“三生空間”視角下萬州區(qū)景觀生態(tài)安全評價(jià)及其耦合特征分析

劉順鑫, 黃 云

(西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715)

生態(tài)安全是指區(qū)域生存和發(fā)展所需的生態(tài)環(huán)境處于不受或少受破壞與威脅的狀態(tài)[1]，是評估生態(tài)系統(tǒng)健康性的重要指標(biāo)之一。景觀是人類活動(dòng)在資源開發(fā)和環(huán)境改造利用過程中的主要對象，是評估生態(tài)環(huán)境影響的研究尺度[2]。近年來，隨著景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展，一些學(xué)者從景觀尺度出發(fā)，通過研究景觀格局的變化及演替規(guī)律來獲知地區(qū)生態(tài)空間結(jié)構(gòu)的變化特點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)對地區(qū)的生態(tài)安全進(jìn)行定量的綜合評估[3]，不少學(xué)者取得了積極的探索[4-6]，景觀生態(tài)學(xué)逐漸成為區(qū)域生態(tài)安全研究的重要方法之一。土地利用/覆被變化是全球環(huán)境變化的重要組成部分，在人類活動(dòng)占優(yōu)的景觀內(nèi)，土地利用的方式和強(qiáng)度的變化將會(huì)對生態(tài)產(chǎn)生區(qū)域性和累積性影響[7]。根據(jù)土地利用主導(dǎo)功能劃分國土空間，促進(jìn)形成生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀的國土空間格局，將會(huì)有效地降低區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)定區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。但當(dāng)前對于三生空間的研究探討還處于初步階段，基于“三生”視角將三生空間理念與區(qū)域生態(tài)安全進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)分析的研究還較為缺乏。

目前，生態(tài)安全已逐漸被視為與國防安全、經(jīng)濟(jì)安全以及糧食安全同等重要的第四大安全體系，是國家安全的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[8]。生態(tài)安全的研究起源于20世紀(jì)90年代，早期研究內(nèi)容只是對生態(tài)安全的概念和理論基礎(chǔ)進(jìn)行簡單介紹[6]，隨著景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用，景觀生態(tài)安全研究取得眾多成果。其中，研究對象主要包括河流流域、湖泊、城鎮(zhèn)、海島、海岸帶等[9-11]，研究尺度以柵格、行政單元、經(jīng)濟(jì)帶等為主，研究指標(biāo)多用破碎度、優(yōu)勢度、分離度、分維數(shù)、多樣性等[12]，研究內(nèi)容包括生態(tài)安全評價(jià)、生態(tài)安全格局、生態(tài)安全影響因素等，研究方法包括GIS空間建模和多種空間分析。總的來說，景觀生態(tài)安全研究正在由簡單的理論研究、動(dòng)態(tài)變化向深層次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、空間關(guān)系轉(zhuǎn)變。

三峽庫區(qū)是指受長江三峽工程影響導(dǎo)致淹沒的地區(qū)，并有移民任務(wù)的20個(gè)縣(市)，區(qū)內(nèi)受水位變化的影響，表現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài)，是典型的生態(tài)脆弱帶[13]。萬州區(qū)地處三峽庫區(qū)核心地帶，承載著三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和移民安穩(wěn)致富的雙重使命[14]。近10年來，隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速發(fā)展，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，給原本就脆弱的生態(tài)環(huán)境造成了重大影響。基于此,本研究以三峽庫區(qū)萬州區(qū)為研究對象,利用ArcGIS，GS+，F(xiàn)ragstats，Geoda等軟件,從“三生空間”視角出發(fā)，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)原理與方法,通過景觀生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算及空間自相關(guān)分析，對萬州區(qū)景觀生態(tài)安全進(jìn)行定量評價(jià)，并引入耦合協(xié)調(diào)度模型，對萬州區(qū)三生空間的景觀生態(tài)安全進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)分析，以期揭示萬州區(qū)生態(tài)安全變化規(guī)律和時(shí)空分布特征,為萬州區(qū)土地資源利用及生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

