三生空間視角下巴里坤縣景觀生態(tài)安全時(shí)空演變及耦合分析

趙 娟，張?jiān)葡?，張永?/p>

（1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830046；2.教育部綠洲生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830046）

生態(tài)安全是指在人的生活、健康、安全、基本權(quán)利、生活保障來源、必要資源、社會(huì)秩序和人類適應(yīng)環(huán)境變化能力等方面不受威脅的狀態(tài)，它包括自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生態(tài)安全，組成一個(gè)復(fù)合人工生態(tài)安全系統(tǒng)［1］。長(zhǎng)期以來的生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)及人口壓力，引起生態(tài)系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)破壞，致使生態(tài)問題持續(xù)加劇，對(duì)中國(guó)生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅［2］。景觀格局是指不同大小、不同形狀的斑塊在空間上的排列組合，是景觀空間異質(zhì)性的重要表征，也是各種生態(tài)過程及生態(tài)安全評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容［3］。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)景觀格局的研究大多集中在土地利用/覆被變化（LUCC）分析、景觀格局變化分析［4-7］、生態(tài)安全評(píng)價(jià)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［8-10］。如潘竟虎等［11］通過各種表征土地利用變化的方法和景觀格局指數(shù)構(gòu)建了疏勒河流域生態(tài)安全格局并優(yōu)化了該流域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；康紫薇等［12］和黃犁等［13］通過轉(zhuǎn)移矩陣和各種景觀指數(shù)定量分析了瑪河流域近40年來土地利用動(dòng)態(tài)變化特性，揭示了流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及時(shí)空分異特征；顏瑜嚴(yán)等［14］通過構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，研究伊犁河谷近40年景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與地形關(guān)系，揭示其景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特征及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，其結(jié)果對(duì)于區(qū)域生態(tài)功能安全的保障具有重要意義。黨的十八大報(bào)告正式提出推進(jìn)“集約高效生產(chǎn)空間、宜居舒適生活空間、美麗文明生態(tài)空間”的發(fā)展目標(biāo)。明確“三生空間”已成為土地資源合理配置、國(guó)土空間綜合開發(fā)、生態(tài)文明工程建設(shè)的重要依據(jù)，標(biāo)志著國(guó)土空間開發(fā)方式由生產(chǎn)空間為主導(dǎo)向生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間相互協(xié)調(diào)的“三生空間”模式轉(zhuǎn)變［15］。目前，對(duì)于三生空間的探討和分類還尚未形成定論，基于“三生”協(xié)調(diào)發(fā)展與區(qū)域生態(tài)安全耦合分析的探究仍較少。

哈密作為“東疆門戶”，地處缺水地帶，由于降水量少、蒸發(fā)量大、植被覆蓋率較低，天山南北土地利用存在明顯差異。巴里坤縣位于天山北側(cè)，氣候冷涼，三塘湖和淖毛湖礦產(chǎn)豐富，是農(nóng)牧區(qū)和礦業(yè)開發(fā)區(qū)，生態(tài)環(huán)境本底較為脆弱。受自然條件差異及人為活動(dòng)干預(yù)，當(dāng)前正面臨著市域范圍內(nèi)草地退化、湖面縮減、濕地萎縮、冰川減少、局部土地呈現(xiàn)出不同程度的退化等嚴(yán)峻問題。土地利用需要特別注意環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全。

本研究選取哈密市巴里坤縣作為研究對(duì)象，借助ArcGIS 10.2、GS+9.0、Fragstats、OpenGeoda等軟件，從“三生空間”視角，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，得到景觀生態(tài)安全指數(shù)及空間自相關(guān)指數(shù)，對(duì)巴里坤縣景觀生態(tài)安全進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，分別計(jì)算2013、2016、2019年巴里坤縣421個(gè)評(píng)價(jià)單元的生態(tài)安全值和耦合協(xié)調(diào)度并進(jìn)行空間比較和時(shí)序分析，以揭示其耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空變化特征及分異規(guī)律，為揭示巴里坤縣三生空間功能間的良性互動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各景觀功能協(xié)調(diào)發(fā)展，為進(jìn)一步優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全提供研究思路和有價(jià)值的參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

