王 耕,蘇柏靈,王嘉麗, 朱正如

1 遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 大連 116029 2 遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展中心, 大連 116029

基于GIS的沿海地區(qū)生態(tài)安全時(shí)空測(cè)度與演變
——以大連市瓦房店為例

王 耕1,2,*,蘇柏靈2,王嘉麗2, 朱正如2

1 遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 大連 116029 2 遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展中心, 大連 116029

以大連瓦房店市2000 年、2005 年和2010 年Landsat TM遙感影像(軌道號(hào)為120/32，120/33)作為數(shù)據(jù)源，在景觀格局分析的基礎(chǔ)上，基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(P-S-R)框架構(gòu)建沿海地區(qū)生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，在GIS格網(wǎng)技術(shù)下量化多源數(shù)據(jù)，創(chuàng)建區(qū)域生態(tài)安全格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用加權(quán)-模糊隸屬度評(píng)價(jià)方法進(jìn)行生態(tài)安全狀態(tài)評(píng)價(jià)，并通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)研究區(qū)生態(tài)安全格局時(shí)空演變進(jìn)行分析，揭示沿海地區(qū)生態(tài)安全時(shí)空演變特點(diǎn)。結(jié)果表明：①2000—2010 年瓦房店市生態(tài)安全指數(shù)平均值分別為0.4636、0.3878和0.3980，說(shuō)明研究區(qū)生態(tài)安全惡化后又有緩升趨勢(shì)，但西部沿海地區(qū)生態(tài)安全依然需要重視。②Moran′sI從2000 年到2010 年分別為0.9015、0.8738和0.8703，表明瓦房店市生態(tài)安全指數(shù)在空間上存在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，生態(tài)安全格局表現(xiàn)為高值區(qū)域傾向于與生態(tài)安全程度高的區(qū)域相毗鄰，而生態(tài)安全程度低的區(qū)域傾向于與生態(tài)安全程度低的區(qū)域毗鄰，2000—2005 年表現(xiàn)極為明顯。③2000—2010 年瓦房店市生態(tài)安全指數(shù)的塊金值分別為0.0030、0.0007和0.0009，表明非結(jié)構(gòu)因素對(duì)研究區(qū)生態(tài)安全空間分布影響效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，這與10年來(lái)瓦房店城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、人類(lèi)活動(dòng)頻繁的實(shí)際情況相符。CO/(CO+C)值也是先增加后減少，表明非結(jié)構(gòu)因素對(duì)研究區(qū)生態(tài)安全空間分異的影響效應(yīng)先增強(qiáng)后減弱，2005 年以來(lái)隨著大連市土地政策的實(shí)施與管理，城鎮(zhèn)建設(shè)、人類(lèi)活動(dòng)等非結(jié)構(gòu)因素對(duì)生態(tài)安全演變影響有所消減。

