干旱綠洲區(qū)生態(tài)安全格局研究
——以喀什地區(qū)為例

何浩天，姜云璐，曹月娥，賀忠發(fā)，趙 敏，許仲林

(1.新疆大學(xué)地理與遙感科學(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.上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院，上海 200234)

【研究意義】干旱綠洲區(qū)面臨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，這對(duì)區(qū)域內(nèi)的人地關(guān)系協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展提出了巨大挑戰(zhàn)[1-3]。構(gòu)建生態(tài)安全格局的意義在于識(shí)別、修復(fù)與保護(hù)由各類(lèi)生態(tài)空間要素組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)其脆弱性、減少人類(lèi)活動(dòng)的干擾、提高要素間的連通性，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)過(guò)程的有效維護(hù)與提升，從而保障生態(tài)功能的充分發(fā)揮以及生態(tài)價(jià)值與生態(tài)安全的實(shí)現(xiàn)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】隨著生態(tài)文明建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，區(qū)域生態(tài)安全受到極大關(guān)注，生態(tài)安全相關(guān)研究深入發(fā)展[4-5]。生態(tài)學(xué)者從動(dòng)植物種群、生境、景觀、生物多樣性、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)等多角度進(jìn)行生態(tài)安全分析；地理學(xué)者注重土地利用結(jié)構(gòu)與土地覆被的時(shí)空變化以及生態(tài)安全和人地關(guān)系的耦合協(xié)調(diào)等研究[6-11]。生態(tài)安全格局的各類(lèi)關(guān)鍵性生態(tài)要素是從景觀生態(tài)學(xué)引入的，源于“源-匯”理論和“基質(zhì)-斑塊-廊道”結(jié)構(gòu)的“源地-廊道”提取分析已成為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與生態(tài)安全格局構(gòu)建的基本模式[12-16]。目前，基本形成了“生態(tài)源地-生態(tài)阻力面-生態(tài)廊道-生態(tài)節(jié)點(diǎn)、生態(tài)斷裂點(diǎn)-生態(tài)網(wǎng)絡(luò)-安全格局構(gòu)建”的分析思路，但存在具體研究方法和尺度以及具體細(xì)節(jié)上的差異[15-17]。例如，在生態(tài)源地識(shí)別方面，早期學(xué)者直接選取生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好的自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、大型河湖濕地等生態(tài)質(zhì)量?jī)?yōu)異的區(qū)域作為生態(tài)源地，當(dāng)前多數(shù)學(xué)者主要考慮生境質(zhì)量差異、生態(tài)脆弱性、敏感性、景觀連通性以及形態(tài)學(xué)等對(duì)生態(tài)源地質(zhì)量與空間差異進(jìn)行量化分析[12-17]。在生態(tài)阻力面構(gòu)建方面，根據(jù)不同研究對(duì)象，主要形成了考慮特定生物遷徙而構(gòu)建的阻力面和基于生態(tài)功能性的交流與互動(dòng)而構(gòu)建的擴(kuò)散阻力面，二者在因子權(quán)重和阻力賦值上雖有數(shù)值大小的差異，但并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。多數(shù)研究在阻力因子選擇與權(quán)重確定時(shí)，以代表性強(qiáng)的土地利用類(lèi)型為主要選擇因子，再增加海拔、坡度、溫度、降水等輔助性因子，以及進(jìn)行人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度、夜間燈光數(shù)據(jù)等方面的阻力修正；阻力賦值時(shí)呈現(xiàn)人類(lèi)活動(dòng)越強(qiáng)、阻力值越大，生態(tài)制約性越強(qiáng)、阻力賦值越大的規(guī)律[15,18]。在生態(tài)廊道分析方面，運(yùn)用最小累積阻力(MCR)模型識(shí)別出源地間最小成本路徑，其考慮源地、距離和景觀介面3個(gè)特征因素。與傳統(tǒng)的單一距離模型相比，最小累積阻力模型更加考慮阻力成本的差異，可以反映物種運(yùn)動(dòng)的潛在路徑[12-15,18]?；诰坝^指數(shù)、重力模型、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析等方法可以對(duì)生態(tài)廊道重要性以及廊道閉合度、連接度水平進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[12-13,15,19]。作為生態(tài)安全格局重要環(huán)節(jié)的生態(tài)節(jié)點(diǎn)和生態(tài)斷裂點(diǎn)，是出于對(duì)生態(tài)安全關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和障礙點(diǎn)的識(shí)別與保護(hù)[15,19]。在分析方法中，In VEST模型、形態(tài)學(xué)空間格局分析(MSPA)模型、電路理論、景觀連接度、最小累積阻力模型(MCR)、PSR模型、重力模型、圖譜理論等廣泛運(yùn)用于生態(tài)安全格局分析的相關(guān)環(huán)節(jié)；在研究尺度上，國(guó)家、區(qū)域、流域、省、市、縣等不同尺度都有涉及；在研究細(xì)節(jié)上，有側(cè)重于生態(tài)源地科學(xué)提取與對(duì)比分析，有不同阻力面的構(gòu)建與修正分析，也有基于不同技術(shù)方法的生態(tài)廊道的提取與寬度分析，還有生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析與安全格局構(gòu)建等研究[15-19]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，鮮有對(duì)干旱綠洲區(qū)生態(tài)安全格局的研究，尤其缺乏系統(tǒng)、全面的的對(duì)干旱綠洲區(qū)生態(tài)源地、生態(tài)廊道、生態(tài)斷裂點(diǎn)等生態(tài)要素進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析，并在此基礎(chǔ)上形成生態(tài)安全保護(hù)格局?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究以新疆喀什地區(qū)為例，綜合形態(tài)學(xué)空間格局(MSPA)與景觀連接度(dPC)來(lái)對(duì)干旱綠洲區(qū)生態(tài)源地進(jìn)行識(shí)別與分析；在構(gòu)建生態(tài)阻力面的基礎(chǔ)上，識(shí)別潛在生態(tài)廊道并進(jìn)行重要性評(píng)價(jià)與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析；最后，綜合各級(jí)各類(lèi)生態(tài)要素和綠洲發(fā)展現(xiàn)狀，提出喀什地區(qū)永續(xù)發(fā)展的安全格局，以期為喀什地區(qū)構(gòu)建安全高效的生態(tài)安全格局提供建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

