文分析模塊,以最小累積阻力面為基礎(chǔ),提取阻隔生態(tài)流和物種擴(kuò)散的最大閾值,然后矢量化并對(duì)矢量化的線(xiàn)條進(jìn)行平滑處理,獲取阻力面的“山脊線(xiàn)”[4]。通過(guò)柵格計(jì)算,獲取“山脊線(xiàn)”與生態(tài)廊道的交點(diǎn),即生態(tài)節(jié)點(diǎn)。

2.3.5生態(tài)功能分區(qū)

本研究通過(guò)分析最小累計(jì)阻力面柵格空間頻率分布圖結(jié)合相關(guān)研究[29],利用最小累計(jì)阻力值曲線(xiàn)的突變點(diǎn)劃分阻力值區(qū)間,同時(shí)綜合考慮研究區(qū)生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)的空間分布規(guī)律,確定生態(tài)功能區(qū),分別為生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)連通區(qū)、生態(tài)過(guò)度區(qū)和生態(tài)邊緣區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀生態(tài)安全時(shí)空變化

本文基于采樣單元中心點(diǎn)的景觀生態(tài)安全值,采用克里金法進(jìn)行插值,得到1997、2006和2016年研究區(qū)生態(tài)安全時(shí)空分布圖(圖2)。

圖2 渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全值空間分布Fig.2 Spatial distribution of LSES values of the Ugan-Kuqa river oasis in year of 1997,2006 and 2016 LSES:景觀生態(tài)安全,Landscape ecological security

渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全值較高的區(qū)域主要集中在綠洲中部,此區(qū)域內(nèi)的景觀大多為耕地、林草地和水域；景觀生態(tài)安全值低的區(qū)域主要分布在綠洲西部和東部,此區(qū)域主要是鹽堿地及戈壁、荒漠等其他未利用地,生態(tài)環(huán)境較為惡劣。1997—2016年渭-庫(kù)綠洲生態(tài)安全度由高到低大體上是從內(nèi)向外擴(kuò)展,空間差異相對(duì)較小,見(jiàn)圖2。

圖3 1997—2016年渭庫(kù)-綠洲景觀生態(tài)安全等級(jí)面積比例時(shí)間變化Fig.3 Change of area ratio of LSES level in Ugan-Kuqa river oasis from 1997 to 2016I：安全級(jí),Secure；II：相對(duì)安全級(jí),Relatively secure；III：臨界安全級(jí),Critically Secure；IV：敏感級(jí),Sensitive；V：風(fēng)險(xiǎn)級(jí),Risky； LSES:景觀生態(tài)安全,Landscape ecological security

為了進(jìn)一步說(shuō)明渭-庫(kù)綠洲生態(tài)安全的時(shí)間變化特征,在1997、2006、2016渭-庫(kù)綠洲生態(tài)安全克里金插值的基礎(chǔ)上,計(jì)算綠洲景觀生態(tài)安全個(gè)等級(jí)占總面積的比例,并繪制面積百分比柱狀圖,結(jié)果見(jiàn)圖3。

1997—2006年間渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全區(qū)域面積由0.45%減少到0.34%,相對(duì)安全區(qū)域面積比例由18.12%增加至30.19%,臨界安全區(qū)域、敏感區(qū)域、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積比例有所下降。主要由于這一時(shí)期該綠洲土地利用的重點(diǎn)是土地荒漠化的整治及大規(guī)模土地開(kāi)墾,大量的林草地開(kāi)墾為耕地,景觀破碎化較為嚴(yán)重。2006—2016年間研究區(qū)景觀生態(tài)安全區(qū)域、相對(duì)安全區(qū)域面積比例都呈上升趨勢(shì),這期間,水域面積由150.54 km2減少到130.36 km2,呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì),林草地面積由2775.81 km2增加至2884.20 km2,其中由耕地轉(zhuǎn)化成林草地的面積為622.88 km2。由此可說(shuō)明2006年以來(lái)渭-庫(kù)綠洲節(jié)水滴灌模式的不斷普及土地利用模式的轉(zhuǎn)變、“退耕還林還草”工作的進(jìn)一步落實(shí),使得研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到改善[30]。

3.2 景觀生態(tài)安全指數(shù)空間自相關(guān)分析

運(yùn)用Geoda軟件,計(jì)算1997年、2006年及2016年3個(gè)不同時(shí)空尺度下渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全度的Moran′s I值,結(jié)合3期綠洲景觀生態(tài)安全值的散點(diǎn)圖及LISA分布圖(z檢驗(yàn)P<0.05),分析該時(shí)期整個(gè)綠洲景觀生態(tài)安全度的空間分布特征(圖4)。

