基于MSPA的內(nèi)蒙古生態(tài)用地及其連通性時(shí)空動(dòng)態(tài)

林斐菲，謝苗苗，2，張 昊，海 鋒

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.自然資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035）

內(nèi)蒙古自治區(qū)（簡(jiǎn)稱內(nèi)蒙古）地處中國(guó)北部邊疆，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量關(guān)系到本地區(qū)乃至全國(guó)和全世界的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，習(xí)近平總書(shū)記在考察內(nèi)蒙古時(shí)指出要努力把內(nèi)蒙古建成中國(guó)北方重要的生態(tài)安全屏障。然而由于特殊的氣候條件，加上城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、礦產(chǎn)等資源過(guò)度開(kāi)發(fā)等人為活動(dòng)的影響，內(nèi)蒙古土地荒漠化和沙化、草場(chǎng)退化、水土流失等生態(tài)問(wèn)題十分嚴(yán)峻［1，2］，生態(tài)用地質(zhì)量受到嚴(yán)重威脅，進(jìn)行生態(tài)用地時(shí)空動(dòng)態(tài)的相關(guān)研究可為內(nèi)蒙古生態(tài)屏障建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。有關(guān)內(nèi)蒙古土地利用/覆被變化的研究較多，王宏亮等［3］采用多模型測(cè)度對(duì)內(nèi)蒙古土地利用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1997—2014年內(nèi)蒙古草地面積大幅減少，耕地、林地、建設(shè)用地和其他土地面積有所增加；陳海燕等［4］對(duì)1980—2005年內(nèi)蒙古的土地利用變化進(jìn)行分析，得出內(nèi)蒙古平原耕作區(qū)受國(guó)家政策影響，2000年后林地和高覆蓋草地開(kāi)墾速度下降，但草地退化和荒漠化速度上升。這些研究顯示，20世紀(jì)末期以來(lái)內(nèi)蒙古生態(tài)用地面積在不斷減少。

除數(shù)量動(dòng)態(tài)以外，用地格局也會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)安全保障和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生重要影響［5-7］，其中，連通性的含義是景觀對(duì)生態(tài)流的便利或阻礙程度［8］，生態(tài)用地連通性能夠?yàn)閰^(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供基礎(chǔ)［9］。形態(tài)學(xué)空間格局分析（Morphological spatial pattern analysis，MSPA）方法是基于腐蝕、擴(kuò)張、開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算等數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理對(duì)柵格圖像的空間格局進(jìn)行分割、識(shí)別、分類等的一種圖像處理方法［10，11］，可以將目標(biāo)像元按照形態(tài)分為連通性程度不同的類型，從像元層面上識(shí)別出連通性意義大的區(qū)域［12］，與傳統(tǒng)連通性指數(shù)相比更能體現(xiàn)空間差異，從而為生態(tài)管理提供依據(jù)。近年來(lái)，MSPA的方法逐漸被用于生態(tài)規(guī)劃領(lǐng)域［13］。王越等［14］認(rèn)為MS?PA為景觀格局分析、生態(tài)源地識(shí)別與結(jié)構(gòu)性廊道提取等方面存在的問(wèn)題提供了科學(xué)的解決方法；王玉瑩等［15］運(yùn)用MSPA對(duì)江蘇省的景觀格局進(jìn)行分析，建立潛在生態(tài)廊道并形成省域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系，提出優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的策略。但是，有關(guān)內(nèi)蒙古生態(tài)用地連通性及應(yīng)用MSPA進(jìn)行的研究較少。

