劉時(shí)棟,徐麗萍,張 婕

1 新疆石河子大學(xué)理學(xué)院,石河子 832000 2 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100083 3 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101

一個(gè)健康和穩(wěn)定的土地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于確保我國(guó)糧食安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用[1]。在土地利用過(guò)程中,由于人類(lèi)不恰當(dāng)?shù)男袨?土地生態(tài)問(wèn)題愈加突出[2]。土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)有利于高效引導(dǎo)土地合理利用,協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。

土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)應(yīng)用比較廣泛的方法主要有“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型法[3]、綜合指數(shù)法[4]、生態(tài)足跡法[5]和景觀生態(tài)學(xué)方法[6]等,主要涉及指標(biāo)體系、安全閾值的確定等方面[7-9]。李彩惠等學(xué)者采用基于綜合評(píng)價(jià)模型的障礙診斷模型,充分挖掘了土地生態(tài)發(fā)展的障礙因子[10-15]；李明月等學(xué)者運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,對(duì)廣州市土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)與預(yù)警測(cè)度,提高了評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)結(jié)果的客觀性[16-17]。目前在土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)方面大多基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)且評(píng)價(jià)指標(biāo)還沒(méi)有統(tǒng)一[18-20]。核密度估算方法(Kernel density estimation,KDE)是從樣本空間數(shù)據(jù)本身出發(fā),分析地理要素空間數(shù)據(jù)整體分布特征及影響范圍的一種方法[21],是依據(jù)研究區(qū)地理要素的空間分布數(shù)據(jù)集來(lái)估算相應(yīng)地理要素的集聚特征,核密度估算值越大,則該區(qū)域受到相應(yīng)的地理要素的影響越大[22]。核密度估算方法克服了以往研究中單一考慮地理要素的本身空間位置而忽略其對(duì)一定范圍內(nèi)相鄰地理要素的影響。結(jié)合突變級(jí)數(shù)法既能克服對(duì)指標(biāo)賦予權(quán)重帶來(lái)的直觀性誤差又能考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)重要性,更能突出地理要素在空間上實(shí)際影響力的輻射范圍,增強(qiáng)了評(píng)價(jià)的客觀性與真實(shí)性。

新疆作為我國(guó)“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的核心區(qū),土地鹽堿化、草地退化等生態(tài)問(wèn)題嚴(yán)重?cái)_亂了生態(tài)平衡,已經(jīng)成為制約整個(gè)新疆經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的最大障礙[1]。因此有必要采用科學(xué)合理針對(duì)性強(qiáng)的方法對(duì)新疆土地生態(tài)狀況進(jìn)行測(cè)度分析。本文借鑒國(guó)內(nèi)相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)[23-25]把核密度估算[26]方法引入土地生態(tài)研究,基于土地生態(tài)核密度估計(jì)分析新疆土地生態(tài)安全的時(shí)空變化特征,同時(shí)采用突變級(jí)數(shù)法建立新疆土地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)體系。本研究對(duì)進(jìn)一步完善土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系及土地生態(tài)安全狀況預(yù)警系統(tǒng)具有一定的參考價(jià)值,為土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供了從空間數(shù)據(jù)入手的新思路,對(duì)于當(dāng)前高速城鎮(zhèn)化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化導(dǎo)致的生態(tài)敏感區(qū)土地生態(tài)安全問(wèn)題的認(rèn)知與解決具有重要意義,也為新疆土地利用的規(guī)劃、及生態(tài)保護(hù)區(qū)劃提供理論支撐,從而促進(jìn)當(dāng)?shù)赝恋刭Y源的永續(xù)利用及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究方法

本文采用核密度函數(shù)對(duì)相關(guān)土地生態(tài)安全指標(biāo)核密度進(jìn)行計(jì)算。采用突變級(jí)數(shù)法及空間變異系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)分析新疆的土地生態(tài)安全狀況。在評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上利用灰色預(yù)測(cè)理論預(yù)測(cè)新疆2020年的短期土地生態(tài)安全狀況,分析討論評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果并提出預(yù)警建議。具體技術(shù)路線如圖1。

