农业活动作为人类利用土地的主要形式之一，其土地利用方式的调整是人类影响自然环境的关键途径[1]。人类活动在一定程度上可能会导致区域土地利用结构失衡，从而对区域的生态环境系统产生威胁，开展土地利用生态风险评价具有重要意义[2]。生态风险是指生态系统组成、结构因自然和人为因素的干扰而发生变化，进而导致系统的健康状况、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值受损。生态风险评价是通过构建相关概念模型来识别和量化预测风险源对生态系统产生风险的可能性，以评估该风险可接受程度的方法体系，从而为制定有效的生态恢复和保护举措提供支持[3]。景观格局在地理学和生态学研究中指不同生态系统在一定空间范围内组成的具有空间异质性的区域，包括自然和人为因素相互作用形成的地表综合体，是进行经济开发等人类活动的主要对象，也是研究生态环境的基础单元[4]。相关学者对景观与生态风险之间的联系进行了广泛研究，随着3S技术的不断发展，景观生态风险评价逐渐发展成熟[5]。景观生态风险评价是区域生态风险评价的重要研究分支，该评价基于景观要素镶嵌、景观格局演变和景观生态过程等分析其对内在风险源和外部干扰的响应，对特定区域景观所受人类活动或自然灾害的影响的空间分布及特征进行判定[6]。
目前，基于景观格局的生态风险评价是生态领域的研究热点[7]。康紫薇等[8]通过解译定量，分析近15年来土地利用动态变化特征，基于景观格局指数，采用统计学方法探究了玛河流域景观生态风险程度及时空分异特征；侯蕊等[9]通过划分空间格网构建基于景观格局的土地利用生态风险指数，对武汉市江夏区生态风险时空变化特征进行了评价；程严等[10]采用土地利用转移矩阵、景观生态风险指数模型和空间自相关分析等方法，对广东省海岸带土地利用动态特征和景观生态风险进行了定量评价；左岍等[11]基于土地利用数据，采用地统计、空间自相关和地学信息图谱等方法探究了最优尺度下山区景观生态风险的时空分异规律与变化趋势；司琪等[12]综合Markov-PLUS模型与景观生态风险评价指数，分析了叶尔羌河流域土地利用与景观生态风险的演变特征，并预测了未来多情景下的变化趋势，划分了风险重点管理区域。由此可以看出，景观生态风险评价的研究模式已经较为成熟，相应的理论和方法已具备统一的框架，但大多数是对沿海区域、流域等研究，而关于新疆地区的研究有待进一步深入。
近年来，在生态文明建设背景下，实现经济发展与生态保护协同推进具有重要意义。鉴于此，本文利用2022年该地区的土地利用数据，利用ArcGIS和Fragstats 4.2等空间信息技术平台计算景观破碎度和干扰度等指数，根据景观生态学理论知识构建基于景观格局指数的土地利用生态风险评估模型，揭示喀什地区土地利用景观空间格局，定量分析其景观生态风险和空间分布特征，为研究区可持续高质量发展提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区基本情况
研究区东北面向塔里木盆地，北有天山南脉，西有帕米尔高原，南部是喀喇昆仑山，东部为塔克拉玛干大沙漠，整个地势由西南向东北倾斜。该地属暖温带大陆性干旱气候，地形复杂、气候差异较大。
1.2 数据来源
2022年土地利用数据来自武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室杨杰和黄昕教授团队中国30米年度土地覆盖数据集及其动态变化(1985—2022年)（国家冰川冻土沙漠科学数据中心http://www.ncdc.ac.cn），根据实际研究需要和数据中存在空白数据等情况，本文利用ArcGIS空间信息技术平台，结合相关研究[13-14]，将土地利用数据分为其他土地、农田、森林、灌木、草地、水体、冰雪地、裸地、人工地表（包括建筑、道路等）和湿地10类进行研究。研究过程中将所有栅格数据统一设置成CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_25坐标系。
1.3 研究方法
1.3.1 评价单元划分
为确定景观生态风险指数和评价结果的空间差异性，将研究区划分为覆盖整个区域的若干评价单元。参考郑雪慧等[15]的研究方法，景观评价单元的面积一般为斑块平均面积的2～5倍，综合展现采样点周围景观的格局信息。充分考虑研究区的斑块面积大小、空间异质性以及数据计算量，本文利用ArcGIS数据管理工具中的构建渔网功能，使用等间距网格采样法，将研究区划分为10 km×10 km的正方形格网单元，共划分1 567个评价单元。
1.3.2 土地利用景观生态风险评价模型构建