巴里坤哈薩克自治縣地處東疆北部東天山北坡，地理坐標(biāo)為東經(jīng)91°18′—94°48′、北緯43°19′—45°56′，東鄰伊吾縣，南接伊州區(qū)，西毗木壘哈薩克自治縣，北接蒙古國(guó)，中蒙國(guó)界長(zhǎng)達(dá)309 km（圖1）。縣境東西長(zhǎng)276.4 km，南北寬180.6 km。縣城距烏魯木齊530 km，距伊州區(qū)142 km，縣行政轄區(qū)土地總面積36 900.93 km2。縣轄四鎮(zhèn)八鄉(xiāng)一場(chǎng)，轄區(qū)內(nèi)還有伊吾軍馬場(chǎng)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)紅山農(nóng)場(chǎng)。地處亞歐大陸腹地，平均海拔1 650 m（縣城海拔1 680 m），屬溫帶大陸性冷涼干旱氣候區(qū)，冬季嚴(yán)寒，夏季涼爽，光照充足，四季不分明。年降水量?jī)H202 mm左右，蒸發(fā)量1 638 mm。由于巴里坤縣水土矛盾突出，建設(shè)用地利用較為粗放，牧草地超載過牧現(xiàn)象嚴(yán)重，景觀較為脆弱，生態(tài)保護(hù)難度較大，景觀生態(tài)安全受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

圖1 研究區(qū)概況

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

研究涉及數(shù)據(jù)主要選取景觀類型變化較明顯的2013—2019年巴里坤哈薩克自治縣土地利用現(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)來源于巴里坤哈薩克自治縣土地利用變更數(shù)據(jù)庫，根據(jù)最新《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）與研究區(qū)土地利用特點(diǎn)，參考扈萬泰等［16］、張紅旗等［17］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(jí)土 地利用空間，具體分類情況見表1。

表1 土地利用功能分類

1.3 研究方法

1.3.1 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐譃楹侠韯澐衷u(píng)價(jià)單元以及可視化表達(dá)巴里坤縣景觀生態(tài)安全指數(shù)，考慮到景觀空間異質(zhì)性、斑塊大小及研究區(qū)實(shí)際情況，利用ArcGIS 10.2軟件中的漁網(wǎng)分割工具，依據(jù)研究區(qū)斑塊平均面積3~6倍原則，進(jìn)行等間距系統(tǒng)采樣將研究區(qū)劃分成421個(gè)10 km×10 km的評(píng)價(jià)單元。利用Fragstats 4.2軟件分別計(jì)算每一評(píng)價(jià)單元的生態(tài)安全指數(shù)值，以此作為評(píng)價(jià)單元中心點(diǎn)的生態(tài)安全水平。

1.3.2 景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在區(qū)域尺度的重要組分，景觀格局則反映了人類對(duì)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［18］，景觀格局指數(shù)則對(duì)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［19］?；诖?，本研究在已有研究的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，從區(qū)域景觀格局出發(fā)，選取景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型［20］，計(jì)算公式為：

式中，ESIk為第k個(gè)評(píng)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(píng)價(jià)單元的個(gè)數(shù)；Aki為第k個(gè)評(píng)價(jià)單元i類景觀類型的面積；Ak為第k個(gè)評(píng)價(jià)單元的總面積；Ci為景觀破碎度；Hi為多樣性指數(shù)；Fi為分割度指數(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；Mi為景觀類型i占總面積的比重；Aij表示斑塊ij的面積；A表示景觀總面積；x、y、z分別是破碎度、多樣性、分割度的權(quán)重，x+y+z=1。

參考前人的研究成果［15，20］，分別賦值為x=0.5，y=0.3，z=0.2。景觀脆弱度指數(shù)的大小與生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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［21］，選用專家打分法將研究區(qū)各土地利用類型的脆弱性進(jìn)行歸一化處理并由低到高排列，結(jié)果見表2。