GIS；沿海生態(tài)安全；時(shí)空測(cè)度；演變；瓦房店

在世界范圍內(nèi)競(jìng)相開(kāi)發(fā)海洋的熱潮下，隨著人口向沿海地區(qū)集中，海岸帶經(jīng)濟(jì)的迅速擴(kuò)張對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的威脅日益嚴(yán)重，人地(海)關(guān)系矛盾日趨尖銳，沿海地區(qū)生態(tài)安全倍受關(guān)注。Louisa S. Evans以肯尼亞為例研究海岸帶生態(tài)安全問(wèn)題[1]；A.R. Farhan以印度尼西亞群島為例評(píng)價(jià)生態(tài)安全條件[2]。陳菁等進(jìn)行海峽西岸生態(tài)安全評(píng)價(jià)[3]；廖丹等進(jìn)行廈門(mén)灣海岸帶開(kāi)發(fā)的生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)研究[4]；韓振華等基于景觀格局研究遼河三角洲濕地生態(tài)安全[5]；于蓉蓉等對(duì)膠州灣大姑河口濕地景觀生態(tài)安全格局進(jìn)行研究[6]。沿海生態(tài)安全具有海陸空間的耦合性，海岸帶產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、結(jié)構(gòu)與布局，以及城市化等特點(diǎn)對(duì)生態(tài)安全的影響并非靜態(tài)，而且具有空間差異，一個(gè)地區(qū)的生態(tài)安全與鄰近地區(qū)戚戚相關(guān)。目前沿海生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法主要有綜合指數(shù)法[7- 8]、生態(tài)足跡法[9- 11]、景觀生態(tài)學(xué)方法[12- 13]和生態(tài)承載力方法[14]等。盡管沿海生態(tài)安全評(píng)價(jià)框架大多采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(P-S-R)機(jī)理框架[15- 19]，但以行政區(qū)為評(píng)價(jià)單元的總體評(píng)價(jià)結(jié)論卻難以說(shuō)明生態(tài)安全空間差異，更難以表明生態(tài)安全的空間鄰近影響關(guān)系演變，因此沿海生態(tài)安全的時(shí)空演變與分異研究更加具有實(shí)用性，更有利于指導(dǎo)人們因地制宜地進(jìn)行海岸開(kāi)發(fā)與管理。本文結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)與地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，通過(guò)研究區(qū)2000年、2005年、2010年3個(gè)時(shí)期的遙感影像、專(zhuān)題成果與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于景觀的生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，在GIS格網(wǎng)技術(shù)下對(duì)沿海生態(tài)安全進(jìn)行時(shí)空測(cè)度，并分析其空間演變特征，旨在為區(qū)域生態(tài)安全時(shí)空演變與模擬研究提供方法，為瓦房店市城市化建設(shè)與規(guī)劃提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location map of the study area

大連瓦房店市位于遼東半島中西部(圖1)，地處北緯39°20′—40°07′，東經(jīng)121°13′—122°16′，西瀕渤海，東與普蘭店接壤，南與金州區(qū)隔海相望，北與蓋州接壤，海岸線(xiàn)長(zhǎng)461.2 km，占大連市海岸線(xiàn)總長(zhǎng)度的24.2%。全市所轄13 個(gè)鎮(zhèn)，8 個(gè)鄉(xiāng)，總面積為3793.53 km2。瓦房店市地勢(shì)東北高西南低，千山余脈由東北向西南延伸，形成低山、丘陵、平原、陸地和灘涂結(jié)合的多種地貌類(lèi)型，自然構(gòu)成大體是“六山一水三分田”，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，四季分明。大連瓦房店是遼東半島連接?xùn)|西、跨躍南北的交通要道，是渤海經(jīng)濟(jì)圈的擴(kuò)散區(qū)域。隨著遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)步伐的加快，以及大連全面推進(jìn)全域城市化戰(zhàn)略的實(shí)施，瓦房店市作為大連北部地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極，其生態(tài)安全建設(shè)不僅是新興工業(yè)城市可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，而且是大連和諧海洋建設(shè)的重要保障。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究中圖形數(shù)據(jù)來(lái)源于1∶5 萬(wàn)大連市區(qū)劃圖；遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于2000 年、2005 年及2010 年Landsat TM遙感影像(軌道號(hào)為120/32，120/33)；社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于2010 年《大連統(tǒng)計(jì)年鑒》、《大連水資源公報(bào)》、《大連環(huán)境狀況公報(bào)》；專(zhuān)題數(shù)據(jù)來(lái)源于大連市國(guó)土資源局地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)題圖、地表水質(zhì)類(lèi)型圖、海水入侵分布圖、地震烈度分區(qū)圖等。為了便于多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，本文采用統(tǒng)一格網(wǎng)單元進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。首先在ArcGIS平臺(tái)建立1 km×1 km的網(wǎng)格；其次數(shù)字化瓦房店地區(qū)，數(shù)據(jù)的投影類(lèi)型選擇為T(mén)ransverse-Mercator投影；然后通過(guò)ERDAS軟件對(duì)2000 年、2005 年及2010 年3個(gè)時(shí)期的遙感影像進(jìn)行解譯分類(lèi)，得到3期的土地利用矢量圖；最后將圖形數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)ArcGIS插值與賦值計(jì)算輸入到格網(wǎng)單元，建立ArcGIS格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 沿海生態(tài)安全狀態(tài)評(píng)價(jià)模型