為保障區(qū)域生態(tài)安全和質(zhì)量，近年來(lái)內(nèi)蒙古實(shí)施了草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策、礦山地質(zhì)環(huán)境治理措施以及京津風(fēng)沙源治理、三北防護(hù)林等國(guó)家林業(yè)重點(diǎn)工程和生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)工程，取得了一定成效［16］。同時(shí)內(nèi)蒙古近年來(lái)也在全面推進(jìn)生態(tài)保護(hù)紅線的劃定工作。生態(tài)保護(hù)紅線是中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重要制度創(chuàng)新，對(duì)保障自治區(qū)生態(tài)屏障地位意義重大。對(duì)生態(tài)用地進(jìn)行連通性分析可為生態(tài)保護(hù)紅線的科學(xué)劃定和完善提供依據(jù)。李國(guó)煜等［17］通過(guò)對(duì)比生態(tài)用地核心區(qū)與生態(tài)保護(hù)紅線的景觀格局指數(shù)和景觀連通性，提出基于生態(tài)安全格局的生態(tài)用地保護(hù)策略，對(duì)現(xiàn)有生態(tài)保護(hù)紅線進(jìn)行補(bǔ)充完善；吳健生等［18］對(duì)比了深圳市基本生態(tài)控制線范圍內(nèi)外生態(tài)用地連通性的變化，提出了完善基本生態(tài)控制線策略的建議。對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性進(jìn)行研究，能夠?yàn)楦玫貙?shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古自治區(qū)北方生態(tài)安全屏障的功能以及提出和完善相關(guān)生態(tài)環(huán)境保護(hù)策略提供參考。

本研究以內(nèi)蒙古自治區(qū)為研究對(duì)象，提取生態(tài)用地并應(yīng)用MSPA將其劃分為7種連通性類型，通過(guò)轉(zhuǎn)移矩陣等方法得到生態(tài)用地及其連通性的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，探討變化的驅(qū)動(dòng)因素，并對(duì)內(nèi)蒙古生態(tài)環(huán)境保護(hù)及其生態(tài)紅線劃定提出一定的建議。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)地處中國(guó)北部邊疆，位于北緯37°24′—53°23′，東經(jīng)97°12′—126°04′，南與黑龍江、寧夏等8個(gè)省區(qū)相接，北與俄羅斯和蒙古國(guó)毗鄰。全區(qū)氣候復(fù)雜多樣，以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹?。?nèi)蒙古自治區(qū)呈狹長(zhǎng)的條帶狀，由東北向西南斜伸，橫跨中國(guó)東北、華北和西北3個(gè)地區(qū)，總面積為118.3萬(wàn)km2，占全國(guó)總面積的12.3%，共轄12個(gè)地級(jí)行政區(qū)。2019年末全區(qū)常住人口2 539.6萬(wàn)人，共生活著55個(gè)民族。內(nèi)蒙古礦產(chǎn)資源十分豐富，煤炭資源保有量為全國(guó)第一。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所使用的數(shù)據(jù)包括內(nèi)蒙古自治區(qū)1980、1990、1995、2000、2005、2010、2015、2018年共8期土地利用數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）［19］，是以Landsat衛(wèi)星遙感影像作為主要信息源，通過(guò)人工目視解譯獲取的精度為1 km的土地利用柵格數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)用地界定 應(yīng)用MSPA方法首先需要在土地利用數(shù)據(jù)中區(qū)分前景像元與背景像元以得到二值柵格圖［20］。本研究定義生態(tài)用地的像元作為前景像元，即MSPA分析的輸入源，非生態(tài)用地的像元為背景像元。由于目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生態(tài)用地的含義及分類體系還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)［21］，本研究首先對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地的內(nèi)涵進(jìn)行了界定。Guo等［22］提出了一種促進(jìn)生態(tài)保護(hù)紅線管理的生態(tài)土地分類系統(tǒng)，包括基本生態(tài)土地、輔助生態(tài)土地、生產(chǎn)性生態(tài)土地和日常生活生態(tài)區(qū)四大類，主要參考該分類體系及實(shí)際情況，本研究生態(tài)用地包括了基本生態(tài)土地和輔助生態(tài)土地兩類。對(duì)于在生態(tài)用地分類時(shí)一直具有較大爭(zhēng)議的耕地，有研究指出除灌溉水田外的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地不屬于生態(tài)用地［23］，考慮到內(nèi)蒙古自治區(qū)的灌溉水田面積小且數(shù)量少，本研究生態(tài)用地不包含耕地。綜上所述，以中國(guó)土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)為基礎(chǔ)，定義內(nèi)蒙古自治區(qū)的生態(tài)用地，結(jié)果如圖1所示。

