新疆生態(tài)脆弱性時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)力分析

孫桂麗， 陸海燕， 鄭佳翔， 劉燕燕， 冉亞軍

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052）

量化區(qū)域生態(tài)的脆弱性并進(jìn)行定量分級(jí)，有利于因地制宜的開展生態(tài)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)。Turvey［1］和Mahapatra等［2］運(yùn)用綜合指數(shù)法、層次分析法計(jì)算沿海綜合脆弱性指數(shù)，曹詩頌等［3］以敏感性-恢復(fù)力-壓力度（SRP）模型為基礎(chǔ)，探討了生態(tài)脆弱性耦合經(jīng)濟(jì)貧困的協(xié)調(diào)度，王貝貝等［4］使用SRP 概念模型構(gòu)建南昌市生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)南昌市生態(tài)環(huán)境脆弱性的時(shí)空分布特征和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析。有關(guān)新疆生態(tài)脆弱性的整體、綜合研究較少，王讓會(huì)等［5］通過構(gòu)建塔河流域生態(tài)脆弱性指數(shù)來客觀反映了塔河流域生態(tài)環(huán)境改善質(zhì)量的重要性和優(yōu)劣；謝霞等［6］用綜合濕地生態(tài)脆弱度評(píng)估模型對(duì)艾比湖區(qū)域的濕地生態(tài)脆弱性狀況進(jìn)行了綜合評(píng)估；萬洪秀等［7］對(duì)博斯騰湖濕地的生態(tài)脆弱情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

新疆地處亞歐大陸腹地，山盆相間，地貌類型復(fù)雜多樣，有14個(gè)地州市［8］（圖1），生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差、抗逆性弱，是我國西北典型的生態(tài)脆弱區(qū)［8-9］，而其作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的核心區(qū)，其生態(tài)狀況的變化會(huì)直接影響社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［10-11］。因此，本研究基于生態(tài)敏感性-生態(tài)恢復(fù)力-生態(tài)壓力度的SRP 模型結(jié)合新疆生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立多源空間數(shù)據(jù)疊加的新疆生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)模型，定量分析不同階段生態(tài)脆弱性等級(jí)分布和變化，科學(xué)把握生態(tài)脆弱性的演變過程，分析其驅(qū)動(dòng)力，為新疆“生態(tài)功能區(qū)劃”和“國土主體功能區(qū)劃”的更好實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)，保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of the research area map

1 數(shù)據(jù)來源

主要采用了新疆土地利用數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）、氣象數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、歸一化植被指數(shù)（NDVI）、干燥度和土壤侵蝕數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源與處理如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)來源與處理方法Tab.1 Data source and processing method

利用Fragstats 4.2景觀格局分析軟件，從新疆土地利用類型數(shù)據(jù)中提取景觀格局指數(shù)，構(gòu)建景觀恢復(fù)力指數(shù)。選用極差法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，方法參見文獻(xiàn)［12-13］。根據(jù)馬駿等［13-15］的研究結(jié)果，利用分等級(jí)賦值法將土壤侵蝕程度劃分為微度侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強(qiáng)度侵蝕和極強(qiáng)度侵蝕5個(gè)等級(jí)，分別賦值為2、4、6、8、10。

2 研究方法

通過計(jì)算生境質(zhì)量指數(shù)來反映生態(tài)環(huán)境狀況；為消除指標(biāo)信息中的重疊和共線性，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的空間柵格數(shù)據(jù)采用空間主成分分析方法（SPCA）［16-17］計(jì)算SRP 模型的生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)壓力度指標(biāo)權(quán)重。同時(shí)，對(duì)新疆2000年、2005年、2010年、2015 年和2018 年的生態(tài)脆弱性進(jìn)行主成分分析，5期數(shù)據(jù)均選取累積貢獻(xiàn)率大于85%的前k個(gè)主成分，構(gòu)建新疆生態(tài)脆弱性指數(shù)模型，具體計(jì)算公式［14］見表2。

表2 SRP模型相關(guān)計(jì)算公式及參數(shù)說明Tab.2 Calculation formula and parameter description of SRP model