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與權(quán)重的確定

依據(jù)系統(tǒng)性、空間性、實(shí)用性以及數(shù)據(jù)獲取可能性等原則，本研究選取P-S-R框架來(lái)建立指標(biāo)體系，結(jié)合層次分析法(AHP)與熵值法確定各指標(biāo)權(quán)重(表1)。

表1 沿海生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系及指標(biāo)權(quán)重Table 1 The evaluation system and the index weight of eco-security of coastal region

2.2.2 生態(tài)安全指數(shù)測(cè)算

生態(tài)安全評(píng)價(jià)的模型很多，由于生態(tài)安全是一個(gè)相對(duì)的概念，在安全與不安全之間存在著模糊的界限[20]，因此，本文選取模糊隸屬度的方法作為生態(tài)安全評(píng)價(jià)的模型。在評(píng)價(jià)某區(qū)域系統(tǒng)生態(tài)安全狀況時(shí)，根據(jù)影響生態(tài)安全狀況的多個(gè)指標(biāo)，以衡量這些指標(biāo)的生態(tài)安全程度的標(biāo)準(zhǔn)值為比較依據(jù)，計(jì)算生態(tài)安全度。生態(tài)安全度可以用隸屬度表示。

(1)

式中，U(j)為生態(tài)安全度；Wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；p為距離參數(shù)，p=2(歐氏距離)計(jì)算；rij為第i項(xiàng)指標(biāo)的值(i=1,2,3,…,m；j=1,2,3,…,n)。U(j)越大生態(tài)安全度越高，反之生態(tài)安全度越低。

2.3 沿海生態(tài)安全時(shí)空演變統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2.3.1 空間自相關(guān)分析

地理與生態(tài)現(xiàn)象常常表現(xiàn)出空間相關(guān)效應(yīng)?？臻g自相關(guān)分析方法為解釋事物屬性或現(xiàn)象的空間依賴(lài)關(guān)系提供了途徑?？臻g自相關(guān)性的指標(biāo)可分為全局指標(biāo)和局部指標(biāo)兩種: 全局指標(biāo)用于驗(yàn)證整個(gè)研究區(qū)域某一要素的空間相關(guān)關(guān)系，而局部指標(biāo)則用于反映整個(gè)大區(qū)域中的一個(gè)局部小區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性與相鄰局部小區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩缘南嚓P(guān)程度。本研究中運(yùn)用全局空間自相關(guān)指標(biāo) Moran′sI和局部空間自相關(guān)指標(biāo) LISA (Local Indicators of Spatial Association) 來(lái)分析大連市瓦房店景觀生態(tài)安全的空間特征。Moran′sI和 LISA 指標(biāo)的計(jì)算公式如下[21- 23]：

(2)

局部空間自相關(guān)Local Moran′sI(LISA)是將Moran′sI分解到各個(gè)空間單元。對(duì)于某一個(gè)空間單元i，LISA 計(jì)算公式為:

(3)

(4)

2.3.2 地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

地統(tǒng)計(jì)學(xué)是研究空間變異的有效方法，以區(qū)域化隨機(jī)變量理論為基礎(chǔ)，研究自然現(xiàn)象的空間相關(guān)性和隨機(jī)性，不僅可以解釋屬性或現(xiàn)象的空間相關(guān)，而且通過(guò)半變異函數(shù)可以模擬和估計(jì)空間上的未知變量[24]。景觀生態(tài)安全指數(shù)本身是一種空間變量可采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中變異函數(shù)的方法，借助半方差函數(shù)進(jìn)行景觀生態(tài)安全程度的空間分析：

(5)

式中，r(h)是半變異函數(shù)；Z(xi)和Z(xi+h)是在xi和xi+h處的值；h為空間距離；n(h)為樣本對(duì)數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+(version 9.0)進(jìn)行變異函數(shù)計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 沿海地區(qū)生態(tài)安全時(shí)間演變特征