圖1 內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地分類體系

2.2.2 連通性功能類型內(nèi)涵 MSPA方法將前景像元按形態(tài)分成7種類型，即核心（Core）、斑塊（Islet）、邊緣（Edge）、孔隙（Perforation）、橋接（Bridge）、環(huán)道（Loop）、支線（Branch）［10］。結(jié)合內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地的景觀特點(diǎn)，得到其生態(tài)用地MSPA連通性功能類型的定義與其生態(tài)學(xué)含義及表征（表1）［24-26］。

表1 內(nèi)蒙古自治區(qū)MSPA連通性功能類型定義與生態(tài)學(xué)含義及表征

2.2.3 基于MSPA的生態(tài)用地連通性時(shí)空動(dòng)態(tài)分析 應(yīng)用Guidos Toolbox軟件將生態(tài)用地分為互不重疊的7種MSPA類型，得到1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性功能類型格局（圖2）。運(yùn)行軟件主要步驟包括提取生態(tài)用地作為前景像元、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定和處理運(yùn)算。需要確定的2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為Foreground Connectivity（前景連接）和Edge Width（邊緣寬度）。其中，前景連接參數(shù)可取值為4鄰域或8鄰域，軟件基于此進(jìn)行邏輯運(yùn)算［20］，結(jié)合邊緣寬度識(shí)別出各景觀類型；邊緣寬度的取值要根據(jù)研究對(duì)象實(shí)際情況和研究尺度而定，其影響核心區(qū)的最小面積和前景像元分類［14］。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，確定本研究參數(shù)設(shè)置為前景連接為8鄰域，邊緣寬度為3，此時(shí)得到的核心區(qū)面積大小和分布位置與內(nèi)蒙古自治區(qū)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)［27］和生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)［28］的空間分異大致吻合，較符合實(shí)際情況。

圖2 內(nèi)蒙古自治區(qū)連通性功能類型格局

時(shí)間動(dòng)態(tài)分析部分從面積結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移矩陣等獲取生態(tài)用地及其連通性在研究期間的變化情況，以及7種連通性功能類型的內(nèi)部動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。將內(nèi)蒙古自治區(qū)劃分為東部、中部、西部3個(gè)區(qū)域，結(jié)合連通性類型內(nèi)部土地覆蓋情況分析空間分異特征，東部地區(qū)包括赤峰市、通遼市、興安盟、呼倫貝爾市4個(gè)盟市，中部地區(qū)包括錫林郭勒盟、烏蘭察布市、呼和浩特市、包頭市和鄂爾多斯市等盟市，西部地區(qū)由巴彥淖爾市、烏海市以及阿拉善盟組成。按照蒙東、蒙中、蒙西分別統(tǒng)計(jì)各類生態(tài)用地組分占該區(qū)域總面積的比例，通過(guò)各區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地連通性類型及其生態(tài)用地組分的差異表征生態(tài)用地及其連通性空間分異。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)用地結(jié)構(gòu)時(shí)序變化特征

從土地利用數(shù)據(jù)中提取出生態(tài)用地，統(tǒng)計(jì)并分析1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)各類用地面積的時(shí)序變化情況（圖3），有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

圖3 1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)各用地類型面積變化情況

1）整體來(lái)看，1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)的生態(tài)用地面積占比由79.842%減少到76.383%，共減少3.459個(gè)百分點(diǎn)。而非生態(tài)用地面積占比由20.158%增加到23.617%，增加了3.459個(gè)百分點(diǎn)。生態(tài)用地中，只有草地呈減少趨勢(shì)，研究期末相比期初其面積占比減少了5.879個(gè)百分點(diǎn)，2015—2018年減少的速度突增，因草地的面積遠(yuǎn)大于其他生態(tài)用地，且減少百分比大，因此，其減少的面積數(shù)量遠(yuǎn)大于其他生態(tài)用地增加的面積，導(dǎo)致生態(tài)用地整體面積占比減少。林地和沙地、鹽堿地、沼澤地的面積前期較為穩(wěn)定，在2015—2018年增加幅度較大，研究期末沙地、鹽堿地和沼澤地面積占比較期初增加了1.730個(gè)百分點(diǎn)，面積增加較多，但由于其屬于生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)和敏感區(qū)，面積增加會(huì)加劇內(nèi)蒙古自治區(qū)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