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

（1）生態(tài)敏感性指生態(tài)環(huán)境在受到作用力干擾時(shí)的敏感狀況，反映區(qū)域生態(tài)在受到內(nèi)部和外部影響時(shí)所發(fā)生的一系列狀態(tài)反映［4,12］，主要包括地形、地貌、氣象等自然環(huán)境因素。選取高程、坡度、地形起伏度等因子反映地形地貌特征；土地墾殖率反映土地資源開發(fā)利用程度［12］；選擇景觀破碎度、土壤侵蝕程度反映土地利用狀況和水土流失特征［16-18］；選用干燥度、年均降水量、≥10 ℃積溫等指標(biāo)反映氣候特征變化［14］。

（2）生態(tài)恢復(fù)力指生態(tài)環(huán)境受到外力干擾時(shí)的自我恢復(fù)能力，與生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系密切［17-19］。新疆位于溫帶大陸性氣候區(qū)，荒漠面積大，選取植被覆蓋度指標(biāo)和景觀恢復(fù)性指數(shù)來反映生態(tài)恢復(fù)能力；選取生境質(zhì)量指數(shù)反映生境的抗干擾能力和緩沖能力。

（3）生態(tài)壓力度指生態(tài)環(huán)境受到外部干擾時(shí)所產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)，主要受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況和人類活動(dòng)的影響［17,20］。不合理的人類活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生許多生態(tài)問題，故選取人口密度、人均耕地面積反映人類活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；選取農(nóng)業(yè)依賴度反映農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；選取人均GDP和第二產(chǎn)業(yè)比重反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

從生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)壓力度3 個(gè)維度，綜合人為因素和自然因素，選取17 個(gè)指標(biāo)構(gòu)建生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以通過多個(gè)單因子對(duì)新疆2000—2018 年的生態(tài)脆弱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。用正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)來表示指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱性的影響（表3）。

表3 基于SRP模型的新疆生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.3 Ecological vulnerability assessment index system in Xinjiang based on SRP model

通過主成分分析計(jì)算得出2000 年、2005 年、2010年、2015年和2018年前6個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率分別為90.34%、90.44%、90.36%、89.94%和88.00%，均大于85%（表4），滿足主成分的選取要求［21］。新疆2000—2018 年生態(tài)脆弱性指數(shù)EVI 的計(jì)算表達(dá)式如下：

表4 2000—2018年新疆生態(tài)脆弱性指標(biāo)主成分分析結(jié)果Tab.4 Principal component analysis results in Xinjiang from 2000 to 2018

2.2 生態(tài)脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)化處理EVI使其更加便于度量和比較。在EVI 標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上，參照國內(nèi)外已有生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［22-24］，并根據(jù)新疆生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，將生態(tài)敏感性指數(shù)、生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)、生態(tài)壓力度指數(shù)和生態(tài)脆弱性劃分為5個(gè)等級(jí)（表5），等級(jí)越大，程度越強(qiáng)。

表5 SRP模型的生態(tài)脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Ecological vulnerability classification standards of SRP model

2.3 生態(tài)脆弱等級(jí)面積轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣可定量描述系統(tǒng)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移，包含區(qū)域某個(gè)時(shí)期內(nèi)生態(tài)脆弱性的靜態(tài)數(shù)據(jù)和各個(gè)類型間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)［25］。生態(tài)脆弱性轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)表達(dá)如下：

式中：i表示轉(zhuǎn)移前的生態(tài)脆弱類型；j表示轉(zhuǎn)移后的生態(tài)脆弱類型；Sij是i脆弱類型轉(zhuǎn)為j脆弱類型的面積，矩陣中每一行元素代表j類生態(tài)脆弱類型轉(zhuǎn)移前的生態(tài)脆弱類型信息。

2.4 生態(tài)脆弱性驅(qū)動(dòng)力分析

由Wang 等［26］提出的地理探測(cè)器是揭示空間分異性驅(qū)動(dòng)因子的一種新方法。其中單因子探測(cè)模塊利用因子解釋力衡量自變量因子對(duì)因變量變化產(chǎn)生的貢獻(xiàn)力大小，檢驗(yàn)形成空間分異的原因是否為某個(gè)地理因素導(dǎo)致；因子交互探測(cè)模塊［27］通過比較兩個(gè)影響因子的單因子解釋力之和及其交互作用的解釋力，以判別交互后對(duì)地理現(xiàn)象的影響程度，在5 種增強(qiáng)情況中非線性增強(qiáng)類型對(duì)生態(tài)脆弱性的變化具有最強(qiáng)影響作用。因子探測(cè)計(jì)算公式如下：