沿海地區(qū)生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算如表2所示，格網(wǎng)專(zhuān)題地圖如圖2所示。2000 年生態(tài)安全程度最低的是瓦房店南部的交流島，北部和東北部(李官鎮(zhèn)、許屯鎮(zhèn)、萬(wàn)家?guī)X鎮(zhèn)、松樹(shù)鎮(zhèn)、得力寺鎮(zhèn))生態(tài)安全度較低；西部沿海地區(qū)生態(tài)安全度較高，其中生態(tài)安全度最高的地區(qū)為長(zhǎng)興島鎮(zhèn)。2005 年沿海地區(qū)生態(tài)安全有了明顯的變化。西部沿海地區(qū)的東港鎮(zhèn)、仙浴灣鎮(zhèn)、三臺(tái)滿(mǎn)族鄉(xiāng)和中部的楊家滿(mǎn)族鄉(xiāng)生態(tài)安全狀況明顯下降，而北部的許屯和南部的交流島生態(tài)安全又有所提高。這5 年間變化最明顯的是太陽(yáng)街道。2010 年與2005 年相比，生態(tài)安全度沒(méi)有明顯變化，局部地區(qū)生態(tài)安全度有所提高?？傮w來(lái)說(shuō)，2000—2010 年，瓦房店地區(qū)生態(tài)安全度呈先下降后升高趨勢(shì)。主要原因是，人口的增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快，沿海地區(qū)景觀類(lèi)型發(fā)生了變化，建設(shè)用地面積擴(kuò)張占據(jù)了大量的農(nóng)用地，人為活動(dòng)的影響使生態(tài)環(huán)境受到的壓力越來(lái)越大，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性逐步降低，導(dǎo)致生態(tài)安全度降低。隨著環(huán)境保護(hù)措施的提出和對(duì)環(huán)境保護(hù)資金的投入，2010 年較2005 年生態(tài)安全狀況有所提升?？傮w來(lái)看，2000—2005 年期間研究區(qū)生態(tài)安全格局變化比2005—2010 年期間明顯，可見(jiàn)2000—2005年期間是瓦房店市生態(tài)安全格局變化的關(guān)鍵時(shí)期。生態(tài)安全度空間趨勢(shì)面分析顯示(圖3)：在南北方向和東西方向上，3個(gè)時(shí)期均呈現(xiàn)凸形曲線(xiàn)，2000 年的趨勢(shì)線(xiàn)呈明顯凸形，且西高東低，沿海地區(qū)生態(tài)安全程度較高。2005年和2010年南北方向上和東西方向的曲線(xiàn)都較為和緩，主要原因是，2000 年，城市化發(fā)展緩慢，區(qū)域生態(tài)安全度整體較高，且人為活動(dòng)對(duì)沿海地區(qū)的開(kāi)發(fā)利用少。隨著人口的增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程的加快和面海發(fā)展，大面積的耕地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地，人為活動(dòng)對(duì)沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成威脅，使西部沿海地區(qū)生態(tài)安全度降低。

表2 瓦房店市不同時(shí)期生態(tài)安全指數(shù)Table 2 Eco-security Indexes (ESI) in Wafangdian in 2000, 2005 and 2010

圖2 瓦房店生態(tài)安全度分布 Fig.2 The space distribution of eco-security degree in Wafangdian city

圖3 瓦房店市3個(gè)時(shí)期生態(tài)安全空間趨勢(shì)面顯示 Fig.3 The trend surface of eco-security in Wafangdian in 2000, 2005 and 2010