萬州區(qū)位于長江上游地區(qū)，地處三峽庫區(qū)腹心，是成渝城市群沿江城市帶區(qū)域中心城市，重慶市第二大城市，地處東經(jīng)107°52′22″—108°53′25″, 北緯30°24′25″—31°14′58″,區(qū)域總面積達(dá)3 457 km2，下轄12個(gè)鄉(xiāng)、29個(gè)鎮(zhèn)、11條街道，具有山城和江城雙重特色。境內(nèi)地形復(fù)雜，地貌類型眾多，以低山、丘陵為主，地勢東西高、中部低，整個(gè)區(qū)域平均海拔達(dá)到907 m，最高海拔1 762 m(圖1)。區(qū)內(nèi)河流眾多，共有46條，縱橫分布，高低懸殊，落差大，且呈枝狀分布，均屬長江水系，長江過境長度達(dá)83.4 km。由于受三峽庫區(qū)蓄水的影響，萬州區(qū)土壤侵蝕和水土流失問題嚴(yán)重，消落帶面積日益增大，是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，景觀生態(tài)安全受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

研究涉及數(shù)據(jù)主要包括2009年、2013年和2018年萬州區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，其中，DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，空間分辨率為30 m；土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于萬州區(qū)土地利用變更數(shù)據(jù)庫。本研究根據(jù)最新《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017)與研究區(qū)土地利用特點(diǎn)，參考陳仙春[15]、張紅旗[16]等關(guān)于“三生空間”的研究，以土地利用主導(dǎo)功能為依據(jù)，將土地利用分類系統(tǒng)分為9個(gè)二級土地利用空間，分別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、工礦生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間、農(nóng)村生活空間、其他生活空間、林地生態(tài)空間、牧草生態(tài)空間、水域生態(tài)空間和其他生態(tài)空間(表1)。

1.3 研究方法

1.3.1 評價(jià)單元?jiǎng)澐?為了將景觀生態(tài)安全指數(shù)進(jìn)行可視化表達(dá)，從空間上更直觀地分析萬州區(qū)生態(tài)安全值的變化情況，借鑒已有研究和研究區(qū)實(shí)際情況，利用ArcGIS 10.6中的漁網(wǎng)工具，根據(jù)景觀斑塊平均面積的2～5倍進(jìn)行等間距系統(tǒng)采樣，劃分成2 km×2 km的單元網(wǎng)格即評價(jià)單元，共得到957個(gè)評價(jià)單元。利用Fragstats 4.2軟件分別計(jì)算每一評價(jià)單元的生態(tài)安全指數(shù)值，以此作為評價(jià)單元中心點(diǎn)的生態(tài)安全水平。

圖1 萬州區(qū)高程

表1 土地利用主導(dǎo)功能分類

1.3.2 景觀生態(tài)安全評價(jià)模型構(gòu)建 景觀格局反映了人類對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響方式和程度，是揭示區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)狀況及空間變異的有效手段[17]，景觀格局指數(shù)則對景觀格局的分布與組成進(jìn)行定量化描述，其中景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)常用來衡量景觀生態(tài)環(huán)境的因果關(guān)系[18]?；诖耍狙芯吭谝延醒芯康幕A(chǔ)上，充分結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，從景觀格局出發(fā)，選取干擾度指數(shù)和脆弱度指數(shù)構(gòu)建景觀生態(tài)安全評價(jià)模型[4，19]，計(jì)算公式為：

(1)

LDIi=aCi+bHi+cFi

(2)

(3)

式中：ESIk為第k個(gè)評價(jià)單元的景觀生態(tài)安全指數(shù)；LDIi為景觀干擾度指數(shù)；LVIi為景觀脆弱度指數(shù)；m為各單元內(nèi)的景觀類型的數(shù)量；k為評價(jià)單元的個(gè)數(shù)；Aki為第k個(gè)評價(jià)單元i類景觀類型的面積；Ak為第k個(gè)評價(jià)單元的總面積；Ci為景觀破碎度；Hi為多樣性指數(shù)；Fi為分維數(shù)；Ni為景觀類型i的斑塊個(gè)數(shù)；Ai為景觀類型i的面積；Pi為景觀類型i的周長；Mi為景觀類型i占總面積的比重；a，b，c分別是破碎度、多樣性、分維數(shù)的權(quán)重，a+b+c=1，參考前人研究成果，分別賦值為a=0.5，b=0.3，c=0.2。