式中：q為解釋力，表示某因子在多大程度上解釋了生態(tài)脆弱性的空間分布；h=1, …,L為變量因子的分區(qū)數(shù)；Nh和N分別為分區(qū)h和全部區(qū)域的單元數(shù)；σ2h和σ2分別是分區(qū)h和全局的生態(tài)脆弱強(qiáng)度方差。q的值域?yàn)椋?,1］，q值越大，說明對(duì)生態(tài)脆弱性空間分布影響越大。

通過因子探測(cè)和交互探測(cè)識(shí)別新疆生態(tài)脆弱性驅(qū)動(dòng)因子及交互作用，以2000 年和2018 年生態(tài)脆弱性指數(shù)之差作為因變量，以相應(yīng)原始指標(biāo)體系之差作為自變量進(jìn)行因子分析。結(jié)合王勁峰等［27］提出的數(shù)據(jù)離散化方法，對(duì)17個(gè)影響因子做離散化處理，利用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將其分為5 類，創(chuàng)建10 km×10 km的漁網(wǎng)格并提取樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到地理探測(cè)器軟件中，對(duì)新疆生態(tài)脆弱性空間變化的驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行探測(cè)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)敏感性指數(shù)時(shí)空分布

為消除指標(biāo)信息中的重疊和共線性，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的空間柵格數(shù)據(jù)采用空間主成分分析方法（SPCA），計(jì)算生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)壓力度的指標(biāo)權(quán)重（表6）。

表6 生態(tài)脆弱性指數(shù)各指標(biāo)權(quán)重Tab.6 Weights of indicators of ecological vulnerability

生態(tài)敏感性指數(shù)中景觀破碎度和土壤侵蝕程度所占權(quán)重比較大，說明受土地利用狀況和地表狀況變化影響較明顯，其次高程、干燥度比重也較大；生態(tài)敏感性受土地利用狀況、地形因子和氣候因子綜合影響。生態(tài)恢復(fù)力各指標(biāo)權(quán)重植被覆蓋度權(quán)重最大，貢獻(xiàn)率均大于50%，對(duì)新疆的生態(tài)恢復(fù)方面有重要作用，但生境質(zhì)量指數(shù)和景觀恢復(fù)力指數(shù)對(duì)生態(tài)恢復(fù)的影響較大。生態(tài)壓力度指數(shù)中農(nóng)業(yè)依賴度、人均GDP和人口密度是影響新疆生態(tài)壓力度的主要因素。

通過計(jì)算生態(tài)敏感性指數(shù)并進(jìn)行分級(jí)，得到不同時(shí)期新疆生態(tài)敏感性空間分布（圖2）。整體來看，新疆生態(tài)敏感性呈現(xiàn)中等敏感性面積增加，極端敏感性面積減少，說明新疆生態(tài)敏感程度逐步降低。2000—2018年5個(gè)時(shí)期南疆的敏感性整體上均高于北疆，主要以重度敏感為主。東疆的生態(tài)敏感性在2000年、2005年兩個(gè)時(shí)期相對(duì)敏感性程度不太高，2010年、2015年兩個(gè)時(shí)期生態(tài)敏感性由輕、中度上升到中度、重度，2018年又有所下降，北疆的生態(tài)敏感性除2010年有所增強(qiáng)外，其他年份在中度敏感等級(jí)以下。南疆南部喀拉昆侖山區(qū)域生態(tài)敏感性有所降低。2018 年新疆生態(tài)敏感性整體呈南高北低的分布特征。

圖2 生態(tài)敏感性空間格局分布Fig.2 Spatial pattern distribution of ecological sensitivity

新疆生態(tài)敏感性的空間分布特征明顯，在天山南北坡山區(qū)、伊犁谷地以及阿爾泰山、喀拉昆侖山山地降水量較大、干燥度小、景觀破碎度小，植被覆蓋度高，生態(tài)環(huán)境較好，故生態(tài)敏感性值較低。沙漠分布區(qū)及綠洲-荒漠交錯(cuò)區(qū)生態(tài)敏感性較高。高度敏感區(qū)（包括極度敏感區(qū)和重度敏感區(qū)）主要分布在南疆，其氣溫較高，降水較少，且植被較為稀疏，土壤易受風(fēng)蝕作用，自然條件比較惡劣，生態(tài)問題比較多。中度敏感區(qū)主要集中在東疆和北疆。低敏感區(qū)（包括輕度脆弱區(qū)和微度脆弱區(qū)）主要分布在阿爾泰山、天山、喀拉昆侖山一帶，植被覆蓋度較高、降水相對(duì)較多且極端高溫天氣較少，林地、草地生態(tài)系統(tǒng)較完整，生態(tài)系統(tǒng)功能較為穩(wěn)定，抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)。地形、地貌決定著土壤質(zhì)地以及水量分布狀況，進(jìn)而影響植被的生長(zhǎng)和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性［8,16］，也是影響生態(tài)脆弱性的重要因素。