2）非生態(tài)用地中，耕地的面積占比在研究期間增加了1.720個(gè)百分點(diǎn)，城鄉(xiāng)、工礦、居民用地的面積占比增加了0.548個(gè)百分點(diǎn)。但總體來(lái)說(shuō)，非生態(tài)用地占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的比例仍然比生態(tài)用地要低。

3.2 生態(tài)用地連通性時(shí)序變化特征

3.2.1 生態(tài)用地連通性總體變化特征 1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性功能類型中斑塊、孔隙和支線的面積占比均有所增加，其他類型的面積占比則在減少（表2）。連通性功能類型中，核心區(qū)面積最大，但其面積占比在研究期間不斷減少，期末比期初減少3.286個(gè)百分點(diǎn)。邊緣、環(huán)道和橋接面積占比均有所減少，其中，環(huán)道類減少了0.095個(gè)百分點(diǎn)，橋接區(qū)面積占比在1980年比非生態(tài)用地多，僅次于核心區(qū)，但到2018年時(shí)其面積占比減少了0.850個(gè)百分點(diǎn)，比非生態(tài)用地面積占比更少。斑塊、孔隙和支線面積占比均有所增加，其中，斑塊類面積占比增加較多，增加了0.623個(gè)百分點(diǎn)，孔隙類增加了0.249個(gè)百分點(diǎn)。

表2 1980—2019年內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性功能類型面積變化情況

3.2.2 生態(tài)用地連通性功能類型轉(zhuǎn)移矩陣 1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)7種生態(tài)用地連通性功能類型內(nèi)部以及與非生態(tài)用地之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以通過(guò)轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)說(shuō)明（表3），變化情況如下。

表3 1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性功能類型變化轉(zhuǎn)移矩陣

1）1980—2018年對(duì)連通性作用最大的核心區(qū)面積減少，對(duì)連通性作用最小的斑塊類面積增加。核心區(qū)的轉(zhuǎn)移中，有84.509%的核心區(qū)保留，其余主要轉(zhuǎn)出為橋接類；斑塊類的轉(zhuǎn)移中，有44.003%的斑塊保留，研究期初11.160%的支線、2.913%的非生態(tài)用地、2.310%的橋接轉(zhuǎn)移為期末的斑塊。其中，核心區(qū)向橋接類轉(zhuǎn)移，支線類向斑塊類轉(zhuǎn)移都屬于連通性意義高的類型轉(zhuǎn)移為連通性意義低的類型。

2）核心區(qū)之間連通程度降低，內(nèi)部穿孔問(wèn)題嚴(yán)重、聚集程度下降。1980—2018年，橋接區(qū)面積減少，使得核心區(qū)之間的連通程度降低，只有64.342%的橋接類在研究期末仍然保留為橋接；孔隙類面積增加，孔隙類越多說(shuō)明核心區(qū)內(nèi)部零散的非生態(tài)用地越多，期初28.011%的孔隙保留下來(lái)，2.904%的核心區(qū)、6.427%的環(huán)道轉(zhuǎn)為孔隙；環(huán)道類面積減少，說(shuō)明核心區(qū)內(nèi)部聚集程度在下降，只有32.068%的環(huán)道保留下來(lái)，其余主要轉(zhuǎn)出為核心區(qū)、橋接類和非生態(tài)用地。

3）較多的連通性功能類型轉(zhuǎn)移為非生態(tài)用地。研究期間非生態(tài)用地面積增加，期初有81.672%的非生態(tài)用地保留下來(lái)，另有41.841%的斑塊、40.544%的支線、19.950%的橋接、12.502%的邊緣轉(zhuǎn)移為非生態(tài)用地，轉(zhuǎn)移比例最大的是斑塊類和支線類。

3.3 生態(tài)用地連通性功能類型空間分布特征

內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性空間分布整體呈北部連通性高、南部連通性低的特征。比較各期數(shù)據(jù)，內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性功能類型的空間分布特征基本一致。核心區(qū)分布面積最大，2018年占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的43.899%，主要分布在東北部、中北部和西南部，這些區(qū)域主要為各大型生態(tài)功能區(qū)和生態(tài)敏感區(qū)，區(qū)域面積大且較為完整，連通性良好，具有較大的生態(tài)價(jià)值。橋接區(qū)面積僅次于核心區(qū)，2018年其面積占比為21.209%，主要分布在東南部和中南部，此區(qū)域主要為耕地和快速發(fā)展的較分散的城鄉(xiāng)、工礦、居民用地，生態(tài)用地破碎程度較高，連通性較差（圖4）。