3.2 沿海地區(qū)生態(tài)安全空間演變特征

3.2.1 沿海地區(qū)生態(tài)安全空間集聚特征

利用Moran′sI指數(shù)判定區(qū)域生態(tài)安全空間相關(guān)性和聚集程度。2000 年、2005 年和2010 瓦房店生態(tài)安全的Moran′sI指數(shù)分別為0.9015、0.8738和0.8703(圖4)。表明本區(qū)域生態(tài)安全在空間上有較強(qiáng)的正相關(guān)。通過(guò)Moran散點(diǎn)圖可以定性區(qū)分每一區(qū)域與其周邊區(qū)域某一屬性值或某種地理現(xiàn)象的相互關(guān)系。Moran散點(diǎn)圖由4個(gè)象限組成，分別為HH(“高-高”空間關(guān)聯(lián)區(qū))、LH(“低-高”空間關(guān)聯(lián)區(qū))、LL(“低-低”空間關(guān)聯(lián)區(qū)) 和HL(“高-低”空間關(guān)聯(lián)區(qū))。落入HH和LL象限的觀測(cè)值存在較強(qiáng)的空間正相關(guān)，具有均質(zhì)性。落入LH和HL兩個(gè)象限的觀測(cè)值則表示存在較強(qiáng)的空間負(fù)相關(guān)，空間單元具有異質(zhì)性。由圖4可知，各年份生態(tài)安全度集中于HH和LL區(qū)。少量分布于HL和LH兩個(gè)象限，表明瓦房店市生態(tài)安全具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性，空間聚集格局顯著。

圖4 Moran 散點(diǎn)圖Fig.4 Moran scatter plot

生態(tài)安全度的空間分布并不是隨機(jī)的，存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，即生態(tài)安全度在空間上存在聚集趨勢(shì)。每個(gè)單元格對(duì)其周?chē)加胁煌潭鹊挠绊?，生態(tài)安全度高的單元可以對(duì)其周?chē)a(chǎn)生正面的影響，使其周?chē)鷳B(tài)安全度提高；而低值的單元也可以影響到其周?chē)母?高值區(qū)域，使其生態(tài)安全度降低，生態(tài)環(huán)境惡化。瓦房店市2000—2010 年生態(tài)安全格局的局部空間自相關(guān)LISA分析結(jié)果見(jiàn)圖5，生態(tài)安全度高值區(qū)傾向于與生態(tài)安全度高的區(qū)域相毗鄰，而生態(tài)安全度低值區(qū)傾向于與生態(tài)安全度低的區(qū)域毗鄰。2005 年和2010 年瓦房店市生態(tài)安全局域自相關(guān)格局較為一致，與2000 年相比則有較大的格局變化。隨著沿海開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，人為活動(dòng)對(duì)沿海地區(qū)生態(tài)安全的影響很大。沿海區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化，周?chē)椭祬^(qū)對(duì)散布其中的高值區(qū)有負(fù)面的影響，2000 年瓦房店生態(tài)安全高-高值區(qū)分布于南部(長(zhǎng)興島、炮崖鄉(xiāng)、地臺(tái)鎮(zhèn))，西部沿海地區(qū)駝山鄉(xiāng)，仙浴灣鎮(zhèn)等也有小面積高-高值區(qū)；同時(shí)有較大面積的低-低值區(qū)分布在北部(李官鎮(zhèn)、許屯鎮(zhèn)、萬(wàn)家?guī)X鎮(zhèn)、松樹(shù)鎮(zhèn))和西南部的交流島。2000—2005 年間瓦房店生態(tài)安全集群格局發(fā)生了明顯變化，高-高值區(qū)向北部(太陽(yáng)街道、瓦房店市、李店鎮(zhèn)、炮臺(tái)鎮(zhèn))轉(zhuǎn)移，西部沿海地區(qū)小面積的高-高值區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榈?低值區(qū)，并且到2010 年有大面積擴(kuò)散趨勢(shì)。2000 年交流島地區(qū)是低-低值區(qū)，2005 年此地區(qū)低-低值區(qū)明顯減少，2010 年此地區(qū)低-低值區(qū)呈零星分布，表明在這10 年間，交流島鎮(zhèn)生態(tài)安全由不安全向安全轉(zhuǎn)變。

圖5 瓦房店市生態(tài)安全度局域空間自相關(guān)LISA集群圖Fig.5 The LISA cluster graph of local spatial autocorrelation in Wafangdian city