景觀脆弱度指數(shù)的大小與生態(tài)系統(tǒng)對外部干擾時(shí)的抵御強(qiáng)度有關(guān)，抵御強(qiáng)度越大，則受干擾程度越小，生態(tài)脆弱度也越小，表明生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際狀況，并參考其他相關(guān)研究，采用專家打分法，將研究區(qū)各土地利用類型的脆弱性由低到高排列：城鎮(zhèn)生活空間、農(nóng)村生活空間、其他生活空間、林地生態(tài)空間、牧草地生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、水域生態(tài)空間、工礦生產(chǎn)空間、其他生態(tài)空間，經(jīng)歸一化得到各自景觀脆弱指數(shù)。

1.3.3 耦合協(xié)調(diào)度模型構(gòu)建 在三生視角下，區(qū)域生態(tài)安全由3部分組成，即生產(chǎn)空間生態(tài)安全、生活空間生態(tài)安全和生態(tài)空間生態(tài)安全，各空間存在著相互影響、相互制約的耦合關(guān)系?；诖?，本研究引入物理學(xué)中的耦合協(xié)調(diào)度模型，用耦合度來表示三生空間景觀生態(tài)安全的相互作用水平，用協(xié)調(diào)度來表示三者間的綜合協(xié)調(diào)發(fā)展情況，從而探討三生空間景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系在不同時(shí)段上的空間分布狀況和演變規(guī)律特征。計(jì)算公式如下[20]：

(4)

T=αV1+βV2+γV3

(5)

(6)

(7)

T1=αV1+βV2，T2=αV1+γV3，

T3=βV2+γV3

(8)

(9)

1.3.4 地統(tǒng)計(jì)分析

(1) 空間自相關(guān)分析?？臻g自相關(guān)分析是用來檢驗(yàn)?zāi)承┛臻g變量在特定位置的屬性值是否與鄰近位置的屬性值顯著相關(guān)的算法，可以分為全局空間自相關(guān)與局部空間自相關(guān)[21]。本研究利用GeoDa 5.1軟件，選用Moran′sI指數(shù)來表示景觀生態(tài)安全值在整體上的集聚狀況，選用局部空間關(guān)聯(lián)指標(biāo)(LISA)來度量某一評價(jià)單元生態(tài)安全值與周邊地區(qū)生態(tài)安全值的空間集聚程度。

(2) 半變異函數(shù)分析。景觀生態(tài)安全指數(shù)在空間分布上具有結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性，是一種典型的空間變量[22]，其空間異質(zhì)性可利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的半變異函數(shù)進(jìn)行度量，以此分析不同距離下景觀生態(tài)安全值的變化。基于此，本研究采用GS+7.0軟件進(jìn)行半變異函數(shù)擬合，并建立擬合模型，通過比較選擇最優(yōu)擬合模型，然后借助ArcGIS 10.6空間分析工具進(jìn)行普通克里金插值，從而實(shí)現(xiàn)研究區(qū)2009—2018年景觀生態(tài)安全數(shù)值空間化。

2 結(jié)果與分析

2.1 “三生空間”土地利用類型演變

從萬州區(qū)2009年、2013年和2018年各土地利用類型面積(表2)來看：2009—2018年，萬州區(qū)以林地生態(tài)空間為主，占總面積的39%以上，其次是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，占總面積的38%以上，兩者共同占總面積的77%左右，構(gòu)成萬州區(qū)的主要土地利用類型。從各地類面積增減變化來看，生活空間中除農(nóng)村生活空間在不斷縮小外，城鎮(zhèn)生活空間和其他生活空間都在迅速擴(kuò)張，特別是其他生活空間的面積由2009年的8.48 km2增至2018年的16.26 km2，增加了7.78 km2，增幅高達(dá)91.76%。生產(chǎn)空間中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間在不斷縮小，減少了16.29 km2，工礦生產(chǎn)空間面積總量最少，僅有4 km2左右，從2009—2018年面積有小幅度增加，共增加了0.6 km2，增幅達(dá)13.68%左右。生態(tài)空間各地類面積均在減少，其中水域生態(tài)空間減少的最多，減少了2.82 km2，林地生態(tài)空間面積呈現(xiàn)先減后增的趨勢，牧草地生態(tài)空間則是先增后減的趨勢。據(jù)研究，這是由于近幾年來萬州區(qū)為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不斷增加交通用地面積，從而改善交通環(huán)境，減少運(yùn)輸距離和成本，其他生活空間的面積也由此增加。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然加快城市化的進(jìn)程，許多農(nóng)村居民為了得到更好的生活環(huán)境，不斷向城市轉(zhuǎn)移，城市向外擴(kuò)張占用農(nóng)業(yè)用地，從而導(dǎo)致城鎮(zhèn)生活空間擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間縮小。