（1）LF是指自然或人为因素导致原本连续的景观被分割成较小的斑块，从而增加了景观的边缘效应和斑块的孤立性，是衡量景观中斑块破碎程度的一个重要指标。（2）LS指数是衡量景观中同一类型斑块分布离散程度的指标。（3）LFD是描述景观或斑块形状复杂性的一个指数，通过分维数来量化景观的复杂度。分维数是描述对象形状不规则性的一个指标，对于景观中的斑块，分维数越接近1，表示斑块形状越接近规则的几何形状；分维数越远离1，表示斑块形状越复杂和不规则。（4）LV是衡量不同景观类型抵抗外部干扰能力大小的一个重要指标，反映了景观在受到自然或人为因素干扰时的敏感性和适应能力。LV越高，表明该景观类型越容易受到干扰，生态风险也越大。根据阳紫怡等[17]研究成果和研究区特点，计算得到其他土地、农田、森林、灌木、草地、水体、冰雪地、裸地、人工地表和湿地土地利用景观赋值分别为2、6、3 、4、5、7、10、8、1、9；LV分别为0.04、0.11、0.05、0.07、0.09、0.13、0.18、0.15、0.02、0.16。（5）LDD是一个用来衡量景观格局变化对生态系统造成潜在生态损失和风险的指标，其值越大表示研究区的生态风险越高。（6）LLD是反映不同景观类型所代表的生态系统在受到自然和人为干扰时其自然属性损失的程度的指标。相关计算如式（1 ）～（6 ）。
式中，ni 为评价单元i的斑块数量，Ai 为评价单元i的总面积；A为土地利用类型总面积；Pi 为评价单元i的周长；a、b、c为相应各景观指数的权重，且a+b+c=1，本文分别赋予a=0.5，b=0.3，c=0.2；LERI值越大表明单元的生态风险越高，N为评价单元总数。
1.4 数据处理
基于生态风险评价单元和景观生态风险评价模型，利用ArcGIS的Geostatistical Analyst模块下Kriging插值对评价单元样点的风险值进行球状拟合插值分析，得到研究区的LERI空间分布图。利用ArcGIS中的自然间断点法将研究区划分为低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区和高风险区5个等级区域，统计各个等级区域的面积和占比。同时选择研究区12个区域（YJSX、ZPX、SCX、YCX、MGTX、YPHX、JSX、SFX、SLX、KSS、BCX和TX）进行区域景观生态风险评价。
2 结果与分析
2.1 土地利用现状
由表1可知，2022年研究区土地利用现状中主要地类为农田、草地、冰雪地和裸地4种，其余地类面积占比均小于1%。其中，裸地面积占比最高，为57.780 1%，研究区地处沙漠和半沙漠地带，气候干燥、降水稀少，加上风力作用，土壤容易被吹走，造成了裸地较多。草地面积占比23.496 6%，主要分布在中西部区域，可以看出研究区草原保护修复工作取得了一定成效。农田面积占比11.626 2%，主要分布在东北部分区域，研究区东北面向塔里木盆地，地势平缓，农田呈集中连片分布。冰雪地面积占比6.631 4%，分布于研究区西南部区域，这些区域地势高耸、山脉纵横，山顶常年被冰雪覆盖，具有十分重要的生态作用。灌木和湿地面积占比较低，分别为0.000 5%和0.000 8%；其他地类、森林、水体和人工地表面积占比相近，分别为0.110 9%、0.109 1%、0.147 5%和0.096 9%。综合表明，研究区地域辽阔，有高山、平原绿洲、荒漠、沼泽等多种地形地貌，境内生物资源种类繁多、品种独特。
表1 土地利用类型面积占比单位：% |
| 土地利用类型 | 面积占比 |
|---|---|
| 其他地类 | 0.110 9 |
| 农田 | 11.626 2 |
| 森林 | 0.109 1 |
| 灌木 | 0.000 5 |
| 草地 | 23.496 6 |
| 水体 | 0.147 5 |
| 冰雪地 | 6.631 4 |
| 裸地 | 57.780 1 |
| 人工地表 | 0.096 9 |
| 湿地 | 0.000 8 |
2.2 景观生态风险评价空间分布
空间分布结果表明，2022年研究区土地利用景观生态风险评价结果呈现西南部高、中上部外缘低、中间较高的分布格局，景观生态风险指数在0.010 2～0.175 5。生态风险区划分后，由表2可知，研究区高风险区面积较小，为834 239.18 hm2，面积占比6.13%，主要分布在研究区西南部区域；较高风险区面积为1 817 501.48 hm2，面积占比13.36%，主要呈零星斑块分布；中等风险区面积为2 911 888.23 hm2，面积占比21.40%，与高风险区和较高风险区相邻分布；较低风险区面积最大，为4 109 047.97 hm2，面积占比30.20%，主要分布在研究区中部和上部区域，呈集中连片分布状态；低风险区面积为3 932 896.90 hm2，面积占比28.91%，与较低风险区面积接近，主要集中连片分布在研究区中部外侧区域。
表2 景观生态风险评价分区面积统计 |
| 生态风险区 | 面积/hm2 | 占比/% |
|---|---|---|
| 低风险区 | 3 932 896.90 | 28.91 |
| 较低风险区 | 4 109 047.97 | 30.20 |
| 中等风险区 | 2 911 888.23 | 21.40 |
| 较高风险区 | 1 817 501.48 | 13.36 |
| 高风险区 | 834 239.18 | 6.13 |
