基于生態系統服務功能的新疆綠洲生態安全格局識別及優化策略
——以拜城縣為例

王正偉,王宏衛,*,楊勝天,劉 勤,高一薄,衡嘉堯,張惠婷

1 新疆大學資源與環境科學學院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學綠洲生態教育部重點實驗室,烏魯木齊 830046 3 北京師范大學水科學研究院,北京 100875 4 新疆大學旅游學院,烏魯木齊 830046

半個世紀以來,隨著社會經濟的快速發展以及城市化進程的不斷推進,生態安全問題已經日益突出,并成為世界各國關注的焦點[1],黨的十八大將生態文明建設納入中國特色社會主義事業“五位一體”總體布局,并將國土空間格局優化提升到了戰略高度,生態安全格局作為實現區域生態安全的基本途徑和重要保障,被確定為國土空間開發和保護的三大戰略格局之一[2]。廣義的生態安全強調生態系統能夠保障人類生活健康不受損害,經濟發展和社會安定不受威脅[3],狹義的生態安全指生態系統發揮生態系統服務功能和維持生物多樣性所需要的自身結構完整性與健康程度。生態安全格局是由區域生態“源”地及溝通生態系統服務流動的生態廊道共同構成[4],對國土空間格局優化,維護景觀格局整體性與區域生態安全具有重要意義[5—6]。

國外關于生態安全格局的相關研究始于20世紀80年代初,早期主要集中在景觀安全格局和土地利用優化兩個方面。隨著對生態安全重要性認識的不斷深入,相關研究逐漸向以自然生態系統為主,并與社會經濟相互耦合的方向發展,側重對區域性生態問題背景下的區域生態系統功能及過程、生物多樣性及生態系統的評估及其協調關系的研究[7],并加強對自然及社會經濟系統耦合協調關系的分析,注重生態保護與修復[8—10]。國內研究始于20世紀90年代,學者經過近20年來的持續探索,對于生態安全格局的研究已從早期相關概念的辯析、理論探討發展到區域生態風險及生態系統評價[11—12],注重生態安全格局的相關研究[13—15],并逐步形成由“源”地、廊道、節點、網絡等要素組成的生態安全空間優化模式[16—17]。杜悅悅等從生物資源保護、水資源安全以及營養物質保持等方面評估生態重要性,識別生態“源”地和景觀廊道,同時構建了山區生態安全格局[18]；楊天榮等通過生態服務重要性及生態環境敏感性識別生態“源”地,對關中城市群生態空間布局優化展開研究[19]；方瑩等利用生境質量模型、生境風險評估模型等方法診斷生態“夾點”及生態障礙點,確定煙臺市國土空間生態保護和修復的關鍵區域[20]；對于新疆生態安全的相關研究,有學者通過構建基于突變級數法的生態安全評價指標體系,對土地生態安全進行探索性分析[21]，并利用最小阻力模型,從點、線、面綜合視角對渭干-庫車河綠洲進行景觀格局優化[22],劃分生態用地重要性保護分區,進而設置生態用地規劃情景[23]。綜合來看,新疆地區生態問題的相關研究,內容多集中于景觀類型優化,生態保護區劃分及生態用地規劃方面,從全局角度構筑生態保護格局,優化生態空間保護網絡體系的研究較少。

作為我國典型的干旱氣候區,新疆脆弱的生態環境和稀疏的植被覆蓋類型在很大程度上限制著區域生態系統功能的有效發揮,進而導致生態問題頻發,嚴重威脅著當地居民生存環境。因此本研究基于生態系統服務價值綜合評定結果,識別2009、2016、2019年拜城縣生態安全格局,并依據研究期內生態“源”地及生態保護重要性用地的發展變化趨勢,結合生態環境特征及縣域總體發展規劃,提出拜城縣生態安全布局調控的優化發展思路,以期優化縣域生態空間布局,筑牢區域生態安全屏障、保障綠洲地區生態安全,并為綠洲地區生態文明建設提供一定的參考。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

