三江平原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全時(shí)空分異分析

1、三江平原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全時(shí)空分異分析作者：天天論文網(wǎng) 日期：2016-4-7 11:41:25 點(diǎn)擊：0摘要：作為與自然關(guān)系緊密的生態(tài)產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不僅是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和糧食安全保障的基礎(chǔ)，其生態(tài)安全也是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容。該研究以位于中國(guó)三江平原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)的國(guó)營(yíng)友誼農(nóng)場(chǎng)為研究區(qū)域，以1984年、1995年、2004年和2014年4期Landsat TM/OLI影像為主要數(shù)據(jù)來源，以景觀格局安全指數(shù)和生態(tài)質(zhì)量指數(shù)為變量構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，對(duì)近30 a來研究區(qū)的景觀生態(tài)安全時(shí)空分異進(jìn)行分析。結(jié)果表明：研究區(qū)景觀生態(tài)安全格局變化明顯，4個(gè)時(shí)期研究區(qū)的景觀生態(tài)安全指數(shù)依次為0

2、.65、0.57、0.55和0.60，整體呈現(xiàn)出先下降后回升的趨勢(shì)；景觀生態(tài)安全值的空間集聚性呈先增加后降低的趨勢(shì)，生態(tài)安全分布的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)面積比例持續(xù)降低，不顯著區(qū)域的面積比例持續(xù)增加。研究結(jié)果一方面說明農(nóng)業(yè)開發(fā)對(duì)景觀生態(tài)系統(tǒng)具有一定的負(fù)面影響，另一方面也說明積極的土地整治對(duì)景觀生態(tài)安全具有促進(jìn)作用，為此，后續(xù)的土地整治工作應(yīng)在促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，保障土地資源的可持續(xù)利用。關(guān)鍵詞：土地利用；生態(tài)；遙感；三江平原；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)；景觀生態(tài)安全0引 言隨著經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、人口膨脹和大規(guī)模城市化，人類活動(dòng)的干擾對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)施加了巨大壓力，這導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能受到影響，其生物多樣性和文化多

3、樣性正在逐漸喪失1。自IIASA（International Institute forApplication System Analysis）于1989年提出生態(tài)安全這一概念以來，生態(tài)安全研究成為國(guó)際社會(huì)所廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)之一2-3。近年來，由不合理的人類活動(dòng)所導(dǎo)致的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題屢見不鮮，而景觀破碎化和生境喪失是導(dǎo)致生物多樣性減少和物種滅絕的主要因素4。因此，從景觀生態(tài)學(xué)的角度對(duì)區(qū)域生態(tài)安全進(jìn)行定量化研究也越來越受到學(xué)者們的重視。區(qū)域景觀生態(tài)安全不僅是生態(tài)安全的重要組成部分，也事關(guān)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展5。近年來，收稿日期：2015-09-05修訂日期：2016-02-20基金項(xiàng)目

4、：國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題：東北農(nóng)場(chǎng)不同土地整治技術(shù)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的對(duì)比分析研究（2014-01-38）。國(guó)內(nèi)外景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究重點(diǎn)沿襲了區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和生態(tài)安全評(píng)價(jià)的熱點(diǎn)區(qū)域，主要基于區(qū)域5、流域6和城鎮(zhèn)地域7-8等尺度，針對(duì)熱點(diǎn)地區(qū)9、敏感地區(qū)10和快速城市化地區(qū)11等重點(diǎn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制區(qū)域開展典型案例研究。Turner等12、郭濼等13認(rèn)為長(zhǎng)期自然或人為的各種干擾是導(dǎo)致景觀生態(tài)環(huán)境由單一向復(fù)雜、均質(zhì)向異質(zhì)、連續(xù)向不連續(xù)變化的主要原因，干擾的程度越大，景觀生態(tài)環(huán)境的安全程度就越低。基于這一原理，傳統(tǒng)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型采用景觀類型受到的干擾程度和景觀類型本身的易損程度

5、來衡量景觀類型受到的風(fēng)險(xiǎn)程度，并以其反函數(shù)來表征景觀類型的生態(tài)安全程度12-14。傳統(tǒng)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型能夠反映景觀的結(jié)構(gòu)組成、空間配置，衡量景觀系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性程度，但忽視了由景觀組分變化導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)變化。Zhou等15、王潔等16、李詠紅等17引入生態(tài)服務(wù)價(jià)值理論對(duì)區(qū)域景觀生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過不同景觀類型的生態(tài)服務(wù)功能差異來模擬一定區(qū)域內(nèi)的氣候調(diào)節(jié)、水土保持和生物多樣性維護(hù)的安全格局，并采用景觀生態(tài)服務(wù)價(jià)值的損益來衡量區(qū)域景觀生態(tài)安全程度的變化，這一方法能夠直觀衡量由景觀組分變化所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，但評(píng)價(jià)結(jié)果僅能反映區(qū)域景觀服務(wù)功能的安全程度。Li等11、孫翔等8、楊青