表2 各類景觀脆弱度及歸一化值

1.3.3 耦合協(xié)調(diào)度模型構(gòu)建在三生空間視角下，區(qū)域生態(tài)安全劃分為“生產(chǎn)空間”“生活空間”和“生態(tài)空間”三部分組成，計(jì)算其生態(tài)安全值，考慮景觀生態(tài)學(xué)的生態(tài)過程與空間格局耦合關(guān)聯(lián)視角，注重生態(tài)安全的時(shí)空異質(zhì)性和尺度效應(yīng)。研究引入物理學(xué)耦合協(xié)調(diào)度模型來表示三生空間景觀生態(tài)安全的相互作用水平及協(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)空間分布狀況和演變規(guī)律［22］。計(jì)算公式如下：

式中，C為耦合度；D為耦合協(xié)調(diào)度；T為區(qū)域景觀生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)值；W1、W2、W3分別為生產(chǎn)空間、生活空間、生態(tài)空間的景觀生態(tài)安全值；a、b、c為三類空間景觀生態(tài)安全對(duì)應(yīng)權(quán)重。由于生產(chǎn)空間、生活空間和生態(tài)空間的景觀生態(tài)安全同等重要，因此，取a=b=c=1/3。

1.3.4 地統(tǒng)計(jì)分析

1）空間自相關(guān)分析。空間自相關(guān)分析通常包括全局自相關(guān)分析和局部自相關(guān)分析，全局自相關(guān)從宏觀上判斷某些空間變量在整個(gè)研究區(qū)有無聚集性，局部自相關(guān)從微觀上根據(jù)各個(gè)區(qū)域空間計(jì)量指標(biāo)的相似性判斷空間集聚或擴(kuò)散狀況［23］。本研究利用OpenGeoDa軟件，選用Moran’sⅠ指標(biāo)來量算景觀生態(tài)安全值整體的集聚程度，選取局部空間關(guān)聯(lián)指數(shù)（LISA）來表示某一評(píng)價(jià)單元自身生態(tài)安全值與周邊地區(qū)生態(tài)安全值的空間集聚狀況，通過對(duì)2013—2019年各評(píng)價(jià)單元生態(tài)安全值的Moran’sⅠ指數(shù)和LISA指數(shù)分析來揭示巴里坤縣整體及區(qū)域生態(tài)安全格局的時(shí)空變化特征及演變規(guī)律。

2）半變異函數(shù)分析。景觀生態(tài)安全指數(shù)是一種典型的空間變量，其在分布上具有空間結(jié)構(gòu)性和空間隨機(jī)性特征［24］，空間異質(zhì)性能用地統(tǒng)計(jì)中半變異函數(shù)進(jìn)行擬合度量，來分析不同距離尺度下各評(píng)價(jià)單元景觀生態(tài)安全值的變動(dòng)情況。因此，本研究借助GS+9.0軟件半變異函數(shù)來構(gòu)建擬合模型，通過比較選出最優(yōu)擬合模型，然后采用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行kriging插值，從而實(shí)現(xiàn)研究區(qū)域2013—2019年景觀生態(tài)安全值空間可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 “三生空間”土地利用類型演變

從巴里坤縣2013—2019年土地利用類型結(jié)構(gòu)及面積進(jìn)行分析，由表3可知，2013年研究區(qū)景觀類型以牧草生態(tài)空間和其他生態(tài)空間為主導(dǎo)，所占面積比例分別為52.15%和44.81%，兩者相加占總面積達(dá)96.96%。就各景觀類型面積變化而言，從2013年至2019年牧草生態(tài)空間與農(nóng)村生活空間總體呈減小趨勢(shì)，其中牧草空間面積由19 245.81 km2減小到14 831.33 km2，減小了4 414.48 km2。其他各景觀類型總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中林地生態(tài)空間與其他生態(tài)空間增加面積最大，分別增加了849.18、3 463.29 hm2。從各景觀類型面積變化比例分析，牧草生態(tài)空間與農(nóng)村生活空間分別減少了22.94%和26.49%，其他生活空間增加比例最大，達(dá)到了321.25%，林地生態(tài)空間和工礦生產(chǎn)空間分別增加了155.73%、264.47%。近年來，巴里坤縣為促進(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。此外，牧業(yè)的過度發(fā)展必然導(dǎo)致草場(chǎng)退化，過牧超載現(xiàn)象嚴(yán)重，忽略牧草生態(tài)用地保護(hù)，從而導(dǎo)致牧草生態(tài)空間急劇縮小。