圖1 技術(shù)路線Fig.1 Technical route

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

借鑒相關(guān)研究[1],構(gòu)建新疆地區(qū)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)新疆土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)估分析。該指標(biāo)體系共分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層、指標(biāo)層4層,并按照空間上的質(zhì)量分布狀況、時(shí)間上的生態(tài)可持續(xù)性、利用上的相互比例關(guān)系以及經(jīng)濟(jì)上的投入產(chǎn)出狀況把土地生態(tài)安全目標(biāo)層細(xì)分為土地系統(tǒng)健康、土地可持續(xù)性、土地利用結(jié)構(gòu)和土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)4個(gè)方面。土地系統(tǒng)健康狀況主要用來(lái)表征空間上土地生態(tài)安全的質(zhì)量高低,主要包括水文、道路、植被等資源的空間分布現(xiàn)狀以及研究區(qū)當(dāng)前面臨最大的水土流失和土地鹽堿化問(wèn)題的人為治理質(zhì)量；土地可持續(xù)性主要表征研究區(qū)土地生態(tài)安全在時(shí)間上的供需平衡問(wèn)題,主要包括人口增長(zhǎng)、城市擴(kuò)張等對(duì)土地的需求以及提供糧食的農(nóng)用地、改善生態(tài)環(huán)境的深林植被等土地的供給；土地利用結(jié)構(gòu)主要表征土地在生產(chǎn)、生態(tài)等不同方面的利用所占的比例；土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)主要表征研究區(qū)土地在經(jīng)濟(jì)方面的投入和產(chǎn)出狀況。具體新疆土地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如下(表1)。

表1 新疆土地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Land ecological security dynamic evaluation index system of Xinjiang

本文選取極差標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去量綱處理,公式如下[27]。

(1)當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)為正向指標(biāo)是：

(1)

(2)當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)為逆向指標(biāo)是：

(2)

式中,yi為原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；xi、xmax、xmin分別為原始數(shù)據(jù)中同一項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值、最小值和最大值。

1.2 核密度估算法

核密度函數(shù)估算方法以新疆相關(guān)空間數(shù)據(jù)每個(gè)樣本點(diǎn)i(x,y)i(x,y)為中心,通過(guò)反距離加權(quán)法運(yùn)用核密度函數(shù)分別計(jì)算出每個(gè)樣本點(diǎn)在指定的范圍內(nèi)密度貢獻(xiàn)值。本文依托Matlab采用二維核密度函數(shù)[21-22]對(duì)研究區(qū)與土地生態(tài)相關(guān)的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式如下：

(3)

1.3 突變級(jí)數(shù)法

突變級(jí)數(shù)法在不需對(duì)指標(biāo)賦予權(quán)重的同時(shí)還考慮了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性,是一種客觀性較強(qiáng)的綜合評(píng)價(jià)方法[28]。該方法通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的多層次分解,利用突變理論及模糊數(shù)學(xué)算法產(chǎn)生突變模糊隸屬函數(shù),由歸一公式進(jìn)行綜合量化運(yùn)算出總的隸屬函數(shù),再由總隸屬度對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行排序分析[29]。其歸一化公式見(jiàn)下表(表2)。

表2 突變級(jí)數(shù)模型公式Table 2 Catastrophe progression method

由相應(yīng)的突變模型及歸一化公式計(jì)算準(zhǔn)則層和目標(biāo)層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[29](表3)。

表3 新疆土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)指標(biāo)Table 3 Land ecological security evaluation scale of Xinjiang

1.4 空間均衡性計(jì)算方法

變異系數(shù)表示地理數(shù)據(jù)的相對(duì)波動(dòng)程度的地統(tǒng)計(jì)量,本文基于SPSS 22.0平臺(tái)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)從2004年到2016年的各縣市土地生態(tài)安全指數(shù)的空間變異規(guī)律。其計(jì)算公式如下