拜城縣地處新疆塔里木盆地北緣的山間盆地,位于80°37′39″E—83°02′25″E,41°24′08″N—42°38′52″N之間,地勢西北高東南低,自然坡降較大,地形復雜,年均氣溫7.6℃,年均降水量171.13mm,屬溫帶大陸性干旱氣候。拜城縣縣域總面積為1.91萬km2,下轄4鎮10鄉1個國有農牧場、1個管委會。縣區水域面積約114km2,占全域總面積的0.72%,境內河流分布廣,主要河流有克孜爾河、木扎提河、喀拉蘇河等水系,主要耕作土地類型為綠洲灌淤土,屬于典型的新疆內陸河流域綠洲。拜城縣2018年末常住人口為24.7萬人,年末地區生產總值(GDP) 68.95億元,近年來隨著經濟社會的快速發展,人類活動對生態環境影響逐漸凸顯,偏遠山區存在亂砍濫伐現象,同時生活垃圾隨意丟棄、污水隨意排放、縣域缺乏較為完備的垃圾處理設施及處理廠,造成生態環境惡化、資源浪費、人與自然關系失調、人地矛盾突出、經濟與環境的矛盾日益尖銳等一系列問題,生態安全問題仍不容樂觀。

圖1 研究區概況Fig.1 Location of the study area

1.2 數據來源

本文使用的數據有：社會經濟數據來源于2009—2019年《新疆統計年鑒》、《拜城縣統計年鑒》以及統計公報；2009、2016、2019土地利用數據(比例尺1∶50000)、規劃文本來源于拜城縣國土部門；DEM和坡度數據(30m分辨率)來源于地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/),土壤侵蝕數據、NDVI等均來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn)。

2 研究方法

2.1 生態系統服務價值評估

本文在借鑒謝高地等[24]研究成果的基礎上,結合拜城縣地處西北內陸,大陸性氣候條件影響下干旱少雨,天然植被稀疏等實際情況,采用新疆地區生物量因子ks(ks=0.58)對生態系統服務價值系數進行修正,同時參考前人相關研究[25],將人類活動因素考慮在內。因謝高地當量表的測算與支付意愿相關,而支付意愿主要取決于支付能力水平,因而將研究區居民人均可支配收入調整系數kj納入到拜城縣生態系統服務價值系數修正當中,制定出拜城縣單位生態系統服務價值當量表,為全面反映區域生態系統服務的各項價值,兼顧生態和社會成份,本文選取了食物生產、原材料、氣體調節、氣候調節、廢物處理、水源涵養、土壤形成與保護、生物多樣性、娛樂文化等9項生態系統服務,運用Constanza等建立的生態系統服務價值(ESV)測算模型[26](式1—3),計算拜城縣生態系統服務價值。

(1)

(2)

(3)

式中: ESV為生態系統服務價值,Ak為第k類土地利用類型的面積(hm2),VCk為調整后生態系統服務價值系數(元 hm-2a-1),ks為新疆生物量因子0.58,kj為研究區居民人均可支配收入調整系數,Vt為研究區第t年糧食作物總產值(萬元),St為第t年研究區耕地面積(hm2)。

敏感性指數(CS)可以反映一定時間內ESV對于生態系統服務價值系數的依賴程度,將各項系數分別上下調動50%,計算出相應的彈性系數(CS)值,公式為：

(4)

式中:ESVj和ESVi分別表示調整前后生態系統服務價值的大小,VCjk和VCik分別表示調整前后生態系統服務價值系數的大小。

2.2 生態“源”地的識別

2.3 最小累計阻力面的建立

最小累計阻力面表示生態用地從“源”向其他景觀單元所耗費的累計距離[30—31],基于Arcgis中的cost distance工具來建立生態用地間能量流的空間運動阻力面,本研究考慮的阻力因子包括高程、坡度、地形起伏度、距水體距離、距道路距離、距居民點距離、NDVI、土壤侵蝕度、土地覆被類型。因各阻力因子等級范圍不同,生態“源”地向外擴張過程中所需克服的阻力也有很大差異,因而參考前人關于不同要素阻力系數設定的相關研究[32],結合已有數據和研究區用地實際,將9個指標劃數據劃分為5個等級,分別設定阻力系數(表1),建立阻力面。運用層次分析法確定權重,加權求和得到拜城縣生態用地擴張的空間阻力面分布(圖2)。

表1 生態用地阻力系數與阻力值

圖2 2019年生態阻力單要素評價結果Fig.2 The results from single factor evaluation ecological resistance in 2019