表2 2009-2018年各土地利用類型面積及占比

2.2 景觀生態(tài)安全時(shí)空變化

根據(jù)公式(1)計(jì)算每個(gè)評價(jià)單元的景觀生態(tài)安全指數(shù)，并對各評價(jià)單元進(jìn)行克里金插值，先采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分類，再人為進(jìn)行細(xì)微調(diào)整閾值，將景觀生態(tài)安全指數(shù)劃分為5 個(gè)等級:1級(00.710)，以此得到萬州區(qū)景觀生態(tài)安全等級分布圖(圖2)和景觀生態(tài)安全等級面積統(tǒng)計(jì)表(表3)。

圖2 景觀生態(tài)安全等級分布

表3 2009-2018年景觀生態(tài)安全等級面積及占比

萬州區(qū)的景觀生態(tài)安全整體處于較高水平，2009年景觀生態(tài)安全值介于0.52～0.94，平均值為0.714；2013年、2018年景觀生態(tài)安全值均介于0.52～0.96，平均值分別為0.63，0.74，可以看出，萬州區(qū)景觀生態(tài)安全指數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢，但2013年空間分布差異較大。由表3可見，研究區(qū)不安全區(qū)和較不安全區(qū)面積占比在58%以上，超過了中等安全及以上等級區(qū)的面積，其中，較不安全區(qū)一直是研究區(qū)生態(tài)安全的主要類型，且面積持續(xù)增加，說明研究區(qū)景觀生態(tài)安全整體上還有待提高。各等級間的面積變化也較為顯著，不安全區(qū)面積持續(xù)下降，從2009—2018年，下降了約56.5 km2，中等安全區(qū)面積波動(dòng)下降，較安全區(qū)面積波動(dòng)上升，較不安全與安全區(qū)面積持續(xù)上升，其中安全區(qū)面積變化幅度最大，約為32%，增加了22.61 km2左右，表明研究區(qū)生態(tài)環(huán)境在不斷改善，生態(tài)安全狀況在朝著好的方向改變。

在空間分布上，研究區(qū)景觀生態(tài)安全分布具有明顯的規(guī)律性和異質(zhì)性特征，由圖2可知，總體上呈現(xiàn)中部高、東北—西南低的空間分布特征。安全區(qū)分布較為集中，2009年主要分布在城鎮(zhèn)中心，隨著城鎮(zhèn)化的擴(kuò)張，到2018年分布范圍明顯擴(kuò)大，逐步向北部擴(kuò)張，呈現(xiàn)出明顯的“L”型分布，這是因?yàn)樵搮^(qū)是萬州區(qū)的城市中心，以建設(shè)用地為主，土地利用類型較為穩(wěn)定，不易受環(huán)境變化和人類活動(dòng)的影響而發(fā)生改變，城市擴(kuò)張導(dǎo)致建設(shè)用地面積擴(kuò)大，從而景觀生態(tài)安全區(qū)的面積隨之增加。較安全區(qū)分布較為分散，一部分主要分布在安全區(qū)附近，即城市郊區(qū)；另一部分主要分布在海拔較高的山地地區(qū)，周圍圍繞著中等安全區(qū)，主要山脈包括開梁山、鐵峰山、大山、七曜山等，多呈西南—東北走向，景觀類型較為單一，人為擾動(dòng)較少，因此生態(tài)環(huán)境良好。不安全區(qū)主要沿長江流域分布，呈現(xiàn)3大片區(qū)，分別位于東北部、西部和西南部，其中分布面積最大的片區(qū)是西南部，主要包括甘寧鎮(zhèn)、響水鎮(zhèn)、龍沙鎮(zhèn)、分水鎮(zhèn)、瀼渡鎮(zhèn)等地區(qū)，其中，龍沙鎮(zhèn)的不安全區(qū)面積從2009—2018年在明顯減少，生態(tài)環(huán)境逐步改善，這主要得益于近年來龍沙鎮(zhèn)結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力引進(jìn)農(nóng)業(yè)企業(yè)，積極打造柑橘產(chǎn)業(yè)園區(qū)、花海觀景區(qū)、優(yōu)質(zhì)糧油示范區(qū)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、機(jī)械化、生態(tài)化，美麗鄉(xiāng)村建設(shè)效果顯著。較不安全區(qū)大致分布在不安全區(qū)周圍，以不安全區(qū)為中心向外擴(kuò)散，該區(qū)以低山、丘陵為主，景觀破碎，人類活動(dòng)頻繁，破壞強(qiáng)度大。