喀什地區(qū)位于新疆西南部，是典型大陸性干旱氣候區(qū)。區(qū)域內(nèi)包含多個(gè)地理單元，海拔落差巨大，達(dá)7500 m左右，地勢(shì)由西南向東北傾斜，西天山南脈橫臥北部，帕米爾高原聳立西部，南部是喀喇昆侖山，東部緊鄰塔克拉瑪干大沙漠，造就了多樣的地理面貌和差異巨大的生態(tài)空間(圖1)。大洋水氣難以到達(dá)，導(dǎo)致喀什地區(qū)干旱炎熱，年均降水量56～253 mm，而蒸發(fā)量最高可達(dá)2000 mm[20-21]。區(qū)域內(nèi)高山冰雪融水主要發(fā)育了葉爾羌河、喀什噶爾河兩大水系，流域地表水總資源量為1.20×1010m3，為綠洲形成與開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件，是喀什地區(qū)的主要水源保障[21]。近500萬(wàn)人口聚居于綠洲區(qū)內(nèi)，對(duì)脆弱的生態(tài)環(huán)境造成巨大的現(xiàn)實(shí)壓力，干旱區(qū)生態(tài)景觀的集聚與分散性較為突出。

審圖號(hào)：新S(2021)11117號(hào)(底圖無(wú)修改)

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用的主要數(shù)據(jù)有：①2018年喀什地區(qū)土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/)，數(shù)據(jù)精度為30 m×30 m，隨后將土地類(lèi)型分為建設(shè)用地、林草地、耕地、水體、未利用地等5類(lèi)土地類(lèi)型；②喀什地區(qū)數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)(分辨率30 m)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心，用于生態(tài)阻力面構(gòu)建的坡度和起伏度分析；③多年平均降水量數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn/),用于生態(tài)阻力面構(gòu)建；④喀什地區(qū)道路數(shù)據(jù)來(lái)源于Open Street Map(https://www.openstreetmap.org)，用于生態(tài)斷裂點(diǎn)的識(shí)別與分析；⑤邊界數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(https://www.webmap.cn/)。