将土地利用现状与土地利用类型进行套合处理，由表3可知，低风险区主要土地利用类型为草地和裸地两种，不含湿地；较低风险区主要土地利用类型为农田、草地和裸地3种；中等风险区主要为农田、草地、冰雪地和裸地4种类型；较高风险区和高风险区主要土地利用类型均为草地、冰雪地和裸地3种。分析发现，研究区的土地利用景观生态风险高低与土地类型息息相关，如易受到人为干扰破坏、敏感度和脆弱度高的农田、冰雪地和湿地等地类面积占比越高，土地利用景观生态风险就越高；而性质比较稳定的草地和裸地等不易受到干扰的地类面积占比越高，土地利用景观生态风险就越低。因此，需通过合理利用土地，使区域的土地利用结构合理化、平稳化，以维护区域土地利用格局；重点保护生态敏感型用地类型，保证区域生态环境的稳定性。
表3 生态风险区土地利用现状 (hm2) |
| 土地利用类型 | 低风险区 | 较低风险区 | 中等风险区 | 较高风险区 | 高风险区 |
|---|---|---|---|---|---|
| 其他地类 | 7 206.41 | 6 887.07 | 6 419.22 | 1 166.04 | 434.05 |
| 农田 | 84 971.22 | 1 277 390.25 | 209 036.94 | 4 792.14 | 83.68 |
| 森林 | 10 238.48 | 1 932.14 | 1 670.73 | 922.71 | 327.27 |
| 灌木 | 37.07 | 12.12 | 7.89 | 0.16 | 13.27 |
| 草地 | 612 611.68 | 1 095 451.46 | 891 336.56 | 420 858.33 | 197 388.58 |
| 水体 | 585.21 | 10 633.07 | 4 859.03 | 2 216.64 | 1 736.65 |
| 冰雪地 | 17 057.79 | 80 378.72 | 259 975.10 | 357 086.22 | 192 760.14 |
| 裸地 | 3 199 972.52 | 1 627 093.58 | 1 535 221.65 | 1 030 189.48 | 441 494.72 |
| 人工地表 | 216.52 | 9 257.03 | 3 270.16 | 268.43 | 0.23 |
| 湿地 | 0 | 12.52 | 90.96 | 1.34 | 0.59 |
2.3 区域景观生态风险评价
由图1可知，研究区12个研究区域中，4个区域存在所有风险等级；5个区域存在低风险区、较低风险区、中等风险区和较高风险区4个等级，不涉及高风险区；3个区域涉及低风险区、较低风险区和中等风险区3个等级，不涉及较高风险区和高风险区，表明这3个区域的土地利用景观生态风险较低，经济增长与绿色发展相适应，可持续发展成果较为显著。其中，低风险区中面积占比低于10%的有2个区域，超过50%的有1个区域，其余各区域在10%～50%；较低风险区中面积占比低于10%的有1个区域，超过50%的有5个区域，在10%～50%的有6个区域；中等风险区中面积占比低于10%的有3个区域，在10%～50%的有9个区域；较高风险区中面积占比低于10%的有10个区域，其中3个区域占比为0，在10%～50%的有2个区域；高风险区中8个区域面积占比均为0，其余4个区域面积占比在10%～50%。综合表明，研究区的土地利用景观生态高风险面积占比较低，整体上呈现良好态势。
3 结论与讨论
本研究以新疆喀什地区为研究区，构建了基于景观格局指数的土地利用生态风险评估模型，通过计算定量量化分析了2022年的景观生态风险和空间分布格局特征，主要结论如下。
（1）2022年研究区土地利用类型主要为农田、草地、冰雪地和裸地4种。其中，裸地面积占比最高，为57.780 1%，草地面积占比23.496 6%，农田面积占比11.626 2%，冰雪地地类面积占比6.631 4%；2022年研究区高风险区面积为834 239.18 hm2，占比6.13%，较高风险区面积为1 817 501.48 hm2，占比13.36%，中等风险区面积为2 911 888.23 hm2，占比21.40%，较低风险区面积为4 109 047.97 hm2，面积占比30.20%，低风险区面积为3 932 896.90 hm2，占比28.91%，呈现西南部高、中上部外缘低、中间较高的分布格局。
（2）研究区高风险区主要分布在地势、海拔较高的西南部区域，而中低风险区则分布于地势较为平缓的中上部区域；通过土地利用类型与土地利用现状叠加分析发现，研究区土地利用景观生态风险高低主要与草地、裸地、农田、冰雪地4种土地利用类型相关。
（3）区域尺度上，研究区12个区域中3个区域不涉及较高风险区和高风险区，只涉及低风险区、较低风险区和中等风险区。此外，各区域的土地利用景观生态风险高风险面积占比较低，整体呈现良好态势。
综上，量化分析的景观生态风险大小和空间分布格局特征，为今后发展提供了一定的参考。但本研究仅从景观格局角度出发，侧重于评价研究区生态风险和空间分布特征，缺乏对气候环境、社会经济因素等方面的综合考虑，同时生态风险时序上的动态变化和预测优化等内容也是重要研究方向，因此下一步的研究可聚焦多角度、长时序及预测优化，从而为区域生态文明建设和生态环境综合治理提供参考。