李春娥，何 芷

（1. 新疆测绘科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

目前针对生态空间格局的研究主要侧重国土空间视角[1-3]，研究侧重点主要集中在自然资源禀赋（如森林、草原、水资源等）、地表生态系统（如植被指数、自然保护区）[4-5]、生态特征（如生态敏感性、脆弱性）[6-8]、景观学（如景观破碎度）[9-11]、地形地貌（如高程、坡度）[12]等方面。本研究基于地理学、生态学和景观学视角，运用蒙特卡洛分析法、压力空间衰退模型等理论方法，从生态状态、生态压力、生态响应3 个角度建立生态空间格局的分析评价指标，分析研究新疆不同空间尺度的生态空间格局状况和变化特征，较好地从地理空间视角反映了新疆生态资源的空间分布特征、生态环境的状况及潜在风险，对国土资源开发利用和环境保护具有重要的现实意义。

1 研究区概况

新疆（34°15′～49°10′N，73°20′～96°25′E）国土面积约占我国的1/6，是我国西北生态安全屏障，呈“三山夹两盆”地貌特征，有我国最大的内陆盆地塔里木盆地，最大的流动沙漠塔克拉玛干沙漠。属典型的温带大陆性干旱区，降水少且分布不均匀，南疆在100 mm 以下，北疆在150～200 mm 之上，河流水系资源较丰富，有我国面积最大的内陆淡水湖博斯腾湖、最长的内陆河塔里木河。但由于当地日照时间较长、光热资源丰富、蒸发强烈、降水量稀少的状况导致水资源较短缺。陆地生态系统有森林、湿地、草原和荒漠等，其中森林生态系统以天山、阿尔泰山为主，草原生态系统以阿尔泰山、天山、昆仑山等山系的草甸生态系统和草原生态系统为主，荒漠生态系统以准格尔盆地、塔里木盆地、东疆间山盆地及昆仑-阿尔金山高原荒漠生态系统为主，湿地生态系统以塔里木河及其上游河流、额尔齐斯河、乌伦古河等主要河流的河滩生态系统为主。由于地处内陆，封闭的内陆盆地形成的干旱气候条件导致生态系统的结构功能、物质的输入输出稳定性较低，自然生态系统平衡易受到破坏、且难以恢复，呈现出生态环境极其脆弱的特征。

2 数据与方法

2.1 数据来源与处理

本研究的数据主要包括1 km 格网数据、地表覆盖、地理单元、人口等数据。其中地表覆盖、地理单元数据来源于2016 年和2017 年新疆地理国情监测数据，地表覆盖数据涉及耕地、园地、林地、草地、房屋建筑（区）、道路与铁路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地表、水域10个一级地表覆盖类型，道路主要包括公路、铁路、城市道路和乡村道路，地理单元数据主要包括自然文化保护区、自然文化遗产、风景名胜区、旅游区、森林公园、湿地保护区、地质公园等；1 km格网数据来源于新疆第一次地理国情普查数据；人口数据主要来源于2016年和2017年新疆统计年鉴。

2.2 研究方法

本研究从影响生态状态的正向积极因素和反向抑制因素着手，考虑地理国情监测数据的内容指标，基于景观自然度、人口密度、道路面积率和保护区面积占比等指标分别建立生态状态、生态压力和生态响应三方面指标，最终形成生态空间格局综合指数。

2.2.1 指标与计算

1）景观自然度。景观自然度用于分析地表不同覆盖类型与自然状态之间的差距大小，差距越大越接近人工地表资源，对生态的抑制作用越大，反之差距越小越接近天然地表资源，越利于生态环境保护[13]。本研究基于景观学理论，考虑地表类型的面积大小、斑块破碎程度建立景观自然度指标，并作为生态状态指标S，具体见公式（1）：

式中，S为景观自然度；n为统计单元x内地表覆盖的斑块数；axi为统计单元x中斑块i的面积；ax为统计单元x的面积；Hi为当前斑块类型的景观n自然度相对值（如表1所示）。