1.3 研究方法

1.3.1 基于形態(tài)學(xué)空間格局分析法的生態(tài)源地識(shí)別 形態(tài)學(xué)空間格局分析(MSPA，Morphological spatial pattern analysis)方法是一種可區(qū)分景觀類(lèi)型的圖像處理方法，其借助于IDL語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的Guidos Toolbox(Graphical User Interface for the Description of image Objects and their Shapes)進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的空間識(shí)別、分割和度量，將二值化的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行腐蝕、膨脹、開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算等數(shù)學(xué)處理，最終生成互不重疊的7類(lèi)景觀類(lèi)型(表1)[22-24]。本研究選取生態(tài)功能較好的林草地、水體(含冰川)作為前景數(shù)據(jù)，其他土地利用類(lèi)型為背景數(shù)據(jù)，在Guidos Toolbox分析軟件中采用八鄰域分析方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到7種類(lèi)型的景觀，把其中生態(tài)意義突出的核心區(qū)作為本研究生態(tài)源地的選擇范圍[12,19]。

表1 景觀類(lèi)型及生態(tài)學(xué)意義

1.3.2 基于景觀連接度的生態(tài)源地分析 景觀連接度(Landscape connectivity)是指物質(zhì)流在源地斑塊之間的交流程度，可以作為評(píng)價(jià)生態(tài)過(guò)程的指標(biāo)[7,12,19]。通過(guò)景觀連接度可以很好的反映生態(tài)源地間的交流程度和密切關(guān)系。目前，常用的景觀連接度指數(shù)有景觀相合概率(Landscape coincidence probability, LCP)、整體連通性指數(shù)(Integral index of connectivity, IIC)、可能連通性指數(shù)(Probability index of connectivity, PC)、斑塊重要值(dI)等[25-27]，本文通過(guò)景觀連接度分析進(jìn)行生態(tài)源地重要性分級(jí)，具體采用conefor軟件對(duì)篩選出的生態(tài)源地進(jìn)行景觀連接度分析[18-19]。

(1)

(2)

(3)

1.3.3 基于最小累積阻力模型的生態(tài)廊道識(shí)別 由于地理差異的客觀性，導(dǎo)致淺層地表景觀基質(zhì)的差異性，也直接導(dǎo)致物種遷徙或生態(tài)源地間的交流與擴(kuò)散產(chǎn)生因景觀異質(zhì)性和空間距離的阻力成本[15-19]。而生態(tài)廊道的構(gòu)建對(duì)連通生態(tài)源地、促進(jìn)生物交流與維護(hù)生態(tài)功能具有重要作用[28]。最小累積阻力模型(MCR，Minimal cumulative resistance model)不同于普通的歐式距離成本的地方是其考慮了不同景觀單元的阻力系數(shù)來(lái)計(jì)算成本，在景觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上結(jié)合了基質(zhì)對(duì)生物體運(yùn)動(dòng)的阻力，形象地描繪出景觀潛在連接度和物種擴(kuò)散的最佳路徑[15-19]。本研究參考已有研究選取土地利用類(lèi)型、坡度、地形起伏度以及多年平均降水進(jìn)行阻力賦值和權(quán)重劃分(表2)，通過(guò)疊加分析構(gòu)建綜合生態(tài)阻力面[12-13,18]。將生態(tài)阻力面作為各源地間生態(tài)廊道分析的成本柵格數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS的成本距離產(chǎn)生不同源地的成本阻力面，運(yùn)用成本路徑分析產(chǎn)生各生態(tài)源地到其他目標(biāo)源地的生態(tài)廊道，最終通過(guò)冗余性分析剔除重復(fù)路徑后識(shí)別出區(qū)域內(nèi)的潛在生態(tài)廊道，為生態(tài)源地間的交流互動(dòng)提供可靠且低成本的路徑選擇[15-19]。

表2 生態(tài)阻力面賦值及權(quán)重

(4)

式中，MCR為最小累積阻力值；fmin是指最小累積阻力與距離和阻力值之間的未知正函數(shù)；Dij是柵格i到生態(tài)源地j的距離，Ri是柵格i的阻力值[18-19]。