(4)

2 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究區(qū)概況

圖2 研究區(qū)示意圖Fig.2 Geographical location of Xinjing

新疆地處我國(guó)西北干旱區(qū)[30],介于73°20′—96°25′E,34°15′—49°10′N(xiāo) 之間,是我國(guó)“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的核心區(qū)[1]。深居大陸腹地,水汽難以到達(dá),具有典型的溫帶大陸性干旱半干旱氣候。山間盆地、河谷等地貌眾多,風(fēng)沙地貌極其發(fā)育[31](圖2)?；哪娣e大而綠洲面積小,可作為農(nóng)業(yè)利用的土地少。植被覆蓋度低[32],森林多沿河流分布[33]。新疆水資源時(shí)空分布極度不均,土地資源的不合理利用以及落后的灌溉技術(shù)致使次生鹽漬化和沼澤化不斷加劇,土壤肥力下降,草地面積大量減少,大片的胡楊林、灌木林遭受?chē)?yán)重破壞,草地和森林生態(tài)功能不斷弱化[2]。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理方法

2.2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用數(shù)據(jù)包括新疆85個(gè)縣市的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；新疆地區(qū)近十幾年的MODIS、TM遙感數(shù)據(jù)；新疆?dāng)?shù)值高程模型數(shù)據(jù)以及新疆各級(jí)行政界限、政府駐地、各級(jí)道路、水系等矢量數(shù)據(jù)。其中新疆最新統(tǒng)計(jì)年鑒僅更新到2015年,因此2016、2017年的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用2015年數(shù)據(jù)代替。具體來(lái)源及使用情況如下(表4)。

表4 數(shù)據(jù)來(lái)源Table 4 Data sources

2.2.2處理方法

選取新疆1995年、2000年、2005年、2010年、2015年7月或者8月30 m的Landsat以及2001年到2017年7月250 m的MODIS影像[30]。分別利用ENVI 5.0及MRT工具對(duì)影像進(jìn)行校正、打包、拼接、重采樣等操作。文章研究范圍比較大,相應(yīng)研究尺度不宜過(guò)小,因此所有空間數(shù)據(jù)均統(tǒng)一分辨率為1 km。通過(guò)監(jiān)督分類(lèi)規(guī)則進(jìn)行遙感影像分類(lèi),并進(jìn)行人工目視解譯修正,使得每種地類(lèi)分類(lèi)準(zhǔn)確度以及總精度都在90%以上,每一年期的遙感影像分類(lèi)Kappa 系數(shù)均大于0.9(表5)。最終形成1995年、2000年、2005年、2010年、2015年五期分別包含耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、沼澤地、未利用地、冰雪用地8種用地類(lèi)型的新疆土地利用類(lèi)型圖[34]。

表5 遙感分類(lèi)精度檢驗(yàn)Table 5 Remote sensing classification accuracy test

3 結(jié)果分析

3.1 土地生態(tài)安全指數(shù)分析

為了有效提高對(duì)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性并且確定影響土地生態(tài)安全的主要因子,有必要分析單項(xiàng)指數(shù)對(duì)土地生態(tài)安全影響的過(guò)程,文章基于突變級(jí)數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用突變級(jí)數(shù)模型公式(表2)計(jì)算得出2004—2017年各準(zhǔn)則層的土地生態(tài)安全指數(shù)(圖3),繪制新疆各指數(shù)時(shí)間序列圖、道路與水系核密度圖、土地生態(tài)可持續(xù)性狀況及其核密度圖、土地利用覆被變化圖以及土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)空間插值圖。

圖3 土地生態(tài)安全指數(shù)時(shí)間序列圖Fig.3 Land scological security index value圖中折線趨勢(shì)表示相應(yīng)指數(shù)變化趨勢(shì)；圖中條形高度表示相應(yīng)指數(shù)增量