6、生等18基于生態(tài)安全的廣義定義角度， 采用P-S-R（Pressure-State-Response）框架模型構(gòu)建景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并以此實(shí)現(xiàn)景觀生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)演化。P-S-R模型涵蓋更為廣泛，能夠系統(tǒng)地反映自然或人為活動(dòng)對(duì)景觀生態(tài)環(huán)境的影響和人類針對(duì)不利環(huán)境影響做出的應(yīng)對(duì)措施，但由于模型框架中部分指標(biāo)是基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此在一定程度上受到統(tǒng)計(jì)尺度和統(tǒng)計(jì)方法的約束5。盡管國(guó)內(nèi)外研究對(duì)景觀生態(tài)安全內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)存在一定差異，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為區(qū)域景觀的抗干擾能力、穩(wěn)定性、健康程度以及可持續(xù)提供生態(tài)服務(wù)的能力對(duì)景觀生態(tài)安全有著非常重要的意義，這些研究完善了景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)的理論體系，為區(qū)

7、域景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供了基本方法。到目前為止，雖然區(qū)域景觀生態(tài)安全的研究已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但已有研究中的景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法仍存在不同程度上的不足，探討現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全演化趨勢(shì)的研究較為薄弱。作為人與自然交互作用下的生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)受到人類活動(dòng)的累積影響19，然而長(zhǎng)期以來，人們對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展所造成的景觀生態(tài)安全效應(yīng)仍缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。黑龍江省三江平原是中國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，自20世紀(jì)50年代起始了大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)，伴隨而來的是天然濕地大面積消失，并引發(fā)了一系列區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題20。國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)是三江平原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本單元，探討其較長(zhǎng)時(shí)間跨度內(nèi)

8、的景觀生態(tài)安全時(shí)空分異，能夠?yàn)槲⒂^尺度下的土地利用調(diào)控與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)布局提供參考。為此，本文基于景觀生態(tài)安全基本內(nèi)涵，應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)原理構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，在3S技術(shù)的支持下對(duì)19842014年國(guó)營(yíng)友誼農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的景觀生態(tài)安全效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)土地整治和生態(tài)文明建設(shè)提供理論支撐與依據(jù)。1材料與方法1.1 研究區(qū)概況友誼農(nóng)場(chǎng)是中國(guó)“一五計(jì)劃”唯一的農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，是由前蘇聯(lián)政府于1954年援助中國(guó)建設(shè)的大型谷物農(nóng)場(chǎng)。友誼農(nóng)場(chǎng)1978年率先引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)大型農(nóng)業(yè)機(jī)械，當(dāng)前的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平達(dá)到99%，是中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，其農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化過程具有相當(dāng)?shù)拇硇院偷湫托?。友誼農(nóng)場(chǎng)地處松

9、花江第2階地，位于黑龍江省雙鴨山市東北部的三江平原大片沼澤地邊緣，與集賢縣、寶清縣和富錦市接壤（見圖1），區(qū)域地勢(shì)低平，平均海拔為75.74 m，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，季節(jié)變化分明，冬夏差異相對(duì)較大，春季多大風(fēng)，夏季短而炎熱、秋季濕潤(rùn)，冬季長(zhǎng)而寒冷。歷年全年平均氣溫為3.2，平均降雨量506.03 mm，主要自然災(zāi)害為大風(fēng)、冰雹、洪澇和旱情。農(nóng)場(chǎng)土壤以草甸土、沼澤土、白漿土為主，土壤通氣、透水性較差，黑土層較厚，有機(jī)質(zhì)等土壤養(yǎng)分含量較高。場(chǎng)區(qū)總控制面積為1 684.28 km2，2013年耕地總面積為1 358.66 km2，墾殖率高達(dá)80.67%，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為3.826105萬元，其中第

10、一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占59.15%。全年平均人口為10.26萬人。研究區(qū)具有自然地理?xiàng)l件、社會(huì)條件和政策環(huán)境的相對(duì)優(yōu)越性，為大規(guī)模的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了良好的基礎(chǔ)。然而經(jīng)過1954年以來連續(xù)大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)，區(qū)域景觀格局產(chǎn)生了深刻變化，天然動(dòng)植物資源減少、水資源承載能力下降、土壤污染加重等生態(tài)環(huán)境問題也陸續(xù)出現(xiàn)。圖1研究區(qū)區(qū)位示意圖及土地利用現(xiàn)狀Fig.1 Sketch map of location and present land use of study area1.2數(shù)據(jù)來源與處理研究所需數(shù)據(jù)源自1984年、1995年、2004年和2014年的6月初的4期Landsat TM/OLI影像。以ENV

11、I為軟件平臺(tái)，分別對(duì)4個(gè)時(shí)期的遙感影像進(jìn)行了幾何校正、輻射定標(biāo)和大氣校正。借助研究區(qū)歷史時(shí)期的1:100 000地形圖，第一次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查圖，第二次土地利用調(diào)查及其變更數(shù)據(jù)，全球90 m分辨率DEM數(shù)據(jù)以及調(diào)研過程中完成的野外GPS布點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類及目視修正。其中，歷史時(shí)期的地形圖、第一次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)、第二次土地利用調(diào)查及其變更數(shù)據(jù)來源于黑龍江農(nóng)墾總局紅興隆管理局和黑龍江省國(guó)土資源廳，研究區(qū)的DEM數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心 地理空間數(shù)據(jù)云（）。依據(jù)全國(guó)土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合前人的研究成果和實(shí)際研究需要，將研究區(qū)域土地利用/覆被類型歸納總結(jié)為天然濕地