2.4 生態廊道構建

生態廊道是生態系統中生物、能量流動的便捷通道[33—34],能夠增強生態“源”地間的聯系和防護功能。通過Arcgis中的cost distance分析得到不同安全等級“源”地所對應的累計消耗距離表面,運用水文分析工具對其進行填洼、流向、匯流累計量處理,并確定合理閾值,得到各“源”地間累計阻力最小的消耗路徑,對其進行矢量化處理,輸出一條光滑的曲線,即為生態廊道。

2.5 生態網絡結構評價

本文通過生態網絡結構指數評價方法,選用網絡閉合度(α指數)、節點連接率(β指數)、網絡連接度(γ指數)等指標對生態網絡進行評價[35],其計算公式如下：

(5)

(6)

(7)

式中：L表示生態廊道數(條)；V代表生態節點個數。網絡閉合度α用來描述網絡中回路出現的程度,值越大,表明供物種遷移擴散的路徑越多；節點連接率β用來描述網絡中各節點的平均連接數,值大于1表明網絡連接水平較復雜；網絡連接度γ用來表示網絡中節點的連接程度,值越大表明網絡節點連接性越高。

3 生態系統服務價值估算結果及分析

3.1 生態系統服務靜態價值估算

經計算拜城縣2009年、2016年、2019年單位農田自然糧食產量的年均經濟價值分別為1842.35元/hm2、2521.29元/hm2、3499.66元/hm2,基于此得到適用于研究區范圍的生態系統服務價值系數表(以2019年為例(表2))。將系數表與研究區各土地利用類型面積相乘,得到拜城縣各年生態系統服務價值(表3)及其單項服務價值量在研究期內的變化情況(圖3)。

表2 2019年拜城縣不同土地利用類型單位面積生態系統服務價值系數

分析表3可知,拜城縣2009、2016、2019年生態系統服務價值總量分別為113.81億元、155.74億元、232.63億元,價值量呈持續升高的趨勢。就各年單項生態系統服務價值來看,水源涵養的價值量最高,約占當年價值總量的21%,其次是廢物處理,約占當年價值總量的18%,食物生產和原材料價值量接近,各項價值量中食物生產價值量最低。從圖3單項價值量的變化來看,2009—2019年間單項價值量增長最多的是水源涵養,增長約25.84億元,占各類服務總量的22%,其次是廢物處理,十年間增長約21.52億元,占各類服務總量的18%,單項增長量最少的是食物生產和原材料,增長量分別為3.54億元和3.98億元,共占總增長量的6%。

表3 2009、2016、2019年拜城縣單項生態系統服務價值計算

圖3 2009、2016、2019年單項生態系統服務價值量對比 Fig.3 Comparison of the value of single ecosystem services in 2009, 2016 and 2019

對價值系數表進行敏感性分析可知：2009—2019年拜城縣各項生態服務的彈性指數均小于1,表明ESV相對于VC缺乏彈性(表4),研究結果可信。

表4 敏感性分析結果

從2009年、2016年、2019年各項生態系統服務變化率(圖4)來看,十年間每項生態系統服務價值量都在穩步上升。從2009—2016年來看,雖然食物生產增長量僅為1.268億元,但增長率為36.86,為各項服務中最高；其次是廢物處理,增長率為36.85%。增長率較低的服務類型是氣體調節,增長率為36.81%,其余各項生態系統服務類型增長率相差較小,均在36.82%—36.84%之間。2016—2019年之間各項生態系統服務類型增長率均有上升,增長率最高的服務類型是原材料,增長率為57.53%；增長率最低的服務類型是土壤形成與保護,增長率為46.59%。從多年平均變化率來看,拜城縣各生態系統服務類型多年平均變化率為10.48%,其中原材料的增長率最快,多年平均變化率為11.56%,土壤形成與保護和生物多樣性保護的變化率相對較小。

圖4 2009、2016、2019年拜城縣單項生態系統服務價值變化率及變化量Fig.4 Change rate and amount of ecosystem service values in Baicheng County in 2009,2016 and 2019