3.1.1土地系統(tǒng)健康指數(shù)分析

圖4 新疆道路水系核密度估算結(jié)果Fig.4 Kernel density estimation results of road and water of Xinjiang

新疆土地質(zhì)量空間分布不均勻,呈現(xiàn)“三山”附近植被茂盛、水系發(fā)育、土地健康狀況良好而“兩盆”地區(qū)干旱缺水、植被稀少、生態(tài)極其脆弱的狀態(tài)(圖4)。新疆的土地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)且階段特征明顯(圖3),由2004年的0.89上升到2007年0.95,3年內(nèi)升高了0.06,后到2008年下降為0.93,隨后又以年均升高0.02的速度至2011年上升到0.98處于不穩(wěn)定的臨界安全狀態(tài),其后又出現(xiàn)窄幅下降,截止2014年為0.97,2014年至今基本穩(wěn)定于0.97左右。整體土地生態(tài)健康指數(shù)以年均0.062的速度升高,經(jīng)歷了“不安全→較不安全→不安全→臨界安全”的發(fā)展趨勢(shì)。

3.1.2土地可持續(xù)性指數(shù)分析

新疆近13年的土地生態(tài)可持續(xù)性指數(shù)(圖3)在波動(dòng)中上升,由2004年的0.66以年均0.03的速度上升到2013年的0.94,2013年以后基本穩(wěn)定于臨界安全狀態(tài)?？沙掷m(xù)性等級(jí)經(jīng)歷了“不安全→較不安全→較安全→臨界安全”的變化過(guò)程。土地生態(tài)可持續(xù)性變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出明顯的空間分布差異(圖5)。南疆環(huán)塔里木盆地周?chē)G洲2001到2005年生態(tài)可持續(xù)性得到改善,2005年到2009年呈現(xiàn)很大程度的惡化,2009年到2017年又得到連續(xù)不斷地改善；伊犁地區(qū)2001到2005年北部有所改善南部有所惡化,2005年到2009年南部有所改善北部有所惡化,2009年到2013年整體不斷地改善,但2013年到2017年又整體有所惡化；北疆塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、昌吉等地的山區(qū)部分呈一直持續(xù)不斷地惡化態(tài)勢(shì)；天山北麓的山前平原區(qū)2001年到2013年得到持續(xù)的改善,但 2013年到2017年間烏昌石經(jīng)濟(jì)圈呈現(xiàn)微弱的惡化。

圖5 土地生態(tài)可持續(xù)性空間變化情況Fig.5 Spatial change of land ecological sustainability

3.1.3土地利用結(jié)構(gòu)安全分析

新疆土地利用結(jié)構(gòu)安全指數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。由 2004年的0.98以年均0.004的速度緩慢下降到2013年的0.95,2013年后又緩慢至回升2016年的0.96,3年內(nèi)上升了0.01。土地利用結(jié)構(gòu)安全指數(shù)等級(jí)經(jīng)歷了“較安全→臨界安全→較不安全→臨界安全”的發(fā)展趨勢(shì)(圖3)。土地利用空間結(jié)構(gòu)的變化主要發(fā)生在南疆環(huán)塔里木盆地周?chē)⑻焐侥媳币约八堑貐^(qū)(圖6)。具體表現(xiàn)為耕地持續(xù)增加(圖7),從1995年到2015年耕地面積比重由34.759‰增加到47.219‰,面積增量率為1016.55 km2/a；建設(shè)用地面積比重增加明顯,從1995年到2015年面積增加了2577 km2,其中2010年以后尤為突出,僅2010年到2015年這5年就增加了1756 km2增速達(dá)到了351.2 km2/a；未利用地面積(未包含沼澤地)比重持續(xù)減少,面積占比由1995年的61.298%下降為2015年的60.547%,減少速率高達(dá)613.95 km2/a；草地比重持續(xù)均衡減少,20年間持續(xù)減少15441 km2；林地、水域及沼澤地面積均有少量的波動(dòng),其中林地增長(zhǎng)60.4 km2/a,水域增長(zhǎng)153.55 km2/a、沼澤地增長(zhǎng)24.2 km2/a。