3.2.2 沿海地區(qū)生態(tài)安全空間分異特征

空間異質(zhì)性主要由隨機(jī)性和自相關(guān)性?xún)刹糠纸M成。塊金值反映的是隨機(jī)部分的空間異質(zhì)性，若塊金值CO較大表明此時(shí)較小尺度上的某種過(guò)程不可忽視。CO/(CO+C)的大小反映了自相關(guān)部分和隨機(jī)部分對(duì)地理要素空間分異的影響程度，該比值小，非結(jié)構(gòu)性因素影響大。這里結(jié)構(gòu)性因素(內(nèi)因)包括氣候、地形地貌、土壤類(lèi)型、植被類(lèi)型等主導(dǎo)區(qū)域景觀生態(tài)安全格局的空間分布的因素；而非結(jié)構(gòu)因素或稱(chēng)隨機(jī)因素(外因)包括各種自然災(zāi)害以及人為活動(dòng)導(dǎo)致景觀變化的因素。變程值a大小反映了研究區(qū)某一特征空間自相關(guān)的尺度狀況，當(dāng)取樣尺度小于該值時(shí)各要素的空間分布存在自相關(guān)，說(shuō)明此時(shí)研究區(qū)主要的生態(tài)學(xué)過(guò)程、格局及功能都與該尺度有關(guān)，而當(dāng)取樣尺度大于該值時(shí)，則要素呈隨機(jī)性。運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)瓦房店市景觀生態(tài)安全格局進(jìn)行空間分異分析，各模型擬合結(jié)果見(jiàn)表3。2000 年、2005 年和2010年均為球形模型擬合效果最佳，復(fù)相關(guān)系數(shù)R2分別為0.9390、0.8200和0.8520。2000 年較2005 年和2010 年復(fù)相關(guān)系數(shù)高，空間隨機(jī)性程度低，這與空間自相關(guān)研究結(jié)果吻合。

2000至2010年，瓦房店市景觀生態(tài)安全指數(shù)的塊金值效應(yīng)整體上先減弱后增強(qiáng)，從2000 年的0.0030下降到2005 年的0.0007，而2010 年上升到0.0009，表明研究區(qū)2005 年到2010 年非結(jié)構(gòu)因素作用增強(qiáng)，不可忽視。CO/(CO+C)值也是先增加后減少，充分表明非結(jié)構(gòu)因素對(duì)研究區(qū)景觀生態(tài)安全空間分異影響效應(yīng)先增強(qiáng)后減弱，這與10 年來(lái)瓦房店城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、人類(lèi)活動(dòng)頻繁的實(shí)際情況相符，2005 年以來(lái)隨著大連市土地政策的實(shí)施與管理，城鎮(zhèn)建設(shè)、人類(lèi)活動(dòng)等非結(jié)構(gòu)因素對(duì)生態(tài)安全演變影響有所消減。2000 年、2005 年和2010 年研究區(qū)景觀生態(tài)安全格局空間分異的變程在23.1—137.3 km之間，其中2000 年變程最大(137.3 km)，表明瓦房店市生態(tài)安全格局的相關(guān)性在縮小。

表3 瓦房店景觀生態(tài)安全理論變異函數(shù)Table 3 The variogroam of landscape eco-security indexes in Wafangdian

4 結(jié)論與討論

(1)景觀格局的變化必然引起生態(tài)系統(tǒng)功能的改變，同時(shí)，人類(lèi)的活動(dòng)主要是在景觀層次上進(jìn)行的，景觀成為研究人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的適宜尺度，也是沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境研究的基礎(chǔ)單元。本文結(jié)合景觀指數(shù)所建立的生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，運(yùn)用空間自相關(guān)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的變異函數(shù)，分析不同時(shí)期研究區(qū)內(nèi)的景觀生態(tài)安全結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)，豐富了沿海生態(tài)安全時(shí)空演變研究實(shí)例。