3.2 生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)時(shí)空分布

計(jì)算生態(tài)恢復(fù)力指數(shù)并進(jìn)行分級(jí)，得到2000—2018 年5 期不同等級(jí)生態(tài)恢復(fù)力的空間分布（圖3）。2000—2018 年新疆生態(tài)恢復(fù)力以1 級(jí)為主，整體生態(tài)恢復(fù)力較弱，這是由新疆整體干旱脆弱的生態(tài)環(huán)境狀況所決定。研究時(shí)段內(nèi)，1 級(jí)、4 級(jí)和5 級(jí)恢復(fù)力面積占比總體呈增加趨勢(shì)，2級(jí)和3級(jí)恢復(fù)力占比下降。5級(jí)恢復(fù)力地區(qū)生態(tài)穩(wěn)定性和抗干擾能力較好，生態(tài)恢復(fù)能力強(qiáng)，5級(jí)恢復(fù)力面積占比雖然最小，但呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2018 年比2000 年增加了126.70%，相對(duì)增幅最大，新疆生態(tài)恢復(fù)力逐步增強(qiáng)。

圖3 新疆生態(tài)恢復(fù)力空間格局分布Fig.3 Spatial pattern of ecological resilience in Xinjiang

2000—2018 年新疆生態(tài)恢復(fù)力的空間格局呈西北高東南低的整體分布格局，且其變化幅度較小，較為穩(wěn)定，但生態(tài)恢復(fù)力強(qiáng)的區(qū)域呈零星增加趨勢(shì)，新疆生態(tài)環(huán)境逐步改善，恢復(fù)力逐漸增強(qiáng)。新疆生態(tài)恢復(fù)力空間分布格局與植被覆蓋度分布大致相似，植被覆蓋度高，林草資源豐富，生物多樣性高，生態(tài)恢復(fù)力強(qiáng)。生態(tài)恢復(fù)力較高區(qū)（5 級(jí)、4級(jí)）主要集中在中部偏西的喇叭口（伊犁州直縣市）；阿勒泰北部和塔城西北部生態(tài)恢復(fù)力也較高，2010 年尤為明顯，該地主要為山地森林、草原生態(tài)系統(tǒng)，生物多樣性高，恢復(fù)能力較強(qiáng)。中度生態(tài)恢復(fù)區(qū)（2 級(jí)、3 級(jí)）分布較為零散，主要分布在高生態(tài)恢復(fù)力的周邊以及昌吉州、哈密市中部、吐魯番市、克州部分區(qū)域，基本為綠洲區(qū)，說明人類生態(tài)工程建設(shè)對(duì)生態(tài)恢復(fù)力影響明顯。生態(tài)恢復(fù)力低值區(qū)分布面積最大，主要分布在阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)、巴州、吐魯番市和哈密市等區(qū)域，這些區(qū)域下墊面單一、植被少、生境質(zhì)量指數(shù)低［8］，受外界干擾時(shí)耐受能力弱，恢復(fù)速度較慢。

3.3 生態(tài)壓力度指數(shù)時(shí)空分布

由2000—2018 年新疆生態(tài)壓力度空間分布變化可知（圖4），1級(jí)、3級(jí)和5級(jí)生態(tài)壓力度呈下降趨勢(shì)，2級(jí)和4級(jí)生態(tài)壓力度總體呈上升趨勢(shì)。其中，1級(jí)生態(tài)壓力度面積占比最大，2000—2018 年2 級(jí)生態(tài)壓力度增加明顯。3級(jí)生態(tài)壓力度呈波動(dòng)小幅下降趨勢(shì)。4級(jí)生態(tài)壓力度面積占比僅次于1級(jí)，總體呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，5 級(jí)生態(tài)壓力度面積占比相對(duì)較小，呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。新疆生態(tài)壓力度呈增加趨勢(shì)，這與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平逐步提升有一定關(guān)系。