12、（沼澤地和內(nèi)陸灘涂）、水域（河流水面、湖泊、水庫(kù)水面、溝渠和坑塘）、水田、旱地、草地、林地和建設(shè)用地7類。分類后，通過第一次土地利用調(diào)查和歷史時(shí)期的地形圖對(duì)1984年遙感影像解譯結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，利用第一次土地調(diào)查數(shù)據(jù)的年度變更數(shù)據(jù)對(duì)1995年、2004年的遙感影像解譯結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，利用第二次土地利用調(diào)查變更數(shù)據(jù)及野外實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)2014年的遙感影像解譯結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，4個(gè)時(shí)期解譯結(jié)果的總體分類精度均在87%以上，能夠滿足研究需要。1.3研究方法景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型應(yīng)能體現(xiàn)景觀生態(tài)學(xué)和區(qū)域生態(tài)安全研究所重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，如景觀結(jié)構(gòu)與功能，關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，景觀斑塊動(dòng)態(tài)與生態(tài)演

13、替，系統(tǒng)對(duì)干擾的阻抗與恢復(fù)能力等8,21。為此，本文借鑒傳統(tǒng)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法，以干擾度指數(shù)和脆弱度指數(shù)構(gòu)建景觀格局安全指數(shù)，并在此基礎(chǔ)上引入生態(tài)質(zhì)量指數(shù)構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型。其中，景觀格局安全指數(shù)是用來衡量景觀生態(tài)系統(tǒng)所受的干擾程度，反映景觀結(jié)構(gòu)組成、空間配置特征以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抗干擾能力和可恢復(fù)性；生態(tài)質(zhì)量指數(shù)是用來衡量各類干擾所導(dǎo)致的生態(tài)效應(yīng)，反映關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)的健康程度和景觀服務(wù)功能的可持續(xù)性。該方法在規(guī)避統(tǒng)計(jì)尺度限制的同時(shí)，能夠充分體現(xiàn)景觀生態(tài)安全的內(nèi)涵，相對(duì)真實(shí)地反映現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)暴露環(huán)境響應(yīng)這一動(dòng)態(tài)過程。1.3.1評(píng)價(jià)模型1）景觀格局安全指數(shù)本文在相關(guān)研

14、究的基礎(chǔ)上13-14,22-25，充分考慮現(xiàn)三江平原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)的景觀特點(diǎn)，構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)LSER（landscape ecological risk），計(jì)算公式為Ii=aPDi+bEDi+cSi+dDi， （1）LSERi i i=IV。 （2）式中LSERi為采樣單元中第i類景觀的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ii為第i類景觀的干擾度；PDi為采樣單元中第i類景觀的斑塊密度；EDi為第i類景觀的邊緣密度；Si為第i類景觀的分離度；Di為第i類景觀的優(yōu)勢(shì)度；a、b、c、d為各指數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，采用層次分析法確定相應(yīng)的賦值為0.35、0.28、0.21、0.16；Vi為第i類景觀的脆弱度，參考已有研究6,2

15、2并結(jié)合研究區(qū)域特點(diǎn)，將7類景觀脆弱程度由高到低進(jìn)行賦值。其中，水域?yàn)?、旱地和水田為5、草地為4、林地為3、濕地為2、建設(shè)用地為1。由于各指數(shù)的量綱不同，采用極差法對(duì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行計(jì)算，各景觀格局指數(shù)的計(jì)算方法參見傅伯杰等的相關(guān)研究26。景觀格局安全指數(shù)LPS（landscape pattern security）是景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的倒數(shù)，其計(jì)算公式為1LPS (1 LSER )niiiTA=TA= - 。 （3）式中TA為采樣單元的面積；TAi為采樣單元中第i類景觀的面積。2）生態(tài)質(zhì)量指數(shù)參考已有研究11,15,27-30，針對(duì)研究區(qū)地勢(shì)平坦、自然環(huán)境相對(duì)優(yōu)越的特點(diǎn)，采用生物豐度指數(shù)、植

16、被覆蓋度和生態(tài)服務(wù)價(jià)值構(gòu)建生態(tài)質(zhì)量指數(shù)EQ（ecologicalquality），其計(jì)算公式為EQ=eBA+fVC+gESV。 （4）式中BA（biological abundance）為采樣單元的生物豐度指數(shù)；VC（vegetation coverage）為采樣單元的植被覆蓋度；ESV（ecosystem services value）為采樣單元的生態(tài)服務(wù)價(jià)值；e、f、g為各指數(shù)的權(quán)重，采用層次分析法確定相應(yīng)的賦值分別為0.25、0.25、0.50。其中，VC通過NDVI進(jìn)行遙感估算31，ESV通過謝高地的中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值表進(jìn)行計(jì)算32，根據(jù)濕地公約分類，水田屬于人工濕地，其