2.3 景觀生態(tài)安全地統(tǒng)計(jì)分析

2.3.1 空間自相關(guān)分析 空間自相關(guān)分析可以度量某一變量在空間上是否與其鄰近位置的變量相關(guān)，在此基礎(chǔ)上的局部自相關(guān)則能進(jìn)一步體現(xiàn)集聚特征。本研究利用GeoDa 5.1軟件，以2009年、2013年、2018年萬州區(qū)景觀生態(tài)安全指數(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算得出：在2 km尺度下，2009年、2013年和2018年的Moran′I值分別為0.408，0.413，0.420，均大于0，且通過p=0.05水平的顯著檢驗(yàn)，說明研究區(qū)景觀生態(tài)安全在空間上存在正相關(guān)關(guān)系，空間分布具有集聚特征。3個(gè)時(shí)期的Moran′I值雖然變化不大，但整體呈上升趨勢，說明空間自相關(guān)關(guān)系有小幅度提升，空間趨同性逐漸增強(qiáng)。在象限分布上，大部分樣本單元位于第一、第三象限，屬于“高—高”和“低—低”生態(tài)安全聚集模式，其中，第一象限內(nèi)的樣本單元生態(tài)安全值差距較大，散點(diǎn)分布較分散，即高安全區(qū)域內(nèi)部差異較大。這與城市發(fā)展有關(guān)，一方面城市向外擴(kuò)張?jiān)黾恿私ㄔO(shè)用地面積，建設(shè)用地穩(wěn)定且不易發(fā)生改變，整體上提高了景觀生態(tài)安全；另一方面，為了改善城市內(nèi)部環(huán)境，綠化用地面積也相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致城市內(nèi)部景觀生態(tài)安全差異增大。

為了進(jìn)一步分析萬州區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的局部空間相關(guān)性，以LISA作為度量，根據(jù)GeoDa 5.1軟件運(yùn)算得出萬州區(qū)景觀生態(tài)安全LISA聚集圖(圖3)。從圖3可以看出：2009—2018年萬州區(qū)景觀生態(tài)安全高—高值區(qū)域和低—低值區(qū)域存在顯著的空間集聚特征，高—低值、低—高值則零星分布。高—高值區(qū)域和低—低值區(qū)域的分布范圍與景觀生態(tài)安全等級中的安全區(qū)、不安全區(qū)空間分布具有較高的一致性，高—高值區(qū)域主要集中分布于城鎮(zhèn)中心和高海拔的景觀生態(tài)安全區(qū)，低—低值區(qū)域集中分布于具有河流的甘寧鎮(zhèn)、響水鎮(zhèn)、龍沙鎮(zhèn)等景觀生態(tài)不安全區(qū)。從格網(wǎng)數(shù)目來看，2009—2018年高—高值與低—低值的格網(wǎng)數(shù)目遠(yuǎn)大于高—低值與低—高值的格網(wǎng)數(shù)目，這說明研究區(qū)景觀生態(tài)安全分布以高—高集聚和低—低集聚類型為主，低—高集聚和高—低集聚分布現(xiàn)象不明顯。