圖4 2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地分布

內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性功能類型中的生態(tài)用地組分隨地域變化占比各有不同（圖5）。東部以林地和草地為主，中部以草地為主，西部以草地和沙地、鹽堿地、沼澤地為主。這是由于內(nèi)蒙古自治區(qū)面積遼闊，橫跨東北、華北和西北三區(qū)，降水量少且分布不勻，東部降水比西部多，蒸發(fā)量則相反，因此，內(nèi)蒙古自治區(qū)的氣候也呈帶狀分布，東部主要是濕潤(rùn)區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)，中西部為半干旱區(qū)和干旱區(qū)。

圖5 各區(qū)域連通性功能類型生態(tài)用地組成

3.4 生態(tài)用地連通性功能類型構(gòu)成結(jié)構(gòu)特征

比較各期數(shù)據(jù)，內(nèi)蒙古自治區(qū)連通性功能類型的生態(tài)用地組分中草地面積占比最大，由此，其對(duì)生態(tài)用地的連通性功能意義重大。

1980—2018年，內(nèi)蒙古自治區(qū)的草地不僅面積在減少，其覆蓋率也在不斷降低。將高覆蓋草地、中覆蓋草地和低覆蓋草地分別提取出來(lái)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，占比最大的高覆蓋草地的面積較初始面積減少了31.278%，而低覆蓋草地面積減少了7.516%。

低覆蓋草地屬于極易受到破壞的生態(tài)用地類型，占內(nèi)蒙古自治區(qū)草地總面積的20%左右。為凸顯低覆蓋草地對(duì)生態(tài)用地連通性的影響，以2018年的內(nèi)蒙古自治區(qū)土地利用數(shù)據(jù)為例，分別對(duì)生態(tài)用地是否包含低覆蓋草地2種情景進(jìn)行MSPA分析。結(jié)果（表4）表明，生態(tài)用地包含低覆蓋草地時(shí)，連通性意義最低的斑塊類比未包含低覆蓋草地時(shí)減少了2.989個(gè)百分點(diǎn)，連通性意義最高的核心區(qū)增加了18.342個(gè)百分點(diǎn)。低覆蓋草地在現(xiàn)有生態(tài)用地連通性中貢獻(xiàn)較大，尤其對(duì)生態(tài)用地破碎化具有決定作用。相關(guān)部門(mén)需要重視低覆蓋草地的問(wèn)題，防止其繼續(xù)退化。

表4 2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)有無(wú)低覆蓋草地連通性功能類型面積占比變化情況

4 討論

4.1 內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地及其連通性變化原因分析

1）城鎮(zhèn)化速度快，建設(shè)用地侵占生態(tài)用地現(xiàn)象顯著。近年來(lái)內(nèi)蒙古自治區(qū)的城鎮(zhèn)化水平增速較快［29］，又因其位于重要的樞紐地帶，承擔(dān)著許多國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施和建設(shè)項(xiàng)目［30］，建設(shè)用地需求量增多，大多只能依靠開(kāi)發(fā)生態(tài)用地滿足建設(shè)開(kāi)發(fā)需求，造成非生態(tài)用地面積增加，其中城鄉(xiāng)、工礦、居民用地2018年的面積較1980年增加了60.708%。此外，城鎮(zhèn)規(guī)模小、布局不合理，農(nóng)村居民點(diǎn)布局分散造成的土地節(jié)約集約利用水平低［30］使建設(shè)用地分割生態(tài)用地，阻斷核心區(qū)之間的連通。

2）資源粗放式開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)與生態(tài)用地格局破碎化緊密相關(guān)。內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)主要依靠于煤炭等能源產(chǎn)業(yè)［31］，只追求經(jīng)濟(jì)效益的粗放式開(kāi)采經(jīng)營(yíng)使地表植被遭受難以恢復(fù)的破壞，造成草原塌陷等問(wèn)題［32］，核心區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)穿孔，生態(tài)格局趨于破碎；內(nèi)蒙古自治區(qū)的草地資源也十分豐富，但由于過(guò)度放牧，草蓄失衡以及草原退化、沙化、鹽堿化嚴(yán)重［33］，導(dǎo)致草地面積大幅減少，覆蓋率和質(zhì)量均降低。