3.2 生態安全格局的建立

生態系統服務價值是生態保護、三生空間劃定和生態補償標準制定的重要基礎[36],也是判斷區域生態系統功能強弱的重要依據。通過定量計算生態系統服務價值,識別其空間集聚程度,不僅可以反映出區域內生態功能強弱的空間差異性,以此為基礎識別生態“源”地,構建的區域生態安全格局在空間分布上也更加精確,生態穩定機制也更加均衡。基于此,本文以生態系統服務價值綜合評價結果為基礎,提取99%置信水平生態系統服務價值熱點區,確定2009、2016、2019年3個年份的生態保護“源”地。并在參考前人研究同時結合研究區用地實際,將阻力因子劃分為5個等級,分別設定阻力系數,以衡量生態“源”地空間運動的生態過程及生態功能流動與傳遞所遇到的空間阻力,得到研究區生態擴張累計阻力面,進而劃分生態保護重要性等級,阻力值越小,生態用地擴張適宜度越強,生態重要性越高；阻力值越大,生態用地擴張適宜度越弱,生態重要性越低。最后基于Arcgis中的cost distance工具,得到由生態重要性等級區、生態“源”地、生態節點、生態廊道、潛在廊道所組成的2009、2016、2019年三個時間年份的生態安全格局。

3.2.1生態“源”地的確定

圖5 拜城縣2009、2016、2019生態源地備選區Fig.5 Alternative ecological source area of 2009,2016and 2019 in Baicheng County

3.2.2生態用地保護重要性等級劃分

通過阻力因子加權求和得到拜城縣生態擴張累計阻力面(圖6),通過圖6分析可知,2009—2019年間,拜城縣生態用地保護累計阻力值空間分布變化明顯。從整體來看,高值區主要分布在研究區中部大橋鄉、亞吐爾鄉及南部克孜爾鄉、北部老虎臺鄉等植被覆蓋量少、受人類活動影響大的地區,用地多為裸巖石礫地、空閑地等類型。低值區范圍較廣,在研究區南部和北部山區具有較大面積分布,主要位于南部綠洲區察爾齊鎮、溫巴什鄉、北部山區黑英山鄉、米吉克鄉等草地、水體分布面積較大的區域。從縱向變化來看,2009—2019年變化較大的區域主要位于黑英山鄉,托克遜鄉等靠近河流的區域。以生態擴張累計阻力值為屬性,基于Arcgis軟件中的空間分析工具和自然斷點法將拜城縣生態系統安全等級分為低值區、中值區、次高值區、高值區4個區域,將其分別對應為生態保護等級中的生態核心區、生態緩沖區、生態過渡區、生態脆弱區,得到相應的拜城縣生態用地保護重要性分布圖(圖7)。生態擴張累計阻力值越低說明該區域生態用地擴張適宜度越強,重要性越高,需要加強保護。生態擴張累計阻力值越高說明該區域生態用地擴張適宜度越弱,重要性程度越低,不需要過多的投入保護。從2009—2019年時間序列來看,2009—2019年期間生態核心區減少6.82km2,生態緩沖區面積增加75.67km2,生態過渡區面積增加1406.35km2,生態脆弱區面積減少1450.40km2。研究期內,拜城縣生態用地等級整體有所好轉,低重要性區域保護面積有所減少。

圖6 拜城縣2009、2016、2019生態用地保護累計阻力面Fig.6 The cumulative resistance surface for ecological land protection in Baicheng County in 2009, 2016and 2019

圖7 拜城縣2009、2016、2019不同安全水平生態安全格局Fig.7 Ecological Security pattern of different Security levels of 2009, 2016 and 2019 in Baicheng County

3.2.3生態安全格局識別

將“冷熱點”分析后得到的2009、2016、2019年拜城縣生態系統服務價值的空間分布結果,按照99%置信水平,并結合研究區用地實際情況,剔除小于3km2的土地斑塊,得到拜城縣生態“源”地空間分布,同時利用Arcgis中的最小累積阻力模型(MCR)分析得到對應的生態廊道,進而識別出由生態用地保護重要性區域、生態源地、生態廊道及節點所構成的拜城縣2009、2016、2019年三個時期的生態安全格局(圖7)。