表3 2013—2019年各土地利用類型及增加比例

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(píng)價(jià)單元的景觀生態(tài)安全指數(shù)，并對(duì)各評(píng)價(jià)單元進(jìn)行kriging插值，采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分類，將景觀生態(tài)安全指數(shù)劃分為5個(gè) 等 級(jí)：Ⅰ級(jí)（0＜ESI≤0.416），Ⅱ級(jí)（0.416＜ESI≤0.770），Ⅲ級(jí)（0.770＜ESI≤0.873），Ⅳ級(jí)（0.873＜ESI≤0.913），Ⅴ級(jí)（0.913＜ESI≤0.982），以此得到巴里坤縣景觀生態(tài)安全等級(jí)分布圖（圖2）。

圖2 2013—2019年景觀生態(tài)安全等級(jí)空間分布

整體來說，巴里坤縣景觀生態(tài)安全整體處于較高水平，總體上呈現(xiàn)南部高、北部低的空間分布特征，2013、2016和2019年景觀生態(tài)安全值均值分別為0.768、0.820、0.891，呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)，表明巴里坤縣域景觀安全度持續(xù)優(yōu)化。

從景觀生態(tài)安全等級(jí)空間分布來看（圖2），不安全和較不安全區(qū)表現(xiàn)為由南向北轉(zhuǎn)移，2013年縣域不安全區(qū)和較不安全區(qū)主要分布在巴里坤縣南部及中部區(qū)域，2016年不安全區(qū)與較不安全區(qū)集中分布于縣域北部，到2019年不安全區(qū)和較不安全區(qū)呈零散化分布，主要分布在花園鄉(xiāng)、石人子鄉(xiāng)、伊吾軍馬場(chǎng)等地，且較不安全區(qū)總是沿不安全區(qū)外圍分布。安全區(qū)主要呈現(xiàn)分散-集中型分布，且面積持續(xù)增加，到2019年安全區(qū)主要分布在研究區(qū)西南部及中部偏東區(qū)域，主要包括大紅柳峽鄉(xiāng)東西部、薩爾喬克鄉(xiāng)、下澇壩鄉(xiāng)、三塘湖鄉(xiāng)及紅山農(nóng)場(chǎng)南部?；景踩珔^(qū)2013—2019年呈現(xiàn)分散-集中-分散型分布，基本安全區(qū)鑲嵌在較安全區(qū)與較不安全區(qū)之間，零散分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

從景觀生態(tài)安全等級(jí)面積變化及占比來說（表4），各時(shí)期各景觀生態(tài)安全等級(jí)面積變化及占比存在明顯差異，2019年巴里坤縣域內(nèi)以基本安全區(qū)和較安全區(qū)為主，占比超過57.88%，安全區(qū)和較不安全區(qū)次之。研究期內(nèi)，不安全區(qū)面積持續(xù)減少，占比由7.25%下降到1.21%。較不安全區(qū)面積持續(xù)增加，占比由6.87%增加到19.85%，增加了12.98個(gè)百分點(diǎn)?；景踩珔^(qū)面積變化幅度較小，穩(wěn)定維持在33.60%~39.14%。較安全區(qū)面積不斷減小，由42.34%下降到24.28%，下降了18.06個(gè)百分點(diǎn)。安全區(qū)面積大幅度增加，占比由9.44%增加到21.05%。