表1 景观自然度相对值

2）人口密度。人口密度指人口数与单位面积的比值。由于人口统计口径为行政区单元，常用方法为行政区单元人口与行政区面积比值，与人口实际分布情况相差甚远，本研究考虑到人口主要分布在人工地表区域的现状，采用蒙特卡罗分析法，以人口在不同地表类型区域分布的比重作为随机事件发生的概率估算人口在不同地表范围内分布的数量，得到1 km 格网单元的人口空间分布数据[14-16]，最终计算出人口密度。

3）道路面积率。道路面积率指路面面积与单位面积的比值。

4）压力指标。生态压力对生态环境的影响是以压力源为中心向四周逐渐衰减，基于此原理，采用幂函数表示生态压力在地表空间传播过程中的衰退模式。具体见公式（2）。

式中，itxy表示压力源t的压力空间衰退函数；x、y均表示格网单元；其中x表示景观中的任一格网单元；y表示压力源t所在的格网单元；dxy表示格网单元x与压力源t中格网单元y之间的空间距离；dtmax表示压力源t的最大影响距离范围。

本研究考虑生态压力主要源于人类对土地的开发利用活动的影响，利用人口密度、交通网络的空间分布数据，对研究区进行1km格网化计算生成生态压力指标，具体见公式（3）：

式中，Px为格网单元x所受的生态压力，取值范围[0,1]；T为压力源的数目；Yt为压力源t的密度分布图中距离单元x小于压力源t最大影响距离范围内的单元集合；Wt为压力源t的影响因子，取值范围[0,1]，所有压力源的影响因子之和为1；dyt为压力源t在格网单元y的压力密度；itxy为干扰源t的压力空间衰退函数。

5）受保护区面积占比。受保护区面积占比指是表征某区域生物多样性和生态保护的重要指标，作为生态响应指标R。

2.2.2 生态空间格局指数

综合考虑生态压力-状态-响应指标间的内在逻辑关系，将各指标值域进行归一化处理，再参照公式（4）计算生态空间格局指数，具体如下：

式中，Qx为1 km 格网单元x的生态空间格局综合指数，取值范围为[0,100]；Sx为1 km格网单元x的状态指标；Px为1 km格网单元x受到的生态压力；Rx为1 km格网单元x的生态响应指标。

3 结果与分析

通过地理空间数据叠加分析，以地级行政区为单元统计出2016、2017 年新疆各地级行政区景观自然度、道路面积率、人口密度和受保护区面积占比情况，如图1所示。

图1 2016年和2017年地级行政区各指标对比情况

3.1 生态空间格局指标情况

1）景观自然度。从各地行政区分析，除了自治区直辖县级行政区和克拉玛依市，其他地级行政区的景观自然度均大于5，其中阿勒泰地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州的景观自然度均大于5.6，高于其他地级行政区，自治区直辖县级行政区的景观自然度最低。从2 a变化情况分析，阿勒泰地区、巴音郭楞蒙古自治州、博尔塔拉蒙古自治州、克孜勒苏柯尔克孜自治州的景观自然度有明显的提高，特别是阿勒泰地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州变化最明显，其他地级行政区均呈下降趋势或变化不明显，克拉玛依市下降最明显。

2）道路面积率。从各地行政区分析，各地级行政区道路面积率均低于2%，其中克拉玛依市、自治区直辖县行政区划道路面积率较高，高于1%，巴音郭楞蒙古自治州和和田地区道路面积率较低，均低于0.1%；从2 a 变化情况分析，各地及行政区基本无变化或变化不明显。

3）人口密度。从各地行政区分析，乌鲁木齐市、伊犁哈萨克自治州直属县（市）的人口密度明显高于其他地级行政区，巴音郭楞蒙古自治州、哈密市的最低，这与其较大的国土面积、较少的人口有关。从2 a变化情况分析，各地级行政区基本无变化或变化不明显，只有自治区直辖县级行政区有较弱的下降趋势。

4）受保区面积占比。从各地行政区分析，博尔塔拉蒙古自治州的受保护面积占比最高，其次是巴音郭楞蒙古自治州和伊犁哈萨克自治州直属县（市），这与其相对较大的保护区范围有关，阿克苏地区和和田地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、塔城地区、吐鲁番市、哈密市的占比明显偏低，这与其相对较小的保护区范围、较大的国土面积有关；从2 a变化情况分析，阿克苏地区、乌鲁木齐市和伊犁哈萨克自治州直属县（市）的占比有所增加，其他地级行政区变化不明显。