圖2 單因子生態(tài)阻力面

1.3.4 基于重力模型的生態(tài)廊道重要性分析 源于萬(wàn)有引力定律的重力模型廣泛應(yīng)用于同類(lèi)事物任意兩者之間的相互作用強(qiáng)度分析，其與兩者的質(zhì)量和距離相關(guān)。生態(tài)源地間的相互作用強(qiáng)度可以反映源地間生態(tài)廊道對(duì)交流互動(dòng)的促進(jìn)程度，因此可以借助重力模型(Gravity model)定量評(píng)價(jià)核心生態(tài)源地間的相互作用強(qiáng)度，從而判別生態(tài)廊道的重要程度，并對(duì)生態(tài)廊道進(jìn)行重要性等級(jí)劃分[18-19]。

(5)

式中，Gab是生態(tài)源地a、b間的相互作用強(qiáng)度，Na和Nb分別是兩斑塊的權(quán)重值，Dab是 斑塊a和b間潛在廊道阻力的標(biāo)準(zhǔn)化值，Pa為斑塊a的阻力值，Pb為斑塊b的阻力值，Sa是斑塊a的面積，Sb是斑塊b的面積，Lmax是研究區(qū)中所有廊道阻力的最大值，Lab是斑塊a到b之間生態(tài)廊道的累積阻力值[18-19]。根據(jù)相互作用強(qiáng)度分析可以定量評(píng)價(jià)生態(tài)廊道的重要性。

1.3.5 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析 在圖譜理論的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)絡(luò)閉合度指數(shù)(α指數(shù))、線點(diǎn)率指數(shù)(β指數(shù))與網(wǎng)絡(luò)連接度指數(shù)(γ指數(shù))對(duì)潛在生態(tài)廊道連接生態(tài)源地的水平進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，以衡量其連通水平[12,29]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)指數(shù)計(jì)算公式如下。

(6)

(7)

(8)

式中，L為潛在生態(tài)廊道數(shù)，v為生態(tài)源地連通數(shù)，Lmax為最大可能連接數(shù)。網(wǎng)絡(luò)閉合度指數(shù)與生態(tài)源地間路徑擴(kuò)散有關(guān)，α指數(shù)越高，則生態(tài)源地間可以選擇的擴(kuò)散路徑就越多，反之則相反；當(dāng)擴(kuò)散路徑數(shù)目多時(shí)，不僅可以降低被干擾破壞后的影響程度，也能增加源地間的交流頻率與效率。β指數(shù)可以簡(jiǎn)單刻畫(huà)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，結(jié)構(gòu)類(lèi)型影響生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的安全性也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)策略。當(dāng)β指數(shù)值小于1時(shí)，形成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類(lèi)型為樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，安全性最低，應(yīng)加強(qiáng)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)核心“干”部的保護(hù)以及增加廊道數(shù)量以增強(qiáng)“枝”部的連通性；當(dāng)β指數(shù)值為1時(shí)，該生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為單一回路結(jié)構(gòu)，安全性次之，應(yīng)在保護(hù)現(xiàn)有回路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加廊道選擇；當(dāng)β指數(shù)值大于1時(shí)，形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，安全性最高，應(yīng)在加強(qiáng)保護(hù)的前提下適當(dāng)提高連通效率和廊道質(zhì)量。γ指數(shù)代表網(wǎng)絡(luò)中所有源地被連接的程度，程度越高安全水平越高[29-30]。

1.3.6 生態(tài)斷裂點(diǎn)的識(shí)別 交通道路對(duì)生態(tài)要素的干擾與破壞導(dǎo)致生態(tài)功能受阻，因此產(chǎn)生了重要的生態(tài)斷裂，進(jìn)而對(duì)區(qū)域生態(tài)安全產(chǎn)生巨大影響。因此，對(duì)生態(tài)斷裂點(diǎn)的識(shí)別與修復(fù)是對(duì)生態(tài)源地完整性與廊道暢通性的保障[31-32]。通過(guò)道路與源地、廊道的相交關(guān)系確定道路對(duì)生態(tài)要素的干擾與破壞，相交點(diǎn)即為生態(tài)斷裂點(diǎn)[32]。

我國(guó)高鐵走出國(guó)家的形勢(shì)雖然良好，有著很大的潛力，但一些挑戰(zhàn)是不可避免的，激烈的競(jìng)爭(zhēng)、國(guó)際形勢(shì)、未知的不利因素都是阻礙高鐵發(fā)展的重要因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)源地的識(shí)別與確定