從2009—2019年拜城縣生態安全格局識別結果來看,拜城縣生態“源”地斑塊數量較多,面積也較大,生態“源”地斑塊集聚化程度高,主要集中分布在拜城縣北部及東部地區,南部山區僅有零星分布。從生態“源”地斑塊數量來看,2009年拜城縣生態安全格局中“源”地斑塊有9塊,總面積4985.00km2，占研究區總面積的31%,“源”地對應天山主干南麓,是需要嚴格保護的基礎性生態用地,也是保障拜城縣正常發揮生態功能的關鍵。2016年生態安全格局中生態“源”地斑塊數為11塊,總面積為5101.98km2,占研究區總面積的32%,在2009年基礎上,“源”地面積增加116.98km2,斑塊數量也有增加,增加的“源”地位于北部天山中段南麓。2019年拜城縣生態安全格局中“源”地總面積為5830.28km2,占研究區總面積的37%,與2016年安全格局相比,“源”地面積增加728.30km2,說明拜城縣生態“源”地的整合度正逐步提高,抵抗生態脅迫的能力和生態恢復能力有所提高。基于生態系統服務現狀的廊道識別方法識別出的拜城縣生態廊道包括兩部分,一部分主要是沿著河流展開,另一部分是連通不同“源”地之間的安全通道。其中2009年拜城縣“源”間生態廊道16條,長672.08km,2016年拜城縣“源”間生態廊道19條,長686.07km,2019年拜城縣“源”間生態廊道30條,長744.63km,2009—2019年期間,潛在廊道逐漸減少,廊道連通性逐漸提高,表明研究期內拜城縣生態安全水平逐漸提高、生態“源”地面積擴大,廊道網絡結構有所完善。

在識別2009—2019年期間拜城縣生態安全格局演變過程的基礎上,將生態“源”地和生態保護重要性等級區域分布視為不同的景觀類型,利用IDRISI軟件中的CA-Markov模型,考慮高程、坡度、荒漠用地的影響,結合層次分析法,創建生態安全等級分布區及生態“源”地的適宜性圖集,基于拜城縣2009—2019年景觀類型轉移矩陣,以2019年為基期年份,將迭代次數設置為10,模擬得到拜城縣2029生態“源”地擴張情況及生態安全等級區域分布(圖8),并用Kappa系數對模擬結果進行驗證,得到Kappa系數為0.75,模擬效果較好。與2019年相比,2029年拜城縣模擬“源”地面積增加1264.61km2。生態保護重要性用地中生態核心區面積減少160.53km2,生態緩沖區面積增加22.63km2,生態過渡區面積增加136.13km2,生態脆弱區面積減少126.32km2。可知拜城縣2019—2029年間生態“源”地面積持續擴大,生態功能增強。生態保護重要性用地安全狀況整體雖有所好轉,但生態保護核心區面積持續減少,生態擴張適宜區逐漸萎縮,生態過渡區和生態脆弱區空間分布依然較廣,不利于縣域生態安全的維護和生態服務水平的提升。因此有必要在2019年現狀生態安全格局的基礎上,依據2029年拜城縣生態“源”地及生態保護重要性用地的模擬結果及未來10年可能存在的生態安全相關問題為導向,探討拜城縣生態安全優化策略。

圖8 拜城縣2029年生態源地及生態保護重要性等級區域模擬分布Fig.8 Simulated distribution of ecological source area and ecological protection importance level in Baicheng County in2029

4 拜城縣生態安全格局優化策略

生態安全格局是基于生態系統服務價值現狀而提出的相應規劃策略,在綠洲生態用地建設和開發中能提供一定的參考價值,在識別2009—2019年期間拜城縣生態安全格局，分析其發展變化的同時,依據2029年拜城縣生態“源”地及生態保護重要性用地的模擬結果,推測拜城縣未來生態發展及可能出現的問題,將其作為今后的優化調整依據,同時結合拜城縣自然地理特征及生態保護發展規劃,依據要素協同理論及空間各要素相互作用機理,構思拜城縣2019年現狀生態安全格局基礎上的布局優化思路：以山、水、林、田、城為基底要素,以生態節點、鄉鎮中心作為生態綠心,以串聯輻射生態“源”地和“源”間廊道的主要河流水系和道路交通作為疏通廊道,以綠色產業分區作為縣域發展組團,依據生態用地重要性等級區域分布比重,營造生態安全防護帶,劃分北、中、南不同功能定位的生態分區。通過拓展生態綠心點綴生態基底,以自然廊道和人工廊道連通各生態功能分區,協調生態組團共同發展,構筑起“兩帶、三功能、四區、多中心、十廊道”的拜城縣生態空間布局優化模式(圖9),打造拜城縣協同化、復合型、多層次的生態網絡空間結構(表5)。

圖9 拜城縣生態空間布局優化方案Fig.9 Optimization Scheme of Ecological Spatial layout in Baicheng County