圖6 土地利用覆被變化Fig.6 Land use coverage change

圖7 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)Fig.7 Land use quantity structure圖中已利用地比重包括耕地、林地、草地、水域、沼澤、建設(shè)等六種地類(lèi)比重；圖中未利用地比重僅包括未用一種地類(lèi)比重

3.1.4土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)安全分析

新疆的土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)安全指數(shù)處于持續(xù)上升趨勢(shì),由2004年的0.56以年均0.342的速度上升至2016年的0.97,安全等級(jí)經(jīng)歷了“不安全→較不安全→臨界安全→較安全”的發(fā)展趨勢(shì)(圖3),但空間上存在著明顯的差異,安全區(qū)域逐漸由天山南部的阿克蘇地區(qū)向天山北麓經(jīng)濟(jì)帶轉(zhuǎn)移,呈現(xiàn)由西南到東北的“改善→惡化→改善→惡化”的交替性規(guī)律(圖8)。經(jīng)過(guò)近17年的演變,天山北麓、伊犁地區(qū)北部、塔城地區(qū)以及巴音郭楞蒙古自治州等地土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)安全狀況得到改善,而南疆的阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)、北疆的阿勒泰地區(qū)以及哈密地區(qū)等地土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)安全狀況有所惡化。中巴經(jīng)濟(jì)走廊的建設(shè)在一定程度上推動(dòng)了土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的改善。

圖8 土地利用經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)Fig.8 Land use economic structure

土地生態(tài)安全空間格局2017年與2005年相比有一定的改善(圖9)。到 2017年,土地生態(tài)安全區(qū)和臨界安全區(qū)面積較2005年都有不同程度的增加。北疆古爾班通古特沙漠周?chē)呐R界安全區(qū)面積增加最明顯,增加比例高達(dá)11.24%；新疆伊犁地區(qū)及昆侖山和阿爾泰山部分區(qū)域的安全區(qū)面積增加4.06%。土地生態(tài)較安全區(qū)、較不安全區(qū)及不安全區(qū)面積呈現(xiàn)不同程度的下降。沙漠周?chē)妮^不安全區(qū)面積減少最大,下降比例高達(dá)9.16%；天山山脈、阿爾泰山山脈區(qū)、塔城地區(qū)及部分昆侖山山前平原的較安全區(qū)面積下降4.98%；南疆塔克拉瑪干沙漠及吐魯番、哈密等地區(qū)的不安全區(qū)面積下降1.15%。

圖9 土地生態(tài)安全核密度估算結(jié)果Fig.9 Kernel density estimation results of land ecological security

圖10 2020年土地生態(tài)安全估算結(jié)果Fig.10 Estimation results of land ecological security in 2020

新疆土地生態(tài)安全總體水平不斷提高。土地生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)由2004年的 0.76上升到2017年0.94(圖2),安全等級(jí)呈現(xiàn)出“不安全→較不安全→臨界安全→較安全”的發(fā)展趨勢(shì)。土地生態(tài)安全空間變異系數(shù)近13年持續(xù)上升(圖9),由2004年的0.51上升為2017年的0.84,其中2009年到2014年期間最快增加了0.29。2014年以后進(jìn)入了相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期,在0.84周?chē)⒎▌?dòng)上漲。這說(shuō)明新疆85個(gè)縣市的土地生態(tài)安全狀況逐漸趨于均衡化,土地生態(tài)安全區(qū)域差異逐漸縮小。