表4 2013—2019年景觀生態(tài)安全等級(jí)面積變化

2.3 景觀生態(tài)安全地統(tǒng)計(jì)分析

2.3.1 半變異函數(shù)研究區(qū)421個(gè)景觀單元景觀風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)符合正態(tài)分布，滿足半變異函數(shù)分析，借助GS+9.0軟件對(duì)研究區(qū)景觀生態(tài)安全值進(jìn)行半變異函數(shù)模型擬合，得到最優(yōu)模型（表5）。由表5可以看出，2013年和2016年最佳擬合模型均為指數(shù)模型，決定系數(shù)（R2）均為0.660，2019年線性模型擬合最佳，R2為0.817。塊金值（Co）表示隨機(jī)部分的空間異質(zhì)性［25］，2013—2019年Co先減小后增大，表明隨機(jī)部分導(dǎo)致的空間異質(zhì)性先減小后增加?；_(tái)值（Co+C）表示景觀生態(tài)安全值波動(dòng)幅度，其值越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越差，2013—2019年Co+C由0.052 8下降為0.006 8，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。塊金系數(shù)［Co/（Co+C）］表示由隨機(jī)因素導(dǎo)致的空間異質(zhì)性與系統(tǒng)總變異比值，2013、2016年Co/（Co+C）值分別為0.073 9和0.083 3，說明這一時(shí)期人為活動(dòng)對(duì)空間異質(zhì)性影響較小，景觀結(jié)構(gòu)性因素占主導(dǎo)地位；2016—2019年Co/（Co+C）值由0.083 3急劇上升為0.838 2，表明這一時(shí)間人為活動(dòng)對(duì)空間異質(zhì)性影響急劇增大，成為引起空間異質(zhì)性的主導(dǎo)因素。變程（Ao）表示景觀空間變異的尺度范圍，2013—2019年變程由18 m增加到134 m，表明研究區(qū)空間變異尺度顯著增加。

表5 景觀生態(tài)安全指數(shù)半變異函數(shù)擬合結(jié)果

2.3.2 空間自相關(guān)分析利用OpenGeoDa軟件計(jì)算各評(píng)價(jià)單元景觀生態(tài)安全指數(shù)的全局自相關(guān)Moran’sⅠ指數(shù)。2013、2016和2019年的Moran’sⅠ值分別為0.815 151、0.861 639、0.436 333（圖3），均為正值，且通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)，表明研究期間巴里坤縣域景觀生態(tài)安全值空間上存在正向相關(guān)性，分布上呈現(xiàn)空間集聚效應(yīng)，景觀評(píng)價(jià)單元生態(tài)安全值高則周邊高，低則周邊也低。2013—2016年Moran’sⅠ值有小幅度增加，空間表現(xiàn)更加集聚，呈趨同性趨勢(shì)；2016—2019年Moran’sⅠ值急劇減小，空間自相關(guān)程度大幅降低，表現(xiàn)為趨異性?？赡苡捎诎屠锢たh經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、工礦生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間和其他生活空間的增加，使得斑塊破碎化，從而導(dǎo)致2016—2019年該研究區(qū)空間關(guān)系呈趨異性。

圖3 景觀生態(tài)安全值Moran’sⅠ指數(shù)

利用OpenGeoDa軟件計(jì)算各評(píng)價(jià)單元景觀生態(tài)安全指數(shù)的全局自相關(guān)Lisa指數(shù)。由圖4可知，2013—2019年巴里坤縣景觀生態(tài)安全值分布均以高-高聚集和低-低聚集為主，高-低聚集、低-高聚集現(xiàn)象不明顯且零星分布。研究期間，變化主要發(fā)生在研究區(qū)南部和東北部?？傮w而言，高值聚集區(qū)與低值聚集區(qū)都呈現(xiàn)有聚集向分散演變。高-高值區(qū)域主要集中分布于薩爾喬克鄉(xiāng)、海子沿鄉(xiāng)、伊吾軍馬場(chǎng)等高海拔的景觀生態(tài)安全區(qū)，低-低值區(qū)域集中分布于具有河流的三塘湖鎮(zhèn)、大紅柳峽鄉(xiāng)、紅山農(nóng)場(chǎng)、淖毛湖等景觀生態(tài)不安全區(qū)。

圖4 景觀生態(tài)安全值Lisa指數(shù)

2.4 三生空間景觀生態(tài)安全耦合特征分析

基于“三生”空間評(píng)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 10.2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(jí)：嚴(yán)重失調(diào)（0＜D≤0.204）、中度失調(diào)（0.204＜D≤0.333）、基本協(xié)調(diào)（0.332＜D≤0.366）、中度協(xié)調(diào)（0.366＜D≤0.375）、高度協(xié)調(diào)（D＞0.375），以此得到研究區(qū)三生空間景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)等級(jí)分布（圖5）和三生空間景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)各級(jí)面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖6）。