圖4 1997、2006、2016年渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全度Moran′I散點(diǎn)圖Fig.4 Moran′I scatterplot of landscape ecological security degrees in Ugan-Kuqa river oasis in 1997,2006 and 2016H-H：高-高,High-High；L-H：低-高,Low-High；L-L：低-低,Low-Low；H-L：高-低,High-Low

1997年、2006年和2016年的Moran′I值分別為0.6479、0.7049、0.6587,3個(gè)時(shí)期的Moran′I值均為正值且通過(guò)P=0.05的顯著性檢驗(yàn),散點(diǎn)主要集中分布在第一象限(High-High)和第三象限(Low-Low),大部分分布在回歸線(xiàn)附近。說(shuō)明研究區(qū)域景觀生態(tài)安全度在空間上呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系且空間全局集聚效應(yīng)比較顯著。對(duì)比研究區(qū)3期Moran′I散點(diǎn)圖可知,第一象限(High-High)內(nèi)的樣本單元生態(tài)安全值差距較小,散點(diǎn)較集中,即高安全區(qū)域內(nèi)部差異較?。坏谌笙?Low-Low)內(nèi)的樣本單元生態(tài)安全值差距較大,散點(diǎn)較分散,即低生態(tài)安全區(qū)域內(nèi)部差異較大；第二象限(Low-High)內(nèi)的散點(diǎn)低高離群現(xiàn)象較明顯,第四象限(High-Low)內(nèi)的散點(diǎn)較少且高低離群程度較低。

通過(guò)對(duì)LISA指數(shù)進(jìn)行分析可知(圖5),1997—2016年景觀生態(tài)安全分布的熱點(diǎn)(High-High)區(qū)域和冷點(diǎn)(Low-Low)區(qū)域呈現(xiàn)出顯著的空間集群特征。熱點(diǎn)區(qū)域主要集中分布于渭-庫(kù)綠洲中部及西南地區(qū),形成高生態(tài)安全度的區(qū)域,由于此區(qū)域的景觀類(lèi)型主要是大面積的林草地及水域,結(jié)然力克水庫(kù)、帕滿(mǎn)水庫(kù)及塔里木河中游部分地段位于該區(qū)域,提供充沛水源,生態(tài)環(huán)境較好；冷點(diǎn)區(qū)域主要集中于綠洲的西部與東部此區(qū)域主要以鹽堿地、其他未利用地(戈壁、荒漠等)景觀類(lèi)型為主[4]。1997—2006年期間,由于綠洲中部農(nóng)區(qū)不斷進(jìn)行小規(guī)模的開(kāi)荒,加之綠洲農(nóng)業(yè)用水的灌溉方式主要以大水漫灌為主,使區(qū)域資源環(huán)境承載力出現(xiàn)超載現(xiàn)象,景觀生態(tài)安全度H-H區(qū)面積比例有所下降[21,31]。到2016年,綠洲熱點(diǎn)區(qū)域面積比例上升至17.89%,冷點(diǎn)區(qū)域面積比例下降至11.90%,其中355.25 km2鹽堿地轉(zhuǎn)化為耕地及林草地；其他未利用地面積減少了581.85 km2,表明在政府主導(dǎo)、政策扶持和全民生態(tài)保護(hù)意識(shí)的逐年提高的情況下,綠洲防沙治堿工作卓有成效,綠洲生態(tài)向好發(fā)展。

圖5 1997—2016年渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全值LISA指數(shù)空間分布圖Fig.5 LISA cluster map of landscape ecological security in Ugan-Kuqa river oasis from 1997 to 2016LISA：局部空間關(guān)聯(lián)指數(shù),Local Indicators of Spatial Association

3.3 景觀生態(tài)格局優(yōu)化

3.3.1生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

圖6 渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全格局 Fig.6 Landscape ecological security pattern of the Ugan-Kuqa river oasis

生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的目標(biāo)是通過(guò)調(diào)整優(yōu)化景觀組分的空間分布,使區(qū)域生態(tài)格局更為合理,生態(tài)環(huán)境更加健康。本文以采用MCR模型,識(shí)別生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)并劃分生態(tài)功能區(qū),形成渭-庫(kù)綠洲生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)(圖6)。