2020年新疆土地生態(tài)安全狀況將得到進(jìn)一步優(yōu)化(圖10)。與2017年的土地生態(tài)安全狀況對(duì)比發(fā)現(xiàn),天山山脈、阿爾泰山山脈區(qū)及塔城地區(qū)0.8%的較安全區(qū)將轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珔^(qū),而臨界安全區(qū)面積1.6%的增加主要來(lái)自北疆準(zhǔn)噶爾盆地的較不安全區(qū)和南疆塔里木盆地周?chē)牟话踩珔^(qū)。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示2017年以后新疆的土地生態(tài)安全空間變異系數(shù)微弱上升(圖11),有2017年的0.84增長(zhǎng)為2020年的0.85。該結(jié)果說(shuō)明新疆的土地生態(tài)安全空間差異將進(jìn)一步縮小。

圖11 土地生態(tài)安全空間變異系數(shù)Fig.11 Spatial coefficient of variation of land ecological security

4 討論

相比于張?jiān)碌萚34]基于土地利用/覆蓋變化構(gòu)建的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、邵玲等[35]基于土地利用總體規(guī)劃的生態(tài)足跡評(píng)價(jià)以及黃曉東[1]、洪惠坤等[36]僅以基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的突變級(jí)數(shù)法為技術(shù)支撐的評(píng)價(jià),本研究綜合構(gòu)建了以核密度估算法及克里金空間插值為技術(shù)支撐,基于突變級(jí)數(shù)法的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并探索性的采用空間變異系數(shù)法及灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)新疆生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià),更加全面考慮了自然、人文和社會(huì)評(píng)價(jià)因子,突出了空間數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì),充分發(fā)揮出核密度估算法在土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)方面提高評(píng)價(jià)空間識(shí)別精度的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)土地的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是一項(xiàng)影響因子繁多的復(fù)雜系統(tǒng)工程[37]。由于空間數(shù)據(jù)僅為基于1 Km的局限性,另外限于研究區(qū)土地整治項(xiàng)目數(shù)據(jù)的收集,本文在構(gòu)建指標(biāo)體系的時(shí)候沒(méi)能加入與土地整理及土地生態(tài)整治方面的因子,在后續(xù)工作特別是土地生態(tài)安全預(yù)測(cè)預(yù)警研究中,可以在盡量考慮研究區(qū)土地整理及土地生態(tài)整治政策的同時(shí)以不同尺度的數(shù)據(jù),對(duì)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)進(jìn)行一個(gè)多尺度長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)性研究。

研究顯示近15年來(lái)新疆土地生態(tài)安全狀況之間得到改善,各區(qū)域土地生態(tài)安全趨向于空間協(xié)調(diào)發(fā)展。究其原因,黃曉東等[1]認(rèn)為隨著各縣第三產(chǎn)業(yè)GDP貢獻(xiàn)率增加,且工業(yè)三廢負(fù)荷指數(shù)一直在降低,在一定程度上對(duì)于減輕土地污染,延緩?fù)恋赝嘶鸬椒e極作用。張?jiān)碌萚34]認(rèn)為新疆土地利用結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化是導(dǎo)致土地生態(tài)安全狀況得到改善的最直接因素。本文分析發(fā)現(xiàn)近15年新疆各地政府均不斷加大的環(huán)境治理的投資力度、機(jī)械化程度的逐漸增高以及土地產(chǎn)出能力的增強(qiáng)也是使得該地區(qū)土地生態(tài)安全水平得到提高的重要原因。受?chē)?guó)務(wù)院2006年12月通過(guò)的《西部大開(kāi)發(fā)“十一五”規(guī)劃》的影響,導(dǎo)致2007年土地生態(tài)系統(tǒng)健康出現(xiàn)下降。但是由于人們的惜土意識(shí)日益高漲,2016年水土流失防治面積增加為926.15千公頃,鹽堿治理面積增加為856.62千hm2。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得政府調(diào)控能力增強(qiáng),當(dāng)?shù)卣粩嗉哟髮?duì)環(huán)境治理的投資力度,其中環(huán)境污染治理投資占 GDP比重這一指標(biāo)到 2016 年增加近兩倍。北疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)較好地區(qū)環(huán)境治理力度的增加很大程度上促進(jìn)了環(huán)境質(zhì)量的改善。南疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后土地糧食產(chǎn)出不足的地區(qū)機(jī)械化程度的逐漸增高,農(nóng)林牧副漁產(chǎn)值逐年升高,反映出土地產(chǎn)出能力的增強(qiáng)。這些因素都會(huì)促進(jìn)新疆各區(qū)域土地生態(tài)安全趨向于空間協(xié)調(diào)發(fā)展。