17、生態(tài)服務(wù)價(jià)值取耕地和天然濕地的平均值。采用極差法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，最終得到各采樣單元的生態(tài)質(zhì)量指數(shù)。3）景觀生態(tài)安全指數(shù)景 觀 生 態(tài) 安 全指數(shù)LSES（landscape ecologicalsecurity）能夠直觀體現(xiàn)干擾作用到景觀尺度的最終結(jié)果，同時(shí)反映自然或人為引發(fā)的景觀組分改變及其生態(tài)環(huán)境影響。其計(jì)算公式為L(zhǎng)SES=hLPS+kEQ， （5）式中h、k為景觀格局安全指數(shù)和生態(tài)質(zhì)量指數(shù)的權(quán)重。在咨詢多位相關(guān)領(lǐng)域的專家前提下，本文認(rèn)為L(zhǎng)PS與EQ同等重要，因此h、k分別為0.5。1.3.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由于景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)尚無統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒已有研究的標(biāo)準(zhǔn)劃分方法7,24，采用自然斷點(diǎn)

18、法將區(qū)域的景觀生態(tài)安全分為5個(gè)等級(jí)，如表1。表1友誼農(nóng)場(chǎng)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation standard of landscape ecological security(LSES) of Youyi farm景觀生態(tài)安全值Value of landscapeecological security安全等級(jí)Security level安全狀態(tài)Security state0LSES0.35 V風(fēng)險(xiǎn)級(jí)Risky0.35LSES0.43 IV敏感級(jí)Sensitive0.43LSES0.62 III臨界安全級(jí)Critically Secure0.62LSES0.7 II相對(duì)安全

19、級(jí)Relatively secure0.7LSES1 I安全級(jí)Secure2結(jié)果與分析2.1 土地利用/覆被變化由表2可知，1984年，耕地和天然濕地是友誼農(nóng)場(chǎng)主要的土地利用/覆被類型。在整個(gè)研究期內(nèi)，在強(qiáng)烈的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)影響下，耕地開墾與天然濕地喪失一直是研究區(qū)主要的土地利用變化形式。1984年，耕地面積占農(nóng)場(chǎng)總面積的54.61%，19842014年期間，耕地的總面積不斷增加，但其構(gòu)成由1984年的較單一的旱地轉(zhuǎn)變?yōu)?014年的旱地與水田相間。到2014年，耕地占農(nóng)場(chǎng)總面積比例為76.58%，其中，旱田占34.38%，水田占42.20%。1984年，研究區(qū)域尚存有大量的天然濕地，其面積占農(nóng)場(chǎng)

20、總面積的比例為22.24%。19842004年期間，天然濕地面積大量減少，此后有所回升，2014年其面積僅占農(nóng)場(chǎng)總面積的1.60%。借助土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)各時(shí)期土地利用/覆被變化進(jìn)行分析后可以得到以下結(jié)果：研究初期（19841995年）、研究中期（19952004年）和研究末期（20042014年）最主要的土地利用轉(zhuǎn)移方式分別為濕地草地、草地旱地、旱地水田?？傮w來看，研究期內(nèi)建設(shè)用地呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢(shì)，耕地面積的增加幅度最為明顯，水田的面積比例不斷提高，其變化幅度在20042014年期間達(dá)到最大值，草地的面積呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，水域和林地變化起伏波動(dòng)，天然濕地面積呈先快速下降、后緩慢回

21、升的趨勢(shì)。隨著土地墾殖率的不斷增加，研究區(qū)主要經(jīng)歷了從濕地轉(zhuǎn)化為旱地，最終由旱地轉(zhuǎn)化為水田動(dòng)態(tài)過程。這些都表明了19842014年間，隨著農(nóng)場(chǎng)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷開展，土地墾殖程度越來越高，人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響愈發(fā)強(qiáng)烈。2.2景觀生態(tài)安全時(shí)間變化本文借鑒相關(guān)文獻(xiàn)研究尺度16-17，根據(jù)研究區(qū)域大小和空間異質(zhì)性特征，采用等間距法將研究區(qū)劃分為2 km2 km共計(jì)486個(gè)采樣單元，分別對(duì)各采樣單元的進(jìn)行評(píng)價(jià)，并以此結(jié)果作為采樣單元中心點(diǎn)的景觀生態(tài)安全值，采用克里金法進(jìn)行插值，最終得到研究區(qū)景觀生態(tài)安全的時(shí)空分布（圖2）。圖2 1984年、1995年、2004年和2014年友誼農(nóng)場(chǎng)景觀生