圖3 景觀生態(tài)安全LISA聚集

2.3.2 半變異函數(shù)分析 為了探討研究區(qū)景觀生態(tài)安全的時(shí)間分異特征，本研究借助GS+7.0軟件，引入地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的半變異函數(shù)，對研究區(qū)生態(tài)安全評價(jià)指數(shù)進(jìn)行半變異函數(shù)模型擬合，結(jié)果見表4，通過對4個(gè)模型結(jié)果進(jìn)行比對，可以看出：2009年高斯模型擬合效果最佳，決定系數(shù)為0.89，2013年和2018年最佳擬合模型均為線性模型，決定系數(shù)分別為0.945，0.943，擬合效果均較好。2009年、2013年、2018年基臺(tái)值持續(xù)增加，分別為0.003，0.014 8，0.016，表明景觀生態(tài)安全性的空間分布差異逐漸增大。塊金系數(shù)是塊金值與基臺(tái)值的比值，該值越大，表明隨機(jī)性因素對地理要素空間分異的影響越大，研究區(qū)塊金系數(shù)從2009年的0.613下降到2013年的0.496，表明隨機(jī)性因素對研究區(qū)景觀生態(tài)安全的空間分異影響程度下降，結(jié)構(gòu)性因素影響增強(qiáng)，并成為主導(dǎo)影響因素，到2018年，塊金系數(shù)上升到0.526，隨機(jī)性因素增強(qiáng)并成為主導(dǎo)因素。此外，塊金系數(shù)一直介于0.25～0.75，表明研究區(qū)景觀生態(tài)安全具有中等的空間相關(guān)性。2009年變程為9 km，2013年和2018年變程均為49 km，表明研究區(qū)景觀生態(tài)安全指數(shù)的相關(guān)性范圍在逐漸擴(kuò)張，空間異質(zhì)性減弱，景觀類型趨同。

表4 景觀生態(tài)安全指數(shù)半變異擬合參數(shù)

2.4 景觀生態(tài)安全耦合特征分析

2.4.1 三生空間景觀生態(tài)安全耦合特征分析 基于“三生”空間評價(jià)體系，在計(jì)算出研究區(qū)的景觀生態(tài)安全值的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ArcGIS 10.6的柵格計(jì)算器，引用公式(6)的耦合協(xié)調(diào)度模型，計(jì)算出研究區(qū)景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度，并采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分類，將耦合協(xié)調(diào)度劃分為5個(gè)等級:嚴(yán)重失調(diào)(00.347)，以此得到研究區(qū)景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度等級分布圖(圖4)和景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度等級面積統(tǒng)計(jì)圖(圖5)。

圖4 三生空間景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度等級分布

圖5 三生空間景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度等級面積

從整體上看，萬州區(qū)“三生空間”景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度水平不高，2009—2018年的耦合協(xié)調(diào)度均介于0.249～0.423，整體上呈現(xiàn)“中部高，四周低”的空間分布特征，地域分異明顯。根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)， 2009—2018年嚴(yán)重失調(diào)區(qū)面積呈先增后減的趨勢，整體上面積增加了38.64 km2，2009年、2013年、2018年面積占比分別為17.05%，19.72%，18.2%，空間分布范圍變化較小，主要沿河流分布，集中分布在柱山鄉(xiāng)、甘寧鎮(zhèn)、溪口鄉(xiāng)、梨樹鄉(xiāng)，這是由于該地景觀生態(tài)安全在生產(chǎn)空間與生活空間上的差異較大，發(fā)展較為不平衡，因此耦合協(xié)調(diào)度較低。高度協(xié)調(diào)區(qū)面積占比2009—2018年均介于3%～4%，面積出現(xiàn)小幅度增加，共增加了3.26 km2，空間分布特征明顯，與景觀生態(tài)安全的安全區(qū)分布較相似，主要分布在城鎮(zhèn)中心，這是由于該區(qū)三生空間景觀生態(tài)安全差異較小，發(fā)展較為均衡，因此耦合協(xié)調(diào)度較高。中度失調(diào)區(qū)、基本協(xié)調(diào)區(qū)和中度協(xié)調(diào)區(qū)分布較為分散，散落分布在研究區(qū)內(nèi)，其中，中度失調(diào)區(qū)始終占主導(dǎo)地位，面積占比均在32.53%以上，在面積變化上，面積在2009年和2013年期間減少幅度較大，減少了49.13 km2，2013—2018年期間面積有小幅度回升，增加了8.775 km2；基本協(xié)調(diào)區(qū)面積持續(xù)下降，面積變化最大，到2018年，面積共減少了78.13 km2左右；中度協(xié)調(diào)區(qū)面積持續(xù)上升，共增加了72.7 km2，2009—2018年增幅高達(dá)20%，是上升幅度最大的區(qū)。總的來說，中度協(xié)調(diào)和高度協(xié)調(diào)區(qū)面積在不斷增加，這說明萬州區(qū)三生空間的景觀生態(tài)安全綜合耦合協(xié)調(diào)能力一直在改善，但高度協(xié)調(diào)區(qū)面積占比較少，且中度失調(diào)區(qū)面積占比始終處于主導(dǎo)地位，說明萬州區(qū)三生空間的景觀生態(tài)安全相互協(xié)調(diào)關(guān)系還有待改善。