通過(guò)MSPA對(duì)前景數(shù)據(jù)的分析，識(shí)別出生態(tài)斑塊51 970個(gè)，總面積達(dá)38 422.7526 km2，占喀什地區(qū)總面積的30.99%；從空間分布來(lái)看，生態(tài)斑塊主要分布于南部山區(qū)和北部綠洲平原區(qū)外圍，形成2個(gè)明顯的因地理差異所致的分區(qū)。7類(lèi)景觀類(lèi)型中核心區(qū)面積占比最高，達(dá)到94.46%(表3)。其中，面積大于20 km2的62個(gè)斑塊占核心區(qū)面積的91.08%，占前景面積和喀什地區(qū)的比例也高達(dá)86.03%和29.39%；平均斑塊面積達(dá)到533.17 km2，說(shuō)明其對(duì)研究區(qū)生態(tài)源地具有很好的代表性；而面積小于20 km2的8571個(gè)斑塊僅占核心區(qū)面積的8.92%，平均斑塊面積僅為3.78 km2，說(shuō)明絕大部分生態(tài)斑塊破碎化嚴(yán)重。最終將面積大于20 km2的62個(gè)斑塊作為生態(tài)源地以加強(qiáng)對(duì)核心區(qū)的保護(hù)。

表3 景觀類(lèi)型分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

對(duì)生態(tài)源地進(jìn)行景觀連接度分析，結(jié)果顯示景觀連接度具有明顯的等級(jí)差異性，據(jù)此將生態(tài)源地分為4類(lèi)，形成生態(tài)源地的相對(duì)重要性等級(jí)(表4)。其中，選擇dPC≥1的16塊生態(tài)源地作為核心生態(tài)源地。整體來(lái)看，隨著連接度的降低，其分布向核心區(qū)外圍擴(kuò)散，平均斑塊面積變小，破碎度增大。

表4 生態(tài)源地連接度分級(jí)

如圖3所示，核心區(qū)、生態(tài)源地與核心生態(tài)源地在空間分布上有明顯的規(guī)律性，形成源地分布格局中的“兩區(qū)”。其中北部平原區(qū)形成典型的分散格局，呈大分散-小集聚的分布特征，大分散即斑塊整體破碎散布，小集聚即面積較大且連接度高的斑塊集中分布于沿河(葉爾羌河、喀什噶爾河)兩岸；南部山區(qū)形成與山地相結(jié)合的集中分布格局，主要由山區(qū)林草地和永久性冰川組成。南部山區(qū)的生態(tài)屏障作用形成了葉爾羌河流域重要的水源區(qū)和涵養(yǎng)區(qū)，為下游綠洲的形成與發(fā)展提供了水源保障，是喀什地區(qū)全境的生態(tài)保障核心源，因其在生態(tài)安全中的突出重要性，將其設(shè)置為重點(diǎn)保護(hù)的“一源”。

a.核心區(qū); b.生態(tài)源地; c.核心生態(tài)源地。

通過(guò)對(duì)生態(tài)功能突出的土地利用類(lèi)型進(jìn)行前景分析、核心區(qū)面積篩選和景觀連接度分析，可以發(fā)現(xiàn)：①喀什地區(qū)生態(tài)斑塊較多，占喀什地區(qū)總面積的30.99%，說(shuō)明喀什地區(qū)有較好的生態(tài)基礎(chǔ)。②生態(tài)斑塊的面積對(duì)比懸殊。按面積大小篩選出的62塊生態(tài)斑塊占地區(qū)總面積的29.39%；剩余51 908個(gè)生態(tài)斑塊僅占喀什地區(qū)總面積的1.6%，說(shuō)明喀什地區(qū)生態(tài)斑塊破碎性嚴(yán)重，北部平原區(qū)尤為突出。③生態(tài)源地間的景觀連接度差別突出，具有明顯的等級(jí)性，將最高等級(jí)連接度的生態(tài)源地確定為核心生態(tài)源地加以保護(hù)。

2.2 潛在生態(tài)廊道的構(gòu)建與評(píng)價(jià)

通過(guò)構(gòu)建的生態(tài)阻力面可以發(fā)現(xiàn)(圖4)，喀什地區(qū)的阻力高值區(qū)集中分布于各綠洲城市區(qū)。次級(jí)阻力區(qū)有兩大分區(qū)，其一，大面積分布于綠洲城市區(qū)外圍；其二，零星分布于南部山區(qū)海拔高、坡度大的區(qū)域。