3）特殊的自然條件造成生態(tài)環(huán)境脆弱敏感。內(nèi)蒙古大部分地區(qū)的氣候是半干旱、干旱或極干旱，降水少且大風(fēng)天氣多，造成其生態(tài)用地質(zhì)量較差［1］。相對(duì)惡劣的自然條件造成內(nèi)蒙古沙塵暴頻發(fā)，人為破壞造成的生態(tài)環(huán)境惡化加重了這一過(guò)程，形成生態(tài)惡性循環(huán)。此外受到氣候因素的影響，生態(tài)工程受災(zāi)面積增加［34］，使得生態(tài)修復(fù)難度增大，生態(tài)環(huán)境被破壞的速度大于修復(fù)的速度。

4）總體變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定，可能原因如下：各類用地面積變化都比較大，但因內(nèi)蒙古自治區(qū)面積遼闊，基數(shù)大，所以整體變化速度不突出；作為中國(guó)北方重要的生態(tài)安全屏障，研究期間多項(xiàng)國(guó)家林業(yè)重點(diǎn)工程和生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程在內(nèi)蒙古推行實(shí)施，促進(jìn)了內(nèi)蒙古的生態(tài)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)文明建設(shè)，使得在內(nèi)蒙古經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展階段，其生態(tài)環(huán)境也保持了相對(duì)穩(wěn)定。雖然這些措施在生態(tài)環(huán)境的治理方面取得了較好的成效，但內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地面積仍在減少及其連通性還在下降，說(shuō)明采取更有效措施進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)十分必要。

4.2 生態(tài)用地內(nèi)涵探討

生態(tài)用地的界定是對(duì)其進(jìn)行連通性分析的前提，本研究提出的生態(tài)用地主要包括林地、草地、水域以及未利用地中的沙地、鹽堿地和沼澤地。沼澤地屬于濕地，應(yīng)將其作為生態(tài)用地進(jìn)行保護(hù)，但沙地和鹽堿地屬于植被覆蓋率低、生態(tài)功能低的用地類型，對(duì)其是否納入生態(tài)用地存在爭(zhēng)議。

Guo等［22］提出生態(tài)土地分類系統(tǒng)將鹽堿地和沙地歸于輔助性生態(tài)土地，還有研究將沙地、鹽堿地作為原生生態(tài)用地［35］、保全性生態(tài)用地［36］或者主導(dǎo)功能生態(tài)用地［37］等納入生態(tài)用地范圍內(nèi)。由于干旱氣候條件和人類活動(dòng)的影響，內(nèi)蒙古自治區(qū)的沙地、鹽堿地?cái)?shù)量多，幾乎全域都有分布，除蒙西的沙地面積較大外，其他區(qū)域的這兩類用地都零散地分布于其他各類用地，尤其是作為基本生態(tài)用地的草地，這使得草地破碎化，生態(tài)功能降低，如果不對(duì)分布于草地的沙地、鹽堿地進(jìn)行保護(hù)和修復(fù)，草地生態(tài)系統(tǒng)會(huì)遭到進(jìn)一步破壞，沙地、鹽堿地脆弱且敏感的生態(tài)環(huán)境也可能因?yàn)槿祟惖倪^(guò)度干預(yù)而受到不可逆轉(zhuǎn)的損害，最終影響區(qū)域生態(tài)安全。因此，本研究將沙地、鹽堿地納入生態(tài)用地范圍內(nèi)，依據(jù)其形成原因和特征，采取不同的措施對(duì)其進(jìn)行保護(hù)或修復(fù)。對(duì)于天然形成的沙地、鹽堿地以保護(hù)其間接生態(tài)功能和適當(dāng)利用為主，提升其生態(tài)價(jià)值；對(duì)于人為造成草地、林地退化而形成的沙地、鹽堿地，以修復(fù)為主。