本研究選取面積大于5 km2林草地斑塊及具有空間連續(xù)性、面積較大的水域斑塊作為生態(tài)源地,共有17塊,面積為1168.59 km2,占總面積的12.76%；渭-庫(kù)綠洲生態(tài)廊道貫穿整個(gè)研究區(qū),其中關(guān)鍵廊道連接絕大多數(shù)生態(tài)源地,由此成為生態(tài)流運(yùn)行的主要通道；輔助廊道主要作用是保障關(guān)鍵廊道生態(tài)功能的發(fā)揮及增加生態(tài)流運(yùn)行和物種擴(kuò)散的通道；渭-庫(kù)綠洲生態(tài)節(jié)點(diǎn)共36個(gè),多分布在北部區(qū)域,處于人類(lèi)主要活動(dòng)范圍之內(nèi),是生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)保護(hù)和加強(qiáng)管理的區(qū)域；本研究劃分的生態(tài)緩沖區(qū),占綠洲總面積的39.96%,大部分生態(tài)源地分布于其中,阻力水平較低,作為生態(tài)源地的保護(hù)屏障,是生態(tài)源地?cái)U(kuò)展和演替的潛在區(qū)域；生態(tài)連通區(qū),占總面積的34.91%,由于此區(qū)域能夠連接相距較遠(yuǎn)的源地,但對(duì)于物種擴(kuò)散的阻力隨之增加,不太適宜源地的發(fā)展；生態(tài)過(guò)渡區(qū),占總面積的16.32%,主要位于綠洲與荒漠的過(guò)渡地帶,土地鹽漬化較嚴(yán)重,生態(tài)阻力值較高,生態(tài)環(huán)境較脆弱；生態(tài)邊緣區(qū),占綠洲總面積的8.81%,主要為其他未利用地(戈壁、沙漠等),生態(tài)環(huán)境較差,阻力值達(dá)到最大,對(duì)生態(tài)流運(yùn)行及物種擴(kuò)散具有阻礙作用。

3.3.2景觀格局優(yōu)化方案

基于生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,對(duì)渭-庫(kù)綠洲生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)提出保護(hù)策略。

1)保護(hù)生態(tài)源地。綠洲生態(tài)源地主要由水域及林草地構(gòu)成,生態(tài)源地周?chē)歉胤植驾^集中的區(qū)域,而渭-庫(kù)綠洲主要以發(fā)展農(nóng)業(yè)為主[19],應(yīng)當(dāng)防止耕地?cái)U(kuò)張對(duì)生態(tài)源地的侵占；調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè),加強(qiáng)防護(hù)林建設(shè)。

2)建設(shè)生態(tài)廊道。為增強(qiáng)廊道的生態(tài)效應(yīng),綠洲生態(tài)廊道需要有重點(diǎn)、分層次的規(guī)劃建設(shè),增加綠洲關(guān)鍵廊道上的林草地面積,提升關(guān)鍵廊道的連通性,綠洲輔助廊道數(shù)量較多,長(zhǎng)度較短,但能夠?qū)⑽磁c關(guān)鍵廊道連接的源地與其他源地相連接,保障生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)的完整性,在規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)避免人為干擾切斷輔助廊道、孤立生態(tài)源地[4]。

3)修復(fù)生態(tài)節(jié)點(diǎn)。分布在耕地、建設(shè)用地區(qū)域的生態(tài)節(jié)點(diǎn),受人類(lèi)干擾程度較大,可以通過(guò)退耕還林還草和人口外遷進(jìn)行生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)；處于荒漠與綠洲過(guò)度地帶的生態(tài)節(jié)點(diǎn),可以通過(guò)種植耐旱植被,低覆蓋灌木、草地構(gòu)建。

4)劃分生態(tài)功能區(qū)