圖4 新疆生態(tài)壓力度空間格局分布Fig.4 Spatial pattern of ecological stress in Xinjiang

生態(tài)壓力度高值區(qū)受干擾強(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)較不穩(wěn)定。2000—2018 年新疆生態(tài)壓力度整體呈較低水平（1 級(jí)），生態(tài)壓力較低，這與新疆處于西部邊疆，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低有一定關(guān)系。2000—2018年新疆生態(tài)壓力度呈南、北部山區(qū)、中部綠洲區(qū)、山區(qū)偏高，東部、南部沙漠腹地低的空間分布格局，這與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密切相關(guān)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)的區(qū)域生態(tài)壓力較大，反之較低。生態(tài)壓力度高值區(qū)主要分布在伊犁州直、阿勒泰北部、塔城西北部、烏魯木齊市、昌吉州南部以及和田地區(qū)、喀什地區(qū)和巴州南部。2000—2010 年新疆喀拉昆侖山生態(tài)壓力度較高，2015—2018 年有所緩解，這與逐步重視生態(tài)保護(hù)有一定關(guān)系。

3.4 生態(tài)脆弱性時(shí)空分布特征

3.4.1 新疆生態(tài)脆弱性時(shí)間變化 生態(tài)脆弱性是由生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)壓力度綜合決定，2000—2018 年新疆生態(tài)脆弱性整體處于中度脆弱以上，這與新疆生態(tài)敏感性較高，生態(tài)恢復(fù)力弱、生態(tài)壓力大密切相關(guān)。

從圖5 可以看出，2010—2018 年北疆生態(tài)脆弱性有所加重，尤其是阿勒泰、塔城南部變化較為顯著，其他地方相對(duì)穩(wěn)定，這與阿勒泰、塔城地區(qū)為重要的農(nóng)牧區(qū)，生態(tài)壓力較大有一定關(guān)系。新疆生態(tài)脆弱性分布大致呈西北、中部的山區(qū)、綠洲區(qū)低，東南部的荒漠區(qū)高的空間分布特征。高脆弱區(qū)主要分布在巴州中部、和田地區(qū)和喀什地區(qū)北部、阿克蘇地區(qū)南部、吐魯番市和哈密市南部、阿勒泰南部和塔城地區(qū)東部等地，這些地區(qū)受古爾班通古特沙漠和塔克拉瑪干沙漠的影響較大，吐哈盆地分布著面積廣大的戈壁，又處于風(fēng)口位置，風(fēng)力侵蝕強(qiáng)，生態(tài)脆弱性也較高；中度脆弱區(qū)分布較為零散，主要分布在沙漠周邊的綠洲地帶，人為干擾強(qiáng)、生態(tài)壓力較大；低脆弱區(qū)集中在伊犁州直縣市、塔城地區(qū)西部、阿勒泰地區(qū)北部、昌吉回族自治州等地區(qū)。

圖5 新疆生態(tài)脆弱性空間分布Fig.5 Spatial distribution of ecological vulnerability in Xinjiang

新疆的生態(tài)脆弱性主要受生態(tài)敏感性和生態(tài)壓力度影響較大，植被覆蓋度低、降水少、干燥度高的地區(qū)生態(tài)脆弱性較高，中部高海拔林地草地生物多樣性豐富、生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定，生態(tài)脆弱性相對(duì)較低；生態(tài)脆弱性的空間分布與水資源分布密切相關(guān)［15,21］。東南部荒漠區(qū)為全疆的3個(gè)少雨中心，區(qū)內(nèi)沙漠、戈壁廣泛分布，風(fēng)力作用強(qiáng)烈，荒漠化問題嚴(yán)重［4,15,28］，脆弱性高。南疆昆侖山沿線海拔較高，且植被蓋度較低，區(qū)域生態(tài)脆弱性也較高。在水資源條件較好的綠洲區(qū)，人類活動(dòng)則成為影響脆弱性的主導(dǎo)因素［15-16］。