圖4 綜合生態(tài)阻力面

在生態(tài)阻力面構(gòu)建的基礎(chǔ)上對(duì)16個(gè)核心生態(tài)源地進(jìn)行GIS廊道分析，構(gòu)建出66條總長(zhǎng)度為5693.356 km的潛在生態(tài)廊道(圖5)。可以發(fā)現(xiàn)，生態(tài)廊道具有明顯的分布特點(diǎn)，形成南北2個(gè)差異性廊道集中區(qū)；中間少量廊道使其南北相接，形成2條東西并行的連接帶。北部生態(tài)廊道多為源間廊道，說(shuō)明北部平原區(qū)的源地破碎性強(qiáng)，源地間的廊道連接至關(guān)重要；南部山區(qū)廊道很大比例在生態(tài)源地內(nèi)，即生態(tài)源地本身的廊道性功能較為突出。基于重力模型對(duì)表征廊道重要性的相互作用強(qiáng)度進(jìn)行分析(表5，圖5)，根據(jù)重力值大小劃分為極重要、重要和一般生態(tài)廊道，又將一般生態(tài)廊道中連接南北2個(gè)地理單元的廊道設(shè)置為中轉(zhuǎn)生態(tài)廊道并加強(qiáng)保護(hù)，最終共識(shí)別出5條極重要生態(tài)廊道、13條重要生態(tài)廊道以及3條南北貫通的中轉(zhuǎn)生態(tài)廊道，其余45條為一般生態(tài)廊道，并根據(jù)重要性分級(jí)結(jié)果進(jìn)行差異化保護(hù)(表6)。

表5 基于重力模型的斑塊間的相互作用矩陣

表6 生態(tài)廊道重要性分級(jí)與統(tǒng)計(jì)

圖5 生態(tài)源地與生態(tài)廊道等級(jí)分布

2.3 生態(tài)斷裂點(diǎn)與廊道構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析

對(duì)研究區(qū)16塊核心生態(tài)源地以及所構(gòu)建的66條潛在生態(tài)廊道進(jìn)行生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析，對(duì)潛在生態(tài)廊道的閉合度和連接度水平進(jìn)行衡量，從而評(píng)價(jià)生態(tài)廊道的連通意義。從表7可以看出，隨著廊道級(jí)別的降低與累積數(shù)量的增加，源地間的連通路徑增多，α指數(shù)的增加，表明源地間的交流效率提高，可以有效降低被干擾后的影響程度。β指數(shù)由最初小于1增長(zhǎng)到4.13，表明區(qū)域源地間的連通由最初安全性最低的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為單一回路，最終發(fā)展為安全性最高的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以反映出隨著廊道數(shù)量的增多，廊道網(wǎng)絡(luò)的安全性在提升。γ指數(shù)可以表示區(qū)域生態(tài)源地被連接的程度，數(shù)值的增加表示連接程度提升，代表著安全性的提升，這與β指數(shù)的分析結(jié)果相一致?？傮w來(lái)看，由于極重要生態(tài)廊道的數(shù)量有限，源地間的連通效率與連接程度均較低，隨著低等級(jí)廊道的加入，源地的連通效率與程度有明顯提升，最終形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)。高等級(jí)廊道數(shù)量有限，很難滿(mǎn)足區(qū)域生態(tài)安全的需要，而全部的66條廊道具有很好的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，在廊道保護(hù)中應(yīng)盡可能的擴(kuò)大保護(hù)范圍。

表7 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)指數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.4 格局構(gòu)建與建議

基于生態(tài)保護(hù)的全局性要求，根據(jù)本研究分析結(jié)果，綜合生態(tài)源地、廊道保護(hù)與斷裂點(diǎn)修復(fù)等各安全要素，在考慮綠洲城市區(qū)安全的基礎(chǔ)上，提出喀什地區(qū)“一源、一廊、兩區(qū)、兩帶、三核、三軸”的生態(tài)安全格局[33](圖6)。