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

圖6 三生空間景觀生態(tài)安全耦合協(xié)調(diào)各級(jí)面積

從整體上看，巴里坤縣“三生空間”景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度水平中等，2013—2019年巴里坤縣景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度穩(wěn)步上升，說明縣域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于合理，生態(tài)環(huán)境向好，不再單一追求經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，生產(chǎn)、生活和生態(tài)協(xié)調(diào)有序發(fā)展。從時(shí)空分布上來看，巴里坤縣景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)“南部高，北部低”的空間分布特征，地域分異明顯，嚴(yán)重失調(diào)區(qū)主要分布在北部草原區(qū)，高度協(xié)調(diào)區(qū)主要分布在南部山前地帶，主要是農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，中度失調(diào)區(qū)、基本協(xié)調(diào)和中度協(xié)調(diào)交錯(cuò)分布，由南到北呈過渡性分布。

從面積變化來看，2013—2019年嚴(yán)重失調(diào)區(qū)面積減少了10 750 km2，面積占比由31.67%下降到了2.38%，面積變化主要發(fā)生在巴里坤縣直轄區(qū)、大紅柳峽鄉(xiāng)北部及整個(gè)三塘湖鄉(xiāng)（北部草原）。高度協(xié)調(diào)區(qū)面積2013—2016年間變化不明顯，2016—2019年間高度協(xié)調(diào)區(qū)面積增長(zhǎng)了4 795.08 km2，到2019年其面積主要分布在下澇壩鄉(xiāng)、薩爾喬克鄉(xiāng)、海子沿鄉(xiāng)南端、黃土場(chǎng)開發(fā)區(qū)、巴里坤鎮(zhèn)、石人子鄉(xiāng)南部、奎蘇鎮(zhèn)南部、伊吾軍馬場(chǎng)等地（南部農(nóng)業(yè)）。中度失調(diào)區(qū)呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)后下降趨勢(shì)，基本協(xié)調(diào)區(qū)呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，中度協(xié)調(diào)區(qū)呈現(xiàn)先減后增趨勢(shì)，其中，中度失調(diào)區(qū)2013—2016年間面積增長(zhǎng)了2 752.01 km2，2016—2019年面積減少8 242.39 km2，年際變化較為明顯；基本協(xié)調(diào)區(qū)面積持續(xù)上升，面積變化較大，到2019年，面積共增長(zhǎng)大約8 907.15 km2；中度協(xié)調(diào)區(qū)面積2013—2016年期間減少幅度較大，減少了5 338.29 km2，2016—2019年期間面積又出現(xiàn)大幅度回升，增加了7 879.75 km2。總的來說，基本協(xié)調(diào)區(qū)、中度協(xié)調(diào)和高度協(xié)調(diào)區(qū)面積在不斷增加，嚴(yán)重失調(diào)區(qū)和中度失調(diào)區(qū)面積持續(xù)下降，這說明巴里坤縣三生空間的景觀生態(tài)安全綜合耦合協(xié)調(diào)能力發(fā)生很大程度的改善，但各個(gè)協(xié)調(diào)區(qū)空間分布較為分散，發(fā)展較不均衡，說明巴里坤縣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。

3 討論

生態(tài)安全研究的核心是生態(tài)系統(tǒng)安全及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能安全［26］，景觀格局變化能夠靈敏地反映生態(tài)系統(tǒng)變化，景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)可作為生態(tài)安全評(píng)價(jià)的重要組成［27］，最終的目的是更好地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本研究從“三生空間”視角，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)巴里坤縣景觀生態(tài)安全進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并就“三生空間”景觀安全值進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度分析，其結(jié)果對(duì)巴里坤縣未來三生空間功能的良性發(fā)展、景觀功能協(xié)調(diào)和區(qū)域生態(tài)安全進(jìn)一步優(yōu)化有一定借鑒。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巴里坤縣主要景觀類型為山地草原景觀，且牧草生態(tài)空間逐年下降，這是由于干旱區(qū)半干旱區(qū)單一草地生態(tài)系統(tǒng)本身具有脆弱性［28］，為了其他各生態(tài)空間有序發(fā)展，最終使得生產(chǎn)、生活與生態(tài)更加平衡，牧草生態(tài)空間減小是必然的?？傮w而言，巴里坤全域景觀生態(tài)安全值不斷向好，2019年基本安全區(qū)及以上占比超過78.93%，該研究結(jié)果與徐媛等［29］的研究結(jié)果不同，這是由于生態(tài)安全作為國(guó)家安全重要組成部分越來越深入人心，巴里坤政府在制定政策與發(fā)展過程中不再追求單一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，更多地考慮了經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與生活相互協(xié)調(diào)的綜合效益。