3.4.2 新疆生態(tài)脆弱性轉(zhuǎn)化特征 根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣公式建立2000和2018新疆生態(tài)脆弱不同等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣（表7），發(fā)現(xiàn)不同等級(jí)之間的轉(zhuǎn)化較為顯著，尤其是相鄰等級(jí)。微度脆弱區(qū)主要向輕度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)化；輕度脆弱區(qū)既有負(fù)向也有正向轉(zhuǎn)化，向微度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)換的比例較大；中度脆弱區(qū)約有30.13%向輕度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)化，有21.92%和9.07%的區(qū)域向重度脆弱區(qū)和極度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)化；重度脆弱區(qū)主要向極度脆弱區(qū)和中度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化比例相差不大，而極度脆弱區(qū)面積增加主要來源于重度脆弱區(qū)。極度脆弱區(qū)中有42.81%向重度脆弱區(qū)轉(zhuǎn)變，是重度脆弱區(qū)面積增加的主要來源之一，重度脆弱區(qū)和極度脆弱區(qū)之間轉(zhuǎn)換較大，重度脆弱區(qū)面積增加主要來自于極度脆弱區(qū)和中度脆弱區(qū)的轉(zhuǎn)化。

表7 新疆脆弱區(qū)面積轉(zhuǎn)移矩陣Tab.7 Area transfer matrix of fragile areas in Xinjiang /km2

3.4.3 生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)變化 由新疆生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)變化可知（圖6），2000—2018 年生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在2015年（3.84）。其中，2000—2005年生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)上升幅度最大，2005 年以后增速放緩，趨于穩(wěn)定，說明過去18 a間新疆生態(tài)環(huán)境整體情況正在逐步改善，但還需繼續(xù)加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)。

圖6 新疆生態(tài)脆弱性綜合指數(shù)變化Fig.6 Vulnerability index changes in Xinjiang

3.5 生態(tài)脆弱性變化驅(qū)動(dòng)力分析

3.5.1 單因子探測(cè)分析 地理探測(cè)器單因子通過影響力q值來表示各指標(biāo)對(duì)生態(tài)脆弱性變化的解釋程度大小，探測(cè)結(jié)果顯示q值由大到小依次為農(nóng)業(yè)依賴度（0.347）、生境質(zhì)量指數(shù)（0.294）、景觀破碎度（0.290）、景觀恢復(fù)力指數(shù)（0.279）、人口密度（0.272）、年均降水量（0.245）、土地墾殖率（0.231）、人均耕地面積（0.069）、第二產(chǎn)業(yè)比重（0.063）、土壤侵蝕程度（0.035）、高程（0.035）、人均GDP（0.027）、地形起伏度（0.013）、植被覆蓋度（0.010）、≥10 ℃積溫（0.010）、坡度（0.008）、干燥度（0.005），其他因子的q值很小，忽略不計(jì)。

從影響力q值來看，說明對(duì)農(nóng)業(yè)的依賴程度以及生境質(zhì)量對(duì)生態(tài)脆弱性的影響相對(duì)較大。人為活動(dòng)因素（農(nóng)業(yè)依賴度、人口密度、土地墾殖率）和自然環(huán)境因素（生境質(zhì)量指數(shù)、景觀破碎度、景觀恢復(fù)力指數(shù)和年均降水量）的7 個(gè)因子對(duì)新疆2000—2018年生態(tài)脆弱性變化的解釋程度相對(duì)較大，其他因子對(duì)新疆生態(tài)脆弱性變化的解釋程度則相對(duì)較低。

3.5.2 多因子交互性探測(cè)分析 生態(tài)脆弱性變化通常是社會(huì)因子、植被因子、地表因子、地形因子和氣象因子等多方面因素共同作用的結(jié)果，沒有單一決定因子能解釋新疆生態(tài)脆弱性變化，說明生態(tài)系統(tǒng)變化的復(fù)雜性。采用地理探測(cè)器得到24 個(gè)非線性增強(qiáng)因子（表8）。

表8 主要指標(biāo)之間交互作用Tab.8 Interaction between key indicators

農(nóng)業(yè)依賴度和景觀破碎度交互作用對(duì)新疆生態(tài)脆弱性變化具有最強(qiáng)的解釋作用，同時(shí)農(nóng)業(yè)依賴度和生境質(zhì)量指數(shù)、植被覆蓋度、景觀恢復(fù)力及土地墾殖率的相互協(xié)同下也表現(xiàn)出較強(qiáng)的影響力。單因子探測(cè)結(jié)果顯示農(nóng)業(yè)依賴度對(duì)新疆生態(tài)脆弱性變化影響較大，其與景觀破碎度指數(shù)和生境質(zhì)量指數(shù)相結(jié)合時(shí)，有了更大的影響力。在兩兩交互作用中，生境質(zhì)量指數(shù)、景觀恢復(fù)力、景觀破碎度、植被覆蓋度與區(qū)域人類活動(dòng)相互作用是新疆生態(tài)脆弱性變化主要驅(qū)動(dòng)力。