圖6 生態(tài)安全格局

“一源”，主要指喀什地區(qū)生態(tài)源，即南部的昆侖山生態(tài)源地集中區(qū)，它是喀什地區(qū)綠洲的水源供給與涵養(yǎng)區(qū)，為綠洲地區(qū)提供安全可靠的水源保障和生態(tài)屏障?！耙焕取笔侵溉~爾羌河生態(tài)安全廊道，其保障綠洲生產(chǎn)生活的同時(shí)，也起著溝通南北生態(tài)安全的核心廊道作用，區(qū)域內(nèi)的其他生態(tài)廊道大多與葉爾羌河生態(tài)安全廊道聯(lián)系緊密?！皟蓞^(qū)”是指生態(tài)源地的兩個(gè)集中分布區(qū)，北部為沙漠平原生態(tài)源地破碎區(qū)，南部為山地生態(tài)源地集中區(qū)。分別呈現(xiàn)出南北兩區(qū)的生態(tài)與安全現(xiàn)狀差異，北部平原區(qū)綠洲廣布、人口聚集、產(chǎn)業(yè)集聚，導(dǎo)致北部生態(tài)源地破碎分散；南部山區(qū)地勢(shì)高、坡度大、生態(tài)原始、人口稀少，形成了喀什地區(qū)的生態(tài)屏障?！皟蓭А奔粗高B接南北“兩區(qū)”左右并行的兩條中轉(zhuǎn)廊道帶，偏西的生態(tài)連接帶以葉爾羌河為紐帶，偏東的生態(tài)連接帶則以提孜那普河和庫(kù)克牙河為紐帶?！叭恕敝副辈烤G洲地帶的城市群核心，以喀什-疏附-疏勒、莎車(chē)-澤普-葉城、巴楚-圖木舒克為“三核心”的綠洲城市核?！叭恕钡陌踩蔷G洲生態(tài)安全的目標(biāo)與要求，核心在于“一源”對(duì)綠洲區(qū)的保障，關(guān)鍵在于城市核心區(qū)外圍的農(nóng)田及其防護(hù)網(wǎng)、林草帶的生態(tài)防護(hù)帶?！叭S”指連接“三核”形成的北部、東部、西部的“三角狀”軸線。主要由交通道路兩側(cè)的綠色防護(hù)帶、沿線的灌溉綠洲、北部喀什噶爾河和西部葉爾羌河沿河帶等構(gòu)成。在軸線的外圍則是生態(tài)環(huán)境惡劣的沙漠地帶，尤其莎車(chē)-澤普-葉城到巴楚-圖木舒克一線直接?xùn)|臨我國(guó)最大的流動(dòng)沙漠—塔克拉瑪干沙漠，面臨巨大的防風(fēng)固沙壓力。軸線區(qū)也是交通線路密集區(qū)，形成了生態(tài)斷裂點(diǎn)的集中分布區(qū)，對(duì)其修復(fù)是生態(tài)安全的重要方面。

生態(tài)安全格局的構(gòu)建理清了區(qū)域生態(tài)安全的重點(diǎn)與核心，為區(qū)域生態(tài)安全保護(hù)指出了優(yōu)先級(jí)，針對(duì)不同的生態(tài)要素實(shí)施不同的生態(tài)保護(hù)措施。在生態(tài)安全格局保護(hù)中建議采取“一源”>“兩區(qū)”>“一廊”>“三核”>“三軸”>“兩帶”的優(yōu)先順序，運(yùn)用統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、因地制宜、實(shí)事求是的原則開(kāi)展生態(tài)安全保護(hù)與修復(fù)工程。

3 討 論

生態(tài)要素的識(shí)別與研究為區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為區(qū)域生態(tài)安全保護(hù)提供了重要參考。本研究在確定生態(tài)源地時(shí)進(jìn)行了多重選擇，首先把生境質(zhì)量基礎(chǔ)好的林草地、水域作為潛在源地分析對(duì)象，采用MSPA分析方法識(shí)別出生態(tài)作用明顯的核心區(qū)作為生態(tài)源地，在此基礎(chǔ)上通過(guò)景觀連接度評(píng)價(jià)對(duì)生態(tài)源地進(jìn)行重要性分級(jí)，可為源地精準(zhǔn)化保護(hù)提供依據(jù)。通過(guò)這種方法確定生態(tài)源地，一方面避免了生態(tài)源地選擇的主觀性，另一方面，為生態(tài)源地保護(hù)提供了分級(jí)依據(jù)，進(jìn)而可為精準(zhǔn)保護(hù)提供指導(dǎo)。在生態(tài)源地分布規(guī)律上，研究區(qū)生態(tài)源地分布具有干旱區(qū)的顯著特點(diǎn)，與東部季風(fēng)區(qū)的研究案例相比，干旱區(qū)的生態(tài)源地分布較為集中且更具有親山水性[12,29,35]。