22、態(tài)安全值空間分布Fig.2 Spatial distribution of LSES value in Youyi farm in year of1984, 1995, 2004 and 2014由圖2可知，1984年，景觀生態(tài)安全值較高的區(qū)域主要分布于研究區(qū)北部和東部的天然濕地集中分布區(qū)以及研究區(qū)南部林地集中分布區(qū)。到2004年，研究區(qū)北部和東部的主要土地利用/覆被類型由天然濕地轉(zhuǎn)化為耕地，由于耕地開墾活動(dòng)所導(dǎo)致的景觀破碎化和濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的損失，景觀生態(tài)安全值也由相對(duì)較高變?yōu)橄鄬?duì)較低。到2014年，研究區(qū)的景觀生態(tài)安全狀況整體呈多核心分布的態(tài)勢(shì)，景觀生態(tài)安全值的空間差異也相對(duì)較小。對(duì)

23、圖3a進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，從景觀生態(tài)安全等級(jí)變化的整體趨勢(shì)來看，19842014年研究區(qū)的景觀生態(tài)安全等級(jí)總體呈先下降后上升的趨勢(shì)。19841995年，研究區(qū)景觀格局安全指數(shù)LPS由0.77下降到0.66，生態(tài)質(zhì)量指數(shù)EQ由0.52下降至0.48，景觀生態(tài)安全指數(shù)LSES由0.65下降至0.57，整體由相對(duì)安全級(jí)降低至臨界安全級(jí)。19952004年，研究區(qū)景觀格局安全指數(shù)LPS由0.66回升至0.72，但生態(tài)質(zhì)量指數(shù)EQ由0.48下降至0.39，景觀生態(tài)安全指數(shù)LSES由0.57下降至0.55，景觀生態(tài)安全狀況持續(xù)惡化的現(xiàn)象有所放緩，安全等級(jí)整體仍處于臨界安全級(jí)。20042014年，研究區(qū)景觀格

24、局安全指數(shù)LPS由0.72上升至0.74，生態(tài)質(zhì)量指數(shù)EQ由0.39回升至0.45，景觀生態(tài)安全指數(shù)LSES由0.55上升至0.60，但仍未達(dá)到相對(duì)安全級(jí)。a.景觀生態(tài)安全值時(shí)間變化a. Time variation of LSES valueb.生態(tài)安全等級(jí)面積變化b. Area change of each LSES level圖3 19842014年友誼農(nóng)場(chǎng)景觀生態(tài)安全值及不同安全等級(jí)面積時(shí)間變化Fig.3 Change of LSES value and area of each LSES level inYouyi farm from1984 to 2014對(duì)圖3b進(jìn)行分析可以得到，

25、19841995年，研究區(qū)安全區(qū)域和相對(duì)安全區(qū)域面積快速減少，臨界安全、敏感和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積增長(zhǎng)較快。由于這一時(shí)期研究區(qū)土地利用的重點(diǎn)是增加耕地面積，隨著土地墾殖率的上升與排灌技術(shù)的發(fā)展，大量的天然濕地或被開墾為耕地，或退化成草地，景觀破碎化現(xiàn)象日趨明顯，研究區(qū)域的景觀生態(tài)安全狀況趨于惡化。19952004年，研究區(qū)安全區(qū)域面積的減少速率有所減緩，相對(duì)安全區(qū)域面積比例逐漸增大，敏感、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積有所減少。這一時(shí)期研究區(qū)土地低利用的重點(diǎn)由單純確保耕地的數(shù)量轉(zhuǎn)為同時(shí)確保耕地的數(shù)量和質(zhì)量安全，通過實(shí)施土地整理，景觀破碎化的現(xiàn)象得到了很大程度上的改善，景觀生態(tài)安全持續(xù)惡化的趨勢(shì)有所緩和。但由于天然濕地、

26、草地的面積仍呈現(xiàn)出持續(xù)減少的趨勢(shì)，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損嚴(yán)重。20042014年，區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到了一定的改善，安全區(qū)域面積比例逐漸趨于穩(wěn)定，敏感、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積快速減少，相對(duì)安全區(qū)域面積快速增加。由于這一時(shí)期研究區(qū)土地利用的重點(diǎn)由增加耕地?cái)?shù)量逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)提升耕地質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，以土地整治為平臺(tái)，研究區(qū)開展了大規(guī)模的旱改水工程，水田面積比例的擴(kuò)大在一定程度上修復(fù)了由天然濕地大量減少所帶來的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的損失。2.3景觀生態(tài)安全指數(shù)空間自相關(guān)分析通過對(duì)4個(gè)時(shí)期的景觀生態(tài)安全指數(shù)的空間分布進(jìn)行空間自相關(guān)分析可知，1984年、1995年、2004年和2014年的Morans I指數(shù)分別

27、為0.5548、0.5851、0.4708和0.2564，4期指數(shù)全部為正值且通過P=0.05的顯著性檢驗(yàn)，景觀生態(tài)安全值的散點(diǎn)分布主要集中在第1象限（High-High）和第3象限（Low-Low），且大部分散點(diǎn)的分布靠近回歸線。這表明研究區(qū)域景觀生態(tài)安全值的空間分布并不是隨機(jī)性的，空間集聚性特征十分明顯。MoransI指數(shù)的變化同樣說明了景觀生態(tài)安全空間相關(guān)程度存在明顯的時(shí)間分異。19841995年，Morans I指數(shù)有所提升，這說明研究區(qū)景觀生態(tài)安全分布的空間同聚的現(xiàn)象愈發(fā)明顯。19952014年，Morans I指數(shù)快速下降，景觀生態(tài)安全指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差由0.1257下降至0.0629，