4.3 連通性分析結(jié)果的現(xiàn)實(shí)意義

1）對(duì)于內(nèi)蒙古自治區(qū)來(lái)說(shuō)，草地具有極高的生態(tài)價(jià)值，同時(shí)對(duì)農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展作用巨大［38］。本研究對(duì)比是否包含低覆蓋草地的2種情景，MSPA結(jié)果證明了如果低覆蓋草地缺失則會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)用地的連通性造成極大影響，但以上分析都是基于低覆蓋草地與其他生態(tài)用地具有相當(dāng)?shù)墓δ芎蛢r(jià)值這一假設(shè)。低覆蓋草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較高覆蓋草地等其他生態(tài)用地更低，如石羊河上游草地覆蓋降低造成其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力下降［39］，因此其對(duì)連通性的貢獻(xiàn)可能被高估。僅從本研究的分析結(jié)果來(lái)看，內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性結(jié)果較為依賴低覆蓋草地。

2）2017年《關(guān)于劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線的若干意見(jiàn)》出臺(tái)，生態(tài)保護(hù)紅線上升至國(guó)家政策層面。生態(tài)保護(hù)紅線的劃定更偏重生態(tài)用地的功能性，未考慮生態(tài)保護(hù)紅線的整體格局，其內(nèi)部空間孤立破碎、連通性差成為保護(hù)實(shí)施中的障礙［40］。本研究通過(guò)MSPA分析所提取出的連通性功能類型對(duì)提升生態(tài)保護(hù)紅線連通性具有參考意義，紅線劃定時(shí)，不僅應(yīng)關(guān)注生態(tài)功能重要區(qū)和生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)，對(duì)于一些連通性意義高的區(qū)域，也應(yīng)該納入紅線范圍，同時(shí)要重視生態(tài)保護(hù)紅線內(nèi)部空間的連通性和聚集程度，解決當(dāng)前生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)連通性不強(qiáng)的問(wèn)題。不同生態(tài)功能對(duì)于具體地區(qū)的優(yōu)先級(jí)不同，借助MSPA結(jié)果可以保護(hù)連通性強(qiáng)、更重要的功能，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度來(lái)提升生態(tài)保護(hù)紅線的整體功能性。生態(tài)保護(hù)紅線不應(yīng)只作為生態(tài)環(huán)境安全的底線，更應(yīng)該通過(guò)其連通各個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)，發(fā)揮整體生態(tài)系統(tǒng)最大的生態(tài)效益。

5 小結(jié)

本研究根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)實(shí)際情況，定義生態(tài)用地內(nèi)涵，應(yīng)用MSPA劃分連通性功能類型，分析生態(tài)用地及其連通性在1980—2018年的時(shí)序變化，空間分布與構(gòu)成結(jié)構(gòu)特征，并探究驅(qū)動(dòng)因素，結(jié)論如下。

1）1980—2018年內(nèi)蒙古自治區(qū)連通性功能類型較多轉(zhuǎn)為非生態(tài)用地，保留下來(lái)的生態(tài)用地的連通性在不斷降低，分析結(jié)果顯示，城鎮(zhèn)化速度加快、資源粗放式開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)加上特殊的自然條件是造成生態(tài)用地面積減少、連通性下降的主要原因；同時(shí)，研究顯示低覆蓋草地承擔(dān)了內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性的重要部分，然而其又是相對(duì)脆弱的生態(tài)用地類型。綜上，亟需采取強(qiáng)有力的措施加大對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度。

2）內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)用地連通性北部較南部更高，但北部核心區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)穿孔問(wèn)題說(shuō)明其生態(tài)環(huán)境也在惡化，現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。從空間分布上來(lái)看，內(nèi)蒙古自治區(qū)不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境差異較大，在生態(tài)保護(hù)中可以因地制宜，揚(yáng)長(zhǎng)避短。

3）應(yīng)用MSPA方法對(duì)生態(tài)用地連通性功能類型進(jìn)行識(shí)別，不僅可以得到連通性整體水平，也能夠快速對(duì)連通性空間分布特征進(jìn)行判斷。同時(shí)，本研究結(jié)果可為基于MSPA優(yōu)化生態(tài)保護(hù)紅線連通性格局的相關(guān)研究提供一定依據(jù)，對(duì)中國(guó)北方生態(tài)安全屏障的建設(shè)具有參考價(jià)值。