相關(guān)研究表明，MSPA分析對(duì)研究尺度較為敏感，隨著柵格尺度的增大會(huì)導(dǎo)致較小景觀要素的消失和面積的減少，不同研究尺度會(huì)產(chǎn)生不同的研究結(jié)果[12,24]。本研究選擇可獲取數(shù)據(jù)的最小尺度，以期最大程度識(shí)別出研究區(qū)的生態(tài)源地，未進(jìn)行尺度選擇方面的深入研究，應(yīng)做進(jìn)一步研究和分析。在基礎(chǔ)阻力面構(gòu)建方面，參考已有研究[34]，本研究選擇了代表性強(qiáng)的土地利用類(lèi)型、坡度、地形起伏度和多年平均降水等因子，缺乏對(duì)其他要素的考慮[33,35]，后續(xù)研究中應(yīng)深入探討各類(lèi)阻力要素及其賦值與權(quán)重分配。

在進(jìn)行潛在生態(tài)廊道構(gòu)建時(shí)，進(jìn)行廊道重要性評(píng)價(jià)和連通度分析，提供了廊道的分級(jí)依據(jù)并確保了構(gòu)建的可靠性。不同于已有研究的單純重要性評(píng)價(jià)和網(wǎng)絡(luò)指數(shù)分析[18,28]，本研究把重要性評(píng)價(jià)與連通性分析進(jìn)行統(tǒng)一，確保了廊道構(gòu)建的有效性。但是廊道的寬度和廊道的生物學(xué)意義沒(méi)有進(jìn)行實(shí)踐性探索，將是后續(xù)深化研究的方向。從生態(tài)斷裂點(diǎn)分布來(lái)看，本文與相關(guān)研究中均體現(xiàn)出人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)格局安全的斷裂作用，集中表現(xiàn)為人類(lèi)活動(dòng)越密集的區(qū)域生態(tài)安全格局破壞越明顯，這也為生態(tài)安全格局保護(hù)提供了反向思路[17-18]。最后，綜合各級(jí)各類(lèi)生態(tài)要素的安全格局構(gòu)建可為研究區(qū)生態(tài)安全保護(hù)提供安全、高效、可持續(xù)的等級(jí)保護(hù)體系，雖有一定的主觀性，但是保護(hù)順序優(yōu)先級(jí)的確定可為實(shí)踐提供可操作性指導(dǎo)。

4 結(jié) 論

本研究采用MSPA分析法對(duì)干旱綠洲區(qū)的林草、水域景觀進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析，識(shí)別出生態(tài)意義明顯的核心區(qū)，并基于景觀連通的重要性對(duì)生態(tài)源地進(jìn)行確定與分級(jí)；在構(gòu)建綜合阻力面的基礎(chǔ)上，為生態(tài)源地的擴(kuò)散識(shí)別了潛在生態(tài)廊道，并進(jìn)行重要性評(píng)價(jià)與連通性衡量；同時(shí)進(jìn)行生態(tài)斷裂點(diǎn)的識(shí)別并在此基礎(chǔ)上綜合各類(lèi)生態(tài)要素，形成喀什地區(qū)生態(tài)安全格局及建議。

(1)研究區(qū)生態(tài)斑塊分布集中但破碎、生態(tài)源地較少連通性較差、生態(tài)斷裂點(diǎn)較多且集中于人類(lèi)活動(dòng)密集的綠洲區(qū)，通過(guò)生態(tài)廊道的構(gòu)建、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通和斷裂點(diǎn)的修復(fù)可以很好的提高連通度和安全性。

(2)構(gòu)建“一源、一廊、兩區(qū)、兩帶、三核、三軸”的生態(tài)安全格局，并結(jié)合干旱區(qū)實(shí)際和區(qū)域生態(tài)安全的重點(diǎn)提出保護(hù)的優(yōu)先順序，可為區(qū)域生態(tài)安全保護(hù)提供科學(xué)參考。