表5 “兩帶、三功能、四區、多中心、十廊道”概念解析

4.1 打造生態防護屏障,劃定生態功能分區

依據生態重要性用地的區域空間分布,打造北部天山生態防護帶、南部卻勒塔格山生態防護帶,以此劃分北部、中部、南部生態發展功能分區。其中北部天山南麓丘陵地區為生態“源”地涵養保護區,因將其視作拜城縣生態安全維護的基礎,提高其水源涵養和生物多樣性保護的生態系統功能,未來10年內應在此區域內加強生態涵養和植被覆蓋,注重生態“源”地建設,擴展生態“源”地面積；中部為生態經濟發展區,其西側種羊場、大宛其農場、大橋鄉應強化發展生態農業、形成特色種植、養殖基地；東側通過整合龜茲文化、姑墨文化,發展生態旅游觀光,協調旅游資源共享,同時注重荒漠化治理與增加植被覆蓋；南部生態恢復治理區應加強生態系統保護和水環境治理,通過擴大生態斑塊面積,注重綠色植被覆蓋,加強生態用地重要性保護,減少生態脆弱區域占比,推進生態環境治理工程和保護區建設,提高區域的生態穩定性。整體構造北養水源、中優耕地、南增綠地的區域生態發展方案。

4.2 打通生態連接通道,構筑生態網絡體系

通過以木扎爾特河為主軸線打造拜城縣中央生態文化景觀帶,連通以喀普斯浪河、臺勒維丘克河、喀拉蘇河、克孜勒河為軸線的自然生態廊道,及以國道579線、縣道346、縣道345線、縣道344線為軸線的人工生態廊道,組建起“一中心,十廊道”的生態網絡疏通結構體系,構筑起生態連接的網絡化通道,并加大對自然生態廊道和人工生態廊道的綠化建設,提高生態廊道的空間連接性,優化生態廊道網絡結構,以提高縣域景觀連通性,促進生態流、信息流、物質流的流動和擴散。

4.3 加強生態綠心建設,協同生態發展組團

基于生態安全格局識別結果,以生態服務功能較強的生態“源”地、生態節點要素及其空間分布為基礎,以生態“源”地幾何中心點為圓點,分別設置2km、5km、8km、10km的緩沖區作為生態“源”地的作用輻射范圍,同時發展縣域中心區、主要鄉鎮及其空間范圍內的綜合性公園為主的生態綠色中心,加強生態保護與環境治理,注重生態綠心擴展建設,由點及片、由片及面,形成經緯交織、星羅棋布的縣域多中心生態綠心空間結構體系,以提高區域生態環境整體質量。同時以廊道串聯綠色產業發展分區,協同東、中、西綠色產業發展組團,增強經濟發展網絡化結構,構建“三組團,多中心”的綠心組團縣域生態保護框架。

4.4 生態安全網絡結構優化估算

基于2019年拜城縣生態廊道結構破碎、網絡聯系程度依然較低現狀,以2029年生態“源”地及重要性保護區域分布的模擬結果及未來可能出現的問題為依據,結合縣域生態保護規劃對拜城縣生態空間布局進行優化調整,并對優化后的生態網絡結構進行連通度估算(表6)。通過分析,優化后相比2019年,生態“源”地面積將增加1264.61km2，生態廊道數目增加10條,廊道長增加1269.56km。借助生態網絡結構定量評價優化后的網絡連接程度,結果表明,優化后生態網絡閉合度較2019年增長0.06,節點連接率增長0.1,網絡連接度增長0.09。表明優化后的生態網絡相比2019年網絡結構更加復雜,生態網絡的α、β、γ指數明顯增高,生態廊道的連通性增強,生態網絡結構更優,可有效提高拜城縣生態系統功能,降低景觀破碎化程度。優化后的生態安全格局將更有利于保障縣域生態安全。

表6 生態網絡景觀組分及結構指數估算

5 結論與討論

5.1 結論

(1)從生態系統服務價值來看,2009—2019年期間,拜城縣生態系統服務價值逐年升高,價值量從2009年的11.38億元增加到2019年的23.26億元,價值量增加近兩倍。從單項服務價值量來看,研究期內價值量變化最大的服務類型是水源涵養,其次是廢物處理,食物生產和原材料價值量變化最小。

(2)通過Arcgis空間分析,并基于最小阻力模型,將拜城縣劃分為生態核心區、生態緩沖區、生態過渡區、生態脆弱區4個不同水平的生態安全區。同時在2009—2019年生態系統靜態服務價值測算結果基礎上,通過Arcgis“冷熱點”分析確定了生態用地的“源”,識別2009、2016、2019年生態綜合安全格局,同時分析發現縣域生態安全布局整體存在“源”地分布不均、廊道結構破碎且網絡化程度低、生態脆弱區面積較大的現狀特征。