28、景觀生態(tài)安全空間分布的自相關(guān)程度呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)。由圖4可知，通過對(duì)LISA指數(shù)進(jìn)行分析可以得到，19842014年，研究區(qū)景觀生態(tài)安全格局變化較大。1984年，區(qū)域景觀生態(tài)安全空間分布的熱點(diǎn)（High-High）和冷點(diǎn)（Low-Low）的呈現(xiàn)出明顯的空間集聚現(xiàn)象。其中，熱點(diǎn)區(qū)域主要分布于研究區(qū)域四周的天然濕地和林地分布區(qū)，其面積占區(qū)域總面積的19.18%，冷點(diǎn)區(qū)域主要集中于區(qū)域中部的天然濕地耕地交匯區(qū)，面積比例為11.87%。到2014年，熱點(diǎn)和冷點(diǎn)面積比例持續(xù)下降，不顯著區(qū)域的面積比例由1984年的68.9%上升至89.84%。由于土地整治項(xiàng)目和旱改水工程的大范圍開展，2014年研究區(qū)

29、域的景觀生態(tài)安全水平整體回升。研究期間，區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了土地利用變化生態(tài)系統(tǒng)受損土地整治修復(fù)的動(dòng)態(tài)過程，這是導(dǎo)致區(qū)域景觀生態(tài)安全格局發(fā)生了明顯變化的主要原因。圖4 19842014年友誼農(nóng)場(chǎng)景觀生態(tài)安全值LISA指數(shù)空間分布Fig.4 LISA cluster map of landscape ecological security in Youyifarm from 1984 to 20143結(jié)論與討論1）19842014年間，友誼農(nóng)場(chǎng)的土地利用/覆被結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，其景觀生態(tài)安全的時(shí)空分異呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。19841995年，研究區(qū)域的景觀生態(tài)安全等級(jí)由相對(duì)安全級(jí)降至臨界安全級(jí)

30、，生態(tài)安全程度較高的區(qū)域主要集中于人類活動(dòng)擾動(dòng)較少的天然濕地和林地分布區(qū)，生態(tài)安全程度較低的區(qū)域主要分布于耕地開墾活動(dòng)較為劇烈的區(qū)域。19952004年，研究區(qū)開展了一系列的土地整理工作，景觀破碎化的現(xiàn)象有所改善，但區(qū)域景觀生態(tài)安全仍呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。20042014年，大規(guī)模的土地整治工程進(jìn)一步修復(fù)了受損的濕地景觀，區(qū)域景觀生態(tài)安全呈現(xiàn)出整體回升的趨勢(shì)。由此可見，耕地開發(fā)強(qiáng)度和土地利用方式是影響現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全主要因素，而土地整治的合理實(shí)施是景觀生態(tài)安全得到改善的重要原因。2）由Morans I指數(shù)變化可知，研究區(qū)景觀生態(tài)安全值的空間分布表現(xiàn)出明顯的空間集聚特征，19841995年間研

31、究區(qū)域景觀生態(tài)安全的趨同現(xiàn)象日趨明顯，而19952014年間研究區(qū)域景觀生態(tài)安全的空間自相關(guān)程度持續(xù)下降的趨勢(shì)。自1995年以來，土地整理的連續(xù)實(shí)施改變了研究區(qū)原有的景觀生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而新的景觀生態(tài)安全格局尚處于形成過程中，這可能是導(dǎo)致19952014年間景觀生態(tài)安全的空間集聚程度降低的主要原因。從局部空間自相關(guān)的角度來說，1984年，研究區(qū)的景觀生態(tài)安全分布具有較為明顯的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)，到2014年，熱點(diǎn)和冷點(diǎn)的面積比例持續(xù)減少，不顯著區(qū)域比例持續(xù)上升，這同樣與研究區(qū)所經(jīng)歷的土地利用變化生態(tài)系統(tǒng)受損土地整治修復(fù)的動(dòng)態(tài)過程相符合。本文以景觀格局安全指數(shù)和生態(tài)質(zhì)量指數(shù)為變量衡量區(qū)域景觀生態(tài)安全，能夠

32、較全面地定量評(píng)價(jià)區(qū)域景觀生態(tài)安全，反映各類干擾下整體和局部景觀生態(tài)系統(tǒng)的演替方向，因此采用該方法評(píng)價(jià)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全是可行的。此外，本文尚有3個(gè)問題需要進(jìn)一步深入探討，一是由于缺乏相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本文直接采用謝高地的研究成果衡量區(qū)域景觀服務(wù)功能的損益，今后應(yīng)對(duì)研究區(qū)景觀類型的生態(tài)服務(wù)因子當(dāng)量進(jìn)行修正；二是權(quán)重的取值主要是通過主觀方法進(jìn)行判斷，應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合“熵權(quán)法”等客觀賦權(quán)方法修正各指數(shù)的權(quán)重；三是由于本文采用自然斷點(diǎn)法對(duì)景觀生態(tài)安全等級(jí)進(jìn)行劃分，因此研究結(jié)果的區(qū)域可比性略顯不足，還應(yīng)探尋更為合理的安全等級(jí)閾值判定方法。研究結(jié)果一方面說明農(nóng)業(yè)開發(fā)對(duì)景觀生態(tài)系統(tǒng)具有一定的負(fù)面影響，另一方面