(2)運(yùn)用GIS格網(wǎng)技術(shù)可以有效的調(diào)節(jié)研究區(qū)的空間尺度，尤其是將指標(biāo)格網(wǎng)化之后，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全研究要比傳統(tǒng)以行政單元?jiǎng)澐盅芯繀^(qū)域進(jìn)行生態(tài)安全空間分異研究有很大的優(yōu)勢(shì)。本文以1 km×1 km格網(wǎng)為基本評(píng)價(jià)單元，能夠很好地研究瓦房店生態(tài)安全時(shí)空分異，為揭示區(qū)域生態(tài)安全分異規(guī)律提供參考依據(jù)。

(3)沿海地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了其研究必須采用復(fù)雜系統(tǒng)的理論方法，特別是建立或應(yīng)用基于復(fù)雜系統(tǒng)思想的數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)沿海城市生態(tài)安全演變模擬與預(yù)測(cè)具有較強(qiáng)的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

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Spatial-temporal assessments and evolution research of coastal eco-security based on gis-a case study of wafangdian county-level city

WANG Geng1,2,*, SU Bailing2, WANG Jiali2, ZHU Zhengru2

1UrbanandEnvironmentalSchoolofLiaoningNormalUniversity,Dalian116029,China2CenterforStudiesofMaineEconomyandSustainableDevelopmentofLiaoningNormalUniversity,Dalian116029,China

In this study, taking the Landsat TM remote sensing images (track No. 120/32, 120/33) of Wafangdian County-level City in 2000, 2005 and 2010 as the data sources, the coastal ecological security evaluation system was established on the basis of landscape pattern analysis and pressure-state-response (P-S-R) framework. Grid database of coastal eco-security assessment was created by quantitative multi-source data with GIS grid technology. Eco-security status was estimated by the use of the weighted-fuzzy membership degree method. Temporal and spatial evolution of eco-security pattern was analyzed through spatial statistical methods in order to reveal evolution features of coastal region ecological safety as well. The results showed as follows: 1) The ecological safety index of Wafangdian County-level City from 2000 to 2010 was 0.4636, 0.3878 and 0.4636, respectively, which demonstrated eco-security situation had a slight improvement after deterioration, but we should pay more attention to prefect the ecological status in western coastal district. 2)Moran′sIfrom 2000 to 2010 was 0.9015, 0.8738 and 0.8703, respectively, which indicated there was a significant correlation of spatial evolution in the space. The characteristic of ecological safety pattern was that areas with high value was inclined to be close to the regions of better ecological eco-security status, while the low degree of eco-security status presented adverse tendency, which performed extremely obvious from 2000 to 2005. 3)The nuggets of eco-security index in Wafangdian County-level City was 0.0030,0.0007 and 0.000903, respectively, which showed the non-structural factors played an ever-increasing role in spatial distribution of ecological safety in the study area, which was consistent with the actual conditions of urban construction land expansion and frequent human activities in the past decade. The change about value ofC0/(C0+C)decreased as the speed increased initially and decreased afterwards, which reflected the impact of non-structural factors on the space differentiation of ecological security had experienced a consistent change trend. With the implementation of the land policy and management of Dalian City, the influence from non-structural factors such as urban construction and human activities on eco-security evolution has been cut down since 2005.

GIS; coastal eco-security; spatial-temporal assessment; evolution; Wafangdian County-level City

教育部人文社科規(guī)劃基金資助項(xiàng)目(13YJA790111); 遼寧省社會(huì)科學(xué)界聯(lián)合會(huì)2013年度遼寧經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展立項(xiàng)課題(2013lslktzixxjc-06)

2013- 04- 15;

日期:2014- 04- 03

10.5846/stxb201304150712

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lnnu_wg@hotmail.com

王耕,蘇柏靈,王嘉麗, 朱正如.基于GIS的沿海地區(qū)生態(tài)安全時(shí)空測(cè)度與演變——以大連市瓦房店為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(3):670- 677.

Wang G, Su B L, Wang J L, Zhu Z R.Spatial-temporal assessments and evolution research of coastal eco-security based on gis-a case study of wafangdian county-level city.Acta Ecologica Sinica,2015,35(3):670- 677.