(3)基于2009、2016、2019年生態安全現狀及其發展演變規律,模擬2029年拜城縣生態“源”地及生態重要性保護區域的空間分布,同時依據拜城縣自然地理特征及縣域總體規劃,構筑“兩帶、三功能、四區、多中心、十廊道”的拜城縣生態空間布局優化模式,建設多層次、復合型的生態網絡空間結構,優化后生態“源”地面積明顯擴大,生態網絡結構指數明顯提高,生態網絡結構更優,景觀連通性更強。

5.2 討論

本研究以生態系統服務的功能等級確定了綠洲生態用地中的“源”,通過確定具有較強生態服務功能的生態“源”地和能有效連通自然界物質能量的生態廊道,識別拜城縣生態安全格局,構筑起保障綠洲地區區域生態安全的屏障體系,并根據“源”地分布不均、廊道結構破碎且網絡化程度低的現狀特征,結合當地自然條件及縣域總體規劃,提出“兩帶、三功能、四區、多中心、十廊道”的生態安全布局優化模式,為干旱區綠洲生態用地規劃和建設用地布局提供一定參考,但囿于數據獲取的限制,本文只選擇一些主要的生態服務類型和相關阻力因子來識別生態“源”地,建立阻力面,對人為因素及影響考慮較少。同時雖通過參考相關研究,結合研究區實際確定了拜城縣生態廊道的空間位置,但對關鍵生態節點,生態輻射廊道等組分的研究不夠深入,對各組分在生態安全格局優化中的作用程度未做深入分析,在生態安全格局優化策略中,基于識別的生態廊道現狀,將縣域內主干河流、道路作為自然、人工疏通廊道設計納入拜城縣生態網絡結構體系建設當中,雖有一定的可操作性,但對其具體建設方案、應發揮功能未進行分類設計和詳細探討,對生態網絡結構體系及網絡韌性的研究不夠深入。

區域生態環境建設過程是一個持續、動態的過程,在溫宿縣脆弱的生態環境條件下,生態要素的空間格局會隨著區域經濟社會的發展和人類活動影響而產生一定程度的變動,對未來生態安全布局優化發展的策略也會因土地政策和環境變化而有所偏差。在今后的研究中,生態安全格局建設應與國土空間開發利用、規劃與管控進一步結合,依據國土空間生態安全格局建設要求,進行縣域生態分區發展建設,過程中需充分考慮現有的生態“源”地能否滿足維護區域生態安全和建設的需求,以及“源”地保護修復措施、新增“源”地的面積閾值、生態廊道長度、寬度和生態廊道建設與本地關鍵物種保護精確銜接等核心問題。同時也應注重廊道沿線綠化建設,以提高其損害防護能力、維護和增強生態廊道通道功能,使之成為更穩定的生態系統組分。針對當前溫宿縣荒漠面積大,荒漠化程度高,生態建設和生態保護以工程性修復為主,缺乏對生態要素統籌布局的建設方式,不利于生態系統整體功能的有效發揮,本文在縣域生態安全格局優化策略中,嘗試將“山、水、林、田、湖、草”生命共同體理念引入優化策略當中,但“山、水、林、田、湖、草”作為溫宿縣生態環境的重要組份,如何統籌各要素的系統功能,協調彼此之間相互聯系,相互影響的作用關系?如何以國土空間規劃為引領,在生態安全格局構建過程中通過點、線、面等不同生態要素的多尺度流通和擴散,形成由點及片、由片及面的區域生態要素生命共同體?如何有效連接區域生態用地與非生態用地,促進生態發展與鄉村、城市等人類社會的耦合協作關系,將人與生態要素構建為密切聯系、互惠互益的“人-自然-社會”復合生態系統等一系列問題,應是當前相關研究所關注的重點內容。下一步研究應密切關注區域生態要素的動態發展變化,持續加強對生態系統不同組分結構、功能的深入分析,以“山、水、林、田、湖、草、沙”生命共同體理念為引導,統籌區域國土空間開發、經濟發展與人文環境,提高區域生態安全建設的科學性和前瞻性,以合理發揮不同生態要素功能和效益,促進區域生態安全和社會經濟的協調發展。