3.2 生态空间格局综合分析

1）基于空间角度的变化分析（图2）。从2 a 生态空间格局综合指数的空间分布可看出，新疆生态空间格局指数较高的区域主要分布在阿勒泰山区、额尔齐斯河流域、乌伦古河流域、天山沿线、昆仑山北麓、阿尔金山南麓；较低的区域主要分布在天山北坡、塔里木河盆地西边、北边的绿洲区域、塔城市东部。

图2 2016年和2017年生态空间格局变化情况

从2 a 生态空间格局综合指数的变化情况可看出，新疆生态空间格局指数升高的区域主要分布在准格尔盆地西部、天山沿线、伊犁河谷、塔里木河流域，特别是天山北坡、喀什葛尔河流域、库玛拉河流域、渭干河流域、孔雀河流域的零星区域，主要为绿洲与荒漠的过渡区域，说明在绿洲及其周边的生态保护措施已取得一定成效，如乌鲁木齐周边的湿地保护区。其他大部分区域为荒漠、戈壁区域，生态空间格局指数呈现一定的下降趋势，部分绿洲区域的生态空间格局指数下降与其土地开发利用强度较大有关，如克拉玛依市南部、塔城地区东南部、伊犁哈萨克自治州直属县（市）北部。随着人为干扰程度（或开发利用强度）的相对增加，导致区域生态空间格局综合指数的下降，而建立自然保护区可以有效抑制生态压力的传播，从而提升生态空间格局综合指数。

2）基于地级行政区的变化分析。从2 a地级行政区生态空间格局指数可看出（如表2 所示），阿勒泰地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、伊犁哈萨克自治州直属县（市）的生态空间格局指数较高，自治区直辖县级行政区和克拉玛依市的指数明显偏低；2 a相比，自治区直辖县级行政区、克拉玛依市和伊犁哈萨克自治州直属县（市）的生态空间格局指数有小幅下降。

表2 2016年和2017年地级行政区生态空间格局指数

差值（S-PS）是考虑生态状态和生态压力的综合指数，表示各地及行政区生态压力对生态状态的影响程度，差值越大表明生态压力的影响越大。由此看出，乌鲁木齐市、克拉玛依市和自治区直辖县级行政区面临的生态压力最大，这与该地区地理位置优越、经济发展迅速、人口密集且交通网络发达有较大的关系。差值（PSR-PS）是考虑生态状态和生态响应措施的综合指数，表示各地级行政区采取生态响应措施对生态压力的缓解效果，差值越大表明生态响应措施越有效。由此看出，乌鲁木齐市、博尔塔拉蒙古自治州和昌吉回族自治州目前所采取的生态响应措施最为有效，其次为克拉玛依市，但考虑到目前乌鲁木齐市、克拉玛依市所面临的生态压力，其生态响应措施仍需不断加强。

4 结 语

本研究考虑生态状态及影响生态空间格局的正面、负面影响因素，选取生态状态、生态压力和生态响应三方面指标，通过2016 年和2017 年新疆生态空间格局指数的计算和分析研究，得出如下结论：

1）新疆生态压力较大的区域主要分布在乌昌（乌鲁木齐市和昌吉回族自治州）、哈密-吐鲁番市、喀什地区及其周边，以集中连片的形式集中在新疆比较重要的城市群周边，这与该区域人口密度较大、交通网络较发达有关。

2）新疆生态空间格局指数有所提高的区域主要分布在绿洲与荒漠的交错带，但伊犁河谷和南疆绿洲的零星区域的生态空间格局指数下降明显。整体上，新疆土地资源开发利用较合理，生态环境保护方面也取得了一定成效，但仍有部分区域需继续减弱资源开发利用强度、继续优化生态保护措施。

3）乌鲁木齐市、博尔塔拉蒙古自治州和昌吉回族自治州虽然目前的生态响应措施比较有效，但考虑该区域所面临的生态压力强度，生态保护力度仍需加强。