綠洲生態(tài)緩沖區(qū)主要是生態(tài)源地及農(nóng)業(yè)用地的集中區(qū)域,也是生態(tài)安全值較高的區(qū)域,應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為主,嚴(yán)格控制墾荒規(guī)模及水資源的開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度[4]；生態(tài)連通區(qū)域內(nèi)分布少量的生態(tài)源地斑塊及耕地斑塊,連接遠(yuǎn)距離的源地,為保障生態(tài)緩沖區(qū)生態(tài)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)注重土壤鹽漬化和沙化現(xiàn)象；生態(tài)過(guò)渡區(qū)土壤鹽漬化較嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境較脆弱,應(yīng)以生態(tài)修復(fù)為主,對(duì)區(qū)域內(nèi)破碎度較高的耕地進(jìn)行退耕還林草,加強(qiáng)水利工程、排水排鹽等生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)[4]；生態(tài)邊緣區(qū)景觀類(lèi)型主要以荒漠和戈壁為主,土地沙化較嚴(yán)重,應(yīng)在風(fēng)沙地帶大范圍種植喬、灌、草相結(jié)合的抗旱復(fù)合防護(hù)植被,完善綠洲防護(hù)林體系。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本文運(yùn)用景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)構(gòu)建渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型,分析綠洲景觀生態(tài)安全度時(shí)空分異特征,結(jié)合生態(tài)學(xué)理論與GIS技術(shù),通過(guò)MCR模型,構(gòu)建綠洲生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò),主要結(jié)論如下：

(1)1997—2016年,渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全區(qū)域面積比例先減少后增加,相對(duì)安全區(qū)域面積比例不斷增加,臨界安全、敏感和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積比例不斷減??；總體上,渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全度由高到低呈內(nèi)向外擴(kuò)展的態(tài)勢(shì)。

(2)1997—2016年,渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全空間分異特征顯著,全局自相關(guān)值Moran′s I值分別為0.6479、0.7049、0.6587,呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,空間集聚效應(yīng)比較顯著；局部空間自相關(guān)集聚主要以高-高聚集和低-低聚集類(lèi)型為主,高-高值主要集中分布于渭-庫(kù)綠洲中部及西南地區(qū),低-低值主要分布于綠洲的西部與東部。

(3)渭-庫(kù)綠洲生態(tài)源地主要分布在綠洲的北部及南部,占總面積的12.76%；綠洲生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)基本遍及整個(gè)研究區(qū),關(guān)鍵廊道連接了絕大多數(shù)的綠洲生態(tài)源地,輔助廊道主要是連接沒(méi)有與關(guān)鍵廊道連接的源地之間的通道；生態(tài)節(jié)點(diǎn)位于生態(tài)廊道最薄弱處,共有36個(gè)；綠洲的生態(tài)功能區(qū)有：生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)連通區(qū)、生態(tài)過(guò)渡區(qū)和生態(tài)邊緣區(qū)。渭-庫(kù)綠洲景觀生態(tài)安全格局的建設(shè)以保護(hù)現(xiàn)有的生態(tài)源地為主,有重點(diǎn)、分層次的規(guī)劃建設(shè)生態(tài)廊道,并不斷維護(hù)和修復(fù)生態(tài)節(jié)點(diǎn)和生態(tài)功能區(qū)。

4.2 討論

本研究通過(guò)構(gòu)建景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型,分析渭-庫(kù)綠洲的生態(tài)安全時(shí)空動(dòng)態(tài)變化,利用最小阻力模型,將水域和林草地作為生態(tài)源地,基于綠洲生態(tài)安全水平、地形和坡度構(gòu)建累計(jì)阻力表面和耗費(fèi)距離,明確了綠洲生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了綠洲區(qū)域生態(tài)安全時(shí)空動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與優(yōu)化相結(jié)合。對(duì)于我國(guó)西北干旱區(qū)綠洲來(lái)說(shuō),生態(tài)脆弱性及水資源短缺是其共性,對(duì)其進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)具有重要意義[32]。陳亞寧等[33]研究指出水是綠洲生存的基礎(chǔ),是維持干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定及改善生態(tài)環(huán)境的重要基石。隨著引水、蓄水、灌溉與排水等工程的相繼投入運(yùn)行有效降低了地下水位,渭-庫(kù)綠洲部分地區(qū)鹽漬化得到改善,同時(shí)保障了農(nóng)業(yè)用地的連續(xù)灌溉[19],水資源利用趨于合理,生態(tài)環(huán)境有所改善。

此外,本研究利用景觀指數(shù)構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型,從景觀空間結(jié)構(gòu)角度來(lái)分析綠洲生態(tài)安全時(shí)空變化情況,沒(méi)有考慮綠洲的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,所得結(jié)果具有相對(duì)性；其次,由于數(shù)據(jù)及方法的限制,本文構(gòu)建最小累計(jì)阻力面時(shí),只是基于景觀生態(tài)安全度、地形、坡度3個(gè)因子獲取阻力表面,因此阻力面的模擬效果可能略顯不足。