4 討論

評(píng)價(jià)結(jié)果是相對(duì)的，生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)分析，受指標(biāo)選取、評(píng)價(jià)方法選擇等多種因素的影響。景觀破碎度和土壤侵蝕程度是敏感度權(quán)重占比較大的兩個(gè)指標(biāo)，繼而是高程、干燥度和地形起伏。相近的自然條件下，人類活動(dòng)對(duì)景觀破碎度變化產(chǎn)生較大影響，因此，不同地區(qū)敏感性主要受人為因素影響。城鎮(zhèn)等生活空間由于擴(kuò)張會(huì)占用土地，建設(shè)工程、礦產(chǎn)資源開發(fā)等人為因素會(huì)增加生態(tài)環(huán)境的敏感性，這與黃瑩等［28］、郭亞淑等［29］和艾麗婭等［30］的研究結(jié)果相一致。通過對(duì)新疆生態(tài)壓力度的指標(biāo)權(quán)重和空間變化分析，發(fā)現(xiàn)人口的增長(zhǎng)對(duì)城鎮(zhèn)發(fā)展壓力較大，進(jìn)而使生態(tài)系統(tǒng)承受的壓力不斷增大，這與黃瑩等［28］和于琳［31］的研究結(jié)果相一致。近年來，新疆經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人均GDP迅速增加，但同時(shí)使生態(tài)環(huán)境壓力增大。先天惡劣的自然環(huán)境本底，導(dǎo)致新疆土壤侵蝕強(qiáng)度大、植被覆蓋率低、生境質(zhì)量指數(shù)小，導(dǎo)致生態(tài)敏感性高而恢復(fù)力弱，生態(tài)脆弱性較高［32-34］。根據(jù)新疆生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)及驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果，生態(tài)脆弱性5個(gè)等級(jí)的時(shí)空分布范圍、主要生態(tài)問題不盡相同，因此，生態(tài)保護(hù)與建設(shè)對(duì)策也理應(yīng)有所不同。

5 結(jié)論

氣候變化和人類活動(dòng)雙重作用下，干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)正在發(fā)生較大變化，利用空間主成分分析方法構(gòu)建新疆敏感性、恢復(fù)力、壓力度和生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)模型，分析其時(shí)空分布特征及驅(qū)動(dòng)力，主要得出結(jié)論如下：

（1）2000—2018年景觀破碎度和土壤侵蝕程度是影響新疆生態(tài)敏感性的主要因素，整體處于中度敏感水平，東南高西北低；新疆生態(tài)恢復(fù)力主要受植被覆蓋度影響，處于較低狀態(tài)，呈西北高東南低，且其變化幅度小而穩(wěn)定；新疆生態(tài)壓力度指數(shù)主要為人均GDP、農(nóng)業(yè)依賴度和人口密度，呈南、北部的山區(qū)和中部高，東南低。

（2）2000—2018年新疆生態(tài)脆弱性介于中度脆弱和重度脆弱之間。南、北疆植被覆蓋度低、降水少、干燥度高的地區(qū)生態(tài)脆弱強(qiáng)度較高，中部以林地、草地為主的高海拔地區(qū)的生物多樣性豐富、生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定，生態(tài)脆弱性強(qiáng)度相對(duì)較低。

（3）2000—2018年新疆不同脆弱等級(jí)間轉(zhuǎn)化明顯，相鄰脆弱性等級(jí)轉(zhuǎn)化明顯，生態(tài)脆弱性呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，過去18 a間新疆整體生態(tài)環(huán)境情況逐漸好轉(zhuǎn)。

（4）人為活動(dòng)因子中的農(nóng)業(yè)依賴度、人口密度、土地墾殖率，及自然環(huán)境因子中的生境質(zhì)量指數(shù)、景觀破碎度、景觀恢復(fù)力指數(shù)和年均降水量7 個(gè)因子對(duì)新疆生態(tài)脆弱性變化的影響較大。生境質(zhì)量指數(shù)、景觀恢復(fù)力指數(shù)、景觀破碎度指數(shù)、植被覆蓋率的變化與區(qū)域人類活動(dòng)的相互作用是促使新疆生態(tài)脆弱性的主要驅(qū)動(dòng)力。