2.4.2 三生空間景觀生態(tài)安全兩兩耦合特征分析 為深入探析景觀生態(tài)安全在生產(chǎn)—生活—生態(tài)空間下兩兩相互協(xié)調(diào)發(fā)展水平與協(xié)同發(fā)展程度。根據(jù)公式(7)—(9)，測算出三生空間景觀生態(tài)安全兩兩耦合度和耦合協(xié)調(diào)度，并采用自然斷點(diǎn)法將耦合協(xié)調(diào)度劃分為5個(gè)等級，由此得到2009—2018年萬州區(qū)三生空間景觀生態(tài)安全兩兩耦合協(xié)調(diào)度的空間分布圖(圖6)。

“生產(chǎn)—生活”空間景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度介于0.12～0.47，“生產(chǎn)—生態(tài)”空間景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度介于0.11～0.45，“生活—生態(tài)”空間景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度介于0.15～0.46，可以看出：景觀生態(tài)安全在“生產(chǎn)—生活”空間、“生產(chǎn)—生態(tài)”空間與“生活—生態(tài)”空間上的耦合協(xié)調(diào)度差距不大，年際變化也不明顯，但空間分布差異顯著。從“生產(chǎn)—生活”空間景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度來看，城鎮(zhèn)中心協(xié)調(diào)度較高，高度協(xié)調(diào)區(qū)呈“L”字型分布，中度協(xié)調(diào)區(qū)呈斜“I”字型分布，說明城鎮(zhèn)中心的景觀生態(tài)安全在生產(chǎn)空間和生活空間上實(shí)現(xiàn)了同步發(fā)展。萬州區(qū)作為三峽庫區(qū)移民區(qū)，在強(qiáng)調(diào)城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也注重為人們提供一個(gè)宜居的生活環(huán)境。從“生產(chǎn)—生態(tài)”空間的景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度來看，其空間分布特征與“生產(chǎn)—生活”空間景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度的空間分布相反，耦合協(xié)調(diào)度從城鎮(zhèn)中心向四周逐漸提高，城鎮(zhèn)中心成為嚴(yán)重失調(diào)區(qū)，且嚴(yán)重失調(diào)區(qū)面積呈上升趨勢，這說明萬州區(qū)城鎮(zhèn)中心的景觀生態(tài)安全在生產(chǎn)空間和生活空間上存在較為嚴(yán)重的矛盾，難以實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展，這是由于萬州區(qū)在初期為了快速提升經(jīng)濟(jì)，引進(jìn)大量工業(yè)企業(yè)，片面注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展而忽視生態(tài)保護(hù)，從而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。從“生活—生態(tài)”空間景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度來看，其空間分布特征與“生產(chǎn)—生活”空間景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)度的空間分布相似，城鎮(zhèn)中心的景觀生態(tài)安全在“生活—生態(tài)”空間上依舊是高度協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)，良好的生態(tài)空間必然帶來良好的生活空間；但河流地區(qū)的景觀生態(tài)安全在“生活—生態(tài)”空間上處于失調(diào)區(qū)，這是由于河流附近地形平坦，多為人類聚集區(qū)，人類活動(dòng)頻繁，生態(tài)環(huán)境容易被破壞?？偟膩碚f，萬州區(qū)三生空間景觀生態(tài)安全的兩兩耦合協(xié)調(diào)度還處于較低水平，城鎮(zhèn)中心需促進(jìn)“生產(chǎn)—生態(tài)”空間生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，河流水域地區(qū)需注重“生活—生態(tài)”空間生態(tài)環(huán)境的同步發(fā)展，只有三生空間的景觀生態(tài)環(huán)境同時(shí)達(dá)到最優(yōu)水平，才能從整體上提高萬州區(qū)的景觀生態(tài)安全，從而改善生態(tài)環(huán)境。