33、也說明積極的土地整治對(duì)景觀生態(tài)安全具有促進(jìn)作用。為此，考慮到研究區(qū)景觀生態(tài)安全現(xiàn)狀及其時(shí)空演替規(guī)律，后續(xù)的土地整治工作應(yīng)強(qiáng)化耕地?cái)?shù)量安全、質(zhì)量安全和生態(tài)安全的多重目標(biāo)，充分考慮區(qū)域土地利用類型轉(zhuǎn)化的科學(xué)性與合理性，優(yōu)化土地利用格局，減少對(duì)濕地和林地景觀的過度擾動(dòng)，提高區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力，以在促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。參考 文 獻(xiàn)1 Gao Yang, Wu Zhifeng, Lou Quansheng, et al. Landscapeecological security assessment based on projection pur

34、suit in PearlRiver DeltaJ. Environ Monit Assess, 2012, 184(4): 23072319.2 Huang Junfang, Wang Ranghui, Zhang Huizhi. Analysis ofpatterns and ecological security trend of modern oasislandscapes in Xinjiang, ChinaJ. Environ Monit Assess,2007, 134(1/2/3): 411419.3 Ifeanyi C Ezeonu, Francis C Ezeonu. Th

35、e environment andglobal securityJ. The Environmentalist, 2000, 20(1): 4148.4 Chen Yunhao, Li Xiaobing, Shi Peijun, et al. Land cover patternoptimization for local ecological security using remotely sensed dataJ.International Journal of Remote Sensing, 2006, 27(10): 20032010.5高楊，黃華梅，吳志峰.基于投影尋蹤的珠江三角洲景

36、觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)J.生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(21)：58945903.Gao Yang, Huang Huamei, Wu Zhifeng. Landscape ecologicalsecurity assessment based on projection pursuit: A case study ofnine cities in the Pearl River DeltaJ. Acta Ecologica Sinica, 2010,30(21): 58945903. (in Chinese with English abstract)6吉冬青，文雅，魏建兵，等.流溪河流域土地利用景觀生

37、態(tài)安全動(dòng)態(tài)分析J.熱帶地理，2013，33(3)：299306.Ji Dongqing, Wen Ya, Wei Jianbing, et al. Dynamic trend ofland use landscape ecological security in LiuxiheWatershedJ. Tropical Geography, 2013, 33(3): 299306.(in Chinese with English abstract)7 Zhao Xiaoqing, Xu Xinhui. Research on landscape ecological securitypatter

38、n in a eucalyptus introduced region based on biodiversityconservationJ. Russian Journal of Ecology, 2015, 46(1): 5970.8孫翔，朱曉東，李楊帆.港灣快速城市化地區(qū)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)以：以廈門市為例J.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(8)：35633573.Sun Xiang, Zhu Xiaodong, Li Yangfan. Landscape ecologicalsecurity assessment in rapidly urbanizing bay-area: A casestu

39、dy of Xiamen City, ChinaJ. Acta Ecologica Sinica, 2008,28(8): 35633573. (in Chinese with English abstract)9李新琪，金海龍，朱海涌.干旱區(qū)內(nèi)陸艾比湖流域平原區(qū)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究J.干旱環(huán)境監(jiān)測(cè)，2010，24(2)：8493.Li Xinqi, Jin Hailong, Zhu Haiyong. Assessment on theecological security in the plain area of the Ebinur Lake Basinat arid regions in

40、landJ. Arid Environmental Monitoring,2010, 24(2): 8493. (in Chinese with English abstract)10王千，金曉斌，周寅康.江蘇沿海地區(qū)耕地景觀生態(tài)安全格局變化與驅(qū)動(dòng)機(jī)制J.生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31(20)：59035909.Wang Qian, Jin Xiaobin, Zhou Yinkang. Dynamic analysis ofcoastal region cultivated land landscape ecological securityand its driving factors in Ji

41、angsuJ. Acta Ecologica Sinica,2011, 31(20): 59035909. (in Chinese with English abstract)11 Li Yangfan, Sun Xiang, Zhu Xiaodong, et al. An earlywarning method of landscape ecological security in rapidurbanizing coastal areas and its application in Xiamen,ChinaJ. Ecological Modelling, 2010, 221(19): 2

42、2512260.12 Monica G Turner, Robert H Gardner. Quantitative Methodsin Landscape EcologyM. Newyork: Springer Verlag, 1991.13郭濼，薛達(dá)元，余世孝，等.泰山景觀生態(tài)安全動(dòng)態(tài)分析與評(píng)價(jià)J.山地學(xué)報(bào)，2008，26(3)：331338.Guo Luo, Xue Dayuan, Yu Shixiao, et al. Assessment anddynamic analysis of landscape ecological security ofThaishan MountainJ.