對(duì)巴里坤縣域三生空間景觀生態(tài)安全值做耦合協(xié)調(diào)度分析發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)、生活及生態(tài)空間耦合協(xié)調(diào)度不斷上升。對(duì)全域景觀生態(tài)安全值進(jìn)行半變異擬合發(fā)現(xiàn)，2013、2016年最佳擬合結(jié)果為指數(shù)模型，2019年為線性模型。對(duì)全域景觀生態(tài)安全值全局自相關(guān)和局部自相關(guān)分析也發(fā)現(xiàn)，2013—2016年空間自相關(guān)表現(xiàn)為趨同性，2016—2019表現(xiàn)為趨異性，且空間關(guān)系呈高—高聚集和低—低聚集狀態(tài)，說明2013—2016年各景觀類型變化不顯著，也可能由于各景觀類型變化在時(shí)間上有滯后性，2016—2019年變化顯著，且隨機(jī)因素（人為干預(yù)）引起的系統(tǒng)總變異程度逐年下降，到2019年各景觀類型更加復(fù)雜有序。

目前，中國(guó)的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究還處于探索階段，尚沒有形成系統(tǒng)綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，也缺乏長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)用于生態(tài)安全評(píng)價(jià)［30］。本研究中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)來源于巴里坤哈薩克自治縣土地利用變更數(shù)據(jù)庫，相對(duì)可靠。然而在構(gòu)建景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型中脆弱度指數(shù)來自于常規(guī)的專家打分法，可能存在一定的人為主觀影響。

4 結(jié)論

1）巴里坤縣域內(nèi)牧草生態(tài)空間和其他生態(tài)空間占據(jù)主導(dǎo)地位，所占面積比例分別為52.15%和44.81%，兩者相加占總面積96.96%以上，2013—2019年牧草生態(tài)空間和農(nóng)村生活空間面積分別減小了22.94%和26.49%，其余各生態(tài)空間面積有所增加。

2）整體來說，巴里坤縣景觀生態(tài)安全整體處于較高水平，總體上呈現(xiàn)南部高、北部低的空間分布特征，研究區(qū)景觀生態(tài)安全值總體呈上升趨勢(shì)，基本安全區(qū)和較安全區(qū)占比超過57.88%，表明巴里坤縣域景觀安全度持續(xù)優(yōu)化，安全區(qū)面積由零散向團(tuán)塊化集中分布，不安全和較不安全區(qū)表現(xiàn)為由南向北轉(zhuǎn)移，基本安全區(qū)2013—2019年呈現(xiàn)分散-集中-分散型分布，基本安全區(qū)鑲嵌在較安全區(qū)與較不安全區(qū)之間，零散分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

3）巴里坤縣各景觀單元評(píng)價(jià)小區(qū)景觀生態(tài)安全值Moran’sⅠ指數(shù)均為正值，空間上存在正相關(guān)性，主要表現(xiàn)為高-高聚集和低-低聚集，其中2013—2016年表現(xiàn)為趨同性，2016—2019年表現(xiàn)為趨異性。2013年和2016年各評(píng)價(jià)單元景觀生態(tài)安全值半變異擬合最優(yōu)模型為指數(shù)模型，2019年為線性模型，且隨機(jī)因素（人為活動(dòng)）引起的系統(tǒng)總變異呈下降趨勢(shì)。

4）從整體上看，巴里坤縣“三生空間”景觀生態(tài)安全的耦合協(xié)調(diào)度表現(xiàn)為中等水平，三生空間景觀生態(tài)安全值耦合協(xié)調(diào)度逐年上升，其中基本協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)和高度協(xié)調(diào)區(qū)面積不斷增加，分別增加了8 907.15、2 541.46、4 797.08 km2，嚴(yán)重失調(diào)區(qū)和中度失調(diào)區(qū)分別減少了10 750、5 490.38 km2。