圖6 三生空間景觀生態(tài)安全兩兩耦合協(xié)調(diào)度等級分布

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

本研究從“三生空間”視角出發(fā)，以ArcGIS，F(xiàn)ragstats為主要技術(shù)平臺(tái)，GS+，Geoda軟件為輔助分析工具，結(jié)合空間自相關(guān)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)和耦合協(xié)調(diào)模型，研究在2 km格網(wǎng)尺度下萬州區(qū)景觀生態(tài)安全的時(shí)空變化特征。與以往研究相比，本研究中所涉及的土地利用數(shù)據(jù)均來自萬州區(qū)土地利用變更數(shù)據(jù)庫，比遙感解譯得出的數(shù)據(jù)更加精確可靠；其次，“三生空間”與耦合協(xié)調(diào)模型的綜合應(yīng)用多用于土地利用功能變化分析，但將三生空間理念與區(qū)域景觀生態(tài)安全進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)分析的研究還較為缺乏。關(guān)于三生空間的研究探討還處于初步階段，目前還未建立統(tǒng)一的三生空間土地分類體系，研究者需從自己的研究目的和結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況構(gòu)建合理的分類體系。基于景觀格局尺度計(jì)算生態(tài)安全，一般會(huì)選取干擾度和脆弱度構(gòu)建景觀生態(tài)安全評價(jià)模型，但是景觀類型的脆弱度是相對的，具有復(fù)雜性和不確定性，研究中脆弱度的值一般是主觀賦值的，不具有客觀性。因此，如何構(gòu)建完善統(tǒng)一的三生分類體系，準(zhǔn)確客觀地量化景觀脆弱度，完善景觀格局下的生態(tài)安全評價(jià)，還需進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié) 論

(1) 2009—2018年萬州區(qū)土地利用類型以林地生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間為主，兩者共同占總面積的77%左右。在面積變化上，生活空間中除農(nóng)村生活空間面積在不斷減少外，城鎮(zhèn)生活空間和其他生活空間的面積都在迅速增加；生產(chǎn)空間中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積在逐漸減少，工礦生產(chǎn)空間面積有小幅度增加；生態(tài)空間各地類面積均在減少，其中水域生態(tài)空間減少的最多。

(2) 萬州區(qū)的景觀生態(tài)安全整體處于較高水平，2009—2018年景觀生態(tài)安全值介于0.52～0.96，且景觀生態(tài)安全指數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢。在面積變化上，萬州區(qū)不安全區(qū)和較不安全區(qū)面積占比在58%以上，超過了中等安全及以上等級區(qū)的面積，說明研究區(qū)景觀生態(tài)安全整體上還有待提高。在空間分布上，具有明顯的規(guī)律性和異質(zhì)性特征，其中，安全區(qū)主要分布在城鎮(zhèn)中心，呈現(xiàn)出明顯的“L”型分布；不安全區(qū)主要沿長江流域分布，呈現(xiàn)3大組團(tuán)，分別位于東北部、西部和西南部。

(3) 2009—2018年萬州區(qū)景觀生態(tài)安全總體上存在較強(qiáng)的正向相關(guān)關(guān)系，且全局空間自相關(guān)水平表現(xiàn)出逐漸上升的趨勢；局部空間自相關(guān)存在顯著的高—高集聚區(qū)域和低—低集聚區(qū)域，年份間差異較小；2009年最佳擬合模型為高斯模型;2013年和2018年最佳擬合模型為線性模型，總體來看；隨機(jī)性因素對景觀生態(tài)安全的空間分布影響作用力較強(qiáng)。

(4) 萬州區(qū)“三生空間”景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度水平不高，但地區(qū)差異較小，整體上呈現(xiàn)“中部高，四周低”的空間分布特征。其中，嚴(yán)重失調(diào)區(qū)主要沿河流分布，集中分布在柱山鄉(xiāng)、甘寧鎮(zhèn)、溪口鄉(xiāng)、梨樹鄉(xiāng)；高度協(xié)調(diào)區(qū)空間分布特征與景觀生態(tài)安全的安全區(qū)分布較相似，主要分布在城鎮(zhèn)中心。在“三生空間”景觀生態(tài)安全兩兩耦合協(xié)調(diào)發(fā)展上，河流地區(qū)的景觀生態(tài)安全在“生活—生態(tài)”空間上還未實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展，城鎮(zhèn)中心的景觀生態(tài)安全雖在“生產(chǎn)—生態(tài)”空間和“生活—生態(tài)”空間上實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)發(fā)展，但在“生產(chǎn)—生態(tài)”空間上還處于失衡發(fā)展階段。