然而人口密度的持續(xù)增加導(dǎo)致的對(duì)土地資源需求量的持續(xù)增加破壞了土地系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的持續(xù)性,同時(shí)由于占新疆近30%面積的草地的持續(xù)減少引起了土地生態(tài)功能退化,也不利于土地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程中建筑用地占用的耕地、林地及草地量不斷增加[38],不合理的土地利用結(jié)構(gòu)必然導(dǎo)致土地生態(tài)功能下降。農(nóng)用地年化肥施用量到2016年也激增到了248.09萬(wàn)t,這也是2005年以后土地生態(tài)安全指數(shù)增長(zhǎng)緩慢的原因。

受限于新疆干旱環(huán)境的土地生態(tài)安全仍然處于較低水平,新疆土地生態(tài)安全狀況仍需改善。因此,建議自治區(qū)內(nèi)大中型城市應(yīng)通過(guò)高度集約土地利用、控制人口增長(zhǎng)、建設(shè)多功能生態(tài)產(chǎn)業(yè),滿(mǎn)足城市人群需求；小型城市結(jié)合自身發(fā)展情況,堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先,按照城市內(nèi)空間功能與特色的差異性,因地制宜的調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),保障生態(tài)用地；農(nóng)村地區(qū)應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃土地用途,優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu),嚴(yán)格按照土地利用總體規(guī)劃執(zhí)行土地用途管制。同時(shí)加強(qiáng)鄉(xiāng)村規(guī)劃,推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè),提高土地的集約節(jié)約利用。在未利用地方面,保障湖泊水面、河流水面、灘涂、葦?shù)?、沼澤地、溝渠等生態(tài)用地不被占用,控制每年未利用地的減少量。對(duì)于生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū),應(yīng)深入開(kāi)展土地利用生態(tài)規(guī)劃并深入挖掘本地區(qū)的資源優(yōu)勢(shì),著重發(fā)展生態(tài)旅游業(yè)和沙漠特色生態(tài)農(nóng)業(yè)。

5 結(jié)論

(1)新疆土地生態(tài)安全總體水平不斷提高。土地生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)由2004年的 0.76上升到2017年0.94,安全等級(jí)經(jīng)歷了“不安全→較不安全→臨界安全→較安全”的發(fā)展趨勢(shì)。

(2)新疆各縣市土地生態(tài)安全不均衡性得到改善,空間差異性縮小。新疆土地生態(tài)安全空間變異系數(shù)近15年由2004年的0.51上升為2017年的0.84,呈持續(xù)上升趨勢(shì),其中2009年到2014年期間最快增加了0.29。

(3)自然資源分布不均、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)未利用地以及草地的大量占用以及區(qū)域內(nèi)人口的急劇增加可能是新疆土地生態(tài)安全面臨的主要問(wèn)題。占新疆近30%面積的草地持續(xù)減少以及城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程中占用生態(tài)用地勢(shì)必導(dǎo)致土地生態(tài)功能下降。

(4)經(jīng)灰色模型預(yù)測(cè)到2020年新疆土地生態(tài)安全將進(jìn)一步得到改善,土地生態(tài)安全空間差異將進(jìn)一步縮小。空間上安全區(qū)將增加4.06%,臨界安全區(qū)將增加11.24%；較安全區(qū)將下降4.98%,較不安全區(qū)將下降9.16%,不安全區(qū)將下降1.15%。