43、 Journal of Mountain Science, 2008,26(3): 331338. (in Chinese with English abstract)14裴歡，魏勇，王曉妍，等.耕地景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(9)：212219.Pei Huan, Wei Yong, Wang Xiaoyan, et al. Method ofcultivated land landscape ecological security evaluation andits applicationJ. Transactions of the Chinese Soc

44、iety ofAgricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2014,30(9): 212219. (in Chinese with English abstract)15 Zhou Kehao, Liu Yaolin, Tan Ronghui, et al. Urbandynamics, landscape ecological security, and policyimplications: A case study from the Wuhan area of centralChinaJ. Cities, 2014, 41: 1

45、41153.16王潔，李鋒，錢誼，等.基于生態(tài)服務(wù)的城鄉(xiāng)景觀生態(tài)安全格局的構(gòu)建J.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35(11)：199205.Wang Jie, Li Feng, Qian Yi, et al. Landscape security pattern designbased on ecosystem serviceJ. Environmental Science & Technology,2012, 35(11): 199205. (in Chinese with English abstract)17李詠紅，香寶，袁興中，等.區(qū)域尺度景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建：以成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)為例J.草地學(xué)報(bào)

46、，2013，21(1)：1824.Li Yonghong, Xiang Bao, Yuan Xingzhong, et al. Ecologicalsecurity patterns for regional landscapes: A case in theCheng-Yu economic zoneJ. Acta Agrestia Sinica, 2013,21(1): 1824. (in Chinese with English abstract)18楊青生，喬紀(jì)綱，艾彬.快速城市化地區(qū)景觀生態(tài)安全時(shí)空演化過程分析：以東莞市為例J.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(4)：12301239.Yan

47、g Qingsheng, Qiao Jigang, Ai Bin. Landscape ecologicalsecurity dynamics in a fast growing urban district: The caseof Dongguan CityJ. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(4):12301239. (in Chinese with English abstract)19 David J Rapport, Ashbindu Singh. An ecohealth-basedframework for state of environment

48、 reportingJ. Ecol Indic,2006, 6(2): 409428.20王宗明，宋開山，劉殿偉，等. 19542005a三江平原沼澤濕地農(nóng)田化過程研究J.濕地科學(xué)，2009，7(3)：208217.Wang Zonming, Song Kaishan, Liu Dianwei, et al. Process ofland conversion from marsh into cropland in the Sanjiang Plainduring 1954-2005J. Wetland Science, 2009, 7(3): 208217.(in Chinese with

49、English abstract)21肖篤寧，陳文波，郭福良.論生態(tài)安全的基本概念和研究?jī)?nèi)容J.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(3)：354358.Xiao Duding, Chen Wenbo, Guo Fuliang. On the basicconcepts and contents of ecological securityJ. ChinsesJournal of Applied Ecology, 2002, 13(3): 354358. (inChinese with English abstract)22高永年，高俊峰，許妍.太湖流域水生態(tài)功能區(qū)土地利用變化的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)J.自

50、然資源學(xué)報(bào)，2010，25(7)：10881096.Gao Yongnian, Gao Junfeng, Xu Yan. Response of landscapeecological risk to land use change in level I aquaticeco-functional regions in Taihu Lake WatershedJ. Journalof Natural Resources, 2010, 25(7): 10881096. (in Chinesewith English abstract)23曾永年，靳文憑，王慧敏，等.青海高原東部土地利用變化模擬與

51、景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(4)：185194.Zeng Yongnian, Jin Wenping, Wang Huimin, et al.Simulation of land-use changes and landscape ecologicalassessment in eastern part of Qinghai PlateauJ. Transactionsof the Chinese Society of AgriculturalEngineering(Transactions of the CSAE), 2014, 30(4): 185194. (in C

52、hinese with English abstract)24鞏杰，謝余初，趙彩霞，等. 甘肅白龍江流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及其時(shí)空分異J. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2014，34(8)：21532160.Gong Jie, Xie Yuchu, Zhao Caixia, et al. Landscapeecological risk assessment and its spatiotemporal variation ofthe Bailongjiang Watershed, GansuJ. China EnvironmentalScience, 2014, 34(8): 21532160. (in C

53、hinese with Englishabstract)25吳莉，侯西勇，邸向紅. 山東省沿海區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)J. 生態(tài)學(xué)雜志，2014，33(1)：214220.Wu Li, Hou Xiyong, Di Xianghong. Assessment of regionalecological risk in coastal zone of Shandong ProvinceJ.Chinese Journal of Ecology, 2014, 33(1): 214220. (inChinese with English abstract)26傅伯杰，陳立項(xiàng)，馬克明，等. 景觀生態(tài)學(xué)原理及應(yīng)用M.北京：科學(xué)出版社，2001.27虞繼進(jìn)